今回紹介する見逃し動画配信は、NHKサイエンスZERO「自己治癒コンクリート＆セラミックスでキズが勝手に治る?（2019年9月29日放送）」です。
放送された内容は・・・
● 「自己治癒コンクリート」は、劣化によってできたコンクリートのヒビが独りでに直る?
オランダでは生物・バクテリアと餌を
生分解性プラスチックに閉じ込め
それらをコンクリートに混ぜることで自己修復に成功し
日本の総合コンクリートメーカー
會澤高圧コンクリートが商品化に成功?
● 「自己治癒セラミックス」では
1000℃の状況下でも、セラミックスのキズがわずか1分で埋まる?
飛行機に乗っていたら、エンジンにヒビが!?
そんな一大事も「自己治癒セラミックス」
で作られたエンジンなら、
飛んでいる間に勝手に治り、
安全に着陸できる上、
燃費が向上しCO2が削減される事が期待されています。
そんな自己治癒セラミックスを日本では
物質材料機構が人間の骨折が治るメカニズムをヒントに開発に成功した科学者のユニークなアイデアが紹介されました。
再放送は、10月5日土曜日（午前11時00分～ 午前11時30分）の予定です。
この投稿では
サイエンスZERO[深海真菌]を
・ 途中から観た
・ もう一度観たい
・ 10月5日の再放送まで待てない
という方の為に
「サイエンスZERO」の見逃し動画配信を観る方法とのあらすじ（内容）を紹介します。
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自己治癒コンクリートとは?
オランダでは生物と餌を生分解性プラスチックに閉じ込め
それらをコンクリートに混ぜることで自己修復に成功。
オランダのデルフト工科大学の
2006年の自己治癒素材の
大規模プロジェクトで開発されたのが
自己治癒コンクリートです。
開発したのは土木とは異文化のヘンドリック・ヨンカース海洋生物学准教授です。
海洋微生物が専門で先のプロジェクトで
コンクリートにバクテリアを使う事が可能か?
が議題となり、
バクテリアの中に石灰岩（炭酸カルシウム）
を生成するものがあり、
そのバクテリアがヒビを埋めてくれれば
コンクリートの自己治癒が可能かもしれない
というアイデアから共同開発が開始されました。
好アルカリ性バシラス属というバクテリアが
貝殻や珊瑚の骨格である
炭酸カルシウムを作る事が判明しました。
問題になったのはコンクリートに
バクテリアだけを混ぜても餌がなく直ぐに死滅してしまう事でした。
バクテリアが餌を食べられる環境が必要となりました。
そこで、バクテリアと餌を生分解性プラスチックでコーティングして粒にする事で解決しました。
自己治癒コンクリートのメカニズム
画像出典:會澤高圧コンクリート Basilisk(バジリスク)PDF
※自己治癒コンクリートのメカニズムPDFファイルのダウンロードはコチラ
この粒をコンクリートに混ぜると
バクテリアにとって酸素も無く
極限状態の為、休眠に就きます。
そこにヒビが入ると水と酸素が流れ込みます。
するとバクテリアが目覚餌を食べ始めます。
すると、炭酸カルシウムと炭酸ガスを吐き出します。
その炭酸カルシウムが傷を埋めてしまいます。
すると再び酸素が無くなるのでバクテリアは休眠に移ります。
この状態でバクテリアは200年間生存が可能となります。
こうして自己治癒コンクリートが完成しました。
自己治癒コンクリート「Basilisk(バジリスク)」
北海道むかわ町の
総合コンクリートメーカー
AIZAWA會澤高圧コンクリート鵡川工場
ではオランダのデルフト工科大学と提携し
自己治癒コンクリート
「Basilisk(バジリスク)」の開発に成功しました。
この技術によりコンクリート構造物の
長寿命化と補修費用の低減が期待されています。
当初はコンクリートと粒がムラになり
見た目に問題がありましたが
粒を粉末化する事により通常のコンクリートと差がない見かけに改善されました。
AIZAWAでは水路用のコンクリートでの実用に向けて研究が進んでいます。
コンクリートの強度は強くならず傷を防ぐ事によりコンクリートに埋められた鉄筋を保護する役割があるので結果的にコンクリートの強度を保護する事に繋がります。
繊維補強コンクリート
自己治癒コンクリートとは違った観点で
繊維補強コンクリートが有ります。
実はコンクリート自体にも
自己補修能力はあり
その能力を補う為
ポリプロピレン、ポリビニールコール
などの化学繊維が傷口を糸の様に絡ませコンクリートを補修する技術も研究されてます。
自己治癒が目的では無く、コンクリートの自己補修能力のポテンシャルを上げるのが目的です。
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1分で修復!自己治癒セラミックスとは?
