Fabrication of Functional Composite Cellulose Fiber with Nano-Structural Control by Electric Field and Elongational Flow

本研究は，セルロースナノファイバー（CNF）および異種ナノ材料が混在する分散系流体において，電場・流動場下でのナノ粒子・繊維構造が流体としてのレオロジー特性に与える影響をマルチスケール解析により明らかにし，流体科学を基盤とした新たな学問的潮流をナノ材料学分野との融合により築くとともに，実用に資する高強度機能性セルロース複合繊維の創製を目的としたものである。初年度においては，急絞り部を有する流路を用いたセルロース配向制御法を確立し，絞り部における断面積比が繊維配向に与える影響を明らかにした。急絞り部における伸長流動場によりCNF繊維の配向度が向上し，セルロース単繊維が高強度・高弾性化するものの，向上効果が得られる断面積比に上限があることが示された。一方で，電場を印加した場合では，電場印加領域を最適化することで，電場と伸長流の相乗効果により，断面積比の上限を大幅に向上させることが可能となり，より優れた材料特性を有する単繊維を得られることが明らかとなった。さらに，CNFとカーボンナノチューブからなる安定な分散媒を得ることに成功し，セルロース・カーボンナノチューブの複合繊維創製法を確立した。また，電場を印加することで，カーボンナノチューブが配向し，カーボンナノチューブ同士が結合することで，複合繊維の導電率が向上することが明らかとなり，機能性複合繊維を創製することが可能となった。本研究によって得られた成果をまとめ，国際論文誌に投稿した。

本研究は，セルロースナノファイバー（CNF）および異種ナノ材料が混在する分散系流体において，電場・流動場下でのナノ粒子・繊維構造が流体としてのレオロジー特性に与える影響をマルチスケール解析により明らかにし，流体科学を基盤とした新たな学問的潮流をナノ材料学分野との融合により築くとともに，実用に資する高強度機能性セルロース複合繊維の創製を目的としたものである。初年度においては，急絞り部を有する流路を用いたセルロース配向制御法を確立し，絞り部における断面積比が繊維配向に与える影響を明らかにした。急絞り部における伸長流動場によりCNF繊維の配向度が向上し，セルロース単繊維が高強度・高弾性化するものの，向上効果が得られる断面積比に上限があることが示された。一方で，電場を印加した場合では，電場印加領域を最適化することで，電場と伸長流の相乗効果により，断面積比の上限を大幅に向上させることが可能となり，より優れた材料特性を有する単繊維を得られることが明らかとなった。さらに，CNFとカーボンナノチューブからなる安定な分散媒を得ることに成功し，セルロース・カーボンナノチューブの複合繊維創製法を確立した。また，電場を印加することで，カーボンナノチューブが配向し，カーボンナノチューブ同士が結合することで，複合繊維の導電率が向上することが明らかとなり，機能性複合繊維を創製することが可能となった。本研究によって得られた成果をまとめ，国際論文誌に投稿した。