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KAIST、イガイの接着高分子を利用して高性能のグラフェン繊維を開発

ポリドーパミンを利用、ウェアラブル装置への応用に期待


大徳所在のKAIST(シン・ソンチョル総長)は新素材工学科のキム・サンウク教授研究チームが黒鉛系グラフェンを利用して優れた物性をもつ新たな概念の炭素繊維を開発したと10月17日に発表した。

この炭素繊維はムール貝などイガイ科の貝が作り出す接着タンパク質として知られているポリドーパミン(poly-dopamine)を利用してグラフェン層間の接着力を高め高強度、高伝導度をもつ。織物の形態のさまざまなウェアラブル装置用の素材としての活用が期待される。

従来の工程では繊維形成の過程でグラフェン層が折れ曲がるなどして隙間が発生するという問題点があった。このような構造的欠陥は炭素繊維の機械的物性と電気伝導性を低下させる原因となる。

研究チームはこうした問題を解決するために高分子ドーパミンの接着性に注目し、これを利用してグラフェン層間の接着力を高めて構造的欠陥を克服した高強度の炭素繊維を製造した。次いでポリドーパミンの炭化過程を通じて電気伝導度が向上した繊維を製造することに成功した。

研究チームはドーパミンに熱処理を施すとグラフェンと類似した構造をもつようになるという理論をもとにグラフェン液晶上にドーパミンの高分子化条件を最適化し、これを繊維化して既存のグラフェン繊維の本質的な欠陥制御の問題を解決した。

実験の結果、ドーパミンの構造変換で既存の高分子の根本的な限界であった伝導度の面で影響を受けることがなく、ドーパミン分子に存在する窒素の影響で電気伝導度の面で物性が向上することが確認された。

キム・サンウク教授は「グラフェン液晶を利用した炭素繊維はその技術的潜在性にもかかわらず構造的な限界を克服する必要があった。本技術は今後複合繊維の製造とさまざまなウェアラブル織物基盤の応用素子に活用できると思う」と話している。

研究結果は材料科学分野の国際学術誌『Advanced Materials』に10月4日付で掲載された。






[2018-10-22]

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