撥水／撥水パターニング表面での特異的ピン止め現象の解明と高効率液体輸送技術の開発

• 研究課題/領域番号: 18K14006
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分26030:複合材料および界面関連
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 天神林 瑞樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 独立研究者 (20815980)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2020年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2019年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2018年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
• キーワード: 撥水材料 / 液体輸送 / 濡れ性制御 / 生体模倣 / リキッドマーブル / 超撥水 / 薄膜 / 撥水 / 濡れ / 表面処理 / 流路 / パターニング / ピン止め現象

研究成果の概要

インフラストラクチャー・プリンテッドエレクトロニクスに代表される液体の輸送技術は、工業・医療・エレクトロニクス分野に不可欠な基盤技術である。しかし、輸送過程における液体の不本意な付着損失は、輸送ラインの汚染及び輸送効率の低下の原因に繋がる。本研究では撥水性材料の構造制御及びパターン技術により液体を付着損失なく任意方向に輸送できるような革新的な液体輸送技術を開発することである。固体表面の濡れ性及び構造を変化させ、液体の付着挙動をIn-situ観察し、そのダイナミクスを明らかとした。そして液体の接着界面の力学特性を精密に制御することで液体を付着損失なく任意方向に輸送できるような基盤技術を開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

液体の輸送過程における不本意な付着残りは、液体の輸送効率の低下だけでなく付着容器の汚染を生み出す。このような液体の付着を抑え、輸送効率を高める研究は、医療現場や食品の容器への付着などのフードロスや、廃棄液体の環境汚染問題への解決策として注目を集めている。本研究ではこのような液体の不本意な付着を抑制する撥水技術を基盤とした液体の輸送技術の開発に着手した。本課題を通じて液滴の付着ダイナミクスを明らかにし、得られた知見をもとに液滴をマイクロリッタースケールからリッタースケールまで付着損失なく任意方向に遠隔輸送できる技術を開発した。

