第 13 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2015）開催報告

文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム事業の贈ることになり，表彰が行われた．また，ポスターセッショ

一環として「第 13 回ナノテクノロジー総合シンポジウム」

ンではナノテクノロジープラットフォーム参画機関と参が，文部科学省ナノテクノロジープラットフォームセン

会者とが交流・意見交換を行った．

ターの主催で 2015 年 1 月 30 日に東京ビッグサイトで開催された．ナノテクノロジープラットフォーム（NPF）は，
新しい科学技術を創出する研究環境の整備・充実・共用

開会挨拶／ Opening Remarks

により，大学，公的機関，企業の研究者が全国規模で研究ネットワークを構成してイノベーション創出に資する

司会：野田 哲二

JAPAN NANO 2015 組織委員長（物ことを目指している．今回のシンポジウムは，「ナノテク質・材料研究機構 ナノテクノロジープラットフォームセ

による材料革新−設計・創る・測るがイノベーションを

ンター長）
．

生む」のテーマの下にプログラムが組まれた．
主催者を代表する物質・材料研究機構（NIMS）理事長

主催者挨拶：潮田 資勝（物質・材料研究機構理事長）と文部科学省研究振興局長の開会挨拶，タイ王国 科学技術大臣 Pichet Durongkaveroj 博士による「タイにおける文部科学省は平成 24 年度より，先端装置の共用化，第科学技術政策」と題する特別講演，大阪大学 河田 聡教授

一線研究者のノウハウ提供によりイノベーションの加速の「プラズモニクス：光でナノを操る科学」および，トを図るナノテクノロジープラットフォーム事業を実施しヨタ自動車株式会社 梅村 晋氏の「材料技術が切り拓く革ている．本シンポジウムは事業の一環として産官学の研新的クルマ社会」と題する基調講演が行われた．最新の究者を一堂に集め，最先端の研究成果を披露し，今後の成果は，コンピュータ主導材料設計，ナノテクノロジー

方向性を探るものである．

プラットフォーム活動／平成 25 年度の秀でた利用 6 大成

ご来賓にタイ王国 科学技術大臣，および文部科学省 常果，先端計測・解析技術の進展，自動車用材料の 4 つのセッ盤 豊研究振興局長をお迎えした．タイ王国 科学技術大ションで報告された．平成 26 年度より，共用施設におい臣には特別講演を頂くことになっている．また，大阪大て支援に携わっている方の貢献に対して技術支援者賞を学 河田

NanotechJapan Bulletin Vol. 8, No. 2, 2015

聡教授，トヨタ自動車 梅村 晋氏に基調講演を

第 13 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2015）開催報告 -1

略としてもナノテクノロジーは産業競争力の源泉となる重要分野と位置づけられている．文部科学省は，引続き
ナノテクノロジーの研究開発，基盤整備を推進する．
文部科学省が平成 24 年度から実施しているナノテクノ
ロジープラットフォーム事業は，最先端の研究設備を共用することにより，研究活動を活性化し，イノベーションを図ることを目的としている．1000 台の装置が共用され，若手研究者が高価な装置を使える．共用装置に人が集まるから異分野融合でイノベーションが進む．ナノテ
クノロジープラットフォームは，これまでも着実に成果を挙げているが，今後も産業界始め多くの人々の積極利用と日本各地で顕著な成果が生まれることを期待する．

特別講演／ Special Lecture
司会：引き続き，野田 哲二氏お願いした．ナノテクノロジーのトピックスとして，コンピュータ主導による材料設計，ナノの世界を観る・測る技術，日本の産業を牽引する自動車用産業関連部材の研究動向を採り上げ，米国 MIT の Ceder 教授ほか国内 5名の方に最新のトピックスを話して頂く．これに加えて，「 タ イ に お け る 科 学 技 術 政 策 」 ／ "Thailand S&T in
Transition" Pichet Durongkaveroj（Minister,
Ministry of Science and Technology, Thailand ／タイ
王国 科学技術大臣）

本事業の成果を報告する．
このシンポジウムが，参会者にとってナノテクノロジー
プラットフォームを知って頂く機会となり，研究の方向性を見出すと共に，新たなパートナーを見つけるきっか
けになることを期待する．

