| 研究課題/領域番号 |
16K06834
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| 研究機関 | 千歳科学技術大学 |
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研究代表者 |
高田 知哉 千歳科学技術大学, 理工学部, 准教授 (00342444)
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| 研究分担者 |
阿部 薫明 北海道大学, 歯学研究院, 助教 (40374566)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | カーボンナノチューブ / 光解離性ポリマー / 複合体 / 導電性 / 透明性 / フラクタル解析 / フラクタル次元 |
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| 研究実績の概要 |
前年度までに得られた、光解離性ポリマー/カーボンナノチューブ複合体の透明性・導電性に関する知見を踏まえ、複合体中のカーボンナノチューブの分布状態と透明性・導電性を定量的に関係付けるため、種々の条件で作製したポリマー/カーボンナノチューブ複合体の透過電子顕微鏡（TEM）観察を行い、TEM像のフラクタル解析によってフラクタル次元を求めた。この場合のフラクタル次元は、ある画像（辺長１）を矩形で格子状に分割した場合の矩形の辺長をaとし、全矩形のうち対象物の画像を含む矩形数をnとして（ボックスカウンティング法）、これらの関係をlogn = -d×logaと表した場合のdで与えられる。この場合、カーボンナノチューブがTEM像の全面に均一に分布しているほどd=2（いわゆる２次元）に近くなり、カーボンナノチューブが偏在しているような状況ではこれより小さな値となることが予想される。このことを利用すれば、TEM像から得られる情報に基づいて、複合体の透明性・導電性を解釈することが可能になると期待される。
カーボンナノチューブ含有率を種々に変えて試料を作製し、各試料を用いて計８０枚のTEM像を撮影したのち、画像解析によってカーボンナノチューブの占める面積の割合とフラクタル次元との関係を整理すると、これらの間には高い相関を示す指数関数的な関係が成り立つことが見出され、フラクタル次元をパラメータとして複合体中のカーボンナノチューブの分散状態と複合体の導電性・透明性を定量的に関係づけ得ることが示された。一方で、粒子の分散・凝集の様相によっては、フラクタル次元とカーボンナノチューブの占有面積が上記の関係に従わない場合があることも見出された。現時点で画像から抽出し得る情報以外の要素を含めた取り扱いについては今後の検討課題である。
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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
前年度の実験的検討を踏まえて、複合材料中の粒子の分散・凝集状態と物理的性質との関連をフラクタル理論に基づいて整理し得ることを示した点で、概ね当初想定していた通り進行しているといえる。具体的な測定量（可視光透過率、電気抵抗率）とフラクタル次元との関係の導出については、さらに多くの試料について測定値を集めた上で行うことになるであろう。
なお、概要に記した通り、フラクタル次元と物理的性質との関係を正しく整理するためには、カーボンナノチューブの占有面積以外の要素を考慮する必要があることが見出されたため、このことについては本研究課題の主題とは別に検討する必要があると思われる。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度には、当初計画の通り、当該複合体のサイズをスケールアップした場合の導電性について調べ、材料全体の均一通電とそれに伴う温度変化を実現するための技術的要素について検討する。これまでに、複合体の作製法については概ね確立しているが、大面積・大体積の試料を作製するための操作条件を最適化する必要があるため、そのための試行的試料作製をはじめに行う。その後、種々の条件で実際の評価のための試料を作製し、導電性・温度変化を評価する。特に、試料全体での電気伝導および発熱の分布について詳しく調べる。得られた成果は学術論文および関連学会において公表する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初計上していた画像解析ソフトウェアについて、想定していた製品よりも大幅に安価な製品で概ね同様の目的を達せられることが判明したため、差額が生じた。また、論文投稿料も必要としなかった。差額については、最終年度の研究計画を遂行するために必要な物品の購入費用および成果発表に向けた費用に充当する。
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