イオン感応性ケミカル・バイメタルの開発

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ポリアクリル酸はアルカリ中では解離するため多量の水を吸収し、膨潤する。また、酸中では解離しないため、水を放出し収縮するためケミカル・バイメタルの材料に適している。また、化学ゼンマイは板状のケミカル・バイメタルに比べて有効長を長くとれるので感度が向上するほかに、収縮量を軸の回転量として取り出せるという特徴を有している。このため、高密度ポリエチレン上にエチレン-アクリル酸エチル共重合体を接着した後、加水分解によりエチレン-アクリル酸共重合体の傾斜組成材料よりなる化学ゼンマイを作成した。また、ケミカル・バイメタルの動作機構を解析するためにコンピューターシュミレーションを行なった。ケミカル・バイメタルのコンピューターシュミレーションはPVC膜中のペラルゴン酸の拡散速度と水層中のアルカリの拡散速度が非常に異なっているため因難である。そこで、拡散による物質の移動速度と界面での反応速度を等しくするために、水層の容積要素の厚さをPVC膜相より厚くとることにより解決した。つまり、PVC膜相と水相の容積要素の厚みを0.00176mm,0.1414mmとして計算した。また、界面での平衡計算に用いた式は、弱酸の解離平衡式と分配平衡式、弱塩基の塩基解離平衡式、水のイオン積、電負荷均衡式と界通での酸と塩基の単位面積あたりのモル数を用いた。これらの数式を解くと水素イオン濃度に対する4次式となる。この式はニュートン・ラブソン法により解いて計算した。また、初期条件としてはPVC膜中のペラルゴン酸濃度をし、3N、水相中のアルカリ濃度はONO、O4Nまで変化させて計算した。計算結果は実験値と良い対応を示した。また、イオン対を生成する場合のシュミレーヨ真ンも行なった。