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プレスリリースなど

2019年度

発表・掲載日:2019年05月30日

近赤外光を可視光に変換する固体材料を溶液塗布法で実現

-発光収率向上の糸口となる変換過程のメカニズムを解明-

2成分の分子から成り、近赤外光を可視光に変換(光アップコンバージョン(UC))する固体材料を溶液塗布法(迅速乾燥キャスト法)によって作製した。今回、新たに合成した近赤外光を吸収する金属錯体分子を、発光材料中に均一分散させたままでガラス上に塗布し固体化することで、近赤外光照射で黄色の可視光発光が得られる固体材料を実現した。また、時間分解分光測定などさまざまな方法で解析して、この材料の光アップコンバージョン過程のメカニズムを解明し、各中間過程の効率を特定して、効率向上の指針を得た。今回開発した可視光への光アップコンバージョン固体材料は、セキュリティーインク、ディスプレーなどの表示用途が期待されるほか、この技術を発展させ、効率が向上すれば、ペロブスカイト太陽電池や人工光合成などの太陽光変換デバイスの効率向上につながると期待される。
成分分離を防ぐ迅速乾燥キャスト法(左)で作製した固体材料への近赤外光照射による可視光への変換(アップコンバージョン)(中央写真の円内)と照射した近赤外光と発光した可視光のスペクトル(スペクトルはピークの最大値で規格化)(右)

機能調和材料グループ 舟橋 良次 研究グループ長、鎌田 賢司 上級主任研究員、アブリケム アイズィティアイリ 元 博士研究員 )

発表・掲載日:2019年04月15日

Synthesis of Diverse Mesoporous Materials by Controlling the Reactivity of Starting Chemicals
– Potential as a mesoscale vessel, with surface property modified pores, for chemical reactions –

An organic-inorganic hybrid mesoporous material with stable and hydrophilic surfaces was synthesized by controlling the reactivity through partial substitution of the four ester groups in 1,4-benzenephosphonate ester with low-reactive hydroxyl groups. The introduction of benzene rings enabled the addition of amino groups and sulfonate groups. In addition, it was possible to create diverse mesoporous materials with hydrophilic surfaces that can be modified through substitution of aluminum with titanium and vanadium.

Researcher: Tatsuo Kimura, Leader, Materials for Chemical Transformation Group, Inorganic Functional Materials Research Institute

2018年度

発表・掲載日:2019年01月29日

生活空間のニオイモニタリング

-妨害ガスがあってもニオイを識別できるセンサーアレーを開発-

室内に妨害ガスがあっても特定のニオイを識別できるセンシング技術を開発した。 現在、人間の五感に関わるセンシング技術の中で、嗅覚に関わるセンシング技術、 つまりニオイのセンシング技術は、ニオイの識別が困難であるため、 一般的な生活環境中の使用には制約がある。しかし、 住宅や自動車などの交通機関に関する業界などでは、 生活に由来する不快なニオイを選択的に識別して換気と連動させる技術のニーズがあり、 高度なニオイの識別技術が求められている。一般に、 住宅や車内など、多くの人と共有する閉鎖空間では、 測定したいニオイ以外のガス種(妨害ガス)が共存している。 また、一般的な半導体式センサーは多湿環境では識別能力が低下するため、 このような妨害ガスが複数種存在する閉鎖空間では、 目的のニオイを識別することが困難であった。今回開発したセンサーアレーは、 これまでに産総研が開発したバルク応答型センサーと一般的な半導体式センサーとを組み合わせた 小型のセラミックスセンサーアレー素子である。原理的に湿度の影響を受けにくいバルク応答型センサーを加えたので、 これまで難しかった高湿度下でのニオイの識別能力が飛躍的に向上した。センサーアレーの信号を機械学習の一種である主成分分析(PCA)で解析して、 多湿環境下で複数のニオイを識別できた。空間の環境に依存せずニオイを識別できる技術として、閉鎖空間の快適性向上に資すると期待できる。

