環境創成計画学講座

Ecomaterial Design and Process Engineering

環境複合材料創成科学分野 Nanocomposite Science and Interfacial Materials Design

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

准教授

佐藤 義倫

Associate Professor

Yoshinori Sato

テクノロジーの発展が発散的地下資源消費を生み出し、気候変動、エネルギー・資源の枯渇、食料問題、人口増大、生物多様性の危機などの深刻なリスクが現ライフスタイルの課題となっている。そこで、生活の豊かさを保ちながら、物質消費を抑えた「持続可能な社会」の構築が次世代のライフスタイルが必要とされている。求められるライフスタ
イルでは、豊かさを担保しながら、物質消費を最小とするテクノロジーのパラダイムシフトが不可避である。この新
しいライフスタイルを創成するために、本研究室は「物の複合化」を利用した「次世代型ライフスタイル創成に貢献できる機能性複合材料の開発」を行いながら、「物の在り方」の基盤について考えていく。

研究内容
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、ナノ物質の特性を生かした複合材料の設計・合成は、ランダムに配置された個々のナノ物質の特性が打ち消され、極めて難しくなる。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いた次世代のエネルギー環境分野に必要不可欠な高次機能性複合材料を創製する必要性がある。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」を行っている。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、「次世代型ライフスタイル創成に貢献できる機能性複合材料」を研究している。具体的な研究課題を以下に記述する。
1．太陽光発電応用のための n 型単層カーボンナノチュー
ブに関する研究
単 層 カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ（single-walled carbon
nanotube: SWCNT）は 1 次元物質に発現する特有な電子状態密度を持ち、金属性 SWCNTs は可視光領域に、半導体性 SWCNTs は近赤外光領域に吸収特性を示す。SWCNTsは大気中ではホールキャリヤを持つことが知られている。
本研究は SWCNTs を用いた太陽光発電セルを作製するた

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Coexistence Activity Report 2013

めに、大気中で安定な n 型 SWCNTs の合成について研究をしている。
2．ポーラス構造を利用した振動発電材料に関する研究
光、熱、電磁波、振動などの身の周りにある微弱なエネルギーを利用した環境発電が注目されている。本研究では、ポーラスな導電性のある物質に振動を与えることにより、起電力を発生する材料の開発を行っている。
3．生 体内での多層カーボンナノチューブの構造安定性に関する研究
2 年間によるラット胸部軟組に埋入された親水性多層カーボンナノチューブを埋入した結果、貪食細胞内では一部のナノチューブの外層が分解され、細胞外では全く分解されないこと見出した。貪食細胞にナノチューブが貪食されない限り、ナノチューブ構造は安定であることを明らかにした（図 1）。

ンナノチューブの生体持続性 ”、公益社団法人日本セラミックス協会 第 26 回秋季シンポジウム 、口頭発表、長野市、長野県、2013 年 9 月 5 日
・横山 幸司、“ アンモニアを用いた気相におけるカーボンナノチューブのアミノ基修飾 ”、第 6 回 資源・素材学会
東北支部 若手の会 、ポスター発表、蔵王町、宮城県、2013 年 11 月 24 日（図 4）

☆受賞

☆招待講演

・日 本学術振興会科学研究費補助金・若手研究（A）平成25 年度「単層カーボンナノチューブ薄膜を使用した高性能リチウムイオンキャパシタ正極の開発」（代表研究者）
・日本学術振興会科学研究費補助金・挑戦的萌芽研究 平
成 25 年度「熱電能アシスト型 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」（代表研究者）
・日 本学術振興会科学研究費補助金・基盤研究（B）平成25 年度「ナノ物質を用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」（分担研究者）

・佐藤 義倫、“ 長期間による胸部軟組織に埋入された多層カーボンナノチューブの構造評価 ”、ライフサイエンス
分野シンポジウム －バイオマテリアルの新展開－ 、名古屋市、愛知県、2013 年 1 月 29 日
Fig. 1 Article on “In vivo long-term
biopersistence of tangled oxidized
multi-walled carbon nanotubes
inside and outside macrophages inrat subcutaneous tissue”.

・横山 幸司、“ 平成 24 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 ”（受賞日2013. 3. 25）☆研究プロジェクト

Ecomaterial Design and Process Engineering

In the past, many composites consisted of nanomaterials that possess excellent features in their own, haveproduced in basic researches. However, it is hard to design and produce composites of which the properties ofnanomaterials are reflected to those. Because each nanomaterial in the composite assembles at random not toenhance the features of the nanomaterials. In this laboratory, the purpose of researches is to study and develop
high-functional composites in an effort to expand the properties of the nanomaterials to those of the bulky composites.

研究室のコンセプト

環境創成計画学講座

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

2013 年の研究室体制と活動
2013 年 4 月に学部 3 年生の木村達也くん、野々村怜くんが研究室配属され、学部 4 年生の横山幸司くんを含め、学生 3 名、教員 1 名の研究室体制となりました。工明会運動会、オープンキャンパス（図 2）、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、学会への参加を積極的に行いました。

Fig. 2 Snapshot in front of the laboratory booth at the “Open Campus 2013”.

☆国際学会発表
・Yoshinori Sato, “Properties of Electric Double Layer
Capacitors Using Aminated Single-Walled Carbon
Nanotube Electrodes”, 2013 MRS Fall Meetings,Poster, Boston, Massachusetts, December 4th, 2013
・Yoshinori Sato, “In vivo long-term biopersistence oftangled oxidized multi-walled carbon nanotubes insideand outside macrophages in rat subcutaneous tissue”,
3rd Nano Today Conference, Poster, December 11th,
2013（図 3）☆国内学会発表・佐 藤 義 倫、“ 長 期 間 に よ る ラ ッ ト 軟 組 織 内 の マ ク ロ
ファージ内外に存在する酸素含有官能基修飾多層カーボ

Fig. 3 Snapshot of the poster presentation at the “3rd Nano Today Conference”.
（Yoshinori Sato）

Fig. 4 Picture in front of the poster at the “The 6th young research meeting of The
Mining and Materials Processing Institute of Japan, Tohoku branch”.（Koji Yokoyama）

アクティビティレポート 201353