2014 Fiscal Year Annual Research Report
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24580240
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
斎藤 幸恵 東京大学, 農学生命科学研究科, 准教授 (30301120)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 木質材料 / 化学加工 / カーボン材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
木材は数μｍ径の細管から成る細胞構造を持つ。反応場をマイクロサイズにすると、化学反応そのものに本質的な影響を与え、マクロで実現しない反応でも効率よく展開されることが知られている。本研究では、木材の天然の細胞構造を微小反応装置として機能させることで、木材自身が熱分解して放出する微量なガスを原料とした気相成長により、新奇なカーボン材料を創製し、さらに、炭化後も保持される木材由来の細胞構造を、微小反応装置として再度 活用して機能材料化に用いることを目的とした。これらの材料創製をとおして、木材細胞構造の微小反応場としての機構（マイクロシステム）を明らかにすることを研究の最終到達目標とする。
まず円錐黒鉛ウイスカを担持させた木炭ブロックをそのまま電極として、電気酸化により、内部の円錐黒鉛ウイスカをインターカレーションさせることに成功した。「木材細胞構造を微小反応容器として用いるシステム」は炭素材料のみならず他の材料分野への応用展開も可能と考えられる。
円錐黒鉛ウイスカのようなヘリンボン型炭素構造の場合、活性の高い炭素六角網平面エッジ部が表面に存在するが、それらが互いに結合して不活性化している。そこで先ず、エッジ部を露出させる活性化を試みた。この方法について、酸素など気体を利用した気相による方法と、酸化剤を作用させる液相による方法とがあり、前者について硫酸中を用いて電気化学的に行う方法を取った。反応の成否を顕微ラマン分光法、クライオ（極低温）透過電子顕微鏡観察とにより確認したところ、硫酸インターカレーションとともにエッジのダングリングボンドが外れ、活性化したエッジが露出しているようすをinsituで観察することに成功した。電池化や膨張黒鉛化などへの応用が可能で、電池、断熱材、緩衝材などの工業原料・資材など幅広い応用可能性を示す結果が得られた。
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