GSアライアンスがセルロースナノファイバーから天然100％のサスティナブルな環境に優しい量子ドットを合成

2024.08.21 10:30

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GSアライアンス株式会社(代表取締役：森良平、本社：兵庫県川西市)は、同社で作っているセルロースナノファイバー、リグノセルロースナノファイバーなどを原料に、量子ドットを合成しました。

ナノファイバー化されたバイオマス材料から合成した100％天然成分の量子ドット

■量子ドットについて

量子ドット(Quantum Dot)とは、量子化学、量子力学の法則に従う光学特性を持つナノスケールの超微細構造を有する最先端材料で、2023年のノーベル化学賞の対象にもなった材料です。量子ドットの大きさは通常0.5 - 9nmの直径という極端に小さい構造体で、1個あたりの原子、分子数は数十～数千個といわれており、人工原子、人口分子とも言われています。量子ドットの材料が半導体の場合は、ナノ結晶のサイズによってバンドギャップを調節することが可能であるため、粒径に依存した特徴的な発光特性を持ちます。よって粒子径サイズを変化させることにより発光波長が調整可能で、固体の蛍光体と比較してスペクトルの半値幅が狭く、量子効率も高いという特徴を持ち、かつ、幅広い波長を吸収することも可能です。

■期待される様々な用途

量子ドットの発色は明るく、鮮やかに広範囲の波長の光が発光可能なうえに、高効率、長寿命、高い減衰係数を有するために、以下に示すように様々な用途で応用が期待されています。

1. 太陽電池

2. ディスプレイ

3. 生体イメージング、バイオマーカー、医療画像装置(がん細胞のイメージング、たんぱく質の分析、細胞の追跡など)

4. 量子コンピューター

5. セキュリティタグ、セキュリティインク、偽造防止

6. 量子ドットレーザー

7. トランジスタ

8. フォトニック結晶

9. LED

10. 高密度固体メモリー

11. 熱電材料

12. 人工光合成

■GSアライアンス株式会社の取り組みについて

GSアライアンス株式会社は、これまでに種々の量子ドット、量子ドット複合材料を合成販売しており、特に、近年は、無機半導体ではなく、有機物やバイオマス材料、バイオマス系廃棄物を原料とした炭素量子ドットの合成にも注力しています。カドミウムや鉛などの毒性のある無機物も使用せず、有機物、天然材料、場合によっては、バイオマス系廃棄物などを原料とするので、毒性もなく、安価になりえます。

GSアライアンス株式会社の森良平博士(工学)は、この度、セルロースや廃木材などを原料に、セルロースナノファイバーやリグノセルロースナノファイバーを作成し、それをさらに原料にして、炭素系量子ドットを合成しました。有機物から量子ドットを合成することは既知ですが、ナノファイバー化して、それを原料にして量子ドットを合成した例は、民間企業では世界でもあまり例がありません。セルロースをそのまま原料として用いるより、ナノファイバー化することにより、より効率良く量子ドットを合成できるメリットもあります。

人口爆発による気候変動、地球温暖化、食糧問題が深刻になりつつある近年の状況の中、同社としては、このセルロースナノファイバー、廃木材から作るリグノセルロースナノファイバー由来の量子ドットを、特に農業に応用することを考えています。

セルロース、廃木材、バイオマス系廃棄物などの原料に依存して、抗菌性を有する場合もあり、場合によっては、農薬などにも応用できないかも今後検討していく予定です。また、森良平博士(工学)は、以前、既に、量子ドット型肥料を開発していますが、今回開発したセルロースナノファイバー由来の量子ドットも原料を一部修正、追加することにより肥料になる可能性もあり、量子ドット型肥料へも応用していきます。また、炭素量子ドットが植物の光合成を促進するような研究報告もあり、これらの例のように、特に農業への応用に注力する予定です。

セルロース、廃木材、バイオマス廃棄物、農業廃棄物などの植物、食物素材を原料にナノファイバ―化して、さらにそれを原料に量子ドットを合成し、農業へ機能性材料として応用する、持続可能な開発目標(SDGs)にかなったサスティナブルで、天然100％成分の、環境に優しい量子ドットです。