文部科学省：常盤 豊（文部科学省 研究振興局 局長）

タイは様々な困難に遭遇し，変革期にある．経済環境が変化し，製品やサービスの輸出にも影響が出ている．
気候変動は農業や産業に影響を与えている．問題解決に英知を集めるには国際協調が重要になる．このため，今年末にスタートする ASEAN Community と日本の協力を期待している．科学技術イノベーションによって国の競争力を高め，地域の課題に対応したい．
ナノテクノロジーは，環境・エネルギー・ライフサイ

このため次の 5 つの政策を取り上げた．

エンスなど幅広い分野の科学技術の新たな可能性を切り（1）研究開発費は GDP の 1%，企業と官の比は 70：30

拓くとともに，自動車・エレクトロニクスなど日本の基（2）社会イノベーション：英知の移動（Talent Mobility），

幹産業を牽引する重要な基礎基盤技術である．政府の戦

労働と学習の統合

NanotechJapan Bulletin Vol. 8, No. 2, 2015

第 13 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2015）開催報告 -2

（3）研究開発にインセンティブ：法律と規制を改め，地域・れる．NSTDA の下で国際協力を推進し，各国との協力のコミュニティと恊働もとに研究開発推進を図っている．

（4）メガプロジェクト推進：鉄道，クリーンエネルギー，
自動車，電気，水，廃棄物処理など【質疑】（5）科学技術基盤整備：COE（Center of Excellence）設

Q：国際協力，組織連携にどのように取組んでいるか

置等

A： 国 際 協 力 で は International Partnership が 動 い研究開発における民間部門の寄与を高めるには人材育ている．省庁ごとに，パートナーと組み，人材交流成が重要である．官の人材が民間で働くことを可能にも行ってデマンドサイドの研究を進めている．研究し，民間で働く中で学んで大学に移るといった Talentには全ての省庁が関わるのでプラットフォームにはMobility 活動を進める．国家イノベーション計画の中でChief Scientiﬁc Advisor をおいて各省庁との連携を

科学技術は他のプログラムとは違った運営をする．10 年図っている．

をベースにものを考え，予算は年間予算を 3 年から 5 年

Q：人材流動性は大学が対象か．民から大学への移継続するものにする．タイには 20 の省があるが省庁連携

動もあるか．

が求められる．戦略産業を定めて，そこにリソースを集

A：双方向が必要だが，段階的に進める．先ず，大中させる．このような運営にはガバナンスとマネジメン

学と官から民間への移動を進める．

トが大切になる．
こ の た め， ナ ノ テ ク ノ ロ ジ ー は 2003 年 に 重 要 な 成
長 技 術（Key emerging technology） と 位 置 付 け， 国基調講演Ⅰ／ Plenary Lecture Ⅰ

家 科 学 技 術 開 発 局（NSTDA, National Science andTechnology Development Agency） の 下 に 4 組 織：（1）

司会：堀池 靖浩

NIMS 名誉フェロー

BIOTEC: National Center for Genetic Engineering andBiotechnology，（2）MTEC: National Metal and Materials
Technology Center，（3）NECTEC: National Electronic
and Computer Technology Center，（4）NANOTEC:
National Nanotechnology Center

プラズモニクス：光でナノを操る科学／ "Plasmonics:
Manipulating Nano with Light" 河田 聡（大阪大学）／ Satoshi Kawata（Osaka University, Japan）

を お い た．NANOTEC

は 2003 年に設立，NSTDA，科学技術大臣のもとで運営されている．
ナノテクノロジーの狙いは経済競争力，生活の質の向上，健康，福祉，環境持続性の強化である．このため，
ナノテクノロジーの人材開発を進め R&D 人員 1 万人当り2.5 人，民間：政府比 50:50 とし，ナノテク研究開発費に GDP の 0.2% を投じる．インフラを整備し，投資へのインセンティブを与えて，応用拡大を図る．戦略的枠組
み（Strategic Framework）として 4 つのクラスタ：（1）
健康と医療，（2）農業と食糧，（3）製造，（4）エネルギーと環境を設け，ドラッグデリバリシステム，医薬／化

粧品，ナノコーティング材，センサ，ナノエレクトロニク
ス，機能性ナノ構造，ナノ触媒／沪過材料などの製品を想定する．その基盤となる技術（Platform technology）は，設計による材料合成（Material synthesis by design），ナ
ノ封じとドラッグデリバリシステム（Nano encapsulation

