佐藤 義倫

本研究では、１本のカーボンナノチューブの持つ高強度機械特性を、バルク領域まで反映させた高強度軽量のカーボンワイヤー創製技術の確立を目指します。具体的には、アセンブリー技術によりカーボンナノチューブ繊維を作製し、この繊維にグラフィン面結合・融合助剤を添加し、回転かつ引張応力を負荷しながら熱処理することにより、個々のカーボンナノチューブ同士を融合させ、高強度軽量カーボンワイヤーを創製します。

カーボンナノチューブ(CNTs)の特性の一つは、その構造に由来する高い機械強度であり、先端構造材料として期待されているが、母材と混合して複合体として利用するしかなく、その場合CNTそのものの特性を十分引き出すことはできなかった。申請者らはフッ素で表面を修飾した多層カーボンナノチューブ(MWCNTs)を真空・高温・高圧下で放電プラズマ法によって焼結したのち脱フッ素によりダングリングボンドを形成させたところ、母材なしにMWCNTだけで固化し、それは商業用グラファイトの4倍以上の機械強度を持つことを見出した。しかしMWCNT同士の結合様式の詳細は不明であり、更に高性能の素材開発のため、その解明を目的としている。

質量分析装置は測定を行なう際に、まず試料をイオン化しなければならない。100kDaを超えるタンパク質はイオン化する時のレーザー照射により、タンパク質が熱分解を起こすため、タンパク質質量が測定できない。そこで熱的に安定なイオン化しやすい分子（マトリックス）を仲立ちして電荷（電子やプロトン（H+））を試料に移動させ、目的のタンパク質の親イオンを測定するが、それぞれのタンパク質に合わせたマトリックスが必要になる。そこで、平面配向した多層カーボンナノチューブ（Multi-Walled Carbon Nanotubes: MWCNTs）のみの固化体基板を使用して、マトリックス無しでタンパク質の質量を測定できる飛行時間型質量分析（Time-of-Flight Mass Spectrometry: TOF-MS）用導電性基板を開発する。

本研究では、①「金属ナノ粒子」、「カーボンナノチューブ」を合成、高純度精製し、②様々なサイズに分離、③サイズ制御されたナノ材料の生体組織反応性を調べ、細胞生存率や細胞からのサイトカイン放出の検索など、生化学的手法により学際センターを活用したナノ材料の細胞毒性を調べることを目的とする。

高温・高圧下におけるカーボンナノチューブ同士の結合・融合をモンテカルロシミュレーションにより計算し、その値を元に実験を行い、高強度であるカーボンナノチューブ固化体を作製する。

希土類内包ナノカプセルは直流アーク放電法により合成される。陰極にはグラファイト棒、陽極は炭素物質量に対する希土類金属の濃度を約0.2から5.1 at.%に調整したグラファイトコンポジット棒を使用し、Heガス100 Torrの雰囲気中で行われる。しかしながら、その収率は20 wt%と非常に低いことが問題である。 本研究では、①アーク放電法により、様々な「希土類内包ナノカプセル」をHe圧力を変化させることにより、大量合成し、②「燃焼酸化」と「沈降分離」を組み合わせて高純度精製することを目的としている。

本研究では、①「金属ナノ粒子」、「カーボンナノチューブ」を合成、高純度精製し、②様々なサイズに分離、③サイズ制御されたナノ材料の生体組織反応性を調べ、細胞生存率や細胞からのサイトカイン放出の検索など、生化学的手法により学際センターを活用したナノ材料の細胞毒性を調べることを目的とする。

中性粒子ビームによるカーボンナノチューブの表面改質に関する研究

カーボンナノチューブ表面に対する水素ガス吸着特性に関する研究

東北大学未来科学技術共同研究センター（NICHe）リエゾンの支援により、東北大学の保有する材料技術、分析評価技術、微細加工技術システム設計技術、シミュレーション技術など多岐にわたる基礎・基礎技術とNECトーキンの保有する材料評価技術、デバイス設計・評価技術量産化技術を相互に活用し、共通の研究目的を達成するため研究開発活動を共同で推進、次世代の新規機能材料および革新的デバイスの開発実用化を行う。

カーボンナノチューブの細胞毒性とバイオ応用の研究

放射状単層カーボンナノチューブをフィラーに用いたゴムの特性に関する研究

カーボンナノチューブ複合体の機械・電気特性の研究

Gothenburg University and Chalmers University of Technology, School of Physics and Engineering PhysicsのProf. E. E. B. Campbell先生の研究室に短期留学し、熱CVD法によるカーボンナノチューブの合成し、精製を行った。精製されたカーボンナノチューブに対して電界電子放出特性を調べた。

Si 系の官能基を修飾したカーボンナノチューブの電界電子放出特性の研究