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最近の研究成果

リチウム硫黄電池 2016年6月28日発表

イオンを見分けるセパレーター-金属有機構造体をリチウム硫黄電池セパレーターとして利用-

金属有機構造体を電池のセパレーターに用いて、安定な充放電サイクル特性を持つリチウム硫黄電池を開発した。リチウムイオン電池の正極に硫黄を用いるリチウム硫黄電池は、高い正極容量(理論値では1,675 mAh/g)を示すため、次世代蓄電池として期待されている。しかし、放電反応の中間生成物であるリチウム多硫化物は、電解液に容易に溶出する。充放電サイクルが進むにつれ、溶出した多硫化物イオンは正極と負極の間での酸化還元反応を引き起こし、その繰り返しにより、リチウム硫黄電池の容量が劣化するといった問題があった。金属有機構造体は従来から気体分子の吸着や分離に多く使われており、その機能は「分子ふるい」とも呼ばれている。今回、この「分子ふるい」はイオン種が分別できる「イオンふるい」としても機能すると考え、金属有機構造体をリチウム硫黄電池のセパレーターとして用いた。このセパレーターが溶出した多硫化物イオンの負極側への移動を防ぐため、新型のリチウム硫黄電池では、長時間にわたり安定な充放電サイクルが実現した。電流密度1Cでの1,500回のサイクル試験後も900 mAh/gという高い充電容量を維持している。

複合金属有機構造体膜をイオンふるいセパレーターに用いたリチウム硫黄電池の図

遺伝子組換え動物 2016年4月7日発表

ゲノム編集でニワトリを品種改良-低アレルゲン性卵の生産へ道筋-

卵白に含まれる強力なアレルゲンであるオボムコイドの遺伝子を欠失したニワトリを開発した。今回、次世代の品種改良技術としてさまざまな動植物で研究が行われているゲノム編集技術のクリスパー・キャス9(ナイン)法をニワトリに初めて適用して、ニワトリなど家禽(かきん)の新しい品種改良法を開発した。ゲノム編集により精子や卵子の元になる始原生殖細胞のオボムコイド遺伝子を欠失させて、オボムコイド遺伝子欠失ニワトリを作製した。このニワトリが生産する卵は、オボムコイドタンパク質を含まないことが期待され、副作用の少ないワクチンの生産や低アレルゲン性卵の開発に繋がると期待される。

卵白アレルゲン「オボムコイド」遺伝子を欠失したニワトリ(左写真)と遺伝子型解析の結果の比較(右図)の図

ロボット 2016年7月25日発表

電波が直接届かない環境でもロボットを安定に制御する技術を開発-上空のドローンを経由し、見通し外の小型四輪ロボットを遠隔制御できることを実証-

制御用の電波が直接届かない場所(見通し外)にあるロボットを他のロボットを経由して遠隔制御し、かつその状態を監視する技術を開発しました。実験では、見通し外にある小型四輪ロボットに対し、上空のドローンを経由してコントロールすることを実証しました。この技術は、ロボット間による中継経路がその移動により頻繁に切り替わる際でも通信を切断させないことを可能とする手法を採用しており、世界でもまだ実現した例がありません。これまでの技術では、中継経路が切り替わるたびに通信が切断され、ロボットがその間、操縦不能になるという問題がありました。この技術によって、通常は制御不能になる見通し外を動き回るロボットに対しても、他のロボットが協力して周囲の環境に適応しながら安定に制御通信回線を確保することができ、電波が伝わりにくい環境に対してタフなロボットシステムの実現に貢献できます。

システム概念図

摩擦制御材料 2016年6月24日発表

簡単に表面の摩擦力を大幅に変えられる複合材を開発-グリップ性能を調節できるゴムなどの表面材への応用に期待-

簡単に表面の摩擦力を大幅に変えられる複合材を開発した。この複合材はゴムの表面に織布を埋め込んだもので、外から圧縮すると、ゴム表面の摩擦力が瞬時に1/10程度に低下する。圧縮によって発生するゴムのシワ構造に、布繊維の構造変化が重なることで、表面の形状が大きく変わる。そのため、物体との接触面積が変化し、摩擦力が変わる。ロボットハンドや人間が触れたり握ったりする物体表面のグリップ性能等は、目的に応じた摩擦特性を要求され、表面材質やその凹凸形状についての研究開発が重要な課題になっている。今回の複合材は織布を表面付近に埋め込んだ簡単な構造のため、安価で簡便な方法で作製でき、圧縮するだけでグリップ性能を状況に応じて変えられる表面材としての応用が期待できる。

