• 半導体、光触媒、誘電・圧電材料、磁性材料、塗料、化粧品、触媒などの機能性材料に利用するための、ナノ粒子や微粒子を液相で合成する。ナノ粒子や微粒子のサイズ、形態、構造、組成等をきわめて精密に制御し、それらの性質が均一な単分散粒子を調製する。企業が必要とする材料を提供するために、いわゆるテーラーメイドな粒子合成手法を開発している。

透明導電膜用インジウム-スズ酸化物（ITO）ナノ粒子、非鉛圧電アクチエーター用ビスマス系あるいはニオブ系ナノ粒子、誘電材料用チタン酸系ペロブスカイトナノ粒子、次世代光触媒用チタン系酸化物ナノ粒子、など多くの粒子を提供してきた。新規に開発した安価で比較的容易な液相大量合成法（ゲル- ゾル法等）により、粒子製造コストも抑えることができる。

• 液晶等高分子化合物と、金属、セラミックス等のナノ粒子のハイブリッド材料を、原子、分子レベルで構造、組成、表面特性を制御して、創製する。特に前者が有する高い加工性、適応性を、後者の特徴的な性質をカバーするような、相反機能（トレードオフ）を解消するようなナノハイブリッド材料を合成し、その応用の研究を実施している。この原子レベルでのハイブリッド化を可能にした手法によれば、無機ナノ粒子に温度応答による流動性という新たな性質を付加することに成功している。この手法を産業界で活用した企業や団体との共同研究を希望する。

• 金属・無機系材料の創製と高温融体の熱物性計測に取り組んでいます。現在、環境、医療、バイオ、情報分野での幅広い応用が期待されている窒化物半導体について独自の発想に基づいた新たな結晶成長プロセスの開発を行っています。また、当研究室で開発した超高温熱物性計測システムを一般開放し、材料開発の数値シミュレーションに必要な比熱、熱伝導率や表面張力など種々の熱物性測定のニーズに応えています。

鉄鋼・金属系素材、半導体産業：結晶成長、溶接、鋳造、凝固などのプロセス開発
　航空宇宙産業：ロケット・航空機用エンジンおよび構成部材の評価
　エネルギー産業：原子炉・核融合炉用材料、発電タービン用材料の評価

• 半導体デバイスからなる電子製品は、半導体自体はもとより、半導体に接続する金属配線があって製品として動作する。金属配線に求められる課題は、半導体材料との良好な電気的コンタクト、相互拡散の防止、良好な密着性、および配線材料の低電気抵抗、耐腐食性、プロセス耐性などがある。本研究室では、種々のデバイスのニーズにあった配線材料の開発ならびにコストパフォーマンスを追求したプロセス技術を開発することによって、高性能かつ高信頼性の先端デバイス開発に貢献している。

Si半導体多層配線において拡散バリア層を自己形成するCu合金配線、IGZO 酸化物半導体に対して熱反応によるキャリアドーピングを行えるCu 合金配線、SiC パワー半導体に対して優れた熱・機械的信頼性と良好なコンタクト特性を示すNb 合金配線、タッチパネル用途などのITO透明導電膜に対するCu 合金配線、太陽電池におけるCu ペースト配線、などがある。

• 原子レベルで材料の劣化損傷の発生メカニズムの解明，稼働環境における破壊を防止する方法の確立，安全安心な社会の実現への貢献のため，１）原子レベルでの材料結晶組織の分析可視化技術，２）原子レベルシミュレーションを活用した高信頼材料の設計，製造技術，３）カーボンナノマテリアルを応用した稼働機器や人体のヘルスモニタリング技術，４）レーザ光応用非破壊損傷評価技術等の開発などの研究を推進しています．

材料や構造物の破壊（狭義の破損に留まらず機能消失、性能低下も含む）メカニズム解明に基づく破壊予知と破壊制御という視点で共同研究や学術指導も積極的に推進している。

• 固体イオニクスを中心として高度なエネルギー変換を実現するための機能性材料の開発を行っている。燃料電池や蓄電池の高性能化のためには、高いイオン伝導度と化学的安定性を有するイオン導電体や混合導電体が必要とされ、これら材料を酸化物の欠陥化学や熱力学に基づき探索し、デバイスに応用している。これまでに酸素分離膜型水素製造システムや全固体リチウム電池を開発している。

