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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00189/
• 关键词: グラフェン; ナノファイバー; ハイブリッド材料; 高強度; フィルム; セルロースナノファイバー; ナノシート

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。

Low エ ネ ル ギ ー で cycle す る mechanical material を hit す る こ と を purpose に, ナ ノ material で あ る グ ラ フ ェ ン と ポ リ マ ー を group み close わ せ て ハ イ ブ リ ッ ド change さ せ る こ と で, high-strength な フ ィ ル ム を raw み out す こ と に pick 戦 し た. Specific に は, グ ラ フ ァ イ ト と セ ル ロ ー ス ナ ノ フ ァ イ バ dispersive liquid を mix ぜ ー わ せ, 3 this ロ ー ル ミ ル に よ る pure せ ん broken を give す る こ と で, massive で か つ thin layer change し た グ ラ フ ェ ン の surface に, セ ル ロ ー ス ナ ノ フ ァ イ バ ー が sorption し た ハ イ ブ リ ッ ド シ ー ト を to さ り し, high match せ て フ ィ ル Youdaoplaceholder0 to make させる とで とで and ナノハ ブリッドフィ ブリッドフィ ムを ムを to make た. ま ず city vendor の セ ル ロ ー ル ナ ノ フ ァ イ バ ー と グ ラ フ ァ イ ト の dispersion を ロ ー ル ミ ル し て フ ィ ル ム change し た が, extension and strength 100 mpa not against は で あ り, objective numerical を に sharply next る numerical が have ら れ た. フ ィ ル ム の section 観 examine を し た と こ ろ, セ ル ロ ー ス ナ ノ フ ァ イ バ ー の ダ マ (collective) setting が あ り, ま た グ ラ フ ァ イ ト の peel degree も い こ と が confirm さ れ た. そ こ で, セ ル ロ ー ス ナ ノ フ ァ イ バ ー を pH10 degree の ア ル カ リ water で bush 釈 し, high せ ん broken を give し て scattered さ せ る こ と で, ダ マ の な い highly dispersed の セ ル ロ ー ス ナ ノ フ ァ イ バ ー の dispersion が must ら れ た. こ の high dispersion dispersion を with い て ロ ー ル ミ ル 処 Richard を line っ た と こ ろ, ロ ー ル ミ ル の 処 returning the を 10, 20, 30 back と raised や す ご と に strength が raised す る こ と が confirm さ れ, maximum で 250 mpa の フ ィ ル ム が must ら れ た. The morphology of the グラフェ <e:1> mass is 観 to be observed in the を line ったと <s:1> ろ, with a maximum size of approximately 5μm and a thickness of み 10nm. 10 nm thick み が で あ る こ と は グ ラ フ ェ ン シ ー ト の layer が 30 degree あ る こ と を mean し て お り, こ の state で は interlayer で の す べ り が 発 raw し や す く, internal ま で 応 force が 伝 わ り に く い state で あ る. Youdaoplaceholder0, target とする intensity まで high-intensity されて な な <s:1> と と inference された. Target と す る フ ィ ル ム の intensity (1000 mpa) を reached す る た め に, グ ラ フ ァ イ ト の more な る thin layer を into め, グ ラ フ ァ イ ト に く strong sorption す る バ イ ン ダ ー を selected す る な ど の time を beg し 検 て い く.

项目成果

ロールミルによる高強度グラフェンフィルムの作製

辊磨机制备高强度石墨烯薄膜

• 发表时间: 2023
• 作者: 別一格;小倉結太;荒尾与史彦
• 通讯作者: 荒尾与史彦