• 本研究における多機能ファイバの特徴として、デバイスに必要な部材を全て内包するプレフォームを設計することで、熱延伸処理によるロール巻き取りが可能である。このため従来技術で問題点となる微細で複雑な積層構造をファイバに新たに追加する必要がなく、量産性も高いため製造コストを大幅に削減することも可能である。さらに容易にファイバの線径を制御して微細化できるため、ウェアラブルデバイスなどにも応用が可能である。

応用例として、微小空間でも検査可能な能動カテーテルが挙げられる。光ファイバによるカメラ機能や電気化学センサの付与が可能である。着用者の生体情報を常にセンシングできるウェアラブルデバイスも挙げられる。

• 分散が困難とされていた、カーボンナノチューブ(CNT) を配合したセラミック複合材料の開発に関して、CNT の剛性ならびに表面性状を制御することにより均一分散させたCNT/アルミナ複合材料の作製に成功した。さらに、無加圧焼結によりアルミナ単味の強度特性を大きく超える複合体を作製できている。これを背景に、試作したCNT/ アルミナ複合材料の機械・電気的特性の向上と実用化に向けた基礎研究を行っている。

トライボ応用、強度と耐摩耗性が要求される人口股関節等の生体材料、電気ひずみ効果を利用したマイクロアクチュエータ、数GHz 〜数10GHz 程度の周波数帯における電波吸収材料への応用展開が期待される。

カーボンナノチューブ（CNT）、グラフェン、MXene などの低次元強化相を金属複合材料の強化材として活用する。界面反応を意図的に制御することで、低次元強化相特有の特性を引き出す方法を明確化し、有効な荷重伝達を実現することで、優れた機械特性、導電率、熱伝導率を同時に向上させる。更に、新規な複合粉末の製造方法の確立並びに３Dプリンターを活用した高機能金属（Al、Cu、Ag、Ti など）を開発する。　

適切な界面反応が界面結合を大幅に改善できることを示し、従来の考え方とは異なる発見であった。従来のボールミリングやアトマイズ法などの方法とは異なり、新しい複合粉末の作製手法が開発された。3Dプリンター中の急速凝固を活用することで、状態図上では溶解が困難と予想される大量のナノ炭素や酸化物を強制的に固溶させ、高機能金属材料として実現することが可能となる。

• ナノカーボンやナノバブルを活用し、ヘテロ凝集させナノセラミックス/金属粉末を製造するプロセスを提案する。複合材料開発のためのハイスループット手法を確立し、機械学習を用いて強化相の添加、界面組織、および物理・機械的特性の関係を予測するモデルを構築する。金属とセラミックスの優れた機械的・物理的特性を組み合わせることで、多機能部品の実現が可能となる。

金属およびセラミックス基複合粉末の作製が可能である。導電体の軽量化や送電ロスの低減に加え、銅資源問題への対応が期待できる。高強度かつ高抗菌性を有する生体用金属材料の積層造形を目指す。

中性子はX線では観測し難い構造を捉えられる可能性があります。組成や環境（温度や圧力）を変えた時の構造変化を調べてみたい，そもそも中性子でどのような実験が出来，どのような情報が得られるのか知りたい等，ご希望があれば，情報提供や中性子利用実験の補助を対応します。また必要に応じて，より適切な装置・研究者の紹介等の対応もいたします。

Ｘ線では捉え難い，第一遷移金属元素を見分ける構造解析（モデリング）や方法論の研究をしています。最近の研究から，マンガンを含む不規則合金において，短範囲規則度の評価に成功し，最近接原子に偏り易い原子対を見分けることに成功しました。これらの取り組みは，不規則合金の構造研究にも有用な手法となる可能性があります。

• 金属材料や希土類金属等の材料特性は，原子スケールの構造により大きく変化するため，中性子やX線による原子の位置やその動きの観察は，材料特性の起源解明や，特性制御に重要な特徴量を明らかにする上で効果的です。
• 近年は中性子の特徴を活かした観測手法の高度化に取り組んでいます。
• また恒弾性特性等の未解明な起源を明らかにするために研究を行っております。

物質内部を観るときには，観たいものと相互作用する探子（スパイ）を送り込みます。X線では観えない（とらえにくい）場合でも，中性子を用いると観える場合がありますので，ご相談いただければと思います。

