東北大学　研究シーズ集

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た 行
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た

〈多機能化〉

構造制御による環境発電材料の高性能化と応用展開

 
 
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特徴・独自性
  • IoT 社会の実現に向けて、充電を必要としない小型センサの開発は不可欠である。当研究室では、独自装置を用いた材料創製技術、理論に基づいた数値解析技術を駆使し、材料の複合化によって、身の回りの未利用エネルギー(振動、超音波、光エネルギーなど) を電気エネルギーとして回収可能な環境発電材料の創製とさらなる高性能化を得意としている。
実用化イメージ

環境発電特性および関連特性の付与による、既存の機械やデバイスのさらなる高性能化、新機能追加から生じる付加価値向上を目指している企業等との共同研究を希望する。

研究者

大学院環境科学研究科 先端環境創成学専攻 資源循環プロセス学講座（複合材料設計学分野）

成田 史生  

Fumio Narita

〈多結晶〉

多結晶でも単結晶と同レベルの特性を示し、フレキシブル基板上に製膜可能

概要

多結晶ホイスラー合金薄膜
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken/T20-2968.pdf

従来技術との比較

従来技術では大きな異常ネルンスト効果や異常ホール効果等の特性を発現させるためにバルク単結晶や単結晶薄膜が不可欠と考えらえてきたが、本技術により単結晶化が不要となる。

特徴・独自性
  • Co2MnGaやCo2MnAlに代表されるCo基ホイスラー合金の多結晶層を、絶縁性のAlN層で挟みこむことで、結晶配向の制御や結晶性の向上を促進することができ、高い特性を発現させることが可能となる。また、単結晶成長を必要としないので基板を選ばずに作製可能であり、フレキシブル基板の上でも高い特性が得られる。
実用化イメージ

パイプ内の排液や室内外温度による発電を可能とする熱電変換素子、フレキシブル基板上にホールセンサを初めとする高感度センサなどへの応用展開の可能性がある技術である。

研究者

金属材料研究所 物質創製研究部 磁性材料学研究部門

関 剛斎  

Takeshi Seki

〈多孔体〉

高い空隙率をもつ多孔質SiCを簡便に作製

概要

炭化ケイ素のフラクタル多孔体
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken/T21-019.pdf

従来技術との比較

SiCの多孔質化には従来微細加工などが用いられてきた。本発明はSiCフラクタル多孔体をバルクで合成する手法を提供する。

特徴・独自性
  • Mg蒸気でシリコーン樹脂を還元することで、SiC多孔体を形成
  • フラクタル構造を持つ階層的な多孔体が形成される
  • 従来の微細加工では困難だった表面等に形成が可能
実用化イメージ

耐熱性のあるファインセラミクス多孔体として利用可能。

研究者

高等研究機構材料科学高等研究所 デバイス・システムグループ

藪 浩  

Hiroshi Yabu

〈多剤耐性〉

病原因子を標的とした新規抗菌剤の開発を目指したスクリーニング系の開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • ペニシリンの発見以来、各種抗菌剤が発見され重篤な細菌感染症は制御しうる病となった。しかし近年、多剤耐性能を有する各種病原細菌が出現し大きな社会問題となっている。これら細菌感染症の脅威に対抗するためには、新規抗菌剤の継続的な研究開発が必須であり社会的にも強く求められている。既存の抗菌剤の多くは細菌の生存に必須の代謝過程をターゲットとしており新規抗菌剤が登場しても耐性菌は必ず出現するためこの耐性菌問題を避けて通ることはできない。一方、病原細菌が宿主に感染する際に必要な病原因子は細菌の生存に必ずしも必要ではないため、その阻害剤に対する耐性菌の出現頻度は低いと考えられ新規抗菌剤のターゲットとして関心が集まっている。我々はこのような病原因子のなかで新規なタンパク質分泌系であるTat系と鉄代謝系に注目し、それらを標的とする新しいスクリーニング系を開発し、これらの病原因子に対する阻害剤の探索を試みている。この技術を産業界で活用したい企業や団体との共同研究を希望する。
実用化イメージ

