Ecomaterial Design and Process Engineering

環境複合材料創成科学分野

Nanocomposite Science and Interfacial Materials Design

次世代型ライフスタイルの創成を担う
高機能複合材料の開発

准教授

環 境 創 成 計 画 学 講 座

環境創成計画学講座

佐藤 義倫

In the past, many composites consisted of nanomaterials which possess excellent features in their own, haveproduced in basic research. However, it is hard to design and produce composites to which the properties ofnanomaterials are reflected. Because each nanomaterial in the composite assembles at random not to enhance thefeatures of nanomaterials. In this laboratory, the purpose of researches is to study and develop high-functional
composites in an effort to expand the properties of nanomaterials to that of bulky composites.

チ ュ ー ブ を 埋 入 し た 結 果、貪 食 細 胞 内 で は 一 部 の ナ ノFukutani, “Nitrogen physisorption and site blocking on

チューブの外層が分解され、細胞外では全く分解されない

single-walled carbon nanotubes”, Surface Science,ことがわかった。貪食細胞606, 293-296 (2012).
・Yoshinori Sato, Hikaru Nishizaka, Shunichi Sawano,にナノチューブが貪食されない限り、ナノチューブ構

Atsushi Yoshinaka, Kazutaka Hirano, Shinji造は安定であることを示し

Hashiguchi, Takayuki Arie, Seiji Akita, Go Yamamoto,た。本研究は Wiley-VCH 出Toshiyuki Hashida, Hisamichi Kimura, Kenichi

料を創製する必要性がある。本研究室では、材料科学分野版（Germany） と NanyangMotomiya, Kazuyuki Tohji, “Influence of the structure

における課題である「ナノ物質の特性をバルクまで引き伸Technological Universityof the nanotube on the mechanical properties of

ばすための複合材料設計と材料開発およびその複合界面に（Republic of Singapore）がbinder-free multi-walled carbon nanotube solids”,した結果、気候変動、エネルギー・資源の枯渇、食料問題、関する研究」を行っている。研究を遂行するにあたり、新共 催 し た「small sciences

Carbon, 50, 34-39 (2012).

人口増大、生物多様性の危機などの深刻なリスクが現ライ素材である炭素ナノ材料・ナノ粒子材料の単体特性や複合symposium: Frontiers in

フスタイルの課題となっている。そこで、生活の豊かさを特性、あるいは自然の高次循環システムやメカニズムからNanomedicine」に お い て、保ちながら、物質消費を抑えた「持続可能な社会」の構築が学ぶ複合特性を利用し、「次世代型ライフスタイル創成にBest Poster Awards を受賞

次世代のライフスタイルとして要求されている。求められ貢献できる機能性複合材料の開発」を行っている。

した（図 2）。

研究室のコンセプト
近代テクノロジーの発展が発散的地下資源消費を生み出ているライフスタイルでは、豊かさを担保しながら、物質消費を最小とするテクノロジーのパラダイムシフトが不可避である。この新しいライフスタイルを創成するために、
本研究室は「物の複合化」を利用した「次世代型ライフスタイル創成に貢献できる機能性複合材料の開発」を行いながら、「物の在り方」の基盤について考えている。

研究内容

単層カーボンナノチューブ膜における光熱起電力に関する研究

・特許4961561「有機ケイ素化合物とカーボンナノチューFig. 2 B est Poster Awards on “smallsciences symposium: Frontieron Nanomedicine”.

