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最近の研究成果

太陽電池 2017年6月13日発表

高効率ガリウムヒ素太陽電池を低コストで製造-太陽電池製造用の HVPE装置、国内の商用機製品化を後押し-

低コストでガリウムヒ素(GaAs)太陽電池を高いスループットで製造できるハイドライド気相成長(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE)装置を開発した。太陽電池の発電効率を高める次世代技術として、複数の種類の太陽電池を積層させた多接合太陽電池の研究開発が近年盛んに行われている。中でもGaAs太陽電池は太陽電池の中でも発電効率に優れていることから、多接合太陽電池のトップセルやミドルセルとしての利用が期待されている。しかし、GaAs太陽電池の有機金属気相成長(MOVPE)装置を用いた従来の製造方法では高価な有機金属を用いるために製造コストが高く、製造コストを低減する技術が求められていた。今回、三者はMOVPE装置と比較して製造方法の大幅な低コスト化を実現できるHVPE法を用いた成膜技術に着目して、高速に成膜できる太陽電池製造用のHVPE装置の開発に取り組んだ。開発したHVPE装置の成膜を行う機構にはマルチチャンバー方式を採用し、更には製造できる太陽電池の大型化・大口径化に繋がるよう装置の構造を水平置き縦型とした。また、GaAs太陽電池を基板全面に均一性良く製造することができるなど面内均一性にも優れ、同装置を用いて試作したGaAs太陽電池はHVPE装置によるものとしては世界トップレベルの発電効率20.3 %を実現した。この成果は、太陽電池製造用HVPE装置の製品化の後押しとなることが期待される。

今回開発したHVPE装置の反応炉(左)と反応炉内の成長メカニズム(右)の図

ミトコンドリア 2017年4月25日発表

細胞内における硫黄修飾の新たな反応機構を解明-ミトコンドリア機能制御の研究に手がかり-

ミトコンドリアは、細胞のエネルギーを生産する重要な細胞小器官です。近年、ミトコンドリアの活動は転移RNAの硫黄修飾と関連が深いことが報告されており、ミトコンドリアの機能を制御する新たな経路が予想されていました。ヒトを含む真核生物の細胞質で硫黄修飾を行う酵素は同定されていますが、その詳細な反応機構は長い間不明でした。本研究は細菌由来の硫黄修飾酵素TtuAに注目し、完全無酸素の条件下での分光学、生化学及びX線結晶構造解析により、TtuAが酸素に接すると崩壊する不安定な「鉄硫黄クラスター」と呼ばれる因子を用いて機能することを同定しました。また複合体構造解析の結果から、TtuAが、鉄硫黄クラスターをあたかもタンパク質の一部のように用いて硫黄を転移する、これまで知られていない硫黄修飾メカニズムを用いることを提唱しました。本研究の成果は、ミトコンドリアによるエネルギー生産の制御機構を解明するための重要な手がかりを与えると期待されます。

硫黄修飾酵素TtuAと硫黄供給タンパク質、鉄硫黄クラスターの複合体の構造モデルとTtuA活性部位中の鉄硫黄クラスターの拡大図

形状計測 2017年7月14日発表

直射日光下でのパターン投影による高速形状計測に成功-外乱光をノイズとして除去する画像処理で実現-

直射日光のような強い外乱光がある環境でも、光源から対象物に投影した模様(パターン)を正確に検出して、高速に運動・変形する物体の形状を計測する手法を開発した。形状計測には、レーザー距離計測に基づいた形状計測法や、カメラを用いた非接触な計測方法などがある。なかでも、プロジェクターなどの光源からパターンを対象物に投影し、カメラで撮影したパターンを画像処理して対象物の3次元形状を計測する手法は、運動する対象物形状の高解像度な計測に向いている。しかし従来の方法では、直射日光など強い外乱光がある環境では、パターンを投影する光源の出力が太陽光に比べて小さいため、パターンの検出が困難であり計測が難しかった。この課題を解決するために、スペクトラム拡散変調技術というノイズの多い環境下でも小さな出力の電波による通信を可能にする手法を画像処理に応用し、光源の照射方法と画像処理の工夫により形状計測を実現した。これにより、ノイズとなる外乱光を撮影された画像から除去して影響を少なくして、外乱光よりも低出力の光源によって投影されたパターンの検出が可能となった。この技術により、屋外でも運動体を複数方向から同時に計測できるようになるなど、形状計測技術の適用範囲を拡大できる。また、形状計測だけでなく、バーチャルリアリティや埋め込み画像など光源とカメラを組み合わせたさまざまな画像処理法にも適用できるため、広く画像処理技術に貢献することが期待される。

