SAMURAI - NIMS Researchers Database

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研究内容

Keywords

材料プロセッシング、水熱合成、ナノ粒子・ナノシート、磁性、蛍光、超伝導

出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。

口頭発表
その他の文献

所属学会

応用物理学会, 日本セラミックス協会, 日本物理学会

受賞履歴

  • 金属学会奨励賞 (2005)

外部資金獲得履歴

  • 科研費 (2016)
  • 科研費【共同】 (2013)
  • 科研費 (2010)
  • 科研費【共同】 (2009)
  • 科研費【共同】 (2007)
  • 科研費【共同】 (2007)
  • 科研費 (2006)
  • 池谷科学技術振興財団 (2006)
電子・光機能材料研究センター
タイトル

化学プロセスによる次世代セラミックス材料の創製

キーワード

化学合成(水熱反応,マイクロ波,電気化学),ハイブリット化合物,電子機能,磁性,光,セラミックス物性

概要

機能性セラミックス材料は、光学製品や電子機器、磁性体、フィルター、触媒など、現代社会の様々な場所に利用されており、先端研究では小型化や高性能化、高機能化を求められています。社会実装を議論する上では低コスト化も必要です。また近年では、環境問題や資源問題などの社会課題との共存も重要です。こうした様々な課題解決が求められる先端的なセラミックス材料の研究では、ナノ領域に見出される特異な物性をマクロサイズの機能として顕在化させる材料創製研究が盛んに行われており、新たなプロセス技術の創出が求められています。私は、化学視点でこの研究に取り組み、従来技術では応用できなかった物質や物性の材料化を目指しています。

新規性・独創性

一般的に高温で作製されるセラミックスは、化学プロセスで低温合成すると理想とは異なる物性を示します。この現象を物性物理視点で検証し、有効な改善策や活用方法となる化学プロセスを創出します。このノウハウと技術開発が独創性の鍵です。
ハイブリット材料や量子材料、準安定相など、化学プロセスだからこそ材料化できるセラミックスがあります。
従来研究が取り組んでいない条件下での合成や計測を可能にするため、独自の装置や治具を開発します。例えば、水熱合成では、連続合成やデバイス作製技術化、電圧印加や脱圧力技術化など、汎用的な手法では困難な領域でのモノ作りを志向します。

内容

Al基材の表面をZnAl2O4に改質する水熱製膜技術
アルミは酸化しやすい両性金属なので、従来の水熱反応条件下では金属状態を維持できません。この課題を克服し、安価なアルミの表面だけを高機能なアルミ化合物“ZnAl2O4”にすることに成功しました。ZnAl2O4は、資源リスクが低い元素のみで構成される化合物でありながら、半導体、触媒、光学材料など様々な分野で実用化が議論されている高機能セラミックスです。研究では、作製したZnAl2O4/Alデバイスが、高感度なガスセンサーとして機能することも確認しました。この技術は、低コスト化、小型化、複雑形状化などのニーズにも対応可能で、他の化合物合成にも応用できます。

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究極の低次元デバイス構造を持つハイブリット化合物
従来物質とは異なる量子物性が顕在化する物質として、低次元マテリアルの研究が盛んに行われています。ナノサイズのこの物質を材料化するには、高度に配列させてデバイス構造にしなければなりません。これに対し、有望な基礎研究成果を見出しました。我々が化学合成した物質は、遷移金属酸化物と有機物がナノレベルで周期配列したハイブリット構造のナノシートになります。興味深いことに、この物質内では遷移金属酸化物が擬一次元的な構造をとってシートの面直方向を向いて並んでいます。この構造体を利用すれば、シートを電極で挟むだけで究極サイズの一次元化合物デバイスができると期待できます。

まとめ

物性物理と化学合成の視点から新しい機能性セラミックス材料の創製研究に取り組んでいます。研究では、水熱合成などの汎用的な技術を基盤に独自の手法や装置を開発し、従来技術では作れなかった材料の創出を目指します。最近、アルミ表面をアルミ化合物に製膜する技術を開発しました。また、究極のデバイス化が期待できるナノシートの合成法を見出しました。これらの技術の汎用化を目指しています。

この機能は所内限定です。
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