• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2023 Fiscal Year Annual Research Report

先端アクアプラズマプロセスによる環動高分子を用いた革新的タフコンポジットの創製

Research Project

Project/Area Number 21H04450
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

寺嶋 和夫  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (30176911)

Project Period (FY) 2021-04-05 – 2025-03-31
Keywordsプラズマプロセス / 複合材料 / 液中プラズマ / 電界配向制御 / フェムト秒レーザー誘起アクアプラズマ / タフコンポジット
Outline of Annual Research Achievements

本プロジェクトの3年目にあたる2023年度は、無機フィラー粒子として、高い熱伝導度を誇る六方晶窒化ボロン(hBN)を用い、高い熱伝導性と強靭性を有した高熱伝導性フレキシブル複合材料の開発をプロセス、構造・組織、物性の相関関係の理解を目指し研究を進め、主に以下の2つの研究成果を収めた。①コンポジ、面にット作製時に、電界印加による組織制御を行い、フィラーhBNにおいて高い熱伝導率を誇るab面内方向を、最終的な面状の複合材料の面に垂直方向に配向させる言う組織制御に成功し、面に垂直方向(膜厚方向)に10W/mKの熱伝導率を超える高熱伝導性の柔軟性(ヤング率60MPa以下)ゴム材料の作製に成功した。②水中に分散したフィラー用hBN粒子を改質するためにフェムト秒レーザーパルスを採用し、hBN粒子のサイズ縮小と表面改質に対するフェムト秒レーザープロセス(レーザー誘起アクアプラズマプロセス)の効果を評価した。シャドウグラフ・イメージングにより、hBN分散水中の反応性環境の形成が明らかになった。hBN粒子径の評価から、60分の照射で160nmから110nmに全体的に減少し、5~10nmのナノドットが生成することが示唆された。また、レーザー照射後にゼータ電位の高い粒子が増加することが確認され、表面状態の変化が示唆された。その結果、レーザー照射した試料では、水中でのhBN粒子の分散時間が大幅に増加し、少なくとも1桁の改善が見られた。本研究は、水中でのhBN粒子のサイズと分散性に影響を与える反応場の形成の実証を示すものである。またオンライン粒径モニターシステムの構築も進めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

論文発表をコンスタントに進めるとともに本プロジェクト関連の学会発表が講演賞を受賞するなど、着実な研究プロジェクトの推進とその成果の公表、高い評価をうけており、プロジェクト全体としておおむね順調に進んでいると判断する。

Strategy for Future Research Activity

本研究プロジェクトの最終年度にあたる2024年度も引き続き、無機フィラー粒子として、高い熱伝導度を誇る窒化ボロン(BN)に加え、窒化アルミ(AlN)などを用いた、高熱伝導性と強靭性を有した、高熱伝導性フレキシブル複合材料の開発を以下のように進める。
①プロセス開発・診断: コロイド系液中プラズマプロセスやキャビテーションバブル援用プラズマプロセス、クライオプラズマプロセスなどを用いた、無機フィラー粒子の表面処理を行い、それをフィラーとして用いたタフ複合材料の創製に取り組む。また昨年度に本格的に再開したフェムト秒レーザー誘起アクアプラズマプロセスも引き続き推進する。プラズマ診断とそのプロセス制御への展開に注力する。
②表面処理を施した無機フィラー材料の評価: 引き続き、プラズマ表面処理後の無機フィラー粒子は、フーリエ変換赤外分光法やX線光電分光分析、ラマン分光、電子スピン共鳴法などにより結合状態、欠陥状態を、X線回折、透過型電子顕微鏡、走査型透過電子顕微鏡などを用いた構造組織観察を行う。また、動的光散乱を用い、架橋前溶液における分散性などの評価も行う。
③タフ複合材料(コンポジット)の構造と物性の評価: X線トモグラフィー法(X-CT)や走査電子顕微鏡(SEM)観察によりより構造評価を行うと共に、熱伝導率などの機能特性、無機フィラー粒子と高分子との界面での運動性の評価のため核磁気共鳴法(NMR)による動的構造解析、などを試み、機能性と機械的力学特性、とりわけ今年度は疲労特性(繰り返し特性)の両者を兼ね備えた複合材料の設計指針の検討を進める。
以上の研究を通じて、それらのプラズマパラメータと、無機粒子の表面改質、分散性などとの相関性、最終的に、複合材料の構造と物性との相関を明らかにし、高機能フレキシブル複合材料の設計指針の構築の総まとめを進める。

