セルロースナノファイバーの精密構造解析

纤维素纳米纤维的精确结构分析

• 批准号: 21H04733
• 负责人: 齋藤 継之
• 金额: $ 26.62万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04733/
• 关键词: セルロースナノファイバー; 結晶性; 欠陥; 熱伝導率; 構造解析; 原子間力顕微鏡; 固体核磁気共鳴

木材のパルプ繊維をミクロフィブリル単位または微細なミクロフィブリル束にまで解きほぐすとセルロースナノファイバー（CNF）となる。CNF1本の幅は2～3 nmと非常に細いため断面の直接観察は困難であり、断面形状の決定には至っていない。しかしながら、断面形状は繊維材料の重要な構造特性であり、繊維の力学的および光学的な性質を支配する。さらに、断面の形が異なれば、CNF表面における分子鎖の数や向きも異なる。すなわち、CNF1本の断面形状は、CNF材料 の機能設計や他素材との複合化において必須の知見といえる。そこで本研究では原子間力顕微鏡（AFM）像の画像解析によってCNFの形状を統計的に評価し、その断面形状を推定することを目的とした。AFM観察で得られたデータは画像解析を用いてCNF部分とその中心線を抽出し、広い観測範囲からCNFの高さ情報を取得した。一方、これまでに提案されている有力な断面モデルを仮定し、測定され得る高さ範囲についてのシミュレーションを行った。これらを比較した結果、観測された高さ分布はいずれの断面モデルでシミュレーションされる高さ範囲よりも広いことがわかった。しかしながらCNFが重なったような部分を除くと、観測データの上限は18本鎖の断面モデルのシミュレーション結果とよく一致した。一方、断面モデルよりも低く観測される箇所が30～40%存在することがわかった。これはCNF表面に凹みが存在する、すなわち分子鎖が欠落したような欠陥が存在することを示唆していた。以上より、AFM観察による統計的なCNFの高さ解析の結果は18本鎖の断面モデルを支持しており、そこには凹み状の欠陥が存在することが明らかになった。

Wood の パ ル プ 繊 d を ミ ク ロ フ ィ ブ リ ル 単 a ま た は imperceptible な ミ ク ロ フ ィ ブ リ ル beam に ま で solution き ほ ぐ す と セ ル ロ ー ス ナ ノ フ ァ イ バ ー (CNF) と な る. CNF1 this の は picture 2 ~ 3 nm と very fine に い た め section の 観 directly examine は difficult で あ り, cross section shape の decided に は to っ て い な い. し か し な が ら, cross section shape は 繊 d material の important な tectonic features で あ り, 繊 d の mechanics お よ び な properties of optical を dominate す る. Youdaoplaceholder0, the <s:1> shape of the cross-section is が different from なれば, and the <s:1> number of molecular locks on the surface of CNF is や different from なる in the direction of さらに さらに. す な わ ち, CNF1 の cross-section shape は, CNF material の functional design や he material と composite の に お い て must see と の know い え る. そ こ で this study で は interatomic force 顕 micro mirror (AFM) like の portrait parsing に よ っ て CNF の shape を statistical に review 価 し, そ の cross-section shape を presumption す る こ と を purpose と し た. AFM 観 examine で have ら れ た デ ー タ は portrait parsing を with い て CNF part と そ の centerline を spare し, hiroo い 観 measuring van 囲 か ら CNF の さ high intelligence を obtain し た. One party, こ れ ま で に proposal さ れ て い る powerful な section モ デ ル を 仮 し, determination of さ れ る high さ van 囲 に つ い て の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line っ た. こ れ ら を compare し た results and 観 さ れ た さ distribution は い ず れ の section モ デ ル で シ ミ ュ レ ー シ ョ ン さ れ る high さ van 囲 よ り も hiroo い こ と が わ か っ た. し か し な が ら CNF が heavy な っ た よ う な part を except く と, 観 デ ー タ の ceiling は 18 this lock の section モ デ ル の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン results と よ く consistent し た. On one side, the section モデ モデ よ よ よ <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> く観 was found to have が30 to 40 percent of する する とがわ った った った った った った った. こ れ は に CNF surface concave み が exist す る, す な わ ち molecular lock が owe fall し た よ う な owe 陥 が exist す る こ と を in stopping し て い た. Above よ り, AFM 観 examine に よ る statistics な CNF の high さ 18 this lock の section analytic results の は モ デ ル を support し て お り, そ こ に は concave shape of み の owe 陥 が exist す る こ と が Ming ら か に な っ た.

项目成果

Cellulose fiber biodegradation in natural waters: river water, brackish water, and seawater

纤维素纤维在自然水域中的生物降解：河水、苦咸水和海水

• DOI: 10.1007/s10570-021-04349-w
• 发表时间: 2022
• 期刊: Cellulose
• 影响因子: 5.7
• 作者: Nagamine Ryo;Kobayashi Kayoko;Kusumi Ryosuke;Wada Masahisa
• 通讯作者: Wada Masahisa

TEMPO-oxidized CNF and related materials

TEMPO氧化CNF及相关材料

• 发表时间: 2021
• 作者: Ngoc Quynh Tram Vo;Somura Hiroaki;Moroizumi Toshitsugu;小山朗太;Shin-ichi Ito;大石太郎;Tsuguyuki Saito
• 通讯作者: Tsuguyuki Saito

Transparent, High-Strength, and Moldable Plates of Self-Adhesive Nanocellulose Laminate

透明、高强度、可模压的自粘纳米纤维素层压板

• 发表时间: 2022
• 作者: Tsuguyuki Saito;Shun Ishioka
• 通讯作者: Shun Ishioka

セルロースナノファイバーから、アルミニウム合金並の強度と自己消火性を兼ね備えた、透明な板材を開発

开发一种由纤维素纳米纤维制成的透明板材，具有与铝合金相同的强度和自熄性能

Fully Wood-Based Transparent Plates with High Strength, Flame Self-Extinction, and Anisotropic Thermal Conduction

• DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c06344
• 发表时间: 2023-01
• 期刊: ACS Sustainable Chemistry &amp; Engineering
• 作者: S. Ishioka;Noriyuki Isobe;Takayuki Hirano;N. Matoba;Shuji Fujisawa;Tsuguyuki Saito