今回開発した技術で呼気や室内空気を測定し機械学習によってニオイを識別

電子セラミックスグループ 増田 佳丈 研究グループ長、伊藤 敏雄 主任研究員 )

発表・掲載日:2019年01月28日

抗体を効率的に分離・精製できるセラミックス粒子を開発

-抗体医薬品のコストダウンに貢献-

開発したクロマトグラフィー用粒子を充填したカラム(左)と抗体分離精製の概念図(右)

血清から抗体を効率的に分離・精製するためのセラミックス粒子を開発した。この粒子は、抗体精製カラム用粒子で一般的に利用される抗体と特異的に結合するプロテインAなどのタンパク質を使用しないで、同等の抗体結合容量(~50 mg抗体/mL粒子)を持つ。 近年、副作用が少ない次世代の医薬品として抗体医薬品が注目されている。抗体の分離・精製過程で用いられる従来の抗体精製カラム用粒子では、抗体と特異的に結合する高価なタンパク質が用いられている。また、粒子に結合した抗体の回収時に用いるpH2~4の酸性溶液が、回収後の抗体の凝集や変性を引き起こす原因ともなり、より安価で酸性溶液を用いずに精製できるカラム用粒子の開発が課題となっていた。今回開発したセラミックス粒子は、高い比表面積と細孔容積を持ち、抗体と効率的に結合するため抗体結合用タンパク質を必要としない。また、中性付近の溶液で粒子に吸着した抗体を回収できる。そのため、抗体医薬品などの抗体製品の製造工程の低コスト化や高効率化への貢献が期待される。

(日本特殊陶業-産総研 ヘルスケア・マテリアル連携研究ラボ 加藤 且也 連携研究ラボ長 )

発表・掲載日:2018年07月04日

世界初、実用サイズのプロトン導電性セラミック燃料電池セル(PCFC)の作製に成功

-量産プロセスにも適用可能な拡散焼結技術により実現-

試作した80mm角平板 プロトン導電性セラミック燃料電池セル(PCFC)

世界で初めて実用サイズのプロトン導電性セラミック燃料電池セル(PCFC、Protonic Ceramic Fuel Cell)の作製に成功した。PCFCは理論的には燃料を100 %利用でき、全ての既知の発電デバイスを凌駕する発電効率75 %を実現できる可能性があるが、プロトン導電性セラミックスの作製には1700 ℃以上の高温焼成が必要であったため大型化が難しかった(既存技術:直径30 mmサイズ)。今回、拡散焼結技術を開発し、量産可能なプロセスにより実用的な80 mm角サイズのPCFCを作製した。また、電解質を多層化することで電圧効率も大幅に向上した。超高効率電源のコア技術を開発したことにより、再生可能エネルギーと組合せたバーチャル発電ネットワークや、政府の「水素基本戦略」にある水素社会向けの超高効率電源の実現が期待される。

機能集積化技術グループ 藤代芳伸 研究グループ長、山口十志明 主任研究員、島田寛之 主任研究員、山口祐貴 研究員、水谷安伸 客員研究員(東邦ガス株式会社))

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2017年度

発表・掲載日:2018年02月06日

樹脂のように低温で液相から成形できるLED部材用低融点ガラスを開発!

-ユーザーによる成形を可能にする耐光性・耐熱性に優れた実用的なガラス-

今回開発したガラス作製技術の概念図

液相法によって500 ℃程度で作製できる、耐水性、耐熱性、耐光性を持つ無色透明な低融点ガラスを開発した。この技術は、ガラス前駆体液(ガラス化する前の液体状の原料混合物)を加熱し、500 ℃程度で溶融させて型に流し込み成形できるガラス作製技術である。得られたガラスは、LED用のレンズや透明封止剤などさまざまな光学材料への応用が期待される。

高機能ガラスグループ 正井博和 主任研究員)

発表・掲載日:2017年12月27日

Development of a Compact, High-Power Fuel Cell System

– Expectations for application to vehicles and robots by improvement of output power and durability –

Improvement of output power by increasing operating temperature of SOFC

A nano-structure-controlled electrode material and operation control technology have been developed for internal partial oxidation reforming of liquefied petroleum gas (LPG) and steam reforming of ethanol in solid oxide fuel cells (SOFCs). In collaboration with Atsumitec Co., Ltd., AIST has demonstrated a portable power generation system with compact size and high output power.

機能集積化技術グループ 鷲見裕史 主任研究員)

発表・掲載日:2017年11月17日

ガラス物性測定コンソーシアムの設立

-高機能ガラス部材の成型加工に関する基盤技術の普及を目指す-

ガラス物性測定コンソーシアムの概要

国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)無機機能材料研究部門【研究部門長 淡野 正信】は、 難加工材料であるガラス部材の成形の高度化のために、当部門で蓄積してきたガラスの物性測定技術や精密成型技術の普及と情報交換を目的とした 新たなコンソーシアム「ガラス物性測定コンソーシアム」を平成29年11月17日に産総研関西センターに設立しました。
 このコンソーシアムでは、ガラス部材の製造やそれを利用している民間企業、大学、公設試験研究機関(公設試)と 産総研が情報交換を行うことにより、新しいガラス精密成型部材の開発やガラス製品の製造時に発生する課題の解決に寄与し、 ガラスのより広範な利用とそれによる最終製品の性能向上につなげることを目的とします。
 また、ガラス物性測定コンソーシアムでは、ガラス成型やガラス成型品の利用に係わる企業、研究者の皆様のご参加をお待ちしております。

(事務局 高機能ガラスグループ

発表・掲載日:2017年10月12日

原料の反応性を制御して多様なメソポーラス材料を合成

-細孔表面の性質を変えたメソスケールの化学反応場として期待-

部分的に水酸基置換したベンゼン架橋ホスホン酸エステルによるメソポーラス材料の合成

有機架橋ホスホン酸と金属塩化物から非シリカ系の有機無機ハイブリッド型メソポーラス材料を合成する産総研オリジナルの手法を改良し、原料の反応性を連続的に制御することで多様なメソポーラス材料を合成できる技術を開発した。メソポーラス材料の産業応用の拡大には、材料表面を親水性にするなど、表面特性の多様化が重要である。そのために有機架橋ホスホン酸化合物と塩化アルミニウムなどさまざまな金属塩化物を反応させた細孔の形成を検討してきたが、従来手法では反応速度を制御できず細孔の形成が不十分であった。これに対して金属塩化物と反応するホスホン酸化合物のエステル基の割合を連続的に制御する技術を開発し、特定の金属塩化物との組み合わせに対して、細孔を形成させるのに最適な反応性を実現した。開発した技術により、メソポーラス材料の細孔表面の性質に関する設計自由度が向上したため、従来の疎水性のメソポーラス材料とは異なるメソスケールの化学反応場をもつ触媒材料やフィルター材料、人工光合成材料など、さまざまな分野での応用が期待される。

物質変換材料グループ 木村辰雄研究グループ長)

発表・掲載日:2017年04月01日

「日本特殊陶業-産総研 ヘルスケア・マテリアル連携研究ラボ」を設立

-医療/ヘルスケア製品に向けた材料研究開発強化のため、企業名を冠した研究室を中部地区で初めて創設-

ラボの連携イメージ図

日本特殊陶業株式会社と国立研究開発法人 産業技術総合研究所は、 4月1日に、産総研 材料・化学領域内に「日本特殊陶業-産総研 ヘルスケア・マテリアル連携研究ラボ」を設立した。 本連携研究ラボは、企業戦略に、 より密着した加速的・集中的研究開発推進のために産総研が取り組んでいる連携研究室制度を活用したもので、 産総研の中部センター内 無機機能材料研究部門を拠点とし、中部地区で初めての設置となる。 また、ニューセラミックスやその応用商品を製造・販売する企業の名称を冠する初の連携研究ラボでもある。

