細胞構造をマイクロリアクターとして利用した、木材熱分解ガスの気相成長炭素材料化

• 研究課題/領域番号: 18688008
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 林産科学・木質工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 斎藤 幸恵 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 准教授 (30301120)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円); 2008年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2007年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2006年度: 14,040千円 (直接経費: 10,800千円、間接経費: 3,240千円)
• キーワード: 化学加工 / カーボン材料

研究概要

従来の木材炭化では蒸発してしまっていた熱分解ガスを利用し、炭化を気相で行うことで、これまでにない高い構造規則性を持つ針状炭素物質「円錐黒鉛ウイスカ」を、木材から創り出した。気相炭化法では木材の細胞が(1)原料となる炭素ガスの発生源、(2)炭素ガスを蓄え過飽和状態にして析出させるための反応容器(ある種のマイクロリアクタ)として、二重の役割を担う。2500℃での加熱過程で、細胞壁から発生する熱分解ガス中の炭素を原料として生成した、直径数μm、長さ数十μmの炭素物質「円錐黒鉛ウイスカ」は、ベータ炭化ケイ素結晶が鋳型として、円錐形の炭素六角網面として高度な規則性を持って析出する。このユニークな構造規則に由来する、磁場配向性、複屈折性、ウイスカ表面のカーボンナノチューブを巻きつけたような構造(Nanoterminated surface structure; NTSS)が明らかとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Intercalation of wood charcoal with sulfuric acid (2009)
  • 著者名/発表者名: Kodai Kuwata, Yukie Saito, Satoshi Shida, Masamitsu Ohta
  • 雑誌名: J. Wood Sci. 55 ページ: 154-158
  • NAID: 10025627948
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intercalation of wood charcoal with sulfuric acid (2009)
  • 著者名/発表者名: K Kuwata, Y Saito, S Shida, M Ohta
  • 雑誌名: J. Wood Sci (印刷中)(On line掲載中))
  • NAID: 10025627948
  • 査読あり
• [雑誌論文] 木材粉炭の高温二次炭素化で生成した円錐黒鉛ウイスカとその光学および磁気特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 斎藤幸恵, 有馬孝禮
  • 雑誌名: 材料 57 ページ: 356-361
  • NAID: 130002085676
  • 査読あり
• [雑誌論文] 木材粉炭の高温二次炭素化で生成した円錐黒鉛ウイスカとその光学および磁気特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 斎藤幸恵、有馬孝禮
  • 雑誌名: 材料 57 ページ: 356-361
  • NAID: 130002085676
  • 査読あり
• [雑誌論文] Features of vapor-grown cone-shaped graphitic whiskers deposited in the cavities of wood cells (2007)
  • 著者名/発表者名: Yukie Saito, Takanori Arima
  • 雑誌名: Carbon 45 ページ: 248-255
  • 査読あり
• [学会発表] マイクロ波照射による木材の変成と炭化 (2009)
  • 著者名/発表者名: 斎藤幸恵、佐藤雅俊
  • 学会等名: 第59回日本木材学会大会
  • 発表場所: 松本
  • 年月日: 2009-03-15
• [学会発表] マイクロ波照射による木材の変成と炭化 (2009)
  • 著者名/発表者名: 斎藤幸恵, 佐藤雅俊
  • 学会等名: 第59回日本木材学会大会
• [学会発表] 木材細胞を微小容器とした気相炭素化による円錐黒鉛ウイスカーの生成とその特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 斎藤幸恵
  • 学会等名: 産総研コンソーシアム持続性木質資源工業技術研究会第10回研究会「木質材料の広範な可能性」
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2008-06-16
• [学会発表] 木材粉炭からの円錐黒鉛ウイスカ生成とその表面構造に由来する特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 斎藤幸恵, 有馬孝禮
  • 学会等名: 第58回日本木材学会大会
• [学会発表] 木材炭素化物をホストとした硫酸の層間化合物の合成-残留化合物のFT-IRによる硫酸挿入状態の解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 桑田広大, 斎藤幸恵, 信田 聡, 太田正光
  • 学会等名: 第58回日本木材学会大会
• [学会発表] 木材細胞を微小容器とした気相炭素化による円錐黒鉛ウイスカーの生成とその特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 斎藤幸恵
  • 学会等名: 産総研コンソーシアム 持続性木質資源工業技術研究会第10回研究会「木質材料の広範な可能性」
• [学会発表] Sulfuric acid intercalation of wood charcoals heat-treated at various temperatures (2008)
  • 著者名/発表者名: Yukie Saito, Kodai Kuwata, Satoshi Shida, Masamitsu Ohta
  • 学会等名: Carbon2008
• [学会発表] 木材粉炭からの円錐黒鉛ウイスカ生成とその表面構造に由来する特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 斎藤幸恵、有馬孝禮
  • 学会等名: 第58回日本木材学会大会
  • 発表場所: つくば
• [学会発表] 含有灰分がスギ樹皮の炭素化過程および炭素化物の特性に及す影響 (2007)
  • 著者名/発表者名: 斎藤幸恵, 山本篤志, 信田 聡, 太田正光
  • 学会等名: 木質炭化学会第5回研究発表会
• [学会発表] スギ炭素化物への硫酸のインターカレーションと生成物の熱挙動 (2007)
  • 著者名/発表者名: 桑田広大, 斉藤幸恵, 信田聡, 太田正光
  • 学会等名: 第57回日本木材学会大会
• [学会発表] カルシウムがスギ樹皮の炭素化過程および炭素化物の特性に及ぼす影響 (2007)
  • 著者名/発表者名: 斎藤幸恵, 山本篤志, 信田 聡, 太田正光
  • 学会等名: 第57回日本木材学会大会
• [学会発表] 木材炭素化物からの硫酸をゲストとした層間化合物の合成 (2007)
  • 著者名/発表者名: 桑田広大, 斎藤幸恵, 信田 聡, 太田正光
  • 学会等名: 第34回炭素材料学会年会
• [学会発表] Vapor phase carbonization in a wood cell functioning as a microreactor (2007)
  • 著者名/発表者名: Yukie Saito, Takanori Arima
  • 学会等名: 2nd International Cellulose Conference, 2007: ICC2007
  • 発表場所: 日本、船堀
• [学会発表] 電気酸化による木炭への硫酸のインターカレーション (2006)
  • 著者名/発表者名: 桑田広大, 斎藤幸恵, 信田 聡, 太田正光
  • 学会等名: 第56回日本木材学会大会
• [図書] ファイバー スーパーバイオミメティックス〜近未来の新技術創成、本宮達也編 (2006)
  • 著者名/発表者名: 斎藤幸恵, 有馬孝禮
• [備考] 新聞掲載 「炭素材料 磁力で向き変更」 日経産業新聞、2007年7月23日付
• [備考] 受賞 「木材細胞を微小反応容器とした 気相炭化による新規炭素材料の創製に関する研究」、財団法人 林業科学技術振興所、平成20年林業科学技術振興賞(研究奨励賞)
• [備考]
  • URL: http://www.ga.a.u-tokyo.ac.jp/p_saito.html
• [備考]
  • URL: http://www-db.ccr.u-tokyo.ac.jp/ccr_usr/data/4401.html