京大学,東京都立産業技術高等専門学校,科学技術振興機構（ＪＳＴ）

令和４年１０月２６日

東京大学
東京都立産業技術高等専門学校
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

紙の１００倍以上の高熱伝導性を持つ木質バイオマス素材を実現

～放熱性能を要求される高分子材料の代替え材として期待～

ポイント

東京大学 大学院工学系研究科の塩見 淳一郎 教授、東京都立産業技術高等専門学校の工藤 正樹 准教授、東京大学 大学院農学生命科学研究科の齋藤 継之 教授、スウェーデン王立工科大学のＬｕｎｄｅｌｌ Ｆｒｅｄｒｉｋ 教授、Ｓöｄｅｒｂｅｒｇ‬ Ｄａｎｉｅｌ 教授らの研究グループは、木質バイオマスから得られるバイオ系ナノ材料であるＣＮＦを流体プロセスによって分子スケールで配向させながら酸を用いて固めた糸材が、セルロースナノペーパーなどの高熱伝導性を持つ先端木質バイオマスの５倍以上、紙など従来の木質バイオマスの１００倍以上の高熱伝導性を示すことを発見しました。

これまでＣＮＦはその集合体や複合材からなるバルクＣＮＦ材を利用した製品に活用されてきました。その多くが、ＣＮＦの高い引っ張りやチクソ性を活かした包装やボールペンなどの機械的特性を利用したものです。一方で、元来ＣＮＦには分子スケールの構造を通じた物性制御が可能という利点があることを考えると、より多様で付加価値の高い物性を発現するポテンシャルがあります。

本研究グループはＣＮＦの水分散液をフローフォーカシング流路に注入しＣＮＦを高度に配向させたのち、流路に別途注入した酸を用いて固めて自然乾燥することでＣＮＦ糸を作製しました。さらにＴ型熱伝導率計測法を用いてＣＮＦ糸の熱伝導率を測定しました。その結果、特定の酸を用いた糸では熱伝導率が１４．５（ワット毎 メートル 毎ケルビン）に達することを発見しました。加えて、ＣＮＦの配向度が一定のレベルに達している条件において、ＣＮＦ間をつなぐ水素結合が多く、残留応力によって生じるＣＮＦ内の構造不秩序性が低い方が、高い熱伝導率が得られることを明らかにしました。

木質バイオマスは熱伝導率の低さからこれまでは断熱材などに用いられてきましたが、従来の木質バイオマスと比べて飛躍的に熱伝導率の高い素材（ＣＮＦ糸）を構築する技術を発見できたことで、今後は放熱性能を要求される高分子材料の代替材としての応用が期待されます。

本研究成果は、２０２２年１０月２５日（米国東部夏時間）に米国科学誌「Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ」のオンライン速報版で公開されます。

本研究の一部は、科学研究費補助金・挑戦的研究（萌芽）「超高熱伝導セルロースナノファイバーの開発」（課題番号：１９Ｋ２１９２８）および、科学技術振興機構（ＪＳＴ）の戦略的創造研究推進事業（ＣＲＥＳＴ）「未踏探索空間における革新的物質の開発」（課題番号：ＪＰＭＪＣＲ２１Ｏ２）の支援を受けて行われました。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Enhanced High Thermal Conductivity Cellulose Filaments via Hydrodynamic Focusing”
ＤＯＩ：10.1021/acs.nanolett.2c02057

＜お問い合わせ先＞

（英文）“Enhanced High Thermal Conductivity Cellulose Filaments via Hydrodynamic Focusing”

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