2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of THz cellulose crystallography
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21H02255
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
稲垣 哲也 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (70612878)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土川 覚 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (30227417)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | THz-tds / 木材 / セルロース / 新しい結晶評価手法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、「木材中のセルロース結晶領域をTHz時間領域分光法（THz-TDs）によって評価する新たな学問領域『THz cellulose crystallography』、すなわち木材のTHz透過スペクトルから結晶量・結晶構造・ミクロフィブリル傾角（MFA）を高精度計測するアルゴリズムを確立」することを目標としている。
2022年度には結晶量・結晶構造・ミクロフィブリル傾角（MFA）を高精度推定するために、さまざまな試料（木材、セルロース試料、疑似木材）についてTHzスペクトルおよびX線回折チャートを測定し、それぞれの性質について評価した。これによりTHz分光法を用いることで、結晶量と結晶構造についてはX線回折法よりも高精度に推定できることを示した。またMFAについてもTHz-TDsによって測定可能であることが示された。また熱処理を行いながら試料の結晶性変化を評価するシステムを構築して、これによる実験を進めているところである。これらが非常に円滑に進捗している。次年度は引き続き様々な木材の結晶性評価、熱処理による木材の結晶性変化の追跡およびイメージング測定による結晶の空間的分布変化の把握を継続する。これらの変化を反応速度論と拡散方程式を組み合わせてモデリングすることで、古材化/熱処理に対する木材の応答を理解する。その後、同試料の強度を測定し、ヤング率・破壊強度などの推定を行う。この推定には有限要素法を用いる。木材の応答（古材化と熱処理による反応の違い）を空間/時間軸でモニタリングすることで、木材の劣化に関する新たな知見を提供できる
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
2022年度で、木材のTHz透過スペクトルから結晶量・結晶構造・ミクロフィブリル傾角（MFA）を高精度計測するアルゴリズムを確立した。また熱処理を行いながら試料の結晶性変化を評価するシステムおよび、イメージングシステムを自作した。これらの結果をまとめ、1報の論文を発表した。また他2報の論文を準備中であることから、「当初の計画以上に進展した」と評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記のように本研究の当初目標であった、「THz cellulose crystallography」の確立についてはほぼ完成している。2023年度は①イメージング機構を用いた木材中結晶領域の空間分布と熱処理による変化の観察、②様々な含水率状態にある木材の結晶性評価、③熱処理による木材の結晶性評価について研究を遂行する。これにより本法の有用性を広めることができ、本手法が汎用的に用いられることとなると期待している。
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