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イオン・溶媒の移動制御システムを組み込んだ固液共存型分子アクチュエータ素子の設計

研究課題

研究課題/領域番号 06555234
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分試験
研究分野 反応・分離工学
研究機関東京工業大学

研究代表者

中野 義夫  東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (30092563)

研究分担者 清田 佳美  東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (60216504)
沢山 茂  三菱化学(株)総合研究所, 化成品研究所, 部長研究員
木村 元彦  静岡大学, 工学部, 講師 (20195382)
研究期間 (年度) 1994 – 1996
研究課題ステータス 完了 (1996年度)
配分額 *注記
6,900千円 (直接経費: 6,900千円)
1996年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
1995年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
1994年度: 4,800千円 (直接経費: 4,800千円)
キーワードイオン性高分子ゲル / 物質移動 / インターペネトレートネットワーク / ドナン平衡 / 膨潤・収縮 / 屈曲機構 / 電場 / 最適操作条件 / 高分子ゲル / イオン / アクチュエータ / 自律応答材料 / 動電現象
研究概要

1.高分子ゲルの構成成分に基づく化学・物理構造の設計及びその運動性を前提とした分子レベルの構造制御:
ポリビニルアルコールと2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸からなる新規なインターペネトレートネットワーク構造を有するゲルを合成することに成功した。ゲルの運動特性を規定する物理化学的構造(網目構造、水和構造)や環境構造(水構造、電解質種)とゲル物性について、疎水性有機物のゲルに対する吸着という観点から検討を行いその相関性を明らかにした。また、ゲル構造の環境依存性、構造変化のダイナミクスを評価する実験的手法として、水晶振動子微小天秤によるin situ測定法を開発した。
2.高分子ゲルネットワーク内におけるイオンおよび溶媒の移動メカニズムの解明:
電解質水溶液中で板状ゲル(素子)に電場を印加するとゲルは陰極側に屈曲した。種々の電場強度、電解質濃度においてゲルの屈曲速度、最大屈曲角(屈曲特性)を明らかにした結果、これらの値を最大にするゲル内イオン基濃度に依存した最適条件が存在することわかった。新たに考案したゲル粒子充填型電解セルを用いて電場印加時におけるゲル内の物質移動と膨潤率分布を測定した。ゲル内の対イオン(Na^+)濃度は陽極側より減少し、これに応じてゲルの膨潤体積も陽極側より大きくなることが明らかとなった。素子を運動させる基本的な機構は、素子内のイオン濃度分布が経時的に変化すること並びにこのイオン濃度分布に依存してゲルの浸透圧が変化し、素子内に応力分布を形成することが主要な要素であることが明らかとなった。素子膜の屈曲機構に及ぼす関係イオンの種類、価数の影響を実験的に調べた結果、屈曲特性は電解質水溶液中のゲルの膨潤特性に強く依存していることが分かった。これにより、ゲル内に生じるイオンの濃度分布を種々調整することによって、ゲルの屈曲する方向を制御できることを実験的に裏付けることが出来た。ゲルの屈曲速度を向上させるゲル内の固定基濃度の上限値が存在することが分かった。
3.イオン、溶媒の移動メカニズムとゲル構造の相関性および理論モデルに基づく設計手法の確立:
素子の運動特性についてドナン平衡理論に基づく解析を行った。屈曲速度を最大にする設計指標として、ドナン比が有効であることを示した。ゲルの膨潤率分布をゲル内に生じる応力分布に換算し、これを基に梁の純曲げ問題と対応させて板状ゲルの屈曲挙動を推算したところ、板状ゲル膜の電場における屈曲挙動を良好にシミュレートすることができた。素子内に経時的に発生・変化する応力分布を実験的に定量化する手法、これに基づき解析的に素子の運動パターンをシミュレートする手法を開発した。

報告書

(4件)
  • 1996 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1995 実績報告書
  • 1994 実績報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (32件)

