SAMURAI - NIMS Researchers Database

NIMS一般公開2024

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研究内容

Keywords

エアロゲル, モノリス型多孔体, ゾル-ゲル, シリコーン, ナノファイバー, 断熱材, 光学材料

断熱材や拡散反射材料などへの応用を目指し、エアロゲルなどモノリス型多孔体をゾル-ゲル法で作製しています。

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水酸化酸化アルミニウムから成る超低嵩密度ナノファイバーエアロゲル(< 5 mg/cm3)

出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。

論文
口頭発表

所属学会

日本ゾル-ゲル学会

受賞履歴

  • コニカミノルタ画像科学奨励賞 (2024)
ナノアーキテクトニクス材料研究センター
タイトル

柔軟モノリス型多孔体の簡易合成と多目的応用

キーワード

モノリス型多孔体,ゾル-ゲル法,エアロゲル,熱マネジメント材料,バイオ・医療,オルガノシロキサン

概要

多孔体はさまざまな種類が知られており、それぞれに特有の物性を活用することで古くから利用されてきた。ゾル-ゲル法を用いて作製される多孔体においてはその化学組成やマイクロ・ナノスケールの骨格・細孔構造を適切に制御することで、断熱材、吸着・分離媒体、電池材料、触媒、細胞培養用の基材といった応用目的に特化した材料を開発できる。オルガノシロキサン(シリコーンなど)を基盤にしたモノリス型の多孔体は、その柔軟性および化学的安定性から、多岐にわたる先端応用が期待されている。さらに、この多孔体骨格内外にさまざまなナノ材料を組み込むことで、既存のプラスチックやセラミックスでは見られない新たな物性を生み出すための研究を行なっている。

新規性・独創性

比較的簡易な合成法により再現性よく作製できる柔軟マクロ多孔体
ナノセラミックスとの複合化による特徴的な微細構造形成と力学特性制御
フライス盤を利用したCNC微細加工可能
優れた断熱性や光学特性をもつ熱マネジメント材料への応用
スフェロイド・オルガノイドなど立体培養に利用可

内容

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相分離を伴うゾル-ゲル法を用いたモノリス型多孔体作製においてはさまざまな微細構造を形成・制御可能であるが、疎水性が比較的高いオルガノシロキサン材料を水系ゾルから効率よく形成するためには工夫が必要である。相分離制御が容易なプロセスを開発していくことで、再現性が高く欠陥が少ないバルク材料を自在なスケールで作製できるようになった。材料の変形性を生かすことで、形を変えても性能が低下しない断熱材に加え、スポンジを絞るかのように用いるリポソーム形成基材やインターフェイスを兼ね備えた触覚センサー用光学材料など、分野を問わない新しい応用を開拓している。

モノリス型多孔体の微細骨格内部にナノ材料を複合化することで、従来よりも強度を高めたバルク材料を開発している。そのような複合材料は複合前に比べて耐衝撃性や耐摩耗性が顕著に改善されるため、これまで低嵩密度の多孔体作製後には難しかった精密機械加工が容易になった。オルガノシロキサンを表面組成にもつ複合材料は高い撥水性や生体親和性をもつことから、立体細胞培養基材を開発した。オルガノシロキサンが備える可視光透過性や赤外輻射特性、多孔構造による拡散反射などを生かした、光学材料としての開発にも力を入れている。

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まとめ

オルガノシロキサンは汎用プラスチックやセラミックスと比較して原料コストは高いものの、両者には見られないさまざまな特徴をもつ。付加価値の高い機能材料として、特にバイオ・医療領域への新たな応用開発を目指している。

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