ナノの世界の観察には AFM（原子間力顕微鏡）などがand drug delivery system）， ナ ノ 加 工 と 製 造（Nano

用いられるが，光が使えれば得られる情報量は大きい．

fabrication and manufacturing）である．

2014 年のノーベル化学賞は「超高解像度の蛍光顕微鏡開こ の 計 画 を 進 め る た め に， 大 規 模 施 設 を Thailand

発」に与えられた．バイオでも光学顕微鏡は注目されてScience Park に設け，ここでナノテクノロジーに取組む．

いる．2008 年の下村 脩氏のノーベル化学賞受賞はクラナノテクノロジー，コンピュータ，バイオ，遺伝子工学

ゲから出る緑色蛍光タンパクの発見だった．1963 年に「位などの国家センターに，科学者を集めてネットワークを相差を用いた手法の実証，特に位相差顕微鏡の発明」に作る．タイは農業国なのでナノテクノロジーの農業応用

ノーベル賞が与えられ，透明な細胞を着色せずに位相差を重視する．科学技術には社会への貢献が求められ，科で見ることができた．一方，1930 年にはラマン効果の発学技術の成果は，組織，国だけのものでなく広く共有さ見にノーベル賞が与えられ，蛍光着色せずに光と物質のNanotechJapan Bulletin Vol. 8, No. 2, 2015

第 13 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2015）開催報告 -3

相互作用により分子振動を捉えられたが，レーリー散乱能になる．また，細胞は，表面だけでなく内部も見たい．

光にラマン散乱光が隠されてしまう．20 世紀末に，レー針を細胞に刺したのでは細胞が針の動きを拒否する．そザー光源，レーリー散乱光を除くフィルタ，高感度固体

こで細胞の中に金の粒子を埋込み，金の粒子を介して細撮像，走査機構などの必要なツールが揃い，ラマン顕微胞内の 3 次元的な情報を追うことができる．このほか紫鏡で分光画像がとれるようになり，生きている細胞の観外光の利用も考えている．

察ができた．ここまではマイクロの世界だった．次に光手法を開発して論文を書いただけでは面白くない．使っ

でナノを見るのに金属を使うことになった．金属の周りてもらおうと，ベンチャ企業を興し，TERS sense というに光が出るのを使うのがプラズモニクスである．

装置を作った．プラズモニクスはナノイメージングやナ

今年は国際光年（International Year of Light and Light-

ノスペクトロスコピーだけでなく，ナノエレクトロニク

based Technologies） で あ る． 国 際 連 合 は 2013 年 に，スデバイス，センサ，フォトグラフィなど様々な分野に2015 年を光と光技術の国際光年（ILY2015）とすること

使われている．プラズモニクスは新しい光の可能性を拓を宣言した．1815 年のフレネルの光波動説から 200 年，

く技術である．

1865 年のマクスウェルによる光伝搬の電磁理論から 150年といった節目の年に当る．この国際光年の起点となっ【質疑】た光波動説は，光による観察の分解能が光波長程度に止Q：DNA など，光による動態観察がバイオの分野でまることを導いた．光の波長  は光速 c に比例し，周波重要と思う．ミトコンドリアを見ることもできるか．

数  に逆比例する．光速を小さくできれば波長が短くなって分解能が上がる．屈折率 1.5 の水の中では光速が 1/1.5

A：DNA などは見られる．ミトコンドリアのようなになるから，1.5 倍の分解能になる．さらに，金属表面にけて見る方法は直ぐには使えない．もう一工夫必要

光を当てると，光と金属の中の自由電子とが相互作用しになる．

てプラズモン共鳴を起こし，光速が小さくなる．電波受

Q：河田先生は 2000 年頃に，3 次元造形をやられた

信のダイポールアンテナは波長を 1/2 にする．光の場合

のに，ナノテク展で花盛りの 3D 造形においてわがは金属の先端でプラズモン共鳴を起こして波長を短くし，

国は周回遅れといわれているのはどうしてだろうか．

この光を利用するアンテナを作る．波長は入射光の 1/10

A：そうならないようにプラズモニクスは論文だけにできるので可視光源を用いてナノの観察が出来ること

でなく製品にしようとしている．しかし，以前は大になる．具体的には，原子間力顕微鏡の探針を用い，例

学でやることに規制があり，2002 年から規制がな

えば SiO2 で作ったカンチレバーの直径 20nm の先端に銀くなった．3 次元造形の頃は時期尚早だった．

細胞は動くので，プラズモニクスのような時間を掛を被覆する．この金属先端（tip）に光を当てると，プラズモン共鳴によって光子が局在化し，探針先端近傍の電磁界が強められ，波長の短い散乱光が放出される．試料に対して針を走査して得られた散乱光を CCD カメラなど

