東北大学 研究シーズ集

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材料プロセス

圧縮せん断プロセスによる高性能・高機能材料の創成

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特徴・独自性

圧縮せん断プロセスとは常温〜300℃の温度範囲で粉末原料の固化成形が可能となる新しい技術です。この手法ではリサイクルを困難にするバインダーや添加剤を必要とせずに、融点以下の温度範囲で材料の固化成形が可能であり、従来の粉末冶金では固化が難しかった材料系への適用や新材料開発の可能性を開く画期的な技術です。将来的には材料接合や材料コーティングへの応用を目指しており、基礎と応用の両面での研究を推進しています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

機械部品や電子デバイス分野における材料加工や新材料開発に関する共同研究を通して、材料プロセスの高効率省エネルギー化ならびに省資源化に貢献したいと考えております。

流体科学研究所
三木 寛之 准教授 理学博士
MIKI, Hiroyuki Associate Professor

材料プロセッシング

マイクロ波を利用した機能無機材料プロセッシング

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特徴・独自性

マイクロ波は化学反応の駆動力としても注目されています。材料プロセッシングにおいては、単なる省エネルギー加熱としての特徴のみならず、反応促進効果や非平衡反応の進行が認められ、新素材を生み出す手法として期待できます。当研究室では、ミリ波からセンチ波に至るマイクロ波を駆使し、雰囲気制御を必要としない簡便な窒化物コーティング法や、サーメット焼結などの粉末冶金技術、金属ナノ粒子合成法を開発しています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

マイクロ波を利用した窒化物コーティング法は、オンサイトかつ短時間の成膜を可能にし、歯科インプラント材や宝飾品、切削工具等、チタン合金や各種セラミックス、硬質材料などに適用できます。

工学研究科 応用化学専攻
滝澤 博胤 教授 工学博士
TAKIZAWA, Hirotsugu Professor

高温反応場を用いた機能材料の創製と熱物性計測法の開発

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特徴・独自性

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。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

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

多元物質科学研究所
福山 博之 教授 博士(工学)
FUKUYAMA, Hiroyuki Professor

材料分析

電子顕微鏡で見えない微細な不純物クラスターや欠陥の分析と機能の解明

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特徴・独自性

金属から半導体・絶縁体まで、原子1個1個を3次元実空間で原子スケールの分解能でマッピングできるレーザー3次元アトムプローブ法と、原子1個が格子点から抜けた単原子空孔から空孔集合体までを非常に高い感度で検出できる陽電子消滅法を組み合わせて、従来の分析方法では検出困難な、微細なクラスターや欠陥を分析し、それらが材料にあたえる影響や機能の解明を行っている。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

ナノ構造を制御した新規材料開発、構造材料の劣化機構の解明から、半導体デバイス製造の歩留まり低下の原因解明、量子デバイス開発まで幅広い分野について、上記の解析技術を活用したい企業や団体との共同研究を希望する。

金属材料研究所
永井 康介 教授 理学博士
NAGAI, Yasuyoshi Professor

材料モデル

材料劣化

構造物適応型の電磁誘導非破壊検査システム実用化開発

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特徴・独自性

エネルギープラントに代表される大規模複雑システムの保全の最適化を目標として、センシング技術とインテリジェント材料の開発および材料の評価技術開発の研究を実施している。材料中の欠陥を電磁現象を用いて非破壊的に診断するための研究を進めている。材料中に生じる電磁現象の微少な変化を電気的な信号として検知し、欠陥の位置や形状を求めることのできる知的なセンシング法の研究を実施している。また、材料の劣化を電磁的に評価する方法についての研究を進めている。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

非破壊検査やモニタリングを必要とする企業や研究機関との共同研究を希望する。

流体科学研究所
高木 敏行 教授 工学博士
TAKAGI, Toshiyuki Professor

殺菌

キャビテーションによる水処理

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特徴・独自性

キャビテーションを意図的に発生させた水を用いて水耕栽培を行うと、植物の活性が高まり、植物の成長を早めたり、植物の質を高めたりすることができます。また養殖などに有害なプランクトンを含む水をキャビテーションで処理すると、プランクトンを殺滅することができます。薬品を使うことなく、殺菌や滅菌などの水処理を行うことができるので、環境負荷が少ない水処理法です。低価格の設備で、かつ低ランニングコストでキャビテーションを発生できる装置を開発しているので、植物工場や養殖などの水処理に適用することが可能です。本技術を活用したい企業や団体との共同研究を希望します。あるいは本研究に関して興味のある企業へ学術指導を行うことも可能です。