今回開発した技術による直射日光下での形状計測の写真

電磁波遮蔽 2017年6月12日発表

カーボンナノチューブを用いた塗料で電磁波遮蔽(しゃへい)-多様な基材に、過酷環境でも使える電磁波遮蔽塗布膜を実現-

スーパーグロース法で作製した単層カーボンナノチューブ(SGCNT)を用いて、高い電磁波遮蔽(しゃへい)能を持つ膜を形成する塗料を開発した。さまざまな電子機器の電磁波を遮蔽する方法として、電子機器やそれに接続する部品を金属の筐体(きょうたい)に収納する方法が従来用いられている。最近では、電子機器の多様化や小型軽量化に伴い、樹脂やゴムの複雑な形状の筐体やそれらの材料で覆われた部品が用いられることも多くなっており、複雑な形状の筐体や部品を基材として電磁波遮蔽塗料を塗布し、電磁波遮蔽能を付与する方法が注目されている。しかし、既存の電磁波遮蔽塗料は、基材の選択性に制限があったり、付与できる電磁波遮蔽能が低いなどの課題があった。今回、電磁波遮蔽能を持つ塗布膜を形成できる、SGCNTを用いた水性塗料(SGCNT系水性塗料)を開発した。この塗料は、基材の選択性が高く、バーコート法、スプレー法、ディップ法などのさまざまな塗布方法が利用できる。そのため平面ばかりではなく複雑な形状の基材にも塗布膜を形成することができる。さらに形成した塗布膜は高い電磁波遮蔽能と高温での耐久性を持ち、柔軟性があり、基材の変形にも追随できる。今後、高温環境で使用される自動車用ワイヤーハーネスや、可動部や複雑形状を持つ産業用ロボットなど、さまざまな分野での電磁波遮蔽対策への活用が期待される。

今回開発したSGCNT系水性塗料を用いてポリイミドシートへ形成した塗布膜の写真

低消費電力メモリー 2017年7月12日発表

電圧書込み方式磁気メモリーの書込みエラー率を飛躍的に低減-超低消費電力の電圧書込み型不揮発性磁気メモリーの開発を加速-

電圧書込み方式の磁気メモリー(電圧トルクMRAM)の書込みエラー率を飛躍的に低減させる技術を開発した。非常に薄い金属磁石層(記憶層)を持つ磁気トンネル接合素子(MTJ素子)にナノ秒程度のごく短い時間電圧パルスをかけると、磁化反転を誘起できる。今回、記憶層の磁気特性を最適化し、電圧磁気異方性変調効率と熱じょう乱耐性Δ 0を向上させて、書き込みエラー率をこれまでの報告値(10-2~10-3)より二桁以上低減(2×10-5)した。これにより1回のエラー訂正(ベリファイ)の実行で実用的な書込みエラー率を実現できる。電圧書込み方式は原理的に電流が不要なため、現在MRAMの主流である電流書き込み方式と比較して飛躍的な低消費電力化が可能となる。今回の成果により、高信頼性と高速性を持つ超低消費電力電圧トルクMRAMの研究開発の加速が期待される。

書込みエラー率のパルス電圧強度依存性の図

インフラ調査 2017年7月11日発表

電気探査で水道管周辺の土壌を調査する技術を開発-路面を傷つけずに水道管の腐食リスクを推定-

路面を傷つけずに、地盤の比抵抗を測定できる高周波交流電気探査装置を開発した。この技術は、路面下に敷設された水道管周辺の地盤の比抵抗を測定して、その水道管の腐食リスクを推定できる。近年、老朽化した水道管の劣化リスクを評価する技術の開発が喫緊の社会的課題になっている。水道管の腐食は地盤の比抵抗が低いほど進行しやすい。路面を掘削して土壌試料を採取して比抵抗を測定する調査があるが、コスト・時間・労力がかかり、これらを低減できる技術が必要とされていた。今回開発した技術は、路面から地盤の詳細な比抵抗を計測でき、水道管の腐食リスクを効率よく評価できる。この技術は、急増する老朽水道管更新の優先度の決定に寄与すると期待される。

今回開発した装置を用いた路上での比抵抗測定調査の写真

光の渦 2017年7月10日発表

ガンマ線の光渦を発生させる手法を発見-新しい同位体分析や非破壊検査技術への応用が期待される-

円偏光高強度レーザーと高エネルギーの電子の衝突(レーザーコンプトン散乱)によって、渦状の形状を持つガンマ線が生成されることを理論計算により見出した。近年、レーザー技術の進展によって、渦状の形状を持つ特異な光、光渦を生成できるようになってきた。光渦は、分子や材料に照射した場合に、通常の光ではできない「捻る」などの操作ができるといった特徴がある。生成できる光渦の波長(エネルギー)範囲は拡がってきているが、メガ電子ボルトのエネルギー領域のガンマ線の光渦(ガンマ線渦)はまだ生成されていない。ガンマ線渦が生成できれば、原子や原子核との新奇な相互作用を通じて、同位体分析や非破壊検査において新しい産業技術が実現される可能性がある。今回、理論計算による検討の結果、円偏光高強度レーザーと高エネルギーの電子とをコンプトン散乱させた時に、高強度レーザーがもたらす強い電磁場における電子の散乱により高エネルギーのガンマ線渦が生成されることを見出した。これまで、光渦レーザーと高エネルギー電子のコンプトン散乱によって高エネルギーガンマ線渦を発生する理論的方法が提案されていたが、今回発見した手法では光渦レーザーを用いなくてもガンマ線渦を発生できる。円偏光レーザーは一般的なレーザー装置を用いて安定かつ高強度に発生できることから、円偏光高強度レーザーを用いたレーザーコンプトン散乱が、ガンマ線渦を生成するための実用的かつ有望な手法となることがわかった。

今回発見したガンマ線渦の発生方法の図

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