界面アーキテクトニクスによる多糖ナノファイバー単層膜の構築と新奇足場機能の創出

多糖纳米纤维单层膜的构建及通过界面结构创造新型支架功能

基本信息

批准号：
22KJ2455
负责人：
石田紘一朗
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology (2023)Kyushu University (2022)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

セルロースナノファイバー(CNF)は樹木から得られる再生可能資源であり、その優れた材料特性から産業的にも大きな注目を集めている。本研究課題では、CNFの吸着・接着性を定量的に表し、材料設計に活用することを目的とした。この吸着性を表すパラメータとして表面自由エネルギー(SFE)と呼ばれる物理量があるが、固体のSFEは直接求めることができないため、SFEが既知の液体の接触角から間接的に評価する方法が一般的である。しかし、ナノサイズの固体粒子に関しては粒子間への液体の浸透等の問題から従来の評価法をそのまま適用することは困難であった。そこで、CNFの膜構造を制御する手法について、申請書に記載した研究実施計画に基づいて研究を行い、液体の浸透の影響や濡れ挙動を検討した。CNF膜を単層-数十層の範囲で正確に制御する手法を開発し、液体の内部浸透の影響を明らかにした他、膜表面粗さの補正を行うことによってCNFのSFEを評価した。得られたSFEは実際のCNFの吸着挙動を良好に表していた。即ちCNF吸着の可否を推定したり、その吸着の駆動力がどのような相互作用に基づくか評価可能であった。CNFは高強度材料であるため、他の材料の補強材としての複合化が盛んに研究されている。そこで、CNFの表面化学改質によってSFEを制御し、様々な材料とCNFの吸着を介した複合化を可能にすると共に、吸着機構がどのように変化するかを明らかにした。また、CNF膜の構造制御を行う過程において、CNFが高度に配向しつつ屈曲したCNF単層膜の構築に初めて成功すると共に、その膜表面において配向方向に応じた異方的摩擦特性が発現されることを明らかにした。これらの手法はCNFに対するものであるが、カーボンナノチューブ等の他のナノ材料に対しても適用可能であることから、広範な分野への応用が期待される。

纤维素纳米纤维（CNF）是从树木中获得的可再生资源，由于其出色的材料特性，吸引了很多工业关注。该研究主题旨在定量表达CNF的吸附和粘附，并将其用于材料设计。称为表面自由能（SFE）的物理量是表达此吸附特性的参数，但是由于无法直接确定固体SFE，因此通常使用方法从已知液体的接触角度评估SFE是常见的。但是，关于纳米尺寸的固体颗粒，由于诸如颗粒之间液体的渗透等问题，很难直接应用常规评估方法。因此，我们根据申请表中描述的研究实施计划对控制CNF的膜结构进行了研究，并研究了液体穿透和润湿行为的影响。我们开发了一种方法来准确控制一系列单一层中的CNF膜，除了阐明液体内部穿透性的效果外，我们还通过纠正膜的表面粗糙度来评估CNF的SFE。获得的SFE显示了CNF实际吸附行为的良好表示。也就是说，有可能估计CNF吸附是否可能是可能的，并评估吸附的驱动力是基于什么样的相互作用。由于CNF是一种高强度材料，因此正在积极研究复合材料作为其他材料的加固材料。因此，SFE通过CNF的表面化学修饰来控制，从而使各种材料和CNF通过吸附进行络合，以及吸附机制如何变化。此外，据透露，在控制CNF膜结构的过程中，在CNF单层膜的构建中，CNF高度定向且弯曲，并且与方向相对应的各向异性摩擦特性是成功的。尽管这些方法用于CNF，但它们也可以应用于其他纳米材料（例如碳纳米管），并有望在广泛的领域中应用。