Comments
Description
Transcript
RIDAI SCITEC NEWS Vol.21
照 ら す 。生 ま れ る 。 東京理科大学のもつ 最先端のテクノロジーが 貴社の未来を拓きます。 産学官連携をサポートするワンストップ窓口 専任のコーディネーターがサポートいたします E-mail：[email protected] 山口センター 諏訪センター 〒756-0884 山口県山陽小野田市大学通1-1-1 TEL：0836-88-3500 FAX：0836-88-3400 〒391-0292 長野県茅野市豊平5000-1 TEL：0266-73-1201 FAX：0266-73-1230 Jan.2014 Vol.21 特集◉ 光のチカラが生み出す 明日のイノベーション ⑤「無線伝送技術」で命を守る 医療機器を 飾区新宿6-3-1 JR常磐線（東京メトロ千代田線）金町駅、京成金町線 京成金町駅 “未来力” …理工学部 工業化学科 准教授 山下 俊 東京理科大学 科学技術交流センター （承認TLO） TEL：03-5876-1530 FAX：03-5876-1676 連携が生み出す 明日を支える ④有機化合物をベースに 夢の機能分子を創造 東京理科大学 科学技術交流センター 〒125-8585 東京都 TOKYO UNIVERSIT Y OF SCIENCE …基礎工学部 電子応用工学科 准教授 柴 建次 http://www.tus.ac.jp/tlo/ 東京理科大学TLO ⑥身近な素材を次世代の太陽電池へ …理工学部 電気電子情報工学科 講師 杉山 睦 （①〜③はvol.19に掲載） 検索 野田分室 神楽坂分室 ■特許情報 ■研究情報ピックアップ ■セミナー・講演会の開催日程 〒278-8510 千葉県野田市山崎2641 TEL：04-7122-1724 FAX：04-7122-1139 〒162-8601 東京都新宿区神楽坂1-3 TEL：03-5228-7380 FAX：03-5228-7381 ■RIDAI SCITEC NEWSバックナンバー など 1401NE3000 光とエネルギーが 明日の社会を変えていく。 ～光のチカラが生み出す明日のイノベーション～ 画期的な技術が発明されたとしても、時が経つにつれ、それを凌駕するような新たな技術が登場する──私たちが暮らす社会は、そのよう なプロセスを繰り返しながら発展してきました。しかも、ITの登場以降、そのスピードは年を追うごとに加速しています。変化の激しい時代 を迎え、私たちは目の前の変化に素早く対応しようと、容易に実現できる技術に目が向きやすくなっています。けれども、こうした時代だから こそ、変化の波にのみ込まれるのではなく、確かな視座をもとに10年後、20年後を見据えたビジョンに目を向けることが大切になります。 新しい技術や材料は、研究の当初は使い道が見えなくても、そのビジョンに時代が追いつくことで脚光を浴び、人々の生活に新たな価値を 提供するものとなります。例えば、光機能分子は次世代の光コンピュータの “種” となり、 ワイヤレスによる情報・電力伝送技術は、医療機器に 革新をもたらすものとなります。そして太陽電池はいま、新たなコンセプトを与えられ、活躍の場を広げようとしています。東京理科大学では こうした “時代の一歩先” を見据えた研究開発を行っています。私たちと一緒に、明日のイノベーションを生み出してみませんか。 光→化学エネルギー 計測 ◎太陽光から水素を製造する光触媒システムの開発 vol.11 ◎酸化チタン光触媒および光機能材料に関する基礎・応用研究 vol.18 ◎光触媒を用いた水の分解反応 vol.13&18 ◎光エネルギー変換に資する光機能性材料の創成と応用 ◎近赤外光を利用した藻類による新しいエネルギー創生 ◎光合成関連化学 ◎単一分子・単一量子点分光 ◎赤外自由電子レーザーによる生体関連分子の構造・機能解析 vol.10 ◎軟X線分光によるエネルギー材料の電子構造、価数、組成分析 ◎光化学における表面プラズモン効果の解明と応用 ◎広帯域コヒーレント光と超短パルスの発生 ◎蛍光共鳴エネルギー移動原理生体分子活性を計測するバイオセンサーの開発 ◎近赤外バイオイメージングシステムの開発 ◎光学的熱流体センシング手法の開発 ◎誘導ラマン散乱光干渉計+分子識別光コヒーレントトモグラフィ （OCT） 装置の開発 vol.19 ◎新しいナノシートの開発と放射光X線分析法の開発 vol.11 光→電気 ◎色素増感太陽電池 ◎酸化物半導体を用いた安全・安価な次世代太陽電池とその作製プロセスの開発 光からエネルギー ◎有機系太陽電池の作製および評価 vol.12 ◎太陽光発電、 ソーラープレーン ◎三次元太陽光発電モジュール P.7へ 光をあやつる 熱→電気 H₂ 変換技術 ◎エネルギー有効利用のための新規熱電変換材料の開発 による排熱発電素子の開発 ◎マグネシウムシリサイド （Mg2Si） ◎熱電エネルギー変換セラミックス材料の開発 ◎ナノ材料の熱変換シミュレーション ◎環境浄化、省エネルギー等に関する光触媒等の研究 ◎酸化物ガラス材料の光機能性 vol.14&18 ◎窒化物蛍光体の低電圧蛍光体への応用 ◎可視光活性光触媒の研究 ◎光塩基発生剤の開発と光反応性材料 （レジスト、UVキュアリングなど） への応用 vol.14 ◎Ⅱ－Ⅵ族半導体の結晶成長と発光デバイスへの応用 ◎高密度・大容量・省エネルギー記録を実現させるホログラムメモリの開発 vol.19 ◎ナノ粒子の選択的表面修飾法とインテグレーション法の開発 ◎Si系のナノワイヤ・ナノ構造の作製と評価 電気→蓄える ◎高温高圧合成法による新規リチウムイオン電池材料の開発 vol.11 ◎リチウムおよびナトリウムイオン電池用電極材料の新規合成と評価 増刊号（2010） ◎電気化学キャパシタ用電極材料 ◎高機能性酸化物材料の構造解析（平均、局所、中性子、X線）、熱力学測定および理論的解析 vol.13 材料・構造 光・エネルギー伝送 ◎動的リンクル構造を利用した微細凹凸パターン描画技術の開発 vol.19 ◎光エネルギー変換材料 ◎新規ナノ構造体の創製とその構造・機能制御 ◎巨大磁気抵抗を示すMn酸化物の電子構造およびその応用 ◎ゲルマニウムMOS構造の作製と電子物性評価 ◎新規機能性セラミックス薄膜の電気化学的創生 ◎次世代デバイス用半導体材料の開発 ◎新規有機n型材料の開発 vol.11 ◎カーボンナノチューブの光物性 ◎光機能性有機無機複合材料 ◎光と分子の相互作用を活用した高性能・高機能高分子の開発 ◎三次元ナノインプリント技術の研究 増刊号 （2010） P.3へ 内はRIDAI SCITEC NEWSバックナンバーです→P10へ ◎超高速光ファイバ伝送システムの特性解析 ◎超高速光情報伝送 ◎次世代型電波通信システム ◎非侵襲・非接触による体外−体内間通信・電力伝送システムの開発 エネルギーを活かす エネルギーの効率的利用 光を変える ◎分散型エネルギーシステムの評価 増刊号 （2009） ◎環境・エネルギー技術およびシステムに関するLCA vol.14 ◎暗状態における太陽電池モジュールストリングの故障診断 vol.12&14 RIDAI SCITEC NEWS - Vol.21 RIDAI SCITEC NEWS - Vol.21 1 2 P.5へ 光のチカラが生み出す明日のイノベーション 材料・構造 有機化合物をベースに 夢の機能分子を創造 光と分子の相互作用を活用した高性能・高機能高分子の開発 理工学部 工業化学科◉山下 10nmの均一な相分離構造ポリマー 書き込み 配列 紫外線 偏光 熱 or 可視光 紫外線 消去 非晶化 透明化耐熱性樹脂の機能構造構築 耐熱性樹脂を透明化し、添加物を加えることにより、光照射及び加熱するだけで、現像工程なしで 表面レリーフ、発泡、物質移動などの制御が可能。 微細構造構築 添加剤・紫外線・熱 ポリイミド樹脂 光照射・加熱のみでナノ∼ミク ロンオーダーの微細機能構造の 形成が可能に （非接触・無現像） 表面レリーフ 5μmの均一発泡 物質移動 未知の機能分子から 新しい概念をつくる 私 私たちのシーズでは光を当てるだけで材料が 子が流れ、光で演算をするコンピュータがで 勝手に光回路になったり、機能デバイスにな きるようになります。また、ポリイミドの表面の ったりするわけです。自在に多様な組織に成 濡れ性を変えることができれば、電子デバイ 長するiPS 細胞と同様に、ポリイミドが外部刺 スをプリンターで印刷して簡単につくることが 激に応じて様々なデバイスを自発的に形成す できるようになります。 るという、新しい概念をもつ材料を生み出し 従来、こうした加工は大変な作業でしたが、 ました。 「光で動く人工生命体」の実現へ も う1つの柱は 「光応答性分子」です。通常 学反応を増幅することができるのです。このよ の分子は分子ごとに勝手に振る舞うの うな特性を用いて、光を当てると動き回る液 に対し、液晶は分子レベルで見ると細長い形 滴やゲルを開発しました。これは 「光で動く人 をエネルギーとして人工生命体のように動き回 をしており、隣の分子が縦を向くと自分もそ 工生命体」の実現です。 る材料ができあがるのです。このように有機材 れに合わせて縦を向くという特徴があります。 また、分子が分子を認識する力を利用して 料は、分子のもつ機能が1＋1が2となるだけ 液晶分子が周りを観察し、認識しているので 高分子溶液を撹拌すると、撹拌方向に応じて ではなく、1＋1が100にも1000にもなる魅力的 す。 キラリティが発現するという興味深い現象を な特性を秘めているのです。 私たちは液晶と光反応性分子を組み合わ 見出しました。分子には右手と左手の関係の そもそも、大学で行う研究の多くは、学術 せ、光に応答する液晶をつくりました。液晶は ように、同じ構造でありながら、鏡に映した 的興味を突き詰めることにより見出した新し 分子レベルで周りの環境を認識するため、光 ような状態のキラリティという特性があります。 い現象、つまりシーズを生み出すことにあり、 反応によって1つの分子が反応すると、周りの 私たちの体をつくるアミノ酸は、この一方のキ 私たちも世の中になかった新しい機能をもつ 分子も一斉にそれに倣います。すなわち、化 ラリティだけからできており、それゆえに複雑 俊 准教授 光応答性ホモポリマーに、光照射あるいは加熱することにより、 ナノ構造の書き込み・消去、配向制御が可能。 