熱電変換材料 _ Thermoelectric Materials
ペルチェ効果そしてゼーベック効果を示す熱電変換材料は生活の場で多く使われています。その多くは有機材料や金属材料です。この熱電変換材料は移動媒体や工業施設からの「排熱」を電気エネルギーへ変換する素材としても注目されています。既存の有機材料や金属材料では耐えられない高温環境下においても使用可能な酸化物熱電変換材料の探索を挑戦しています。我々はp型およびｎ型酸化物半導体を探していますが、新素材が見出されたときには熱電モジュールの開発と実用化を進めます。
Many thermoelectric materials that show Peltier and Seebeck effects are used in our daily life. Most of them are organic and metallic materials. These thermoelectric conversion materials are also attracting attention as a material for converting "waste heat" from transfer media and industrial facilities into electrical energy. We are challenging the exploration of oxide thermoelectric conversion materials that can be used in high-temperature environments where existing organic and metallic materials cannot withstand such conditions. We are looking for p-type and n-type oxide semiconductors, and when new materials are found we will proceed with the development and practical application of thermoelectric modules.
リチウムイオン二次電池正極材 _ Cathode Materials for Lithium-ion Battery
リチウムイオン二次電池はモバイル機器から自動車・航空機などの移動媒体まで広く使われています。我々はリチウムイオン二次電池を構成する正極材料に関心を持ち、多元系複合酸化物の物質探索を進めています。対象とする結晶構造は層状岩塩型、スピネル型、オリビン型と呼ばれるものが中心です。これらの遷移金属イオンのサイトを多元素置換して新しい物質を探索しています。最終的に電池特性を評価する際には、ボタン型電池（CR2032型）を作製して充放電特性などの測定を進めています。
Lithium-ion secondary batteries are widely used in mobile devices, automobiles, aircraft, and other transportation media. We are interested in cathode materials for lithium-ion batteries, and are exploring multinary oxide materials. Our target are mainly layered rock salt, spinel, and olivine-type crystal structures. We are exploring novel materials by substituting multi-element for transition metal ion sites in these structures. For the final evaluation of battery characteristics, we are making coin-type batteries (CR2032 type) and measuring their charge-discharge and other characteristics.
- センサー材料（エネルギー関連材料）
今後、燃料電池を搭載した自動車が増えてくると、水素供給ステーションを増やしていかなければなりません。家庭用のガス漏れ検知器と同じように、水素をクリーンエネルギー燃料として安全利用するためには水素ステーションのように水素を取り扱う場所で電気的・光学的に水素ガスを高速に漏洩を検知するセンサーが必要です。当研究室では複数の酸化物に着目し、材料創製、成膜、センサー特性評価にチャレンジしています。
- 光触媒（環境関連材料）
光触媒は人工光合成による水素ガスの生成、シックハウス症候群を引き起こす有害ガスの分解浄化など、広く応用されています。光触媒の性能向上として求められる要素に「可視光応答」があります。我々が有する様々な合成プロセスを駆使し、高活性光触媒材料を合成しています。
- NOx浄化触媒（環境関連材料）
酸性雨の原因である窒素酸化物は未だアジアでは増加しており、NOx触媒は必要不可欠です。現在使用されている触媒には貴金属が含まれていますが、目標は貴金属無担持での高活性NOx浄化触媒の創製・高機能化です。当研究室で着目している材料についてガス吸着メカニズム・触媒能を、分光学的手法などにより評価しています。また、合成技術を工夫して対象材料の高機能化にも取り組んでいます。
- 強誘電体材料（電子材料）
強誘電性とは、物質に外部電場を印加したときに構成イオンが変位し、電場を取り去った後でもその変位を維持する性質です。すなわち直前の外部電場を記憶できるため、ICカードなどの記憶素子材料に幅広く応用されています。現在使用されている強誘電体は有害なPbを含むため、代替材料の開発が望まれています。本研究室では新規物質探索を行い、化学結合、結晶構造や熱力学など基礎的観点から強誘電セラミックスの本質を解明することを目標しています。
- 蛍光体
蛍光体は、外部から電子線や紫外線などエネルギーを与えるとそれを主に可視光として放出する物質のことで、現在照明などに幅広く利用されています。蛍光体の中で特に夜光塗料などとして利用されている、外部からエネルギーの供給を遮断しても長時間発光を示す残光蛍光体の研究を行います。蛍光体の母体の探索と、発光中心イオンの種類や量の探索を総当たり的に行うことで、発光強度の大きい物質の開発および発光プロセスの解明を行います。蛍光体は電子の励起と緩和プロセスを経て発光するため、電子状態に関する物理化学の知識も必要となります。
- 形状記憶および弾性熱量効果を示す合金
原稿準備中
- コンビナトリアル材料科学技術（材料高速探索技術）
材料高速合成技術であり、その根幹にはノーベル化学賞を受賞したMerrifield氏が提案したペプチドの効率的な合成手法、そして同時期に研究が進められていたスパッタリング技術による組成傾斜薄膜の作製などがあります。医薬品開発の分野では既に主流となっている技術です。次世代の機能性金属・セラミックスを高速・高効率で探索するため1990年代から装置開発と材料探索の研究が活発に行われるようになりました。特に薄膜、液体の分野では日・欧・米の研究機関やベンチャー企業がコンビナトリアル装置を用いて多元系の材料探索を進め、近年では得られたビックデータを機械学習へ導入し、材料予測に活用しています。当研究室では粉末（バルク）分野での材料合成・評価装置開発から材料探索まで先進的に取り組んでいます。2014年には、常圧から200MPa（2000気圧）まで圧力および温度条件も変化させながら無機材料の高速材料探索ができる装置・冶具も開発しました。これにより材料探索だけでなく、固体の反応性に関する研究の高速化も期待できます。今後も装置開発と材料探索を並行して進めていきます。また、前述の機械学習や計算化学による材料予測の分野をマテリアルズ・インフォマティクスと呼ぶようになっており、我々も研究室の装置で産み出した膨大な材料のデータを元に多元系機能材料の探索スピードを上げることを試みます。