研究者

大学院農学研究科 生物生産科学専攻 動物生命科学講座（動物微生物学分野）

米山 裕  

Hiroshi Yoneyama

〈多次元同時計測分光〉

電子線コンプトン散乱を利用した物質内電子運動の可視化

 
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特徴・独自性
  • 物質の中ではいろいろな種類の電子が様々に運動しており、それが物質の性質を決めている。当研究室は、高速電子線を励起源とするコンプトン散乱を用いて物質内電子のエネルギーと運動量を測定する新しい分光計測法を開発し、反応性や機能性など物質が持つ多様な性質の起源の解明を目指している。
  • 主な研究内容：
  • (1) 分子座標系電子運動量分光の開発による分子軌道の運動量空間イメージング
  • (2) 多次元同時計測分光の開発による電子・分子衝突の立体ダイナミクスの研究
  • (3) 時間分解電子運動量分光の開発による過渡的な物質内電子運動の変化の可視化
  • この技術を産業界で活用したい企業や団体との共同研究を希望する。また、本研究に関して興味のある企業へ学術指導を行う用意がある。
実用化イメージ

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 量子電子科学研究分野

髙橋 正彦  

Masahiko Takahashi

〈多重パルス〉

半導体量子構造の伝導特性制御と超高感度NMR

 
 
 
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特徴・独自性
  • GaAs やInSbの量子構造の伝導特性を制御し、核スピンの偏極状態を操作することで、二次元構造やナノ構造に適用できる超高感度NMR技術を確立した。さらに、InSb 量子構造においてアルミナ絶縁膜を用い、理想的なゲート操作を実現した。また、核スピンが感じる雑音特性を周波数依存性も含め測定する一般化された横緩和時間の考え方を提案、実証した。この概念は核スピンを用いるすべての計測に大きな変化をもたらすことが期待される。
実用化イメージ

良好なゲート制御を用いた次世代InSbデバイス。一般化された横緩和時間を利用した様々な核スピン計測、核磁気共鳴。高感度NMR は物性研究への応用が中心であるが、量子情報処理への貢献も見込まれる。

研究者

高等研究機構先端スピントロニクス研究開発センター スピントロニクス基礎研究グループ

平山 祥郎  

Yoshiro Hirayama

〈多成分拡散〉

生体組織内のタンパク質等多成分拡散現象に関する研究

 
 
 
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特徴・独自性
  • 物質拡散係数の高精度測定は、諸々の熱物性値測定の中でも極めて困難であり、特にタンパク質においては物質自体が稀有であること、および分子数が大きいため拡散現象が非常に遅いことなど、多くの点から困難とされてきた。これに対し、当研究分野では最新画像処理技術を用いることにより、少量のタンパク質試料で微小非定常拡散領域を高精度に測定する方法を開発した。既存の光学系に位相シフト技術を組み込むことで、解像度がλ /100 程度の精度を実現し、拡散場内のわずかな濃度変化も検知できるシステムを測定系を構築した。生体組織内に代表されるような極限環境下では複数の物質が同時に物質移動する多成分系拡散現象がおきている。本測定法では同時に複数の物質の拡散係数を測定できる特徴を有しており、この測定法を用いることで多成分拡散現象を定量的に評価できる。この技術を産業界で活用したい企業や団体との共同研究を強く希望する。
実用化イメージ

研究者

流体科学研究所 複雑流動研究部門 伝熱制御研究分野

小宮 敦樹  

Atsuki Komiya

〈脱成分法〉

卑金属・半金属およびその合金によるオープンセル型ナノポーラス材料の開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • ナノポーラス金属は、緻密材に比べて桁違いに大きい表面積を有し、次世代高機能材料として応用が期待されている。その主な作製法として知られる水溶液による脱成分法は、微細・均一な多孔質構造の形成を可能にするが、その形成原理は腐食であり、標準電極電位の高い貴金属において多孔質材料の作製が可能であるが、卑金属では酸化されてしまう。本部門では金属溶湯による簡便な脱成分技術を新たに考案した。この技術によれば、貴・卑に依存せず純金属や合金を多孔質化することが可能で、かつ、無酸素脱成分工程であるために酸化も生じない。従って、これまで作製が困難であった数々の卑金属（Ti、 Ni、 Cr、 Mo、 Fe、Co 等）・半金属元素およびそれらの合金において、オープンセル型ナノポーラス金属材料の開発に成功した。
実用化イメージ

