2025年 | プレスリリース・研究成果

【本学研究者情報】

〇多元物質科学研究所　
教授　陣内浩司
研究室ウェブサイト

〇大学院理学研究科　
教授　川勝年洋
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• 充填材を含むゴム^（注1）では伸長結晶化^（注2）により自己補強^（注3）されて硬く切れにくくなる現象が知られています。この仕組みは100年の間解明されていませんでしたが、今回、最先端の透過型電子顕微鏡法^（注4）を用いたナノ
  メートルスケール^（注5）観察により明らかにしました。
• 今回の研究成果は、低燃費かつ長寿命なゴムタイヤの設計指針となり、低炭素・省資源社会の実現に貢献すると期待されます。

【概要】

ゴム材料は自動車用タイヤをはじめ様々な製品に使用される基幹材料であり、その耐久性向上に基づくゴム製品の長寿命化や省資源化が求められています。多くのゴム材料は、大きく変形させるとその内部でゴムの分子鎖が引き伸ばされて整列する伸長結晶化が起こり、硬く切れにくくなります。このゴム材料の自己補強特性は耐久性に優れた材料の設計に不可欠な要素です。しかし、伸長結晶化はナノメートルスケールの現象であり直接観察が困難であることから、材料の補強につながる仕組みについては詳しくわかっていませんでした。

東北大学 多元物質科学研究所の陣内浩司教授、宮田智衆准教授、渡邉大介大学院生（研究当時、同大学 大学院工学研究科）、狩野見秀輔助教、陳楷研究員、同大学 大学院理学研究科の川勝年洋教授、住友ゴム工業(株)らの研究グループは、2つの最先端電子顕微鏡技術を複合的に用いることで伸長結晶の分布を可視化し、伸長結晶化によるゴム材料の自己補強メカニズムを解明することに初めて成功しました。本研究は、ゴム材料の耐久性向上のための指針を与え、持続可能な社会の実現に貢献すると期待されます。

本研究成果は、2025年9月2日（英国時間）に、科学誌 Nature Communications に公開されました。

【用語解説】

注1．ゴム：天然ゴムや合成ゴムなど、大変形可能であり伸縮性に優れた高分子材料の総称。長い鎖状の分子（分子鎖）が網目状につながった構造により、引っ張ると伸び、力を取り除くと元に戻る性質を持ちます。輪ゴムなどの日用品から自動車用タイヤまで幅広い用途に使用されています。

注2. 結晶化：無秩序に配列していた原子や分子が規則正しく整列し、秩序だった構造（結晶）を形成する現象です。ゴムの場合、伸長により分子鎖が引き伸ばされ整列することで結晶が形成される「伸長結晶化」が起こります。

注3. 自己補強：外部から補強材を加えなくても、材料自体の特性により強度が向上する現象です。ゴムでは伸長結晶化により分子鎖が自発的に整列し、材料強度が増すことを指します。

注4. 透過型電子顕微鏡法：光学顕微鏡法で利用される光の代わりに電子を用いることで、非常に高い倍率で試料を観察することができる顕微鏡法です。試料を透過してきた電子の強度を記録することで、像観察や化学状態の解析が行えます。

注5. ナノメートルスケール：10億分の1メートル（1ナノメートル）のオーダーの大きさを指す尺度です。原子や分子レベルに近い大きさの構造を表現する際に用いられ、通常の光学顕微鏡では観察できない微小な世界を表します。

【論文情報】

タイトル：Self-reinforcement in filled rubber via strain-induced crystallisation
著者： Tomohiro Miyata, Daisuke Watanabe, Shusuke Kanomi, Kai Chen, Wakana Miyoshi, Tatsuya Kikuchi, Takehiro Kitaura, Toshihiro Kawakatsu, and Hiroshi Jinnai*
*責任著者：東北大学多元物質科学研究所 教授 陣内浩司
掲載誌：Nature Communications
DOI：10.1038/s41467-025-63283-8

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学多元物質科学研究所
教授　陣内 浩司（じんない ひろし）
TEL: 022-217-5329
Email: hiroshi.jinnai.d4*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学多元物質科学研究所 広報情報室
TEL: 022-217-5198
Email: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）