| 研究課題/領域番号 |
19K05547
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| 研究機関 | 鹿児島大学 |
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研究代表者 |
満塩 勝 鹿児島大学, 理工学域工学系, 助教 (70372802)
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| 研究分担者 |
肥後 盛秀 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (10128077) [辞退]
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 表面プラズモン共鳴(SPR) / 多機能センサー / 偏光 / 角型ガラス棒 / 温度補正 / 金薄膜 / ゴムシート / 温度補正 |
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| 研究実績の概要 |
SPR現象はP偏光のみで励起され、S偏光では起こらない。これを利用し、断面が正方形の角型のガラス棒と偏光を組み合わせて応答する面を制御できるセンサーシステムを構築することに成功した。2020年度は、一つの無修飾の面で屈折率を計測し、もう一つの修飾した面で温度に関する情報を収集できるセンサーシステムの完成度を上げることを目標とした。
前年度で一つの面に無修飾、もう一つの面にシリコーンゴムシートを貼り付け、無修飾面の屈折率そのものの応答をシリコーンゴム面の温度のみに依存するシリコーンゴムの屈折率に由来する応答で補正することにより、50度～40度の温度範囲において温度の影響を相殺し、SPR応答で濃度を正しく測定する事に成功した。しかし、研究を進めると高濃度エタノールの測定時にシリコーンシートにアルコールが浸潤してシートそのものの屈折率が変化し、温度補正が正しく機能しないことが明らかになった。そこで、水やエタノールを浸透させず、温度に対する屈折率変化が大きな素材の探索を2020年度の研究の主題と位置づけた。
本研究課題においては、温度に対する屈折率変化が大きい素材は熱膨張係数が大きいことに着目し、候補を選定した。その候補として、ウレタンゴムシート、フッ素ゴムシート、フロロシリコーンゴムシート、およびシリコーンゴムシートの周囲を樹脂で覆ったものについて実験を行った。しかし、シリコーンシートを上回る素材を発見するには至らなかった。これは金やガラスへの吸着力が弱いとシートとガラスの間に試料が入り込み、また撥水性が強すぎるとガラス表面への吸着力が弱い傾向が見られるため、このバランスも重要であると考えられる。フロロシリコーンシートは初期状態では粘土状であるが、加硫するとゴム状に変わるため、金やガラス棒表面に貼り付けた後加硫するなどの工夫で撥水性と吸着性を両立が重要であると考えられる。
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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
本研究課題で重要な温度で屈折率が大きく変わる素材の探索が2020年度の研究の中心である。ウレタンゴムシート、フッ素ゴムシート（2種類）、フロロシリコーンゴムシート、およびシリコーンゴムシートなどの素材をセンサー表面に貼り付け、様々な温度における濃度を変えたエタノール水溶液の無修飾の金面における応答をシートを貼り付けた金面の応答で修飾することで、温度の影響を排除する評価を行った。
始めに行ったウレタンゴムシートは金とガラス表面に対する吸着性が弱く、評価中に剥がれ落ちた。これはセンサー表面への密着力が弱く、溶液内に入れるとセンサーとシートの隙間に試料が浸入するためであると思われた。そこで撥水性を期待してフッ素ゴムシートを測定に用いたところ、センサー表面に貼り付けることが出来たが、今度はシート自体に試料溶液の浸透と思われる挙動が見られ、応答が安定しなかった。予備実験で行ったシリコーンゴムシートについてもさらに詳細に検討したところ、30体積％までの濃度のエタノール溶液において非常に理想的な温度補正能力を示したが、それ以上の濃度において試料が浸透したと思われる挙動が見られた。そこで、密着力と撥水性、試料の浸透のしにくさを期待してフロロシリコーンゴムシートを用いてみたが、フッ素ゴムシートよりは良好な挙動を示したが、試料の浸透と思われる挙動が10体積％から見られ、シリコーンシートを上回ることはできなかった。
本年度到達予定の目標は昨年度の予備実験において達成出来ているため、研究は順調に進展していると言える。しかし、まだ完全に温度の補正が出来ているわけではないため、2021年度はセンサーシステム全体の完成度を上げ、2022年度予定の実際の現場を想定した実証実験を前倒しで着手出来るようにしたい。
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| 今後の研究の推進方策 |
現在の所最も良い性能を示しているシリコーンゴムシートの追試やその表面を樹脂で固めて試料の浸入を押さえる等の工夫を試み、広い濃度範囲において安定して使用できるセンサーの完成を目指す。また、フロロシリコーンゴムシートは加硫による架橋によって粘弾性を制御でき、架橋度で試料の浸入を押さえることが出来ると期待できるため、この素材に様々な化学修飾を加えて評価を続ける。また、他の素材についての探索も続ける予定である。
また、実際分析について、焼酎の蒸留過程や機械加工油の監視について使えないかと考えており、これらを想定した測定を始める予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナの影響により、大学への入構の制限期間が生じて実験が滞り、予想よりも試薬類の消費が少なくなった。また、研究状況を発表するために二つの学会への参加を見込んで旅費を計上していたが、リモート開催または中止となり、次年度使用額が発生した。
2021年度は学会旅費をリモート開催を前提に再検討し、その分消耗品と設備使用の費用に充て、入構制限がかからない間に短期集中で必要なデータを収集するようにし、コロナによる影響を最小限に抑える予定である。
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