新規電極、触媒、フィルター等に実用が期待できるほか、Niなどの毒性元素を含有する生体金属材料表面からこれを除去する技術としても利用でき、関連企業・団体との共同研究・開発を強く希望する。

研究者

金属材料研究所 物質創製研究部 非平衡物質工学研究部門

加藤 秀実  

Hidemi Kato

〈脱炭素〉

脱炭素をドライブさせる、エネルギーデザインの理論と実践

概要

脱炭素ドライブに欠かせない機能は、エネルギーデータ解析、高精度の空間解像度と時間解像度を併せ持つエネルギーのカーナビだ。空間解像度が高まれば、電気⾃動⾞の充放電や、地域間エネルギー融通が円滑に進む。時間解像度の高い分刻みのエネルギーデータが加われば、変動する再⽣可能エネルギーの出⼒と需要家を合理的かつ最適に組合せる。データ解析、システムデザイン、運⽤面から、カーボンニュートラル社会を牽引する。

従来技術との比較

日本初の地域エネルギー需給データベースを開発し、全国市区町村のエネルギー現況の分析結果をもとにして、持続可能かつレジリエンな地域エネルギーのインフラ配置と運用を詳細にデザインできる。

特徴・独自性
  • 米国でのフルブライトスカラーとしての研究経験と、欧州での社会実装の事例に熟知。
  • 膨大な地域エネルギー需給データベースに基づくデータ駆動型イノベーションの研究手法。
  • 社会課題を解決する社会起業家として、地域フィールドワークを重視。
実用化イメージ

理論を実践へ。新しいまちづくりの持続可能なエネルギーシステム構築を支援。地域社会の背景を含み置きつつ、住民の意見に耳を傾けて、今日的課題に即した議論へと導く。地球規模で考え、地域社会のなかで行動する。

研究者

大学院工学研究科 技術社会システム専攻 ソーシャルシステムデザイン講座（エネルギーサステナビリティ分野）

中田 俊彦  

Toshihiko Nakata

〈脱炭素社会〉

持続可能なエネルギーシステムの統合デザインと分析

 
 
 
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特徴・独自性
  • 時間軸と空間軸からみたエネルギー社会の将来を明らかにすることを目的とする。「時間軸」と地域社会の「空間軸」を基軸に、エネルギー効率、CO2 排出量等の「技術指標」と、脱炭素、経済性、セキュリティ、レジリエンス等の「価値指標」、さらにエネルギーシステムの「資源」「変換技術」「需要部門」のセクターカップリングを加えた、統合最適化手法を開発して、地域社会にふさわしいエネルギーシステムをデザインします。
実用化イメージ

地方公共団体あるいは参画企業やコンサルタントがスマートシティ、脱炭素先行地域を企画するうえで、地域エネルギー需給に関わるデータベースを提供して、データ分析やシナリオデザインを支援する。

研究者

大学院工学研究科 技術社会システム専攻 ソーシャルシステムデザイン講座（エネルギーサステナビリティ分野）

中田 俊彦  

Toshihiko Nakata

〈タッチパネル〉

電子デバイスの高性能・高信頼化のための配線材料と形成プロセスの開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 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。
実用化イメージ

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。

研究者

大学院工学研究科 知能デバイス材料学専攻 インターコネクト・アドバンスト・テクノロジー共同研究講座

小池 淳一  

Junichi Koike

型の線幅よりも微細な金属配線パターンの作製が可能！

概要

湿式エッチングでサブマイクロ線幅の金属配線付き基板を作製する方法
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken/T11-050.pdf

従来技術との比較

従来のフォトレジストマスクをウエットエッチングに用いた場合、金属配線幅は約10μmが下限でした。エッチング耐性に優れたレジストの熱ナノインプリント成形で、線幅0.1μmの金属配線の作製に成功しました。

