【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.07.28】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22OS1040
利用課題名 / Title
バイオナノファイバー由来炭素材料のデバイス応用に向けた構造解析
利用した実施機関 / Support Institute
大阪大学 / Osaka Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies
キーワード / Keywords
カーボン系材料, 生体由来素材, デバイス・センサー関連材料, エネルギー関連材料
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
古賀 大尚
所属名 / Affiliation
大阪大学
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
李想,Thanakorn Yeamsuksawat,朱陸亭
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
OS-127：レーザーラマン顕微鏡
OS-120：薄膜X線回折装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
我々は、木材由来のセルロースナノファイバーやカニ殻由来のキチンナノファイバーをはじめとするバイオナノファイバーを炭化したナノカーボン材料の機能開拓に取り組んでいる。これまでの検討で、元は電気絶縁体であるセルロース・キチンナノファイバーを段階的に炭化することによって、半導体に変換することに成功した。
本研究では、これらバイオナノファイバーの炭化戦略に基づく電子機能、電磁波吸収機能、光熱変換機能の開拓、および、デバイス応用に向け、X線回折装置とレーザーラマン顕微鏡を用いた分子構造解析を行った。
実験 / Experimental
セルロースナノファイバーまたはキチンナノファイバーを窒素雰囲気下・300-1100℃で1時間炭化処理を施した。得られた炭化バイオナノファイバーについて、X線回折装置およびレーザーラマン顕微鏡による分子構造解析を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
炭化バイオナノファイバーは、グラフェン領域、および、酸素または窒素含有官能基を含む欠陥領域が混在した分子構造を有していた。そして、炭化温度によって、グラフェン領域と欠陥領域の割合や、欠陥領域の官能基種が変化し、半導体特性を制御できることが明らかとなった。適切な炭化温度の設定によって、分子センサ、バイオ燃料電池発電、光熱変換、電磁波吸収といった幅広い用途において優れた機能を発現させることにも成功した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究の一部は、科学技術振興機構・創発的研究支援事業（No. JPMJFR2003）の支援を受けました。この場をお借りして深く感謝申し上げます。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Luting Zhu, All-cellulose-derived humidity sensor prepared via direct laser writing of conductive and moisture-stable electrodes on TEMPO-oxidized cellulose paper, Journal of Materials Chemistry C, 10, 3712-3719(2022).
DOI: 10.1039/d1tc05339f
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Hirotaka Koga, Nanocellulose Paper Semiconductor with a 3D Network Structure and Its Nano–Micro–Macro Trans-Scale Design, ACS Nano, 16, 8630-8640(2022).
DOI: 10.1021/acsnano.1c10728
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Xiang Li, Chitin-derived-carbon nanofibrous aerogel with anisotropic porous channels and defective carbon structures for strong microwave absorption, Chemical Engineering Journal, 450, 137943(2022).
DOI: 10.1016/j.cej.2022.137943
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Thanakorn Yeamsuksawat, Semicarbonized Subwavelength-Nanopore-Structured Nanocellulose Paper for Applications in Solar Thermal Heating, Chemistry of Materials, 34, 7379-7388(2022).
DOI: 10.1021/acs.chemmater.2c01466
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Xiang LI, Luting ZHU, Masaya NOGI, Hirotaka KOGA, "Chitin nanofiber-derived carbon aerogel with tailored anisotropic porous channels and defective carbon structures for microwave absorption", IUMRS-ICYRAM2022, Fukuoka, August 4 (2022)
- Luting ZHU, Xiang LI, Takaaki KASUGA, Masaya NOGI, Hirotaka KOGA, "Sustainable humidity sensor prepared by in situ laser carbonized electrodes on ionically conductive TEMPO oxidized cellulose paper", 第89回紙パルプ研究発表会、東京文具共和会館＋オンライン、2022年6月23日
- 表和希，春日貴章，能木雅也，古賀大尚, "炭化ナノセルロースの化学構造および半導体特性解析", セルロース学会第29回年次大会、金沢、2022年7月22日
- 古賀大尚，長島一樹，末松昂一，高橋綱己，朱陸亭，黄茵彤，表和希，中川凌，劉江洋，春日貴章，能木雅也，柳田剛，仁科勇太, "3D構造と電気特性をカスタマイズ可能なナノペーパー半導体の開発", セルロース学会第29回年次大会、金沢、2022年7月22日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件