東工大ら,回折格子を用いた機能性フィルムの簡便な表面歪み計測法を開発

東京工業大学と九州大学の研究グループは,大きく曲がるフィルムの表面歪みを簡便に定量計測できる手法「表面ラベルグレーティング法」を開発した(ニュースリリース)。近年、急速に開発が進むウェアラブル端末やフレキシブルディスプレイの素材となる柔軟な材料の変形歪みを計測できる手法が強く望まれている。

研究グループは,フィルムの表層だけに数㎛周期の回折格子をラベル化した。このフィルムにレーザ光を入射すると,回折格子の周期に応じて光が回折する。フィルムを曲げながら,回折角を計測することによりフィルムの表面歪みだけを精度よく計測できる。表面が滑らかであれば,原理的に対象物を問わない。

これは,プラスチックだけでなく,ガラスや金属のフィルムに加え,異種物質からなる積層フィルムの表面歪みも計測可能な汎用性の高い手法。柔軟なエラストマーフィルムの曲げに伴う表面歪みを測定したところ,硬い材料を取り扱う従来の固体力学では説明できない特異的な変形挙動が明らかとなった。光応答性を有するフィルムの曲げでは,内面と外面の両面が収縮する曲げ変形が観測された。

さらに,硬さの異なるシリコーンゴムが積層されたフィルムでは,単層フィルムに比べて表面膨張が増大あるいは減少することを発見した。これらの結果は,柔らかい材料の力学(ソフトメカニクス)は硬い材料を扱う従来の固体力学とは異なることを示すものだとしている。