Session 1：コンピュータ主導材料設計／
Computer-driven Materials Design

で検出・画像化する．解像度は探針先端の大きさで決まる．Raman 効果を観察できるから，TERS（Tip-Enhanced

司会：小寺 秀敏

京都大学教授Raman Scattering）イメージにより 20nm の解像度で物質分析が可能になる．CNT（カーボンナノチューブ）を光顕微鏡で観察するとぼやけているが，TERS では明瞭な像が得られる．力を加えて押すと局所歪みが生じ，Raman
シフトで光のスペクトルが変るのを計測すれば 10nm の

1-1 マテリアルゲノムによる材料イノベーションの加速／ "Materials Genome Approach to Accelerating
Materials Innovation" Gerbrand Ceder（Massachusetts Institute of Technology, U.S.A）

分解能でナノ材料の歪み分布が求められる．歪みシリコン（Strained Si），CNT，DNA，グラフェンなどの観察例がある．

講演の最初のスライドは，"Engineered Materials Enable
Society" であった．そこには適用対象として，可視化，輸

この金属探針を用いた近接場走査光顕微鏡でナノ領域

送，クリーンエネルギー，健康，消費，通信，建設などがの観察ができたが，この方法には限界がある．先ず金属並び，人間が作り出した材料が社会を支えているとする．

では分解能が 10 〜 20nm に止まり，0.1 〜 1nm にはな

新しい材料が発見されてから実用化されるまでには，平均らない．針を細くし過ぎると原子数が少なく，自由電子

で 18 年かかる．テフロンは 1940 年に見つかったが実用が少ないので共鳴しない．そこで 10 〜 20nm の針をサ

化は 1965 年だし，リチウムイオン電池は 1975 年に発明

ンプルに押し込むと，原子が一つひとつ変形して行くのされたが，ソニーが実用化したのは 1990 年代半ばだった．

で，その変形による Raman シフトのピーク位置を見る．

エジソンが白熱電球を発明した時，3000 の材料を試して，このピーク一シフトを CNT に沿って測ると，半値幅 4nm

フィラメントの材料を選んだ．その後 20 年間に亘る研究のプロファイルがとれるので分解能 1 〜 2nm の観察が可でタングステンを用いることになった．

NanotechJapan Bulletin Vol. 8, No. 2, 2015

第 13 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2015）開催報告 -4

入 り（UC Berkley，Duke University な ど ），計算結果は自動入力され，データはオープンにして相互に利用する．
数値情報に止まらず，2 元，3 元の状態図のようなグラフ
情報も含まれる．精度，確度の確保に留意し，特性を精査している．
既に 49,000 以上の化合物を調べ，1,000,000 を超える特性値を計算している．その数は毎月増加し，数万の相図，
反応エネルギー，数万の結晶構造を保有し，ナノポーラス
材料の探索も行っている．この結果，Li9Fe3(P2O7)3(PO4)2から出発して充放電特性の優れた Li イオン電池電極材
料 Li9V3(P2O7)3(PO4)2 がコンピュータ利用で発明された．
水素発生に適したバンドギャップ 1.8eV の酸化物吸光体

Mn2V2O7 も作り出された．
将来の材料開発の姿は次のように描く．
（1）10 年以内に多くの基本的な無機化合物の特性が計算され，材料ゲ
ノムチャートが用意される．
（2）実験と計算のシナジー効果により新たな材料予測手法が生まれる．
（3）デマンドに応じた材料設計がなされ，合成・製造が加速される．
材料の選択，設計を行う場合，材料の特性が必要になる．

【質疑】しかし，50 万から 200 万の無機化合物がある中で，弾Q：多くの研究者の計算結果をデータベースに入れ性率が分っているのは 200 しかない．超伝導体は 1000，

るのか．

誘電率は 300 〜 400 しか分っていない．すべての特性で

A：外部と協力してデータをインポートし，ユーザー分っているのは 1% 以下である．

のコメントをもとに有効なデータを選んでいる．

材料探索は海図のない航海のようなものである．そこ
で，様々の素材を検討する前にコンピュータで特性を調べておこうと，この材料プロジェクトが始まった．材料の遺伝子 "gene" の性質を世界中の化合物について計算し，

