2013 Fiscal Year Annual Research Report
高性能バイオマテリアルとしてのカーボンナノチューブ複合セラミックスの開発
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23360303
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
樽田 誠一 信州大学, 工学部, 教授 (00217209)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋藤 直人 信州大学, 医学部, 教授 (80283258)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | バイオマテリアル / カーボンナノチューブ / アルミナ / 複合体 / 微構造制御 / 機械的性質 / 骨伝導性 / 発泡体 |
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| Research Abstract |
１．カーボンナノチューブ(CNT)により強化したアルミナセラミックスの開発： 欠陥が多い繊維径の細いCNTをアルゴン中2800℃で加熱して、欠陥量を少なくした後にアルミナへ複合化した。その結果、CNTの疎水性が高くなったため、CNTによるアルミナの粒成長の抑制効果は低下したが、CNTの強度が向上したため、破壊靭性はより高くなった。さらに繊維径が細く欠陥の少ないCNTとして、単層CNTを複合化した。繊維径が細いため、均一混合ができなかった。そのなか単層CNTは微構造をより微細化し、破壊靭性をより高くする可能性を見出した。他方、CNTへ、ベーマイトをゾルゲル法によりコーティングさせた。それを真空中1200℃で焼成すると、ベーマイトはα-アルミナへ転移し、CNT表面の析出粒子は少なくなった。これは、CNTと化学結合した粒子は残り、化学結合していない粒子は脱落したためと考えられた。このコーティングしたCNTを添加した複合体は、コーティングしていないCNTを添加した複合体と同程度にまで緻密化した。
２．CNT複合アルミナセラミックスの骨伝導化： 擬似体液中で骨類似アパタイトが析出する条件について再現性を検討した。その結果、緻密なアルミナ焼結体を125μmのダイヤモンド研磨板で研磨後、140℃で5時間濃リン酸処理すると再現性良くアパタイトが析出した。その断面観察から、アパタイトはアルミナ焼結体に内部にも析出しており、研磨により表面から内部に侵入した研磨キズがアパタイトの析出に何らかの役割を果たしていると推測された。
３．CNT 3次元構造体の構築と骨類似アパタイトとの複合化： CNT-水ガラス-ソーダ石灰ガラス混合体から、発泡体を作製した。均一な発泡体は、原料を混合後、乾燥せずに焼成することで得られた。CNTの添加量を増加すると、発泡しにくくなるだけでなく、大きな亀裂が発生した。
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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
平成25年度の交付申請書に記載した研究実施計画の内容について、得られた結果は必ずしも予測していた結果とはならなかったが、おおむね実施することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．カーボンナノチューブ(CNT)により強化したアルミナセラミックスの開発： 複合体の微構造のさらなる微細化を、昨年度に引き続きγ-アルミナをアルミナ原料として用いることで、また、単層CNTを均一に複合化させる条件を見出すことで実現させ、複合体の機械的性質の向上を図るとともに、これまでに見出した複合体の微構造と破壊靭性との関係を検証する。酸処理時間の異なるCNTを添加した複合体については、まだ解明されていない低温領域の微構造変化を検討する。アルミナコーティングしたCNTについては、それを添加した複合体の微構造と機械的性質を検討し、次に応力誘起相転移を示すジルコニアをコーティングしたCNTの複合化を検討することを目的に、CNTへのジルコニアコーティングを試みる。さらに、昨年度に引き続き、CNTがアルミナセラミックスへ与える影響が、他のセラミックスにもみられる一般的な影響であるのか解明するために、CNTをアパタイトセラミックスへ複合化し、その微構造変化と機械的性質を検討する。
２．CNT複合アルミナセラミックスの骨伝導化： 現在、アルミナ焼結体の骨伝導メカニズムを検討しており、アルミナ焼結体の研磨キズや粒界がアパタイトの析出に何らかの役割を果たしていることが推測できた。今後、それを手掛かりに、アパタイト析出のメカニズムを検討する。また、大きな研磨キズは、セラミックスの強度を著しく低下させるため、大きな研磨キズのないアルミナ焼結体のアパタイト析出条件を検討する。
３．CNT 3次元構造体の構築と骨類似アパタイトとの複合化： これまで、CNT-水ガラス-ソーダ石灰ガラス混合体から、CNT/ガラス発泡体を作製したが、CNTの添加により、ガラスは発泡しにくく、大きな亀裂も発生するため、気泡形成材として、新たにゼラチンやアガロースを用い、CNT3次元構造体の作製を試みる。
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