造形後にスケールが変化するExpandFab

デジタルデータをそのまま現実世界に出力するAdditive Manufacturingの技術はハードウェアだけではなく、その出力する材料にも様々な工夫が行われるようになってきています。

今月(2020年2月）に開催された国際会議 Fourteenth InternationalConference on Tangible,Embedded, and EmbodiedInteraction（TEI2020）で造形後に加熱することでサイズが変わるというユニークな材料とそれを用いたインタラクション技術ExpandFabが発表されました。[1]

本提案手法では、ポリマー材料と発泡体を混合した材料を吐出することで、造形後に加熱することで大きさを変化させることができます。発泡体の混合比率を変化させることで部位によって異なる膨らませ方が可能となっています。。

図１　発泡体の混合比率を変えた時のマテリアルの変化の様子（[1]のFig6より引用）

また本研究では、図２のようにどのように膨らむかをシミュレーションするツールも開発をしており、膨らませたい場所のみに発泡体加え流といった設計も提案しております。デモ ではオブジェクトを埋め込むといった試みも提案されています。

図2 ExpandFabのシステムの様子（[1]のFig.10より引用）

精度面では従来のプリンタ程ではありませんが、このような技術を用いることで運搬が容易になったり、大きな出力物を短時間で出力するといったことが可能になりそうです。

参考文献

[1]Kaimoto, H., Yamaoka, J., Nakamaru, S., Kawahara, Y., & Kakehi, Y. (2020, February). ExpandFab: Fabricating Objects Expanding and Changing Shape with Heat. In Proceedings of the Fourteenth International Conference on Tangible, Embedded, and Embodied Interaction (pp. 153-164).

超音波によるペロブスカイト型ナノ結晶の10グラムスケール室温合成とEL特性

Figure 1. デバイス構造とエネルギーダイアグラム、および特性データ [1]
（論文[1]のFigure 4より引用）

金属ハロゲン化物である、メタルハライドペロブスカイトナノクリスタル（NC）は、高い色純度、調整可能性、溶液加工性などのユニークな発光特性により、発光用途に大きな可能性を示しています。ただし、商用アプリケーションに対応するための高品質のペロブスカイトナノクリスタルの大規模生産は依然として課題となっています。

上海大学の研究チームは、10グラムスケールのペロブスカイト型化合物であるFAPbX3（FA + = HC（NH2）2 +、X = Br、または混合ハライドシステムCl / BrおよびBr / I）ナノクリスタルの高出力超音波による簡単な室温合成方法と発光ダイオード（LED）のエレクトロルミネッセンス素子を開発し、その研究成果をAdvanced Materials Technologiesに寄稿しています。

均一な高出力放射により、加熱と攪拌の不均一性による悪影響が回避され、反応プロセスで不活性ガスが不要になるそうです。一方で、室温での反応はナノクリスタルにおける結晶化速度を低下させ、10グラムスケールの高品質FAPbX3ペロブスカイトナノクリスタルの合成に成功した、と報告しています。
結果として得られるナノクリスタルは、サイズフォーカス分布と93％の高いフォトルミネッセンス量子収率、およびハロゲン化物組成の操作による453〜695 nmの調整可能なフォトルミネッセンススペクトルを示します。取得したFAPbBr3ナノクリスタルに起因して、61.3 cd A-1の最大電流効率と14.1％の外部量子効率を持つ高効率の緑色LEDも得られる、と報告しています。

[1] : Dou, Y., Wang, S., Zhang, C., Luo, H., Li, X., Wang, H., … & Yang, X. Ten‐Gram‐Scale Synthesis of FAPbX3 Perovskite Nanocrystals by a High‐Power Room‐Temperature Ultrasonic‐Assisted Strategy and Their Electroluminescence. Advanced Materials Technologies, 1901089.

URL : https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/admt.201901089

北京大学の研究チームが開発した2次元に伸ばせる磁性液体金属

本研究で提案している磁性液体金属液滴の概要図、特性図及び画像 [1]
（論文[1]のFigure 1より引用）

北京大学の研究チームが、水平方向と垂直方向の両方に大規模に引き伸ばすことができる磁性液体金属液滴（MLMD）を開発し、その研究成果をACS Applied Materials & Interfacesに寄稿しています。

このMLMDは、液体金属、鉄粒子、電解質を含むマルチマテリアルシステムに基づいて製造されています。このような顕著な伸張能力は、可逆的で長持ちし、何度も繰り返すことができる事を論文中で報告しています。
MLMDの3D伸縮機能に基づいて、3D自由空間のさまざまな方向で電気接続を行うことができ、LEDの点灯も論文中で報告してくれています。
垂直に引き伸ばされたMLMDは、その半分の体が溶液中に、残りの半分が空中にある状態で水平に移動できるそうで、直立歩行両生類の性質に似ているそうです。
すべての動作は、永久磁石によって提供される磁場によって正確に、便利に、非接触で制御できるそうです。

魅力的な特性を備えたこのMLMDは、自由空間での多自由度作動をさらに発展させ、最終的には動的に再構成可能なインテリジェントでバイオミメティックソフトロボットにつながる、液体金属の基本的で有望なプラットフォームを提供すると主張しています。

本論文を紹介している他の多くのメディアではターミネーターという映画を引き合いに紹介しています。

[1] : Hu, L., Wang, H., Wang, X., Liu, X., Guo, J., & Liu, J. (2019). Magnetic Liquid Metals Manipulated in the Three-Dimensional Free Space. ACS applied materials & interfaces, 11(8), 8685-8692.

URL : https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.8b22699

ロイヤルメルボルン大学らの研究チームが、新聞のように印刷できる2次元ITO印刷プロセスを開発

「Flexible two-dimensional indium tin oxide fabricated using a liquid metal printing technique」の画像検索結果
2次元ITO印刷プロセスの概略図と、透明性と導電性を強調するLEDデモ回路 [1]
（論文[1]のFigure 1より引用）

酸化インジウムスズ（ITO）は、タッチスクリーン、スマートウィンドウ、ディスプレイなどのアプリケーションで使用される透明な導体です。ITOの重要な制限は、その脆弱な性質であり、柔軟な電子機器での使用を禁止しています。高品質のITOの商業的デポジットも、現在、高価な真空製造アプローチに依存していることが課題でした。

オーストラリアのロイヤルメルボルン工科大学（RMIT）、ニューサウスウェルズ大学（UNSW）、モナッシュ大学らの共同研究チームは、低温液体金属印刷技術を使用した柔軟な2次元ITOのセンチメートルスケールの合成に成功し、その研究成果をNature Electronicsに報告しています。

このアプローチは、単層または二層ITOを所望の基板に直接堆積させることができ、得られる二層サンプルは99.3％を超える透明度と5.4kΩ-1の低いシート抵抗を提供した、と報告しています。
また、二重層ITOが顕著なファンデルワールス間隔の層状構造を特徴とすることも示しています。 この手法の機能を説明するために、センチメートルサイズの単層ITOシートを使用した静電容量式タッチスクリーンを開発しています。

研究者は、将来のタッチスクリーン用に、新聞のように印刷および展開できる極薄で超柔軟な電子材料を開発したと主張しており、将来性が楽しみな研究になっています。

[1] : Datta, R. S., Syed, N., Zavabeti, A., Jannat, A., Mohiuddin, M., Rokunuzzaman, M., … & Ghasemian, M. B. (2020). Flexible two-dimensional indium tin oxide fabricated using a liquid metal printing technique. Nature Electronics, 3(1), 51-58.

URL : https://www.nature.com/articles/s41928-019-0353-8

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