セルロースナノファイバーで機能性無機材料探索を高速化ーわずか3分の作業で膨大な材料ライブラリを構築ー

2026-07-10 東京科学大学

東京科学大学の安原颯助教らは、セルロースナノファイバー(CNF)分散液を利用して、機能性セラミックスの組成探索を大幅に高速化するハイスループット合成法を開発した。CNFの優れた粉体分散性とチキソトロピーを活用し、異なる無機粉末の分散液を任意の割合で混合・乾燥するだけで焼成可能な成形体を作製できるため、従来必要だった秤量・混合・成形工程を省略できる。1組成当たりの調製時間は約3分で、従来法の20~30倍の効率で材料ライブラリを構築できることを実証した。チタン酸バリウム系誘電体セラミックスの探索では、新組成 Ba₀.₅₅Sr₀.₁₅Ca₀.₃₀(Ti₀.₉₁Zr₀.₀₉)O₃ を発見し、電子部品の国際規格X7Rに適合する−55~125℃で静電容量変化率±15%以内、比誘電率約4000という優れた特性を確認した。本手法は、高価な自動化設備を必要とせず、多様な機能性無機材料の迅速な探索やマテリアルズインフォマティクスへの大量データ供給を可能にし、新材料開発の効率化に大きく貢献すると期待される。

セルロースナノファイバーで機能性無機材料探索を高速化ーわずか3分の作業で膨大な材料ライブラリを構築ー
図1. 既存のセラミックス合成プロセスと提案プロセスの模式図

<関連情報>

セルロースナノファイバー分散液を用いた高スループットセラミックス加工法による迅速な材料探索
High-throughput ceramics processing method using cellulose nanofiber dispersions for rapid materials exploration

Sou Yasuhara;Yosuke Sugita;Masaki Tozuka;Takuya Hoshina
Journal of Materials Chemistry C  Published:26 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1039/d6tc01175f

A high-throughput synthesis is one of the most promising approaches for exploring chemical compositions that optimize material properties. A new high-throughput ceramics processing method is established by using a cellulose nanofiber (CNF) dispersed water as a forming medium. Because the CNF-dispersed water provides binding ability, good dispersibility for inorganic powders, and thixotropy, the dried mixtures form mechanically robust green pellets that can be directly sintered, eliminating the weighing, mixing, and pelletization steps of conventional solid-state processing. In this study, to elucidate the effectiveness of the proposed high-throughput process, several perovskite-type dielectric ceramics were prepared and evaluated. The prepared ceramics of BaTiO3 and BaTiO3–SrTiO3 solid solution system successfully reproduced reported properties. The results for the BaTiO3–SrTiO3–CaTiO3 ternary system showed compositional dependencies in lattice distortion (c/a), dielectric constant (εr), and phase transition temperature (TC). Finally, a chemical composition to improve the temperature stability of εr was explored using the Ba0.55Sr0.15Ca0.30(Ti1–0.01xZr0.01x)O3 system. The chemical composition Ba0.55Sr0.15Ca0.30(Ti0.91Zr0.09)O3 exhibited excellent temperature stability in the range of 30–125 °C. These results suggest the importance of the proposed high-throughput ceramics processing method as a tool to accelerate materials exploration.

0501セラミックス及び無機化学製品
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