• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

セルロース結晶構造特性解析を基盤とした新規セルロース関連材料の分子設計研究

研究課題

研究課題/領域番号 14J05740
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 木質科学
研究機関宮崎大学

研究代表者

宇都 卓也  宮崎大学, 工学部, 特別研究員(PD) (60749084)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 300千円)
2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2014年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードセルロース / ナノチューブ / 分子シミュレーション / セルロース結晶 / 分子鎖シート / 結晶モデル / セルロースナノチューブ / 密度汎関数理論法 / 分子動力学計算
研究実績の概要

植物細胞壁の主成分であるセルロースは、天然でほぼ単結晶に相当する高結晶繊維として生産され、それらを微細化したセルロースナノファイバーは複合材料のナノフィラーとして注目されている。本研究では、計算化学的手法により、セルロース結晶の構造特性に関する分子論的理解を深め、それら知見を基盤とした新規セルロース関連材料を提案した。
今年度は、これまで計算化学研究により予測されたセルロースナノチューブ(CelNT)について、立体構造や熱力学特性および、それら特性に対する形状、サイズや溶媒の影響を解析した。量子化学計算により、予測されたCelNT構造に基づいて、任意に分子鎖配置やサイズをデザインしたCelNTモデルへと拡張し、様々な溶媒条件でのダイナミクス構造を検討した。
シミュレーションの様々な時間帯で、局所構造に相当するヒドロキシメチル基の配座変換に伴って、分子鎖間水素結合様式の交換が観察された。このような高頻度のヒドロキシメチル基配向や分子鎖間水素結合の交換は、平面状分子鎖シートで構成されるセルロース結晶構造中では観察されず、CelNTの曲面分子鎖シートに起因する特徴と推定された。次に、チューブ表面における溶媒密度分布をマッピングする新たな解析手法を確立し、ナノチューブ表面で低誘電率の溶媒分子が集合している様子(構造化)を観察した。特に、シクロヘキサンやベンゼンなどといった低誘電率の無極性溶媒では、チューブ表面における溶媒分子の構造化が顕著であった。
このような結果から、本研究で提案されたCelNTは、分子鎖シート両端の親水基が閉じることで疎水的性質が支配的となる新たなセルロース高次構造である可能性が示唆された。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Structural stability of molecular chain sheet models of cellulosecrystal allomorphs; a theoretical calculation study2014

    • 著者名/発表者名
      T. Uto, S. Mawatari, and T. Yui
    • 雑誌名

      The Jounal of Physical Chemistry B

      巻: 118 号: 31 ページ: 9313-9321

    • DOI

      10.1021/jp503535d

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] セルロース結晶を構成する分子鎖シート立体構造の安定性評価によるセルロース結晶多形の構造特性解析2016

    • 著者名/発表者名
      宇都卓也、湯井敏文
    • 学会等名
      セルロース学会第23回年次大会
    • 発表場所
      茨城県つくば市
    • 年月日
      2016-07-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 分子鎖シート構造変換を背景とした セルロ-スⅠ型⇔ⅢⅠ型結晶転移の計算化学研究2016

    • 著者名/発表者名
      宇都卓也、南崎環、湯井敏文
    • 学会等名
      平成28年度繊維学会年次大会
    • 発表場所
      東京都江戸川区
    • 年月日
      2016-06-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Molecular dynamics of Cellulose Nanotubu predicted by theoretical Study2016

    • 著者名/発表者名
      Takuya Uto, Tatsuhiko Miyata, Toshifumi Yui
    • 学会等名
      251th ACS National Meeting
    • 発表場所
      米国カリフォルニア市
    • 年月日
      2016-03-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] セルロース結晶構造を構成する分子鎖シートの構造最適化挙動2015

    • 著者名/発表者名
      宇都卓也、湯井敏文
    • 学会等名
      自然科学研究機構計算科学研究センタースーパーコンピュータワークショップFY2015
    • 発表場所
      愛知県岡崎市
    • 年月日
      2015-09-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Structural stability of the molecular chain sheets composing the crystal structures of cellulose allomorphs: A theoretical study2015

    • 著者名/発表者名
      Takuya Uto and Toshifumi Yui
    • 学会等名
      American Chemical Society Division of Cellulose and Renewable Materials (249th ACS National Meeting)
    • 発表場所
      Denver , CO
    • 年月日
      2015-03-22 – 2015-03-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] セルロース結晶構造を構成する分子鎖シートの計算化学研究2014

    • 著者名/発表者名
      宇都卓也
    • 学会等名
      第29回繊維学会西部支部講演会
    • 発表場所
      宮崎県
    • 年月日
      2014-12-19
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Structural Stability of the Isolated Molecular Chain Sheets Composing the Crystal Structures of Cellulose Allomorphs: a DFT study2014

    • 著者名/発表者名
      Takuya Uto and Toshifumi Yui
    • 学会等名
      International Symposium on Fiber Science and Technology (ISF2014)
    • 発表場所
      Tokyo, Japan,
    • 年月日
      2014-09-28 – 2014-10-01
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] セルロース結晶構造を構成する分子鎖シートの構造特性解析とその展開2014

    • 著者名/発表者名
      宇都卓也、馬渡翔、湯井敏文
    • 学会等名
      セルロース学会第21回年次大会
    • 発表場所
      鹿児島県
    • 年月日
      2014-07-17 – 2014-07-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] セルロース結晶構造を構成する分子鎖シートの計算化学研究2014

    • 著者名/発表者名
      宇都卓也、馬渡翔、湯井敏文
    • 学会等名
      第51回化学関連支部合同九州大会(高分子・繊維部門)
    • 発表場所
      福岡県
    • 年月日
      2014-06-28
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [図書] セルロースナノファイバーの調製、分散・複合化と製品応用(分担執筆)第6章、第6節2015

    • 著者名/発表者名
      湯井敏文、宇都卓也
    • 総ページ数
      7
    • 出版者
      ㈱技術情報協会
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

URL: 

公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi