セルロースと無機物の複合化による先進的ナノマテリアルの開発

纤维素与无机材料相结合开发先进纳米材料

• 批准号: 09F09324
• 负责人: 和田 昌久 (2010)
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09F09324/
• 关键词: セルロースゲル; エアロゲル; シリカ; 水ガラス; ケイ酸ナトリウム; ナノ複合材料; 断熱材; セルロース; ヒドロゲル; ナノコンポジット; 熱伝導率

アルカリ-尿素系溶剤からの再生で得られるセルロースゲル/エアロゲルとシリカとのナノ複合材料を開発した。そのためにシリカ原料としてケイ酸ナトリウム水溶液(水ガラス)を使用する方法を開発した。水ガラスは従来この種の複合化に用いられてきた有機ケイ酸エステル(TEOSなど)からのゾルゲル法に比して格段に安価であり、この手法は実用技術としての意義が大きい。複合化手法として(1)セルロース溶液への水ガラス添加と再生、(2)セルロース単独再生でゲル化してからの水ガラス含浸、の2種を検討し、いずれも良好な結果を与えた。得られた複合ヒドロゲルは、溶媒置換乾燥してエアロゲルとする、及び水から普通乾燥して密実材料とする、という処理が可能であった。エアロゲルはセルロース単独のものよりもシリカ添加分だけ密度が高くなるが、意外にも可視光透過率は20%程度向上し、かつ低い熱伝導率(0.04W/mK程度)はほとんど変化しなかった。この材料は透明断熱材として有用と思われる。なお熱伝導率測定のために高断熱性の小片試料に適する手法を本研究で開発した。密実フィルムはセルロース単独のものと同様完全に透明であり、強度とヤング率の向上に加え、熱膨張率の顕著な低下(合成ポリマーフィルムの70ppm/Kに対し10-20ppm/K)が認められた。これら特徴から本材料はディスプレーなどの透明電子基板としての応用が期待される。これらの成果は東京大学から特許出願した。

我们开发了一种由碱-尿素溶剂和二氧化硅再生得到的纤维素凝胶/气凝胶纳米复合材料。为此，我们开发了一种使用硅酸钠水溶液（水玻璃）作为二氧化硅原料的方法。水玻璃比传统上用于此类复合材料的使用有机硅酸酯（TEOS等）的溶胶-凝胶法便宜得多，并且该方法作为实用技术具有重要意义。研究了两种复合方法：（1）向纤维素溶液中添加水玻璃并再生，以及（2）单独再生纤维素并凝胶化，然后用水玻璃浸渍，两者均取得了良好的效果。所得复合水凝胶可以通过溶剂置换干燥形成气凝胶，并从水中正常干燥形成致密材料。由于添加了二氧化硅，气凝胶比单独的纤维素具有更高的密度，但令人惊讶的是，可见光透射率增加了约20%，而低热导率（约0.04 W/mK）几乎保持不变。这种材料似乎可用作透明绝缘材料。在这项研究中，我们开发了一种适合测量小块高绝缘样品导热系数的方法。 Mitsuji 薄膜完全透明，与单独的纤维素类似，除了提高强度和杨氏模量外，它还具有显着较低的热膨胀系数（10-20 ppm/K，而合成聚合物薄膜为 70 ppm/K）。完成了。由于这些特性，该材料有望用作显示器等透明电子基板。这些成果已获得东京大学的专利。

项目成果

特許出願

专利申请

• 发表时间: 2011

Structure and properties of cellulose-silica nanohybrids

纤维素-二氧化硅纳米杂化物的结构和性能

• 发表时间: 2011
• 作者: 劉石林;木村聡;和田昌久;空閑重則
• 通讯作者: 空閑重則