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本研究では、高い含水率、環境変化に高速で応答できるハイドロゲルに、フォトニック構造体を導入することによって、電場等の環境の変化により任意に制御する ことが可能なチューナブルフォトニックハイドロゲルを創成する。
昨年度、電場下での高応答性のゲルの力学特性に関する研究を行った。応力-ひずみ曲線によると、電場を加える前のゲルはとても弱く、高弾性であったが、このゲルに電場を数分間加えると、引張試験の結果より、ゲルは強くなっていた。ゲルに電場を加えると、一部の水が電解し、ゲルの含水率が下がる。この時、Hイオンがたくさん出ている。この電場によって強靭化したゲルは、水に浸しても、初期の弱い状態に完全には復元されない。電場処理後、ゲルに新しい物理的相互作用が現れたことがわかる。しかし、この電場によって強靭化したゲルを、アルカリ性溶液に浸すと、完全に最初の弱い状態に戻った。これより、このアルカリ性溶液がゲルの新しい物理的相互作用を壊していることが示唆された。また、この弱い状態に戻ったゲルにさらに電場を加えると、ヤング率が増加した。また、このゲルに電場を加える前は、応力-ひずみサイクリック曲線より、ヒステリシスが非常に小さく、弾性であった。電場をかける時間を長くするほど、ヒステリシスが上がり、よりエネルギーが散逸していることが分かった。さらに、電場により、ゲルの粘弾性も変化することを調べるため、粘弾性の評価のための応力緩和実験として、一定のひずみをゲルに加え、応力を時間の経過とともに測定した。弾性材料は一定の応力を維持するが、粘弾性材料は応力緩和を示す。電場をかける前のゲルは一定の応力を維持し、弾性を示したが、電場を加えた後のゲルは、時間とともに応力が小さくなった。時間電場を加えたゲルは応力が緩和しやすいことを示している。このように、電場を加えることにより、ゲルの粘弾性を制御することができた。
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