Fabrication of polymer/nanocarbon composite materials for infrared-driven microactuators

用于红外驱动微执行器的聚合物/纳米碳复合材料的制备

• 批准号: 22K04741
• 负责人: 高田 知哉
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Chitose Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04741/
• 关键词: マイクロアクチュエータ; 温度応答性ハイドロゲル; 赤外線; ナノカーボン; 温度応答性ポリマー; アクチュエータ; 複合材料

令和４年度には、赤外線誘起発熱に伴って変形するナノカーボン複合材料を試作するため、LCST（下限臨界溶液温度）型の温度応答性を示す材料であるポリ(N-イソプロピル)アクリルアミド（PNIPAM）ハイドロゲルとポリエチレングリコールジアクリレート（PEGDA）ゲルからなる積層材料を作製し、赤外線照射に伴う屈曲変形を観察した。この積層材料では、温度上昇・低下に伴う両層の膨潤率変化の差によって変形が引き起こされると考えられており、PNIPAM層への還元型酸化グラフェンの添加により赤外線照射・発熱による屈曲変形が可能であることが知られている。本研究では、光熱変換を担うナノカーボンとしてカーボンナノチューブ（CNT）を用い、赤外線照射に伴う温度上昇および変形挙動に対するCNT添加量の影響を調べた。NIPAM、PEGDAおよび多層カーボンナノチューブ（MWCNT）分散液から作製した種々のMWCNT添加率の積層材料に赤外光(波長810 nm)を照射し、温度変化および屈曲変位を測定した。MWCNT添加率が低い試料では、赤外線照射時の到達温度が比較的低いが、重量の減少と屈曲変形が同時に観察された。一方、 MWCNT添加率が高い試料ではPNIPAM のLCST付近まで温度が上昇し、更なる重量減少を伴わずに屈曲変形することが観察された。これらのことは、 MWCNT添加率の低い試料では主に水分の蒸発に伴って変形する一方、CNT 添加率の高い試料では PNIPAMの温度応答性に基づく両層での水分移動により変形することを示唆していると考えている。

在2022年，为了生产一种纳米碳复合材料，与红外诱导的热产生变形，由聚（N-异丙基）丙烯酰胺（PNIPAM）水凝胶和聚乙烯甘油乙二醇二丙烯酯（PEGDA）（PEGDA）（PEGDA）的材料（较低的温度响应）（较低的温度响应）（较低的温度降临）（PNIPAM）水凝胶（PNIPAM）水凝胶（PNIPAM）水凝胶（PNIPAM）水凝胶（PNIPAM）较低，是对温度降低的材料（较低），该材料（观察到红外照射引起的。据信，变形是由于温度升高和降低的两层溶胀速率变化的差异而引起的，众所周知，将氧化石墨烯添加到PNIPAM层中允许由于红外照射和热量产生而弯曲变形。在这项研究中，将碳纳米管（CNT）用作负责光热转化的纳米碳，并研究了CNT添加对温度升高和因红外照射引起的变形行为的影响。用NIPAM，PEGDA和多壁碳纳米管（MWCNT）分散液制备的各种MWCNT添加速率的层压材料被红外光（波长810 nm）照射，以测量温度变化和弯曲的位移。在MWCNT添加速率较低的样品中，红外照射期间达到的温度相对较低，但同时观察到体重减轻和屈曲变形。另一方面，观察到，在较高的MWCNT添加速率的样品中，温度升至PNIPAM的LCST附近，并且观察到屈曲变形而没有进一步的重量损失。这些结果表明，MWCNT添加速率较低的样品主要随水的蒸发而变形，而基于PNIPAM的温度响应性，由于两层水转移而导致的CNT添加速率变形很高。

项目成果

CNT添加PNIPAM/PEGDA積層材料の赤外線誘起変形挙動

CNT掺杂PNIPAM/PEGDA层压材料的红外诱导变形行为

• 发表时间: 2023
• 作者: 高田知哉;猪多航平;阿部薫明
• 通讯作者: 阿部薫明