原研ら,放射光と中性子線で漆のナノ構造を解明

日本原子力研究開発機構と明治大学は,物質を透過する力に優れかつ内部の極微量な成分を検出することが可能な放射光と中性子線を利用して,黒漆内部の鉄イオンや特殊なナノ構造を観ることに初めて成功した(ニュースリリース)。

近年,漆を利用した新たな材料開発が注目されている。生漆に微量の鉄を加えると,非常に美しい漆黒が作り出されることが古くから知られている。しかし漆の構造や反応はほとんど解明されておらず,何故黒色になるかは現代でも明らかにされていない。

研究グループは,生漆膜と0.3%の鉄を含む黒漆膜に対して,非破壊で透過性の高い放射光,X線,中性子線をあて,それぞれの量子ビームの特徴を活用して多角的に構造を観察した。

まず黒漆膜に含まれるごく微量の鉄の化学状態を明らかにするために,SPring-8に設置されているビームラインで測定を行なった。なお,測定にはX線吸収端近傍構造(XANES法)及び広域X線吸収微細構造(EXAFS法)を用いた。

X線を鉄イオンに当てて吸収の様子を測定することで,それぞれ鉄の価数及び鉄近傍の構造の測定を観察できる。これらの方法により,漆膜中に微量に含まれる鉄イオンの状態を捉えることに成功した。

黒漆中の鉄イオンのXANES及びEXAFS測定の結果,漆内の鉄イオンが全て3価であることが分かった。また,EXAFS法で得られたグラフを解析することにより,鉄原子とウルシオールが化合物を形成していることが観測できた。

また生漆膜と黒漆膜のナノ構造の違いを調べるために,中性子小角散乱(SANS)法とX線小角散乱(SAXS)法を用いた。当初,生漆膜と黒漆膜のナノ構造はほぼ同様の組成と予想されたが,生漆膜は中性子よりもX線を非常に強く散乱した。

生漆膜と黒漆膜から散乱されたX線および中性子線の強度比を計算した結果,生漆膜と黒漆膜に含まれるナノ構造の組成が全く異なることが初めて示された。

それぞれの膜でどのような成分がナノ構造を形成しているかを理論値をもとに計算した結果,生漆膜ではウルシオールのアルキル鎖が配列していることが分かった。一方で,黒漆膜では鉄イオンまたはウルシオールのベンゼン環の部位が配列していることが示唆された。

これらの結果より,生漆に鉄イオンが添加されると,ウルシオールのベンゼン環の部分が活性化され,そこの部分で反応が進む。このような反応により, ベンゼン環部位が連なっていくことで可視光が吸収されやすくなり,黒色になると考えられた。

研究グループは,今後,この手法を基に今まで知られていない黒漆発祥の歴史を解明できる可能性があるとしている。

その他関連ニュース

  • NIFSら,ナノ秒紫外レーザーでPVにナノ構造を形成 2024年07月11日
  • 東北大ら,放射光で原子運動をナノ秒精度で測定 2024年06月18日
  • 阪大ら,X線回折法でGaN結晶中の3次元歪み場を検出 2024年06月13日
  • FBRIら,X線照射を造血幹細胞の再生医療に応用 2024年06月11日
  • 東北大ら,金属酸化物微粒子の精密合成手法を開発 2024年06月04日
  • 東大ら,高精細・高感度なX線イメージセンサを作製 2024年05月13日
  • 【解説】究極のX線観察を実現,原子レベルで形状可変なミラーとは 2024年05月09日
  • 東北大ら,X線タイコグラフィの空間分解能を向上 2024年05月09日