界面アーキテクトニクスによる多糖ナノファイバー単層膜の構築と新奇足場機能の創出

セルロースナノファイバー(CNF)は樹木から得られる再生可能資源であり、その優れた材料特性から産業的にも大きな注目を集めている。本研究課題では、CNFの吸着・接着性を定量的に表し、材料設計に活用することを目的とした。この吸着性を表すパラメータとして表面自由エネルギー(SFE)と呼ばれる物理量があるが、固体のSFEは直接求めることができないため、SFEが既知の液体の接触角から間接的に評価する方法が一般的である。しかし、ナノサイズの固体粒子に関しては粒子間への液体の浸透等の問題から従来の評価法をそのまま適用することは困難であった。そこで、CNFの膜構造を制御する手法について、申請書に記載した研究実施計画に基づいて研究を行い、液体の浸透の影響や濡れ挙動を検討した。CNF膜を単層-数十層の範囲で正確に制御する手法を開発し、液体の内部浸透の影響を明らかにした他、膜表面粗さの補正を行うことによってCNFのSFEを評価した。得られたSFEは実際のCNFの吸着挙動を良好に表していた。即ちCNF吸着の可否を推定したり、その吸着の駆動力がどのような相互作用に基づくか評価可能であった。CNFは高強度材料であるため、他の材料の補強材としての複合化が盛んに研究されている。そこで、CNFの表面化学改質によってSFEを制御し、様々な材料とCNFの吸着を介した複合化を可能にすると共に、吸着機構がどのように変化するかを明らかにした。また、CNF膜の構造制御を行う過程において、CNFが高度に配向しつつ屈曲したCNF単層膜の構築に初めて成功すると共に、その膜表面において配向方向に応じた異方的摩擦特性が発現されることを明らかにした。これらの手法はCNFに対するものであるが、カーボンナノチューブ等の他のナノ材料に対しても適用可能であることから、広範な分野への応用が期待される。

セルロースナノファイバー(CNF)は樹木から得られる再生可能資源であり、その優れた材料特性から産業的にも大きな注目を集めている。本研究課題では、CNFの吸着・接着性を定量的に表し、材料設計に活用することを目的とした。この吸着性を表すパラメータとして表面自由エネルギー(SFE)と呼ばれる物理量があるが、固体のSFEは直接求めることができないため、SFEが既知の液体の接触角から間接的に評価する方法が一般的である。しかし、ナノサイズの固体粒子に関しては粒子間への液体の浸透等の問題から従来の評価法をそのまま適用することは困難であった。そこで、CNFの膜構造を制御する手法について、申請書に記載した研究実施計画に基づいて研究を行い、液体の浸透の影響や濡れ挙動を検討した。CNF膜を単層-数十層の範囲で正確に制御する手法を開発し、液体の内部浸透の影響を明らかにした他、膜表面粗さの補正を行うことによってCNFのSFEを評価した。得られたSFEは実際のCNFの吸着挙動を良好に表していた。即ちCNF吸着の可否を推定したり、その吸着の駆動力がどのような相互作用に基づくか評価可能であった。CNFは高強度材料であるため、他の材料の補強材としての複合化が盛んに研究されている。そこで、CNFの表面化学改質によってSFEを制御し、様々な材料とCNFの吸着を介した複合化を可能にすると共に、吸着機構がどのように変化するかを明らかにした。また、CNF膜の構造制御を行う過程において、CNFが高度に配向しつつ屈曲したCNF単層膜の構築に初めて成功すると共に、その膜表面において配向方向に応じた異方的摩擦特性が発現されることを明らかにした。これらの手法はCNFに対するものであるが、カーボンナノチューブ等の他のナノ材料に対しても適用可能であることから、広範な分野への応用が期待される。