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。

从水和溶剂上滑落的液体涂层引起了各种领域的关注，但是它们的设计需要控制表面能量和表面粗糙度，即难以预测和控制，即纳米微观结构，这需要研究人员的经验和巨大的实验。该项目旨在设计和控制高性能的防水和液体液体纳米片薄膜，这些薄膜源自有机 - 无机分层氧化物并利用机器学习。此外，最终目标是形成液体固定涂层的图案，并设计液滴传输的表面。在今年，从有机复合钛层分层化合物中合成了有机修饰的钛酸盐胶体，其中引入了长链烷基胺，并形成了薄膜。由于研究了有机修饰的钛纳米片胶体和薄膜涂料条件的合成条件，我们成功地生产了钛酸纳米片薄膜，尽管接触角为60度，但水滴以50度的秋天角下滑。这是由于纳米片薄膜的平面表面以及修饰的客体分子的流动性。此外，即使对于低表面张力的有机溶剂，容易润湿和扩散，我们还是成功地制造了薄膜，尽管接触角度较小，但尽管接触角度较小，薄膜仍以低秋天角滑动。通常，超水的薄膜和具有150度或更高的接触角的超级动态膜用于驱除水和油，但是在这项研究中，通过使用有机无机纳米片，我们发现了有机无机复合膜，尽管它们可以散落，但仍可以滑落液滴。