ミドの屈折率を変えれば、ポリイミドの中を光 材料をつくり出しています。研究を行っている なタンパク質の構造を形成し、生命を維持す 時点では具体的に何に応用できるのかが予想 ることができるのです。 のつかない部分もありますが、世の中のニー ところが、なぜ一方のキラリティのみから生 ズにマッチした時、革新的な技術として社会 命体ができているのかは現在まで解明されて の役に立つことになります。 いません。私たちの研究は、渦の回転が分子 私たちの研究室は、様々な学問あるいは技 のキラリティに転写されうることを実験的に証 術開発に対して、今までになかった知見を与 明したもので、発表時には生命の誕生を解き えるような新しい概念や新しい価値を提供し 明かす鍵になると世界的に注目されました。 は、有機 化合物を活用した光機能材 変える分子など。これらの構造を1つのユニッ ようとしています。そのために、魅力的な材 このように、私たちが目指すのは、光と分 料の研究を行っています。光機能材料と トとして有機合成的にブロックを組み合わせ 料をつくり、物性評価し、得られた知見に基 子の相互作用を通して優れた機能をもつ分子 は、分子に光を当てることで変形・発光・発色 ていけば、新しい機能をもつ分子を設計する づいて分子設計にフィードバックするという研 を生み出すことです。今までにない機能をもつ し、新しい機能をもつようになる材料です。 ことができます。光で異性化する分子と自己 究スタイルを貫いています。単に合成するだけ、 分子の開拓を通じて、ITやエネルギー、環境 有機化合物は、分子ごとの構造によって特 組織的に並ぶ分子を組み合わせれば、単に 評価するだけではなく、分子の構造と物性の 徴的な機能があります。例えば、光照射によ 光で分子の配列を制御するだけではなく、光 相関を自在に設計できることが強みです。 って回転する分子、互いを認識して結合する 分子、自発的に並ぶ分子、環境に応じて色を 研究のキーワード解説 光応答性分子 光を感じることで、形を変えたり、発光したり、色 を変えたりと様々な機能を発揮する分子を光 応答性分子といいます。光は波長、強度、位相 など、いくつもの要素に対する反応性を調整 することで、特定の条件が揃った時のみに機 能を発揮するようにつくることができます。また、 有機化合物の場合は、分子の構造や形状、ユ ニットの組み合わせや割合を工夫することで、 機能を細かく設計することができます。 「高分子光機能材料の未知の可能性を引き出し、世界に新 たな価値を提供したい」 と語る山下俊准教授 光照射で透明ポリイミドに新機能を 私 たちの研究の核となるのは、光を当て ていました。そこで、私たちはポリイミドを機 ると伸縮する自励振動ゲル、キラリティ 能化する研究を行い、ポリイミドに感光性を付 の制御、分子モーター、光メモリ、ポリイミド 与したり、透明化したりすることに成功しまし 材料、ポリエステル系材料という6つのテーマ た。従来は力学材料として地味な存在であっ です。これらを軸に、光応答性分子の研究を たポリイミドに、インテリジェンスを付与したわ 通して新しい物質をつくり出しています。 けです。 現在の大きな柱は 「ポリイミド」です。ポリイ この透明ポリイミドを基盤として、最近で ミドは400℃以上の高温に耐え、電子デバイス は光照射により、屈折率や表面濡れ性、表面 や宇宙・航空材料として用いられるスーパーエ 形状を自在に制御できるポリイミドを開発しま ンジニアリングプラスチックです。しかし、強 した。現在の電子デバイスは、半導体の中を 靭であるがゆえに、加工が大変難しいとされ 電子が流れて機能を発現していますが、ポリイ など様々な分野の課題を解決し、豊かな社会 の実現に貢献したいと考えています。 ◉本技術による応用材料例◉ 理工学部 工業化学科 准教授 ［博士 （工学） ］ 山下 俊（やました たかし） 研究テーマ◉ ◎高分子の屈折率制御 ◎透明ポリイミド ◎フォトオプティカル材料 ◎高分子の自由体積 ◎光ダイナミクスなど 関連特許◉ 特開2013-185110 「液晶表示素子」 特開2012-131745 「光学活性を示す材料とその製造方法」 Takashi YAMASHITA 山下研究室 専門：高分子化学 （高分子光機能材料／超分子科学／ナノ科学） 優れた機能を発現する分子の開拓に向け、光と分 子の相互作用をベースにした分子の設計・合成・評 価を行い、最先端の光機能材料を生み出している。 屈折率を自在に光制御できるフォトオプティカル材 料は、光コンピュータなど次世代の量子情報処理 を実現する “夢の分子” として注目されている。また、 光で形を変化・回転する光駆動液晶は、ナノマシー ンや分子素子を実現する先端材料として国内外で 高い評価を得ている。こうした先導的技術を活用し、 光制御、生命機能分子、エネルギー材料、環境光 化学など社会に役立つ技術の展開を図っている。 