2021 Fiscal Year Annual Research Report
バイオナノファイバー由来3Dナノポーラスカーボンの光熱変換機能開拓
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20K21334
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
古賀 大尚 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (30634539)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | セルロースナノファイバー / キチンナノファイバー / ナノポーラス構造 / 炭化 / 半炭化 / ナノカーボン / ヨウ素 / 光熱変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、太陽光エネルギーを熱に変換して利用するための光熱変換材料に注目が集まっている。特にカーボン材料は、太陽光波長（300～2500 nm）に適した幅広い光吸収帯を持つため有望視されている。しかし、太陽光の有効活用に向け、光熱変換機能のさらなる向上が課題となっている。すなわち、①太陽光の吸収と②吸収光の熱変換を志向したナノポーラス構造、および、カーボン系分子構造の設計が希求されている。
本研究では、樹木由来のセルロースナノファイバーまたはカニ殻由来のキチンナノファイバーの炭化戦略により、バイオナノファイバー由来新規ナノカーボンの創製と高効率光熱変換を目指す。昨年度は、セルロースナノファイバーを用いたナノポーラス構造体の作製、および、温度制御炭化を検討し、特に窒素雰囲気下・500℃で炭化したものが市販ナノカーボン材料よりも優れた光熱変換機能を発現することを明らかにした。
今年度はまず、上記のメカニズムを検証した。その結果、セルロース分子の段階的炭化によるsp2カーボン構造の成長制御が鍵であること、すなわち、光吸収波長領域の伸長と光反射の抑制を両立させる適度なカーボン分子構造が優れた光熱変換機能の発現に有効であることを確認できた。また、ヨウ素雰囲気下・200℃での炭化処理により、さらに光熱変換に適したカーボン系分子構造が形成されること、同条件で炭化したキチンナノファイバーがセルロースナノファイバーよりも優れた光熱変換特性を示すことも確認した。さらには、炭化キチンナノファイバーが太陽光の波長領域にとどまらず、より長波長領域の光（マイクロ波）の吸収にも極めて有効であることも見出した。関連成果は、国際学会3件（内、ポスター賞受賞1件）・国内学会1件の発表を行い、現在論文3報の投稿を準備中である。
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Research Products
(5 results)
