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【中級】狙いの場所まで油滴が勝手に移動する、新しい材料が開発された!

2016/07/24

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表面を微細加工すれば、油滴の自動輸送が可能になる

2016年6月17日、スウェーデンの研究グループは油滴が自動輸送される表面加工を世界で初めて実現しました。
注目すべき点は、

・油は表面張力がメチャクチャ小さいのに、精密に自動輸送できた!

・表面加工さえすれば、動力無しで動く

・この表面加工は既存の殆どの材料に応用でき、身近なモノから精密機器まで、色んな機器の性能が画期的に向上するかも!

の3点です。

自然界に学ぶ!液体のコントロール術

なぜ、鳥は、激しい雨の中でも飛び回ることができるのでしょうか。それは、鳥の羽根に水を弾き落とす機能が組み込まれているからです。

bird

自然界には液体を自在に操る術を持った動植物が数多く存在しています。

これまでに研究者は、自然界に倣って物質に特殊な表面加工を施し、液体を自在に操る術を身に付けようとしてきました。例えば、ギザギザ加工を施した表面を熱し、ここに水滴を垂らすと「水滴がひとりでに走る」表面を作ることができます。

また、水にある液体を混ぜて蒸発のしやすさをコントロールしてあげると、水同士がコミュニケーションをとっているかのように動き回る現象が報告されています。

”水を操る”表面を実現したという報告は幾つか存在します。しかし、”油を操る”表面の自動輸送は実現されていませんでした。水よりもずっと表面張力が低く、すぐに濡れ広がってしまう"油を操る"のは、極めて難しいのです。

しかし今回、研究グループは表面に微細加工を施した超撥油表面を作成することでこの壁を克服、油滴を狙った位置に移動させる新技術の開発に世界で初めて成功しました。

そして、そこには工夫に工夫を重ねた美しいアイデアが詰まっていました。

鍵を握った2つの形。"H型"と"O型"

まず、研究グループは細長い棒が放射状に並んだような表面を作成しました。

figure0-2

この棒には工事現場の鉄骨のようなH型加工が施されているため、液滴を垂らすと空気のクッションが形成され、表面張力が上向きに働くようになります。すると、小さい表面張力しか持たない油も、濡れ広がることなく形状を維持できるようになります。

figure1

更に、H型棒は放射状に並んでいるため、棒と棒の間隔は円の中央に進むほど狭くなっていきます。空気と触れ合う面積は外側の方が大きいため、空気のクッションの力は外側の方が大きく、内側の方が小さくなります。その結果、液滴は空気のクッションに押し出されるようにして、中央まで吸い寄せられるように移動するのです。

この表面では、水の3分の1の表面張力しか無いアルコールでさえも狙った位置に移動させることができます。

この技術を使うことで、極々少量の液体を扱う分析システムへの応用や、油汚れを自動で弾き飛ばす表面加工や、目詰まりしないインクジェットプリンターなどの実現に繋がると期待されています。
私たちの身近な世界にも最先端の科学がどんどん搭載され、私たちの生活が豊かになっていく。
研究は、そんな世界の一端を覗かせてくれるとでもいえるでしょうか。

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-oil transport, 中級

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