Piezoelectric Soft Materials Based on Magnetically Oriented Cellulose Nanocrystals

Research Project

Project/Area Number	19F19063
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Single-year Grants
Section	外国
Review Section	Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
Research Institution	Institute of Physical and Chemical Research
Host Researcher	石田康博国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (20343113)
Foreign Research Fellow	ANNAMALAI PRATHAP 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 外国人特別研究員
Project Period (FY)	2019-07-24 – 2022-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help	¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000) Fiscal Year 2021: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000) Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000) Fiscal Year 2019: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords	ヒドロゲル / キラリティ / 無機ナノシート / 磁場配向 / レオロジー / 超分子ゲル / ナノコロイド / 異方性 / 構造色 / 複合ソフトマテリアル
Outline of Research at the Start	本研究では、磁場配向したセルロースナノ結晶を機能性超分子ゲルに埋め込むことにより、巨大な圧電効果を示すソフトマテリアルの開発を目指す。非対称な巨視的配向構造を持つ弾性体がもし手に入れば、その弾性変形により大きな分極が生じる(圧電効果)ことが、理論的に予測されている。この予測を実験的に証明する上で、磁場配向したセルロースナノ結晶を埋め込んだゲルは、非対称性・配向性・弾性を兼ね備えた理想材料となりうる。これまで利用価値のなかった微弱な力学エネルギーを電気エネルギーに変換する、革新的なエネルギー変換材料となることが期待される。
Outline of Annual Research Achievements	一昨年度および昨年度に開発した、キラルな内部構造を持つヒドロゲルの構造ならびに機能を総括的に精査した。小角X線散乱、偏光顕微鏡、共焦点顕微鏡を用いた構造解析を行ったところ、このヒドロゲルの内部には、磁場配向性向きナノシートが風車状に配向していることが明らかとなった。また、大振幅振動せん断測定解析システムを用いて、時計回りのせん断、反時計回りのせん断を印加し、力学的な応答を調べたところ、せん断の方向に応じてヒドロゲルは顕著に異なる弾性率を示し、力学的な非対称性を有することが明らかとなった。
Research Progress Status	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。