2019 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrications of regular tetrahedral colloidal clusters by controlling frictional forces between colloidal particles
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17K04990
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| Research Institution | Nagoya City University |
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Principal Investigator |
山中 淳平 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(薬学), 教授 (80220424)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
奥薗 透 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(薬学), 准教授 (10314725)
豊玉 彰子 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(薬学), 講師 (50453072)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | コロイド / 微粒子 / 会合体 / クラスター / 正四面体 / ダイヤモンド構造 / 摩擦力 / 宇宙実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
少数（数個-10個程度）のコロイド粒子の会合体は、高次集合構造の基本ユニットとして、近年、世界的な注目を集めている。特に正４面体型の会合体は、光閉じ込めが可能な、ダイヤモンド格子のユニットとして重要である。本研究では、粒子表面の高分子修飾により摩擦力を制御し、対称性に優れた正四面体型の会合体を構築する手法を確立する。
本年度の研究実施計画に従い、下記の（１）、（２）項を検討した。
(1)対称性に優れた正四面体型会合体の作成と分級：引き続き、会合体の生成と結合角制御について、ボンド配向パラメーターを用いて検討した。試料を高分子ゲルで固定することで、詳細検討が可能になった。粒子表面に高分子を導入し、また、塩濃度を変化させて静電相互作用を調整することで表面摩擦力を変化させ、正４面体型会合体の対称性への摩擦力の影響を調査した。また、平面基板に吸着した粒子配列の規則性と、正４面体会合体の対称性を比較し、摩擦力が十分小さいとき、対称性に優れた会合体が生成することを確認した。
(2)正４面体会合体の集合によるダイヤモンド構造の作成:シリカ粒子、ポリスチレン粒子に加えて、チタニア粒子を用いた正四面体型の会合体の形成条件について検討を行った。基板上で正４面体会合体を作成することで、構造が乱れてはいるが、単層のダイヤモンド構造を作製できた。
なお本研究の申請時に、本成果は国際宇宙ステーションにおける微小重力実験へ展開予定であることを記載した。宇宙実験に関しては、JAXA他と共同研究を並行して実施しており、本課題の試験を、宇宙実験条件の決定に活用した。チタニア粒子を主体とした、約３０本のコロイド試料が、2019年12月に米国スペースX社のドラゴンロケットに国際宇宙ステーション（ISS）に打ち上げられ、現在実験機会を待っている。2020年7月-８月に実験が実施される予定である。
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