ナノペーパーの形成と機能を司る統計的流動の深化

深化纳米纸形成和功能的统计流程

基本信息

批准号：
21H01244
负责人：
花崎逸雄
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

セルロースナノファイバーから構成されるナノペーパーは，プリンティッドエレクトロニクスの基板としても盛んに扱われてきた．導電性インクのインクジェット描画では微量の水性インクがナノペーパーに着滴するので短時間に乾燥する．このため，水とナノペーパーとの相互作用に関しては，濡れ性に注目する以外は，導電性インク配線の電気抵抗の小ささに注目することが一般的である．これに対し，紙ベース分析デバイスの構成要素として活用する際には，インクジェット描画時よりも多くの水分により長い時間接触する場面が想定される．そして，実際にインクジェット描画よりも長時間多くの水に接触すると，ナノペーパーは次第に膨潤してゲル化する．乾燥状態のナノペーパーは無色透明であり，それは水にぬれた状態でも同様である．したがって，水中にナノペーパーが置かれた状態で膨潤してゲル化することがわかっても，ゲル化の過程を知ることは容易ではない．なぜなら，ナノペーパーの膨潤により出現するハイドロゲルと水との境界は目視で確認できないからである．そこで本研究では，一粒子追跡（Single Particle Tracking）に基づく顕微鏡動画データ解析によりゲル化の挙動を明らかにした．ブラウン運動するプローブ粒子を微量添加しておくことで，ナノペーパー膨潤型ハイドロゲルの存在領域を一般化拡散係数の指数低下により検出・定量評価することができる．この方法によりナノペーパーが水に濡れた際にセルロースナノファイバーで構成されるハイドロゲルが現れる基本的な過程を明らかにすることができた．

由纤维素纳米纤维组成的纳米纸已广泛用作印刷电子产品的基材。在使用导电墨水的喷墨绘图中，少量水性墨水落在纳米纸上并很快干燥。因此，关于水和纳米纸之间的相互作用，除了关注润湿性之外，通常关注导电油墨布线的低电阻。另一方面，当用作纸基分析装置的组件时，假设该材料将比喷墨绘图期间接触更多的水分更长的时间。当纳米纸实际上与更多的水接触比喷墨绘图更长的时间时，它会逐渐膨胀并变成凝胶。纳米纸干燥时无色透明，湿润时也是无色透明。因此，尽管已知纳米纸在放入水中时会膨胀并凝胶化，但理解凝胶化过程并不容易。这是因为由于纳米纸的溶胀而出现的水凝胶和水之间的边界无法通过肉眼确认。因此，在本研究中，我们通过基于单粒子跟踪的显微镜视频数据分析阐明了凝胶行为。通过添加少量具有布朗运动的探针颗粒，可以通过降低广义扩散系数的指数来检测和定量评估纳米纸溶胀水凝胶存在的区域。利用这种方法，我们能够阐明当纳米纸被水润湿时，由纤维素纳米纤维组成的水凝胶出现的基本过程。