• 固- 液界面現象、そして表面間の相互作用を分子レベルで具体的に解明することを目的として研究しています。中心手段は、２つの表面間に働く相互作用力の距離依存性を直接測定する表面力測定、そして当研究分野で開発した液体ナノ薄膜の構造化挙動を高感度で評価できる共振ずり測定法です。従来困難であった不透明試料( 金属、セラミック、高分子など) が測定できるツインパス型表面力装置も独自開発し、電極界面の評価も行っています。

機能材料界面における表面電荷や吸着状態等の特性やナノレオロジー・ナノトライボロジーの評価が可能です。機械、潤滑剤、ナノ材料、塗料・シーラント、化粧品等の業種に対して共同研究・学術指導を行う用意があります。

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。エピタキシャル薄膜や固液界面など，計測技術が確立していない測定対象を見るのが特徴です。

大強度の放射光と，情報科学を併用することで，標準的なX線構造解析の手法が適用できない物質の構造を明らかにします。

• 周期性が完全でない物・表面や界面の構造解析を行う。
• 有機半導体の表面構造緩和
• 酸化物の界面構造
• ある程度平滑な表面（AFMで見える程度，ステップ表面）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

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。 図1:測定セットアップ，図2：20ms露光でのX線反射率測定による固液界面構造観測例

放射光X線・赤外光・超短パルスレーザーといった様々な光源を用いて、表面や界面の反応プロセスをリアルタイムで観測し、そのメカニズムを明らかにしています。近年、高輝度軟Ｘ線を用いたピコ秒時間分解X線光電子分光システムや雰囲気X線光電子分光システムを開発し、触媒表面・界面の分子や光励起キャリアのオペランド計測に成功しています。

触媒や電池などの物質・エネルギー変換の反応場はガスや液体に接しており、真空中での計測を前提とした従来の表面科学手法では直接観測することは困難でしたが、反応場を反応中に直接計測するオペランド計測が可能になりました。

• 触媒・光触媒、燃料電池、リチウムイオン電池などの表面・界面の計測
• NanoTerasuでは軟X線に加えてテンダーX線～硬X線を用いた新規オペランド計測法を新たに開発
• 反応場を反応中に直接計測可能な「オペランド」計測の開発

触媒・光触媒、燃料電池、リチウムイオン電池など実用材料における表面機能高度化や、環境技術、C1グリーンケミストリー物質変換技術開発に役立てたいと考えています。

結晶を原子層レベルまで薄くすると表面近傍に新奇な電子状態が発現し、量子的な効果が顕著に現れ、結晶単体では見られない高移動度電子やスピン偏極電子、金属絶縁体転移の発現など新奇な物性を示すことが多くあります。こうした特異物性を極薄膜や表面で実現し、制御・解明する研究を行っています。高輝度かつ高エネルギー分解能の放射光を駆使することで、新奇な物理現象を正確に捉えることが可能です。

放射光源を利用した表面解析の手法は、実験室光源と比較してより多くの情報を得る・より微細な試料の測定を行うことが可能です。

• 世界最高性能を有するNanoTerasuとこれまで開発してきたin-situ ARPESマイクロ多端子電子輸送測定システムや計算科学を融合し、電子の運動を正確に記述し新たなナノ材料探索を実施
• Nanoterasuを用いたin-situ ARPES手法（角度分解光電子分光（Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy : ARPES））による、成膜環境下で物質の表面状態の詳細な解析が可能
• 放射光施設での測定に資する原子層レベルの極薄膜試料の作成が可能

放射光を用い新奇低次元物性の解明や光電子分光・多端子計測を合わせた革新的電子輸送現象解明手法開発による機能性表面・極薄膜探索を行っています。電子挙動の理解は革新的な半導体や加工技術の進歩に繋がります。

• 固・液の親和性や濡れ、熱抵抗、分子吸着等のメカニズムを解明し、コーティングや表面修飾などの技術によりこれを制御するための基礎研究を、分子動力学シミュレーションを主な手法として進めている。
• 熱・物質輸送や界面エネルギー等の理論をバックグラウンドとして、フォトレジストのスピンコーティングからSAM（自己組織化単分子膜）や各種官能基による親水性・疎水性処理まで様々なスケールの膜流動・界面現象を対象としている。また、主に液体を対象として、その熱流体物性値を決定する分子スケールメカニズムや、所望の熱流体物性値を実現するための分子構造に関する研究を行っている。これらの研究に関して興味のある企業との共同研究や学術指導を行う用意がある。

• 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。

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。