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

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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。