2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of ultra high strength more than 6GPa ultra light wegiht carbon nanotube spun yarn
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18H01708
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
林 靖彦 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (50314084)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鶴田 健二 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (00304329)
羽田 真毅 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (70636365)
西川 亘 岡山大学, 自然科学研究科, 助教 (80243492)
徳永 智春 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (90467332)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | カーボンナノチューブ（CNT）紡績糸 / 乾式紡績 / 熱化学気相成長（CVD） / 2層CNT / 高強度 / 加熱処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，カーボンナノチューブ（CNT）の層数を制御して，長尺・高密度2層CNTを選択高速合成し，ドライプロセスで基板から連続的に引き出し紐状に撚る2層CNT長繊維技術を確立し，そのCNT長繊維の引張強度を高める技術を開発するものである．【研究1】2層CNTが多く合成できる条件の解明，【研究2】引張応力時の破断メカニズムを解明しCNT長繊維の高強度化，【研究3】CNT長繊維内の界面応力制御による高強度化，について研究を進めた．
前年度までに2層CNTを選択的に合成する合成条件の解明が進み，【研究1】では引き続き2層CNTの収率（合成割合）を上げるために，合成時の昇温速度の高速化を実現した．これにより，高温下の触媒金属粒子の拡散および凝集による粒子の肥大化を抑えることに成功し，2層CNTの収率80%以上を達成した．
前年度までにCNT長繊維に通電加熱することで，2GPaを超える（処理前は1から1.5GPa程度）高強度化を実現ており，【研究2】では引き続き通電加熱条件の最適化を行った．これにより，2.5GPaを超える高強度が実現できた．シミュレーションをベースとする理論計算を組み合わせることで，長繊維内のCNTに囲まれた空間において，通電加熱の高温下で効果的にアモルファスカーボン（a-C）からグラフェンへの相転移が促進されることが示されていることが分かり，前年度の実験結果を比較し良い一致を得ることができた．
【実験3】では，CNT長繊維内のCNT繊維を一方向に配向させるため，加重を印加しながら紡糸する手法を構築した．これにより，すべりによる繊維状破壊を抑制する界面応力制御が可能となった．通電加熱処理を併用することでCNT長繊維は，一気に破壊する脆性破壊となり高強度化が実現できた．
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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