(連携研究ラボ長 加藤 且也(産総研 無機機能材料研究部門 総括研究主幹))

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2016年度

発表・掲載日:2017年03月23日

200 ℃から800 ℃の熱でいつでも発電できる熱電発電装置

-冷却水不要のポータブルな空冷式熱電発電装置の開発-

今回開発したポータブル空冷式熱電発電装置と熱電モジュールの画像

工業炉、焼却炉、エンジンなどの排熱から発電できる空冷式のポータブル熱電発電装置を開発した。 この発電装置は冷却水を用いず発電でき、複雑な設置工事も必要としない。 今回の発電装置は、産総研が独自に開発した800 ℃の高温でも安定して発電する酸化物熱電モジュールと、 空冷部分にヒートパイプを用いることで実現した。 200 ℃~800 ℃の熱源があれば発電装置の集熱部を高温の場所にかざすだけで発電できるため、 工場や焼却場の排熱から簡単に発電できる。 また、災害時の緊急電源としても利用できる。 この熱電発電装置の部材は、従来の熱電材料に含まれていた有毒な鉛などを含まない、 人体に無毒なカルシウム、コバルト、マンガンの酸化物素材で作られ、 回転系や引火性の部品も無いため安全であり、 製造時に消費したエネルギーも約5か月の発電で回収できる。 この発電装置は、排熱量や電気の必要量によって、 複数の発電装置を接続して高出力を得ることができる。

機能調和材料グループ 舟橋良次 上級主任研究員

発表・掲載日:2017年02月09日

コンパクトハイパワー燃料電池システムを開発

-出力や耐久性の向上により、移動体やロボットなどへの応用に期待-

今回開発したコンパクトハイパワー燃料電池システムの外観と応用イメージの画像

コンパクトハイパワー燃料電池システムを開発した。 固体酸化物形燃料電池(SOFC)の内部で瞬時に効率よく液化石油ガス(LPG)の部分酸化改質やエタノールの水蒸気改質ができる ナノ構造電極材料や運転制御技術を開発し、発電システムの出力や耐久性を向上させた。これにより、災害などの非常用に加え、 移動体レンジエクステンダーやロボット、ドローンなどの常用電源への応用が期待される。

機能集積化技術グループ 鷲見裕史 主任研究員)

発表・掲載日:2016年11月30日

高記録容量光ディスクを目指した高速光記録材料を開発

-長期間の保存記録向け光ディスク材料-

大幅な多層化が可能な光ディスク材料における、今回開発した材料と従来の材料での記録時間の違い画像

大幅な多層化と高速な記録が可能な長期間保存用光ディスク向け記録材料を開発した。 この技術では、多段階多光子吸収とホログラム技術を用いて、 時間幅8ナノ秒のレーザーパルスを1回照射するだけで記録ピットを形成でき、 従来の光ディスクの問題であった記録速度を大幅に向上できる。 この記録材料では1枚のディスクで最大10テラバイトの記録容量が可能になると見込まれ、 長期保存記録に用いることで、ハードディスクや磁気テープなどの現行記録媒体で必要な 空調や定期的なデータの移行が不要になり、 約4割の消費電力削減と二酸化炭素排出量低減への貢献が期待される。

機能調和材料グループ 神哲郎 研究グループ長、鎌田賢司 上級主任研究員)