工学研究科
祖山 均 教授 工学博士
SOYAMA, Hitoshi Professor

殺虫

青色光を用いた殺虫技術の開発

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特徴・独自性

可視光には複雑な動物に対する致死効果はないとこれまで考えられていたが、その常識を覆し、青色光に殺虫効果があることを明らかにした。LED などの照明装置を用いて、青色光を害虫の発生場所に照射するだけの殺虫方法であるため、クリーンで安全性の高い全く新しいケミカルフリーな害虫防除技術になることが期待される。可視光に殺虫効果があることを発見したのは世界初であり、他に類似のものが全くない独自の技術である。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

農業、食品産業、畜産業、公衆衛生、一般家庭など様々な分野における害虫防除への利用を想定している。上記用途と関連する業界あるいは照明メーカーとの連携が考えられる。

農学研究科
堀 雅敏 准教授 博士(農学)
HORI, Masatoshi Associate Professor

サプライチェーンリスク

サプライチェーンを通じた資源利用と関連するリスクの可視化

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特徴・独自性

マテリアルフロー解析、産業連関モデルに基づくサプライチェーン解析により資源の流れを明らかにし、資源採掘・精錬・輸送に関わるサプライチェーンの各拠点、経路の各属性別リスクデータとの融合を行い、我が国の科学技術イノベーション政策、資源安全保障に寄与する知を生み出します。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

これまで共同研究・連携を行った経験があるのは鉄鋼産業、自動車産業です。省資源化技術導入による環境影響評価を行いたい行政機関や事業者との連携も積極的に行っていきたいと思っております。

環境科学研究科
松八重 一代 教授 博士(経済学)
MATSUBAE, Kazuyo Professor

酸化亜鉛

低環境負荷ワイドギャップ半導体

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特徴・独自性

深紫外線〜近赤外線波長の発光・受光デバイスや高周波高出力トランジスタ材料である(Al、Ga、In)N や(Mg、Zn)O 等の「低環境負荷ワイドギャップ化合物半導体材料・ナノ構造・デバイス」のエピタキシャル形成を行う。また、フェムト秒パルス電子銃を開発して走査型電子顕微鏡(SEM)に搭載して集束し、ワイドギャップ半導体の局所的な発光ダイナミクスを高い時間分解能と空間分解能でスペクトロスコピックに解析している(時間・空間同時分解カソードルミネッセンス-STRCL法)。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

半導体ナノ構造以外にも蛍光体や各種マイクロ、ナノ構造、有機化合物など、SEM に載る試料であれば何にでも応用可能である。時間分解能はピコ秒程度で、ストリークカメラに律速されている。

多元物質科学研究所
秩父 重英 教授 博士(工学)
CHICHIBU, Shigefusa Professor

産学官

酸化原因

脂質の酸化原因を明らかにできる新たな手法を開発

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特徴・独自性

私たちの身体を構成する脂質が何らかの原因で酸化され、過酸化脂質が生じると、病気の要因になると考えられています。 故に、どのような酸化反応( 炎症やラジカル酸化) が進んでいるのかを知ることは重要で、私たちは過酸化脂質の構造を質量分析で詳細に解析することで、酸化反応の種類の見極めを達成しました。 つまり、その種類に応じた適切な抗酸化物質を選択すれば、効果的に酸化を抑制できると期待されます。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

現在、病気予防を目的に、様々な抗酸化食品が出ていますが、私たちの方法を活用することにより、作用メカニズムが明確な確固たる抗酸化食品の創成に繋がると期待されます。

農学研究科
仲川 清隆 教授 農学博士
NAKAGAWA, Kiyotaka Professor

酸化ストレス

レドックス制御によるアルツハイマー病予防の試み

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特徴・独自性

近年、アルツハイマー病をはじめとする加齢に伴う神経変性疾患は酸化ストレスによる細胞障害と神経炎症を基盤としていることが明らかにされている。これまでに我々は、転写因子NRF2による酸化ストレス応答の強化が多くの疾患を改善することを見いだしてきた。NRF2は強力な抗炎症作用も有することが明らかになったことから、NRF2活性化によるアルツハイマー病予防の可能性を検討している。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

