• 高輝度放射光やコヒーレント光源の特性を活かした高精度のX線散乱技術と、従来の電子密度の可視化だけでなく、原子や分子の相互作用を顕す静電ポテンシャルを精密に可視化できるデータ解析法を開発し、物質機能をデザインするプロトコルの創成を目指します。

電池材料、機能性材料、機能性ポリマーなどの研究開発において、構造可視化を必要とする産業界と共同研究が行えます。

• 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。

• 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、等が必要である。我々は、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る。

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、材料の表面及び状態制御に関する連携が可能と考えている。

• 物質の中ではいろいろな種類の電子が様々に運動しており、それが物質の性質を決めている。当研究室は、高速電子線を励起源とするコンプトン散乱を用いて物質内電子のエネルギーと運動量を測定する新しい分光計測法を開発し、反応性や機能性など物質が持つ多様な性質の起源の解明を目指している。
• 主な研究内容：
• (1) 分子座標系電子運動量分光の開発による分子軌道の運動量空間イメージング
• (2) 多次元同時計測分光の開発による電子・分子衝突の立体ダイナミクスの研究
• (3) 時間分解電子運動量分光の開発による過渡的な物質内電子運動の変化の可視化
• 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。また、本研究に関して興味のある企業へ学術指導を行う用意がある。

ナノバブル技術には従来の洗浄と異なる革新的な機能が期待できる。純水に微量の無機イオンを加えることで、長期間安定したナノバブルの製造に成功した。ナノセルとも呼ぶことができる10nmレベルの微粒子であり、界面活性剤などが必要なく安定的に分散している。表面に数nm以下の凹凸構造があり、ナノ特有の機能が期待できる。安全性に優れており、医療やバイオ、農業分野など広範な技術領域で応用できる可能性がある。

従来のファインバブルはシャワー洗浄等で注目されているが、具体的機能は未だ不明。東北大学は10nmレベルのナノバブルの製造と測定に成功。単なる洗浄効果を凌駕し、生体や植物に対する広範な機能を有する。

• 10nmレベルのナノ粒子（量子ドット）的な存在である
• 分散剤を必要とせずに長期に安定している（凝集しない）
• 生体や植物に対して安全でありながら特異な機能を発揮する

未知な領域で新たな機能を発揮させて欲しい。医療・バイオ分野等、素材として取り扱う企業との共同研究を希望。水としての利用が可能であり、他の薬剤との相乗効果を希望する場合、本技術が有効と思われる。

• 放射光を光源とするイメージング・分光技術を駆使することで実用バルク材料全体の構造・元素・電子状態を多元的に可視化することができます。特に、放射光のコヒーレント成分を利活用したコヒーレント回折イメージングは、X 線領域で未踏であったナノスケールでの構造可視化を実現する次世代の可視化計測法として注目されています。また、近年の情報処理技術の発展に伴い、３次元空間に分布する元素・電子状態の情報から構造−機能相関に関する特徴的な情報を抽出することも可能になりつつあります。先進的X線光学技術を駆使した次世代の放射光イメージング・分光法の開拓を基軸とし、高度情報処理技術を活用することで、実用材料の機能を可視化する基盤を構築することを目指します。

• 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。

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。

新規固体電解質を備える二次電池
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken_h/T07-229.html

• 近年、ポータブル機器の普及に伴い、小型大容量の二次電池に対する需要が高まっている。現在実用化されている二次電池の中で、最もエネルギー密度の高いリチウムイオン電池は電解質として有機溶媒電解液を用いていることから、その安全性に対して問題があり、安全性の高い固体状の電解質が求められている。特に自動車用途では電池サイズが大きく衝撃の危険性があるため、特に安全性の向上が要望されている。本発明では、リチウムイオン電池用の新規固体電解質に関するものであり、その組成は、LiBH4とMX（Mはアルカリ金属、Xは①ハロゲン原子 or ②NR２基 or③ N2R基：ただしRは水素原子またはアルキル基）である事を特徴とし、LiBH4の115℃の転移温度未満においても高いイオン伝導性を示すため、リチウムイオン二次電池用電解質として有用である。

・リチウムイオン二次電池用電解質

細胞や食品などのマイクロからナノスケールの構造を可視化し、生命現象や食感の構造基盤を解明するために、放射光イメージング技術やX線分析を用いた技術開発を進めています。また、不均一な化学状態や相変化を理解するために、スペクトルイメージングと機械学習による画像解析も行っています。

自然に近い状態での試料観察を目指しています。例えば大気環境下、湿潤環境下、クライオ環境下での計測技術や新しいイメージング法、低線量での撮影技術を進めています。

• コヒーレントX線回折イメージング技術の開発と生命・食農分野への展開
• 機械学習などを活用したスペクトル画像解析技術の開発
• X線吸収分光や小角・広角X線散乱を用いたスペクトルイメージングと機械学習を活用した画像解析技術
• 生命・食農分野での放射光利活用方法の開拓

条件ごとの食感の差異の可視化等から食品開発等への展開や、ソフトマテリアル、エネルギーデバイス等にも応用することが可能です。

• 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。

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。