2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of innovated cellulose single fiber fabrication by electrostatic alignment of nano fibrils in a micro channel
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19K04187
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高奈 秀匡 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (40375118)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | セルロースナノファイバー / フローフォーカシング法 / 電場応答 / 伸張流 / 静電配向 / 混相流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物繊維をナノレベルまで微細化することにより得られるセルロースナノ 維（CNF）は，軽量でありながら高強度、低熱膨張等の優れた機械特性を有する環境適合型新素材であり，カーボンニューラル材料であることから， 炭素社会の早期実現に貢献する新素材として，大きな注目を集めている。近年，CNFを再合成することにより創製される新素材としてのセルロース 維の研究が精力的に進められている。これまでの研究から繊維の内部構造が材料特性に大きく影響することが明らかとなっており，CNFを軸方向に配向し，高い配向度を実現することにより，アラミド繊維と同程度の比弾性係数，かつガラス繊維と同程度の比強度を有するセルロース単繊維を創製することが可能となる。しかしながらフローフォーカシングデバイスを用いた伸長流による配向法では，十分なCNF配向が得られず，セルロース本来の優れた材料特性を有するセルロース 維を創製することが難しかった。
そこで本研究は，伸長流動場による配向に電場配向を重畳した革新的配向制御法を確立し，微小流路でのナノ繊維静電配向メカニズムを明らかにした上で，セルロース本来の材料特性を有する強靭なセルロース単繊維を創製することを目的とする。
本年度においては，45度の合流角を有するフォーカシング流路を用いた単繊維創製を行い，シース流量比に対する伸長流動場を明らかにするとともに，交流電場の有無およびシース流量比がナノ繊維配向に与える効果を明らかにした。その結果，下流側シース流に対する上流側シース流の流量を大きくした場合に，より顕著な配向促進効果が示され，同条件の下では，電場印加により単繊維の更なる高強度化・高弾性化が得られることが明らかとなった。
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