一部の野菜にはNRF2 を活性化する成分が含まれている。そこで、NRF2活性化作用を有する成分を増やすための作物品種改良、サプリメント開発などの事業に対して、細胞やマウスを用いた検証系を提供できる。

加齢医学研究所
本橋 ほづみ 教授 MD.PhD.
MOTOHASHI, Hozumi Professor

酸化セリウム

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

酸化物

外場印加により固液界面のエネルギー状態を制御した新しい結晶成長

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特徴・独自性

我々は、結晶成長過程における界面現象と育成された結晶の特性の関係を明らかにするといった立場から、主として融液からのバルク結晶の成長に取り組んでいます。特に、界面に電場を印加することにより結晶と融液の間に電気二重層という極薄領域を形成しナノメータスケールで結晶育成を制御しています。電場印加による具体的な結晶作製研究例として、
1. 融液と結晶のエネルギー関係を制御し、従来育成が不可能とされていた高温圧電センサー用ランガサイト型結晶の開発。
2. 結晶化が困難なタンパク質の核形成を電場印加により容易に実現。
3. シリコン結晶成長において界面の不安定性を制御し、理想的な構造を持つシリコン結晶の開発。
このように21 世紀高度情報化社会に必要な、光学、圧電、磁性等の分野で有用な新結晶や、あるいは、従来育成が困難とされていた結晶の創製の分野で有意義な共同研究ができるものと考えます。

金属材料研究所
宇田 聡 教授 Ph.D.
UDA, Satoshi Professor

放射光による原子スケールの構造測定

特徴・独自性

主に放射光の回折を用いて、高い精度で構造観測を行います。通常の単結晶構造解析のような手法では無く、周期性が完全でない物・表面や界面の構造解析を行うのが特徴です。有機半導体の表面構造緩和や、酸化物の界面構造などの測定を多く手掛けています。ある程度平滑な表面があれば、その表面近傍の構造を非破壊・非接触で0.01nmの精度で決める事が可能です。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

固液界面でのプロセスの進行過程を見るような応用が考えられます。

理学研究科物理学専攻
若林 裕助 教授 博士(理学)
WAKABAYASHI, Yusuke Professor

酸化物エレクトロニクス

酸化物エレクトロニクス材料の創製

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特徴・独自性

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。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

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。

材料科学高等研究所
福村 知昭 教授 工学博士
FUKUMRA, Tomoteru Professor

酸化物結晶

新規機能性結晶、シンチレータ、圧電単結晶の開発とデバイス化

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特徴・独自性

放射線や光、熱、圧力等の外部からのエネルギーと結晶との相互作用に興味を持ち、㈰化学と物理の両面からの材料設計、㈪合成プロセスの開発、㈫相互作用の評価と理解、の3 つの切り口から先駆的な機能性結晶の研究を進めています。研究室内で異分野融合を行っており、要素技術の上流から下流までを垂直統合する体制で取り組んでいます。優れた特性を持つ結晶に関しては、そのデバイス化、実機搭載にも主体的に関わる点も特徴です。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

シンチレータは、核医学、セキュリティ、核融合、資源探査、宇宙物理等、に用いる放射線検出器に応用されます。高発光量、高速応答、長波長発光、高エネルギー分解能、高温域での安定性など、ユーザーのニーズに合わせた材料設計が可能です。また、ランガサイト型圧電結晶は室温近傍の温度特性と低インピーダンスである特性を利用して、振動子、発振器、音叉等への応用も考えられております。また、高温域での特性に注目し、特に、自動車の燃焼圧センサー等への応用も検討されております。

金属材料研究所 先端結晶工学研究部
吉川 彰 教授
YOSHIKAWA, Akira Professor

酸化物スピントロニクス

酸化物エレクトロニクス材料の創製

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特徴・独自性

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。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

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。

材料科学高等研究所
福村 知昭 教授 工学博士
FUKUMRA, Tomoteru Professor

酸化物ナノ粒子

固体イオニクス材料のエネルギー変換・貯蔵・利用技術への応用

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特徴・独自性

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。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

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。

工学研究科 知能デバイス材料学専攻
高村 仁 教授 博士(工学)
TAKAMURA, Hitoshi Professor