酸化物イオン・電子混合導電体は小型水素製造システムや燃料電池の電極材料、酸素吸蔵放出材料、純酸素の工業的利用と関連が深く、リチウム伝導体は発火の危険性のない全固体電池への応用が期待される。

• ナノ材料の特異な物性を工業材料に応用するには、目的とする物性を最大限に発揮する組成のみで材料を構成する技術、粒界や欠陥部位等を極力低減し耐腐食性等を向上させる技術、表面特性を発現可能とするための表面の単原子分子レベルでの制御技術、等が必要である。我々は、原料液中の金属錯体構造や状態を計算と機器分析で制御し、還元析出時の反応速度を制御することで構造や組成が均質な合金ナノ粒子を合成する技術、金属ナノ材料実用化の障害を除去する技術、等の研究開発を行っている。

触媒化学等を含む化学工業や電子産業等、ナノ材料の表面物性が大きく影響する産業界に対して、材料の表面及び状態制御に関する連携が可能と考えている。

• 本研究では、レーザ照射を利用して材料表面に様々な機能を付与する手法の開発を行っている。とくにレーザを材料に照射した際に生じる現象を、シミュレーションおよび実験的な手法を用いて明らかにし、新しい機能性インターフェースの創成を行っている。
• 本研究成果は、生体・医療用デバイスへの応用を始めとし、幅広い分野への波及効果が期待できる。
• ■ 高機能バイオインターフェースの創成
• 人工臓器や人工血管、あるいはバイオインプラントなどに利用される材料は、生体組織や細胞に対する高い親和性が求められる。そこで本研究室では、レーザ照射による表面創成プロセスにより「生体に優しい」表面づくりにも取り組んでいる。
• 本手法により、チタン系材料に対して生体に活性な機能を付与することに成功している。このような機能を持つ材料を生体内に埋入すると、表面にハイドロキシアパタイト（骨や歯の主成分）が自然に析出する。この方法を利用すれば骨との固着性に格段に優れるインプラントを作製することが可能であり、人工関節や歯科インプラントなどへの応用が期待できる。
• 本研究ではこのような手法を駆使し、バイオ分野への新たなブレークスルーを目指す。

• 永久磁石材料の高性能化と新材料開発を行っている。これまでの成果に未分離混合希土類-Fe-B系焼結磁石、HDDR現象による高保磁力希土類磁石粉末、再結晶集合組織による高性能Fe-Cr-Co系磁石の開発などがある。最近ではNd-Fe-B系磁石におけるDyの削減技術の開発や、永久磁石の自然共鳴がGHz 帯にあることに着目した新しい電磁波吸収体ならびにナノ粒子技術による高周波磁性材料の開発も行っている。

業界としては磁性材料に興味または生産している素材・材料関連、自動車関連、電気・電子関連、化学関連企業など。

• Ti の陽極酸化は着色技術として実用に供せられている。着色の原理は表面に形成したチタン酸化層の厚み制御による光干渉である。本研究の特徴はこの酸化膜の結晶性を高めることで、光触媒や超親水性等の光誘起性能を付与することで、着色技術とは異なる条件の電気化学条件を選定する点に独自性がある。簡便で廉価な技術によりTi やTi 合金の表面を改質し、光誘起性能による環境浄化性を備えた材料の高機能化を目指す。

用途としては、環境浄化材料、生体適合材料・抗菌材料等が考えられ、業界としては脱臭・浄化を手掛ける環境浄化に取り組む業界や、医療器具・医療材料・福祉用具等の医療・福祉業界、そして構造用チタン開発に取り組む業界があげられる。

• Langmuir-Blodgett 法や浸漬法などボトムアップ的手法を基盤技術として利用し、様々なナノ材料の分子構造が示す表面・界面での相互作用を考慮することで、合目的的にナノ構造制御された光電子機能性高分子ハイブリッドナノ材料の開発を行っている。

0.4 nmで膜厚制御可能なSiO2超薄膜、発光型溶存酸素センサー、強誘電性高分子エレクトロニクスデバイスなど。

• 生物体内では酵素などの作用でアミノ酸がペプチド化される。掛川研究室では無水、高温高圧環境下で触媒なしにアミノ酸の高重合度ペプチド生成に成功してきている。重合が難しいとされていたグリシンでは１１量体、アラニンでは５量体など重合度の世界記録を作ってきている。アラニン５量体は、クモの糸に代表される重要な硬質「炭素繊維」であり、本研究は新規炭素繊維開発に有効と考える。

