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最近の研究成果

熱電変換 2015年11月26日発表

変換効率11 %の熱電変換モジュールを開発-ナノサイズの構造を制御した熱電変換材料で達成、未利用熱発電の実現に前進-

鉛テルライド(PbTe)熱電変換材料の焼結体にマグネシウム・テルライド(MgTe)のナノ構造を形成することで高い熱電性能指数 ZT = 1.8を実現し、さらにこの材料を用いて変換効率11 %を有する熱電変換モジュールの開発に成功した。これまで、熱電変換材料においてはZT = 1.0を超えることが、熱電変換モジュールにおいては7 %の変換効率を超えることが困難であった。今回の成果では、米国ノースウェスタン大学のKANATZIDIS Mercouri G. 教授(兼)米国 アルゴンヌ国立研究所 主任研究員と共に、ナノ構造の形成技術を用いて熱電変換材料の焼結体のZT を1.8(550 ℃)まで向上させることに成功した。さらに、このMgTeナノ構造を形成したPbTe焼結体と電気的・熱的に比較的良好に接合する電極材料を開発して、熱電変換モジュールにおいて11 %の変換効率(高温側600 ℃、低温側10 ℃)を実現した。この高効率熱電変換モジュールを用いることで、未利用熱エネルギーを電力へと変換して活用する道が開けると期待される。

熱電性能指数ZTの向上の概念図、開発した熱電変換材料の透過型電子顕微鏡写真、および、熱電変換モジュールの概観写真

ゲノム解析 2016年2月2日発表

染色体の大規模構造変異を高精度に検出できるアルゴリズムを開発-細胞のがん化の原因究明とがんの早期発見につながることへ期待-

大規模な染色体異常(構造変異)を高精度・高感度に検出できるアルゴリズムを搭載したソフトウエアCOSMOSを開発した。近年、がん化した細胞に特徴的な構造変異が頻繁に観測されており、この構造変異を高精度・高感度に検出することが、細胞のがん化の早期発見と、構造変化の解析結果をもとにした的確な治療法の選択につながると期待されている。今回開発したCOSMOSは、超並列シーケンサーから得られたゲノム配列のビッグデータを高速に解析できるソフトウエアで、マウスES細胞などを用いて検証したところ、既存手法を大幅に上回る精度や感度を実現していた。この技術は、細胞のがん化の原因究明やがんの早期発見の実現への貢献が期待できる。

構造変異検出ソフトウエアCOSMOSの概要図

バーチャルリアリティー 2015年11月2日発表

複数人で協調して空間をレイアウトするシステム「Dollhouse VR」を開発-「操作」と「体感」を両立させて、利用者視点での設計を実現-

空間の利用者と複数の設計者が協調して空間をレイアウトできるシステム「Dollhouse VR」を開発した。Dollhouse VRは、複数の設計者がマルチタッチパネルで操作して、俯瞰視点から壁や家具などの空間のレイアウトを変更できる「空間レイアウトインターフェース」と、利用者が頭部搭載型ディスプレイを用いてレイアウトされたバーチャルリアリティー空間に没入し、一人称視点で空間レイアウトを体感できる「没入型インターフェース」からなる。従来の設計支援システムでは設計とバーチャル空間没入が別々であったため、同時に設計の「操作」と空間の「体感」を行えなかった。今回のシステムは、設計者と空間に没入した利用者(体感者)のコミュニケーションを支援する機能を備えており、操作と体感が同時に行えるため、設計者と利用者がリアルタイムで協調できる。設計者が現場の利用者の意見を、その場でレイアウトに反映でき、住宅や商業施設などの大規模建築物の空間設計の工程を短縮できる。

Dollhouse VRのシステム概要の写真

カーボンナノチューブ含有ゴム 2016年1月25日発表

世界最高水準の耐環境特性ゴム材料を開発-単層CNT添加で耐環境特性を改善、材料の適用範囲を飛躍的に拡大-

ゴム材料に単層カーボンナノチューブ(CNT)を加えることで、世界最高水準の耐熱性、耐熱水性、耐酸・耐アルカリ性などの耐環境特性を持つゴム材料を開発しました。今後、石油掘削装置などのシーリング、自動車などの金属ガスケット代替、化学プラントの高温部シールへの適用や、燃料輸送への適用など、ゴム材料の適用範囲の飛躍的な拡大が期待されます。

