東北大学 研究シーズ集

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「な」行の研究テーマ  (36件)

流れの制御による流体騒音の低減

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 キャビティ音は、エオルス音やエッジトーンと並ぶ代表的な流体音である。サンルーフを開け放して高速で走行する車や車輪を下ろして着陸態勢にある航空機のように、物体表面の窪み(キャビティ)が流れにさらされると大きな騒音が発生する。本研究では、アクチュエータによる微小な速度変動をきっかけとしてキャビティ上流端からはく離する流れのタイミングを意図的に変え、発生する騒音の大幅な低減に成功している。また、キャビティの内部に薄い板を挿入するなどの受動的な方法によっても騒音の抑制を試みている。これらの結果については数値シミュレーションによる検証も併せて行い、騒音低減メカニズムの理解と制御の効率化を進めている。当該研究及び関連する分野に関して、可能な限り企業及び団体からの相談に応じたい。

工学研究科 機械システムデザイン工学専攻
福西 祐 教授 工学博士
FUKUNISHI, Yu Professor

ナトリウムフラックス法を用いて多孔質SiCセラミックスを作製する

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特徴・独自性
炭化ケイ素(SiC)の合成は、一般に1200℃を超える高温条件下で行われる。研究者らは、Si+C→SiCの反応において、ナトリウム(Na)を利用することで、β型立方晶系のSiCが700℃で合成できることを見出した。この合成法で、数ナノメートルの粒径を有する微粉末や、原料圧粉成型体の形状を保持した多孔体、図に示すような生体由来の組織を維持した多孔体が得られた。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
作製されるSiC多孔体は、高温ガスまたは融液のフィルターや触媒担体、軽量構造材料などに利用できる可能性がある。

多元物質科学研究所
山根 久典 教授 理学博士
YAMANE, Hisanori Professor

ナトリウムを用いて低温で熱電変換シリサイドバルク体を作製する

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β-FeSi2 , MnSi1.7+δなどのSi組成に富む金属シリサイドは,耐酸化・耐熱性に優れた熱電変換材料が多い。これら金属シリサイドの合成には,原料金属とSiを融解して反応させるアーク溶解法や,ホットプレス法などの高温や高圧を必要とする合成法が使用されてきた。本研究では,金属の圧粉成型体をNaとともに加熱することで,β-FeSi2やMnSi1.7+δの熱電変換シリサイドのバルク体を,一度の加熱プロセスで合成することに成功した。具体的にはAr雰囲気を満たした容器内で,FeまたはMnの圧粉成型体をSi粉末と少量のNaとともに800−900℃で12−24 h加熱することで,β-FeSi2やMnSi1.7+δのバルク体を得ることができる。 Naは大気中でアルコールと反応させることで,アルコキシドとして安全に生成物から除去することができる。また原理的には,Naの高い蒸気圧を利用して加熱して蒸発除去を行い,そのNaを回収して再利用することも可能である。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。

多元物質科学研究所
山根 久典 教授 理学博士
YAMANE, Hisanori Professor

ナノイメージングによる膜透過性ペプチド細胞内透過機序の解明

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様々な生体蛋白質から細胞膜を通過し細胞内に移行する膜透過性ペプチド(CPP)が見つかっている。CPP活用で蛋白質を細胞内に導入し機能させる技術の開発が試みられてきたが、導入効率の改善が課題となっている。CPPには直接的な観察方法がなく、その侵入の仕組みは長い間謎に包まれてきた。
我々は世界ではじめてCPP1分子の膜上での動態を7ナノメートルの精度で直接・高速に可視化・定量化する方法を開発した。その結果CPP侵入には細胞表面の受容体(CPP-receptor)に結合し、架橋し、細胞内取り込み機序を活性化させることが不可欠であり、CPP価数調整のみで結合速度を100倍に高め、導入効率も120倍に高められる事を示した。同時に、様々なCPPに共通するCPP-receptor遺伝子の単離・同定にも成功した。さらに、この技術を用いて改良したCPP利用により、直径40nmの鉄粒子を細胞内小器官に直接導入することにも成功した。
我々が開発した技術で高効率CPPの開発は飛躍的に改善されると考えられ、ガンや再生医学、皮膚老化防止薬の開発への応用が期待される。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している。

医学系研究科 感染病態学講座
鈴木 康弘 講師 医学博士
Suzuki, Yasuhiro Lecturer

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。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
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。