  • Research Products

    (10 results)

All 2024 2023

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Composites with aligned and plasma-surface-modified graphene nanoplatelets and high dielectric constants2024

    • Author(s)
      Nagayama Kaito、Goto Taku、Mayumi Koichi、Maeda Rina、Ito Tsuyohito、Shimizu Yoshiki、Ito Kohzo、Hakuta Yukiya、Terashima Kazuo
    • Journal Title

      Materials Letters: X

      Volume: 22 Pages: 100233~100233

    • DOI

      10.1016/j.mlblux.2024.100233

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Electric-field-assisted fabrication of metal-class thermal-conductive and elastomer-class-flexible composites comprising plasma-surface-modified hexagonal boron nitride and polyrotaxane2024

    • Author(s)
      Hasegawa Rui、Inoue Kenichi、Muneoka Hitoshi、Ito Tsuyohito、Kirihara Kazuhiro、Shimizu Yoshiki、Hakuta Yukiya、Ito Kohzo、Terashima Kazuo
    • Journal Title

      Composites Part A: Applied Science and Manufacturing

      Volume: - Pages: 108197~108197

    • DOI

      10.1088/1361-6463/ad3146

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Size reduction and water dispersibility improvement of hexagonal boron nitride particles by femtosecond laser irradiation in water2024

    • Author(s)
      Muneoka Hitoshi、Koike Takeru、Ito Tsuyohito、Terashima Kazuo、Miura Eisuke
    • Journal Title

      Journal of Physics D: Applied Physics

      Volume: 57 Pages: 245205~245205

    • DOI

      10.1088/1361-6463/ad3146

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Application of Plasma Surface Modification and Slide-ring Polymer Networks for Development of Thermally Conductive Composite Materials2024

    • Author(s)
      INOUE Kenichi、ITO Tsuyohito、SHIMIZU Yoshiki、HAKUTA Yukiya、TERASHIMA Kazuo
    • Journal Title

      Oleoscience

      Volume: 24 Pages: 101~109

    • DOI

      10.5650/oleoscience.24.101

  • [Journal Article] Silent elongation of polyrotaxane and its composites2023

    • Author(s)
      Iida Masaki、Ito Tsuyohito、Muneoka Hitoshi、Shimizu Yoshiki、Hakuta Yukiya、Ito Kohzo、Terashima Kazuo
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 13 Pages: 045006~045006

    • DOI

      10.1063/5.0138984

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] フェムト秒レーザー生成水中プラズマによる六方晶窒化ホウ素微粒子hBNの改質と特性評価2024

    • Author(s)
      小池 健、宗岡 均、伊藤 剛仁、寺嶋 和夫、三浦 永祐
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第44回年次大会、日本科学未来館および東京国際交流館プラザ平成(東京) 2024年1月16-19日 D08-19a-X-04
  • [Presentation] フェムト秒レーザー生成水中プラズマ反応場の計測および診断2024

    • Author(s)
      小池健、宗岡 均、伊藤 剛仁、寺嶋 和夫、三浦 永祐
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第44回年次大会、日本科学未来館および東京国際交流館プラザ平成(東京) 2024年1月16-19日 D08-19a-X-05 [論文発表奨励賞受賞]
  • [Presentation] フェムト秒レーザー生成水中プラズマによる六方晶窒化ホウ素微粒子の表面改質2024

    • Author(s)
      小池健、宗岡 均、伊藤 剛仁、寺嶋 和夫、三浦 永祐
    • Organizer
      第71回応用物理学会春季学術講演会、東京都市大学世田谷キャンパス+オンライン13M-1
  • [Presentation] フェムト秒レーザー生成水中プラズマ反応場のその場計測2024

    • Author(s)
      宗岡 均、小池健、伊藤 剛仁、寺嶋 和夫、三浦 永祐
    • Organizer
      第71回応用物理学会春季学術講演会、東京都市大学世田谷キャンパス+オンライ13M-2ン
  • [Presentation] Directional thermal conductivity enhancement in plasma-surface-modified hBN and polyrotaxane composites by electric field2023

    • Author(s)
      Rui Hasegawa, Kenichi Inoue, Hitoshi Muneoka, Tsuyohito Ito, Kazuhiro Kirihara, Yoshiki Shimizu, Yukiya Hakuta, Kohzo Ito and Kazuo Terashima
    • Organizer
      2023 Materials Research Society (MRS) Fall Meeting, Boston, USA, Nov. 26 - Dec. 1, 2023, SF04.07.12
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi