• 従来の液相における材料合成では、溶媒に溶解する原料を大前提としているために、材料選択性が限られるだけでなく、洗浄・廃棄物など様々な問題があります。原料が溶媒に溶解しない物質であれば、原料選択性の広がりによりプロセッシングの枠が格段に広がります。例えば、金属原子と酸素原子で構成された安価な酸化物が原料に利用できれば、環境負荷とコストの低減できる可能性があります。従来にない新しいプロセッシングにより、新しい材料を作成してきました。

ナノ粒子関連材料の低コスト・高環境性・高スループット材料プロセッシングの開発で、これまでに多くの産学官連携（JST、 NEDO）を推進してきました。

• 金属材料の性質は、材料を構成する微細組織によって大きく変化します。我々は、従来型のバルク材の結晶構造・組成・粒径等の制御のみならず、結晶界面の構造やサブナノ領域の局所的組成など原子レベルでの先進的組織制御により、強度と延靱性に優れた構造用金属材料の設計・開発を、鉄鋼を中心に行っています。特に、結晶界面（粒界や異相界面）を制御する新しい観点から、相変態・再結晶を用いた結晶粒微細化の指導原理を構築するべく基礎的研究、豊富な資源としての軽元素の機能の基礎的理解と有効活用による鉄鋼およびチタン合金の更なる高機能化の研究を行っています。

熱処理や塑性加工を用いた鉄鋼や非鉄金属の高機能化、鉄鋼の表面硬化処理、金属組織に関する各種解析などを専門としており、この経験を生かして少しでも産業界の役に立てればと願っています。

• これまで、Co基合金は高温材料として利用できる金属間化合物γ’相が存在しないため、高温強度がNi 基合金に比べて低い問題がありました。我々は、新しい金属間化合物相Co3(Al、W) γ’相を発見し、γ/γ’型Co-Al-W 基鋳造及び鍛造合金で優れた高温強度が得られています。1100℃以上の超高温用としてはIr-Al-W 合金があります。また、Co 基合金は耐摩耗性に優れる特徴を有しています。例えば、摩擦攪拌接合(FSW)ツールとして優れた特性を示し、従来、FSWが困難であった鉄鋼材料やチタン合金などの接合に対しても高いパフォーマンスを確認しています。各種、高温部材、耐摩耗部材、FSW への適用に向けた共同研究を希望します。

• 金属、セラミックスにおける状態図の実験的決定と計算状態図の研究を行っています。状態図を基に、優れた性能や特異な機能性を有する新しい構造材料（鉄合金、銅合金、耐熱材料etc.）や機能材料（形状記憶合金、超弾性合金etc.）の提案と、ミクロ組織制御・特性評価を通した材料設計を行っています。特に、相変態を利用した単結晶製造方法の開発や、新規形状記憶合金の開発と制震部材への展開などに取り組んでいます。

新規材料開発における基盤技術として、相平衡や状態図を知りたい、ミクロ組織と特性の関係を明らかにしたい、といったニーズに対して連携の可能性があります。

• 一般的に使用されているステンレス鋼および従来のCoCr合金などの生体用金属材料は、生体骨より10倍もの高いヤング率を示し、インプラントによる骨の萎縮現象が問題視されている。β-Ti合金は比較的に低いヤング率を示すが、耐摩耗性が低い。本新規CoCr系合金は、低ヤング率と高耐摩耗性の両立を初めて実現した。さらに、耐食性が優れ、17%以上の超弾性歪みも示すことから、次世代生体材料として有望である。

生体骨と同程度の低いヤング率、高い耐食性と耐摩耗性および優れた超弾性特性の 4 拍子そろった本 CoCr 系生体材料は、人工関節、ボーンプレート、脊髄固定器具やステントなどへの応用が期待される。

• 実用形状記憶合金ニチノールと同等の形状記憶および超弾性特性を有し、約２倍の加工性を持つCu-Al-Mn系形状記憶合金を開発しました。この合金はニチノールの数分の１のコストで作製することができ、形状記憶処理に金型が不要なため、線以外の複雑な形状への加工・成形が可能です。最近、この合金を利用して着脱容易な「巻き爪矯正具」を開発・製品化し、2011 年から販売を始めました。

直径や厚さが0.1 〜 20mm もの線、棒、板材でも6％以上の優れた超弾性が得られる技術を確立し、現在制震部材への応用研究を進めています。医療、建築にかかわらず本合金の特性を利用したい用途があったら是非ご連絡下さい。

• 有機分子の集積によって構成されている分子性伝導体を中心に研究を進めています。分子で構成されている有機物質の特徴は“やわらかい”ことです。この特長から、近年、有機ELデバイスなどの軽量で“曲がる”エレクトロニクス材料として注目されています。当研究室では、このような分子性有機物質の基礎的物性( 金属- 超伝導- 絶縁体) の解明、新物性の開拓を目指しています。
• 分子性有機物質は、無機物質と比べて“やわらかく”大きく広がった分子軌道や電荷の分布、また分子自身の持つ構造自由度などのために、電荷- スピン- 分子格子- 分子内結合の間にゆるやかで大きな自由度を有しています。このナノ分子サイズの“やわらかい”複合的自由度と強く関係している超伝導から絶縁体までの多彩な電子状態がバルクな物性として現れます。このような分子性物質の特長をフルに活かして、電子物性物理の重要で興味ある問題にチャレンジしています。 このような研究に興味のある企業への学術指導を行なう用意があります。

• 中性子散乱は他の散乱手法（X散乱や電子線散乱）に比較して、1) Li、 H 等の軽元素による散乱が大きい、2) 磁気散乱を通して物質中の電子スピンを検出可能、3) 弾性散乱（回折）に加えて室温程度の低エネルギー励起の測定が可能という特徴があります。我々は中性子散乱法を用いて、多体電子系における巨視的量子現象、なかでも量子フラストレートスピン系における巨視的非磁性基底状態や磁気揺らぎが媒介する非従来型の超伝導現象の探索とその解明を目的に研究を進めています。

上で述べたように、中性子散乱は磁気構造およびスピンダイナミクス、さらに結晶中の軽元素位置やその運動を調べるのに適した手段です。従って、このような情報が必要な材料研究には極めて有用であると考えられます。

• 強相関電子系とは、クーロン斥力により強く相互作用する電子集団のことです。私たちは、物質合成と物性測定を相乗させることで、強相関電子系が示す新奇な量子物性を開拓しています。高圧合成法を含む様々な固体化学的手法を駆使することで物質を合成し、得られた試料の電気的・磁気的・熱的・光学的な物性を評価しています。さらに、極限環境や量子ビームを活用した特殊な計測も推進しています。こうした物質合成を基盤に据えた総合的な実験研究を通して、超伝導・磁性・トポロジカル秩序などの強相関量子物性を探求しています。

強相関電子系は、巨視的スケールで量子効果が現れることで、劇的な機能を示します。大きなエネルギースケールを有する遷移金属化合物は、次世代テクノロジーの基盤材料としての可能性を秘めています。

• 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。

• 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。

• 一般的に使用されているステンレス鋼および従来のCoCr合金などの生体用金属材料は、生体骨より10倍もの高いヤング率を示し、インプラントによる骨の萎縮現象が問題視されている。β-Ti合金は比較的に低いヤング率を示すが、耐摩耗性が低い。本新規CoCr系合金は、低ヤング率と高耐摩耗性の両立を初めて実現した。さらに、耐食性が優れ、17%以上の超弾性歪みも示すことから、次世代生体材料として有望である。

生体骨と同程度の低いヤング率、高い耐食性と耐摩耗性および優れた超弾性特性の 4 拍子そろった本 CoCr 系生体材料は、人工関節、ボーンプレート、脊髄固定器具やステントなどへの応用が期待される。

• 超臨界水を反応場とする有機修飾ナノ粒子の合成技術を発明した。超臨界反応場では有機分子と金属塩水溶液が均一状態で反応し、水分子が酸／塩基触媒として働き、有機修飾金属塩ナノ粒子を合成できる。このハイブリッドナノ粒子は有機分子を表面に有するため、溶剤に高濃度分散させてナノフルイッド、ナノインクとしたり、高分子とハイブリッド化させて有機・無機材料の機能を併せ持つ材料を創成することができる。

窒化ホウ素の有機修飾ナノ粒子はポリマーに分散させて、高熱伝導材料として使用できる。また酸化チタン、酸化ジルコニウムの有機修飾ナノ粒子は、ポリマーなどに高濃度分散させることにより高屈折率レンズ製造に応用できる。また、高活性ナノ触媒としての利用も期待される。現在、本技術に基づいて、超臨界ナノ材料技術開発コンソーシアム（参加企業およそ80 社）が設立されており、産業への応用や国家プロジェクトの提案などを積極的に推進している。

• 当研究室では、超臨界水を反応場とする流通型反応プロセスの開発を行っている。高温高圧反応場では、水の物性が大きく変化し、水と油とガスが均一相を形成する。この状態では、水分子そのものが酸や塩基触媒として機能し、高速に反応が生じる。このような新規な反応場の利用には、プロセス開発をすすめながら反応場の相平衡、流動、反応速度論の理解に基づく、プロセスの設計基盤の確立が必要である。

超臨界水中でのナノ粒子連続合成プロセス、超臨界水・亜臨界水中でのバイオマスの前処理・可溶化プロセス、超臨界水中での重質油の改質プロセスの開発を行っている。