機械学習による有機無機複合ナノシート膜の表面濡れ性制御と高効率液体輸送技術の開発

利用机器学习控制有机-无机复合纳米片薄膜的表面润湿性和开发高效液体传输技术

基本信息

批准号：
21K14420
负责人：
都倉勇貴
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Shinshu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

水や溶剤を滑落させる撥液コーティングは様々な分野で注目されているが、その設計には予測や制御が困難な表面エネルギーと表面粗さ、すなわちナノ-マイクロ構造の制御が必要であるため、研究者の経験や膨大な実験を必要とされている。本事業では有機無機層状酸化物由来の有機無機ナノシート薄膜を設計し、機械学習を活用することで、高性能な撥水・撥液ナノシート薄膜の設計・制御を目的としている。また、最終的には撥液コーティングのパターニングを形成し、液滴輸送表面の設計を目的としている。本年度は、長鎖アルキルアミンを導入した有機複合チタン酸層状化合物から、有機修飾チタン酸ナノシートコロイドを合成し、さらに薄膜を形成した。有機修飾チタン酸ナノシートコロイドの合成条件・薄膜のコーティング条件を検討した結果、接触角が60度と親水性にも関わらず、50度の転落角で水滴が滑落するチタン酸ナノシート薄膜の作製に成功した。これは、ナノシート薄膜の平坦な表面と修飾したゲスト分子の流動性によるものである。また、濡れ広がりやすい性質を持つ表面張力が低い有機溶媒に対しても、接触角が小さいにも関わらず、低い転落角で滑落する薄膜の作製に成功した。一般的に、水や油を弾くために、接触角が150度以上の超撥水膜や超撥油膜が用いられるが、本研究では有機無機ナノシートを活用することによって、親水性にもかかわらず、液滴を滑落させることができる有機-無機複合薄膜を見出した。

允许水和溶剂滑落的拒液涂层在各个领域引起了人们的关注，但其设计需要控制表面能和表面粗糙度，即纳米微米结构，这很难根据研究人员的经验和控制。需要进行大量的实验。该项目旨在通过设计源自有机-无机层状氧化物的有机-无机纳米片薄膜并利用机器学习来设计和控制高性能防水和防液纳米片薄膜。它还旨在最终形成拒液涂层的图案并设计液滴传输表面。今年，我们利用引入长链烷基胺的有机复合钛酸酯层状化合物合成了有机改性钛酸酯纳米片胶体，并进一步形成薄膜。通过研究有机改性钛酸盐纳米片胶体的合成条件和薄膜涂覆条件，我们成功地制备了一种钛酸盐纳米片薄膜，尽管其具有亲水性，但接触时水滴仍可以以 50 度的下落角滑落。 60度角做到了。这是由于纳米片薄膜的平坦表面和改性客体分子的流动性。此外，我们成功地创造了一种薄膜，尽管其与有机溶剂的接触角较小，且表面张力较低，易于铺展，但该薄膜以较低的倾角滑落。通常，使用接触角为150度或以上的超疏水膜或超拒油膜来排斥水和油，但在本研究中，我们使用有机-无机纳米片发现了一种有机-无机复合薄膜让水滴滑落。