本研究を応用することで、切れないペプチド繊維（アラニンペプチド）と柔軟性のあるペプチド繊維（グリシンペプチド）を組み合わせることで、固くて伸びる新規炭素繊維を作り出せる可能性がある。

• 高輝度放射光やコヒーレント光源の特性を活かした高精度のX線散乱技術と、従来の電子密度の可視化だけでなく、原子や分子の相互作用を顕す静電ポテンシャルを精密に可視化できるデータ解析法を開発し、物質機能をデザインするプロトコルの創成を目指します。

電池材料、機能性材料、機能性ポリマーなどの研究開発において、構造可視化を必要とする産業界と共同研究が行えます。

• 異種材料を複合化した材料は、構成する材料の複合化状態によって、発現機能が大きく異なる。粒径や形状を制御して微粒子を合成できる技術と、合成した微粒子を設計通りに集積させる技術の融合によって実現する「ビルディングブロック工学」では、構成材料の３次元的な空間配置をメゾスコピックスケールで精密に制御することができ、従来の材料開発では得られなかった優れた機能の発現（相乗効果）や、新たな機能の発見も期待できる材料創製プロセスである。

触媒（光触媒も含む）や分離カラムなどの化学関連プロセスのみならず、薬物送達システムや診断薬など医薬関連、コンデンサーや電池などの電子材料関連、屈折率制御材料やセンサーなど光学材料関連分野への用途展開が見込まれる。

• 機能性酸化物材料の創製と物性・機能開発を行う研究に取り組んでいます。パルスレーザー堆積法やスパッタ法を用いた薄膜作製やバルク合成、そして新合成ルートの開発を行っています。最近は、電気伝導性をもつ希土類酸化物、透明導電性をもつ室温強磁性体、ビスマス単原子層を含む層状超伝導体等の酸化物材料を扱っています。今後は、扱う材料の幅を広げ、酸化物へテロエピタキシーにも取り組んでいきます。

新規導電性酸化物を活用する酸化物エレクトロニクスや、透明強磁性体や新規強磁性体を用いた酸化物スピントロニクスの分野での共同研究。

• リチウムイオン内包フラーレン（Li+@C60）を用いた二次電池を開発しています。その中でもLi+@C60をカチオンとしたイオン液体を電気二重層キャパシタ(EDLC)の電解質として用いた[Li+@C60]・EDLC は、広い温度域で高い運動性を示す球形のC60殻内に安定に閉じ込めたLi+を用いるため、イオン液体中でも高密度で高速蓄電が可能で、高い安全性が確認されています。

宇宙などの極限環境下で使用可能な二次電池としての応用が期待されます。さらに、Li+@C60を用いた全固体型二次電池への展開も可能で、飛躍的な蓄電密度の向上が達成できます。

• 高強度鋼の水素脆化特性について、水素が高強度鋼の機械的特性に及ぼす影響と腐食反応による環境からの水素侵入の両面から研究に取り組んでいます。主な研究内容は、各種高強度鋼の水素脆化による破壊の機構解明や、電気化学的手法を用いた種々の環境における腐食に伴う水素の侵入挙動の検討、鋼中の水素可視化手法、水素脆化特性評価法の提案などです。

高強度鋼材料の水素脆化特性とそれに及ぼす金属組織や水素トラップ物質の影響や、材料の特性や形状に応じた水素脆化評価法の提案、新規な水素可視化手法の開発など水素脆化分野での共同研究。

• 新しい材料の登場は、我々が予想もしない波及効果を生み出す力を秘めています。私たちの研究グループでは、化学結合や電子構造の理解に基づく材料設計、固体中のイオン移動を利用した材料創製プロセス、固相、液相、気相法など各種のプロセスを基盤技術として、エネルギー製造や省エネルギーを成し遂げる新材料を提供すべく、材料の設計から、製造プロセスの開発、プロトタイプ素子の作製までをカバーした研究を展開しています。

現在は、太陽電池、燃料電池を主なターゲットとし、酸化物半導体、プロトン伝導性電解質・電極材料などの研究を実施しています。新しい無機材料の創製技術の適用範囲は、これらに限定的されるものではありません。

• 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。

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。