  • [文献書誌] 中野義夫: "高分子ゲルの電気化学的放水制御" 化学工学シンポジウムシリーズ43、制御放出技術、化学工学会「生体材料工学」研究会編. 43. 19-22 (1994)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.NAKANO: "Concept to Control the Phase Behavior of Stimuil-sensitive Polymer Gel" J.Chem.Eng.Japan. 28[4]. 425-428 (1995)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 中野義夫: "高分子ハイドロゲルの電気化学的放水特性" 化学工学論文集. 21[2]. 319-325 (1995)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 中野義夫: "イオン・溶媒の移動制御システムを組み込んだ固液共存型分子アクチュエータ素子" 化学工学. 59[4]. 259-260 (1995)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.NAKANO: "Effect of salt on the property of adsorption in thermosensitive polymer hydrogel" J.Chem.Eng.Japan. 29[5]. (1996)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 中野義夫: "環境感応型高分子ゲルを被覆した水晶振動子の情報変換素子への適用" 化学工学シンポジウムシリーズ55、治療と診断のシステム、化学工学会「治療システム」研究会編. 55. 71-74 (1996)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 中野義夫(分担): "高分子ハイドロゲルの構造設計と用途開発 材料化学工学(最近の化学工学46)、(社)化学工学会編" (株)化学工業社, 142-151 (1994)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.NAKANO: "KOBUNSHI GERU NO DENKIKAGAKU-TEKI HOUSUI SEIGYO" KAGAKU KOGAKU SHINPOJIUMU SHIRT-ZU 43, SEIGYO HOUSYUTSU GIJYUTSU,KAGAKU KOGAKU-KAI,SEITAI ZAIRYO KOUGAKU KENKYUKAI-HEN (JAPANESE). 43. 19-22 (1994)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.SEIDA: "CONCEPT TO CONTROL THE PHASE BEHAVIOR OF STIMULI-SENSITIVE POLYMER GEL" J.CHEM.ENG.JAPAN. 28(4). 425-428 (1995)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.NAKANO: "ION-YOUBAI NO IDOU SEIGYOSHISUTEMU WO KUMIKONDA KO-EKI KYOUZONGATA AKUTYUE-TA SOSHI" KAGAKU KOGAKU. 59(4)(JAPANESE). 259-260 (1995)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.SEIDA: "EFFECT OF SALT ON THE PROPERTY OF ADSORPTION IN THERMOSENSITIVE POLYMER HYDROGEL" J.CHEM.ENG.JAPAN. 29(5). 767-772 (1996)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.NAKANO: "KANKYO KANNOUGATA KOUBUNSHI WO HIFUKU SHITA SUISYO SHINDOSHI NO JYOHO-HENKAN-SOSHI END TEKIYOU" KAGAKU KOGAKU SHINPOJIUMU SHIRI-ZUSHITA 55, CHIRYO TO SHINDAN NO SHISUTEMU KAGAKU KOGAKU-KAI,CHIRYO SHISUTEMU KENKYUKAI-HEN. 55(JAPANESE). 71-74 (1996)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.NAKANO: "KOBUNSHI HAIDORO-GERU NO KOUZOU-SEKKEI TO YOUTO KAIHATSU" ZAIRYO KAGAKU KOGAKU (SAIKIN NO KAGAKU KOGAKU 46) KAGAKU KOGAKUKAI-HEN. 142-151 (1994)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.NAKANO: "Effect of salt on the property of adsorption in thermosensitive polymer hydrogel" J.Chem.Eng.Japan. 29[5]. 767-772 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] 中野義夫: "環境感応型高分子ゲルを被覆した水晶振動子の情報変換素子への適用" 化学シンポジウムシリーズ55、治療と診断のシステム、化学工学会「治療システム」研究会編. 55. 71-74 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] 中野義夫: "イオン性ゲル膜の動的挙動に及ぼす電荷と物質移動の効果" Polymer Preprints Japan. 45(8). 1816-1817 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] 中野義夫: "ゲルアクチュエータの屈曲特性に及ぼす電荷の効果" 化学工学会第61年会研究発表講演要旨集. 第1分冊. 150 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] 中野義夫: "環境感応型ゲルの機能化とシステム化の接点" 化学工学会第61年会研究発表講演要旨集. 第2分冊. 156-157 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] 中野義夫: 化学工学会第29回秋季大会研究発表講演要旨集. 第1分冊. 103 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] Y. SEIDA and Y. NAKANO: "Concept to Control the Phase Behavior of Stimuli-sensitive Polymer Gel" J. Chem. Eng. Japan. 28. 425-428 (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] 中野義夫、清田佳美: "イオン性高分子ゲル膜の物質移動-屈曲挙動のダイナミックス" Polymer Preprints, Japan. 44. 1598-1599 (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] 中野義夫、清田佳美: "固液共存型分子アクチュエータ素子の動的挙動制御システムの設計" 化学工学会第60年会研究発表講演要旨集. 176- (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] 中野義夫、清田佳美: "高分子ハイドロゲルの電気化学的放水特性" 化学工学論文集. 21. 319-325 (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] 中野義夫、清田佳美、大野順通: "イオン・溶媒の移動制御システムを組み込んだ固液共存型分子アクチュエータ素子" 化学工学. 59. 259-260 (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] 中野義夫、清田佳美: "自律応答型ソフトマテリアルの環境設定と変形挙動" 第28回化学工学会秋季大会研究発表講演要旨集. 387- (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] 清田佳美、中野義夫: "感温型高分子ゲルの物理・化学的構造と表面特性" 化学工学論文集. 20. 213-218 (1994)

    • 関連する報告書
      1994 実績報告書
  • [文献書誌] 中野義夫、清田佳美: "高分子ゲルの電気化学的放水制御" 化学工学シンポジウムシリーズ43、制御放出技術. 19-22 (1994)

    • 関連する報告書
      1994 実績報告書
  • [文献書誌] 中野義夫: "環境感応型高分子ゲルの吸着特性と制御性" Adsorption News. 8. 5-7 (1994)

    • 関連する報告書
      1994 実績報告書
  • [文献書誌] 中野義夫、清田佳美: "高分子ハイドロゲルの電気化学的放水特性" 化学工学論文集:印刷中. (1995)

    • 関連する報告書
      1994 実績報告書
  • [文献書誌] 中野義夫、清田佳美、大野順道: "イオン・溶媒の移動制御システムを組み込んだ固液共存型分子アクチュエータ素子" 化学工学会第27回秋季大会研究発表講演要旨集. 2. 22 (1994)

    • 関連する報告書
      1994 実績報告書
  • [文献書誌] 清田佳美、中野義夫: "高分子ゲルを用いた化学動態依存型分子デバイスの構築" 化学工学会熊本大会研究発表講演要旨集. 39-40 (1994)

    • 関連する報告書
      1994 実績報告書
  • [文献書誌] 中野義夫(共著): "材料化学工学(最近の化学工学46)(社)化学工学会" (株)化学工業社, 171 (1994)

    • 関連する報告書
      1994 実績報告書

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公開日: 1994-04-01   更新日: 2016-04-21  

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