多元物質科学研究所
中川 勝 教授 工学博士
NAKAGAWA, Masaru Professor

ナノ構造物質による局所構造制御と新規物性の発現

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特徴・独自性
元素から構成される分子や幾何構造を基本要素として構築される結晶は、ナノ構造の観点から以下の特徴を有する。
従来物質とは異なる結合様式を反映した物性
幾何空間と関係する量子閉じ込めや空間の対称性と関係する新物性
階層構造を反映して、種々の形態のフォノンをエンジニアリング
フォノン系-伝導系-磁性系の制御安全な軽元素や地球上に豊富に存在する3d-元素を構成要素に用いて、新しい物質を創製して物性を探求する。構造は、X線ならびに中性子等により高精度に決定し、計算科学により電子状態を理解する。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
炭素系物質やSiなどの無機軽元素を基本とする種々の物質の幾何を基礎とする物性研究は21世紀における新しい物質研究であり、超伝導材料、熱電変換材料や高速易動度材料など種々の電子材料としての可能性がある。

材料科学高等研究所
谷垣 勝己 教授 工学博士
TANIGAKI, Katsumi Professor

ナノ材料における原子レベル分光開発

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 走査型プローブ顕微鏡はトンネル顕微鏡に代表されるように、原子分解能が得られる数少ない顕微鏡である。低エネルギーのトンネル電子を用いることから生物試料などにもダメージを与えることが少なく、ナノテクノロジーの重要な評価技法と位置づけられている。研究は像の観察から単一原子・分子の化学分析へシフトしてきている。そのひとつの手法としてトンネル電子分光が挙げられるが、精度の高い測定には顕微鏡としての高い安定性が要求される。この研究部門では、先端的な原子レベルでのトンネル分光を主眼としたプローブ顕微鏡の開発を主眼とする。そこでは分子振動測定や、孤立分子のLarmor歳差運動を捉える単一スピン検出方法などをターゲットとし、それに最適な装置を開発する。
 主な研究内容
 1.ソフトマテリアル、生物分子などの分子レベルでの構造測定
 2.STM顕微鏡をもちいた分子振動測定による化学種同定
 3.トンネル電子を利用した単一スピンの検出・制御
 4.新しいプローブ分光法に寄与する高精度プローブ顕微鏡の開発
 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。

多元物質科学研究所
米田 忠弘 教授 理学博士
KOMEDA, Tadahiro Professor

ナノ磁性体の磁化過程の高感度な電気的検出

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特徴・独自性
ナノサイズの強磁性体リング構造では、Onion状態とVortex状態という特徴的な磁化状態を有します。特に磁化がリング周に沿うVortex状態では、リング端からの漏洩磁場が抑制され、かつ磁気モーメントの回転方向により右/左回り磁化状態(カイラリティ)を有することから、高密度磁気記録媒体への応用が期待されています。外部から印加する面内磁場方向を端子が接続されているリングの対称軸からずらすことで、Vortex状態のリングカイラリティを電気的に検出可能であることを理論・実験から明らかにしました(図1)。また、半導体ホール素子上に単一磁性体リングやディスクをのせることにより、SQUID等を用いることなく高感度に磁性体の磁化反転過程を検出することに成功しました(図2)。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
高感度磁場センサーや高密度磁気記録媒体への応用が考えられます。興味あるエレクトロニクス・材料関連企業へ学術指導を行います。

工学研究科
新田 淳作 教授 工学博士
NITTA, Junsaku Professor

ナノスケール超微細構造を利用した超小型・高機能光デバイスの開発

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特徴・独自性
ナノスケール超微細構造と光との相互作用から生じる新規光学現象を利用した超小型・高機能光デバイスの研究を行っています。また、ナノ光学素子を実用化する上で顕在している問題を克服する新たな製作技術の開発も行っています。
《主な研究テーマ》
■可動メタマテリアルによる光の動的制御
■微細周期構造を利用したカラーフィルタの研究
■表面原子自己拡散を利用した超平坦化技術の開発
■超低損失シリコンナノフォトニクスの基礎研究

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
光フィルタ、光共振器、カラーフィルタ等の用途を目指しており、ナノインプリントによるナノ光学素子の開発も行っています。

工学研究科 ナノメカニクス専攻
金森 義明 准教授 博士(工学)
KANAMORI, Yoshiaki Associate Professor

ナノスケールでの結晶構造・電子状態解析技術の開発と応用

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特徴・独自性
透過型電子顕微鏡(TEM)で、組成・結晶構造を評価した領域の精密構造解析、物性測定を可能とするため、独自の実験装置・解析技術開発(分光型収束電子回折TEM、高分解能EELS-TEM、軟X線発光分光TEM)と、その物性物理学への基礎的応用(フラレン、ナノチューブ、ボロン化合物、GMR物質、準結晶等)を行っている。また、東北大オリジナルの軟X線発光分光装置の実用化を目指し、企業等との共同研究開発を継続中。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
半導体、誘電体、金属などの顕微解析による構造・物性評価に関する共同研究や、分析技術に関する学術指導が想定される。

