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配向セルロースナノファイバーを内包する伸縮性の高引張強度エアロゲル

研究課題

研究課題/領域番号 19F19100
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
審査区分 小区分40020:木質科学関連
研究機関東京大学

研究代表者

齋藤 継之  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (90533993)

研究分担者 SUN ZHIFANG  東京大学, 農学生命科学研究科, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
2020年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
2019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ファイバー / エアロゲル / 異方性 / cellulose nanofibril / condensation / aerogel / tensile strength / orientation
研究開始時の研究の概要

We envisage that, CNFs can be unidirectionally oriented using our established methods. A dispersion of oriented CNFs can be fixed via cross-linking the interfacial hydroxyl groups with divalent molecules, silica matrix or resorcinol-formaldehyde network. Thus obtained aerogels exhibit typically high porosity and excellent thermal insulating properties. In addition, strong interfacial interactions between cross-linked matrix and well-oriented CNFs render the resultant aerogels high tensile strength, thus addressing a fundamental and ground challenge in the field of aerogels.

研究実績の概要

We have discovered a new, facile, scalable and controllable method to get cellulose nanofibril colloids at any concentrations, using controlled condensation method. All of the condensed CNF materials are highly homogeneous. Further gelation of the condensed CNF hydrogels by protonation (H+) or coordination (Al3+) affords a series of transparent and strong hydrogels with water content of 70-90%, which exhibit tensile strength and modulus more than 9 MPa and 480 MPa, respectively. The water content, strength and modulus are very close or even superior to those of muscles and cartilages and would very promising in the biomedical applications. When dried by supercritical method, we obtained a series of CNF aerogels which is stretchable over 20%, with tensile strength and modulus reach 8 MPa and 100 MPa, respectively, yet still possess very low thermal conductivity at 19.3 mW/mK. Our aerogels, both strong and super-insulating, set a new region in the Ashby plots regarding strength and thermal conductivity.
We have submitted a patent regarding this project. The related manuscript is now under construction, and will submit to several major journals in materials science.

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (3件)

すべて 2021 2019

すべて 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 産業財産権 (1件)

  • [学会発表] Controlled Condensation of Biopolymer Nanofibrils for High-Strength Soft Materials2019

    • 著者名/発表者名
      Zhifang Sun
    • 学会等名
      The 2nd Riken-UT soft matter joint seminar
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Transparent and Superhydrophobic Aerogels via Surface Engineering of TEMPO-Oxidized Cellulose Nanofibers2019

    • 著者名/発表者名
      Zhifang Sun, Kazuho Daicho, Wataru Sakuma, Tsuguyuki Saito
    • 学会等名
      The 1st National Cellulose Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [産業財産権] 異方性を有する高濃度ゲル又は多孔性材料の製造方法2021

    • 発明者名
      齋藤継之、孫志方、大長一帆、藤澤秀次、石田康博
    • 権利者名
      齋藤継之、孫志方、大長一帆、藤澤秀次、石田康博
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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