ここで午前の講演が終了し，昼食休憩に入る．昼食後は，セッション 2 よりシンポジウム再開．

その情報を材料研究者達に提供して，材料探索や設計の迅速化を図るものである．計算は複数のモデルを組合せ，多数の計算機を繋ぐことによって詳細に多くの計算を行い，材料のデータを積み上げることができる．2004 年から，アルカリ電池用のアルカリに強いカソードの探索を

Session 2: ナ ノ テ ク ノ ロ ジ ー プ
ラ ッ ト フ ォ ー ム 活 動 ／ Activities ofNanotechnology Platform行った．既知化合物 30,000 のデータベースをもとに，約100,000 の新化合物を考え，既知の化合物を合わせると

司 会： 古 屋 一 夫

100,000 〜 200,000 になる候補についてイニシャルスク

フォームセンター副センター長

NIMS

ナノテクノロジープラット

リーニングを行って 10,000 〜 20,000 の化合物を選び，データマイニング，計算機スクリーニングで候補材料を選んだ．この結果，1500 の化合物で 1Ah/cc の容量，1.1V

2-1 H25 年 度 の 秀 で た 利 用 6 大 成 果 ／ Research
Topics of Nanotechnology Platformから 2.2V の平均電圧，1.7Wh/cc 以上のエネルギー密度の得られることが分り，その中から KOH 中で安定な 200

ナノテクノロジープラットフォーム（NPF）は最先端装の化合物が選ばれ，テストして，数件の特許を取得できた．

置の共用によりイノベーションの創出を支援する．これ

この成果をもとに，大統領科学顧問が第一原理計算をまでに，微細構造解析，微細加工，分子・物質合成の 3

通じて基本特性を確認するプロジェクトをオバマ大統領

つのプラットフォーム（PF）の利用件数は 2,500 課題をに提案した．2011 年 6 月には，マテリアルゲノムイニシャ

超えた．その中から，平成 25 年度「秀でた利用 6 大成果」

ティブが始まった．計算機ツール，新しい材料評価手段，が選ばれ，このセッションで，ユーザーまたは実施機関

データベースの構築資金を支援し，迅速により少ない費

担当者から成果の概要が紹介された．

用で，予測精度高く，材料を発見することを目指すものである．MIT と Lawrence Berkley National Laboratory が（1）微細加工 PF：北海道大学中心になり，東海岸，西海岸の 10 以上の大学の研究者が「パルス状コヒーレント X 線溶液散乱法のための溶液試

NanotechJapan Bulletin Vol. 8, No. 2, 2015

第 13 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2015）開催報告 -5

料 ホ ル ダ の 開 発 」 ／ Development of solution sample
holder for pulsed coherent X-ray solution scattering
ユーザー：木村 隆志，西野 吉則（北海道大学），城地
保昌（高揮度光科学研究センター），別所 義隆（台湾
中央研究院）
実施機関担当者：松尾 保孝，大西 広（北海道大学）
発表者：木村 隆志（北海道大学）

微細坩堝法により Y2BaCuO5（Y111）ナノワイヤの結晶を成長させ，結晶成長の様子をその場で，TEM（透過電子顕微鏡）により観察した．微細坩堝法とは原料の塊を加熱することで Y2BaCuO5 などの酸化物ナノワイヤを原料表面に成長させる結晶育成法で，ポーラスな原料の表面の凹凸が坩堝の役をする．Y，Ba，Cu を混合した硝酸水溶液アルギン酸ナトリウムを加熱して Y2O3，BaCO3，
CuO のナノ粒子中間体を得る．これを再び加熱すると，BaCO3 が溶けて液相となり，液相のできたところに周り生体試料などには溶液中で安定なものが多く，細胞もから原料が供給され，過飽和になってその表面にナノワ

水中にある．細胞を可視の光学顕微鏡で観察しようとす

イヤが成長する．TEM 動画モードで観察すると，ナノると分解能が足りない．電子顕微鏡だとステージに固定

ワイヤは先ず長手方向に，次に横方向に成長する．このされる上，細胞が破壊される．そこで X 線溶液散乱法を現象は，ナノワイヤと原料の界面構造を EDX（Energy

用いることになるが，強い X 線を照射すると細胞が破壊

Dispersive X-ray Spectroscopy）によって調べることによされてしまう．しかし自由電子レーザー施設 SACLA の自り，原料表面に先ずアモルファス領域ができ，その太さ

