振動発電、アクチュエータ、位置センサ等に磁歪現象が利用されていますが、巨大磁歪材料の磁歪発現機構は解明されていません。そのため、単結晶を作製して磁歪の符号・大きさ、電子状態について結晶方位依存性を測定して磁歪の発現機構を研究しています。電子状態は放射光を用いて共鳴非弾性X線散乱(RIXS)とＸ線磁気円二色性(XMCD)で測定しています。

巨大磁歪材料の磁歪発現機構は解明されておらず、電子状態直接観測と結び付けた研究はありません。

• このシーズは、下記の特徴を持ちます。
• ・Fe-Ga 系巨大磁歪材料のブリッジマン法等による単結晶試料の作製。
• ・放射光を用いた磁性材料の電子状態の直接的な測定。
• ・磁歪特性と電子状態の結晶方位依存性の測定から巨大磁歪の発現機構の解明。
• ・磁歪の発現機構に基づく材料探索と結晶方位等の組織制御。
• ・輸送特性（電気抵抗や磁気抵抗）の異方性と電子状態との関連付け。

巨大磁歪の発現起源を理解して結晶方位等の組織を制御することで、磁歪デバイスの高性能化が期待できます。

• 真空中での分子ビーム技術を用いて、気相に取り出した巨大分子や超分子、小集団化学種（クラスター・ナノ粒子）の質量分析、イオン移動度分析、レーザー光誘起反応、二分子衝突反応の研究を、自作の真空装置を開発しながら行っています。

例として、下記のような業界の企業との連携が考えられます。・気相の微粒子の同定や構造決定が必要な材料・環境分野・質量分析やイオンモビリティが重要なプロテオミクスが関係するバイオ関連・製薬業界など

• 金属マイクロ・ナノ材料が持つ優れた物理的諸特性を有効に活用して新しい機能を創出するために、電流により発生するジュール熱を利用した極微細材料の溶接、切断手法を開発しています（上図）。2本の極細線の先端同士を接触させた状態である範囲内の一定直流電流を付与することで、細線接触部を自発的に溶融、凝固させ、同部を溶接できることを見出しました。また当該手法を駆使して極微細材料のマニピュレーションも可能です。

素材としての金属極細線から新たな機能を創出できます（中図）。また極微細材料の物理的諸特性を評価する独自の試験技術も開発しており（下図）、これら技術を活用した産学連携が可能です。

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。

• ナノ材料の特異な物性を工業材料に応用するには、目的とする物性を最大限に発揮する組成のみで材料を構成する技術、粒界や欠陥部位等を極力低減し耐腐食性等を向上させる技術、表面特性を発現可能とするための表面の単原子分子レベルでの制御技術、等が必要です。本研究室では、原料液中の金属錯体構造や状態を計算と機器分析で制御し、還元析出時の反応速度を制御することで構造や組成が均質な合金ナノ粒子を合成する技術、金属ナノ材料実用化の障害を除去する技術、等の研究開発を行っています。

触媒化学等を含む化学工業や電子産業等、ナノ材料の表面物性が大きく影響する産業界に対して、材料の表面および状態制御に関する連携が可能と考えています。

• ナノポーラス金属は、次世代高機能材料として応用が期待されています。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します。しかし、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すが、卑金属では酸化されてしまいます。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ました。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す。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（炭素Si）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ました。また、この技術は、鉄とマグネシウム、チタンとマグネシウム等の相分離する金属同士の強固な異材接合にも応用できることが分かりました。

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ます。また、マルチマテリアルを実現する鉄鋼・マグネシウム合金間接合やチタン合金・マグネシウム合金間接合を可能にします。関連企業・団体との共同研究・開発を強く希望します。

• 金ナノ粒子を使用した検査薬の担持物質として、これまではタンパク質（レクチン等）や単純な有機化合物が使用されてきました。一方、生理活性天然物は医農薬指向で研究されてきましたが、多様な作用機構を応用すれば検査薬に使用可能と考えられます。これらの性質を組み合わせることで新奇センサー物質の創成が可能と予想されます。

