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最近の研究成果

太陽光利用化学反応 2018年8月2日発表

シクロヘキサンの常温・常圧酸化により高選択的にナイロンの原料を合成-太陽光を利用した半導体光電極で、高難度のC-H結合切断と選択反応を実現-

経済産業省の革新的なエネルギー技術の国際共同研究開発事業「太陽光による有用化学品合成」による支援を受け、酸化物の半導体光電極を用い、太陽光エネルギーを利用したシクロヘキサンの直接酸化によりナイロンなどの原料であるKAオイル(シクロヘキサノン+シクロヘキサノール)を常温・常圧下で高い選択性(約99 %)で合成する技術を開発した。半導体光電極は板状や膜状の半導体に導線を接続した電極で、光照射を受けて酸化還元反応を進行させる。今回開発した技術は、高付加価値の有用化学品を、太陽光エネルギーとわずかな電気エネルギーから合成できる技術であり、持続可能な社会への貢献が期待される。

太陽光エネルギーと酸化物光電極を用いたナイロン原料合成の模式図(左)と光電極の写真(右)の図

生体触媒 2018年8月30日発表

モジュール型酵素のエンジニアリングによる非天然型抗生物質の創出-生合成リデザインによる新世代創薬シード生産-

酵素多様化進化をコントロールし、それを微生物ホストにて機能させることによって、有機合成化学ではきわめて困難とされた、ラクトンサイズや側鎖構造の異なる新規デプシペプチドを自在に生産することに成功しました。モジュール型酵素改変による酵素工学的手法と活性物質を微生物合成する合成生物学の手法の融合による物質生産法を開発することで、創薬研究へ貢献することが期待されます。

医薬品シードを合成するモジュール型酵素の改変による新規物質生産の図

機械学習 2018年9月19日発表

分子構造を設定するだけで物性値を高速・高精度で予測-時間のかかる理論計算を1万倍以上高速化し材料開発のプロセスを加速-

化学物質の分子構造からその物質の物性値を高速、高精度に検証可能な形で予測する手法を開発した。化学物質の物性値を知るには、実際に合成して物性値を測定するか、時間のかかる理論計算をする必要があった。今回、物理化学の知識に基づいて、分子中の原子間に、化学結合などの相互作用の「強さの変化」を「バネの伸び縮み」で表すような関数(ポテンシャル)を設定し、ニューラルネットで学習させた。この関数は、原子間の相互作用・化学結合の強さに対応するため、学習結果の物理化学的な解釈・検証が可能である。学習結果を用いて分子のさまざまな物性値を予測したところ、例えば原子化エネルギーについては100分の1秒の時間で誤差0.01 eV(電子ボルト)以下の精度で予測できた。これは、理論計算と同程度の精度を、理論計算の1万倍以上の速さで実現したことになる。

物理化学の知識を組み込んだ機械学習手法の図

単層CNT含有Oリング 2018年9月13日発表

長寿命・高耐熱・高耐圧Oリングを開発、販売開始へ-世界初、スーパーグロース法で量産された単層カーボンナノチューブ応用製品-

単層CNT含有の耐熱フッ素ゴム(FKM)の開発を発展させ、「Oリング」の実用化に成功した。このOリングは、市販品FKM材料の3.5倍の耐久時間を有するなど、長寿命・高耐熱・高耐圧の優れた性能を持つ。2018年10月1日からサンアロー株式会社がFKMと同等の価格帯で販売開始する(名称:SGOINT(スゴイン)-Oリング)。例えば、石油掘削装置などのシール材、自動車や航空機などのエンジン周辺部材の金属シール代替などへの活用が期待され、交換頻度の低減と管理コストの削減などに貢献する。このOリングは、高品質・高速・大量合成に優れたスーパーグロース法で量産された単層カーボンナノチューブ(SGCNT)を応用した世界初の製品となる。