特徴・独自性
  • 金・銀・銅・クロムなどのウエットエッチング加工が可能です
  • 金属と有機レジストを化学結合を介してつなぐ分子接着剤を用いています
  • サイドエッチングによる狭線化が可能なため、マイクロサイズの金属線幅をサブミクロンサイズまで縮小することが可能です
実用化イメージ

透明導電パネル・磁気シールドフィルム・帯電防止シートなどへの利用が考えられます。ウエットエッチング方式での加工なので、ロールtoロール製法にも対応が期待できます。

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

〈脱ハロゲン化処理〉

難処理性高分子廃棄物の化学リサイクル

 
 
 
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特徴・独自性
  • PET、PVC、HIPS 等の廃プラスチックを、付加価値の高い化学物質への転換を目的に、乾式及び湿式プロセスで種々の高分子廃棄物リサイクルの研究をしている。例えば、PETの脱カルボキシル化にて、高収率でベンゼンを得ることに成功。また、難熱性プラスチックやPVC の脱ハロゲン化プロセスを開発し、炭化水素として燃料利用等を検討している。さらに、抗菌性やイオン交換特性を付与することを目的に、PVC の塩素の一部を官能基で化学修飾する研究をしている。また、HIPSの熱分解による脱ハロゲン化で、高収率でスチレンを得ることができる。これらの技術を用いて、金属・プラスチック複合物から金属とプラスチックを効果的にリサイクルする化学プロセスを構築している。
実用化イメージ

廃棄物のリサイクルプロセスの開発に付随して起こる諸問題を解決するための方法を提供することができる。

研究者

大学院環境科学研究科 先端環境創成学専攻 自然共生システム学講座（資源再生プロセス学分野）

吉岡 敏明  

Toshiaki Yoshioka

〈脱分化〉

腎臓線維化の原因細胞を用いた線維化治療薬の開発

 
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特徴・独自性
  • 慢性腎臓病は病態が複雑ですが、共通して腎臓が線維化することから、線維化が治療標的として注目されています。腎線維化は線維芽細胞が筋線維芽細胞に形質転換することによって進行しますが、私たちは、この形質転換は可逆的であり、線維化は治療可能であることを見出しました。また、腎臓の筋線維芽細胞に由来する細胞株「Replic細胞」を樹立し、Replic細胞が線維芽細胞の性質を回復する条件を同定しました。
実用化イメージ

線維化した腎臓の筋線維芽細胞に由来するReplic細胞株を元の線維芽細胞に戻す化合物や遺伝子を探索することにより、腎臓線維化および慢性腎臓病の革新的医療の開発につながる。

研究者

未来科学技術共同研究センター 開発研究部 酸素代謝制御プロジェクト

鈴木 教郎  

Norio Suzuki

〈多発性硬化症〉

ヒト間葉系細胞からのシュワン細胞誘導と脊髄損傷、脱髄性疾患への応用

 
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特徴・独自性
  • 骨髄や臍帯由来の細胞は自己および他家移植ですでに臨床応用されており、バンクが設立されている、容易に培養可能である、腫瘍形成が無く安全性が担保されているなどの利点がある。これらの組織から分化能力の高い間葉系幹細胞を得て、神経再生を促し機能の回復をもたらすことのできるシュワン細胞を極めて高い誘導効率で作製する技術を開発した。骨髄あるいは臍帯から数週間で1000 万個ほどの間葉系幹細胞が樹立可能である。特定のサイトカインの組み合わせによって97%前後の高い効率で末梢性グリアであるシュワン細胞を短期間で誘導可能である。また末梢神経損傷、脊髄損傷において有効性が確認されている（Eur, J. Neurosci 2001; J.Neurosurg, 2004, J. Neuropathol.Exp. Neurol, 2005, BiochemBiophys Res Commun, 2007;Tissue Eng., 2011）。この方法は霊長類を用いた１年にわたる前臨床試験で安全性と有効性が確認されている（Exp. Neurol., 2010）。
実用化イメージ

誘導されたシュワン細胞は傷害を受けた末梢・中枢神経組織に移植すると切断されたり損傷を受けた神経線維の再伸長を促すだけでなく、髄鞘（ミエリン）を再形成し跳躍伝導の回復をもたらすことを確認している。従って事故や怪我による神経断裂などの損傷だけでなく、神経変性疾患や脱髄性疾患においても有効性があると期待できる。この技術を医療や産業で活用したい企業や団体との共同研究を希望する。

