紙の100倍以上の高熱伝導性を持つ、木質バイオマス素材を開発 　東大などの研究G

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東京大学は2022年10月26日、同大学院工学系研究科と東京都立産業技術高等専門学校、スウェーデン王立工科大学らの研究グループによって木質バイオマスから開発された糸材が、紙など従来の木質バイオマスの100倍以上の高熱伝導性を示したと発表した。放熱性能を求められる高分子材料の代替材としての利用が期待できる。

開発された素材は、木質バイオマスから得られるバイオ系ナノ材料であるセルロースナノファイバー（CNF）を流体プロセスによって分子スケールで配向させながら酸で固めて作製する。高熱伝導性を有する先端木質バイオマスとしてはセルロースナノペーパーなどが知られているが、新素材はそれらの5倍以上の高熱伝導性を示した。

CNFは木材をナノサイズまで細かくして取り出したセルロースから得られる繊維状の物質で、鋼鉄の5分の1の軽さで5倍の強度を持つ素材として、自動車や家電、住宅建材などに活用されている。

研究グループは、CNFの水分散液をフローフォーカシング流路に注入してCNFを高度に配向させたうえで、流路に酸を注入して固め、自然乾燥させることで、糸状の素材を作製した。

同グループは、T型熱伝導率計測法を用いて、このCNF糸の熱伝導率を測定。すると、特定の酸を用いた糸では熱伝導率が14.5（W/m・K）に達することがわかった。これはセルロースナノペーパーやセルロースナノクリスタルなど高熱伝導性の先端木質バイオマスの5倍以上、紙など従来の木質バイオマスの100倍以上に相当する。

今回開発したCNF糸は、放熱性能を要求される高分子材料の代替材としての活用が期待できる。ポリイミドなど高分子材料は再生処理が難しく、環境負荷が高いという課題があり、CNF糸への代替が可能になれば、フレキシブルプリント基板などに用いることで環境負荷の軽減が期待できる。

CNF糸の作製プロセスにはまだ改善の余地があり、研究グループでは今後、流体プロセスの自動化や性能向上に取り組む。今回の研究成果は、2022年10月25日、米国科学誌「Nano Letters」のオンライン速報版で公開された。

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