| 研究課題/領域番号 |
25410212
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 創価大学 |
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研究代表者 |
井田 旬一 創価大学, 工学部, 准教授 (20409783)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 感温性機能ゲル粒子の創製 / 誘導加熱 / 温度応答ポンピング |
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| 研究概要 |
本研究では、感温性ゲル粒子に機能性粒子として、光触媒能を持つ酸化チタン(TiO2)および磁性を持つ四酸化三鉄(Fe3O4)のナノ粒子を複合化し、それらの機能を協調的、協奏的に用いる事で高度に機能集積した有機-無機複合材料を創製する事を目的としている。
今年度の研究では、1.感温性ゲル粒子にTiO2やFe3O4粒子を入れる事で、ゲル粒子の温度応答性（膨潤・収縮率）がどの程度変化するか、2.得られた感温性機能ゲル粒子に交流磁場を印加し、ゲル粒子のみの局所加熱が可能かどうか、またこれによりゲル粒子の温度応答を引き起こす事が可能かどうかを検討した。
まず、N-イソプロピルアクリルアミドポリマー（PNIPAM）とアルギン酸からなる感温性ゲル粒子を、単ノズル微粒化法で調製した。また1-4wt%の濃度でそれぞれTiO2やFe3O4粒子を複合化した感温性ゲル粒子を調製し、温度変化に伴う各ゲル粒子の体積変化を測定したところ、無機粒子を複合化することでゲル粒子の温度応答性は若干であるが鈍化すること、その鈍化の割合は無機粒子濃度の増加と共に増加する事が分かった。またその効果はTiO2の方が顕著である事が分かった。
次に、交流磁場発生磁場装置を購入し、上記の実験で調製したFe3O4粒子を複合化した感温性ゲル粒子への交流磁場印加実験（誘導加熱）を行った。その結果、これによりゲル粒子の局所加熱が可能な事、またそれに付随してゲル粒子の体積変化（収縮）が起きる事が確認された。また粒径の異なる2種類のFe3O4粒子(約15nm、約200nm）を用いて同様の実験を行った所、小粒径のFe3O4粒子の方が局所加熱に適している事が分かった。更に、交流磁場を断続的に印可した所、ゲル粒子の膨潤収縮が連続的に起こり、本研究で目指していた温度応答ポンピングが確認された。これにより本プロジェクトの目的の約50%は達成された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
科研費申請時に目標とした、「研究期間内にどこまで明らかにしようとするのか」の３つの項目のうち、初年度で２項目をほぼ終える事ができた。高周波交流磁場を用いた局所加熱実験は2年目に行う予定であったが、この実験の成否が本プロジェクトの成否の鍵となっていたので、初年度に前倒しで行った。その結果、期待通りの結果を得ることができ、本プロジェクトの実現可能性に大きく近づけることができた。しかしこの実験のために、初年度に予定していた、細かなパラメーターを振る実験が行えなかったが、全体的には計画以上に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
一番困難と予想されていた局所加熱については予想通りの結果が得られたため、2年度以降はほぼ計画どおりに推進可能と考えている。具体的には2年目の実験として、局所加熱実験をもう少し細かくパラメーターを振って実験を行うことと、TiO2を複合化したゲル粒子の光触媒能の評価実験を行っていく。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
2年目に行う局所加熱実験のための高周波磁場装置の購入を150万円で今年度予定していたが、予備実験を行った所、当初予定していたスペックでは足りずにより高性能でより高価なものを購入する必要に迫られた。そのため、装置に付随して必要な部品である冷却器購入を諦めざるを得なかった。以上の理由により、予定使用額との差が出てしまった。
２年目に予定している消耗品などの予算を少し削り、1年目の残りの予算と合わせて高周波磁場装置の冷却器が購入できるようであれば、これを優先的に行いたい。
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