2021 Fiscal Year Annual Research Report
Soft opt mechanical systems operated by different wavelength near-infrared light
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21H01239
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
渡邉 智 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (80579839)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 近赤外光 / 光熱変換 / 波長選択 / 希土類 / マランゴニ流 / ナノシート |
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| Outline of Annual Research Achievements |
三つの研究目的である「(1)希土類光熱変換材料の開発」、「(2)希土類光熱変換デバイスの開発」、「(3)マイクロソフトオプトメカニカルシステムの開発」のうち、主に(1)と(2)を行った。
(1)希土類光熱変換材料の開発：希土類錯体のリニア配位子を用いて直鎖の希土類配位高分子を合成した。精製が必要であるが、サイズ排除クロマトグラフィーにより分子量1万Da程度のものが形成した。これとは別に希土類水酸化物と界面活性剤を複合した層状結晶を作製し、それを溶媒剥離した希土類水酸化物ナノシートを作製した。厚さ数ナノメートル、一辺がサブマイクロメートルサイズの希土類水酸化物ナノシートが得られたことを原子間力顕微鏡観察で明らかにした。温度、濃度、反応時間などを変えることで、ナノシートの前駆体となる層状結晶の収量やモルフォルジーが変化した。層状結晶の形が変わると、ナノシートの面内の形状が変わる可能性を示す観察結果がいくつか見られた。
(2)希土類光熱変換デバイスの開発：アクリルアミドもしくはシリコーンで作製したポリマー船に酸化ネオジムと酸化イッテルビウムを異なる場所に組み込んだ。この船を水面に浮かべて波長の違う近赤外光を照射すると、水面に異なる方向のマランゴニ流が生じ、船を異なる向きに動かすことができた。船は形と希土類の埋め込む位置によって、直線もしくは回転方向を変えられる。船の濡れ性、船を浮かべる容器の形、船の形などを変えることで、マランゴニ流の大きさが変化した。
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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
初年度の目標であったマランゴニ推進船を作製し、移動方向の制御を示すことができた。これにより、発熱材料の開発や他の光熱変換デバイスの試作などに取り組むことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、(1)希土類光熱変換材料の開発、(2)希土類光熱変換デバイスの開発、(3)マイクロソフトオプトメカニカルシステムの開発を進める。
(1);希土類光熱変換材料の開発：直鎖の希土類配位高分子の精製方法を確立する。その後、感温性高分子と複合させて、光熱変換デバイスを作製する。希土類ナノシートの収率が10%程度と低いために向上させる。また、前駆体となる層状結晶のサイズを制御して、希土類ナノシートの面内サイズをできるだけ揃ったものにする。
(2)希土類光熱変換デバイスの開発：開発した希土類高分子やナノシートを用いて光熱変換デバイスを作製する。デバイスとして感温性高分子と組み合わせたメカニカルアクチュエータを作製する。フィラーとしての混合と違い、透明度の高いメカニカルアクチュエータの形成を期待している。そのほかに標準的な組み合わせの材料を用いてマランゴニ推進船およびメカニカルアクチュエーターの微細加工を行い、マイクロメートル領域での波長選択応答のデバイスを作製する。
(3)マイクロソフトオプトメカニカルシステム：メカニカルアクチュエータとマランゴニ推進船を組み合わせて水面を自由に動く船もしくは物体を輸送するシステムの作製を行う。
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