光応答分子導入潤滑液表面における物質移動現象解明と小物体操作技術の確立

引入光响应分子来阐明润滑剂表面的传质现象并建立小物体操纵技术

基本信息

批准号：
20H02456
负责人：
真部研吾
金额：
$ 11.48万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science 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：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究においては、ウツボカズラ等の生物模倣による表面機能を活用し、幅広い液体滑落性を示す液体注入表面、及び光で駆動可能な分子モーターとして注目を集める光応答性分子であるアゾベンゼン誘導体より着想を得た、光操作による物質の操作・輸送・制御を実現可能な光応答分子導入潤滑液表面を創生することを目標としている。本年度は、これまでの潤滑流体への分子モーターの導入の成功、その場観察も可能な評価分析機器の構築、操作・輸送・制御に繋げるための表面における超低摩擦化を実証したことを踏まえ、現象を再現よく引き出せるパラメータ条件の最適化とその現象の解明を実施した。疎水親油性に処理した基板表面上にアゾベンゼン誘導体を導入した潤滑油を濡れ広がらせ、その潤滑油面上で水滴を操作することを試みた。水滴後方部に紫外光を照射しながらその場観察を行ったところ、スペクトルピークが変化し潤滑油内部のアゾベンゼンがシス・トランスの光異性化を起こしていることが認められた。光吸収に伴い温度も変化し、その異性化と温度変化により表面張力が変化した。光異性化は流体内での濃度勾配を生み出し、水滴後方部に渦状の流れを引き起こした。この輸送表面は、エネルギーの観点から従来の10倍以上の輸送効率を発揮した。さらに接触角ヒステリシスが小さいことを利用し、輸送対象の液滴上で固体を輸送することにも成功した。今年度の成果をまとめ、特許1件の出願、論文1報の掲載、学会等発表8件へと繋げた。特に論文においては、Impact Factor 18.027、米国化学会最高峰論文誌に位置づけられているACS Nanoに掲載され、今年度までの成果が高く評価されている。

在这项研究中，我们利用仿生学（如猪笼草）创建的表面功能来创建具有广泛液体滑动特性的液体注入表面，并借鉴了偶氮苯衍生物的想法，偶氮苯衍生物是光响应分子，作为分子材料而受到关注。我们的目标是创建具有光响应分子的润滑剂表面，可用于通过光操纵来操纵、运输和控制物质。今年，我们将在将分子马达引入润滑液、建造能够现场观察的评估和分析设备以及演示用于连接操作、运输、我们优化了能够很好地再现该现象的参数条件并阐明了该现象。尝试将含有偶氮苯衍生物的润滑油润湿并铺展在经过疏水性和亲油性处理的基材表面上，并操纵润滑油表面上的水滴。当用紫外线照射水滴的后部时进行原位观察时，光谱峰发生变化，证实了润滑油中的偶氮苯发生了顺反光异构化。温度也随着光吸收而变化，并且表面张力由于异构化和温度变化而变化。光异构化在流体内产生浓度梯度，在水滴后部产生涡流状流动。这种运输表面的能源效率比传统运输高 10 倍以上。此外，通过利用小接触角滞后，他们成功地在待传输的液滴上传输固体。对今年的成果进行了总结，申请了一项专利，发表了一篇论文，并在学术会议上发表了八次报告。尤其是他的论文发表在美国化学会顶级期刊ACS Nano影响因子18.027上，迄今为止取得的成就受到高度评价。