由電子レーザー（XFEL）を使うとパルス幅が 10fs と短く，のままナノワイヤが成長し，その後，アモルファス領域

高輝度で空間完全コヒーレンスを有するため，細胞破壊が拡大してナノワイヤが太くなることが分った．

前の生きた状態の回折データを取得できる．この測定に（詳細は▶ http://nanonet.mext.go.jp/seika̲selection/2015̲

必要な，真空中でも溶液試料を保持できる環境セルを北SeikaSelection̲2.pdf）

海道大学の微細加工 PF の半導体プロセス装置を利用して作った．二枚の窒化ケイ素薄膜の間に数 m の溶液試料をパッキングする構造になっている．封入セル内の細菌（3）微細構造解析 PF：産業技術総合研究所

は 1 時間以上生存できることを確かめた上，XFEL による

格 子 欠 陥 の 形 成 促 進 と 水 素 脆 化 」 ／ Enhanced lattice

X 線回折パターンを位相回復計算によって解析して試料

defect formation associated hydrogen and hydrogen

像を再構成した．この結果，570nm サイズの生細菌の内embrittlement under elastic stress of tempered

部構造を数十 nm 以下の分解能でイメージングすること

martensitic steel「弾性応力下におけるマルテンサイト鋼中の水素起因に成功した．

ユーザー：土信田 知樹，鈴木 啓史，高井 健一（上智（詳細は▶ http://nanonet.mext.go.jp/seika̲selection/2015̲

大学），平出 哲也（原子力研究開発機構）

SeikaSelection̲3.pdf）

実施機関担当者：大島 永康（産業技術総合研究所）
発表者：大島 永康（産業技術総合研究所）（2）微細構造解析 PF：物質・材料研究機構「ナノワイヤ結晶成長のその場 TEM 観察」／ In-situ TEM

水素エネルギーの利用には，水素容器の低価格化，小型化のため鉄鋼材料の高強度化が求められるが，鉄に水

observation of nanowire crystal growth
ユーザー：Rebecca Boston（University of Bristol）

素が入り込んで破断し易くなる水素脆性の問題がある．

実施機関担当者：根本 善弘（物質・材料研究機構）

そこで，産業技術総合研究所 微細構造解析 PF で開発，公

発表者：Rebecca Boston（University of Bristol），根本

開している陽電子プローブマイクロアナライザ（Positron

善弘（物質・材料研究機構）

Probe Micro Analyzer, PPMA） と TDA（ 昇 温 脱 離 分 析，Thermal Desorption Analysis）を組み合せて，水素チャー

NanotechJapan Bulletin Vol. 8, No. 2, 2015

第 13 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2015）開催報告 -6有用たんぱく質は大腸菌や酵母などで作られるが，SS（ジスルフィド）結合のような強固な結合を持ったものは作れない．動物培養ではコストがかかり，少ししかできない．植物による培養では SS 結合を持つたんぱく質も作ることができコストも安いが，発現量が少ない．そこで，
北陸先端科学技術大学院大学の分子・物質合成 PF を利用し，複雑なたんぱく質の合成を可能にする，植物培養細胞（BY-2）を利用したたんぱく質合成技術を開発した．
BY-2 は簡単な液体培地で増殖できるが，葉緑体を持たないので炭素，窒素の供給が必要になる．このため，目的のたんぱく質遺伝子を持つウィルスベクター遺伝子を，植物培養細胞の染色体に導入した．この結果，目的たんぱく質が従来の 10 倍の発現率で合成できた．また，液ジ に よ っ て 形 成 す る 格 子 欠 陥 の 実 験 的 評 価 を 試 み た．

体培地に 13C，15N のラベルを着けた試薬を加えることに

PPMA は．パルス化して試料に打込んだ陽電子と電子がより，安定同位体で標識された，NMR（核磁気共鳴）解結合して発する光強度の時間変化を計測する．欠陥があ析可能なたんぱく質を合成する技術を開発した．さらに，

ると，欠陥には結合する電子がないので，陽電子の消滅

種子の大きさを揃える ESF（Embryo Surrounding Factor）

が遅くなる．陽電子の寿命分布から欠陥の分布が求めらを大量に合成することに成功し，その立体構造を NMR でれる．高強度鋼，焼き入れ焼き戻しマルテンサイト鋼を解明して，機能を担うアミノ酸残基を特定した．この植用い，TDA による水素吸蔵量分析から格子欠陥を見積る．

