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2019 年度 実施状況報告書

現実の汚れた表面の濡れ現象:化学的ピン止め効果と物理的ピン止め効果の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K03554
研究機関旭川医科大学

研究代表者

眞山 博幸  旭川医科大学, 医学部, 准教授 (70360948)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード濡れ現象 / ピン止め効果 / 曲面の数学 / 汚れた表面
研究実績の概要

現実の表面では必ず汚れや凹凸が存在する。汚れた部分は滑らかな表面が示す接触角と異なる接触角を示す。このため、汚れていない表面をスムースに移動していた液滴の接触線は汚れた部分との境界で引っかかり(ピン止め)、接触角だけが変化する現象が観察される。また、物理的な突起がある場合においても、突起に接触線がピン止めされる。このとき、ピン止めは接触角に反映されたり、複数の突起に支持された気液界面がくぼむ原因となる。
今年度は超撥水表面の表面構造(物理的な突起)が動的な濡れに及ぼす現象に関して大きな研究成果が得られた。具体的には、有機化合物の微結晶で覆われた表面に水滴をある高さから落下させたとき、水滴の気液界面は表面構造に接したとき、複数の突起に支持されてくぼみ、水滴が跳ね返る原因となる。どのような条件のときに水滴が跳ね返るかを実験と理論の両面から明らかにした。理論的考察では、複数の突起にピン止め効果により支持された気液界面がくぼんだときにラプラス圧、衝突時の水滴の運動エネルギー、表面構造に接したときの界面エネルギー、水滴が変形した際に生じる散逸エネルギーを考慮した。これらの成果はハスの葉の上でどうして雨粒が跳ね返るのか、シロアリの翅がなぜ霧は付着するのに雨粒は跳ね返すのか(大きさの違う水滴に対する挙動の違い)といった、植物や昆虫の撥水現象とも大きく関係している。研究成果は原著論文2報および国際学会での基調講演1件、招待講演1件で発表した。また、国内の専門雑誌より複数の原稿依頼があった。

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

1~100マイクロメートルの突起がある表面を作製し、現在、水滴形状の観察に取り組んでいる。形状の定量化(数式化)を行っているところである。概ね1年目の目標を達成している。
また、表面構造のある超撥水表面の上での水滴の跳ね返りの理論をより一般化した論文を執筆中である。

今後の研究の推進方策

物理的欠陥で変形した水滴の形状の定量化を行い、表面積を求め、増加した表面エネルギーからピン止めエネルギーを算出する方法を確立する。その一方で、化学的ピン止め効果を有する表面の作製方法について検討を行う。さらに超撥水表面の表面構造によるピン止め効果を動的な濡れ現象に拡張する。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Crystal Growth Technique for Formation of Double Roughness Structures Mimicking Lotus Leaf2019

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nishimura, Hiroyuki Mayama, Yoshimune Nonomura, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, and Kingo Uchida
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 35 ページ: 14124-14132

    • DOI

      doi.org/10.1021/acs.langmuir.9b02358

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dual wettability on diarylethene microcrystalline surface mimicking a termite wing2019

    • 著者名/発表者名
      Kingo Uchida, Ryo Nishimura, Kengo Hyodo, Hiroyuki Mayama, Satoshi Yokojima, and Shiniciro Nakamura
    • 雑誌名

      Communication Chemistry

      巻: 2 ページ: 90

    • DOI

      10.1038/s42004-019-0192-6| www.nature.com/commschem

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Theoretical Consideration of Wetting in Cassie-Baxter State on Multi-Pillar and Multi-Hole Surfaces: Thermodynamics and Laplace Pressure2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Mayama, Tomoki Nishino, Atsushi Sekiguchi, Ryo Nishimura, Kingo Uchida, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, Yoshimune Nonomura
    • 雑誌名

      J. Photopolym. Sci. Technol.

      巻: 32 ページ: 279-285

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of Oil Repellent Effect by Metamaterial Structure2019

    • 著者名/発表者名
      Tomoki Nishino, Hiroshi Tanigawa, Atsushi Skiguchi, Hiroyuki Mayama
    • 雑誌名

      J. Photopolym. Sci. Technol.

      巻: 32 ページ: 383-387

    • 査読あり
  • [学会発表] Wetting phenomena and energy dissipation on structured surfaces2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Mayama
    • 学会等名
      The 36th International Conference of Photopolymer Science and Technology (ICPST-36)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Wetting Phenomena on Mimicking Lotus Leaf: Importance of Double-Roughness Surface Structure2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Mayama
    • 学会等名
      OKINAWA COLLOIDS 2019 -An International Conference on Colloid & Surface Science Celebrating the 7th Annversary of the Divisional Meeting of Division of Colloid and Surface Chemistry, CSJ
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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