2022 Fiscal Year Research-status Report
機械学習による有機無機複合ナノシート膜の表面濡れ性制御と高効率液体輸送技術の開発
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21K14420
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
都倉 勇貴 信州大学, 繊維学部, 研究員 (60881688)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 濡れ性 / ナノシート / 層状化合物 / 有機無機複合物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水や溶剤を滑落させる撥液コーティングは様々な分野で注目されているが、その設計には予測や制御が困難な表面エネルギーと表面粗さ、すなわちナノ-マイクロ構造の制御が必要であるため、研究者の経験や膨大な実験を必要とされている。本事業では有機無機層状酸化物由来の有機無機ナノシート薄膜を設計し、機械学習を活用することで、高性能な撥水・撥液ナノシート薄膜の設計・制御を目的としている。また、最終的には撥液コーティングのパターニングを形成し、液滴輸送表面の設計を目的としている。
本年度は、長鎖アルキルアミンを導入した有機複合チタン酸層状化合物から、有機修飾チタン酸ナノシートコロイドを合成し、さらに薄膜を形成した。有機修飾チタン酸ナノシートコロイドの合成条件・薄膜のコーティング条件を検討した結果、接触角が60度と親水性にも関わらず、50度の転落角で水滴が滑落するチタン酸ナノシート薄膜の作製に成功した。これは、ナノシート薄膜の平坦な表面と修飾したゲスト分子の流動性によるものである。また、濡れ広がりやすい性質を持つ表面張力が低い有機溶媒に対しても、接触角が小さいにも関わらず、低い転落角で滑落する薄膜の作製に成功した。一般的に、水や油を弾くために、接触角が150度以上の超撥水膜や超撥油膜が用いられるが、本研究では有機無機ナノシートを活用することによって、親水性にもかかわらず、液滴を滑落させることができる有機-無機複合薄膜を見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、長鎖アルキルアミンを導入したチタン酸層状化合物から、有機修飾チタン酸ナノシート薄膜を形成し、濡れ性指標のうち、静的な状態を表す接触角と動的な状態を表す転落角の比較を行った。その中で、親水性であるにも関わらず、50度の転落角で水滴が滑落する、ナノシート合成条件・コーティング条件を見出した。また、作製したナノシート薄膜は表面張力が低い有機溶剤に対しても、接触角が小さいにも関わらず低転落角で滑落することが確認できた。これは本事業で目標としていた、様々な液体を滑落させるナノシート薄膜となっており、大きな進展である。これらの知見を基に、他の修飾したゲスト分子・酸化物の種類を検討することで、さらに液体を滑落させやすいナノシート薄膜の設計に取り組んでおり、おおむね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は次の検討段階として、他の修飾したゲスト分子・ホスト層である酸化物の種類の検討・最適化を行うことで、さらに低い転落角を有するナノシート薄膜の設計に取り組む。また、様々な材料を用いたナノシート薄膜の設計と評価が進んだら、ホスト層の物性値・ゲスト分子の物性値・滑落対象液滴の物性値・接触角などの要因から、機械学習と研究者の経験を活用することで、液滴を滑落させる薄膜に必要かつ重要な因子を抽出・検討を行い、ナノシート薄膜上における液体の滑落性を制御可能なモデルの構築を行う。以上の方法から、濡れ性指標に影響を与える、滑落対象の液体とナノシート薄膜の本質的な因子に対する理解を深め、撥液性を緻密に制御可能な設計指針の確立を目指す。
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| Causes of Carryover |
当初見込んでいた計画より安価で実験を進めることができ、研究の進捗から予定していた出張を行わなかったため、次年度使用額が生じた。
次年度使用額は、令和5年度請求額と合わせて、ナノシートをコーティングする実験に使用するスピンコーターの購入に使用する計画である。また、得られた成果の学会発表に使用する計画である。
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