産業界の皆様へ 液晶が生み出す 新たな高機能材料 光電変換素子 （構造化） バッテリー （導電異方性材料） ディスプレイ 【本技術のメリット】 電子材料 表示材料 （電子ペーパー等） ・デバイスの微細構造制御による機能 の高効率化 ・製造プロセスの簡略化、低コスト化 ・無機フィラーとのハイブリッド化により、 寸法安定性、高耐熱性、ガス透過性、 電気物性の向上が可能 RIDAI SCITEC NEWS - Vol.21 RIDAI SCITEC NEWS - Vol.21 3 4 山下研が生み出した液晶分子そのものの動き を制御する技術は、光を当てると縮む・広がる、 一方向に回転するなど、従来のシャッター機能 とは異なる機能をもたらします。 この技術が発展 すれば、分 子自体が 動き 回るようになるかもしれま せん。山下研は、企業の皆 様の “夢” の提案をお待ちし ています。 科学技術交流センター コーディネーター 安江 準二 （やすえ じゅんじ） 光のチカラが生み出す明日のイノベーション 光・エネルギー伝送 「無線伝送技術」 で 命を守る医療機器を 非侵襲・非接触による体外－体内間通信・電力伝送システムの開発 基礎工学部 電子応用工学科◉柴 「体外結合型」 と 「電磁安全性の解析」 単位質量当たりの吸収電力の解析結果 体内埋込機器 体外用の 送電コイル 無線通信チップ 体外用コイル 血液 脾臓 送信電極 受信電極 受信機 体内埋込 機器 送信電極 磁界方式ではないため、送信用アンテナ・ コイルが不要。 埋込機器の超小型化が可 能に。 場所や向きが変わっても通信路がほとん ど途切れず、体内深部からでも確実な通 信が可能。 通信で使用する消費電力が小さい。 アナログ・デジタルともに通信可能。 バッテリーレスとして、体外からの電力伝 送も可能に （予定） 。 肝臓 充電池 大 脂肪 シリコンコーティングした 体内用コイル 骨 小 数値人体モデルを用いた電磁界解析や模擬人体を使った実測な どにより、熱作用・刺激作用など電磁波の影響を生体安全ガイド ラインの基準値以下に。 体外用コイルは直径25mmまで小型化が可能 （15W電力伝送時） 。 私たちと近い80kHz ～ 200kHzの電波を利用 の測定器も測定精度の高いものは少なく、医 します。自動車は産業規模が大きいため、こ 療機器の電磁妨害波規格では国際的な規格 の1、2年ほどの間に技術の向上とともに、工 も一部で定まっていない状態であったため、1 業的な安全基準や規格も整備されていくと思 つひとつ手探りしながら研究を進めてきまし われます。 た。 こうしたものを、私が取り組む研究にも活 一方で近年、電気自動車の充電方式として かすことができるため、開発を加速させるこ 無線送電が注目され、各国で開発が進めら とが可能となります。 う1つ、最近はカプセル内視鏡や埋込 術を開発しました。体に超微弱電流を流し、 型センサーにより体内の情報を得て、 体内の情報を、体の表面に貼りつけたアンテ 治療に役立てるケースが増えています。ここで ナで受信するというものです。人間の体は電 は、体内の情報を体外へ取り出すために無線 気を通すため、人体に影響のない周波数帯と 技術が活躍しています。例えば、胃の検査は 強度を選択することで安全性が確保できます。 カプセル内視鏡の登場により、患者さんへの また、電流を活用するため、送信機器が体内 負担はかなり軽減されました。その反面、無 深部にあっても途中で減衰せず、確実な通信 線であるため、情報が外部に漏れてしまう危 を行うことができます。さらに、電流は体内だ 険性もはらんでいます。 けで伝搬されるため、電波のように情報が空 そこで私たちの研究室では、情報の秘匿 気中に漏れ出す危険もなくなるのです。 性の高い 「容量結合方式」による情報伝送技 体外結合型、容量結合方式ともに、電力 と情報の双方を体外－体内間で伝送できます。 現在は、組み込む機器の特性や仕様に合わ せた最適なシステムを検討しており、同時に 人工心臓の無線送電を可能に こ 膵臓 外部電源 以上が多く使われています。そのため、既製 も 体内−体外間のワイヤレス電力伝送 「容量結合方式」 れています。これは運転者への影響を考慮し、 秘匿性の高い通信技術も開発 建次 准教授 体内−体外間のワイヤレス情報伝送 以下の領域、放送などの電波通信では10MHz 周辺の人体組織への電磁安全性が明らかに 機器の小型化にも取り組んでいます。 なっていない、といった問題がありました。 今後、医療技術はますます発展していくで こ数年、医療の世界では技術革新が ます。現在、弱まった心臓の働きをサポートす そこで私は、従来とはまったく違う伝送方 しょう。そうなれば、入浴や外出に制限のある 進み、海外では電気・電子・電磁波技 る補助人工心臓は実用化されていますが、完 法の 「体外結合型」 （越地耕二教授の研究室 患者さんの生活の質 （QOL）向上にもつながり 術を使った医療機器が注目されています。私は 全置換型人工心臓は実現されていません。 所属時から開発）のさらなる小型・高効率化 ます。私としても医療機関や企業、研究所など 医療の世界と専門である電気・電子・電磁波 いずれにおいても問題となるのが電源です。 を図るとともに、コイルのずれによる伝送電力 学外の方々との多様なコラボレーションを通じ を結びつけ、新時代の医療機器を開拓したい 埋込型の人工心臓は、体内から体外にケーブ 量の変化を自動制御する方法の開発や、さら て、安全で秘匿性も確保したより良い技術を との想いから様々な研究を行っています。 