東北大学　研究シーズ集

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か 行
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く

〈グラフェン〉

テラヘルツ帯新材料・新原理半導体デバイスの創出とそのICT応用

 
 
 
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特徴・独自性
  • 光波と電波の融合域：テラヘルツ波帯での室温動作が可能な集積型電子デバイスおよび回路システムの創出に関する以下の研究開発を行っています。
  • 1. 半導体二次元プラズモン共鳴を利用した集積型テラヘルツ機能デバイス・回路の開発
  • 2. 新原理グラフェン・テラヘルツレーザートランジスタの開発
  • 3. グラフェンプラズモンを利用した室温テラヘルツ増幅・検出素子とそれらのBeyond 5G高速テラヘルツ無線通信応用
実用化イメージ

これら世界最先端の超ブロードバンドデバイス・回路技術は、次世代 6G, 7G 超高速無線通信や安心・安全のための新たなイメージング・分光計測システムのキーデバイスとして期待されています。

研究者

電気通信研究所 情報通信基盤研究部門 超ブロードバンド信号処理研究室

尾辻 泰一  

Taiichi Otsuji

液体流動を利用した新たなエネルギー変換

 
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特徴・独自性
  • ２次元材料であるグラフェンの上を１滴の水が滑り落ちる、または連続した流水が流れるときグラフェンに起電力が生じる現象があり、これまでの研究によって発生する起電力が流速と水が接触する界面の面積に比例することがわかっています。この現象を利用してエネルギー、環境分野へ展開する研究を行っています。液体の流動から機械的な変換を経ずに電気エネルギーを得ることができる独創的な研究です。
実用化イメージ

従来とは異なるエネルギー変換機構と基にしており、新たなエネルギーハーベスティング技術となる可能性があります。また従来の発電技術とは相補的な関係となるため、環境資源の有効活用に適した研究です。

研究者

大学院工学研究科 電子工学専攻 物性工学講座（固体電子工学分野）

岡田 健  

Takeru Okada

〈クリーニング・洗浄〉

超臨界二酸化炭素による洗浄ならびにクリーニング

概要

高圧のCO2の浸透力と溶解力ならびに高膨張性を利用した、本質的なドライクリーニング、洗浄・再生技術

従来技術との比較

本質的なドライ・乾式の洗浄で、ナノ空間への浸透性も高い。また無酸素状態での洗浄か可能。

特徴・独自性
  • 超臨界状態のCO2を溶媒とした洗浄プロセス、液体溶媒を利用しない本質的なドライクリーニングである。液体を用いないことから乾燥工程が不要で、毛管応力による構造体の収縮も抑制できる。微細構造物の洗浄・再生が可能で、高性能フィルターの再生技術は、一部実用化されている。
実用化イメージ

精密機器。フィルターを利用する空調機器機械メーカー。洗浄の逆プロセスでは染色も可能になる。文化財の保存にも利用可能。

研究者

未来科学技術共同研究センター 開発研究部 超臨界ナノ材料技術の社会実装

猪股 宏  

Hiroshi Inomata

〈クリープ寿命〉

粒界工学による粒界劣化現象抑制に基づく高特性材料の開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • オーステナイト系ステンレス鋼やニッケル合金は粒界劣化現象が永年の大きな問題である。当グループの開発した粒界工学制御プロセスは、通常ステンレス鋼の粒界腐食（図１、2）、溶接部腐食、応力腐食割れ、液体金属脆化、放射線損傷などに対する抵抗性を著しく向上させるとともに、高温クリープ破断寿命を顕著に延長（図3）させるなど、粒界劣化現象抑制による著しい特性改善を実現した。
実用化イメージ

この粒界工学制御技術により、金属材料の耐食性や高温寿命の向上が期待できることから、電力・化学プラント配管、高温高圧容器、食品加工機器などの製造業への適用が想定される。

研究者

大学院工学研究科

佐藤 裕  

Yutaka Sato

〈グリーン〉

Mg2Sn系として過去最高のzT>0.8を実現

概要

高熱電効率なMg2Sn系熱電材料
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken/T20-641.pdf