開発したCNTを添加したゴム材料と他材料とのヤング率(柔らかさの指標)、連続使用限界温度の比較の図

シリコン光配線加工 2016年1月28日発表

シリコンフォトニクスの画期的な光入出力技術を開発 -独自の表面垂直結合で光と電子の集積実装に向けて大きく前進-

従来難しいとされてきた、シリコン光集積回路への光ファイバーや光部品の表面実装を容易にする光結合技術を開発した。通常シリコン光配線はウェハ面内に形成されるが、今回開発した技術ではシリコン光配線の先端をイオン注入によりウェハ面に対して垂直方向に立体湾曲加工して、ウェハ面に垂直な方向から光集積回路へ光入出力できるようにする。曲げ半径を3μmまで小型化できるため、実用化への見通しが得られた。表面垂直方向から近接させた光ファイバーとの光結合損失特性は2 dB程度と高効率であり、波長依存性・入射角度依存性・偏光依存性も小さい。これは、従来表面光結合の主流技術であった回折格子型光結合器とは動作原理が異なる、画期的な光結合素子である。データセンター内外の短中距離大容量光通信や半導体チップ間信号伝送などの光インターコネクションへの応用が期待される。

立体湾曲シリコン光配線の概念図(左)と、それを搭載したシリコン光回路が表面垂直方向からの光ファイバーと光結合した状態の光学顕微鏡写真(右)の図

放射性セシウムの濃縮 2016年2月5日発表

海水中の低濃度放射性セシウムを迅速にモニタリング-銅置換体プルシアンブルーを用いて40分で20 Lの海水中の放射性セシウムを捕捉-

銅置換体プルシアンブルーを使った不織布カートリッジ(Cu-C)を開発した。開発したCu-Cは、共存イオン濃度が高い水でも溶存態放射性セシウム(Cs)の回収率が高く、海水に含まれる放射性Csのモニタリングに適用できる。現在の福島県近傍の海水中の溶存態放射性Csは1 Lあたり0.01ベクレル(Bq)未満と極めて低い。そのため、海水中の放射性Cs濃度の測定には、まず20~100 Lの水を汲み上げ、6時間~数日程度かけて、水中の懸濁物質の除去や、リンモリブデン酸アンモニウム共沈法等を用いて溶存態放射性Csを濃縮するといった前処理が必要であった。今回開発したCu-Cは、海水でも高い回収率を示し、毎分0.5 Lで海水を通過させると90 %以上の溶存態放射性Csを回収できる。その結果、20 Lの海水中に含まれる放射性Csを僅か40分で濃縮でき、前処理時間を大幅に短縮できる。また、Cu-Cは淡水中の放射性Csの回収性能も、従来型の亜鉛置換体プルシアンブルーを使った不織布カートリッジ(Zn-C)を大きく上回る性能を示す。

銅置換体プルシアンブルー担持不織布カートリッジとセシウム回収の概念図画像

放射線量測定 2016年2月9日発表

がん治療に用いるイリジウム192密封小線源線量のトレーサビリティーを確立-RALS(遠隔操作密封小線源治療)の照射線量の高精度化に寄与-

がん治療の一つである遠隔操作密封小線源治療(RALS)を行う際の照射量を正確に評価するために必要なガンマ線基準空気カーマ率の国内のトレーサビリティー(校正の繰り返しにより国の標準へたどれることが確かめられた状態)を確立した。この技術はガンマ線の量の国家標準であるグラファイト壁空洞電離箱を利用し、放射性物質イリジウム192(Ir-192)に対応した補正係数を厳密に算出することによって開発に至った。このガンマ線基準空気カーマ率に対してアイソトープ協会が所有する放射線測定器である井戸形電離箱の校正を行い、アイソトープ協会ではこれを基準に個々の病院が保有する線量計の校正業務を開始する予定である。これにより、国内の病院が所有する線量計が、より簡便に同じ基準で感度が補正され、RALS治療の高精度化への貢献が期待される。

グラファイト壁空洞電離箱によるIr-192基準空気カーマ率の測定風景の写真

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