ルを出して電気を供給しますが、その穴から には、数値人体モデルと組み合わせた電磁安 いち早く実用化し、患者さんの豊かな生活に 1つのテーマが人工心臓です。近年は日本 細菌が入って感染症を起こすことがあり、重 全性のドシメトリ解析を世界初で行ってきまし でも重症心不全の患者数が増加しています 症化して亡くなってしまうこともあります。 た。 が、臓器提供者の数は少なく、より良い人工 私たちの研究室では、ケーブルを使わずに そして、開発した伝送方法は、優れた伝送 心臓システムの開発は喫緊の課題となってい 電気供給できる無線送電システムの開発を進 効率・安定性・安全性を有していることを理論 めています。人工心臓の無線送電は電磁誘 的かつ実験的に明らかにしました。大きな電力 導を活用し、非侵襲で経皮的に行う伝送方 も効率よく送ることができ、より確実に人工 法が最も有力です。しかし、体外−体内のコ 心臓を動かし続けることができるようになりま 研究のキーワード解説 無線伝送技術 ケーブルを使わず、電力や情報をやりとりする 技術を無線伝送技術といいます。現在は、モ バイル機器やデジタル家電、電気自動車など の分野を中心に研究開発が進められています。 医療において体外－体内間の伝送を行おうと した場合、離れた場所から情報をやりとりしたり、 電力を送ったりすることのできる無線伝送技術 は、治療や検査の精度・効果を高めるだけでな く、1人ひとりの患者さんが豊かな生活を送る ための手助けになるとして注目を集めています。 イルがずれると伝送電力量が変化・低下する、 した。 人体に影響のない伝送方式を検討 無 線送電は、電波の周波数や強度を調整 コイル形状を工夫することで、人体への影響 しなければ、人体に様々な影響を与え を最小限に抑えています。 てしまいかねません。私たちは様々な検証を 実は従来、この領域の電波は医療機器や 行い、現在は人体への影響が比較的小さい 工業製品にはあまり活用されていませんでし 200kHz ～ 3MHzの電波を利用するとともに、 た。電子機器などの工業製品は主に100kHz 柴建次准教授は 「早期実用化のカギは企業とのコラボレーシ ョン」 としている 貢献したいと考えています。 ◉研究のロードマップ◉ 体内埋込型医療電子デバイス 神経刺激装置 完全置換型人工心臓 補助人工心臓 【情報伝送】 装置の小型化 消費電力の低減 人体への安全性検証 （動物・臨床試験） 心臓 ペースメーカー 【電力伝送】 無線送電による体内 完全埋込の完全置換 型人工心臓システム の完成 血管内ロボット 血糖値センサ 基礎工学部 電子応用工学科 准教授 ［博士 （工学） ］ 柴 建次（しば けんじ） 研究テーマ◉ ◎ワイヤレス電力伝送システムの試作 ◎ワイヤレス電力伝送の電磁生体影響 ◎体内埋込機器の体外- 体内間の通信 ◎深部局所ハイパーサーミア装置の開発 ◎人 体モデルを用いた電磁界解析とファントムによる 実験など 関連特許◉ 特開2013-215354 「体内局所加温装置」 特開2010-115025 「非接触電力伝送システムおよび電子装置」 Kenji SHIBA 柴研究室 専門：電気電子工学、電磁気学、パワーエレクトロニク ス、電磁両立性（EMC） 、生体工学、医用電 子工学、人間工学 （医用工学、生体電磁環境工学） 同研究室では、 「電磁界−人体」をキーワードとした 研究を行っており、実機の設計・試作、電磁ノイズ の測定・解析、生体電磁安全性検証のための電磁 界解析、国際非電離放射線防護委員会 （ICNIRP） 規格との比較などを得意としている。この中で、体 外−体内間で20Wの電力を伝送する方法を検討し、 最大98%（トランス間の効率）で伝送することに成 功。体内埋込型人工心臓へのワイヤレス電力伝送、 消化器官内の小型体内埋込機器へのワイヤレス電 力伝送、1m 超の長距離ワイヤレス電力伝送等にお いて、企業や研究所との共同研究も数多い。 産業界の皆様へ 【体外−体内間の情報伝送】 【体外からの非侵襲・非接触エネルギー伝送】 実現により 患者さんのＱＯＬ向上へ！ 企業・研究所との コラボレーションで さらにスピードアップ！ 実用化 カプセル型 内視鏡 2014年 2016年 RIDAI SCITEC NEWS - Vol.21 RIDAI SCITEC NEWS - Vol.21 5 6 体内小型医療デバイスのための 新しい情報伝送システム 体内小型医療デバイスの進化は目を見張るもの があり、非侵襲かつ安全にエネルギーを体外か ら体内に伝送したり、逆に情報を体内から体外 に伝送したりする技術は近い将来、実現すると 予想されています。本学発 の技術は、まさにその実現 に大きく貢献するものと言 えます。ぜひ、一緒に取り 組みませんか！ 科学技術交流センター コーディネーター 安江 準二 （やすえ じゅんじ） 光のチカラが生み出す明日のイノベーション 光→電気 身近な素材を 次世代の太陽電池へ か」と発想し、酸化ニッケルに注目したのです。 酸化ニッケルは、ニッケルと酸素が結合した もので、少し添加物を加えると半導体の性質 を示します。