金属被覆セルロースナノ繊維の開発とエネルギー伝導フィラーとしての展開
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21K14421
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
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| Research Institution | Kyoto Municipal Institute of Industrial Technology and Culture |
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Principal Investigator |
野口 広貴 地方独立行政法人京都市産業技術研究所, 京都市産業技術研究所, 次席研究員 (50796167)
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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 |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | セルロースナノファイバー / ナノ粒子 / コンポジット / 無電解めっき / 複合樹脂 / 導電性 / 熱伝導性 / 金ナノ粒子 / フィラー / 金属被覆 / 熱伝導 / 樹脂コンポジット |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，樹脂用の熱及び電気伝導性フィラーとして金属被覆したセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を開発する。ＣＮＦのナノ繊維形状を活用することで，樹脂内部における３次元伝導性ネットワークの効率よい形成と，それに伴う，金属被覆ＣＮＦの少量添加での樹脂への熱・電気伝導性発現が期待できる。本研究では，①金属被覆のためのＣＮＦの前処理（イオン性官能基の導入や触媒付与）条件と後続の金属結晶成長過程との相関，②金属被覆CNFを添加した樹脂の内部構造解析およびエネルギー伝導性との相関を明らかにすることで，開発を達成する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
スマートデバイスの進歩に伴い、製品部材としてサーマルマネージメントや静電気対策等に有効な熱伝導性及び導電性樹脂（エネルギー伝導性樹脂）への注目が高まっている。本研究では、金属で被覆したセルロースナノファイバー（CNF）を開発し、エネルギー伝導性樹脂用フィラーとしての展開を目指した。高アスペクト比のCNFを活用することで、樹脂内部における熱及び電気伝導パスを効率よく形成し、従来よりも少ないフィラー添加（30 vol% 以下）で樹脂へのエネルギー伝導性付与を目的とした。
CNFの界面を被覆する金属として、本研究では金を選択した。CNF界面の金被覆は、カチオン化処理を行ったCNFの界面に金前駆体となる四塩化金酸を吸着させ、続けて還元することで金ナノ粒子をCNF界面に密に析出させることで達成した。金の担持量は使用する前駆体の添加量に従い増加するが、同時に金ナノ粒間の凝集や、粒子径の過剰成長によりナノ繊維形状を維持できない等の課題が生じた。そこで、金ナノ粒子の担持に関わる諸条件（前処理の程度、濃度、還元剤種類、pH）について検討し、最終的に均一粒径で数十～数百nmの金ナノ粒子をCNFの界面に緻密に担持可能な条件を見出した。
金ナノ粒子を担持したCNF（Au-CNF）とPPとの複合フィルムを作製した。回路計を用いて導電性をテストしたところ、フィルムの表面では通電は確認できなかったが、金を 5vol％を含む系において、フィルムの断面で通電を確認した。この結果はAu-CNFの分散性が低く、複合フィルム表面ではAu-CNFがPPに埋没されてしまっているが、樹脂内部では導電パスを形成していることを示唆している。分散性の改善によってより低添加量でのパス形成が期待できるとともに、フィラー形状をナノファイバー状とすることで、伝導パスの形成が効率化されることを確認できた。
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Report
(3 results)
Research Products
(2 results)