研究成果

• [雑誌論文] Liquid Marble Patchwork on Super‐Repellent Surface (2021)
  • 著者名/発表者名: Tenjimbayashi Mizuki、Samitsu Sadaki、Watanabe Yuko、Nakamura Yasuyuki、Naito Masanobu
  • 雑誌名: Advanced Functional Materials 巻: Early view 号: 21 ページ: 2010957-2010957
  • DOI: 10.1002/adfm.202010957
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 「ウェットな表面で液体を弾く」液体膜型撥水表面SPLASH (2021)
  • 著者名/発表者名: 天神林瑞樹
  • 雑誌名: Colloid & Interface Communication 巻: 46 ページ: 16-18
• [雑誌論文] Exceptional Robustness and Self‐Reconfigurability of Liquid Marbles on Superhydrophobic Substrate (2020)
  • 著者名/発表者名: Tenjimbayashi Mizuki、Watanabe Yuko、Nakamura Yasuyuki、Naito Masanobu
  • 雑誌名: Advanced Materials Interfaces 巻: 7 号: 11 ページ: 2000160-2000160
  • DOI: 10.1002/admi.202000160
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Liquid Marbles: Exceptional Robustness and Self‐Reconfigurability of Liquid Marbles on Superhydrophobic Substrate (Adv. Mater. Interfaces 11/2020) (2020)
  • 著者名/発表者名: Tenjimbayashi Mizuki、Watanabe Yuko、Nakamura Yasuyuki、Naito Masanobu
  • 雑誌名: Advanced Materials Interfaces 巻: 7 号: 11 ページ: 2070058-2070058
  • DOI: 10.1002/admi.202070058
  • 国際共著
• [雑誌論文] Continuous Directional Water Transport on Hydrophobic Slippery Ventral Skin of Lampropeltis pyromelana (2020)
  • 著者名/発表者名: Tenjimbayashi Mizuki、Kawamura Kohei、Shiratori Seimei
  • 雑誌名: Advanced Materials Interfaces 巻: 7 号: 19 ページ: 2000984-2000984
  • DOI: 10.1002/admi.202000984
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crosslinked Poly(N-isopropylacrylamide) Based Microfibers as Cell Manipulation Materials with Prompt Cell Detachment (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomomi Konishi, Aya Mizutani Akimoto, Taihei Nishimoto, Yuki Tokura, Mizuki Tenjimbayashi, Kenta Homma, Ko Matsukawa, Taisei Kaku, Yuki Hiruta, Kenichi Nagase, Hideko Kanazawa, Seimei Shiratori
  • 雑誌名: Macromol. Rapid Commun. 巻: 40 ページ: 1900464-1900464
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Durable and Flexible Superhydrophobic Materials: Abrasion/Scratching/Slicing/Droplet Impacting/Bending/Twisting-Tolerant Composite with Porcupinefish-Like Structure (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi Yoshihiro、Tenjimbayashi Mizuki、Samitsu Sadaki、Naito Masanobu
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 11 号: 35 ページ: 32381-32389
  • DOI: 10.1021/acsami.9b09524
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Microbubble flows in superwettable fluidic channels (2019)
  • 著者名/発表者名: Tenjimbayashi Mizuki、Doi Kotaro、Naito Masanobu
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 9 号: 37 ページ: 21220-21224
  • DOI: 10.1039/c9ra04212a
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Simultaneous Detection and Repair of Wetting Defects in Superhydrophobic Coatings via Cassie Wenzel Transitions of Liquid Marbles (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Tenjimbayashi, Sadaki Samitsu, Masanobu Naito
  • 雑誌名: Advanced Functional Mateirals 巻: 印刷中 号: 26 ページ: 1900688-1900688
  • DOI: 10.1002/adfm.201900688
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An Antifreeze Liquid-Infused Surface with High Transparency, Low Ice Adhesion Strength, and Antifrosting Properties Fabricated through a Spray Layer-by-Layer Method (2019)
  • 著者名/発表者名: Taku Yamazaki, Mizuki Tenjimbayashi, Kengo Manabe, Takeo Moriya, Hiroki Nakamura, Takuto Nakamura, Takeshi Matsubayashi, Yosuke Tsuge, and Seimei Shiratori
  • 雑誌名: Industrial & Engineering Chemistry Research 巻: 58 号: 6 ページ: 2225-2234
  • DOI: 10.1021/acs.iecr.8b05927
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Coalescence delay of microbubbles on superhydrophobic/superhydrophilic surfaces underwater (2018)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Tenjimbayashi, Yudai Kawase, Kotaro Doi, Chen Xian Ng, and Masanobu Naito
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 113 号: 3 ページ: 033705-033705
  • DOI: 10.1063/1.5038910
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Heat-Shielding and Self-Cleaning Smart Windows: Near-Infrared Reflective Photonic Crystals with Self-Healing Omniphobicity via Layer-by-Layer Self-Assembly (2018)
  • 著者名/発表者名: Chiaki Nakamura, Kengo Manabe, Mizuki Tenjimbayashi, Yuki Tokura, Kyu-Hong Kyung, and Seimei Shiratori
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 10 号: 26 ページ: 22731-22738
  • DOI: 10.1021/acsami.8b05887
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] One Step Dipping Fabrication of Fe3O4/PVDF-HFP Composite 3D Porous Sponge for Magnetically Controllable Oil-Water Separation (2018)
  • 著者名/発表者名: Jiatu Li, Mizuki Tenjimbayashi, Nicole Zacharia, Seimei Shiratori
  • 雑誌名: ACS Sustainable Chemistry & Engineering 巻: 6 号: 8 ページ: 10706-10713
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.8b02035
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Liquid Marble Patchwork on Super-Repellent Surface (2021)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Tenjimbayashi
  • 学会等名: MANA International Symposium 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Kinetic Wetting Switch at Soft Interface (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Tenjimbayashi
  • 学会等名: 第29回日本MRS年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] Liquid Marble Metabolizes Wetting Defects in Superhydrophobic Coatings (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizuki TENJIMBAYASHI, Sadaki SAMITSU, and Masanobu NAITO
  • 学会等名: Okinawa Colloids 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 動的濡れ性応答リキッドマーブルによる 濡れ欠陥部位の検出と修復 (2018)
  • 著者名/発表者名: 天神林 瑞樹・内藤 昌信
  • 学会等名: 第69 回コロイドおよび界面化学討論会
• [図書] 超撥水・超撥油・滑液性表面の技術（第2巻） (2021)
  • 著者名/発表者名: 穂積篤、内藤昌信、中野万敬、山中基資、吉田裕安材、中野涼子、八尾滋、大津康徳、梅田章広、中島伸一郎、平井悠司、大越昌幸、寒川誠二、後藤景子、柳澤憲史、和泉麻由佳、森田正道、鈴木一子、福井俊巳、菊池竜也、小野寺文哉、近藤竜之介、中島大希、鈴木亮輔、夏井俊吾、天神林瑞樹
  • 総ページ数: 227
  • 出版者: サイエンス＆テクノロジー
  • ISBN: 9784864282444
• [備考] 所属研究機関HP
  • URL: https://samurai.nims.go.jp/profiles/tenjimbayashi_mizuki
• [備考] NIMSプレスリリース
  • URL: https://www.nims.go.jp/news/press/2019/09/201909100.html
• [備考] 時事ドットコム：超撥水、耐久性向上＝ハリセンボンまね新材料－船底塗料に応用へ・物材機構
  • URL: https://www.jiji.com/jc/article?k=2019091000950&g=soc
• [備考] 茨城新聞：物材研 丈夫な撥水素材を開発 摩耗や曲げの弱さ改善 ハリセンボンから着想
  • URL: https://ibarakinews.jp/news/newsdetail.php?f_jun=15683719653091
• [備考] ACS News Service Weekly PressPac
  • URL: https://www.acs.org/content/acs/en/pressroom/presspacs/2019/acs-presspac-september-18-2019/porcupinefish-inspires-sturdy-superhydrophobic-material.html
• [備考] 日本経済新聞：水はじく新素材 丈夫に ハリセンボンに着想 物質機構
  • URL: https://www.nikkei.com/article/DGKKZO50031320Q9A920C1MY1000/
• [備考] SAMURAI
  • URL: https://samurai.nims.go.jp/profiles/tenjimbayashi_mizuki