従来技術との比較

開発したMg2Sn単結晶は、多結晶よりも電気伝導率が高いだけでなく熱伝導率が低い点で優れている。

特徴・独自性
  • 開発したMg2Sn単結晶において熱電性能を飛躍的に向上し、従来報告されていた多結晶の性能を超えた。
実用化イメージ

未利用排熱を用いて発電することにより、省エネルギー化と地球温暖化ガスの排出抑制につながる。

研究者

大学院工学研究科 応用物理学専攻 応用材料物理学講座（機能結晶学分野）

林 慶  

Kei Hayashi

CFDに基づく将来の温熱風環境の予測・評価と、将来気候に適応可能な都市環境計画

 
 
 
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特徴・独自性
  • 都市屋外の温湿度、風、汚染質濃度といった物理環境の数値シミュレーションによる予測や環境形成要因の解明や実測調査による実態把握を行う。また、国・地域スケール、街区スケール、建物スケールの地球温暖化が進行した将来の屋外環境予測・熱中症評価を行う。
    さらに、平常時の夏の暑さや、稀に発生する台風や洪水に強い都市に対する形態(建物形状や配置、街路樹等)の影響を定量化する。
実用化イメージ

数値解析により、設計建物や街区計画、各種暑さ対策技術の導入が、地域の温熱環境や、風の道形成に与える「功罪」、さらには台風等災害発生時における悪影響を定量評価し、導入可否判断材料を提供する。

研究者

大学院工学研究科 都市・建築学専攻 サステナブル空間構成学講座（講座共通）

石田 泰之  

Yasuyuki Ishida

〈グリーンインフラ〉

津波被災エリアにおける土地利用管理と住民の居住地移動に関する研究

 
 
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特徴・独自性
  • 東日本大震災による津波被災エリアを対象に、復興事業が空間変容や住民の居住地移動に及ぼした影響や、住民の満足度等を明らかにしてた。建築・都市計画・ランドスケープの境界領域において、社会学や地域コミュニティの視点を加えた参与観察などの質的調査と、現地で得られたデータを用いた量的調査を組み合わせた研究を行なっている。 人と自然のよりよい関係性を探求し、持続可能なまちづくりへつなげる方法を提案したい。
実用化イメージ

被災後の土地利用についての実践経験や、住民を交えたワークショップの経験がある。今後被災が想定されているエリアにおける事前復興の取り組み等において知見を活かすことができると考えられる。

研究者

大学院工学研究科 都市・建築学専攻 都市・建築計画学講座（講座共通）

荒木 笙子  

Shoko Araki

〈グリーンプロセス〉

ヒトの五感に訴える新製品・新分野を開発－亜臨界溶媒分離法における実験と理論の開発―

 
 
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概要

超臨界／亜臨界抽出分離技術とは、水や二酸化炭素等の物質を高圧・高温にした際に、それらが液体と気体の両方の性質を併せ持った流体（超臨界/亜臨界流体）となることを利用し、その流体を用いてこれまで分けられなかった様々な物質を抽出分離できる技術です。特に亜臨界抽出では、より温和な条件での抽出分離を実現しています。有機溶剤を使用しないグリーンな抽出分離プロセスや装置、理論の研究開発を行っています。

従来技術との比較

開発した亜臨界溶媒分離法は，在来型の蒸留・抽出・分離等の化学工学プロセスとは異なり，大幅なスケールダウンを実現できることがメリットです。

特徴・独自性
  • 水，エタノール，二酸化炭素等の環境溶媒のみを製造工程に用いることができる
  • SDGsの推進
  • 日本発の医薬食品・飲料・化粧品・化成品等の製造工程のグリーンイノベーション
  • これまでに分離できなかった、利用できていなかった有用成分の利活用
実用化イメージ

低極性・高極性化合物や沸点の異なる化学物質の分離に長けています．クロマト法の精密性には及びませんが，物質群としての分離・分画操作には向いています．医薬食品・飲料・化粧品・化成品等の分野に応用できます。

