表面エネルギーを考慮した微小構造体の力学理論の構築と形態制御への応用

• 研究課題/領域番号: 15K17934
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 高橋 航圭 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (60619815)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2016年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
• キーワード: Capillarity / Surface energy / Microstructures / Elastocapillary / 表面エネルギー / ぬれ性 / マイクロ・ナノ工学 / 分子動力学計算

研究成果の概要

本研究では，固体表面のぬれ性に着目し，液面に浮かべたフィルムの中央部を引き上げることで円筒状の立体構造を形成する方法を提案した．様々な寸法のプラスチックフィルム，ゴムシートで実験を行った結果，適切な寸法を選択することで，円筒状構造が形成可能であることを示した．また，液体とフィルムの物性値，寸法を用いて，形成される円筒状構造の解析解ならびに形成に必要なフィルム厚さの条件を導出することができた．さらに，グラフェンシートからも円筒状構造が形成可能なことを，シミュレーションにより示した．

研究成果

• [雑誌論文] Wetting-induced attraction of thin plates due to capillary flow (2016)
  • 著者名/発表者名: Kousuke TAKAHASHI, Takahiro MATSUO, Masakazu FURUTA, Shuzo OSHIMA, Kazuaki INABA, Kikuo KISHIMOTO
  • 雑誌名: Mechanical Engineering Letters 巻: 2 号: 0 ページ: 16-00227-16-00227
  • DOI: 10.1299/mel.16-00227
  • NAID: 130005264455
  • ISSN: 2189-5236
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] ぬれ性起因の平板変形を利用した円筒構造形成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 檜作大樹, 高橋航圭, 因幡和晃, 岸本喜久雄
  • 学会等名: 日本機械学会 M&M2017 材料力学カンファレンス
• [学会発表] 微細構造体の表面エネルギーに起因する吸着力・接着力の評価に関する研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋航圭
  • 学会等名: 日本機械学会 M&M2017 材料力学カンファレンス
  • 招待講演
• [学会発表] Capillary Induced Fabrication of Cylindrical Structures (2017)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Takahashi, Daiki Hizukuri, Kazuaki Inaba, Kikuo Kishimoto
  • 学会等名: The 7th East Asia Mechanical and Aerospace Engineering Workshop
• [学会発表] Characterization of interfacial strength between fiber and matrix based on image analysis of photoelasticity (2016)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Takahashi, Bentang A. Budiman, Kazuaki Inaba and Kikuo Kishimoto
  • 学会等名: 17th European Conference on Composite Materials
  • 発表場所: Munich, Germany
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of capillary attraction between thin plates (2016)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Takahashi, Shuzo Oshima, Kazuaki Inaba and Kikuo Kishimoto
  • 学会等名: The 6th East Asia Mechanical and Aerospace Engineering Workshop
  • 発表場所: Tainan, Taiwan
  • 年月日: 2016-06-02
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of interfacial strength of fiber/matrix in composites by characteristic length of Tresca stress contour (2015)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Takahashi, Bentang Arief Budiman, Kazuaki Inaba, Kikuo Kishimoto
  • 学会等名: The 3rd International Workshops on Advances in Computational Mechanics
  • 発表場所: KFC Hall & Rooms at Ryogoku, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2015-10-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dependence of Capillary Speed on Capillary Bending of Thin Plates (2015)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Takahashi, Masakazu Furuta, Shuzo Oshima, Kazuaki Inaba, Kikuo Kishimoto
  • 学会等名: ASME 2015 Applied Mechanics and Materials Conference, McMAT2015
  • 発表場所: Seattle, US
  • 年月日: 2015-06-29
  • 国際学会