教職員と研究テーマの紹介

材料は、その元素組成、原子配列、組織構造に応じて、電気伝導性、磁気特性、触媒活性等の様々な機能性を示します。本研究室では、磁性を持ったナノ粒子およびセラミックス材料等の合成と構造・機能性について研究しています。自ら新しいナノ粒子やセラミックスを合成し、Ｘ線回折や電子顕微鏡観察を駆使して物質の構造評価を行い、それらの電気伝導、磁気特性等の各種機能性との関連性を解明することを目指しています。

メカニカルアロイング(MA)法は、合金や化合物・酸化物などをステンレス製のミリングポット（図１）にステンレス球などのミリング媒体とともに原料の金属粉などとともに封入し、高速で回転させて合金化する方法である。その特徴は、高温が不要であり、またこれまで合成が困難であった"超過飽和合金","アモルファス"などの作製が可能なことであり、これまでにない機能性材料を開発できる可能性がある。我々は、この方法でC-Co系の軽量磁石 やスクッテルダイト型の新熱電材料を合成し、新機能性の発現機構を微視的に理解するための研究を行っている。

電気が流れては困るところに使われる材料を絶縁材料といい、絶縁材料に電気が流れることを絶縁破壊といいます。絶縁材料に最も必要とされる機能は大電圧で長期間使っても絶縁破壊をおこさないことですが、実はこの絶縁破壊のメカニズムがよくわかっていません。どうやって壊れるかがわからないと、壊れにくい材料を作ることはできません。私たちの研究室では、個体および液体の絶縁材料の電気伝導・絶縁破壊のメカニズムを解明することを最終目的として、たとえば液体誘電体中の電界を光学的に測定するシステムを開発したりしています。

プラスチックなどの高分子はそのままでは電気を通さない絶縁材料ですが、ある不純物を加えることによって、電気を通す「導電性高分子」という材料になります。導電性高分子は、様々な応用例が研究されており、有機ELや有機太陽電池などもその１つで我々の研究室でもおこなっています。さらに、条件を制御することで、形が神経細胞（ニューロン）に似た導電性高分子を作ることができます。私たちはこれに本当の神経のような働き、たとえば、学習効果のような機能をもつニューロン型導電性高分子の開発もおこなっています。

有機半導体材料はシリコン等の従来の半導体と違って、軽くて軟らかくかつ低温で簡易な方法で取り扱いできるため、フレキシブルディスプレーなどの次世代デバイスの材料として非常に注目されています。本研究室では有機半導体材料を液中でナノ粒子化してコロイドを作製し、有機薄膜トランジスタなどのデバイスへ応用する研究を行っています。また、有機薄膜太陽電池などの膜厚数十ナノメートルの薄膜素子において、磁場印加や溶媒蒸気処理などの方法でナノ構造を制御することで高性能素子を開発する研究を行っています。

愛媛県の宇和海を中心とした南予地区は，全国有数の生産規模を誇る真珠養殖アコヤガイの産地です。しかし県内では，毎年一千トン規模の貝殻廃棄物が発生しています。ところが，この廃棄物は見方を変えると，湾岸鉱山（Gulf mine）とも言うべき貴重な資源となります。私たちの研究室では，真珠貝殻がタンパク質と炭酸カルシウムの積み重なった構造（1ミクロン以下（1ミクロンは0.001ミリ）のオーダーで）を持つことに注目し，県内の産官学の力を合わせて，真珠層貝殻のリサイクルと食品，化粧品，医薬品材料などへの応用展開を行っています。

ガラスは，最近ではフラットディスプレイパネルやスマートフォンの極薄カバーに用いられる先端機能材料のひとつです。周期表の様々な元素を組み合わせることでいろいろな特性をもつガラスを生み出すことができます。私たちは，特にガラスのネットワークにリンと酸素から成るP₂O₅を使ったリン酸塩ガラスに注目しています。このガラスにはそのユニークな特性から精密モールド光学レンズ，ハイパワーファイバーレーザー，ファイバー型電流センサー，放射性廃棄物固化体，バイオアクティブ（細胞形成）ガラスなどへの応用が期待されています。

　東京スカイツリーの様な大型構造物から身近な自動車・家電製品まで、機能する「モノ」を造るには材料同士を適切に接合する技術が必要不可欠です。高温・短時間の溶接・接合過程で生じる冶金的、物理的な現象を究明し、接合プロセスをより高度に、接合部特性をより高品質にする研究開発を進めています。

　鋼構造物の溶接ではアーク放電を利用したガスメタルアーク溶接が最も広く用いられています。溶かした金属を大気による酸化・窒化から保護するために、この溶接ではアークと同軸に不活性ガス（アルゴン）をシールドガスとして流しますが、アーク放電を安定化させるために、このシールドガス中に酸化性のガス（酸素または二酸化炭素）を若干添加しています。そのため溶接金属には数百ppmにも及ぶ酸素が含まれ、著しく多量の酸化物系介在物が形成されます。これらの介在物は溶接金属が冷却途上に相変態する時に結晶粒内の核生成サイト（種）となってミクロ組織を微細化することに寄与しますが、同時に介在物は破壊の起点となるため、過剰な介在物の存在は、本来得られる筈の伸びや低温靱性を大きく損なう原因となっています。そこで、我々は酸化性ガスを含まない高純度の不活性ガス雰囲気中でもアーク放電を安定化し、高清浄な溶接金属を得る技術の開発を進めています。アーク放電の安定化は、溶接電源出力を高速度に、高精度に制御することによって達成することを検討しています。また、それと同時に、高清浄な溶接金属でもミクロ組織が粗くならないように、核生成能力の高い介在物を形成し、少ない介在物数でもミクロ組織の微細化を達成する技術を検討しています。

