塗って乾かすだけで異種材料を強固に繋ぐ「多孔質アンカー」の開発

自動車の軽量化やフレキシブル電子デバイス、ソフトロボットなどの製造において、金属やガラス、セラミックスといった「硬い素材」と、ゴムやプラスチックなどの「柔らかい高分子」を組み合わせるマルチマテリアル化の重要性が急速に高まっています。
しかし、性質の異なる素材どうしは接着しにくく、従来は素材の組み合わせごとに、それぞれになじむ接着剤を設計・開発する必要がありました(図 左下)。また、機械加工や化学薬品などで基材の表面を削り、凹凸をつくることで、接合強度を高める方法も知られていますが、製造工程の複雑化や加工時の残渣など、エネルギー消費や環境負荷の観点からも課題を抱えていました。

今回、研究チームは、接着層に「構造」をもたせることで異種材料をつなぐ新しい方法を考案しました。「粘弾性相分離」という物理現象を利用し、溶液を塗って乾かすだけで、ナノ~マイクロメートルサイズの孔を持つ網目状の「多孔質アンカー層(PPA: Printable Porous Anchor)」を形成します(図 左)。これにより、ガラスと接着しにくい柔らかな高分子を用いた実験で、7MPa(メガパスカル)を超える接合強度を実現しました(図 右)。PPAは、ガラスとは化学的な親和性によって結合しつつ、高分子とは、細かな孔に入り込ませて物理的にかみ合わせる「役割分担設計」により、強固な接合を実現します。

本研究が提案するPPAを用いた接合方法は、両側の素材になじむ接着剤を開発するという、従来の各論的アプローチから脱却し、多彩な素材の組み合わせに対応できるプラットフォームとなる可能性を秘めています。現在は、さらなる汎用性の拡張に向け、接合部の放熱性や電気的接続を確保するための「導電性の付与」や、過酷な環境に耐えうる「高耐熱性素材」を用いた多孔アンカー層を開発しています。これにより、産業界の多様な接合ニーズに対応するとともに、今後、マルチマテリアル化が不可欠となる次世代モビリティ、ウェアラブルデバイスおよびソフトロボティクス分野といった製造プロセスにおけるものづくりの設計自由度を拡張する技術として貢献が期待されます。

• 本研究は、NIMS高分子・バイオ材料研究センターの荒井 俊人 独立研究者によって行われました。
• 本研究成果は、2026年9月10日に“Small”のオンライン版にて掲載されます。