研究者

大学院医学系研究科 医科学専攻 細胞生物学講座（細胞組織学分野）

出沢 真理  

Mari Dezawa

〈多文化共生〉

多文化共生と人権教育

 
 
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特徴・独自性
  • 本研究は、留学生と国内学生が集まる国際共修授業において、人権を柱にクラスを運営し、普遍的な概念である人権を取り上げて教育実践し、調査研究を行う点に独自性がある。具体的には、普遍的ではあるが地域性、個別具体的な側面のある人権について、多様なバックグラウンドを持つ学生が共に学ぶとき、人権が切り口となり、参加者の多様性が生かされて、参加者間に関係性が構築され、学びの深まりにつながるかを探求している。
実用化イメージ

「多文化共生・人権」に関わる活動を行っている団体との連携が可能であると考え、連携したいと思っている。本研究の成果は、教室内にとどまらず、地域、国、世界で生かされる知識、技能、態度の育成を目指している。

研究者

高度教養教育・学生支援機構 高等教育開発部門 国際化教育開発室

髙松 美能  

Mino Takamatsu

〈炭化ケイ素〉

高い空隙率をもつ多孔質SiCを簡便に作製

概要

炭化ケイ素のフラクタル多孔体
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken/T21-019.pdf

従来技術との比較

SiCの多孔質化には従来微細加工などが用いられてきた。本発明はSiCフラクタル多孔体をバルクで合成する手法を提供する。

特徴・独自性
  • Mg蒸気でシリコーン樹脂を還元することで、SiC多孔体を形成
  • フラクタル構造を持つ階層的な多孔体が形成される
  • 従来の微細加工では困難だった表面等に形成が可能
実用化イメージ

耐熱性のあるファインセラミクス多孔体として利用可能。

研究者

高等研究機構材料科学高等研究所 デバイス・システムグループ

藪 浩  

Hiroshi Yabu

〈短期間開発・低価格衛星〉

超小型(50kg級)人工衛星の研究・開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 大きさ50cm 立法、質量50kg 級の超小型人工衛星を大学の研究室で設計・開発している。東北大1 号機衛星『雷神』は2009 年1月に、2号機衛星である『雷神２』は2014年5月に、それぞれJAXAのロケットにより打ち上げられ、運用を継続している。特に『雷神２』では同クラスで世界最高性能である5m解像度の地上写真撮影に成功するなどの成果をあげている。国際科学ミッションを目指した3号機の開発も進んでいる。また10kg未満のナノサテライトの開発も進めており、10× 10× 20cmの大きさの『雷鼓』を開発して2012 年10月国際宇宙ステーションより軌道投入された。このクラスの衛星の後継機も開発中である。
実用化イメージ

宇宙開発は国の専門機関が行うものという常識を破り、短期間・低価格で衛星を開発し、リモートセンシング、地球観測、宇宙探査等において新しい応用分野を開拓することに挑戦している。また、衛星搭載機器の実装技術にも実績をあげており、産学連携の可能性を模索している。

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）

吉田 和哉  

Kazuya Yoshida

〈単結晶〉

機能性結晶材料と結晶成長技術の開発

 
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特徴・独自性
  • 融液からの結晶成長技術を利用した新規の機能性結晶材料を開発することを特徴とした研究を行っている。具体的には、シンチレータ材料・光学材料・圧電材料・熱電材料・金属材料を対象物質として研究を行っている。さらに、独自の結晶成長技術を用いた新規機能性材料のバルク単結晶化や難加工性金属合金の線材化技術などを開発している。
実用化イメージ

シンチレータや圧電素子等の単結晶が利用されている検出器や光デバイス、電子機器向けの新規材料探索や材料の高品質化に貢献できる。さらに、融液の直接線材化技術を用いた様々な難加工性合金の細線化が可能である。

研究者

金属材料研究所 材料設計研究部 先端結晶工学研究部門

横田 有為  

Yui Yokota

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

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研究分野

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