千歳科学技術大学・理工学部・講師

科学研究費助成事業　　研究成果報告書

様　式　Ｃ－１９、Ｆ－１９－１、Ｚ－１９ （共通）

機関番号：

研究種目：

課題番号：

研究課題名（和文）

研究代表者

研究課題名（英文）

交付決定額（研究期間全体）：（直接経費）

３０１１８

若手研究(A)

2017～2014

自己組織化を利用した昆虫の鱗粉構造模倣低摩擦表面材料の開発

Fabrication of low frictional surfaces mimicking firebrat scale by self-organization process

３０５９８２７２研究者番号：

平井　悠司（Hirai, Yuji）

研究期間：

２６７１２０２８

平成 年 月 日現在３０ ６ １５

円 18,100,000

研究成果の概要（和文）：摩擦はエネルギーのロスや摩耗による損傷など現代社会において大きな課題である。それは生物にとっても同様であり、高摩擦状態では摩耗によって体表面が損傷してしまうため大きな問題となる。そこで我々は狭い空間に潜るようにして生息しているマダラシミに着目、その体表面を電子顕微鏡で観察し原子間力顕微鏡で摩擦力を測定したところ、マダラシミは全身を覆っている鱗片を利用して摩擦力を低減させているのではないかと示唆された。さらにマダラシミ鱗片は人工物と違いフェイルセーフも確保しており、様々な状況に対応できるようになっていた。これらの知見をもとに、自己組織化を利用することでマダラシミ鱗片模倣材料の作製にも成功した。

研究成果の概要（英文）：It is well known living organisms have functional surfaces, which are adapted for their living environments. Recent years, biomimetics attract much attention because of their possibility for creating novel functional materials. In this research, we focused on firebrat because firebrat lives in narrow spaces and their surfaces are frequently contacted to environmental surfaces. So, we speculate their body surface would be adapted to reduce friction and wear. As results of surface analysis of a firebrat, firebrats were completely covered by scales, which surfaces have periodic microgroove structures. And groove periods are almost uniform within each scale. However, groove periods around only the head vary between scales. Friction force measurements revealed that firebrat scale reduces friction by decreasing contact area. Further, the heterogeneous groove periods of the scales suggest that it is difficult to fix the whole body in particular rough surfaces and that lead to "fail-safe".

研究分野： バイオミメティクス

キーワード： 昆虫ミメティクス　摩擦　自己組織化　鱗粉

２版

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(1)

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( 5 kV, 90 µA)b

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(2)

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5, 10, 20 µm) yi b 50 µm

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0.30 HzaDIF 4.48 mV/nma-8.7 nm b

(4)

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10:1 a70 12 vPoly(dimethylsiloxane)(PDMS) b

PDMSaUV-O3 y

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(TC-315, )PDMS (100

mm/min) b av PVA6,500 rpm

PDMS bi 20% v a v

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(1)

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b (2)

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図３II F R

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

500150025003500

Abs

.

Wave number (cm-1)

洗浄後

洗浄前

IRスペクトル

152.3o

155.4o

2 µm

2 µm

n y t n v bv

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b a nop a n k

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“ ” ia na

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i

AFM b (4)

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n b v PVAy aPDMS n

PVA a y tn b aPVA n v i

PVA n i n opi b a

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図５

I I

形状像

ϕ = 2.0 µm

ϕ = 3.5 µm

ϕ = 6.6 µm

針状プローブ

188-210 1.68

摩擦像

[nN][µm]

-972 1791[nN]

0 1.68[µm]

図４I I I

コロイダル ( ϕ = 5 µm)

コロイダル ( ϕ = 20 µm)

-1292 [nN]

1966 [nN]-37 [nN] 101 [nN]

針状 ( ϕ = 8 nm)

鱗片根元から先端

鱗片先端から根元

体長軸に対して垂直

ioi a

k ht n v a PVAk t y

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t j m ip h b < >

R. A. Berthe, et al., “Surface structure and frictional properties of the skin of the Amazon tree boa Corallus hortulanus (Squamata, Boidae)”, Journal of Comparative Physiology a-Neuroethology Sensory Neural and Behavioral Physiology, 195, 311-318 (2009)

J. E. Baio, et al. “Evidence of a molecular boundary lubricant at snakeskin surfaces”, Journal of The Royal Society Interface, 12(113), (2015).

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I THETD KHTPRE D RPHU FD7 7 ( '- 2HEW K O SS H ( '- , )

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図６

- S F R

20μm400μm

20μm400μm

20μm

(a) ディップコート後

(b) スピンコート後

図７

200 µm 40 µm

CWM 6 TD DR R NW D DUD UWJWK PRPWTD 5T F R PHDUWTHPH U RIKHTPRE D RPHU FD U UFDOHU EY WU J

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