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。

In 2005 and 2004, the composite material was tested for infrared induced heat generation and temperature response, and the LCST (lower critical solution temperature) type temperature response material was tested for infrared radiation and buckling. The temperature rise and decrease of the laminated material are accompanied by the difference in the swelling rate of the laminated layer. The deformation of the laminated material is caused by the addition of infrared radiation and heat dissipation. In this study, the influence of CNT addition amount on temperature rise and shape change caused by infrared irradiation was investigated. NIPAM, PEGDA, and multilayer coatings were prepared from MWCNT dispersion and the MWCNT addition rate of the multilayer material was measured by irradiation with infrared light (wavelength 810 nm), temperature change, and buckling. MWCNT addition ratio is lower than that of the sample, the arrival temperature under infrared irradiation is lower than that of the sample, and the weight reduction and buckling deformation are observed simultaneously. The temperature of samples with high MWCNT addition ratio increased and the weight decreased due to the increase of PNIPAM and LCST. For samples with low MWCNT addition rate, the main moisture content changes, while for samples with high MWCNT addition rate, the temperature response of PNIPAM, moisture content changes in the substrate layer, and the main moisture content changes.

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