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NIMSの研究を知る

展示会でのポスターデータ等

NIMSでは定期的に成果展示を行っています。
以下に代表的な展示会等での最新の発表内容を紹介します。

動画集

NIMSの研究者による研究成果の社会実装を促進するため、その紹介動画を公開しています。
動画についてのご質問等はお問合せフォームよりご連絡ください。

最新研究成果紹介

圧力・振動で発電可能な次世代「液体」材料

中西 尚志(国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 フロンティア分子グループ)

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たたくと電気が起きる圧電材料。モバイル通信素子などでは固体の材料が用いられていますが、NIMSは形を自在に変えられる液体の材料を研究開発中です。ポイントは、分子につけた「枝」。優れた特性の液体材料技術を持つ研究者が、様々な固体素子を液体にかえていく取り組みについて産業界からの提案をお待ちしております。

NIMSWEEK2021 成果講演

電気化学自動実験によるハイスループット材料探索

松田 翔一(エネルギー・環境材料研究拠点 二次電池材料グループ)

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カーボンニュートラルの実現に向けて、エネルギー貯蔵・変換材料に対する社会的ニーズは高い。特に、再生可能エネルギーの大幅導入に向けては、蓄電池や水素関連技術の整備が欠かせない。我々は独自に開発した電気化学自動実験技術を基盤としたハイスループット探索手法を活用し、新規材料の開発を進めている。特に、データ科学的手法と高度に連携することにより、材料発見の高速化が可能となる。本講演では、次世代蓄電池材料開発における成果を中心に、実験自動ロボットを用いた材料探索の実施例を紹介する。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):データ駆動型材料開発[G2]

セラミックスを粉々に!~熱化学破砕法~

大橋 直樹(機能性材料研究拠点 電子セラミックスグループ)

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硬くて、化学的に強いことがセラミックスの長所である。しかしそれが、再原料化や再資源化を難しくしている。そこで、セラミックスを粉々にする技術を実現した。一般にセラミックスは粉体を高温で処理して焼き固めるが、その全く逆で、高温で処理することで、セラミックスを粉々にしてしまう技術を開発した。「焼結」の反対で、「焼解」とも言える現象である。ということで、ここでは「焼解」技術を紹介する。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):機能性材料[B1]

循環型熱硬化性樹脂によるサーキュラーエコノミー戦略

内藤 昌信(統合型材料開発・情報基盤部門 データ駆動高分子設計グループ)

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接着剤や塗料、複合材料をはじめ、身近な構造部材として使われている熱硬化性樹脂の一つであるエポキシ樹脂を、天然由来のペプチド水溶液に浸すだけで分解できるように改良し、再生樹脂を得やすくする、新しい熱硬化性プラスチックの資源循環システムを開発した。本システムにより、炭素繊維をエポキシ樹脂で固めた炭素繊維強化プラスチック(CFRP)の再利用をはじめ、リサイクル問題が顕在化している幅広い産業分野において再生プラスチック利用の促進が期待される。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):機能性材料[B3]

市販樹脂のナノ多孔化技術と多孔体創製

佐光 貞樹(統合型材料開発・情報基盤部門 データ駆動高分子設計グループ)

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ナノ多孔質プラスチック材料は電池のセパレーター・分離膜・医療材料といった先端素材で活用されている。NIMSでは相分離・結晶化現象の学理を探究し、新たな知見に基づく高分子のナノ多孔化技術とナノ多孔体の開発を進めている。本発表では、耐熱性・力学強度に優れた市販のエンジニアリングプラスチックを素材として作製したナノ多孔性微粒子などを紹介する。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):機能性材料[B4]

革新的次世代断熱素材・遮熱技術

ウー ラダー(構造材料研究拠点 超耐熱材料グループ)

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近年、建造物や自動車などの省エネルギー化において、熱管理技術に大きな関心が寄せられている。再生可能エネルギーの導入拡大、水素社会実現の推進に向け、液化水素燃料の輸送または貯蔵の際には-253℃の極低温環境を維持する優れた断熱材による保冷が欠かせない。 水素社会実現のためには水素燃料火力発電に必要な遮熱コーティングの開発も必要である。本研究では、高いパフォーマンスを発揮する次世代断熱材料及び超高温遮熱コーティングの合成、生産、評価に係る開発を行っている。研究成果を社会に普及させるためには優れた性能と経済性の両方を兼ね備える実用化のための技術開発も重要となる。研究成果を広く社会に普及させることを目的としてNIMS認定ベンチャー(株式会社Thermalytica)を設立した。ベンチャーでは、独自の技術で製造された世界最高水準の断熱・遮熱性能をもつエアロゲル素材の製造販売とEB-PVD遮熱コーティング加工サービスを提供する。NIMSとして最先端の断熱材・遮熱コーティング技術の研究開発に取り組むことと、ベンチャーとして研究成果を自ら社会に普及することを両輪として、持続可能な社会の構築に貢献していく。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):機能性材料[B7]

