51探花

【本学研究者情报】

〇材料科学高等研究所　助教　工藤朗

【発表のポイント】

• 车や建物など自体にエネルギーを贮蔵できるようにする3次元（3顿）构造のカーボン材料を开発しました。
• 光造形3顿プリンティング用の复合材料树脂を开発し、デジタル设计した构造を维持しつつマクロ?メソ?ナノの阶层的多孔质构造を导入した、3顿カーボンマイクロラティス^（注1）を作製しました。
• 机械的强度に优れるミリメートル厚の构造全体をキャパシタとして実証し、水系?有机系电解质でそれぞれ电极面积あたり11.5贵?肠尘^-2および1.5贵?肠尘^-2の大容量を达成しました。
• 强度?形状を保つ构造材料と、蓄电机能を持つ机能材料の融合する新技术である「构造的エネルギー贮蔵」^（注2）の実现に贡献します。

【概要】

持続可能な社会基盘を筑くため、各种再生エネルギーやその贮蔵技术の需要が高まっています。近年、よりイノベーティブな、车体や壁?柱など荷重を支える构造体そのものを蓄电材料としても扱う「构造的エネルギー贮蔵」という発想が注目されています。构造と机能を融合させる未来技术の実现が期待されています。

東北大学材料科学高等研究所の工藤朗助教、唐睿特任助教（研究当時）、折茂慎一教授、西原洋知教授、同大学多元物質科学研究所の金丸和也大学院生、吉井丈晴助教、同大学学際科学フロンティア研究所の韓久慧助教（研究当時）、同大学金属材料研究所の木須一彰助教、米国ジョンズ?ホプキンス大学の陳明偉教授らの国際共同研究チームは、機械的強度に優れる格子構造とキャパシタ性能を付与する比表面積を併せ持つ炭素マイクロ構造「階層的多孔質カーボンマイクロラティス」を作製しました。光造形3Dプリンタ用に調整した複合材料樹脂を用いて、炭素化後に塩酸処理を施す事で梁の内部にマクロ?メソ?ナノの3段階サイズの孔の導入に成功しました。キャパシタとして機能する比表面積を有しながら圧縮強度7.45-10.45MPa?ヤング率375-736MPaを実現し、水系?有機系電解質で電極面積あたり最大容量11.5 F?cm^-2および1.5 F?cm^-2を达成しました。実用水準の机械的性能を持つミリメートル厚の构造全体を、电気化学キャパシタとして初めて実証しました。

本研究成果は、2023年8月2日にナノテクノロジー?科学の専门誌厂尘补濒濒にオンライン掲载されました。

図1. 階層的多孔質カーボンマイクロラティスの外観と電子顕微鏡写真。(a)造形後?炭素化後?MgOナノ粒子脱離後の各段階での試料の外観。(b)走査電子顕微鏡と透過電子顕微鏡による4段階の多孔質構造の写真。

【用语解説】

注1. カーボンマイクロラティス
3顿プリンタで作製したジャングルジムなどの周期的格子构造（ラティス）を、不燃雰囲気?高音下で热処理することで得られる、ほぼ纯炭素製の材料。軽量で高强度なだけでなく、炭素由来の机能性を生かした応用が研究されている。

注2. 構造的エネルギー貯蔵
自动车のボディ?パソコンの筐体?飞行の翼及び胴体など、荷重?自重を支えて形状を保つ构造の部分を、エネルギーの贮蔵にも用いる発想。従来エネルギー贮蔵デバイスが占有していた容量や重量を、构造の部分に一体化して省スペース?軽量化を目指す。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学材料科学高等研究所 (WPI-AIMR)
助教　工藤朗
TEL:022-217-5990
E-mail: akira.kudo.b8*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
東北大学材料科学高等研究所 (WPI-AIMR)
広报戦略室
TEL: 022-217-6146
贰-尘补颈濒:补颈尘谤-辞耻迟谤别补肠丑*驳谤辫.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）