- TEL
- 029-860-4728
- Address
- 305-0047 茨城県つくば市千現1-2-1 [アクセス]
外部併任先
- 北海道大学大学院 総合化学院 機能物質化学講座 客員教授
研究内容
- Keywords
超分子、液晶、ナノファイバー、イオン伝導体、有機半導体、強誘電体、メカノクロミック発光
「分子メカトロニクス(Molecular Mechatronics)」は、「分子(Molecular)」 + 「メカニクス(Mechanics)」 + 「エレクトロニクス(Electronics)」を融合した概念であり、これらの境界領域から新たな材料・デバイス・技術を創出し、既存の材料や技術を刷新することを目指す研究分野です。バーチャルリアリティ(VR)に資する触力覚提示デバイス、微小振動発電素子、応力・流動摩擦・光・分子センサーなどへの応用を目指し、革新的な電気活性有機・高分子材料の創出とデバイス技術の開発に取り組んでいます(下図をご参照)。独自に設計した分子材料の合成を基盤として、分子のナノメートルからセンチメートルに至る階層的な秩序構造とその配列を精密に制御します。これにより、イオン・電子・光・物質の高速な輸送やエネルギー変換を実現し、電気エネルギーを力学エネルギーへ変換するアクチュエータなど、高効率なエネルギー変換デバイスの創出を目指しています。イオン活性なナノ構造液晶、電子活性なπ共役構造を導入した液晶性半導体、エレクトレット形成能を有するブロック共重合体をはじめ、柔軟な金属有機構造体(MOF)やイオン・電子伝導性を示す共有結合性有機構造体(COF)のフレキシブル薄膜、熱可塑性低分子物理ゲル、天然高分子多糖ゲルなど、さまざまな自己組織化材料の開発を進めています。材料の分子設計・合成から、構造・物性解析、回路設計、デバイス作製・評価まで、一気通貫した研究開発を行っています。また、放射光施設を利用したオペランド構造解析や、計算科学を活用したデバイス駆動メカニズムの解明にも力を注いでいます。有機・高分子合成技術をはじめ、クロマトグラフィー、核磁気共鳴測定(パルス磁場勾配法によるイオン拡散測定)、熱測定、蛍光分光測定、電気化学インピーダンス測定、誘電緩和測定、電気伝導測定、飛行時間法による電荷移動度測定、トランジスタデバイスの作製・評価、強誘電測定、電界ポーリング技術、レーザードップラー振動計測、電子顕微鏡・原子間力顕微鏡観察、広角・小角X線散乱測定、粘弾性測定、引張試験など、幅広い実験・解析技術を駆使して、新しい材料・デバイスの研究開発に挑戦しています。
液晶の分子配列を活用して「イオンのハイウェイ」を形成する新しい設計概念を提案しました。この概念に基づき、わずか2 Vの低電圧で最大150 Hzの高速屈曲応答を示すフレキシブルアクチュエータを開発し、その革新的な機能をリング型触覚提示デバイスとして実証しました(図参照)。本技術は、遠隔地にある物体を、あたかも直接触れているかのように感じることのできる次世代ハプティクスの実現につながるものです。遠隔医療におけるリアルな触診や、臨場感の高い仮想空間での体験を可能にするなど、より豊かで没入感のある人間―機械インタラクションの新たな可能性を切り拓くことが期待されます。
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。
所属学会
高分子学会, 日本液晶学会, 日本化学会
受賞履歴
- 日本液晶学会業績賞 (2026)
- 高分子学会三菱ケミカル賞 (2024)
- 日本液晶学会論文賞 (2024)
- NIMS理事長賞研究奨励賞 (2024)
- 日本液晶学会論文賞 (2019)
- 東京大学工学部ベストティーチングアワード (2014)
- 高分子学会日立化成賞 (2012)
- 日本液晶学会奨励賞 (2007)
- 国際液晶学会ポスター賞 (2002)
外部資金獲得履歴
- 基盤研究(B) ジャイロイド構造膜を基盤とする高性能ソフトアクチュエータの創出 (2026)
- 学術変革領域研究(A)計画班 高度π分子分極システムの創製とアクチュエータ・センサへの応用 (2025)
- 村田学術振興・教育財団 キュービック液晶高分子アクチュエータおよび触覚デバイスの開発 (2024)
- 戦略的創造研究推進事業さきがけ 液晶分子配列を生かした未来メカトロニクス材料の創出 (2023)
- 池谷科学技術振興財団 革新的電気活性ポリマーおよびウェアラブル触覚デバイスの開発 (2023)
- 挑戦的研究(萌芽)キラル光起電力効果を発現する強誘電性パイ共役液晶材料の開発 (2021)
- 基盤研究(B) イオン液体をナノ組織化した液晶アクチュエータの創成 (2021)
- 基盤研究(B) 無水プロトン伝導性液晶高分子膜の創製と燃料電池への応用 (2017)
- 村田学術振興 ナノ相分離液晶構造を有する無水プロトン伝導材料の創製 (2016)
- 挑戦的萌芽研究 三次元ジャイロイドナノ空孔を有する液晶高分子膜の創製 (2015)
- 新学術領域研究 電場感応性π共役液晶材料の構築 (2015)
- 野口研究所 プロトンー電子混合伝導性液晶材料の創製 (2015)
- 新学術領域研究 電子・光機能を有する電場感応答性分子集合体の創製 (2013)
- 若手研究(A) 液晶の自己組織化を活用する無水プロトン伝導体の創製 (2013)
- 挑戦的萌芽研究 液晶性グラフェン半導体エラストマーの開発 (2012)
- クリタ水・環境科学振興 海水脱塩化のための液晶ナノ構造高分子膜の開発 (2011)
- 村田学術振興 ナノファイバー形成能を有する有機無機ハイブリッド半導体の構築 (2011)
- 若手研究(B) 導電性分子ファイバーの開発と電場配向制御 (2006)
- 若手研究(B) イオン性液体を有する液晶性有機/無機ハイブリッド高分子ナノ材料の開発 (2003)
高分子・バイオ材料研究センター
分子配列を生かした限界突破エネルギー変換材料・素子創製
超分子ポリマー,液晶,有機半導体,アクチュエータ,ソフトロボット,触覚素子,光電変換素子