半世紀以上熱電変換の最高性能を誇るBi 2Te 3系に匹敵する新規材料を開発

森 孝雄(国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 熱エネルギー変換材料グループ)

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Mg 3Sb 2系材料にわずかな銅原子を添加することで、2つの熱高性能化効果が発現できることを発見した。それにより、大幅な熱伝導率低減と電荷移動度向上を両立させることに成功した。当該材料を使用した熱電モジュールは、室温と320℃の温度差において、半世紀以上に亘り最高性能の記録を保持し続けているBi 2Te 3系材料に匹敵する熱電変換効率7.3%を実現した。この技術は、材料性能から見積もられる理論効率は約11%とさらなる高効率化も見込まれ、希少元素であるTeをほぼ含まないことから、IoTセンサーの自立電源やモバイル発電機など幅広い分野での応用が期待される。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):機能性材料[J2]

蒸汗センサ

川喜多 仁(機能性材料研究拠点 電気化学センサグループ)

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夏場の熱中症や冬場の脱水症の罹患と救急搬送が増加しており、熱中症や脱水症を初期・早期に検知する方法が求められている。その一つとして、汗の計測が検討されているが、従来技術には応答時間、精度、繰り返し利用といった課題がある。そこで、NIMSオリジナルの微小水分に対する高速応答性能を活用するとともに、IoT計測システムを用いたリモートモニタリングに対応した蒸汗センサを開発し、センサ応答と体水分変化率との相関付けを行うことで、熱中症リスクの判定技術への展開を進めている。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):センサ[C1]

マイルドな電極電位でバイオフィルムを不活化する技術

岡本 章玄(国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 電気化学ナノバイオテクノロジーグループ)

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バイオフィルムとは材料表面につくヌルッとした細菌の集合体のことで、薬剤を使って洗浄しても取りきれない。細菌感染が広がる原因となることも多く、パンデミックや医療費の問題からも今後ますます新しい殺菌技術の重要性は高まると考えられる。そこで本研究では、細菌の活動を維持するために不可欠な代謝を微弱な電気刺激によって阻害するという新しい殺菌アプローチの原理検証を行なった。抗生物質並みの効果が得られており、今後技術としてどう実装していくか、実際のサンプルへの効果などをさらに検証していく必要がある。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):バイオ・医療[A1]

ダイヤモンド高移動度トランジスタ

山口 尚秀(国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 表面量子相物質グループ)

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ワイドギャップ半導体としてSiCやGaNを凌駕する特性をもつダイヤモンド。その優れた特性を活かした電力変換や高周波増幅への応用が期待される。私たちは六方晶窒化ホウ素(h-BN)という材料と組み合わせてダイヤモンド電界効果トランジスタを作ることで、省電力・高速動作にとって重要な指標である移動度を大きく向上させた。移動度が十分に高いトランジスタでしか見られない量子振動という現象の観測にも成功した。さらに、理論解析によって移動度の制限要因をつきとめ、より優れた性能をしめすダイヤモンドトランジスタの開発に取り組んでいる。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):電子デバイス材料・磁性材料[D2]

被覆によるMg合金の耐食性制御 -生体材料から構造材料-

廣本 祥子(構造材料研究拠点 耐食材料グループ)

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軽量構造材料や生体内溶解性金属材料として注目されているMg合金の課題である低耐食性の改善や急激な初期腐食の抑制のための耐食性被膜を開発している。近年開発が盛んに行われている高強度―高延性のMg合金には、必ずしもAlのような耐食性に寄与する元素が含まれているわけではない。合金組成に依存せず作製でき、高耐食性を発揮する被膜として、電気泳動法による層状複水酸化物被膜の開発を行っている。また、生体用Mg合金の初期腐食抑制のために、生体内で安定な水酸アパタイト被膜と破骨細胞に吸収され骨と置換する炭酸アパタイト被膜の開発も行っている。骨置換する被膜は世界初である。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):構造材料[H1]

大規模第一原理計算プログラムCONQUESTの開発と公開

宮崎 剛(国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 量子物性シミュレーション)

