微粒子自己整列のモデル化とその応用

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機能を有する微粒子を基板上に全面またはパターン上に整列させることで, 高い表面積を生かした機能表面の作製や配線パターンを基にしたセンサなどの応用が可能となる. 微粒整列手法には移流集積法と呼ばれる液体中に分散した微粒子を液体の表面張力を利用して自己組織的に整列させる手法があり, ぬれ性パターンを組み合わせることでパターン整列が可能となる. 全面整列およびパターン整列は, 共に大面積化が容易であるが, 特にパターン整列の場合, 液体のぬれ性を利用しているため, ぬれ広がりの形状(表面張力が作用する方向)が整列に大きく影響し, 微粒子が整列しないなどの問題があった. そこで, 微粒子に加わる力と液体のぬれ広がり形状の関係を整理することで, 本手法における整列開始条件を明らかにした. 本研究によって, 微粒子パターン整列を安定的に所望の形状へ整列させることが可能となり, これまで多くの研究者によって示されてきた微粒子応用技術の実用化が進めることが出来たと言える.また曲面や複雑な形状を有する三次元構造体上へ微粒子整列を全面またはパターン状に行うことで, 微粒子の性質だけでなく構造体としての性質を利用した応用が可能となる. 微粒子整列技術は移流集積法を代表として平面基板において確立されつつあるが, しかし, 三次元構造体上への微粒子整列はこれまで実施されていなかった. それは, 三次元構造体上では場所ごとでのぬれ広がりの状況が整列にあたえるためであった. そこで, 三次元構造体上への微粒子整列を行うための足がかりに, 曲面構造である円柱を用いて場所ごとでのぬれ広がりの接触線の後退速度を明らかにし, その上で, 整列に与える影響について明らかにし, 整列のモデル式の拡張を行った. 三次元構造体上への整列の指針を示すことで, これまで検討されなかった構造体と微細構造の融合を利用した新規デバイスの作製が可能になったと言える.