1.木材細胞壁からセルロースナノファイバー,そして電子デバイスへ

能木雅也

摘要

みなさんは,木材と聞いて何を思い浮かべるでしょうか?森林でしょうか?丸大でしょうか?板でしょうか?これまで私達は，森の樹を切って,丸大や板をつくり木造建築物を作ったり,パルプ繊維にして紙を作ったり,化学的に溶かしてセロハンなどプラスチックを作ったりしてきました。これら材料をサイズで比較すると,丸大や板はメートルレベルの材料であり，パルプ繊維は数十ミクロンレベルの材料であり，化学的に溶かしたセルロース系プラスチックはオングストローム(分子)レベルの材料です。そして，それら材料を歴史で比較すると,丸大や板は人類の誕生から使われています。しかしパルプ繊維(紙)は,有史の頃から麻など植物繊維から作られており,木材からパルプ繊維や紙が製造できるようになったのは19世紀中頃です。そしてセルロース系プラスチックも19世紀中頃にセルロイドが製造され，人類初のプラスチックと言われています。さてセルロースナノファイバーですが,これも木材から製造されます。そのサイズは,その名の通りナノレベルの材料で，その登場は木材からの紙やプラスチックから200年近く遅れ，21世紀でした。木材からミクロンレベルの材料とオングストロームレベルの材料を19世紀に製造していたのに，その中間であるナノレベルの材料を作るのに,何故200年近い時が必要だったのでしょうか?それは,セルロースナノファイバーが木材細胞壁という微細な構造の中で化学的に結合しながら,物理的に絡まりあっていたからです。私達は，木材細胞壁からセルロースナノファイバーを取り出す技術を研究し,そのセルロースナノファイバーをフィルム状に再構築し「透明な紙」を作りました。そして,銀ナノワイヤやカーボンナノチューブといった先端材料を活用し,「電気の流れる透明な紙」や「紙の太陽電池」，「ペーパーメモリ:記憶する紙」など電子デバイスへの応用を行ってきました。また最近は,透明な紙のうえに電子回路を設計し，湿度をセンシングできる「ペーパーセンサ」も開発しました。これらペーパーデバイスは,土中に埋めると1カ月程度で土に還るため，生活を彩る植物や花のようにどこにでも設置できます。すなわち,ペーパーIoTデバイスは,従来のプラスチックを使用したIoTデバイスとは異なり,自然のサイクルと調和した環境モニタリングを実現します。

1.木材細胞壁からセルロースナノファイバー,そして電子デバイスへ

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