資源戦略学講座

Resources Strategies

環境複合材料創成科学分野 Nanocomposite Science and Interfacial Materials Design
先進社会環境学専攻

次世代型ライフスタイルの創成を担う
高機能複合材料の開発

准教授 佐藤 義倫

Development of High-Functional Composites for Constructing
a Future Foundation to Create a Next Generation Life Style

Associate Professor

Yoshinori Sato

However, it is hard to design and produce composites of which the properties of nanomaterials are reflected to those. Because eachnanomaterial in the composite assembles at random not to enhance the features of the nanomaterials. In this laboratory, the purpose ofresearches is to study and develop high-functional composites in an effort to expand the properties of nanomaterials to those of bulkyが見込まれているが、CNT と付着性の良い金属は炭素原子と相互作用を起こし、CNT の引張強度を低下させることが理論的に示されている。
また、CNT/ セラミックス複合体では、界面滑りを起こす前に CNT が破断するという報告から、母材中で CNT の強度が低下している可能性があり、その要因の一つに母材であるセラミックスが CNT の強度に影

composites.

研究内容しました。田ノ岡くんが「平成 26 年度 東北大学工学部機械知能・航空工学科 エネルギー環境コース 3 年次 奨励賞」、木村くんが「第 8個々のナノ物質は小さいながらも、優れた特性を持っている。しかし、

回資源・素材学会東北支部 若手の会 ポスター賞銅賞（Fig.2）」と「第ナノ物質の特性を生かした複合材料の設計・合成は、ランダムに配置

42 回炭素材料学会年会 ポスター賞（Fig.3）」、横山くんが「第 8 回資源・された個々のナノ物質の特性が打ち消されるため、極めて難しくなる。

素材学会東北支部 若手の会 ポスター賞銀賞（Fig.2）」と「第 42 回そこで、ナノ物質の特性を最大限に活かしたナノ複合界面設計に基づ炭素材料学会年会 ポスター賞（Fig.3）」を受賞しました。

いた高次機能性複合材料が必要である。本研究室では、材料科学分野における課題である「ナノ物質の特性をバルクまで引き伸ばすための複合材料設計と材料開発およびその複合界面に関する研究」を目指している。研究を遂行するにあたり、新素材である炭素ナノ材料・ナノ粒子材料の単体特性や複合特性、あるいは自然の高次循環システムやメカニズムから学ぶ複合特性を利用し、「高機能性界面を持つ複合材料の開発を行っている。

金属性、半導体性単層カーボンナノチューブの電界放出型電子源の開発
単 層カーボンナノチューブ（single-walled carbon nanotube:一くん、古賀一樹くんが新たに研究室配属され、学部 4 年生の黒田彬央くん、田ノ岡大貴くん、修士 1 年生の木村達人くん、野々村怜くん、
修士 2 年生の駒口暁海くん、杉山将太くん、横山幸司くんを含め、学生 10 名、教員 1 名の研究室体制となりました。2015 年も工明会運動会、オープンキャンパス（Fig.1）、飲み会などのイベントに研究室全体で積極的に参加しました。学業面では、ゼミによる勉強会（週 1 回）、Motomiya, Kazuyuki Tohji, Yoshinori Sato, “Defluorination-assisted nanotubesubstitution reaction with ammonia gas for synthesis of nitrogen-doped single-walledcarbon nanotubes”, Carbon, 94, 1052–1060 (2015).

響を及ぼしていることが挙げられる。以上から、金属（白金やパラジウ

・Sangita Karanjit, Atchaleeya Jinasan, Ekasith Samsook, Raghu N. Dhital,ム）やセラミックス（酸化アルミニウム）のナノサイズの表面担持物にKenichi Motomiya, Yoshinori Sato, Kazuyuki Tohji, Hidehiro Sakurai, “Significant

よる CNT の引張強度への影響について実験的に評価している。

Stabilization of Palladium by Gold in the Bimetallic Nanocatalyst Leading to an
Enhanced Activity in the Hydrodechlorination of Aryl Chlorides”, Chem. Comm., 51,12724–12727 (2015).

国際国流
8/18 に CNRS の Alberto Bianco 先生のセミナーを行い、炭素ナノ材料の化学修飾およびその生体応用について、ご発表いただきました。
【講師】Dr. Alberto Bianco (Institute of Molecular and CellularBiology, CNRS)【講演】Chemistry on carbon nanomaterials to tailor specificproperties

・ Hajime Sakakibara, Koji Yokoyama, Kenichi Motomiya, Kazuyuki Tohji, Yoshinori
Sato, “Enhancement of photovoltaic power of single-walled carbon nanotube films
by interface structures of different film thickness”, Materials Today (web version:Materials Comment), (2015).（招待論文）
・ Yoshinori Sato, Mei Zhang, Kazuyuki Tohji, “Mechanical Properties of Boronadded Carbon Nanotube Yarns”, in Handbook of Polymernanocomposites. Processing,Performance and Application Volume B: Carbon Nanotube Based Polymer
Composites, K. K. Kar, S. K. Rana, and J. K. Pandey editors, Springer, Germany,
Chapter 39, 61–73 (2015).（招待論文）

受賞

・ Yoshinori Sato, Hideaki Suzuki, Mei Zhang, Go Yamamoto, Kenichi Motomiya,・ 横山 幸司、“ 第 42 回炭素材料学会年会 ポスター賞 ”（受賞日 2015. 12. 3）

Toshiyuki Hashida, Kazuyuki Tohji, “Tensile Strength of Individual Carbon

・ 木村 達人、“ 第 42 回炭素材料学会年会 ポスター賞 ”（受賞日 2015. 12. 3）

り、その先端に低電界が印加されると、先端から容易に電子を放出

Nanotubes Constituting CNT Fibers”, MRS 2015 Spring Meeting & Exhibit, Poster,・ 横山 幸司、“ 第 8 回資源・素材学会 東北支部若手の会 ポスター賞銀賞 ”する。本研究では、高結晶性処理を施した金属性および半導体性のBoston, USA, April 8th, 2015.

