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Coexistence of wrinkles and folds in film–substrate systems in contact with water droplets

薄膜中皱纹与褶皱并存

基本信息

批准号：
22H01360
负责人：
永島壮
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01360/
关键词：
表面不安定薄膜リンクル表面張力固体力学フォールド

项目摘要

本研究は，薄膜の表面に接触した水滴が駆動する表面不安定現象に着目し，その発生機構と制御原理を解明することを目的とする。特に，波状パターン「リンクル」と折畳パターン「フォールド」の共存現象を対象に，顕微鏡その場観察実験と有限要素解析，理論構築の融合研究を実施し，上記の目的を達成する。本年度の研究実績は，以下の通りである。実験においては，エラストマー基板の表面に酸化薄膜や金薄膜を形成してリンクルを作製した。次に，水滴をリンクル表面に静置し，リンクルからフォールドへのパターン変態が生じない条件について検討した。これまでの研究成果に基づいた予測通り，膜厚が数十ナノメートルから数百ナノメートルの場合は，水滴接触後もリンクルが維持され，共存現象は生じないことを明らかにした。この実験を遂行する過程で，表面不安定現象に基づき階層凹凸パターンが形成する現象を新たに見出し，そのメカニズムを明らかにした。さらに，リンクル・フォールド共存を発生させずに異方的な濡れ特性を示す機能表面の作製に応用できることを実証し，その研究成果を国際学術雑誌Advanced Materials Interfacesに原著論文として掲載した。有限要素解析においては，汎用ソフトウェアAbaqusを用い，水の表面張力が駆動するリンクル・フォールド変態の基礎的な検討を実施した。具体的には，水の表面張力に相当する集中荷重をリンクルの頂点近傍に作用させ，フォールド変態の発生条件を検討した。特に，リンクルを形成する初期ひずみや膜と基板の弾性特性など，種々のパラメータがフォールド変態に及ぼす影響を明らかにした。さらに，表面張力を除荷した後のパターン変態について解析し，有用な知見を獲得した。

This study focuses on the surface instability phenomenon of water droplets coming into contact with the film surface, and the purpose of elucidating the mechanism and control principle of the film. Special に, the coexistence phenomenon of wavy パターン「リンクル」とfolding 畳パターン「フォールド」を対 resembles に, 镕微The mirror's field observation and limited element analysis, the fusion research of theoretical construction and implementation, and the purpose mentioned above are achieved. This year's research achievements are summarized below.実験においては, エラストマー substrate surface acidified film and gold film are formed by してリンクルを. Time, water droplets on the surface of the water, let it stand, リンクルからフォールドへのパターン変STATEが生じないconditionsについて検曰した. The research results of the research are based on the expected results, and the film thickness is tens of がナノメートルから hundreds of ナノメートルIn this case, after the water droplets come into contact, the water droplets will remain in contact with each other, and the coexistence phenomenon will occur.この実験を executes the する processで, and the surface instability phenomenon is based on the hierarchical unevenness パターンが formation する phenomenon を新たに见出し, そのメカニズムを明らかにした.さらに, リンクル・フォールド coexistence を発生させずにdifferent side’s な濡れcharacteristics を発す function table Noodles are produced and used, and research results are published in the International Academic Journal Advanced. The original paper on Materials Interfaces is published here. Finite element analysis, general use, Abaqus, water table The basics of surface tension and movement are the basics of facial tension. Specifically, the surface tension of water is equivalent to the concentration of the load, the vertex is close to the action, and the condition of the surface tension is the condition of the water. Characteristics of the する initial stage of ひずみや film and the elastic properties of the substrate of リンクルをKind of 々のパラメータがフォールド変stateにandぼすeffectを明らかにした.さらに, のパターン変state についてanalytic し after surface tension をremoval of charge, useful なknowledge をobtained した.