多元物質科学研究所
寺内 正己 教授 理学博士
TERAUCHI, Masami Professor

ナノ精度機械加工による次世代光学素子創成

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 日本の“ものづくり”がこれからも世界をリードしていくためには、海外の技術では到達できないような、より高い精度と付加価値をもった製品開発を強力に推進していかなければならない。そのためには、ナノオーダーの超平滑な表面並びにナノ精度の3次元形状を有する構造体を創成する超精密加工技術と、原子や分子の加除を精繊な制御によって達成し、微細な構造体を創成する超微細加工技術の2つを駆使した生産加工技術の開発研究の促進が必要不可欠である。本研究は、前者の超精密加工技術をさらに進展させるための新しい加工法の開発を目指すものである。
1.超安定・超精密自由曲面加工に関する研究
2.超精密切削加工に関する研究。

■産学官連携の強化
 本研究室では、企業との共同研究を積極的に行っております。企業から研究員を受け入れ、加工原理から実際の製品応用までの実用的な指導を行います。また企業からの技術相談は随時お受け致します。さらに、精密加工研究会、ナノ精度機械加工専門委員会を主宰し、企業との交流、連携を図っております。

医工学研究科
厨川 常元 教授 工学博士
KURIYAGAWA, Tsunemoto Professor

ナノ組織制御による超省エネ・省資源型軟磁性材料及び完全レア・アースフリー磁石の開発

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特徴・独自性
従来の結晶性合金では得られない有用な物性を発現する非平衡金属のうち、優れた軟磁気特性を有する鉄族系の金属ガラス、ナノ結晶やアモルファス合金および磁石材料を研究対象とし、それらの高機能化と高付加価値化に取り組んでいる。最近では、ケイ素鋼に匹敵する高飽和磁束密度(1.8テスラ以上)と、ケイ素鋼の1/3程の著しく低い鉄損特性を兼備する新ナノ結晶軟磁性材料の開発およびレア・アースフリーL10-FeNi磁石の創成に成功している。

産学連携の可能性
(想定される用途・業界)
レアメタルを含まない安価な鉄合金で、かつ、大気中での製造が可能であるため、工業材料としてのポテンシャルが高い。材料、応用メーカーとの共同研究を通して省エネ、省資源化、低炭素化に貢献したい。

未来科学技術共同研究センター
牧野 彰宏 教授
MAKINO, Akihiro Professor

ナノテクノロジーで量子の世界を切り開く

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特徴・独自性
ナノテクノロジーに基づいてデザインされた金属磁性体、強相関系物質、超伝導体微小構造の量子物性開拓及びその物理的枠組みの構築を行っています。極微細加工により物質中の磁気空間構造や電子の量子コヒーレンスを操り、量子機能や光機能を引き出すことで、絶縁体を媒体に使った新しいエネルギー変換・伝送技術など、従来の電子技術を超えた次の世代のテクノロジーの物理原理を創ることを目指しています。現在までに、スピン流を使った絶縁体中の直流電気信号伝送、新しいタイプの熱発電原理「スピンゼーベック効果」、スピン流を利用した熱コンベア、スピン流による光発電・音発電を実現しています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
絶縁体スピントロニクスの新奇熱電デバイスへの応用に向けた産学連携活動などを行っており、エレクトロニクスを中心に関連する業界(電力・自動車など)との連携を期待しています。

材料科学高等研究所
齊藤 英治 教授 博士(工学)
SAITOH, Eiji Professor

ナノ・マイクロ粒子の静電輸送による微粒子超音速流動加工の高性能化

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 ナノ・マイクロ粒子超音速流動加工は,微粒子を非熱の高速ジェット中に注入し,粒子を基板に高速衝突させることにより基板上に皮膜を形成する省エネルギー型成膜法である。本研究では,微粒子動態を考慮した超音速流動モデルおよび皮膜形成モデルを統合した新たなモデルを提案した。また,最先端歯科医療等への本成膜法の革新的応用を想定し,実機を対象として実時間数値計算と実験の統合解析を行い,本プロセスの高性能化を行った。さらに,静電気力を用いた帯電ナノ粒子の加速制御により,微小空間において衝撃波や複雑干渉を伴う極限環境下でのナノ粒子高速輸送を可能にし,成膜効率が向上することを数値計算により示した。
 なお,本研究は,2008年度日本機械学会奨励賞(研究)を受賞した。本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。