　人類は、産業革命以来の華々しい技術革新の代償として、化石燃料を大量に消費し汚染物質を吐き出してきております。今後は少しでも長く人類が地球で共生するための技術開発が最重要課題となっていくと考えられます。そのような技術開発を支える機能材料の研究はきわめて重要です。
　環境・エネルギー材料工学研究室では、地球や人に優しい材料の研究、具体的には医療・燃料電池・汚染ガスを検知するための化学センサ・汚染ガスをきれいにする触媒・放射性セシウムの除染や回収など、に用いる様々な新しい機能性ナノ微粒子・複合材料・多孔質材料などの合成や応用の研究などを行なっています。より詳しい研究内容は研究室のホームページをご覧ください。

　近年、地球環境問題への注目が高まっており、金属製品製造分野においても二酸化炭素排出削減や省資源化に対する期待は大きくなっています。その有効な対策法として、構造物やそれを構成する部品の重量軽減や製品の製造工程の簡略化が挙げられます。そのため、少ない重量でも構造物や部品を支えることができ(高強度)、加工時間の短縮が可能な(高加工性)構造用金属材料が求められています。本研究室では、合金元素の種類と添加量の最適化、および、加工・熱処理プロセスを駆使し、構造用金属材料の機械的特性の向上とその機構解明に関する研究を行っています。

　電磁鋼板は、モータ等の鉄心材料として、我々の身の回りの家電製品、変圧器などに用いられ、機械的特性(破壊特性)と磁気特性の両立が求められる機能材料です。磁気特性の観点から、鉄に3%程度ケイ素(Si)を添加したSi鋼が用いられ、圧延により大量生産されています。Siの添加量の増加に従って磁気特性は向上するものの、靭性が急激に低下することから圧延時に脆性破壊することが問題となっており、3.5%以上Siを添加した高Si含有電磁鋼板の圧延による大量生産は困難なのが実情です。我々の研究グループでは、高Si鋼の破壊形態および靭性の向上に関する研究を通して、機械的特性(破壊特性)と磁気特性が両立した、新規高Si含有電磁鋼板用鋼の開発を行うことを目指しています。

　現在、超塑性は一体成型が可能な新しい塑性加工方法として自動車分野を中心に実用化されており、超塑性現象の研究が盛んに行われています。生産性の観点から、低温かつ高ひずみ速度での成型が望ましいとされています。車両用材料として用いられている、強度特性の両方に優れたAl-Mg 合金の超塑性発現機構解明の研究を行っています。結晶粒径約100 micron前後の通常粒径材では、溶質雰囲気すべり機構による巨大伸びが報告されていますが、これまで摩擦撹拌処理による結晶粒径数micronの微細化を施すことで、溶質雰囲気すべり機構と粒界すべりとの重畳効果による巨大伸びが発現することを見出しました。この知見により、従来よりも自動車用部材の高速プレス成型が可能となり、省エネルギー化を通じた自動車産業界の国際競争力の向上が期待されています。

物質は応力をかけると弾性変形をします．これは固有の物性値で弾性定数と呼ばれています．超音波による弾性波速度の測定は物質を非破壊で弾性定数の測定が行えます．図1に示すピストン・シリンダ型流体圧装置は．気体，液体，固体すべての物質の物性測定の研究ができます．内部空間が大きく，均一な圧力発生ができ，高圧室内部の測定器の電気信号を導き出すことで精密な測定ができます．パルス法で縦波と横波の伝搬時間と試料長さから弾性波速度を測定します．また共振法により振動の様子を振動数スペクトルの解析をして弾性定数を求めています．

流体圧の万能超高圧実験装置は高さ3.6 m以上あり，上部プレスは300トン，下部プレスは1200トンで圧力媒体に高圧流体を使います．シリンダはサポートリングで外部を支える2重管方式です．シリンダ高さは262 mmで最高圧力4 GPaでシリンダ内部の直径19 mm，高さ100 mmの空間は流体により均一な圧力発生ができます． 高圧装置として基本的なもので開発を進めています．

地球深部ダイナミクス研究センターに所属しておりナノ多結晶ダイヤモンド(通称ヒメダイヤ)の合成実験や弾性定数の測定を行っています．

地球上の優良な鉱物資源には限りがあり、金属のリサイクルが今後ますます重要になることは確実です。 資源の確保が課題となっている金属元素として「レアメタル」という言葉が社会に浸透しました。 鉄や銅はレアメタルではありませんが、生活を支える主要な金属であり、ベースメタルやコモンメタルと呼ばれています。 これらの金属の生産についても、資源確保や環境保全の観点から、製造プロセスの省エネルギー化やリサイクル、副生成物の有効利用が必要です。 本研究室では、鉱石から金属を生産する技術やスクラップをリサイクルする方法を、科学的な視点にもとづいて改善・開発する研究をしています。

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