| 研究課題/領域番号 |
25420404
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 山梨大学 |
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研究代表者 |
森澤 正之 山梨大学, 医学工学総合研究部, 教授 (30220049)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | エレクトロスプレー / 膨潤性ポリマ / POFセンサ / プラスチック光ファイバ |
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| 研究概要 |
本研究は、１．エレクトロスプレー製膜（ESD)装置の製作とESD法によるポリマ薄膜作成、２．ESD法による膨潤性ポリマクラッド型POFガスセンサの作成と基本的特性評価、３．混合ポリマクラッド型POFガスセンサによるプロパンガス測定およびアルコール測定の3段階からなる。平成25年度は、研究開始初年度として、まずESD製膜装置の作製を行い、ガラス基板に膨潤性ポリマの製膜を行った。
【ESD製膜装置の製作】 直流高圧安定化電源（マクセレック（株）AMS-25K02PB）、シリンジポンプ（アズワン SPS-1）、電極、ガラスシリンダから構成されるエレクトロスプレー製膜装置の製作を行った。製膜装置は電極形状、電極間距離などの調整が必要であったが、これは以下のように行った。シリンダに色素を溶解したエタノールまたは蒸留水を入れ、これに高電界をかけてエレクトロスプレーを行う。対電極上には紙を設置しておくことにより、色素の付着状態から溶液の散布状態を確認することが出来る。その色素の付着形状が対称かつ一様になるように電極形状、電極間距離などの調整を行った。
【ESD法によるポリマ薄膜作成】 本年度は平板基板（ガラス、PMMAなど）上への膨潤性ポリマの製膜を試みた。ポリマは最初に試験的にPMMA薄膜の作成を行い、その後膨潤性ポリマとしてポリイソプレン、ポリビニルピロリドン薄膜の作成を行った。ポリビニルビロリドンは、それが可溶な有機溶媒の誘電率が低いためにエレクトロスプレーの液滴が細分化されず、均一な薄膜化が困難であった。一方、PMMAやポリイソプレンに関しては、堆積時間を変えて薄膜を作成した後に表面段差計で膜厚を確認したところ、ナノメートルオーダーでの膜厚コントロールが可能であることが確認できた。これによりPOFセンサのセンシングクラッディングをディップコーティング法よりも均一で薄く形成できるものと考えられる。
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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
本年度の研究計画では、ESD製膜装置の作成、および本装置を使ってのポリマ薄膜の作成までを行うことを目的としていた。本年度は、ESD製膜装置は1台作成することができ、ガラス基板に対して膨潤性ポリマであるポリイソプレンの製膜を行い、製膜時間による膜厚制御も行えた。したがって、本年度の研究の目的は、おおむね順調に進展していると言える。
一方、POFセンサのセンシングマテリアルである膨潤性ポリマは、センサの検出対象に応じて複数種類あるが、現在薄膜形成を確認したのは、ポリイソプレンの1種類だけであり、他の膨潤性ポリマのESD法による薄膜形成の方法の探索が遅れている。また、細かい膜厚コントロール行うためには、ポリマ溶液の濃度、シリンジポンプにより溶液の注入速度、電極形状や電極距離などの各種パラメータを調整する必要があるが、これについても更なる最適化を行うことにより、より精密な膜厚コントロールの可能であると思われるため、今後試みていく必要がある。さらに、POFセンサで使用するクラッドポリマはコアポリマとの屈折率調整のために低屈折率ポリマと混合したブレンドポリマにする必要があるが、ブレンドポリマでの薄膜形成がまだ行われていない。
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度に引き続き、ESD法によるポリマ薄膜作成を行うと共に、ESD法による膨潤性ポリマクラッド型POFガスセンサの作成と基本的特性評価に取りかかり始め、ガスセンサとしての基本的特性評価を行う。平板基板への膨潤性ポリマ薄膜の作成に関しては、ポリマ薄膜の成長速度に着目してパラメータを探索していく。これは、成長（積層）速度がナノオーダーならば、同じ条件でPOFの側面にも堆積できると考えられるためである。続いて平成26年度の後半から、ポリマファイバコアの側面にESD法で膨潤性ポリマ薄膜をクラッドとして堆積することによりPOFを作成する。そのためには、ファイバ中心を軸にして回転させながらファイバ側面に膨潤性クラッドを堆積させる必要がある。そこで前年度作成したESD製膜装置に光ファイバ回転装置を作成して加える。
これらの装置を用いて膨潤性クラッド型POFを作成し、そのガスセンサとしての基本的特性を測定する。POFセンサの基本特性の測定は次のように行う。
１．LED光源、伝送用POF、ガスチャンバー、フォトダイオード、デジタルマルチメータからなる実験系を用いて、センサヘッドの感度、応答特性を測定する。２．アルコール蒸気やプロパンガスの濃度の調整は、真空にしたチャンバーに液相のアルコールから作成した飽和蒸気もしくはプロパンガスを窒素で希釈することによって行う。なお、基本的測定なので対象ガスは高い濃度で測定し、ディップコーティング法で作成したPOFセンサと比較検討を行う。３．クラッド層の厚さ、センサヘッドの直径、長さなどをパラメータとして感度、応答特性の測定を行う。４．測定結果を、プラスチック光ファイバセンサヘッドの作成条件にフィードバックして、感度、応答特性の改善を試みる。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
次年度使用額が生じたのは、ESD製膜装置の高電圧直流安定化電源を別途準備できたために、ESD製膜装置の1台目には、その分の予算を使わずにすんだことと、また、ESD製膜装置の2台目の製作が遅れたことが第一の理由である。
第二の理由は、本研究の進行が若干遅れたために、本年度発表予定であった国際会議に間に合わなかったため、そのための旅費が必要なくなったためである。これは、次年度に使用予定である。
次年度は、２件の国際会議発表を予定（投稿済み）している。その旅費として使用する。また、本年度に予定していた２台目のESD製膜装置の作成に使用する。
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