| 研究課題/領域番号 |
21K04140
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 芝浦工業大学 |
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研究代表者 |
西川 宏之 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (40247226)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | マイクロ・ナノ粒子 / 誘電泳動 / プラスチックごみ / 環境水 / 濃縮・分離 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
環境水中のプラスチックごみや有機・無機ナノ粒子は地球規模で社会問題化しつつある。一方、各種ナノ粒子は可視化や機器分析が極めて困難であるため、環境水中等を遍歴するナノ粒子の動態を正確に評価するためのモニタリング技術の開発が焦眉の急である。本研究においては多様なサイズ・性状を有する環境マイクロ・ナノ粒子の選別・濃縮による検出技術を確立することを目指す。独自の陽子線描画による精密加工・試作技術を援用して作製した誘電体マイクロ構造を用い、水中での微細粒子の三次元泳動を電気的に制御する。これにより、環境水中のマイクロ・ナノ粒子選別・濃縮工程を簡易化・迅速化し、海洋環境の課題解決に資することを目的とする。
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| 研究実績の概要 |
水環境におけるマイクロプラスチックごみが顕在化し、国連SDGsの課題等の1つとして地球規模で社会問題化しつつある。プラスチックごみは5mmから300μm程度のいわゆる「マイクロプラスチック(MP)」、あるいはそれ以下の「スーパーマイクロプラスチッ(SMP)」に分類される。前者はその物理的な捕集と可視化が比較的容易であるが、環境水中の「ナノプラスチック」を含む100nm以下のナノ粒子(NP)の捕集と検出は極めて困難であり、かつ藻類などの粗大な夾雑物の混在により、SMPおよびNPの可視化と環境水中での動態解明を困難にしている。各種ナノ粒子は可視化や機器分析が極めて困難であるため、環境水中等を遍歴するナノ粒子の動態を正確に評価するためのモニタリング技術の開発が焦眉の急である。
本研究の目的は、独自の陽子線描画による精密加工・試作技術を援用して作製した誘電体マイクロ構造を用い、水中での微細粒子の三次元泳動を電気的に制御する。これにより、環境水中のマイクロ・ナノ粒子選別・濃縮工程を簡易化・迅速化し、喫緊の海洋環境の課題解決に資することである。
本研究では「サイズや有機・無機の多様な組成からなる水環境中のSMPおよびNP等のマイ クロ・ナノ粒子をいかに選択的に捕集し、検出するか」という課題に対して、電気工学およびマイクロ・ナノ工学の視点から課題を解決する。具体的には、水中マイクロ・ナノ粒子の誘電泳動による選別と濃縮による可視化を目的として、以下の2課題に取り組んだ。
第二年度となる2022年度は、(1)階層型ピットアレイによるSMP/NPの選別・誘電泳動の粒径依存性、(2)階層型PMMAピットアレイのデザインの見直し、作製工程の改善、の2課題について取り組んだ。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2022年度は、階層構造を有するピット構造の作製に取り組み、階層構造間の位置合わせのための陽子線描画時のアライメントマークの検討を行った。複数回の階層構造の作製試行を行った。これにより、課題(1)における階層型ピットアレイによるSMP/NPの選別・誘電泳動用デバイスの作製上の見通しを得た。また、誘電泳動時の粒子捕集効果のばらつきが認められたことから、課題(2)の中でも、特にデバイス作製工程の改善に焦点を当てて取り組んだ。デバイス部材であるITO-PETフィルムとパターニング用のレジスト間の密着性の向上、PETフィルムの貼り合わせ時の流路の位置合わせの課題、および誘電泳動時のデバイス治具の改善を行うことができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
2022年度の計画においては、最終年度に向けて多層化ピットによる階層化デバイスの実現とSMP/NPの選別の見通しを得た。誘電泳動時の粒子捕集効果のばらつきについては、安定な動作のために改善が必要であるが、2022年度の取り組みにおいて、デバイス作製のための部材選択や作製上の課題をほぼ解決した。今後は、誘電泳動デバイスを等価回路的に捉えて、LCRメータを用いた電気的評価を開始する。これにより、誘電泳動デバイスとしての動作時のばらつきに対する影響を調査し、さらなる改善が見込んでいる。一方、多層構造ピット構造の陽子線描画による作製については、上述のアライメントマークの改善と陽子線描画の調整法の技術的な確立する。以上の改善を以て、実環境を模擬したSMP/NP混合試料を作製し、誘電泳動特性を明らかにするとともに、階層型PMMAピットアレイ部材の誘電デバイスへの実装を行う。
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