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ナノ素材を用いた循環型機械材料の創成

使用纳米材料创建圆形机械材料

基本信息

批准号：
22H00189
负责人：
荒尾与史彦
金额：
$ 27.46万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

低エネルギーで循環する機械材料を創出することを目的に、ナノ素材であるグラフェンとポリマーを組み合わせてハイブリッド化させることで、高強度なフィルムを生み出すことに挑戦した。具体的には、グラファイトとセルロースナノファイバー分散液を混ぜ合わせ、3本ロールミルによる純せん断を付与することで、大面積でかつ薄層化したグラフェンの表面に、セルロースナノファイバーが吸着したハイブリッドシートを作り出し、高配向させてフィルム化させることで、ナノハイブリッドフィルムを作製した。まず市販のセルロールナノファイバーとグラファイトの分散液をロールミルしてフィルム化したが、引張強度は100MPa未満であり、目標値を大幅に下回る値が得られた。フィルムの断面観察をしたところ、セルロースナノファイバーのダマ（凝集体）があり、またグラファイトの剥離度も低いことが確認された。そこで、セルロースナノファイバーをpH10程度のアルカリ水で希釈し、高せん断を付与して分散させることで、ダマのない高分散のセルロースナノファイバーの分散液が得られた。この高分散分散液を用いてロールミル処理を行ったところ、ロールミルの処理回数を10回、20回、30回と増やすごとに強度が増加することが確認され、最大で250MPaのフィルムが得られた。剥離グラフェンの形態観察を行ったところ、大きさは約5μm、厚みは10nm程度であった。厚みが10nmであることはグラフェンシートの層数が30層程度あることを意味しており、この状態では層間でのすべりが発生しやすく、内部まで応力が伝わりにくい状態である。よって、目標とする強度まで高強度化されていないものと推察された。目標とするフィルムの強度(1000MPa)を達成するために、グラファイトの更なる薄層化を進め、グラファイトに強く吸着するバインダーを選定するなどの工夫を検討していく。

The mechanical materials of low strength and high strength are produced according to the purpose and composition of the materials. Specifically, the dispersion solution is mixed and mixed, 3 parts of the dispersion solution are pure, 3 parts of the dispersion solution are pure, 3 parts of the dispersion solution are thin, 3 parts of the dispersion solution are pure, 3 parts of the dispersion solution are thin, 3 parts of the dispersion solution are pure, 3 parts of the dispersion solution, 3 parts of the dispersion solution are pure, 3 parts of the dispersion solution, 3 The dispersion of the product is highly concentrated, the tensile strength is below 100MPa, and the target value is greatly reduced. The first step is to check the quality of the product. The dispersion solution of high dispersion is obtained by mixing the solution with water at pH10. The number of treatment cycles of the high dispersion solution was 10 cycles, 20 cycles, and 30 cycles, and the strength was increased. The maximum pressure was 250MPa. The morphology of the exfoliation was observed at about 5μm and 10nm. The thickness is 10nm, the number of layers is 30, the state of the layer is 30, and the state of the layer is 30. The intensity of the target and the intensity of the target are high. The time required to achieve the desired strength (1000MPa) is discussed.