外部刺激に応じて集合的コロイド運動が誘起される粒子配列体による音調可視化への挑戦

使用粒子阵列诱导集体胶体运动以响应外部刺激对色调可视化的挑战

基本信息

批准号：
22KJ0247
负责人：
波形光
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0247/
关键词：
コロイド結晶 Yolk-shell 電場応答性

项目摘要

本研究では、中空のシェルと可動性のコア粒子からなる卵型粒子を用いて規則配列体を作製し、その光学特性を外部からの刺激によって変化させることを目的とする。本年度は、(1) 卵型粒子のコア粒子サイズ及び周囲の電解質濃度が光学特性に及ぼす影響の検討、(2) 粒子配列体の間隙への骨格成分導入による配列構造の安定化について検討した。(1) について、コア粒子がシェル内部で動くことのできる範囲はコアとシェル内壁間の静電的な相互作用に基づいて決まる。そこで、コアの小粒径化または電解質の添加により静電相互作用を弱めることでコアの可動域を拡大させた。種々の条件に調整した卵型粒子について、コア粒子の運動を共焦点レーザー顕微鏡で観察したところ、コアのサイズが小さいかつ周囲の電解質濃度が高い場合にコアの可動域が拡大することが確かめられた。さらに、それらの規則配列体について電場有/無で光の反射スペクトルを測定すると、コア粒子の可動域が大きいほど無電場時に配列構造が乱雑となり、反射ピーク強度が低下することがわかった。一方ですべての配列体について電場印加時には粒子配列が規則的となり、反射ピーク強度は向上した。以上の検討により、コアサイズおよび周囲の電解質濃度を調節することで卵型粒子配列体の光学特性の制御性が向上することが明らかとなった。(2) について、現行の手法では卵型粒子は水中で規則構造を形成しており、振動等の刺激によりその構造が崩壊し得ることが確認されている。そこで骨格となる成分を卵型粒子配列体の間隙に充填し、配列構造を補強する手法について検討を行った。令和4年度は主に骨格成分としてシリカを検討してきたが、次年度はアクリル系の有機ポリマーを用いる手法についても検討する。これにより、骨格由来の光散乱の低減や、熱、振動や引張といった新たな外部刺激による光学特性制御能の獲得を目指す。

在这项研究中，我们旨在使用由空心壳和移动核心颗粒组成的椭圆形颗粒创建有序的器官，并通过外部刺激来改变其光学特性。今年，我们研究了（1）芯形颗粒的核心粒径和周围电解质浓度对光学特性的影响，以及（2）通过将骨骼成分引入粒子阵列的间隙中，使阵列结构稳定。对于（1），核心颗粒可以在壳内部移动的程度根据壳的核心和内壁之间的静电相互作用来确定。因此，通过减少核心的粒径或添加电解质以减少静电相互作用来增加芯的运动范围。当使用共聚焦激光显微镜观察到与椭圆形颗粒一起调整到各种条件的核心颗粒的运动时，可以证实，当核心大小较小并且周围电解质浓度高时，核心运动范围会增加。此外，当测量有或没有电场的光阵列的光的反射光谱时，发现核心颗粒的运动范围越大，当不存在电场时，排列结构就越复杂，反射峰强度降低。另一方面，对于所有阵列，应用电场时粒子排列变得规律，并提高了反射峰强度。基于上述研究，已经揭示了控制核心尺寸和周围电解质浓度可提高椭圆形颗粒阵列的光学特性的可控性。关于（2），已经确认椭圆形颗粒在水中形成常规结构，并且该结构可以被诸如振动之类的刺激破坏。因此，我们研究了一种填充椭圆形粒子阵列之间的间隙的方法，并用形成骨骼的组件并加强布置结构。在2022年，二氧化硅主要被视为骨架成分，但明年我们还将考虑使用丙烯酸有机聚合物的方法。这旨在减少骨骼的光散射，并通过新的外部刺激（例如热，振动和张力）获得光学性能。

项目成果

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专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Colloidal crystals from rattle-type particles with control over the Bragg scattering strength using an external AC electric field

使用外部交流电场控制布拉格散射强度的拨浪鼓型颗粒胶体晶体

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hikaru Namigata;Tom A. J. Welling;Keishi Suga;Marjin A. van Huis;Alfons van Blaaderen;Daisuke Nagao;Kanako Watanabe
通讯作者：
Kanako Watanabe

電場印加により集合的規則運動が誘起されるコロイド配列体の光学特性制御

通过施加电场诱导胶体阵列的集体有序运动的光学特性的控制

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hikaru Namigata;Tom A. J. Welling;Keishi Suga;Marijn A. van Huis;Alfons van Blaaderen;Daisuke Nagao;Kanako Watanabe;波形光
通讯作者：
波形光

金属ナノ粒子集積体における粒子間距離が遠方場相互作用に及ぼす影響

颗粒间距离对金属纳米颗粒聚集体远场相互作用的影响