超撥油表面の作製および固液界面濡れ現象の解明

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26420710
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 白鳥 世明 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (00222042)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 撥水 / 撥油 / ナノ / ハスの葉 / コーティング / 防汚 / 濡れ性 / 凹凸構造

研究実績の概要

台風、火山、地震など自然災害の多い我が国では、自動車・建材・住宅、電化製品、情報端末機器、生活関連用品等分野を問わずに高耐久性の表面コーティングの必要性が高まっており、特に自己修復機能が期待されている。申請者は2014年～2016年まで基盤研究(c)を受けて植物のハスの葉表面の凹凸による表面自浄効果Lotus effectを模倣したフッ素コーティングによる撥水撥油膜を用いた防汚表面に関する研究を中心に行い、水および油類のうち表面張力22mN/m以上の液滴をはじく固体表面を実現した。その結果、Cassie状態からWenzel状態への転移現象他、温度による相転移にもとづく表面濡れ性の制御性など界面化学、表面化学分野において新たな知見を得ることができ、American Chemical Society のACS NANO(IF:13.334)やAdvanced Functional Materials（WILEY-VCH）といった学術雑誌に発表した。従来から超撥水としてよく活用されている、ハスの葉表面の凹凸を模倣した構造はマイクロスケールもしくはナノスケールの凹凸構造をもつため、密閉された容器内においては一定期間防汚性能を発揮するものの、野外においては風雨、吹き付ける砂埃や油類の付着により摩耗され、機能低下が激しいことが明らかになった。すなわち、表面機能の劣化と総括されていた低耐久性に関しては、（１）物理的な摩耗による構造劣化の他（２）微小油性物質や微小粒子の付着を核とした表面吸着物質の成長による化学組成の変化の２種類の要因があることが明らかになった。そこで、ポリマーを介在させた強固な凹凸構造を作製し、耐摩耗性を上昇させた。さらに、凹凸構造によらずにπ電子相互作用により非常に薄い液膜を表面に保持させ、混和性のない液体を滑らせる新規撥水撥油膜を新規考案した。

