2019 Fiscal Year Research-status Report
Fabrication of functional fabric using carbon nanotube self-assembly phenomena induced by gas discharge breakdown
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19K05206
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
佐藤 英樹 三重大学, 工学研究科, 准教授 (40324545)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | カーボンナノチューブ / 気体放電 / 紡績 / 紡織 / 鉄内包カーボンナノチューブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
カーボンナノチューブ（CNT）はその長さ，層数，カイラリティ，空洞内包物などにより多様な機能性を発現する。このCNTを高効率で紡績し繊維形成できれば，従来材料には無い新規な機能を有するCNT繊維の創製が可能になる。しかし従来方法では，紡績可能なCNTは極めて限定され，結果として得られる機能性も限定的であった。本研究では，どのようなCNTでも紡績が可能な新規CNT紡績法 「CNT放電紡績法」 を開発する。そして，従来は繊維作製が困難であった，単層CNTや強磁性金属内包CNTなど優れた機能性を有するCNTの紡績が容易に行えるようにし，CNTの様々な機能を付与した機能性繊維の創製を目指す。さらに本方法は，単にCNT同士を単に撚り合わせるだけでなく，マイクロからナノオーダーのサイズでCNTを任意のパターンに「編む」ことを可能にし，これによりさらなる高機能化も目指す。
2019年度は，放電紡績法を用いたCNT紡績装置の試作と紡績条件の決定を目的とした研究を行った。気体放電を発生させることを目的とする陽極と陰極に加え，CNTの捕集のために設置した電極からなる3極型放電電極を新規に製作，CNT捕集電極に印加するバイアス電圧がCNTフィラメント形成に与える影響を調べた。また，放電条件を発生させるためのガス圧力を変化させ，これによるCNTフィラメント形成挙動を系統的に調べた。さらに，フィラメント形成を行うCNTとして，従来の多層CNTに加え，鉄内包CNTを用いて気体放電によるフィラメント形成挙動を調べた。その結果，多層CNTにおいて長さ20 mm程度，鉄内包CNTにおいても長さ10 mm程度のCNTフィラメントの作製に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
CNTフィラメント形成に関して，（1）3極型放電電極によるCNTフィラメント形成挙動の観察，特に捕集電極の形状および捕集電極へのバイアス電圧がCNTフィラメント形成に及ぼす影響の調査，（2）放電のためのガス圧力が及ぼす影響の系統的調査，（3）CNTフィラメント形成に適した原料CNT設置方法の検討，の3事項について評価を行った。これらの結果より，これまで困難であったcmオーダーの長さのCNTフィラメント形成が実現できた。加えて，これまでフィラメント形成が困難であった鉄内包CNTについても，同様のアプローチにより，長尺なCNTフィラメントの形成が実現できた。以上より，本提案方式でのフィラメント形成が可能であることが実証された。
現状では，目標としていた長さのCNTフィラメント形成の実現，さらにCNT紡績を行う段階までは到達していないものの，今後，さらに長尺なCNTフィラメント形成を行い，さらにこれによるCNT紡績を実現するための重要な指針を得ることができた。以上のことから，本研究は概ね順調に進展していると判断する。なお，当初予定していた，印加電圧波形依存性については，スケジュールの関係で当該年度は行わず，次年度以降に改めてその実施方法を再検討した上で実施を目指すこととした。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度に実施の評価項目を継続しつつ，今後は，（1）さらに長尺なCNTフィラメント形成，（2）長尺CNTを撚ったCNT紡績糸の形成，を目標に研究を実施する。前年度の研究結果より，捕集電極の形状，および捕集電極に印加する電圧がCNTフィラメント形成に大きな影響を与えることが明らかとなったので，この点をより詳細に検討する。また，CNTフィラメント形成のさらなる高効率化，および生成したCNTフィラメントの紡績による撚糸形成のための装置製作を2020年度上半期中に実施し，早期の紡績実験の実施を目指す。
前述の事項に加え，本研究の次の段階と位置付けられる，「CNT紡織布」形成のための実験にも着手する。CNT紡織布形成のための方法として，①CNT紡績糸を形成しこれを集積化する方法，②気体放電により分散させたCNTを直接紡織布として集積化する方法，の2種類の実施を検討する。これらについては2020年度上半期中に実験装置の設計及び製作を行い，同年度下半期に実施する。
鉄内包CNTについても，本提案方法による紡績が可能であることが確認されたので，前年度に引き続き，鉄内包CNTフィラメントの長尺化，フィラメント形成の高効率化を目指した研究も継続する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症流行の影響により，出席予定の学会が中止となったため，旅費に残額が生じた。これらについては，次年度に購入予定の消耗品購入費に繰り入れて使用する。
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