研究者

大学院工学研究科 附属超臨界溶媒工学研究センター 溶媒要素技術部

大田 昌樹  

OTA Masaki

〈グリッパ〉

さまざまな凹凸形状をつかめるピン配列型把持機構

 
 
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概要

対象物の形状が未知の複雑な凹凸形状であっても把持可能で、形状の推定も可能な、簡単な機構のグリッパを開発した。グリッパは、行列に配列した複数のピンと、ピン先端に爪を持つ。このグリッパは、駆動により複数箇所で強固に対象物を把持することができる。

従来技術との比較

本技術では未知の形状も含むどのような形状の対象物に対しても接触可能であり、接触後、複数のピン先を動作させて対象物を強固に把持できる。さらに、形状計測も同時に可能である。

特徴・独自性
  • 対象物が凸形状でも凹形状でも同じ動作原理でピン配列を動作させて接触把持するため、必要なアクチュエータ数は１つだけである
  • ピン配列を水平方向に動作させた際にピンの動きがロックされ、より安定した把持を実現する
  • 対象物に接触させた時のピンの移動量を計測することで、対象物の３次元形状計測も可能である
  • ピン先にゴム製素材を用いる等することで、柔らかい不定形状も把持可能と考えられる
実用化イメージ

搬送システム、産業用機械、不整地移動ロボティクス、土木建設機械、農業用機械などで有効なグリッパ機構を探している企業に有効です。量産・高品質化を目指した改良、実現場への応用を協働する相手を求めています。

研究者

大学院工学研究科 航空宇宙工学専攻 宇宙システム講座（宇宙探査工学分野）

宇野 健太朗  

Kentaro Uno

け

〈ゲート絶縁膜〉

newカルコゲナイド系材料のエレクトロニクス応用

概要

現代社会が情報化社会と呼ばれて久しいですが、昨今大量のデータ処理や演算の需要が高まり、消費電力も指数関数的に増加しています。これまではSiが半導体デバイスの中心でしたが、これ以上の高性能化や低消費電力化には限界が見え始めつつあります。そこで、カルコゲナイドと呼ばれる周期表の第16族元素を含んだ全く新しい材料によって、既存のSi半導体を凌駕する電子デバイスの実現を目指して研究を行なっています。

従来技術との比較

カルコゲナイド材料薄膜は、量産化とも相性の良いスパッタリング法にて作製しています。これにより、材料の基礎研究と実用化との障壁を大きく下げることができます。また、従来全く検討されてこなかった材料の組み合わせや、自然界には存在しない準安定な薄膜材料の創製など、これまでにない手法での材料技術の高度化を目指しています。さらに、放射光実験や第一原理計算も取り込みながら、材料の理解も同時に進めています。

特徴・独自性
  • 新規カルコゲナイド材料による電子デバイスの高機能・低消費電力化
  • 実用化を見据えた新規電子材料設計・開発
  • 放射光や理論計算による電子状態の解明
実用化イメージ

半導体は、デバイスメーカーだけでなく、半導体製造装置メーカー、半導体素材・材料メーカーと非常に裾野の広い産業です。サプライチェーンの安定化が望まれる中、日本発の新材料技術として社会実装を目指します。

研究者

グリーンクロステック研究センター

齊藤 雄太  

SAITO Yuta

〈経営学〉

日本企業の組織と人材のマネジメントに関する実証研究

 
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特徴・独自性
  • 日本企業の大卒ホワイトカラーを中心とするナレッジワーカーが、何をどのように学習しながら一人前に成長するのか、というキャリア発達と学習のメカニズムを研究している。大卒および大学院卒で30 歳代前半の管理職への昇進直前の中堅ビジネスパーソンを対象にしたインタビュー調査を実施し、主に節目となる成長の機会や学習内容を中心にライフワークヒストリーのインタビューに基づく定性的な実証研究が特徴である。
実用化イメージ

職能教育プログラムを共同開発し、その実効性を検証するためのアクション・リサーチにも取り組んでおり、若手社員のキャリア発達プロセスに関する調査や教育プログラム開発を希望する企業との共同研究を希望する。著

