2020 Fiscal Year Annual Research Report
液体金属-高分子コンポジットの創製とソフトロボティクス素子としての応用
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19K22216
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
上野 和英 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (30637377)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
太田 裕貴 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (30528435)
小久保 尚 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 特別研究教員 (80397091)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Keywords | 液体金属 / ゲル / 電子伝導体 / イオン伝導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
柔軟でしなやかな素材を用いたデバイス関連分野（ソフトエレクトロニクス、ソフトロボティクス）は医療分野をはじめ様々な応用展開が期待され、現在、極めて重要な研究領域になっている。本研究では、液体金属と機能性高分子材料がナノ・ミクロレベルで複合化された柔らかいコンポジット材料「メタルゲル」の研究分野を新規開拓し、それを電気化学アクチュエータ素子に適用することで、ソフトロボティクス分野へと展開することを目的とした。有機高分子と非相溶である液体金属をゲル中で安定に分散させるために、超音波処理によりナノ粒子化し、イオン液体と複合化することでmetal gelを作製した。ポリマーマトリックスの違いにより異なる力学特性の発現が確認された。これはポリマー自身の特性だけでなく、液体金属粒子の周囲に形成される酸化被膜と高分子との相互作用にも影響を受けることを明らかにした。一方で、電気化学特性はポリマーマトリックスの違いによる電子伝導性の大きな変化は観察されず、著しく低い値となった。これは酸化被膜の存在が液体金属粒子間の電子伝導パスを阻害してしまうためと考えられる。酸化被膜形成の影響を無くすために、アルゴン雰囲気下でmetal gel作製を行ったところ、電子伝導性が100万倍程度向上することを見出した。しかしながら、ポリマーマトリックスの変更や酸化被膜の除去を試みても金属材料レベルの高い電子伝導性の発現には至らなかった。そこで、電子伝導を補助するためにmetal gelに金属微粉末を少量添加する検討を行った。その結果、優れた電子伝導性を発現することが明らかとなった。ゲル中で金属粒子間を流動性のある液体金属がつなぐことにより電子伝導パスが形成され、高い電子伝導性を発現すると考えられた。更に、可逆的に延伸可能な材料であるということ、延伸下であっても高い電子伝導性を有していることを確認した。
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