Fabrication of highly optically transparent functional wood utiIizing its natural nano structure

利用其天然纳米结构制造高度光学透明的功能木材

• 批准号: 20F20095
• 负责人: 矢野 浩之
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20F20095/
• 关键词: 透明木材; 脱リグニン処理; 樹脂含浸; アクリル樹脂; 偏光性; シャトヤンシー; Wood; Transparent; Polarizing behavior; Cellulose nanofibers; Wood structure; Nano structure

本研究課題では、木材のナノからマイクロレベルまでの階層構造を有効利用した新規の高機能透明木質材料の開発を目指した。板目加工およびまさ目加工した木材からワイズ法でリグニンを除去し、アクリル樹脂を含浸することで透明木材を製造した。透明木材は、繊維直交方向にはレーザー光を良く透過させるが、繊維方向ではレーザー光が散乱することが明らかとなった。そのメカニズムを木材の有する階層構造との関係から明らかにするために、透明性の向上を目指し、透明樹脂の細胞中への浸透性を向上させる手法について検討した。樹種依存性の検討、細胞壁を膨潤させるためのTEMPO酸化触媒処理の効果、アクリル樹脂との相溶性を向上させるアセチル化処理の効果について検討したところ、それらを組み合わせることで90%以上の透明性を有する透明木材の製造に成功した。今年度は、主として透明木材の光学特性について検討し、本透明木材はヘーズが25%と低く、また、“chatoyancy”（キャッツアイ効果）として光学材料において知られているユニークな光散乱特性を示すことを明らかにした。さらに、透過光の偏光性と一方向への光の浸透性が見いだされた。その二つの現象のメカニズムは、木材の異方性を示す高次構造や細胞構造に起因する独立したものであることが、光学特性の測定から推測された。

在这个研究项目中，我们的目标是开发一种新型高性能透明木质材料，有效利用木材从纳米到微米的层次结构。透明木材是通过使用 Wise 方法从经过纹理处理的方形纹理木材中去除木质素并用丙烯酸树脂浸渍而生产的。已经清楚的是，透明木材允许激光在垂直于纤维的方向上很好地穿过它，但它会在纤维的方向上散射激光。为了阐明与木材分层结构相关的机制，我们研究了提高透明树脂对细胞的渗透性的方法，以提高透明度。我们研究了木材种类依赖性、TEMPO氧化催化剂处理对细胞壁膨胀的效果以及乙酰化处理对改善与丙烯酸树脂的相容性的效果，结果发现通过将它们组合起来，我们能够实现90%以上的透明度。成功生产透明木材今年，我们主要研究了透明木材的光学特性，这种透明木材的雾度低至25%，并且还表现出光学材料中被称为“猫眼效应”的独特光散射特性。此外，还发现了透射光的偏振性和光在一个方向上的透过性。通过光学特性的测量推断，这两种现象的机制是独立的，是由木材中表现出各向异性的高阶结构和细胞结构引起的。

项目成果

The application of multifunctional nanomaterials in Alzheimer's disease: A potential theranostics strategy.

多功能纳米材料在阿尔茨海默病中的应用：一种潜在的治疗诊断策略。

• DOI: 10.1016/j.biopha.2021.111360
• 发表时间: 2021-02-11
• 期刊: Biomedicine & pharmacotherapy = Biomedecine & pharmacotherapie
• 作者: Yilan Xu;Manna Zhao;Dongming Zhou;Tingting Zheng;Heng Zhang
• 通讯作者: Heng Zhang

アクリル樹脂含浸した漂白木材の光学特性

丙烯酸树脂浸渍的漂白木材的光学性能

• 发表时间: 2022
• 作者: 山碕悠真;垣内田洋;三木恒久;Subir Kumar;臼杵有光;矢野浩之;田中聡一
• 通讯作者: 田中聡一

銀粒子付加によるセルロースナノファイバーの導電化

通过添加银颗粒使纤维素纳米纤维导电

• 发表时间: 2021
• 作者: 川端将貴;Biswas Subir Kumar;矢野浩之
• 通讯作者: 矢野浩之

アクリル樹脂含浸した漂白木材の光学特性

丙烯酸树脂浸渍的漂白木材的光学性能

• 发表时间: 2022
• 作者: 山碕悠真;垣内田洋;三木恒久;Subir Kumar;臼杵有光;矢野浩之;田中聡一
• 通讯作者: 田中聡一

Surface and Interface Engineering for Nanocellulosic Advanced Materials

纳米纤维素先进材料的表面和界面工程

• DOI: 10.1002/adma.202002264
• 发表时间: 2020
• 影响因子: 29.4
• 作者: Xianpeng Yang; Subir Kumar Biswas;* Jingquan Han; Supachok Tanpichai; Mei;Hiroyuki Yano
• 通讯作者: Hiroyuki Yano