発表・掲載日:2016年11月09日

水素の大量製造を可能にする酸化物ナノ複合化陽極材料を開発

-革新的な固体酸化物形電解技術による水素社会への貢献-

開発したナノ複合化陽極の効果の画像

固体酸化物形電解セル(SOEC)に用いる酸化物ナノ複合化陽極材料を開発した。 この材料は、高温電解電流密度を飛躍的に向上させ、水素を大量に合成できる。 水素社会の実現に向け、 水を電気分解(電解)して水素を合成する技術の開発が進められている。 中でもSOECによる水電解は、 水素製造に必要なエネルギーを従来の水電解技術よりも20~30 %削減できる点や、 白金などの貴金属電極が不要などの利点を持つが、 セル面積あたりの水素製造量(合成速度)が少なかった。 今回、サマリウムストロンチウムコバルタイト(SSC)と サマリウム添加セリア(SDC)の 一次粒子をナノレベルで均質化させたナノ複合構造の二次粒子を設計し、 噴霧熱分解法による製造プロセスで合成した。 二次粒子である酸化物ナノ複合粒子内には電子とイオンそれぞれの伝導経路が構成されており、 広い反応場と高い電気伝導性を示す。この材料を用いたSOECで高温水蒸気電解を行ったところ、 電解電流密度は2.3 A/cm2(750 ℃、電解電圧1.3 V)であった。 また、セル面積あたりの電解水素の合成速度も、高分子形の水電解での合成速度の2倍以上を達成し、 電解セルのコンパクト化に貢献できる可能性がある。

機能集積化技術グループ 島田寛之 主任研究員、山口十志明 主任研究員)

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2015年度

発表・掲載日:2015年10月27日

呼気で肺がんのスクリーニング

-健康管理のための呼気ガスセンシングシステムの開発-

呼気VOC検知器プロトタイプの写真

水素ガスは腸内細菌の活動を示すので、健康・生活習慣との関係を明らかにするため、 ガス種選択性に優れた熱電式水素センサー素子を用いて直接呼気中の水素ガス濃度を測定できる呼気水素検知器プロトタイプを試作した。 2年間でのべ834名のボランティアの呼気水素を分析し、水素ガス濃度と健康状態・生活習慣との相関を明らかにした。 また、肺がんの早期発見を目指して、肺がん患者のがん切除手術前後の呼気ガス成分を統計学的に比較・分析し、 呼気中の揮発性有機化合物(VOC)から複数の肺がんマーカー物質の組み合わせを見出した。複数のマーカー物質の濃度から、 肺がん患者と健常者とを高精度で識別できるアルゴリズムを開発し、濃度が数ppbレベルのマーカー物質を検知するために、 開発した高感度半導体式VOCセンサーと共に簡易ガスクロマトグラフィー型呼気VOC検知器プロトタイプに搭載した。 現在、開発した呼気検知器の臨床試験と改良を進めており、平成29年の実用化を目指す。

電子セラミックスグループ 申ウソク 研究グループ長、伊藤敏雄 主任研究員)

発表・掲載日:2015年09月18日

性能を保ったまま異方性サマリウム-鉄-窒素焼結磁石を作製

-世界最強の耐熱性磁石を目指して-

今回開発した技術と従来技術によって作製したSm2Fe17N3焼結磁石の保磁力の変化率の図解

サマリウム-鉄-窒素(Sm-Fe-N)系磁石粉末を、磁石性能を低下させることなく異方性焼結磁石とする製造技術の開発に世界で初めて成功した。 通常、Sm-Fe-N系磁石粉末を焼結すると保磁力が激減するが、今回その原因が粉末表面の酸素にあることを実証し、 粉末作製から焼結までの一連のプロセスを低酸素化したSm-Fe-N焼結磁石のプロセスを新たに開発した。 これにより、 保磁力を保ったままSm2Fe17N3の異方性焼結磁石を作製できた。この焼結磁石は耐熱性に優れることから、 ハイブリッド自動車用駆動モーターなどの高温環境下ではネオジム-鉄-ホウ素(Nd-Fe-B)焼結磁石を超える磁石性能を発揮できると期待される。

(グリーン磁性材料研究ラボ 尾崎公洋 ラボ長、ハード磁性材料グループ 高木健太 研究グループ長、曽田力央 研究員)

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