流体科学研究所
高奈 秀匡 准教授 工学博士
TAKANA, Hidemasa Associate Professor

ナノメータースケール表面振動分光の開発とデバイス評価

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特徴・独自性
近年、シリコンデバイス技術における微細化に対する限界が認識されるようになり、新しい動作原理や新奇材料に基づくデバイス技術が活発に研究されている。このような技術開発では数十 nm以下のサイズのデバイス開発から開始されるため、従来の分光手法で検証することが困難な高い位置分解能を有する材料評価手法の開発が現在求められている。我々の研究グループは、走査トンネル顕微鏡をベースとした発光分光計測により材料の光電子物性を原子分解能で明らかにすることを得意としている。

産学連携の可能性
特に本研究課題では、ナノメートル・スケールの位置分解能での振動分光を可能にする新しい技術の開発とデバイス評価への応用を意図したものであり、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。

電気通信研究所
上原 洋一 教授 工学博士
UEHARA, Yoichi Professor

ナノ領域での電磁場・伝導性・構造の多元解析

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特徴・独自性
電子線の干渉効果を利用した「電子線ホログラフィー」という最新の科学技術を活用し、先端材料内外の電磁場を高精度で計測する研究を行っている。電磁場観察用に改造された透過電子顕微鏡、および、独自に開発した複数探針付試料ホルダ等を用いて、下記の課題に取り組んでいる。
1.電子線ホログラフィーによるナノスケール電磁場計測の高精度化
2.電磁場制御と伝導性評価のための電顕内探針操作技術の開発
3.電場解析による帯電・電子放出機構の解明
4.先端ハード・ソフト磁性材料のナノスケール磁区構造解析
5.高温超電導体、強相関電子系物質の磁束イメージング

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
先端材料・デバイスの「構造」・「電磁場」・「伝導性」をナノスケールで評価する多元的解析を展開している。

多元物質科学研究所
進藤 大輔 教授 工学博士
SHINDO, Daisuke Professor

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。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
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。

環境科学研究科
吉岡 敏明 教授 工学博士
YOSHIOKA, Toshiaki Professor

二酸化炭素とジオールからの直接ポリマー合成用触媒プロセスの開発

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特徴・独自性
二酸化炭素とジオールから一段階かつ触媒的ポリカーボネート合成に有効な酸化セリウムと2-シアノピリジンからなる触媒系を見出した。酸化セリウムは二酸化炭素及びアルコールの活性化に有効であり、2-シアノピリジンはポリカーボネート生成により生じる水を水和反応により効率的に除去し、平衡を生成物側に有利にすることで反応を促進する。さらに、バイオマスからのジオール合成技術を組み合わせることで、グリーンなポリカーボネートを合成可能になる。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
本技術は二酸化炭素の直接変換に有効であり、安価で安全な二酸化炭素の有効利用及び排出抑制に寄与できる触媒技術である。二酸化炭素の濃縮技術と組み合わせることで、大きな効果が期待される。

工学研究科 / レアメタル・グリーンイノベーション研究開発センター
冨重 圭一 教授 博士(理学)
TOMISHIGE Keiichi Professor

二酸化炭素を放出する新種の火山の成因解明

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特徴・独自性
日本列島に多い活発な火山(島弧)や、深海底でプレートを作り出す火山(中央海嶺)など地球上の火山は場所が限られています。これら火山発生場所では無い場所、三陸沖やチリ沖の海底で新種の火山が発見されました。プチスポット火山です。海底調査で得られた溶岩試料の分析によって二酸化炭素放出量が異常に多い特異なマグマ組成であることがわかり、沈み込むプレートの化学組成や、地球内部~地球表層の炭素循環にも影響を及ぼしています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
本研究は、世界の深海底での更なる調査を必要としています。深海底の調査技術、得られた特殊な岩石試料の分析技術における共同研究を期待しています。また、海底調査から得られる新資源獲得などについての連携も期待しています。

東北アジア研究センター
平野 直人 准教授 博士(理学)
HIRANO, Naoto Associate Professor

二次電池、太陽電池等のクリーンエネルギーデバイスとナノテクノロジー

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特徴・独自性
革新的エネルギー変換デバイスを実現するために、単原子層電極であるグラフェン、金属酸化物ナノシート、ナノ結晶活物質、イオン液体、表面ナノ薄膜などの革新的ナノテクノロジーの基礎研究から高容量・高出力型リチウム二次電池、全固体型リチウム二次電池、金属空気電池、大容量キャパシタ、太陽電池などの高性能電極材料・デバイス創製の精密化学プロセスを研究する。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
これらの革新的エネルギーデバイスを要素技術としてスマートグリッド、電気自動車や再生可能エネルギーの基盤強化に貢献するとともに産業界との共同研究を積極的に推進する。

多元物質科学研究所
本間 格 教授 工学博士
HONMA, Itaru Professor