サイエンスZERO セルロースナノファイバー 見逃し動画配信 再放送
サイエンスZERO セルロースナノファイバーを見逃した方に 見逃し動画配信や再放送、内容のレビューです。
今回サイエンスZEROが注目したのは、樹木が生んだ魅惑のナノサイズの素材「セルロースナノファイバー(CNF)」です。
セルロースは全ての植物に含まれる無尽蔵の天然資源で、プラスチックに置き換わる次世代の素材として期待されています。
軽くて変形可能で、不要になればなれば土に返る!
そして透明な紙・ナノペーパーや、CNFを使い半導体やセンサーを生み出そうという研究も進んでいます。
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— 再放送:2月18日(土)午前11:10 —
CNFセルロースナノファイバーとは?
今回の解説は、樹木に魅せられた研究者大阪大学・産業科学研究所・能木雅也教授です。
木材など植物由来の次世代素材です。
植物繊維の主成分であるセルロースをナノサイズ（1mmの百万分の1）にまで細かくすることにより得られる木質バイオマス資源です。
樹木の半分がセルロースで、全ての植物の骨格でもあります。
その用途は
タイヤ
スポーツシューズ
ボールペン
化粧水そしてどら焼きまで!
使用例・化粧水に
化粧水に入れるとられないノリがいいなどの効果があるそうです
使用例・車の素材に
2019年にはセルロースナノファイバーの作った車が誕生しました。
セルロースナノファイバーにより車体の重量が約10%も軽くなったとのことです。
タイヤやウィンドウにもセルロースナノファイバーが使われたそうです。
使用例・どら焼きやうどん
どら焼きはふわっと膨らむそうです
透明の紙
これまではプラスチックやゴムなどの補強材として使われていましたが、ここからは素材の主役として使われているものを紹介してます。
普通の紙は繊維同士の隙間が広く光が乱反射して白く見えます
そこで、セルロースナノファイバーの紙・ナノペーパーをつくるとどうなるか?の実験を行いました。
その結果繊維の隙間が狭いため光が乱反射せず透明に!
ナノペーパーの特徴は、折りたためることと熱に強いことがあります。
それがセルロースナノファイバーの全く新しい形です。
その感触をラップほどヤワヤワしてなく、クリアファイルを柔らかくしたような感じと井上咲楽ちゃんは表現しました。
ビニールに似ていますが、引っ張ってもビニールのように伸びない!
透明な紙・ナノペーパーは、メガネにするとレンズよりもガラスに比べ屈折率が高くなる事が期待されています。
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変幻自在!ナノペーパーで作る未来のデバイス
大阪大学・産業科学研究所では、土に還る湿度センサを開発しました。
ナノペーパーにセンサーを取り付け、農地などの情報をモニタリングし、役目を終えると回収せず放置しておくと自然に戻ります。
循環型のデバイスとして様々な場所での活用が期待されています。
強度があり自由自在に加工できるので半導体の開発も行われています。
ナノペーパーは紙なので電気を通しませんが、co2レーザーに掛け炭にすることで電気の流れやすさをコントロールできないかと考えたそうです。
参加することにより熱分解が起こりセルロース分子の中で倒すだけが残り電気が通りやすい炭素の結晶構造が出来上がりました
それだけでなくレーザーのパワーを調整しながら段階的に炭化させると電気の流れやすを制御できることもわかりました。
電気の流れやすさを制御できる幅が既存の半導体であるシリコン以上という結果が出ました。
電子デバイスの急増による半導体の不足が問題になっています
消費が拡大した反面近年は電子ゴミも増えているため
自然循環するので環境にやさしい電子デバイスが出来上がるかもしれません
究極的には IC チップのようなものをナノペーパーを炭化する技術により作ることができるそうです
布ペーパーは地球上にどこにでも存在する雑草や植物から作ることができる期限面安全供給面での大きなメリットがあります
最新研究!セルロースナノファイバーを医療にも
グラスファイバーで作る人工軟骨の開発に着手しています
現在普及している人工軟骨はポリエチレンなど石油由来の素材です
人工軟骨は柔らかさと耐久性が求められています
スクレ緊縛されたのがセルロースナノファイバーは水の中でマイナスの電気を帯び電気を流すとプラスの方向に動きます
ナノ繊維ハイドロゲル
作り方はナノファイバーがプラスの金属棒に集まるとナノ繊維ハイドロゲルができます
セルロースナノファイバーは水の中でどんな形にもくっつきますので軟骨の形をした電極にすると忠実に同じ形を再現することができるそうです
ゲルの研究の一分野として生物の機能を出来るだけ再現しようという研究が盛んになっていますこれは生体模倣・生物模倣と呼ばれているそうです
なんかちょっと作るにしても人間の軟骨に近い構造の物内部の構造を再現することが求められているそうです
人間の軟骨は表層中間層 深層の三層に分かれているそうです
その構造に近くする為電圧を変化させナノファイバーが集まる方向をコントロールするという手法で実現しました
高い電圧の時は縦向きの構造低くすると横向きの構造その中間にすると縦横ランダムな構造のものができたとのことです
表層が横構造
中間層がランダム構造
深層が縦構造
強度の問題は残されていますが持続可能な人工軟骨が期待されています。
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