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第一原理計算は、実験結果に依存せずに原子・電子の振る舞いを量子力学にもとづいて計算する信頼性の高い手法であるが、計算量が膨大であり、計算できる系のサイズに限界があった。この問題を克服するために我々は、100万原子を含む大規模系に対しても第一原理計算を可能とするプログラムCONQUESTを開発した。プログラムは最近オープンソースライセンスで公開され、一般の研究者が無償で使えるようになった。本発表では、CONQUESTによってどのような研究が可能となったのかを紹介する。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):計算科学[F2]

リチウム空気電池の高出力化

野村 晃敬(エネルギー・環境材料研究拠点 二次電池材料グループ)

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最も高いエネルギー密度をもつリチウム空気電池。現在主流のリチウムイオン電池よりも圧倒的に小型軽量で高容量な蓄電池開発が期待されている。我々はリチウム空気電池向け電池材料の開発とセル(スタック)設計を同時に進めてきた。空気(酸素)を取り込む多孔性正極の空孔構造を調節することで、従来課題となっていたリチウム空気電池の低い出力性能を改善し、高い電流密度でリチウムイオン電池を凌駕する放電容量が得られるようになった。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):電池材料[I2]

NIMSWEEK2020 成果講演

IoTセンサ用独立電源等へ向けた革新的な熱電変換技術の開発

森 孝雄(国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 熱エネルギー変換材料グループ)

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我々のグループでは、熱電高性能化の新原理発掘などにより、熱電発電の200年来の実用化の夢へ挑戦を進めており、一兆個と言われるIoTセンサー・デバイスの自立電源を供給する 新規産業の創出を目指している。具体的には、電子物性および熱物性における熱電的性質の従来のトレードオフを凌駕するような、ナノ構造制御や、磁性の活用による熱電効果の増強を見出し、高性能磁性半導体熱電材料という新領域を開拓してきた。共同研究により関連材料を薄膜化することで、従来のチャンピオン材料ビスマステルライドの10倍の出力因子という前人未到の超高性能も見出された。また、産業・大量生産に合致したプロセスによる発電モジュールの開発も進めている。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):熱電材料[K6]

磁性体を用いたフレキシブル・低熱抵抗 熱流センサーの開発

桜庭 裕弥(磁性・スピントロニクス材料研究拠点 磁性材料グループ)

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熱流センサーは、熱の流れる"方向"と"大きさ"を高速に検知できることから、温度計よりも高速な熱検知と高効率な熱制御を可能にするデバイスとして期待される。現行のゼーベック効果型熱流センサーは、感度こそ高いものの、センサー単価が高く、フレキシビリティーが低い、センサー自体の熱抵抗が大きいという重大な課題が解決されず、社会に幅広く利用される汎用的なセンサーにはなっていない。一方、磁性体において発現する異常ネルンスト効果を利用すると、これらの課題が一気に解決できる可能性がある。本発表では、異常ネルンスト熱流センサー実現のための材料開発並びにNIMSにおいて試作した熱流センサーの性能について紹介する。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):センサ[C4]

革新的次世代断熱素材・遮熱技術

ウー ラダー(構造材料研究拠点 超耐熱材料グループ)

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近年、建造物の省エネルギー化において、温度管理技術に大きな関心が寄せられているところである。再生可能エネルギーの大量導入のためには、発電コストの大幅な低減、低コストかつ大規模な電力貯蔵技術等が必要になる。スマートグリッドの実現には、エネルギー貯蔵システムを介在していかにエネルギーを効率的に収集・分配・ 利用する技術を実現するかが重要である。本研究では、高いパフォーマンスを発揮する断熱エアロゲルコーティング材料の製作、評価に係る開発を行っている。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):耐熱・断熱材料[I1]

撥水性・断熱性を有する柔軟シリコーン複合多孔体

早瀬 元(国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 独立研究者)

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有機ケイ素アルコキシドを出発原料としたゾル―ゲル反応により柔軟なモノリス型多孔体が得られる。ナノファイバー等と複合化することで、軽量ながらもハンドリング性や機械加工性が向上した材料となる。これらは撥液性や断熱性といった特徴的な物性を示すため、単純な合成プロセスとあわせてさまざまな応用が期待できる。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):耐熱・断熱材料[I3]

炭素リサイクルのためのメタン・二酸化炭素転換触媒

阿部 英樹(エネルギー・環境材料研究拠点 独立研究者)