研究者

大学院経済学研究科 経済経営学専攻 現代経営講座

藤本 雅彦  

Masahiko Fujimoto

非営利組織（NPO）とソーシャル・キャピタル

 
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特徴・独自性
  • 地域や社会課題の解決や新たな社会的価値の創造を目指して活動しているNPO。NPO には、政府や市場の失敗を補完する役割だけではなく、市民性の創造や、信頼や規範、ネットワークといったソーシャル・キャピタル（社会関係資本）を地域に創出する役割もある。目に見えないソフトな資本であるソーシャル・キャピタルは、持続可能な組織経営にとっても重要性を増してきている。
  • 本研究では、地域や組織におけるソーシャル・キャピタルを測定し、その実態を把握し、NPO との協働や人材育成という視点もふまえて、どのようにソーシャル・キャピタルを創出し活用するかについて、関心のある企業や団体と共同研究を行うことを希望する。
実用化イメージ

研究者

大学院経済学研究科 経済経営学専攻 医療福祉講座

西出 優子  

Yuko Nishide

企業経営と社会的責任（ＣＳＲ）

 
 
 
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特徴・独自性
  • 主な研究領域は、企業倫理、非営利組織（NPO）論で、企業と社会の近接領域について多様な角度からアプローチしています。現在手掛けているテーマとしては、企業がどのように倫理課題を認識している（し損なっている）のかという認識フレームワークの形成に関する研究、PL（製造物責任）訴訟や労働訴訟を題材に、企業を取り巻くステークホルダー（消費者や従業員等）がどのような権利行使によって企業と対話関係を生み出しているか、というマネジメント・プロセスの把握に関する研究があります。
実用化イメージ

実践面ではこれまで、国内メーカーでのPL ケース開発と研修プログラムの実施、電力会社等発行のCSR レポート第三者意見にも携わってきたことがあり、今後もこうした形で知見提供が可能です。

研究者

大学院経済学研究科 経済経営学専攻 経営基盤講座

高浦 康有  

Yasunari Takaura

〈蛍光顕微鏡〉

ビジュアルサーボ顕微鏡

 
 
 
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特徴・独自性
  • 蛍光顕微鏡は細胞内イオンの定量的可視化や光学顕微鏡の限界を超える観察などに必須の道具である。生物の「行動と神経活動の相関」を計測したい場合、現状では、ターゲットの神経細胞を機械的に固定するか麻酔するかしか方法がない。また、これらの方法では細胞や生物が動かないので、「行動」を計測したことにはならない。私たちは、動く生物を追いかけて神経細胞の活動を蛍光観察する手法を開発した。
実用化イメージ

観察しているターゲット細胞群の蛍光強度を観測しながら、細胞群の動き（３次元移動と変形）を自動でキャンセルする画像処理手法を開発した。「生物の運動」と「動く神経細胞活動」を同時に計測できる技術を活用したい企業との共同研究を希望する。

研究者

大学院情報科学研究科 システム情報科学専攻 知能ロボティクス学講座（知能制御システム学分野）

橋本 浩一  

Koichi Hashimoto

生体機能の可視化および制御技術の開発

概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 生体分子の機能を正しく理解するには他の生体分子との相互作用が保たれた状態、すなわち生きた状態で観察することが重要です。そこで、有機化学および蛋白質科学の双方からのアプローチにより新たな機能性分子を開発し、生体分子の可視化および光を用いた機能制御に取り組んでいます。特に、オルガネラ内の分子やイオン濃度の定量や、蛋白質機能を光操作するケージド化合物あるいはフォトスイッチ化合物の開発に実績があります。
実用化イメージ

研究者

多元物質科学研究所 有機・生命科学研究部門 細胞機能分子化学研究分野

水上 進  

Shin Mizukami

〈蛍光プローブ〉

生体機能の可視化および制御技術の開発

概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 生体分子の機能を正しく理解するには他の生体分子との相互作用が保たれた状態、すなわち生きた状態で観察することが重要です。そこで、有機化学および蛋白質科学の双方からのアプローチにより新たな機能性分子を開発し、生体分子の可視化および光を用いた機能制御に取り組んでいます。特に、オルガネラ内の分子やイオン濃度の定量や、蛋白質機能を光操作するケージド化合物あるいはフォトスイッチ化合物の開発に実績があります。
実用化イメージ

