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大学編

NO.225
3.1 繊維複合材料
研究者名 北岡 卓也
所属 九州大学 農学研究院 森林資源科学部門 生物材料機能学講座 助教授
研究テーマ 繊維ネットワーク積層材料の開発と新機能創出
概要

主な研究テーマ

・ ペーパー触媒の開発と環境・エネルギー分野への応用

パルプ繊維懸濁系から脱水によって多孔質のシート状構造体を連続的かつ安価に製造可能な抄紙システムを最大限に活用し、そのままでは利便性の低い粒状・粉末状無機物のペーパー成型が可能である。これまでに、高選択的吸着能を有するゼオライトや酸化チタン光触媒等の無機粉体をシート状に複合成型することで、環境汚染物質を効率的に分解除去する環境浄化機能紙の開発に成功した。また、メタノール水蒸気改質により水素を生産する銅-亜鉛系触媒についても同様に、触媒粉末を担持したペーパー触媒を調製し、燃料電池用水素供給デバイスとしての機能設計を目指している。

・ 「セルロースの分子認識」に基づくウェットエンドケミストリー

セルロース系植物繊維材料の機能化・改質プロセスは、水媒体における機能性分子・高分子とセルロース固体界面との相互作用が重要な役割を担っている。しかし、ウェットエンドのような繊維分散コロイド懸濁系における多成分間の相互作用制御は極めて困難である。そこで、機能性分子にセルロースのみを「分子認識」する機能を導入することで、この問題の解決とセルロース固体表面の選択的・特異的表面改質を試みている。セルロース分子認識アンカーとしては、水系でセルロースのみを基質として認識するセルラーゼのセルロース結合ドメインや、ある種の糖鎖化合物に着目しており、外部環境に影響されない定着メカニズムの提案と制御・応用を目指している。

・ 表面モルフォロジーに基づく紙の撥水性発現機構の解明と制御

天然高分子セルロースの繊維形状を利用した身近な生物素材である「紙」は、親水性繊維の多孔質ネットワーク構造体であるため、水吸収性が極めて高い。ところが、わずかな疎水性物質(サイズ成分)を基材表面に安定配置することで、構造体全体を撥水化することができる。この超効率的な撥水性発現メカニズムおよび機能制御について、マトリックスに固定したアンカーサイトへの撥水分子の配向吸着や、サイズ成分のシート内分散に伴う撥水性向上に加えて、繊維表面および機能分子凝集体の微細な凹凸が、撥水効果の増幅あるいは親水性の増大に寄与するメカニズムについて研究を展開している。

プロジェクト研究

・ガス改質用多孔質触媒担持ファイバーコンポジットの開発

・木質系活性炭繊維のペーパー成型と浄水フィルターの開発


キーワード 繊維複合材料学, 多糖材料化学, 生物材料機能学