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2013 年度 実績報告書

移流自己組織化を用いたコロイドナノ粒子パターン構造制御手法の確立とその応用展開

研究課題

研究課題/領域番号 23686109
研究機関京都大学

研究代表者

渡邉 哲  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80402957)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2014-03-31
キーワード移流集積法 / 自己組織化 / ネットワーク構造 / 透明導電膜 / 格子ボルツマンシミュレーション / メニスカス / 濡れ性
研究概要

実験的検討:液レベル制御式移流集積法を用いたストライプ状ネットワーク構造の形成速度をさらに高速化するべく,高い粒子濃度(0.1 vol%)のサスペンションを使用して検討を行った。その結果,高濃度領域でも粒子の堆積速度は粒子濃度に比例して増加することを確認した。一方で,高濃度条件下では,非堆積部であるべき部分に粒子が堆積してしまったため,透過率は低下する結果となった。この問題を解決するために吸引速度と基板の濡れ性を変化させたところ,吸引速度2500 μm/s,接触角48度において,透過率を大きく低下させることなく構造形成可能であることを見出した。さらに本手法を改良し,液面の上昇操作を加えることで,堆積部厚みが増大することを確認した。液面の上昇/降下速度を調節することにより,非堆積部への粒子堆積を防ぎつつ断面積を増加できることを示した。ストライプ構造を形成後,基板を90度回転してもう一度集積を行うことで,格子状構造が得られる。得られた格子構造を焼成後,表面抵抗と透過率を測定したところ,抵抗は30Ω/□,透過率は88%と,初年度の結果から大きく性能が向上した透明導電膜の形成に成功した。
理論的検討:移流集積過程において,粒子堆積部先端でのメニスカス挙動が粒子集積構造に与える影響を詳細に検討するため,気液二相系格子ボルツマン法を用いた流体シミュレーションにより,移流集積過程を模した系における界面の形状変化を追跡した。メニスカス先端へ向かう対流が形状変化に与える影響を検討し,移流集積過程におけるメニスカス形状の動的な挙動が溶媒蒸発に誘起される対流に起因することを明らかにした。さらにメニスカスの動的形状を予測するモデルを構築し,メニスカスの破断は,曲率が大きくなることで幾何学的に界面形状を保持できなくなるために生じることを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Controlling Self-Assembled Structure of Au Nanoparticles by Convective Self-Assembly with Liquid-Level Manipulation2014

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Hanafusa, Yasushi Mino, Satoshi Watanabe, Minoru T. Miyahara
    • 雑誌名

      Adv. Powder Technol.

      巻: 25 ページ: 811-815

    • DOI

      dx.doi.org/10.1016/j.apt.2014.01.013

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 移流集積過程におけるメニスカス形状変化のシミュレーション解析2014

    • 著者名/発表者名
      渡邉 哲,稲田洪太郎,宮原 稔
    • 雑誌名

      粉体工学会誌

      巻: 51 ページ: 355-362

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Particulate Pattern Formation and Its Morphology Control by Convective Self-Assembly2013

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Watanabe, Minoru T. Miyahara
    • 雑誌名

      Adv. Powder Technol.

      巻: 24 ページ: 897-907

    • DOI

      dx.doi.org/10.1016/j.apt.2013.06.001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Formation of Regular Stripes of Chemically Converted Graphene on Hydrophilic Substrates2013

    • 著者名/発表者名
      Yufei Wang, Yasushi Mino, Satoshi Watanabe, Dan Li, Xuehua Zhang
    • 雑誌名

      ACS Appl. Mater. Interfaces

      巻: 5 ページ: 6176-6181

    • DOI

      dx.doi.org/10.1021/am401918f

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 移流集積過程におけるin-situメニスカス形状観察を利用したストライプ状粒子膜形成機構の解明2013

    • 著者名/発表者名
      三野泰志,渡邉 哲,宮原 稔
    • 雑誌名

      粉体工学会誌

      巻: 50 ページ: 332-341

    • 査読あり
  • [学会発表] 液レベル操作式移流集積法を用いた金ナノ粒子格子構造の形成と透明導電性評価2014

    • 著者名/発表者名
      松井 築,渡邉 哲,宮原 稔
    • 学会等名
      第16回化学工学会学生発表会
    • 発表場所
      大阪府立大学(大阪府堺市中区)
    • 年月日
      20140301-20140301
  • [学会発表] In-Situ Observation of Meniscus Tip Behavior during Stripe Pattern Formation in Vertical-Deposition Convective Self-Assembly2013

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Watanabe, Yasushi Mino, Minoru T. Miyahara
    • 学会等名
      2013 AIChE Annual Meeting
    • 発表場所
      Hilton San Francisco Union Square (San Francisco, California, U.S.A)
    • 年月日
      20131103-20131108
  • [学会発表] Lattice Boltzmann Simulation of the Meniscus Shape Evolution in Vertical-Deposition Convective Self-Assembly2013

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Inada, Satoshi Watanabe, Minoru T. Miyahara
    • 学会等名
      2013 AIChE Annual Meeting
    • 発表場所
      Hilton San Francisco Union Square (San Francisco, California, U.S.A)
    • 年月日
      20131103-20131108
  • [学会発表] 移流集積過程におけるメニスカス形状変化の動力学シミュレーション2013

    • 著者名/発表者名
      稲田洪太郎,渡邉 哲,宮原 稔
    • 学会等名
      粉体工学会2013年度秋期研究発表会
    • 発表場所
      大阪南港 ATC(大阪市住之江区)
    • 年月日
      20131008-20131009
  • [学会発表] 貴金属ナノ粒子導電ネットワーク構造の形成と周期性制御2013

    • 著者名/発表者名
      渡邉 哲
    • 学会等名
      未来のコロイドおよび界面化学を創る若手討論会
    • 発表場所
      ウィルあいち(名古屋市東区)
    • 年月日
      20130920-20130921
    • 招待講演
  • [学会発表] 液レベル操作式移流集積法を用いた貴金属ナノ粒子ネットワーク構造の形成と周期性制御2013

    • 著者名/発表者名
      渡邉 哲,渡部純士,三野泰志,宮原 稔
    • 学会等名
      第64回コロイドおよび界面化学討論会
    • 発表場所
      名古屋工業大学(名古屋市昭和区)
    • 年月日
      20130918-20130920
  • [学会発表] 液レベル制御式移流集積法を用いた 金属ナノ粒子導電ネットワーク構造の周期性制御2013

    • 著者名/発表者名
      渡邉 哲,渡部純士,三野泰志,宮原 稔
    • 学会等名
      粉体工学会第49回夏期シンポジウム
    • 発表場所
      ホテルマウント富士(山梨県南都留郡)
    • 年月日
      20130718-20130719
  • [学会発表] Controlling the Morphology of Self-Assembled Colloidal Pattern by Ion Addition2013

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Watanabe, Junya Suzuki, Yuichiro Arai, Minoru T. Miyahara
    • 学会等名
      87th ACS Colloid and Surface ScienceSymposium
    • 発表場所
      University of California, Riverside (Riverside, California, U.S.A.)
    • 年月日
      20130624-20130626
  • [図書] 分散・塗布・乾燥の基礎と応用2014

    • 著者名/発表者名
      監修 山口由紀夫
    • 総ページ数
      600 (356-360)
    • 出版者
      テクノシステム
  • [備考] 京都大学化学工学専攻界面制御工学研究室

    • URL

      http://www.cheme.kyoto-u.ac.jp/2koza/

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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