| 研究課題/領域番号 |
18K03910
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| 研究機関 | 熊本大学 |
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研究代表者 |
渡邉 智 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (80579839)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 波長選択応答アクチュエータ / 近赤外光 / 感温性ポリマーゲル / 希土類ナノ粒子 / 光熱変換材料 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は、①2波長応答ゲルアクチュエータを光照射スポット内での動作、②感温性ポリマーハイドロゲルの作製条件を元に検討した。
①直径1mmのガラスキャピラリー内で形成した感温性ポリマーゲルロッドの上面と下面に808 nmと980 nmの近赤外光を吸収し、発熱するNd2O3ナノ粒子、Yb2O3ナノ粒子の層を自然沈降を利用して各々形成させた。光照射スポットサイズをサンプルサイズより大きくし、808 nm、980 nmの近赤外光を別々に照射すると、照射波長に応じてゲルロッドの曲がる方向を制御できた。従来の光熱変換型ゲルアクチュエータは、ゲルアクチュエータの動かしたい場所に光照射してアクチュエータ動作を制御していたために、光照射スポットサイズのより小さいサイズのゲルアクチュエータを原理上動かせなかった。本研究の進捗は、この問題を解決し、光照射スポットサイズより小さいスケールでアクチュエータ動作を引き出せる可能性がある。
②感温ポリマーハイドロゲルは、これまでに大気中で光重合して作製していたが、空気中の酸素が重合禁止剤として働き、ゲルネットワークの成長が阻害されて、ポリマーゲルの強度が低く、ピンセットなどでつまむと壊れてしまう。そこで、感温性ポリマーゲルの作製を窒素下で行うための実験システムを作製した。また、光重合のための光照射強度をできるだけ下げ、照射波長を光重合開始剤の吸収波長と一部しか一致しないように調節し、ラジカル停止反応を抑制することで、感温性ポリマーゲルの強度を増加させた。形成したゲルは、ピンセットなどでのハンドリングやガラスセルからの取り外しなどで壊れない程度の強度を有した。また、架橋剤の濃度を変えることで、水の膨潤度を制御し、アクチュエータ動作の変化を大きくできる可能性を示した。
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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
当初の研究計画では、①光照射スポット内で複数のアクチュエータ動作の実現、②感温性ポリマーゲルの作製条件の検討、③光熱変換材料の材料設計の検討を予定していた。③に関しては、早い段階で希土類元素の種類、化学組成、粒子サイズの最適化が終わっており、①と②に注力して研究を進めており、実績で示したように計画で予想した結果を得られており、順調に研究は進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度では、①ゲルアクチュエータのスケールダウンと②光熱変換材料の2次元シート化に関する研究を主に進める。①のスケールダウンに関しては、これまでのガラスキャピラリーを使う方法に加えて、マスク露光やスクリーン印刷を組み合わせて感温性ポリマーゲルと希土類ナノ粒子のパターニングをサブミリから数十マイクロメートルレベルで行う。必要に応じて、マイクロマニュピレーターを購入して手動での切削加工なども取り入れる。作製や評価は、光学顕微鏡に近赤外レーザーと光学フィルターを組み合わせて行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究が予定よりも早く進み、次年度購入予定であった高強度の近赤外レーザーと温調試料台を購入した。
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