| 研究課題/領域番号 |
16310077
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
辻井 薫 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (40360945)
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| 研究分担者 |
眞山 博幸 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (70360948)
松尾 剛 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (10300899)
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| キーワード | フラクタル / 超撥水表面 / 撥油表面 / 電解酸化重合 / ゾル-ゲル法 / フラクタル立体 |
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| 研究概要 |
本研究では、数学的概念であるフラクタル(自己相似性)を表面や立体の構造に取り入れることで、ユニークな機能を発現する材料開発およびその応用を目指している。前年度に引き続き、H17年度には、(1)耐久性のある超撥水表面作製、(2)同じく高撥油表面の作製、(3)フラクタル立体の作製とそのキャラクタリゼーションの研究を行った。
(1)耐久性のある超撥水表面作製:これまでフラクタルを材料開発に取り込んだ研究として、アルキルケテンダイマー(以下、AKD)という一種のワックスを用いた超撥水フラクタル表面の研究(接触角174°を実現)が知られている。この研究により自己相似性のある表面構造を形成することで液体を完全にはじくフラクタル表面が作製可能であるという設計指針が明らかにされた。しかしながら、AKDはワックスであるために、実用化のために必須条件である耐熱性や耐薬品性等に乏しいという問題がある。昨年度に、電解酸化重合による導電性高分子膜により、耐久性のある超撥水フラクタル表面の作製に成功し、論文発表した。この表面は、90℃で長時間保存したり(耐熱性)、様々な溶媒(アルコール、アセトン、油脂等)中に浸した後(耐薬品性)、接触角が変化しないことを確認した。
(2)耐久性のある高撥油表面の作製:上記の導電性高分子膜表面を、更にフッ素系シランカップリング剤で処理することにより、油もはじく表面の作製に成功した。この表面も、耐熱性と耐溶剤性に優れ、上記の超撥水表面と同様の耐久性を示すことが分かった。この撥油表面上でのサラダ油の接触角は135°程度で、実用上意味のある充分に大きな値であることが分った。油も水もはじく表面は、汚れがつかない防汚性材料になることが期待される。本研究の成果を、特許出願した。
(3)フラクタル立体の作製とそのキャラクタリゼーション:フラクタル立体は理論的には表面積無限大・体積無限小であるという性質を有するため、断熱材、触媒、エネルギーの閉じ込め等の機能が期待される。昨年度には、フラクタル立体の作製法を次の様に確立した:(1)AKDを微粒子化し(ヘキサンに溶かし、噴霧することで直径0.1-100・mの微粒子を作製)、(2)室温で静置することで微粒子表面にフラクタル構造を自発的に形成させ、(3)これを容器中に集積し、(4)微粒子間の空隙にテトラメチルオルソシリケートSi(OCH_3)_4の溶液で埋めてゾル-ゲル反応させ、(5)電気炉を用いて550℃で2時間加熱することでAKD微粒子を燃焼・除去した。このフラクタル立体の断面のフラクタル次元は1.87であった。更に本年度では、AKDフラクタル微粒子の集積度を変化させることによって、このフラクタル次元を1.80-1.87の範囲でコントロール出来ることが分かった。この断面のフラクタル次元および立体の空隙度を解析した結果、フラクタル立体の数学的モデルであるMenger's sopngeに近い立体であることが分かった。
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