SGOINT-Oリングの外観写真

電荷可視化 2018年6月22日発表

半導体中のマイクロメートルスケールの電荷分布を可視化-折り曲げられる電子デバイスの高性能化に期待-

産総研が独自に開発した薄膜トランジスタ(TFT)の電荷を可視化するゲート変調イメージング技術の、空間解像度を810 nmから430 nmにするとともに、時間分解能を3 µsから50 nsに大幅に向上させた。この技術により、多結晶性半導体中の結晶粒界付近で電荷が不均一に分布する様子や、結晶粒界が電気伝導を阻害する様子を可視化できた。ディスプレーやセンシングデバイスなどの情報入出力機器の大面積・軽量・フレキシブル化や、製造工程の簡略化・省エネルギー化に向けて、多結晶性半導体薄膜を用いたTFTの性能向上が課題となっている。多結晶性半導体の課題は、結晶粒界などに起因する不均質な構造が、性能低下の要因となることである。今回、TFT内に蓄積した電荷を可視化するゲート変調イメージング法の空間解像度と時間分解能を向上させ、多結晶性半導体の結晶粒界に起因するマイクロメートルスケールの不均一な電荷分布を可視化するとともに、結晶粒界付近の電気伝導の様子を50ナノ秒の時間分解能で捉えた。この成果は、多結晶性半導体内の電気伝導を可視化できる技術として、TFTの特性改善や高品質化に大きく貢献すると期待される。

多結晶性半導体中の不均一な電荷分布を可視化する技術の図

地質図幅 2018年9月19日発表

日本を分断する糸魚川-静岡構造線最北部の謎が明らかに-新潟県南西部、「糸魚川」地域の5万分の1地質図幅を刊行-

新潟県南西部の「糸魚川」地域での地質調査の結果をまとめた5万分の1地質図幅「糸魚川」(著者:長森 英明・古川 竜太・竹内 誠・中澤 努)を完成し、刊行した。この図幅は産総研が提携する委託販売店(https://www.gsj.jp/Map/JP/purchase-guid.html)より9月20日頃から委託販売を開始する。今回、地表踏査に基づき、詳細が不明であった「糸魚川」地域の地層の分布や時代を決定し、地層の区分を行い、地質図幅を完成させた。これにより糸魚川-静岡構造線の最北部が含まれる地質図幅が全て完成し、100万年前以降に急激な隆起活動があったことが判明した。また、これまでユーラシアプレートと北アメリカプレートとの境界が糸魚川-静岡構造線を通るとの説があったが、今回、「糸魚川」地域を含む最北部地域はプレート境界ではないことが明らかとなった。この5万分の1地質図幅の刊行により、「糸魚川」地域の詳細な地質が明らかとなり、学術研究の資料となる。今後、土木・建築、防災・減災の重要な基礎資料として、また、地元住民の地域に対する理解促進のための資料としての利活用が見込まれる。

CCOP地質情報総合共有システムのメインサイトの図

半導体 2018年9月4日発表

シリコンウエハーの厚さを高精度に測定-長さの国家標準にトレーサブルな厚さ測定用両面干渉計を開発-

長さの国家標準にトレーサブルに試料厚さを測定できる厚さ測定用両面干渉計を開発し、シリコンウエハーの厚さ測定に応用した。半導体製造では、業界団体がシリコンウエハーの寸法の規格を定めており、厚さは重要な項目の一つである。近年、測定結果の信頼性が一層重要になっており、シリコンウエハーの厚さ測定でも国家標準へのトレーサビリティへの要求が高まっている。また、集積度向上のための三次元積層用のシリコンウエハーではこれまで以上の薄さが求められ、厚さ管理は一層重要となっている。厚さの非接触測定には、分光干渉方式が広く用いられているが、試料内部の屈折率に影響されるため測定結果の信頼性が保証できなかった。今回開発した技術では、可視光を用い表面反射光だけを使用して、2台の光干渉計で試料両側の表面形状を測定し、それらを組み合わせて試料の幾何学的厚さを直接求める。試料内部を透過した光は使用しないので、試料の屈折率に影響されない。また、長さの国家標準にトレーサブルな複数台の周波数安定化レーザーを可視光の光源として用いるため、厚さの測定結果も国家標準にトレーサブルとなる。本技術により厚さが測定された標準試料を用いて製造現場で既に使われている測定装置を校正すれば、計測結果の信頼性が向上する。

今回開発した技術で測定した200 µm厚シリコンウエハーの厚さ分布の例(約30 mm×10 mmの領域)の図

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