物培養による有用たんぱく質合成は，医薬品開発などに一方，PPMA により，欠陥の形成，分布を調べた．この結果，

役立つことが期待される．

弾性応力下で水素をチャージすることによって欠陥が形（詳細は▶ http://nanonet.mext.go.jp/seika̲selection/2015̲

成され，破断面近傍部に局所的に欠陥が形成されている

SeikaSelection̲4.pdf）

こと，格子欠陥は原子空孔，マイクロボイドなどの空孔型欠陥であることが分った．

（5）分子・物質合成 PF（詳細は▶ http://nanonet.mext.go.jp/seika̲selection/2015̲

「 内 包 フ ラ ー レ ン 分 子 錯 体 の 特 徴 的 分 子 磁 性 の ESR 測

SeikaSelection̲1.pdf）

定 」 ／ ESR and X-ray observation of a helium atom and分子科学研究所

placing a nitrogen atom inside He@C60 and He@C70（4）分子・物質合成 PF：北陸先端科学技術大学院大学

ユーザー：森中 裕太，田邊 史行，若宮 淳志，村田 理尚，「植物培養細胞を利用した有用たんぱく質合成技術の開小松 紘一，加藤 立久，永瀬 茂，村田 靖次郎（京都大学），発」／ Development of a method for synthesizing useful

佐藤 悟，二川 秀史，溝呂木 直美，赤阪 健（筑波大学），

proteins by using suspension-cultured plant cells

古川 貢（分子科学研究所）

ユーザー：森 正之（石川県立大学）

実施機関担当者：横山 利彦（分子科学研究所）

実施機関担当者：梅津 喜崇，大木 進野（北陸先端科学

発表者：加藤 立久（京都大学）

技術大学院大学）
発表者：森 正之（石川県立大学）

フラーレン C60 はサッカーボールの形状を持った分子である．電子雲を含めたファンデルワールス直径は 10

NanotechJapan Bulletin Vol. 8, No. 2, 2015

第 13 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2015）開催報告 -7Å（1.0nm）で，ファンデルワールス半径 3.7Åの中空が子エネルギーが大きいため，殺菌，洗浄，表面改質，薬ある．この中空に他の原子を入れる．He を入れたものを品合成などに使える．従来の真空紫外光源はガスランプHe@C60 と表示し，He 原子をナノスケールのフラスコにのため安定性を欠いていた．そこでフィールドエミッショ

入れたことになる．He 原子のファンデルワールス半径はンを用いることにした．カーボンナノファイバを使って

2.8Å，N 原子は 3.1Åだから，He か，N の原子 1 個を入室温で放出させた大量の電子を蛍光体に照射して真空紫れることができる．He を収めるには，有機合成分子技術

外光に変換する．カーボンナノファイバは，室温でグラッを用いる．フラーレンのカゴに有機化学メスで孔を開け，シーカーボンに Ar ビームを照射して作ったカーボンの突

He 原子を押し込んだら，有機化学縫合を行う．He 原子起の上に成長させる．ランプ光源だと加熱フィラメント

の入っていることは X 線回折で確かめられ，C60 のナノフがあり，紫外線とともに熱線が試料に当たるので熱によ

ラスコに閉じ込めることにより He 原子像の直接撮影に成るダメージがあるが，電界放射では熱の影響を受けない．

功した．N の場合は原子イオン衝撃を用いて閉じ込める．

蛍光体には KMgF3（KMF）を用い，パルスレーザ堆積法

フラーレン粉末を数百℃で昇華させたところに窒素ガス

により真空中で製膜する方法を開発した．これにより，F2を流し，電磁放電を起こさせる．このグロー放電合成法のような有害なアシストガスを用いることなく，フッ素

により N@C60 のできている証拠写真を撮ったが，解析に欠陥の少ない高品質 KMgF3 ナノ単結晶薄膜作製に成功し，は X 線が使えない．そこで，N が小磁石になるのを利用

電界放射ランプ（FEL）として波長 150 〜 200nm，出力

して ESR 測定を行い，N の特徴を表わす 3 本のスペクトル線が観測された．次に，He を入れた上にさらに N を入

2W の発光が得られた．KMgF3 のほか，Nd ドープ LuF（Nd+:LuF3）薄膜も作り，波長 180nm 付近に比較的波長れられるか試みた．He@C60 と He@C70 に窒素プラズマ放幅の狭い発光スペクトルが得られた．真空紫外光源を用電することにより，C60，C70 ナノケージに He と N を共存いたセンサを 2 年後に完成させようと共同開発を進めてさせた．ESR スペクトルには N の 3 本の線の脇に He のいる．

