Constraction of technological foundation for surface utilization of nanocellulose
| Project/Area Number |
21H02256
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 40020:Wood science-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
寺本 好邦 京都大学, 農学研究科, 准教授 (40415716)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高野 俊幸 京都大学, 農学研究科, 教授 (50335303)
矢部 富雄 岐阜大学, 応用生物科学部, 教授 (70356260)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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| Keywords | セルロースナノファイバー / 物質可溶化 / 金属ナノ粒子 / マルチスケール解析 / データサイエンス |
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| Outline of Research at the Start |
セルロースナノファイバー（CNF）の社会実装を促進するための技術基盤を構築する。CNFがもつ表面を(A) そのままあるいは(B) 修飾・加工して活かす方法論を確立して，波及効果のある材料を例証する：
A. CNFの介在で可溶化できる系を効率的にモデル化する。分光法と熱分析により分子からμmスケールに至る構造を調べて機構を解明する。可溶化物に，CNFとの複合系ならではのバイオアベイラビリティがあるかを調査する。
B. CNFの表面修飾と加工により，金属ナノ粒子（NP）の生成密度を制御する手法を確立する。卑金属ナノ粒子の抗酸化能も調査する。回路形成インクの実例を作る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，セルロースナノファイバー（CNF）の社会実装を目指し，CNFの特有の特性を活かした新たな材料コンセプトの開発に取り組んだ。具体的には，CNFの大きな表面積を利用し，異種成分との複合化による性能発現と，機能材料の創出を目指した。研究の主な対象は，難水溶性化合物の可溶化と，銅ナノ粒子を酸化させにくいCNF足場の構築であった。
技術的な進展として，機械学習に基づくマテリアルズインフォマティクス（MI）を活用し，TOCN（TEMPO酸化セルロースナノファイバー）をはじめとするナノファイバーや水溶性セルロース誘導体と複合化した際の溶出挙動の予測モデルを構築した。このモデル化は，難水溶性ゲストの物性や分子特性の影響を理解し，ナノファイバーによる溶解性向上効果を予測するためにおこなった。訓練データとテストデータを用いた分析により，選出された少数の説明変数を用いて，溶出濃度を一定の精度で推定できることが確認された。
また，表面を修飾したCNFをベースとした銅ナノ粒子のインクを開発し，これを紙基板に塗布した後，プレスと真空雰囲気下で低温焼成を行い，焼結した銅ナノ粒子同士が導電性を示すことが確認された。この技術は，低コストで環境に優しい導電性材料の開発に寄与するものである。また，基材である表面修飾CNF上に固定化された銅ナノ粒子は，酸化されにくいこともわかった。
これらの成果は，CNFを活用した新たな産業応用への扉を開くものであり，今後の研究の拡張に向けて重要な基盤を提供した。これらの研究成果を基に，さらなる材料開発とその社会実装を進めることを目指している。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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Report
(3 results)
Research Products
(18 results)
