2020 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of Rigid Polymer Nanofibers with High-Tensile, High-Elasticity, High Thermal Resistance, and High Thermal Conductivity, and Applications to High-Performance Materials.
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18K05237
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
内田 哲也 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (90284083)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ナノファイバー / 高耐熱性 / 高熱伝導性 / 結晶化 / 複合材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
希薄溶液からの結晶化を利用して、剛直高分子Poly(p-phenylenebenzobisoxazole) (PBO)のナノファイバーを作製し、形成機構の解明と高性能材料への応用を検討した。剛直高分子PBOは、究極的に優れた性能（高強度、高弾性率、高耐熱性、高熱伝導性、化学安定性、電気絶縁性等）が期待されている。しかしながら分子鎖の剛直性ゆえに融解せず、強酸にしか溶解しないため、PBOナノファイバーの作製は困難であった。そこで希薄溶液からの結晶化を利用してPBOナノファイバーを作製する全く新しい方法を確立し、PBOナノファイバーの構造の特徴と形成機構を明らかにした。得られたPBOナノファイバーを用いて高分子との複合体を作製し、その構造制御と物性評価を行った。検討内容は以下のとおりである。
①PBOナノファイバーの結晶性、微結晶配向、微細構造と形成機構の解明：作製条件（PBO分子量、急冷温度、PBO濃度、溶媒種類等）の異なるナノファイバーの構造をX線回折、透過型電子顕微鏡観察等により検討した。結晶化初期の構造を検討した。
②PBOナノファイバーシートの高熱伝導性、熱伝導異方性および複合体への応用：PBOナノファイバーで積層シートを作製し、PBOナノファイバーの配向と熱物性を検討した。ナノファイバーの長さ方向への熱伝導性が極めて高いことが分かった。PBOナノファイバー積層シートではPBOナノファイバーが面内配向しているため、面内方向への熱伝導性が極めて高いシートが得られた。
③PBOナノファイバー／高分子複合体の構造と力学特性、熱伝導性の解明：PBOナノファイバーと高分子の複合体を作製し、構造（NF配向をX線回折で測定）、力学特性、熱伝導性、高熱伝導性フィラー間に充填される高分子成分の熱伝導性向上について検討した。PBOナノファイバーの少量添加で物性が大きく向上した。
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