この時、酸素の量をコントロー ルすることで透明にできることから、その技 術を応用し、透明な太陽電池づくりに取り組 電流が流れにくいため、透明性と電気伝導性 のバランスが非常に難しい課題でしたが、最 近ようやく技術として固まってきました。 従来技術 酸化ニッケル （NiO）透明太陽電池（半導体薄膜型） 「発電する窓ガラス」 紫外線 ∼380nm 紫外線を 吸収し、発電 可視光線、赤外線 380nm∼ 電圧をかけることで透明と黒色を切り替えることができるNiO 薄膜 状況に応じて 切り替え可能 可視光線は透過 るため、電極など周辺部品を透明にする研究 「透明度の変わるブラインド型発電窓ガラス」 も盛んに行われてきました。私は 「ならば、主 といった付加価値の高い製品が生み出せると 要部品も透明にするとおもしろいのではない 考えています。 多様なメーカーに 太陽電池活用の可能性を 黒色太陽電池 紫外線、可視光線を 吸収し、発電 可視光線、赤外線 380nm∼ 紫外線で発電する “透明”な太陽電池 東 使えば、ブラインドがなくても好きな時に目隠 しができ、かつ紫外線・可視光線で発電する 酸化ニッケル（NiO）系太陽電池 硫化スズ （SnS）系太陽電池 酸化銅（Cu2O）系太陽電池 など 安心・安全・安価な材料 単純簡便な作製プロセス 太陽電池の新用途を開拓 透明太陽電池 ています。その中で特に大きな期待を寄せて ご 使った太陽電池は、原料費を安く抑え には、硫化スズを少し不安定な状態にしなけ いるのが、酸化ニッケルを使った太陽電池で ることができますが、発電効率はあまり上が ればならないため、原子同士の結合を不安定 す。 らないため、私たちは他の安価な原料を活用 な状態のまま保ち続ける技術が課題となって 現在、ほとんどの太陽電池は光を効率よく した高効率の太陽電池の開発も進めています。 います。しかし、他の太陽電池研究グループ 吸収する黒色を使用しています。しかし、この その1つが、硫化スズ太陽電池です。 酸化ニッケル太陽電池は、太陽電池にもかか 硫化スズは温泉の成分にも含まれる硫黄と、 革新が進み、10年後には現在のシリコン太陽 わらず、透明にすることができます。透明であ ブリキなどに利用されてきたスズからできてい 電池と同程度の発電効率も実現可能になると い新しいコンセプトの太陽電池の開発を進め くありふれた素材である酸化ニッケルを います。太陽電池としての特性をよくするため も参入しはじめていることから、今後は技術 日本大震災とその後の福島第一原子力 しかし、シリコン半導体をつくるには、極めて るため、太陽光の主成分である可視光線は ます。どちらも簡単に入手できる安価な材料で 考えています。 発電所事故の影響により、自然エネル 高純度のシリコンが必要になり、そのために 吸収しないものの、紫外線を吸収して発電す す。しかも、硫黄もスズも人体や環境に害を与 安全・安価な素材を使い、太陽電池に新た ギーである太陽光発電は一躍注目されるよう 製造コストが高くなってしまいます。そこで、コ るしくみとなっています。通常の太陽電池に比 えないものであり、従来の太陽電池よりも安 な価値を付加する研究を通じて、従来は電気 になりました。 ストが低く、かつ性能が高い次世代の太陽電 べると発電効率は高くはありませんが、酸化 全な製品をつくることができるのです。 メーカーの範疇だった太陽電池を、化学・印 太陽電池は光のエネルギーを電気に変換す 池の開発が求められています。 ニッケル太陽電池は、従来の太陽電池にはな 現在は光をよく吸収し、発電しやすい硫化 刷・建材などの企業でも手軽に作製・活用でき る装置ですが、その中核となるのが半導体で 現在、私の研究室では、シリコンを使わな い大きな可能性を秘めているのです。 スズ半導体を効率的につくる方法を研究して るものとしていければと思っています。 す。現在生産されている太陽電池の90％近く は、シリコン半導体によってつくられています。 研究のキーワード解説 酸化物半導体 酸化ニッケルのように、金属酸化物を原料とし た半導体を酸化物半導体といいます。太陽光 を当てることで、殺菌作用や洗浄作用を発揮 する酸化チタンも酸化物半導体の1つです。地 球上には酸化ケイ素、酸化鉄などたくさんの酸 化物があります。その中で、条件によって電気 を通したり、通さなかったりする性質をもつもの が酸化物半導体となります。酸化物半導体は 透明になるものも多く、透明なセンサーや電子 機器をつくることができると期待されています。 太陽電池の新たな用途を開拓 従 特開2013-109076 「光発電可能な調光素子およびその製造方法」 特開2012-044187 「太陽電池」 と黒く変色する材料も開発しています。これを 杉山研究室の取り組み 次世代太陽電池の創成へ 紫外線 ∼380nm 研究テーマ◉ ◎CIGS 系太陽電池の試作 ◎ZnO、CuAlO2 等透明膜の成長 ◎化合物半導体の光学評価 ◎新機能材料の基礎物性解明など 現在は透明な材料とともに、電圧をかける 睦 講師 「酸化物半導体により、従来のものづくりに新たな視点を提供 したい」 と語る杉山睦講師 第１世代 （シリコン） ×製造コスト高 ×価格競争 第２世代 （CIGS、CdTe） ×レアメタル・有害物質を使用 杉山 睦（すぎやま むつみ） みました。