バクテリアナノファイバーの構造制御と透明繊維強化材料の製造

细菌纳米纤维的结构控制及透明纤维增强材料的生产

基本信息

批准号：
18780134
负责人：
能木雅也
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

バクテリアナノファイバーを用いた透明繊維強化材料の最も優れた特性は、高い透明性と低熱膨張性である。今回の研究課題では「セルロース化学処理」と「バクテリアナノファイバーネットワーク構造の活用」、「バクテリアナノファイバー積層構造の活用」を行い、これらの材料特性を著しく向上させることに成功した。これらの成果は、バクテリアナノファイバーに限らずナノファイバーコンポジット全般に利用できる極めて重要な知見である。1.セルロース化学処理セルロース化学処理の一例としてアセチル化を行い、汎用プラスチックの3倍以上あった吸湿性を汎用プラスチック並みにまで低減し、汎用プラスチック以上の高い耐熱性を達成した。また、本材料の特徴である透明性も大幅に向上し、低熱膨張性も更に低減できる可能性を示唆した。2.バクテリアナノファイバーネットワーク構造の活用ナノクレイなどを用いたナノパーティクルコンポジットは、少ないフィラー充填量で飛躍的に材料特性を向上させることが知られている。酢酸菌が構築する極めて精緻なナノファイバーネットワークを活用したコンポジットを作製すると、ナノパーティクル以上の極めて高い補強効果を示した。この結果は、ナノファイバーコンポジットのポテンシャルを示したものである。3.バクテリアナノファイバー積層構造の活用研究代表者はバクテリアナノファイバーを用いて、繊維径がナノサイズであることを活かし透明補強を実現し、クモの巣状ネットワーク構造を用いて優れた機械的特性を引き出してきた。そこで、バクテリアナノファイバーを3次元的に構造制御し、これまであらゆる材料が成し得なかった「柔らかいのに熱膨張しない(変形しやすいのに変形しない)」という極めてユニークな材料を開発した。今後の研究において、更に詳細なメカニズムの検討を行なう。

使用细菌纳米纤维的透明纤维增强材料最突出的性能是高透明度和低热膨胀。在该研究项目中，我们进行了“纤维素的化学处理”、“细菌纳米纤维网络结构的利用”和“细菌纳米纤维层状结构的利用”，并成功地显着改善了这些材料的性能。这些结果是极其重要的发现，不仅可用于细菌纳米纤维，而且可用于一般纳米纤维复合材料。 1.纤维素化学处理以纤维素化学处理为例，通过乙酰化来降低吸湿率，其吸湿率是通用塑料的三倍以上，达到与通用塑料相同的水平，并实现了比通用塑料更高的耐热性通用塑料。此外，作为该材料特征的透明度显着提高，表明进一步降低其低热膨胀的可能性。 2.细菌纳米纤维网络结构的利用众所周知，使用纳米粘土的纳米粒子复合材料可以通过少量填料显着改善材料性能。当使用由醋酸菌构建的极其精细的纳米纤维网络创建复合材料时，它表现出极高的增强效果，甚至比纳米颗粒还要强大。这一结果显示了纳米纤维复合材料的潜力。 3.细菌纳米纤维层压结构的利用主要研究者利用细菌纳米纤维，利用纳米尺寸的纤维直径实现透明增强，并利用蜘蛛网状的网络结构获得优异的机械性能。因此，我们三维控制细菌纳米纤维的结构，开发出一种极其独特的材料，“柔软但不热膨胀（容易变形，但不变形）”，这是其他材料无法实现的迄今为止。在未来的研究中，我们将更详细地研究该机制。