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温室効果ガス大気中濃度の上昇とシェールガスなど非在来型天然ガス資源の資源拡大を前に、メタン(CH4)と二酸化炭素(CO2)から水素(H2)や一酸化炭素(CO)などの高付加価値製品原料を製造する低環境負荷・高効率・長寿命の開発と社会実装が急務。本研究では、持続可能な社会に向けた低CO2排出型の新しい触媒材料について紹介する。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):機能性材料[B7]

環境制御型時間分解 水素透過測定装置

板倉 明子(先端材料解析研究拠点 表界面物理計測グループ)

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我々は非破壊・非汚染で水素の存在位置を特定できるオペランド水素顕微鏡を開発した。薄板形状の試料背面から水素を供給しながら表面水素分布の時間依存性を計測することで、試料の局所的な水素拡散係数や水素透過量を算出した。また局所構造と対応させることで、水素拡散に対して特異的な構造を抽出することができた。試料温度や、背面の供給ガス種を変えること、金属表面の被膜の計測を行うことも可能である。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):先端計測[E3]

軽量かつスマートな構造材料のための低温大気圧接合技術

重藤 暁津(構造材料研究拠点 表面・接着科学グループ)

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有機無機ハイブリッド軽量構造材料に電子基板群を内包させ、電子システムの高信頼性と、移動体IoTにおける信号伝送の高度化を達成することができるスマート構造材料の提案と、それを実現するための低温大気圧・高信頼性異種材料接合技術を解説する。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):材料プロセッシング[H2]

バイオベース高機能抗菌材料

内藤 昌信(統合型材料開発・情報基盤部門 データ駆動高分子設計グループ)

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COVID-19のパンデミックにより、世界中で抗菌に対する意識が高まっている。抗菌コーティング剤など材料に求められる要求性能も大きく変化している。一方、無機ナノ粒子(銀など)や有機系抗生物質は安全面から使用禁止の動向にあることから、その代替材料の開発が急務となっている。そのような社会要請の中、我々は安価で高性能な生物資源として、芳香族バイオマスに注目した。中でも、抗菌・抗酸化性などポリフェノールの優れた機能を損なわず変性・加工するコア技術を確立することで、様々な樹脂・塗料・界面活性剤・接着剤等に応用展開した成果について発表する。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):機能性材料[B5]

高感度なバイオ分子検出メタ表面センサー

岩長 祐伸(機能性材料研究拠点 プラズモニクスグループ)

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蛍光増強効果に特に優れるメタ表面をバイオセンサーに応用し、バイオ分子の検出を進めている。巨大タンパク質分子(抗原・抗体など)から核酸分子(DNA, RNA)まで広範な対象を定量的、高精度かつ高スループットな検出が可能であることを見出した。夾雑分子耐性が良く、再現性にも優れるため、実用に資する新規バイオセンサーである。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):センサ[C1]

緻密透明セラミックスの合成と光学応用

金 炳男(機能性材料研究拠点 外場制御焼結グループ)

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通電加圧焼結法の駆使により、組織を微細に維持したまま緻密に焼結する技術を開発し、従来透明化が困難であった異方性セラミックス(アルミナ、アパタイトなど)の透明化および力学特性の向上を行った。一例で、非立方晶系レーザーセラミックスの開発が挙げられる。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):機能性材料[B6]

自動計算で広大なデータ空間を作り未知の材料発見に挑む

木野 日織(統合型材料開発・情報基盤部門 デバイス材料設計グループ)

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規則結晶構造の膨大な第一原理計算データベースは存在するが、物性特性まで評価された領域は非常に少なく、またその領域も狭い範囲にとどまっている。また合金のデータベースはほぼ存在しない。我々は合金系に適用するための自動第一原理計算探索システムの構築を行い、四元等比ハイエントロピー合金のBCC構造、FCCの構造それぞれ約7万件の磁化、磁気転移温度(TC)、残留電気抵抗率(R)の網羅計算を行った。理論的な自動物性量評価を可能とすることで、幅広い物質空間上の回帰・探索が可能となる。この成果がハイスループット合成・評価につながり、新材料の効率的な発見に寄与することが期待される。

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):データ駆動型材料開発[F7]

英語プログラム(日本語翻訳なし)

アクティブラーニングを用いた高速新材料探索

Guillaume LAMBARD(統合型材料開発・情報基盤部門 エネルギー材料設計グループ)

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For accelerating the design of functional materials (small molecules, polymers, alloys, etc.) and the optimization of their processing conditions, as well as triggering the discovery of unexpected materials and therefore growing the knowledge in materials science, curated small datasets joined to the active learning principles are all you need.

ポスター発表情報(カテゴリ[番号]):データ駆動型材料開発[F10]

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