（受賞日 2015. 11. 15）

・ Koji Yokoyama, Yoshinori Sato, Kazutaka Hirano, Tatsuhiro Yabune, Kenichi・ 木村 達人、“ 第 8 回資源・素材学会 東北支部若手の会 ポスター賞銅賞 ”

属性あるいは半導体性を示す。SWCNT の直径は数ナノメートルであ2015 年 4 月に修士 1 年生の尾本洋次くん、学部 3 年生の香取優・ Koji Yokoyama, Yoshinori Sato, Kazutaka Hirano, Hiromichi Ohta, Kenichi

国際学会発表SWCNT）は 1 次元物質に発現する特有な電子状態密度を持ち、ナノチューブの軸に対する 6 員環の配置（カイラリティー）によって、金2015 年の研究室体制と活動

特筆すべき業績

SWCNT を用意し、それぞれの電界放出電子特性を調べ、どちらの電子状態の SWCNT が電界放出型電子源に適しているか評価するとともに、電子源の寿命特性を調べている。

カーボンナノチューブの引張強度における表面担持物の影響

学会への参加を積極的に行いました。研究面では、信州大学 先鋭領Motomiya, Kazuyuki Tohji, Yoshinori Sato. “Gas-Phase Surface Modification of（受賞日 2015. 11. 15）

Fluorinated Single-walled Carbon Nanotubes Using Ammonia Gas”, MRS 2015

・ 田ノ岡 大貴、“ 平成 26 年度 東北大学工学部機械知能・航空工学科 エネルギー

Spring Meeting & Exhibit, Poster, Boston, USA, April 7th, 2015.

Department of Environmental Studies for Advanced Society

In the past, many composites consisted of nanomaterials that possess excellent features in their own, have produced in basic researches.

環境コース 3 年次 奨励賞 ”（受賞日 2015. 3. 25）

国内学会発表研究プロジェクト

・ 第 42 回炭素材料学会年会（木村くん、横山くんがポスター発表）、吹田市、

・日本学術振興会科学研究費補助金・基盤研究（B） 平成 27 年度「脱フッ素によ大阪府、2015 年 12 月 2 日（水）る高結晶垂直配向カーボンナノチューブの表面制御改質とその電気化学特性」

・ 平成 27 年度 資源・素材学会東北支部 秋季大会（木村くん、横山くんが口頭（代表研究者）発表）、仙台市、宮城県、2015 年 11 月 16 日（月）・ 日本学術振興会科学研究費補助金・挑戦的萌芽研究 平成 27 年度「熱電能ア域融合研究群 バイオメディカル研究所の齋藤直人研究室とカーボンナカーボンナノチューブ（carbon nanotube : CNT）は軽量かつ高強ノチューブの生体材料に関する共同研究を行いました。また、カーボ

度の材料として注目を集め、金属あるいはセラミックス等との複合材料

ンナノチューブのフッ素化に関しては、ステラケミファ株式会社と共同として応用が期待されている。CNT/ 金属複合体では、付着性の良い研究を行いました。2015 年は学業・研究において幾つかの賞を受賞

・ 第 8 回 資源・素材学会東北支部 若手の会（黒田くん、田ノ岡くん、尾本くん、シスト型 pn 接合界面を持つ炭素ナノ材料で構成された近赤外光発電セルの創製」

金属でコーティングして CNT の界面滑りを抑制することで強度の向上

木村くん、野々村くん、駒口くん、横山くんがポスター発表）、秋保町、宮城県、（代表研究者）

2015 年 11 月 15 日（日）・ 日本学術振興会科学研究費補助金・基盤研究（S）平成 27 年度「低炭素社会を・ 平成 27 年度 資源・素材学会東北支部 春季大会（木村くん、野々村くん、横（分担研究者）
もたらす単層カーボンナノチューブを利用した平面発光デバイスの開発」

山くんがポスター発表）、仙台市、宮城県、2015 年 6 月 17 日（水）・ 日本学術振興会科学研究費補助金・基盤研究（B）平成 27 年度「ナノ物質を用（分担研究者）
いたハイブリッド型口腔領域用生体材料の創製と安全性の検討」

依頼講演
佐藤 義倫、“ フッ素化単層カーボンナノチューブの脱フッ素化による機能性材料の合成 ”、平成 27 年度化学系学協会東北大会、青森県、弘前市、2015 年
Fig.1 Snapshot in front of our laboratory boothin the Open Campus 2015.

6Coexistence Activity Report 2015

Fig.2 Poster Award on the “The 8th young researchmeeting of The Mining and Materials Processing
Institute of Japan, Tohoku branch”. (Left: Tatsuhito
Kimura, Right: Koji Yokoyama)

Fig.3 Poster Award on the “The 42th Carbon Society ofJapan”. (Left: Tatsuhito Kimura, Right: Koji Yokoyama)

9 月 13 日（日）・ 日本学術振興会科学研究費補助金・挑戦的萌芽研究 平成 27 年度「多層カー（分担研究者）
ボンナノチューブブロックを用いた in vitro での骨形成再現実験」

・ 平成 27 年度 物質・デバイス領域共同研究拠点 共同研究（一般研究：北海道大学電子科学研究所 太田裕道 教授）

・ 平成 27 年度 東北大学金属材料研究所 共同利用研究（研究部：東北大学金属材料研究所 後藤 崇 教授）

・平成 27 年度 ステラ ケミファ株式会社 共同研究

Coexistence Activity Report 20157