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2022 年度 実績報告書

先端アクアプラズマプロセスによる環動高分子を用いた革新的タフコンポジットの創製

研究課題

研究課題/領域番号 21H04450
研究機関東京大学

研究代表者

寺嶋 和夫  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (30176911)

研究期間 (年度) 2021-04-05 – 2025-03-31
キーワードプラズマプロセス / 複合材料 / 液中プラズマ / アコーステイックエミッション / その場SEM観察 / 環動高分子
研究実績の概要

本研究プロジェクトの2年目にあたる2022年度は、無機フィラー粒子として、高い熱伝導度を誇る六方晶窒化ボロン(hBN)、カーボンナノ材料(グラーフェンナノプレート(GNP)、カーボンナノファイバー(CNF))を用いた、高い熱伝導性と強靭性を有した高熱伝導性フレキシブル複合材料の開発をプロセス、構造・組織、物性の相関関係の理解を目指し研究を進め、主に以下の2つの研究成果を収めた。
①hBN粒子に対して、ヒドロキノン水溶液中プラズマ処理による表面アモルファスカーボン層の形成(ハイブリッドナノフィラー化)とそれによる粒子表面特性の改善を試みた。形成したカーボン層はその表面電電位によってhBN粒子の分散性を改善させるだけでなく、カーボン層を介したイソシアネート基等の官能基の修飾も可能にすることを明確に明らかにした。さらに、このハイブリッドナノフィラーと環動高分子(ポリロタキサン(PR))を結合させて作製する架橋フィラーー複合材料の創出に成功した。本架橋フィラー複合材料はhBN由来の高い熱伝導性を維持しつつ、表面修飾官能基が強固なフィラー/ポリマー間相互作用をもたらすため、併せてポリマー間架橋濃度を調整することで強靭・柔軟なコンポジットを開発することが期待される。
②ナノカーボンナノ材料(GNP、CNF)に液中中プラズマ処理を施した無機フィラーを用いた環動高分子基複合材料の破壊過程のその場観測を、insituSEM観察、および、アコースティックエミッション (AE) 法により行い、各種のプロセス条件による母材や表面改質の有無、粒子形状による破壊挙動の違いが確認され、力学特性との相関性が確認された。ここれら一連の結果を通通じて、本複合材料のさらなる強靭化において、粒子充填下の複合材料に対しても環動高分子(PR)の滑車効果を強く発現させて亀裂の進展を鈍化させることの重要性が明らかになった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

新たな複合材料の設計指針の提案と実証などの成果を収めつつある本研究プロジェクトは、おおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

引き続き、プロセス、構造組織、物性の立場からその相互関係を明らかにし、より高い特性の複合材料の設計、実現を目指す。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Silent elongation of polyrotaxane and its composites2023

    • 著者名/発表者名
      Iida Masaki、Ito Tsuyohito、Muneoka Hitoshi、Shimizu Yoshiki、Hakuta Yukiya、Ito Kohzo、Terashima Kazuo
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 13 ページ: 045006~045006

    • DOI

      10.1063/5.0138984

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cross-Linking-Filler Composite Materials of Functionalized Hexagonal Boron Nitride and Polyrotaxane Elastomer2023

    • 著者名/発表者名
      K. Inoue, T. Ito, Y. Shimizu, K. Ito, and K. Terashima
    • 雑誌名

      ACS Macro Letters

      巻: 12 ページ: 48-53

    • DOI

      10.1021/acsmacrolett.2c00636

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Carbon Layer Formation on Hexagonal Boron Nitride by Plasma Processing in Hydroquinone Aqueous Solution2022

    • 著者名/発表者名
      K. Inoue, N. Sakakibara, T. Goto, T. Ito, Y. Shimizu, Y. Hakuta, K. Ishikawa, M. Hori and K. Terashima
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 44 ページ: 53413-53420

    • DOI

      10.1021/acsami.2c15951

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chemical-free exfoliation of hexagonal boron nitride via cavitation-bubble plasma in water2022

    • 著者名/発表者名
      T. Goto, K. Hatakeyama, T. Ito, K. Inoue, Y. Hakuta, Y. Shimizu and K. Terashima
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 55 ページ: 335204

    • DOI

      10.1088/1361-6463/ac717c

    • 査読あり
  • [学会発表] 超臨界・液体窒素中のカーボンナノチューブ電極による放電の発光分光測定2023

    • 著者名/発表者名
      宗岡 均、黒田 知暉、伊藤 剛仁、寺嶋 和夫
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 液中プラズマによるダングリングボンド形成を通じた六方晶窒化ホウ素への官能基修飾2023

    • 著者名/発表者名
      井上 健一、高木 直人、伊藤 剛仁、清水 禎樹、石川 健治、堀 勝、寺嶋 和夫
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Functionalization of Carbon Layer on Hexagonal Boron Nitride Formed by Plasma Processing in Solution2023

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Inoue, Tsuyohito Ito, Yoshiki Shimizu, and Kazuo Terashima
    • 学会等名
      15th International Symposium on Advanced Plasma Science (ISPlasma2023) and 16th International Conference on Plasma-Nano Technology & Science (IC-PLANTS2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Controlling Orientation of Plasma-Surface Modified Hexagonal Boron Nitride by Electric Field2023

    • 著者名/発表者名
      Rui Hasegawa, Kenichi Inoue, Tsuyohito Ito, Hitoshi Muneoka, Yoshiki Shimizu, Kohzo Ito and Kazuo Terashima
    • 学会等名
      15th International Symposium on Advanced Plasma Science (ISPlasma2023) and 16th International Conference on Plasma-Nano Technology & Science (IC-PLANTS2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Surface charges of hexagonal boron nitride with carbon layers formed by plasma in hydroquinone aqueous solution2022

    • 著者名/発表者名
      K. Inoue, T. Ito, Y. Shimizu and K. Terashima
    • 学会等名
      第32回MRS年次大会(国際シンポジウム),横浜
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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