研究成果

• [国際共同研究] ミラノ工科大学(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: ミラノ工科大学
• [雑誌論文] Controllable Broadband Optical Transparency and Wettability Switching of Temperature-Activated Solid/Liquid-Infused Nanofibrous Membranes (2016)
  • 著者名/発表者名: Manabe, Kengo; Matsubayashi, Takeshi; Tenjimbayashi, Mizuki; Moriya, Takeo; Tsuge, Yosuke; Kyung, Kyu-Hong; Shiratori, Seimei,
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 10 ページ: 9387,9396
  • DOI: 10.1021/acsnano.6b04333
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A superrepellent coating with dynamic fluorine chains for frosting suppression: effects of polarity, coalescence and ice nucleation free energy barrier (2016)
  • 著者名/発表者名: Moriya, Takeo; Manabe, Kengo; Tenjimbayashi, Mizuki; Suwabe, Ken; Tsuchiya, Hirotaka; Matsubayashi, Takeshi; Navarrini, Walter; Shiratori, Seimei,
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: Vol. 6, No. 95 ページ: 92197,92205
  • DOI: 10.1039/c6ra18483a
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Integrated Anti-icing Property of Super-repellency and Electrothermogenesis Exhibited by PEDOT: PSS/Cyanoacrylate Composite Nanoparticles (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsubayashi, Takeshi; Tenjimbayashi, Mizuki; Manabe, Kengo; Komine, Masatsugu; Navarrini, Walter; Shiratori, Seimei,
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: Vol. 8, No. 36 ページ: 24212, 24220
  • DOI: 10.1021/acsami.6b07844
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Liquid‐Infused Smooth Coating with Transparency, Super‐Durability, and Extraordinary Hydrophobicity (2016)
  • 著者名/発表者名: Tenjimbayashi, Mizuki; Togasawa, Ryo; Manabe, Kengo; Matsubayashi, Takeshi; Moriya, Takeo; Komine, Masatsugu; Shiratori, Seimei,
  • 雑誌名: Advanced Functional Materials 巻: 26 ページ: 6693,6702
  • DOI: 10.1002/adfm.201602546
  • 査読あり
• [雑誌論文] Facile design of plant-oil-infused fine surface asperity for transparent blood-repelling endoscope lens (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishioka, Sachiko; Tenjimbayashi, Mizuki; Manabe, Kengo; Matsubayashi, Takeshi; Suwabe, Ken; Tsukada, Kosuke; Shiratori, Seimei,
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: Vol. 6, No. 53 ページ: 47579, 47587
  • DOI: 10.1039/c6ra08390k
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A biologically inspired attachable, self-standing nanofibrous membrane for versatile use in oil/water separation (2016)
  • 著者名/発表者名: Tenjimbayashi, Mizuki; Sasaki, Kaichi; Matsubayashi, Takeshi; Abe, Jyunichiro; Manabe, Kengo; Nishioka, Sachiko; Shiratori, Seimei,
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: Vol. 8, No. 21 ページ: 10922,10927
  • DOI: 10.1039/c6nr03349k
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A facile method of synthesizing size-controlled hollow cyanoacrylate nanoparticles for transparent superhydrophobic/oleophobic surfaces (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsubayashi, Takeshi; Tenjimbayashi, Mizuki; Manabe, Kengo; Kyung, Kyu-Hong; Ding, Bin; Shiratori, Seimei,
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: Vol. 6, No. 19 ページ: 15877,15883
  • DOI: 10.1039/c6ra00493h
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electrospun Nanofiber Gel-SLIPS Exhibiting High Total Transparency and Scattering (2016)
  • 著者名/発表者名: Jyunichiro Abe, Mizuki Tenjimbayashi, and Seimei Shiratori,
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 6 ページ: 38018,38023
  • DOI: 10.1039/c6ra00276e
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Double porous GEL-SLIPS films with long-term anti-corrosion property (2016)
  • 著者名/発表者名: Sachiko Nishioka, Mizuki Tenjimbayashi, Seimei Shiratori
  • 学会等名: 2016 Asian Workshop on Polymer Processing
  • 発表場所: Melbourne,Austraria
  • 年月日: 2016-11-07 – 2016-11-07
  • 国際学会
• [学会発表] DURABLE BLOOD-REPELLING SURFACE COATING FOR MEDICAL APPLICATION (2016)
  • 著者名/発表者名: Seimei Shiratori, Sachiko Nishioka, Kaichi Sasaki, Mizuki Tenjimbayashi, and Kosuke Tsukada,
  • 学会等名: 2016 Asian Workshop on Polymer Processing
  • 発表場所: Melbourne,Austraria
  • 年月日: 2016-11-06 – 2016-11-09
  • 国際学会
• [学会発表] ONE STEP FORMATION OF JANUS TEXTILES AND GRADIENT FUNCTIONAL FILMS VIA SPRAY DISTANCE CONTROL OF NANOPARTICLES/POLYMER COMPOSITE (2016)
  • 著者名/発表者名: Kaichi Sasaki, Mizuki Tenjimbayashi, Kengo Manabe and Seimei Shiratori
  • 学会等名: 2016 Asian Workshop on Polymer Processing
  • 発表場所: Melbourne,Austraria
  • 年月日: 2016-11-06 – 2016-11-06
  • 国際学会
• [学会発表] Durable Blood-Repelling Surface Coating for Medical Application (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Shiratori, S. Nishioka, K. Sasaki, M. Tenjimbayashi and K. Tsukada
  • 学会等名: Biomaterial International
  • 発表場所: Kenting, Taiwan
  • 年月日: 2016-11-02 – 2016-11-02
  • 国際学会
• [学会発表] 着雪防止性能のある透明コーティングの作製及び屋外試験による検証 (2016)
  • 著者名/発表者名: 守谷赳夫，天神林瑞樹，松林毅，小峰正嗣，吉川亮平，白鳥世明
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2016-09-16 – 2016-09-16
• [学会発表] 導電性高分子複合ナノ粒子による導電超撥水膜の作製及び解氷ヒーターへの応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松林毅*，天神林瑞樹，真部研吾，小峰正嗣，白鳥世明
  • 学会等名: 第65回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2016-05-26 – 2016-05-26
  • 国際学会
• [備考] Shiratori Lab.
  • URL: https://www.appi.keio.ac.jp/shiratori/
• [備考] Shiratori Lab. Publications
  • URL: https://www.appi.keio.ac.jp/shiratori/Publication%202017.html