2020 Fiscal Year Research-status Report

セルロース・ナノファイバーに基づく力学的メタマテリアルの開発

Research Project

Project/Area Number	20K20956
Research Institution	Tokyo University of Agriculture and Technology
Principal Investigator	花崎逸雄東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10446734)
Project Period (FY)	2020-07-30 – 2023-03-31
Keywords	キリガミ / Kirigami / レーザー加工 / 力学的メタマテリアル / 機械的メタマテリアル / オークセティック / Auxetic / 負のPoisson比
Outline of Annual Research Achievements	本年度は特に，ナノペーパーにキリガミ機構を実装するためのプロセス技術開発に注力した．レーザー加工機の仕様として集光レンズを用いているため，切断加工でも奥行き方向においての位置精度を確保する必要がある．また，透明な試料であるため，レーザーの出力条件の吟味が必要であった．これらを大幅に改善するレーザー加工の条件と手順を実現したことが大きな成果であった．また並行して，セルロースナノファイバー分散水が乾燥してナノペーパーを形成する段階を的確に扱うためのプロセス技術の検討も行った．ナノペーパーの厚さを制御する際には，乾燥させる容器の側壁に残るセルロースナノファイバーによるバリの影響を考慮する必要もあることを，反復変形負荷による材料試験での予備実験により確認した．関連して，セルロースナノファイバーの初期濃度を変えることが厚さ以外にも差異を生じる可能性について，顕微鏡動画データ解析により緻密な検討を進めた．セルロースナノファイバー分散水を乾燥させてナノペーパーを形成する方法について検討することはボトムアップのアプローチである．一方，できあがったナノペーパーにキリガミ機構を実装することはトップダウンのアプローチである．本研究に限らない一般的な傾向としては，自己集合化・自己組織化を操るボトムアップのアプローチは設計の難易度が高く，力学的メタマテリアルに限らずメタマテリアルの研究の多くはトップダウンのアプローチを駆使することが定石となっている．本研究では，トップダウンとボトムアップのアプローチを両方とも活かす形で研究を進めるものであり，本年度はバランスよくそれを実現できたと言える．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 透明なシートに安価な価格帯のレーザー加工機で従来より微細な加工を実現できたことで，キリガミ機構を実装する上での設計の自由度が広がった．また，加工線幅を抑えることにより，理想化した幾何学的考察との比較をしやすい実験条件となる方向へ改善ができた意義も大きい．
Strategy for Future Research Activity	力学的メタマテリアルの研究は世界的にも盛んになってきているが，従来は幾何学的な検討を最大限行いながら取り扱う材料の物性についてはそれほど注目せずに普遍性を狙う情勢であった．本研究では，各種フレキシブルデバイスへの応用上の重要性に注目してセルロースナノファイバーを扱い，その力学特性が力学的メタマテリアルの真価にどのように役立つのかを実験的に評価しながら追究する．
Causes of Carryover	COVID-19情勢を鑑みて研究の実施順序を勘案しながら進めたため，次年度使用額が発生した．2021年度は，その保留していた分を実施するのに必要な執行を行う．