透明なものは電気伝導率が低下し、 関連特許◉ 酸化物半導体を用いた安全・安価な次世代太陽電池とその作製プロセスの開発 理工学部 電気電子情報工学科◉杉山 理工学部 電気電子情報工学科 講師 ［博士 （工学） ］ 来の太陽電池は黒色だったため、デザ まさに一石二鳥の材料が生まれるのです。 イン面で制限がありましたが、酸化ニ また、酸化ニッケル太陽電池は50〜60℃程 ッケル太陽電池は透明ですから、デザインを 度の温度でつくることができるため、高温で 邪魔することなく、様々なものに発電機能を 加熱すると溶けてしまうビニール素材の上に 付与できます。 も載せることができます。したがって、 「発電 例えば、一般的に窓から入る紫外線をカッ するビニールハウス」など、従来の黒い太陽電 トする際は遮光・遮熱フィルムが使われていま 池では実現できなかった新しいコンセプトの す。その代わりとして、窓ガラスと酸化ニッケ 製品が生み出せるのではないかと期待してい ル太陽電池を一体化すれば、紫外線を遮断 ます。 するのと同時に、紫外線を吸収して発電を行 太陽電池は、太陽光を吸収する主要部品 う 「発電する窓ガラス」をつくることができます。 以外の部品を透明にすると発電効率がよくな ◉研究のロードマップ◉ 【酸化ニッケル（ＮｉＯ）系太陽電池】 太陽電池として実用化 ボトルネックの解消 （５Ｗ発電相当） ・透明度の向上 （製膜条件の最適化） ・ ｐｎ界面の最適化 （ｐ型ＮｉＯに合わせたｎ型半導体の探索） ・ＮｉＯ膜以外の最適化 （デバイス設計） ・大面積化 （歩留まり向上） など 2013年 【硫化スズ（ＳｎＳ）系太陽電池】 今後の課題 ・物性解明 （光学・電気特性の解明） など 発電効率 １． ４％ 2013年 太陽電池≠電気メーカーという時代へ… ・化学メーカー、印刷メーカー （従来プロセスより安価な作製が可能に） ・建材メーカー （既存商品の高付加価値化） 企業とのコラボレーションで 太陽電池に新たな付加価値を！ ◎想定用途 ・住宅建材との一体化 （発電する窓ガラス、 ブラインド型発電窓ガラス等） ・非加熱製膜との一体化 （発電するビニールハウス等） ・エネルギーハーベストデバイスへの応用 自社の得意技術を活かした作製が可能に！ （電源不要のセンサ、見えない防犯カメラ等） 2016年 2018年 2023年 安全・安価、作製容易な太陽電池の実用化へ 発電効率 7％ 発電効率 １2％ 2016年 2018年 シリコンと同程度の 発電効率を実現 2023年 RIDAI SCITEC NEWS - Vol.21 RIDAI SCITEC NEWS - Vol.21 7 8 Mutsumi SUGIYAMA 杉山研究室 専門：半導体デバイス工学／半導体物性 （太 陽電池、半導体光デバイス、半導体新素 材） 半導体光デバイスはクリーンなエネルギー源であり、 少ない消費電力で明るく発光するなど、地球に優し いデバイスとして注目を集めている。同研究室では、 結晶成長から電気的・工学的・構造的評価までを一 貫して行っており、これらは 「化合物半導体光電子 デバイス用材料の基礎光物性」という理学的な方向 と、 「デバイスプロセス技術の検討」という工学的な 方向の両面を兼ね備えている。太陽電池材料や透 明導電膜など、次世代の産業化が狙える材料をタ ーゲットに、無害・安価なありふれた原料から半導 体光デバイスを作製する技術を研究している。 産業界の皆様へ 可視光は透過し、人体に有害な紫外線を取り込 んで発電させる逆転発想の透明太陽電池。発 電した電気を蓄えることで電子カーテン、透明 表示装置、配線不要の電化製品のスイッチング ……未来の住空間、車両空 間など幅広い分野への適 用が期待されています。杉 山研と一緒に、夢の実現に チャレンジしてみませんか！ 科学技術交流センター コーディネーター 金山 薫 （かなやま かおる） 東京理科大学「光／エネルギー」関連特許一覧 出願/公開/登録番号 発明の名称 発明者 出願/公開/登録番号 発明の名称 発明者 光→電気 計測 特許5050140 三次元表示装置用蛍光体微粒子分散体、およびそれを用いた三次元表示装置 曽我 公平 他 特許4997457 アップコンバージョン材料表面のポリマー被覆膜形成方法及びポリマー被覆アップコンバージョン材料 曽我 公平 特許5364885 酸化イットリウム焼結体及び当該焼結体の製造方法 曽我 公平 他 特開2013-152192 有機化合物分析装置及び有機化合物分析方法 由井 宏治 谷口 淳 WO2013/047698 光干渉計、情報取得装置、及び情報取得方法 由井 宏治 材料・構造 特開2013-109076 光発電可能な調光素子およびその製造方法 杉山 睦 他 光・エネルギー伝送 特許4448920 高周波加熱装置用アンテナ 越地 耕二 他 特許4706036 非接触電力供給システム及びそれを用いた医療システム 越地 耕二 柴 建次 特許5051508 脂肪等価ファントム及びその作成方法、 このファントムを用いた脂肪厚推定方法 越地 耕二 他 特開2013-055423 体内情報伝送装置 柴 建次 特開2013-215354 