生理活性天然物の活性発現機構に着目することで、従来技術（抗体等）では検出が難しかった物質（低分子化合物・金属イオン等）の検出が可能になると期待できます。

• 私たちは、第一原理計算と情報学を用いて、従来実験では到達できなかった数の物質を探索し、有望な材料を発見することを研究テーマとしております。特に第一原理計算の自動化やデータベースの構築、さらにはそれらを用いた特性の理解、新材料探索を得意としています。対象は主にセラミックスです。

材料開発で生じる問題を、第一原理計算と情報学を用いて解決する方法を共同で検討します。また自動計算の仕組みの導入や、どのような計算を如何に行うかのアドバイス、計算で得られた結果の解釈を通して、実用に資する新材料の探索を共同で行います。さらに情報学に関する基礎から応用までの支援を行います。

• 本弾性定数計測手法は、任意の弾性定数を入力値に用いて共鳴振動解析を行い、振動実験から得られた共鳴振動数と各振動様式が解析結果と一致する入力弾性定数を逆解析的に求める手法です。材料種、材料形態および計測環境の制約を伴わない計測手法の構築を目指しており、金属材料・セラミックス材料・高分子材料・複合材料、顕微鏡サイズ材料・薄膜材料・異種接合材料および高温環境下なども研究対象としています。

本研究を発展させるためには、企業の課題と我々の課題との間のギャップを埋める必要があり、知識の相互補完なしでは目的を達成することができない研究開発テーマです。是非、抱えている課題や困難をお教えください。

• 原子拡散接合法（Atomic DiffusionBonding, ADB）は、同種・異種のウエハ等を室温で接合する、我々が提案した新しい技術です。標準的なADB は、超高真空中で薄い金属膜を使って接合する技術ですが、最近、酸化膜や窒化膜を使ったADB 開発にも成功し、接合界面の機能を更に向上させました。また、Au 膜等を用いた大気中接合は、利便性が高く、優れた熱伝導性等を実現できます。

新しい電子デバイス、光学デバイス、パワーデバイス、MEMS、ポリマー等の有機系デバイスの形成や、精密機器部品等への展開が期待され、一部は実際のデバイス形成技術として既に利用されています。

• 原子力や将来の核融合炉に用いられる機能・構造材料の開発と評価に関する研究を進めている。特に、メカニカルアロイング法による分散強化合金の創製や、ナノインデンテーション法を駆使した超微小試験技術に関して独自の方法を開発している。

原子力業界や材料業界

金属材料に水素が侵入すると、材料の機械的特性が低下し脆性破壊することがある。（水素脆化）水素脆化の発生を事前に予測するためには、材料への水素侵入を検出する必要がある。本技術では、対象となる金属材料に「水素と反応して色が変わる高分子センサー」を成膜することで、材料に侵入した水素を目視で発見できる。高分子センサーは安価かつ容易に成膜可能なため、大型で形状が複雑なインフラ設備にも適用できると期待される。

従来、金属中の水素検出には大型で高価な装置を必要としていたため、現場における水素検出は困難であった。本技術の水素センサーは水素を視認可能にするため、既存設備に成膜するだけで水素の侵入を発見できる。

• 従来、金属中の水素検出には大型で高価な装置を必要としていたため、現場における水素検出は困難でした。本技術の水素センサーは水素を視認可能にするため、既存設備に成膜するだけで水素の侵入を発見できます。
• ・金属材料に侵入した水素をリアルタイムで可視化できます。
• ・金属の腐食に伴い侵入した微量の水素でも検出できます。
• ・安価かつ容易に成膜可能なセンサーを使用するため、既存の大型設備にも適用できます。
• ・材料に侵入した水素を発見することで、水素脆化の防止と材料の長寿命化が期待されます。

本技術によって、大型のインフラ材料に侵入した水素を容易に検出できます。既存設備でも、材料表面に水素センサーを成膜すれば材料に侵入した水素を目視で発見できるため、メンテナンスコストの削減が期待できます。

• 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ます。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ます。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ます。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ります。