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本研究課題では、マクロ分子集合体を用いて、無機ナノ粒子の集積パターンをトップダウン的な手法によって自由に描く技術を提案する。マクロ分子集合体とは、ここでは有機分子が液相中で相分離して形成されたマクロな構造体である。ソフトマテリアルであるために柔軟性を示し、外力によって容易に形状が変化する。このマクロ分子集合体を変形自在なテンプレートとして用いる。種々の方法により析出したマクロ分子集合体を無機ナノ粒子と複合化し、２次元／３次元パターンをトップダウン的に直接描画する。続いて、マクロ分子集合体のみを除去し、ナノ粒子から成る集積パターンを得る。以上のプロセスコンセプトを検証する。
2019年度は、無機ナノ粒子の3次元集積パターンのトップダウンアセンブリに関する別の方法を開発した。これは相分離した有機高分子をシェルとする、柔軟なフィラメント状コロイドを液中で形成しながら3Dパターンを直接描画する方法である。この方法論はエタノールと水中でのポリビニルブチラール(PVB)の溶解度の差を利用して実証された。具体的には、YSZナノ粒子が高濃度にエタノール分散したコロイドにPVBを添加し、その後マイクロノズルからの連続的な押出しを水中で行うことによりマイクロコイルを直接描画した。また、乾燥過程の制御により、マイクロコイル内の1次元気孔構造の形成も行うことができた。時間軸を加えた積層造形法と捉えることができるため、4Dプリント技術としての可能性も示唆された。さらに、還元剤フリーな金属ナノ粒子の合成ならびに金属ナノ粒子のオンデマンドパターニングの可能性も見出した。
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