研究者

多元物質科学研究所 有機・生命科学研究部門 細胞機能分子化学研究分野

水上 進  

Shin Mizukami

〈蛍光モアレアライメント〉

ナノインプリントリソグラフィによる先進光機能材料のナノファブリケーション

 
 
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特徴・独自性
  • ナノインプリント技術は、パターンサイズとデバイス面積を広範囲にカバーでき、産業界に向いた量産性に優れるナノファブリケーション法として注目されています。当研究グループは、単分子膜工学を推進し、界面機能分子制御の学理の追求と実学応用を進めています。離型分子層、密着分子層、偏在分子層を設計した光硬化性樹脂を研究し、ナノインプリントリソグラフィによる半導体、金属、無機酸化物の超微細加工に挑戦しています。
実用化イメージ

透明導電膜、光導波路、メタマテリアル等の先進光機能材料に関する研究成果を発表しました。材料、機械、マスク、デバイスメーカーと連携し、日本のものづくりの強化に貢献します。

研究者

多元物質科学研究所 附属マテリアル・計測ハイブリッド研究センター 光機能材料化学研究分野

中川 勝  

Masaru Nakagawa

〈経済〉

高齢社会の経済分析

特徴・独自性
  • 少子・高齢社会の問題や男女共同参画、医療や介護などの社会保障の問題などについて、従来の歴史的、制度的観点に重きを置いた分析とは異なり、経済学や市場均衡の理論と統計資料を使って分析し、解決策を政策提言します。
実用化イメージ

少子高齢化に伴う財政、市場の将来予測、医療、福祉の効率的運営や男女共同参画社会の経済学的分析など、行政やシンクタンクとの連携、また高齢者向け福祉器具や将来世代向けイノベーション機器の開発。

研究者

大学院経済学研究科 経済経営学専攻 医療福祉講座

吉田 浩  

Hiroshi Yoshida

〈計算科学〉

エネルギー・環境問題の解決に向けたマルチフィジックス・マルチスケールシミュレーションによる材料設計

 
 
 
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特徴・独自性
  • エネルギー・環境問題の解決には、燃料電池、リチウムイオン電池、トライボロジーなどの多様な研究分野において高機能・高性能材料の開発が必須です。久保研究室では、ナノスケールにおける化学反応とマクロスケールの多様な物理現象が複雑に絡み合ったマルチフィジックス・マルチスケール現象を解明可能な量子論に基づくシミュレータを世界に先駆けて開発することで、理論に基づく高精度な材料設計を推進しています。
実用化イメージ

久保研究室で開発したマルチフィジックス・マルチスケールシミュレーション技術の活用により、自動車、機械、エレクトロニクス、材料、金属、化学等の多様な企業における材料開発を高精度な理論に基づき促進します。

研究者

金属材料研究所 材料設計研究部 計算材料学研究部門

久保 百司  

Momoji Kubo

〈計算科学シミュレーション〉

エネルギー・環境問題の解決に向けたマルチフィジックス・マルチスケールシミュレーションによる材料設計

 
 
 
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特徴・独自性
  • エネルギー・環境問題の解決には、燃料電池、リチウムイオン電池、トライボロジーなどの多様な研究分野において高機能・高性能材料の開発が必須です。久保研究室では、ナノスケールにおける化学反応とマクロスケールの多様な物理現象が複雑に絡み合ったマルチフィジックス・マルチスケール現象を解明可能な量子論に基づくシミュレータを世界に先駆けて開発することで、理論に基づく高精度な材料設計を推進しています。
実用化イメージ

久保研究室で開発したマルチフィジックス・マルチスケールシミュレーション技術の活用により、自動車、機械、エレクトロニクス、材料、金属、化学等の多様な企業における材料開発を高精度な理論に基づき促進します。

研究者

金属材料研究所 材料設計研究部 計算材料学研究部門

久保 百司  

Momoji Kubo

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