簡単に表面の摩擦力を大幅に変えられる複合材の図

金属配線印刷 2016年4月20日発表

超微細回路を簡便・高速・大面積に印刷できる新原理の印刷技術を開発-あらゆる生活シーンのIoT化・タッチセンサー化を加速する新技術-

紫外光照射でパターニングし、銀ナノ粒子を高濃度に含む銀ナノインクを表面コーティングするだけで、超高精細な銀配線パターンを製造できる画期的な印刷技術「スーパーナップ(SuPR-NaP;表面光反応性ナノメタル印刷)法」を開発した。プリンテッドエレクトロニクス技術のうち、微細な電子回路の構成に欠かせない高精細な金属配線を印刷する技術は、冶具・版などの汚染による繰り返し再現性の乏しさ、塗布後の基材表面上での金属粒子どうしの焼結・融着、高温の後処理によるプラスチック基板の歪み、基材の屈曲による配線の剥がれなどが課題であった。今回開発した技術は、紫外光の照射によって形成した活性の高い基材表面上に、銀ナノインク内の銀ナノ粒子を選択的に化学吸着させ、粒子と粒子との自己融着によって低い抵抗の銀配線を形成する。これにより、プラスチック基板に強く密着し、最小線幅0.8マイクロメートルの超高精細な金属配線を、真空技術を一切使うことなく、大面積基材上に簡便・高速に印刷で作製できるようになった。フレキシブルなタッチパネルセンサーがこの技術によって実用化される予定であり、今回8インチの試作品を作製した。

スーパーナップ法による金属配線の印刷製造工程の一部(左)とフレキシブル基板(右)の写真

富士山 2016年7月15日発表

約50年ぶりに富士山の地質図を全面改定-防災・減災への寄与に期待-

約50年ぶりの改定版となる「富士火山地質図(第2版)」を刊行することになった。これは、活火山である富士山の10万年にわたる噴火の履歴を表した現時点における最高精度の実績図となる。地質調査総合センターでは、2001年に富士山の調査研究の必要性が内閣府で議論されたことを踏まえ、1707年の「宝永の噴火」以来、300年間以上静穏を保っている富士山について、約15年間にわたり富士山全域の調査研究を行ってきた。多数の試料を用いた年代測定の結果、過去の噴火の年代をより正確に解明することができたほか、山頂から山麓まで広域に広がる多数の噴火口を新たに発見した。これらの結果をもとに1968年発行の「富士火山地質図」の全面改定を行った。改定版の地質図は、今後、富士山の噴火予測の研究や、防災・減災への取り組みに貢献すると期待される。

刊行される「富士火山地質図(第2版)」の一部画像

電磁波計測 2016年7月11日発表

セシウム原子の共鳴を利用した新たな電磁波計測技術を開発-アンテナを使わずに電磁波の強度を測定-

セシウム原子の共鳴現象を利用して電磁波の強度を測定する技術を開発した。セシウム原子は9.2 GHzの周波数の電磁波を受けると、電磁波に共鳴する2つのエネルギー状態の間で周期的に遷移を繰り返す。この遷移の繰り返しはラビ振動と呼ばれ、その周波数は受けた電磁波の強度に比例する。この現象を利用すると、アンテナを使わないでも、電磁波の強度をラビ振動の周波数から求めることができる。産総研では、セシウムガスをガラスセルに封入し、電磁波によって生じるセシウム原子のラビ振動を、レーザーで高精度に測定する、新たな電磁波強度の計測技術を開発した。今回開発した技術では、セシウムガスを封入するガラスセルを小型にできるため、測定する電磁波の波長以下の1 cm程度の局所的な強度測定ができ、空間分解能の高い電磁波強度計測が可能となる。これは、通常のアンテナによる計測では実現が困難であった。また、レーザーでラビ振動を測定するため、離れた場所からワイヤレスで測定できる。今回開発した技術により電磁波の強度分布を正確に測定することで、電磁環境測定(EMC試験)の高度化や空間電磁界の可視化など、新たな応用が期待される。また、今後さらに普及するであろう電気自動車や通信機器などの安全への貢献が期待される。

セシウム原子のラビ振動を利用した電磁波計測システムの写真

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