体内局所加温装置 柴 建次 特許4550089 反射防止構造体及びその製造方法並びに光学部材の製造方法 谷口 淳 特許5408649 無端状パターンの作製方法 谷口 淳 特開2010-087500 転写構造体の製造方法及びそれに用いる母型 谷口 淳 他 特開2011-184304 シランカップリング剤及びその製造方法 谷口 淳 他 特開2011-187510 金属微細構造体及びその製造方法並びに樹脂成形物の製造方法 谷口 淳 他 特許5177581 反射防止構造体の製造方法 谷口 淳 特願2013-188175 凹凸構造体の製造方法、パターン形成用モールドの製造方法、及びパターン形成用モールド 谷口 淳 特開2012-097209 導電性高分子ナノ微粒子分散溶液、当該分散溶液を用いた導電薄膜及び導電薄膜の製造方法 特開2013-035197 幾何微細凹凸構造の作製方法及びセンサー 河合 武司 遠藤 洋史 他 湯浅 真 近藤 剛史 他 特開2011-116633 発光ガラス、当該発光ガラスを備えた発光装置及び発光ガラスの製造方法 安盛 敦雄 他 特開2013-233762 微細棘状構造の作製方法及びセンサー 河合 武司 遠藤 洋史 他 特願2013-172223 構造色発色基材及びその作製方法 安盛 敦雄 菊池 明彦 他 特開2013-237736 ゲル化剤、 それを用いた金属ナノ粒子の製造方法及びグラフェンの製造方法 河合 武司 遠藤 洋史 他 特許4922566 ナノワイヤの製造方法 趙 新為 特許4922611 酸化亜鉛光デバイス、酸化亜鉛光デバイスの製造方法、および酸化亜鉛光デバイスの利用方法 趙 新為 特願2012-186283 金属ナノカップアレイ及びその作製方法 河合 武司 遠藤 洋史 他 特願2012-209999 超撥水性基板及びその製造方法 遠藤 洋史 他 特開2012-131745 光学活性を示す材料とその製造方法 山下 俊 他 電気→蓄える 特許5142096 リチウム二次電池用正極材料およびその製造方法、 リチウム二次電池用正極並びにリチウム二次電池 井手本 康 他 特開2013-203565 複合金属酸化物、ナトリウム二次電池用正極活物質、ナトリウム二次電池用正極、及びナトリウム二次電池 駒場 慎一 藪内 直明 他 特開2012-204281 複合金属酸化物、 リチウム二次電池用正極活物質、 リチウム二次電池用正極、及びリチウム二次電池 駒場 慎一 藪内 直明 他 特開2012-201588 複合金属酸化物、ナトリウム二次電池用正極活物質、ナトリウム二次電池用正極、及びナトリウム二次電池 駒場 慎一 藪内 直明 他 WO2012/060295 複合金属酸化物、当該複合金属酸化物の製造方法、ナトリウム二次電池用正極活物質、ナトリウム二次電池用正極、及びナトリウ 駒場 慎一 ム二次電池 藪内 直明 他 変換技術 エネルギーの効率的利用 特許5403608 太陽電池アレイの診断方法、及びパワーコンディショナ 平田 陽一 特開2013-065797 太陽電池アレイの診断装置、パワーコンディショナ、太陽電池アレイの診断方法、及びプログラム 平田 陽一 特開2013-201722 多チャネル信号処理装置、方法、及びプログラム 田邉 造 他 さらに詳しい特許情報は、東京理科大学 科学技術交流センターホームページでご覧ください。 http://www.tus.ac.jp/tlo/ このほか、東京理科大学 科学技術交流センターのホームページ では、研究シーズ、 セミナー情報等もご紹介しております。 熱→電気 特許4942065 強誘電体材料の製造方法 （放電プラズマ焼結による一軸配向性強誘電体セラミックスの合成） 科学技術交流センター 特許情報一覧ページに アクセス！ 西尾 圭史 他 RIDAI SCITEC NEWS バックナンバー 光→化学エネルギー 特許4803414 新規Z-スキーム型可視光活性な水の完全分解用光触媒系及び前記触媒を用いた水の完全分解方法 工藤 昭彦 他 特許4528944 硝酸イオン存在下の酸化的雰囲気においてIr酸化物系助触媒を担持させた光触媒およびその製造方法 工藤 昭彦 他 特許4608693 可視光を全吸収する水素生成のための黒色光触媒 工藤 昭彦 他 特許4915719 硫黄化合物を含む水溶液から太陽光照射下で水素生成に高活性を示すZnS-CuX固溶体光触媒 工藤 昭彦 他 特許5071857 光触媒並びに硝酸イオンおよび亜硝酸イオン還元方法 工藤 昭彦 他 特開2012-059784 半導体薄膜製造装置及び窒化物半導体の製造方法 大川 和宏 他 特許情報一覧ページから キーワード・分野を入力し 詳細情報を確認！ vol.20（2013年10月18日発行） vol.19 （2013年8月29日発行） 葛飾のものづくりを支える 光とエネルギーが サイエンス・ラボへ 明日の社会を変えていく。 －光のチカラが生み出す明日のイノベーション－ RIDAI SCITEC NEWS - Vol.21 RIDAI SCITEC NEWS - Vol.21 9 10 vol.18（2013年2月27日発行） 光触媒が未来をつくる。 －光触媒でエコ＆クリーンな環境 とエネルギーを－