木材由来のナノ繊維からプラスチック様材料の形成に成功

2026-05-16 大阪大学

大阪大学と東京大学などの研究グループは、木材由来のセルロースナノファイバー(CNF)から、熱成形可能な新しいプラスチック様材料を開発した。研究成果は『Science Advances』に掲載された。CNFは高強度・低熱膨張・高熱伝導性を持つ一方、従来は熱可塑性がなく、複雑形状への成形が困難だった。研究では、CNF表面を負電荷化し、イオン液体由来カチオンと結合させることで、CNF同士の界面のみを選択的に熱可塑化する技術を開発した。加熱時にはカチオンの自己拡散が起こり、ナノ粒子構造を保ったまま成形可能となる。これにより、CNF粉体やシートから複雑形状部材を高自由度で熱成形できることを実証した。さらに酸化グラフェン会合体にも応用可能であり、プラスチックや金属に代わる高性能・持続可能材料として、車両構造材や放熱部材への応用が期待される。

木材由来のナノ繊維からプラスチック様材料の形成に成功
図1. CNFを用いて開発した、ナノ粒子会合体の熱成形戦略。 (A) CNF表面へのイオン液体カチオンの導入。 (B) CNF会合体の熱可塑化機構。

<関連情報>

界面イオン自己拡散によるナノ粒子凝集体の熱成形 Thermoforming nanoparticle aggregates via interfacial ionic self-diffusion

Shun Ishioka, Yuki Hiromatsu, Jiaxin Peng, Taizo Kabe, […] , and Tsuguyuki Saito
Science Advances  Published:15 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aeb3281

Abstract

Dense aggregates of nanoparticles often exhibit excellent physical properties but have no thermoplasticity. Their formation processes are thus limited to drying of dilute nanoparticle dispersions, resulting in thin flat sheets or slender filaments. This limitation hinders the application of nanoparticle aggregates. In this study, we developed a thermoforming strategy for nanoparticle aggregates using wood-derived cellulose nanofibers (CNFs). CNF aggregates with thermoplasticity were formed by introducing anionic functional groups onto the CNF surfaces, followed by pairing the anions with highly dissociable ionic liquid (IL) counterions. Heat-induced self-diffusion of the IL counterions at the interfaces between CNFs within an aggregate allowed thermoforming of CNF aggregates, such as three-dimensional molding, position-selective sealing, and multilayer lamination of sheets. This thermoforming strategy was also applicable to two-dimensional carbon nanoparticle (graphene oxide) systems.

0504高分子製品
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