＜＜発表内容＞＞

＜発表概要（抜粋）＞

これまでCNFはその集合体や複合材からなるバルクCNF材を利用した製品に活用されてきました。その多くが、CNFの高い引っ張りやチクソ性（注２）を活かした包装やボールペンなどの機械的特性を利用したものです。一方で、元来CNFには分子スケールの構造を通じた物性制御が可能という利点があることを考えると、より多様で付加価値の高い物性を発現するポテンシャルがあります。

本研究グループはCNFの水分散液をフローフォーカシング流路（図１a、注３）に注入しCNFを高度に配向させたのち、流路に別途注入した酸を用いて固めて自然乾燥することでCNF糸を作製しました。さらにT型熱伝導率計測法（図２a、注４）を用いてCNF糸の熱伝導率を測定しました。その結果、特定の酸を用いた糸では熱伝導率が14.5（Ｗ/ｍ·Ｋ）に達することを発見しました。加えて、CNFの配向度（注５）が一定のレベルに達している条件において、CNF間を繋ぐ水素結合（注６）が多く、残留応力（注７）によって生じるCNF内の構造不秩序性が低い方が、高い熱伝導率が得られることを明らかにしました。

木質バイオマスは熱伝導率の低さからこれまでは断熱材などに用いられてきましたが、従来の木質バイオマスと比べて飛躍的に熱伝導率の高い素材（CNF糸）を構築する技術を発見できたことで、今後は放熱性能を要求される高分子材料の代替材としての応用が期待されます。

＜今後の展開＞

木質バイオマスは熱伝導率の低さからこれまでは断熱材などに用いられてきましたが、従来の木質バイオマスと比べて飛躍的に熱伝導率の高い素材（CNF糸）を見出すことができたため、今後は放熱性能を要求される高分子材料の代替材へのCNF糸の活用が期待できます。例えば候補の１つとしてフレキシブルプリント基板があります。ロボットやスマートデバイスに用いられており、これらの普及とともに需要が高まっています。従来のフレキシブルプリント基板にはポリイミド等の高分子材料が用いられていますが、これらは再生処理が難しく、環境負荷が高いという問題があります。CNFの有するカーボンニュートラル性や高強度、低熱膨張といった既知の特性を活用し、かつCNF糸の有する高熱伝導性を通して高放熱性能を有するプリント基板を開発し、環境負荷の高い高分子材料を代替することで環境問題への貢献が期待できます。また、学術的には、木質バイオマスの熱伝導性を飛躍的に向上させ、かつそのメカニズムを特定したという本研究の成果は、他のバイオマス材料の熱伝導性を向上する際の１つの指針になると思われます。なお、本プロセスはまだ最適化されておらず、現在取り組んでいる流体プロセスを自動化し、さらに機械学習を交えて自律化するマテリアルズ・インフォマティクスによって、プロセスパラメータを最適化すれば、さらなる性能向上が期待できます。

• 注１）セルロースナノファイバー（Cellulose Nano Fiber, CNF）
  主に木などの植物から得られ、数十本のセルロース分子が配列して束になった結晶構造から構成される物質。
• 注２）チクソ性
  応力を印加すると粘度が低下する性質。
• 注３）フローフォーカシング流路
  液体に分散した高分子を縮流により配向させる二次元の微小流路。
• 注４）T型熱伝導率計測法
  直径がマイクロメートルスケールで絶縁性を有する棒状物質の熱伝導率を計測する手法。
• 注５）配向度
  結晶性物質が特定の軸方向にそろった度合い。
• 注６）水素結合
  電気陰性度の高い「ドナー」原子または基に共有結合している水素原子と、単独電子対を持つ電気陰性度の高い原子（水素結合受容体）との間の、主に静電気的な引力のこと。
• 注７）残留応力
  物体に作用する外力や拘束がないのに物体内に生じている応力（単位面積あたりの力）のこと。