Development of THz cellulose crystallography
| Project/Area Number |
21H02255
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 40020:Wood science-related
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
稲垣 哲也 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (70612878)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土川 覚 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (30227417)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
|
|---|
| Keywords | THz時間領域分光法 / 結晶学 / 木質科学 / THz-tds / 木材 / セルロース / 新しい結晶評価手法 / 木質材料 / 結晶構造 / THz crystallography / THz-TDs / 結晶構造解析 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
木材中のセルロース結晶領域をTHz時間領域分光法（THz-TDs）によって評価する新たな学問領域『THz cellulose crystallography』の確立を目指す。この研究では木材のTHz透過スペクトルから結晶量・結晶構造・ミクロフィブリル傾角（MFA）を高精度計測するアルゴリズムを提案する。これまでセルロースの結晶性は、回折法あるいは（赤外[IR]やNMRなどの）分光法によって評価されてきたが、これらの手法と比較して本法は１．結晶領域の絶対量を計測できること、２．木材の結晶性情報の空間分布の計測が可能であるという２つの強力な利点を有する。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
この研究では、木材やセルロースの試料を対象に、結晶量、結晶構造、ミクロフィブリル傾斜角（MFA）、THzマッピングシステム、熱処理による劣化のモニタリングといった多角的な視点から分析と測定を行い、各項目で顕著な成果を上げている。まず、結晶量については、ボールミルおよび化学処理を通じて結晶化度を調整し、THz-TDs、IRスペクトル、X線回折チャートを取得した。結晶量の見積もりは、X線回折とIR分光法に加え、密度やセルロース含有量から行っており、得られたデータを用いてLambert-Beer則によりTHzによる結晶量の推定を可能にしている。結晶構造に関しては、すでにIα、Iβ、IIに由来する吸収周波数を特定し、論文発表を行っている。MFA測定においては、ラディアルストリップを試料に用いてSilviscan測定を行い、MFAや結晶化度、密度、細胞形状の分布データを得た。さらに、THzスペクトルの複屈折性と二色性を偏光ユニットを用いて測定し、MFAの予測が行える段階にある。THzマッピングシステムはx-y2軸駆動光学ステージを導入し、試料の走査によるTHz透過パルス波形の計測を可能にしている。これにより、含水率、密度、結晶量の空間分布を解析するためのプログラムも作成した。最後に、THz波透過窓を持つ温度制御セルを製作し、熱処理による結晶変化の時間・空間的な変化を測定した。現成木と古材の両方に熱処理を施して、反応速度論と拡散方程式の組み合わせによってモデル化し、木材の古材化と熱処理における違いを把握している。このように、研究計画に基づいてすべての項目で進捗があり、木材の劣化に関する新たな知見を得つつある。
|
| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
Report
(3 results)
Research Products
(7 results)
