環境創成計画学講座

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
Development of High-Functional Composites for Assuming Creation of a
Next Generation Life Style

准教授

佐藤 義倫

Associate Professor

Yoshinori SatoIn 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-functionalcomposites in an effort to expand the properties of nanomaterials to that of bulky composites.

研究室のコンセプト

ネイチャー・テクノロジーに適合する「自然に学ぶ機能性複合構造」の探索
自然は完璧な循環を最も小さなエネルギーで駆動している。
この自然のすごさを学んで、ライフスタイルに取り入れるテクノ☆研究プロジェクト
・日本学術振興会科学研究費補助金・若手研究（A）
平成 23 年度ロジー（ネイチャー・テクノロジー）が望まれている。 例えば、「単層カーボンナノチューブ薄膜を使用した高性能リチウムイオン

エアコンは電気、装置の作製に資源とエネルギーが必要であキャパシタ正極の開発」（代表研究者）

ボンナノチューブ（carbon nanotube：CNT）
は軽量なグラフィン・るが、改めて自然を見ると、エアコンに替わるものとして「シロ・日本学術振興会科学研究費補助金・挑戦的萌芽研究グラファイトのチューブ状物質であり、その1 本の機械強度特性アリの巣 」がある。 サバンナのシロアリの巣は、昼間 50℃、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したは炭素繊維を凌ぐ。しかし、CNT 複合体においては、母材に対夜間 0℃の厳しい外気においても30℃に保たれ、巣の素材結果、気候変動、エネルギー・資源の枯渇、食料問題、人口増する CNT の低分散性および滑りにより、CNTの機械強度が母と構造により、温度が精密に制御されている。 本研究では、「単層カーボンナノチューブのみで構成される薄膜 / バルク界大、生物多様性の危機などの深刻なリスクが現ライフスタイルの材に伝達せず、複合体の機械強度は低下する。本研究では、

ネイチャー・テクノロジーに適合する「自然に学ぶ機能性複合面構造での熱起電力の探索」（代表研究者）課題となっている。そこで、生活の豊かさを保ちながら、物質消CNTを使用したフレキシブル・軽量・高強度特性を持つ材料の構造」の探索を行う（図 3）。

費を抑えた「持続可能な社会」の構築が次世代のライフスタイル創製を目的とする。特に CNT 表面でのCNT － CNT 間、CNTとして要求されている。求められているライフスタイルでは、豊か－母材間を結合・融合させる「グラフィン界面の接合・融合技術」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の開発を目指す（図 1）。

平成 23 年度

・日本学術振興会科学研究費補助金・基盤研究（B）
平成 23 年度して用いた口腔組織の再建」（分担研究者）

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2011 年 4月に環境科学研究科に新設さ・共同研究  ステラケミファ株式会社

れた研究室であり、「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Fig.3 Seeking of multi-functional natural composites for “Nature technology”.

ら、「物の在り方」の基盤について考えていく。

個々のナノ物質は小さいながらも、優れた特性を持っている。
しかし、ナノ物質の特性を生かした複合材料の設計・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ち消されるた高性能蓄電池複合材料に関する研究

作製」（代表研究者）
・共同研究  NEC-TOKIN

「カーボンナノチューブ繊維の平成 23 年度作製 」に関する研究において、2011年6月19日 ～ 7月

「電気化学キャパシタの充放電メカニズムに関する研究」

CNT は高比表面積・バリスティック伝導性を持つため、「電9日の期間にFlorida A＆M（分担研究者）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気二重層キャパシタ」や「リチウムイオン2 次電池」の電極としUniversity–Florida Stateした複合材料の革新的アプローチによる、ナノ複合界面設計て期待されている。 化学修飾されていない、欠陥のない CNT

University、College ofに基づいた次世代のエネルギー環境分野における必要不可欠はイオン吸着しにくい状態にあり、静電容量も高くはない。一方、Engineering の Mei Zhangな高次機能性複合材料を創製する必要性がある。 本研究室

カルボキシル基などの官能基修飾により、静電容量が増加する先生をお招きし、共同研究を

では、材料科学分野における課題である「ナノ物質の特性をバ半面、バリスティック伝導性の低下を引き起こし、応答性を低下行った（図4）。

ルクまで引き伸ばすための複合材料設計と材料開発およびそのさせる。本研究では、CNT をモデル材料として、このトレードオ複合界面に関する研究」を行う。 研究を遂行するにあたり、新フ関係を調べながら、適した炭素ナノ構造を探索し、高効率動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特作電気二重層キャパシタおよびリチウムイオン2 次電池の炭素性、あるいは自然の高次循環システムやメカニズムから学ぶ複系複合材料の開発を目指す（図 2）。

・受託研究  JST 戦略的創造研究推進 さきがけ研究
平成 23 年度

「グラフィン融合助剤を用いた高強度軽量カーボンワイヤーのFig.4 Professor Mei Zhang.

・佐 藤義倫、“ カーボンナノチューブ固化体の高機能高強度特性 ”、セラミックスデータブック 2011, 39, 143 – 147

機能性複合材料の開発」を行う。

(2011).
Yoshinori Sato, Kazuyuki Tohji, “New Carbon Materials:
Fullerenes, Carbon Nanotubes, and Graphenes”, 8thInternational Workshop “WATER DYNAMICS”: “WaterPollution in Asia” and “Deep Carbon Cycle”, Abstract

輸送手段である航空機、自動車、電車などの構造材料の軽量化は省エネルギー化をもたらす。炭素ナノ材料の1つであるカー
CoexistenceActivityReport2011

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創製」（代表研究者）☆招待論文・招待講演

合特性を利用し、「次世代型ライフスタイル創成に貢献できるグラフィン結合助剤の創製とその複合界面に関する研究

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☆国際交流

Ecomaterial Design and Process Engineering

研究内容

Fig.1 Carbon nanomaterials and their high-functional composites.

平成 23 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環境創成計画学講座「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Fig.2 High-performance battery using nanomaterials.

P5, Sendai, Japan, 2011. 3. 9.
アクティビティレポート2011

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12.3.21 5:05:01 PM