ナノファイバインプリントによるナノ粒子添加フィルムのマイクロ構造化と機能特性評価

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26420031
• Research Institution: Kinki University
• Principal Investigator: 西籔 和明 近畿大学, 理工学部, 教授 (30208235)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: マイクロ構造体 / エレクトロスピニングナノ ファイバ / ナノ粒子 / インプリント / PMMA樹脂 / 酸化鉄

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，先行研究で開発したマイクロ犠牲樹脂型インサート金属粉末射出成形（μ-SPiMIM）に用いるマイクロ犠牲樹脂型の製造法（エレクトロスピニングナノファイバ･インプリント（ES-NFI）法，特願2014-025470）を，高機能なFe2O3シングルナノ粒子（粒子径：7nm）をPMMA樹脂と溶媒に分散添加したナノファイバ紡糸溶液を調製し，これを用いて得られたナノファイバをマイクロ構造を有するSi型に吹き付け，溶融後に離型し，幅1μm，高さ10μm以上（アスペクト比=10以上）の微細構造を持つPMMA樹脂型を作製するプロセスの条件適正化と，得られたシートの機能特性を調査することを目的としている．
本製造法は，微細な表面構造を有する金属･セラミックス焼結体の量産や，ナノ粒子との複合化により機能性の高い樹脂フィルムの作製，さらに細胞培養や触媒床、スカフォールドなどへの応用も期待できるという点では有用性が見出された．特に，ES-NFI法によるマイクロ構造を有する樹脂シートの高品質化が高いレベルで達成された．
しかし，本年度の実験結果から，シングルナノ粒子の添加によるナノファイバシートの作製は可能であることが分かったが，ナノファイバの細径化は困難であり，またマイクロ構造体への転写性に悪影響を及ぼすという問題を見出した．さらに，Fe2O3シングルナノ粒子の凝集や酸化劣化による変色や透明度の低下など，光学特性や耐候性を低下させる弊害もあることが明らかになった．このことより，高屈折率かつ紫外線と近赤外線の吸収特性を持つ高機能なマイクロレンズアレイ等への応用に必要な光学特性を持つ樹脂シートを作製するのは容易ではないことを改めて確認した．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度の実験結果から，シングルナノ粒子の添加によるナノファイバシートの作製は可能であることが分かったが，ナノファイバの細径化は困難であり，またマイクロ構造体への転写性に悪影響を及ぼすという問題が発生した．さらに，Fe2O3シングルナノ粒子の凝集や酸化劣化による変色や透明度の低下など，光学特性や耐候性を低下させる弊害もあることが分かった．このことより，高屈折率かつ紫外線と近赤外線の吸収特性を持つ高機能なマイクロレンズアレイ等への応用に必要な光学特性を持つ樹脂シートを作製するのは容易ではないことを改めて確認した．
このように，当初予定した研究計画通りに進めることができないという点から，やや遅れていると判断した．

Strategy for Future Research Activity

本製造法の優位性を高機能な樹脂フィルムの作製に活用するためにも，Fe2O3シングルナノ粒子とPMMA樹脂の紡糸溶液の再調製を行い，ナノファイバの細径化を行わないで，マイクロ構造体への転写性に悪影響を及ぼす原因を追求し，その転写性を改善できる製造条件を見出す．一方で，Fe2O3シングルナノ粒子を添加することによる特異な現象を逆手に取った新規の樹脂シートの製造プロセスを提案するとともに，それをCFRPの高機能化への応用を検討する方針である．