解説したのは長田俊郎主幹研員
– 物質・材料研究機構 (NIMS)-
です。
長田俊郎さんによると
自己治癒セラミックスは、1000℃を1分以内で修復させる事が可能です。
ジェットエンジンのタービンの歯車に適用すると燃費が良くなり、CO2削減効果が期待されています。
セラミックスは金属の3分の1の重さでエンジン自体が軽量化されます。
それだけでなく、長時間の飛行での連続使用に必要が技術でもあります。
自己治癒コンクリートと違い、強度も回復するのが特徴です。
自己治癒セラミックスは
横浜国立大学安藤柱（ことじ）教授
が1995年により研究が進められていました。
しかし当時は1000℃の温度の場合
治癒に1000時間以上を要していました。
そして15年間の研究の結果
1000℃の環境において1分で治癒される仕組みが出来上がりました。
メカニズム
セラミックスはアルミナと炭化ケイ素で構成されています。
顕微鏡で治癒したセラミックスを調査した所
治癒したヒビの中には、どろっと溶けた
二酸化ケイ素が入り込んで治癒している事がわかりました。
このどろっとした現象とメカニズムが
治癒時間の短縮に必要で有ると仮定し治癒時間短縮の研究が始まりました。
セラミックスにヒビが入ると、そこに酸素が流れ込みます。
酸素が炭化ケイ素と反応し、二酸化ケイ素が生成されます。
この時、二酸化ケイ素は固体でドロドロでは有りません。
固体の二酸化ケイ素にアルミナがちょっとだけ混ざると
液体に近い、どろっとしたガラス状に変化する事を突き止めました。
そして、ドロっとなる事で隅々まで傷を二酸化ケイ素が満たし塞ぐシステムが判明しました。
しかしこの時点ではヒビが入っている所は強度が弱くなっています。
その後、このどろっとした二酸化ケイ素が結晶化する事により強度がひびが入る前の状態に回復する所まで判明しました。
どろっとした二酸化ケイ素を生成する為に
アルミナの働きが大きい事が判明したので
治癒の時間短縮にはアルミナと同様の物質で
ガラス転移温度が1000℃の
アルミナよりガラス転移温度が低い物質を
周期表から探しだし、
400℃弱の酸化マンガンを
0.1%から0.2%混ぜると
早い時間でどろっとした
新たなガラスの性質になり
低い温度で傷を埋めやすくなる仮定し研究が始まりました。
この酸化マンガンを0.1%から0.2%
混ぜる事により、
1000時間要していた治癒の時間が
1分という6万倍のスピードで治癒する仕組みが出来上がりました。
自己治癒セラミックスには、炭素ケイ素とアルミナの周囲を網目状のネットワークを包む様に酸化マンガンが添加されています。
この網目状のネットワークは、人間の骨が治る仕組みから時ヒントを得ました。
人間の骨が治る仕組み
人間の骨にヒビが入るとそこに血液が流れ込みま隅々まで満たします。
これはドロッとした二酸化ケイ素がヒビを埋めた状態と同じです。
その後、血液などの物質から仮骨（かこつ）と呼ばれる軟骨の様な物が生成されます。
そして強度を回復させるカギとなるのが
骨細胞のネットワークです。
骨細胞は互いに根を張る様にネットワークを形成しています。
そのネットワークを辿り治癒物質を運びヒビを修復します。
この人間の骨細胞のネットワークを参考にし、
セラミックス内で網目状に酸化マンガンを送る仕組みを開発しました。
ジェットエンジンの歯車にセラミックスを使用すると金属より軽い為、燃費15%効率が向上する為、燃料費に換算すると30兆円分の節約になると試算されています。
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