エレクトロスピニング法を用いたメッシュ型高分子複合体サーミスタの開発

風邪や感染症を含む身体の不調は生体温度の微小な変化として表れるため、その兆候を見逃さない高度な予防医療の実現には、高感度なウェアラブル温度センサの開発が必要である。微小な生体温度の変化を計測できる温度センサとして、ポリマーPTCサーミスタがあげられる。しかし、従来のサーミスタは厚みがあり、シート型で伸縮性も有していなかったため、生体に密着せず長期間モニタリングを行うのは難しかった。そこで本研究では、エレクトロスピニング法を用いて、メッシュ構造を有する複合材料型の高分子サーミスタを開発する。今年度は、エレクトロスピニング法を用いて、ファイバー型のポリマーPTCサーミスタの開発に取り組んだ。合成したアクリル酸ポリマーと導電材料と有機溶剤テトラヒドロフランを混ぜ、ファイバー化を試みた。3つの材料を混ぜる方法として、超音波分散を用いた。後述の導電フィラー選定にも関連するが、1時間ほどの分散処理時間が必要であることがわかった。ファイバー化にあたり、導電材料の選定を行った結果、グラファイトやカーボンブラックよりもカーボンナノファイバーのほうが、ビーズが少なく綺麗にファイバー化できることがわかった。作製されたコンポジットファイバーは、SEM観察により約4 μmの大きさを有しており、非常に極薄であった。ポリイミドフィルム基板上に櫛葉電極を蒸着法でパターニングした後、その上にコンポジットファイバーを紡糸した。これにより開発したファイバーの抵抗値を読むことに成功した。ホットプレートでファイバーを昇温させながら、抵抗値を読み取った結果、35℃付近で急激に抵抗値が増加し、ポリマーPTCサーミスタ特性を有していることを確認できた。

風邪や感染症を含む身体の不調は生体温度の微小な変化として表れるため、その兆候を見逃さない高度な予防医療の実現には、高感度なウェアラブル温度センサの開発が必要である。微小な生体温度の変化を計測できる温度センサとして、ポリマーPTCサーミスタがあげられる。しかし、従来のサーミスタは厚みがあり、シート型で伸縮性も有していなかったため、生体に密着せず長期間モニタリングを行うのは難しかった。そこで本研究では、エレクトロスピニング法を用いて、メッシュ構造を有する複合材料型の高分子サーミスタを開発する。今年度は、エレクトロスピニング法を用いて、ファイバー型のポリマーPTCサーミスタの開発に取り組んだ。合成したアクリル酸ポリマーと導電材料と有機溶剤テトラヒドロフランを混ぜ、ファイバー化を試みた。3つの材料を混ぜる方法として、超音波分散を用いた。後述の導電フィラー選定にも関連するが、1時間ほどの分散処理時間が必要であることがわかった。ファイバー化にあたり、導電材料の選定を行った結果、グラファイトやカーボンブラックよりもカーボンナノファイバーのほうが、ビーズが少なく綺麗にファイバー化できることがわかった。作製されたコンポジットファイバーは、SEM観察により約4 μmの大きさを有しており、非常に極薄であった。ポリイミドフィルム基板上に櫛葉電極を蒸着法でパターニングした後、その上にコンポジットファイバーを紡糸した。これにより開発したファイバーの抵抗値を読むことに成功した。ホットプレートでファイバーを昇温させながら、抵抗値を読み取った結果、35℃付近で急激に抵抗値が増加し、ポリマーPTCサーミスタ特性を有していることを確認できた。