2009 Fiscal Year Annual Research Report
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20244067
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
土井 正男 The University of Tokyo, 大学院・工学系研究科, 教授 (70087104)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森田 裕史 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノテクノロジー部門, 主任研究員 (10466790)
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| Keywords | 高分子 / 破壊力学 / キャビテーション |
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| Research Abstract |
高分子の粘着・剥離現象は、分子スケールからメソ・マクロなスケールにわたる、多階層的な現象である。また、材料内部での大変形・破壊などを伴うなど複雑な現象である。そのため、適切に単純化を図りながら問題に取り組む必要がある。H21年度は、以下のような課題を掲げて実験・理論研究を行なった。
(1)剥離過程のメソスケールモデリング
これまで、剥離時に粘着剤内部に発生するキャビティの生成・成長を記述したモデルは提案されていたが、実際の剥離過程で重要となる、粘着剤-被着体界面でのキャビテーションに対するモデル化はほとんど行われていなかった。今回は、昨年度に引き続き、界面キャビテーション過程を記述するメソスケールモデリングを行ったところ、スケーリングの議論により、非常に簡単な数式でキャビテーション挙動や応力-ひずみ曲線を再現することに成功した。
(2)ナノスケールの接触・剥離シミュレーション
高分子表面でのナノスケールでの高分子鎖の挙動は、摩擦・接着などの現象の基礎として、最近精力的に研究されている。特に、AFMを用いた表面レオロジーの評価は極めて重要な課題であるが、実際に表面で何が起こっており、どのような物理量と関連しているかについては、あまりよくわかっていない。そこで我々は、JKRコンタクトでの高分子表面のナノスケールシミュレーションを行なった。その結果、特に表面Tgから十分に高い温度条件における粘着・剥離時の高分子の大変形挙動と非線形粘弾性とを関連付けることに成功した。
(3)両面テープ剥離における非線形動力学
2層の粘着剤に1層の中芯(フィルム)を挟んだ両面テープは、2つの面を強く接着する材料として、日常的に幅広く用いられている。しかしながら、両面テープの粘着特性の評価において、大きなばらつき(ゆらぎ)を有することが最近問題視され始めている。我々は、両面テープの剥離過程の可視化実験を行い、内部変形過程を詳細に調べたところ、粘着剤の持つ非線形粘弾性が力学的不安定化を誘起するなど、重要な因子となることを明らかにした。
以上の成果は、応用上重要な知見を与えるとともに、粘着・剥離現象に関する新たな視点をもたらすものである。
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[Journal Article] Rate dependent frictional adhesion in fibrillar structures2010
Author(s)
N.Gravish, M.Wilkinson, S.Sponberg, A.Parness, N.Esparza, D.Soto, Tetsuo Yamaguchi, M.Broide, M.Cutkosky, C.Creton, K.Autumn
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Journal Title
Journal of the Royal Society Interface 43
Pages: 259-269
Peer Reviewed
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