【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.04.01】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23OS1081
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）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）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
キーワード / Keywords
カーボン系材料, バイオマス材料,エレクトロデバイス/ Electronic device,センサ/ Sensor,環境発電/ Energy Harvesting
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
大阪大学産業科学研究所 自然材料機能化研究分野
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
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、植物由来のナノセルロースや甲殻類由来のナノキチンをはじめとするバイオマス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、電気絶縁性のナノセルロース・ナノキチンを段階的に炭化して分子構造を制御することで半導体に変換し、優れた電磁波吸収機能や光熱変換機能を見出してきた。
本研究では、さらなる機能開拓と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
ナノセルロースまたはナノキチン水分散液を濾過成膜した紙、または、凍結乾燥成型したエアロゲルを電気炉炭化（窒素雰囲気下・300-1100℃で1時間）またはCO2レーザー炭化（窒素雰囲気下）した。得られたナノカーボン材料について、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
ナノセルロースまたはナノキチン由来のナノカーボン材料は、炭化温度またはレーザー炭化条件（出力や走査速度）によって分子構造が変化するため、目的によって最適化可能であった。例えば、マイクロ波吸収応用に向けた誘電特性の最適化、圧力センシング応用に向けた弾性と電気特性の最適化、太陽光-熱変換応用に向けた光吸収特性の最適化を行い、それぞれ優れたデバイス性能を達成することができた。今後、分子構造をより系統的に制御し、様々な物性・機能との相関を精査することで、持続可能なバイオマス由来ナノカーボン材料のさらなるデバイス応用展開が期待できる。
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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Thanakorn Yeamsuksawat, Chitin-Derived Nitrogen-Doped Carbon Nanopaper with Subwavelength Nanoporous Structures for Solar Thermal Heating, Nanomaterials, 13, 1480(2023).
DOI: 10.3390/nano13091480
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Thanakorn Yeamsuksawat, CO2-laser-induced carbonization of calcium chloride-treated chitin nanopaper for applications in solar thermal heating, RSC Advances, 13, 17556-17564(2023).
DOI: 10.1039/D3RA03373B
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Xiang Li, Frequency-tunable and absorption/transmission-switchable microwave absorber based on a chitin-nanofiber-derived elastic carbon aerogel, Chemical Engineering Journal, 469, 144010(2023).
DOI: 10.1016/j.cej.2023.144010
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Xiang Li, All-Nanochitin-Derived, Super-Compressible, Elastic, and Robust Carbon Honeycombs and Their Pressure-Sensing Properties over an Ultrawide Temperature Range, ACS Applied Materials & Interfaces, 15, 41732-41742(2023).
DOI: 10.1021/acsami.3c08587
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Kazuki Matsumoto, Luting Zhu, Takaaki Kasuga, Masaya Nogi, Hirotaka Koga, "CO2-laser-induced gradient carbonization of CaCl2-treated wood sheet for moisture-enabled electricity generation" The 27th SANKEN International Symposium, The 22nd SANKEN Nanotechnology International Symposium (Hyogo), Japan, January 11 (2024)
- Luting Zhu, Xiang Li, Takaaki Kasuga, Masaya Nogi, Hirotaka Koga, "Al3+-decorated cellulose nanofiber aerogel with improved moisture absorption and stability for repeatable hygroelectric generation" The 27th SANKEN International Symposium, The 22nd SANKEN Nanotechnology International Symposium (Hyogo), Japan, January 11 (2024)
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