☆国際交流
平成 24 年度日本学術振興会 外国人招へい研究短期事業に単層カーボンナノチューブ（single-walled carbon nanotube:よ り、2012 年 7 月 8 日 ～ 8 月 29 日 の 期 間 に CNRS のSWCNT）は、1 次元物質に発現する特有な電子状態密度をAlberto Bianco 先生をお招きし、国内招待講演（北海道大持つ。特に金属性の SWCNTs は可視光領域に、半導体性学、東北大学、東京工業大学、信州大学、名古屋大学、滋賀

SWCNTs は 近 赤 外 光 領 域 に 吸 収 特 性 を 示 す。 こ の医科大学、京都大学、産総研主催シンポジウム）、また本研

SWCNT 膜に太陽光照射を行うことにより、光照射位置に究との共同研究を行った（図 3）。共同研究では、炭素材料個々のナノ物質は小さいながらも、優れた特性を持って依存した光熱起電力が発生することを見出した。本研究は表面をアミン修飾するプラトー反応の手順を教授いただいいる。しかし、ナノ物質の特性を生かした複合材料の設計・環境発電素子として有望であり、平成 24 年度 石田（實）記た。

合成は、ランダムに配置された個々のナノ物質の特性が打念財団研究奨励賞を受賞した（図 1）。

ち消されるため、極めて難しくなる。そこで、ナノ物質の特性を最大限に活かしたナノ複合界面設計に基づいた次世
代のエネルギー環境分野に必要不可欠な高次機能性複合材の形成方法並びに生体適合性材料」、佐藤 義倫、田路 和幸、菊山 裕久、脇 雅秀、橋口 慎二、田代 康貴☆受賞・平成 24 年度 石田（實）記念財団研究奨励賞

・B est Poster Awards in small sciences symposium

2012: “Frontier on Nanomedicine”☆研究プロジェクト・日本学術振興会科学研究費補助金・挑戦的萌芽研究

平

SWCNT は高比表面積・バリスティック伝導性を持つた成 24 年度「単層カーボンナノチューブのみで構成されめ、「電気二重層キャパシタ」の電極として期待されている。

る薄膜 / バルク界面構造での熱起電力の探索」（代表研

アミン基を適切な化学修飾度で表面改質すると、カルボキ究者）
・日本学術振興会 外国人招へい研究短期事業

カーボンナノチューブは細胞増殖のための足場（スカる。一方、カーボンナノチューブの生体的持続性（生体内での構造安定性）も重要となる。本研究では、2 年間によるラット胸部軟組に埋入された親水性多層カーボンナノ

平成 24 年度「ハイドロキシアパタイト／リン酸修飾カーボンナノチューブ複合体の調製とその特性」（代表研究者）

ラット軟組織内の貪食細胞内外での多層カーボ
ンナノチューブの構造安定性に関する研究

Coexistence Activity Report 2012・特 許 5014786「カーボンナノチューブの集合体及びそ能リチウムイオンキャパシタ正極の開発」（代表研究者）

出力密度が数倍向上することを明らかにした。

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田 優、加固 昌寛、田路 和幸、佐藤 義倫

24 年度「単層カーボンナノチューブ薄膜を使用した高性シル基、アミド基で化学修飾されたものより、静電容量・Fig. 1 S napshot at the ceremony of F. Ishida Memorial Foundation Research
Grant.

ブの複合材及びその製造方法」、赤阪 健、若原 孝次、前・日 本学術振興会科学研究費補助金・若手研究（A）平成

アミン修飾単層カーボンナノチューブの電気二重層キャパシタ電極に関する研究フォールド）、人工骨などの生体材料として注目されていEcomaterial Design and Process Engineering

Development of High-Functional Composites for Constructing Future Associate Professor
Foundation to Create a Next Generation Life Style
Yoshinori Sato・日 本学術振興会科学研究費補助金・基盤研究（B）平成
Fig. 3 M eeting with Professor Alberto Bianco. Discussion about Prato reactionof single-walled carbon nanotubes.

☆業績・S. –K. Lee, S. Iwata, S. Ogura, Y. Sato, K. Tohji, K.

24 年度「カーボンナノチューブを三次元スキャホールド及び表面修飾として用いた口腔組織の再建」（分担研究者）
・共同研究

ステラケミファ株式会社

平成 24 年度「フッ素化カーボンナノチューブ繊維を用いた高強度繊維の作製」（代表研究者）
アクティビティレポート 201255