影響によって分裂した線が見られ，He の共存が確認でき（詳細は▶ http://nanonet.mext.go.jp/seika̲selection/2015̲

た．異種原子の共存は，ナノサイズフラスコの中の化学

SeikaSelection̲6.pdf）

反応の基礎となるものである．
（詳細は▶ http://nanonet.mext.go.jp/seika̲selection/2015̲

2-2

表彰式／ Award Ceremony

SeikaSelection̲5.pdf）

各成果の内容紹介に続き表彰式が行われた．授賞対象（6）分子・物質合成 PF

を選ぶに当り，次の 3 点を重視したという．
（1）イノベー名古屋工業大学「 フ ッ 化 物 薄 膜 を 用 い た 真 空 紫 外 光 源 」 ／ Vacuum

ション創出に大きな影響が期待できる．
（2）産業界と公

ultraviolet ﬁeld emission lamp using ﬂuoride thin ﬁlm的機関との連携によって大きな成果が期待できる．
（3）

ユーザー：小野 晋吾（名古屋工業大学），福田 健太郎，
須山 敏尚（（株）トクヤマ），
柳田 健之（九州工業大学），

ナノテクノロジーの適用が大きな効果をもたらす．
選ばれた成果の中から，最優秀賞が選ばれ，最後に発吉川 彰（東北大学）

表した名古屋工業大学の「フッ化物薄膜を用いた真空紫実施機関担当者：種村 眞幸（名古屋工業大学）

外光源」が最優秀賞に選ばれたことが紹介された．
表彰は，最優秀賞から順に行なわれ，審査委員会を代

発表者：小野 晋吾（名古屋工業大学）

表して文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム運営統括会議主査の大泊 巌 早稲田大学名誉教授より，受賞者に表彰状が贈られた．
また，ナノテクノロジープラットフォーム事業における設備・装置の有効活用には，設備の整備から装置使用
上のノウハウ提供などの技術支援が不可欠である．このため，ナノテクノロジープラットフォームセンターでは，
平成 26 年度より秀でた技術を有し，ナノテクノロジーに多大な貢献の認められる技術支援者に技術支援者賞を贈ることとした．ナノテクノロジープラットフォーム事業実施機関に推薦を求め，その中から，東北大学マイクロシステム融合研究開発センター 森山 雅昭氏が選ばれ，技術支援者賞が授与された．授賞テーマは，「シリコン深掘
りエッチング（Deep RIE）における超精密形状制御」で
波 長 400nm 以 下 の 紫 外 線 の 中 で， 特 に 波 長 の 短 い
200nm 以下の真空紫外光源を開発する．真空紫外光は光

NanotechJapan Bulletin Vol. 8, No. 2, 2015

ある．森山氏に，大泊 教授より，賞状と副賞の「ナノテクの匠」バッジが贈られた．

第 13 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2015）開催報告 -8

2-3 ポスター発表：ナノテクノロジープラットフォー
ムの実施概要及び利用成果／ Poster Presentation /Activities of Nanotechnology Platform（1）文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム 平成
25 年度 秀でた利用 6 大成果（2）ナノテクノロジープラットフォーム事業概要

引き続き，会場入口ロビーで，下記のポスター発表が（3）ナノテクノロジープラトフォームセンター

行われ，ナノテクノロジープラットフォームの実施概要（4）微細構造解析プラットフォームとその参画 10 機関及び利用成果の展示，展示発表者と参会者との討論，交（5）微細加工プラットフォームとその参画 16 機関流が行われた．

（6）分子・物質合成プラットフォームとその参画 11 機関

表彰式

技術支援者賞（詳細は▶ http://nanonet.mext.go.jp/ntjb̲pdf/v8n1̲BestResearchSupportAward2015.pdf）

ポスター発表NanotechJapan Bulletin Vol. 8, No. 2, 2015

第 13 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2015）開催報告 -9

でき，界面歪みによる転位網が見えた．パワーデバイス

Session 3： 先 端 計 測・ 解 析 技 術 の 進 展／ Progress of Advanced Measurement
and Analysis

材料の SiC では c-SiC において積層欠陥を観察した．化学反応の例としては，Sn の球状粒子を 250℃，ガス圧 5 ×
10-4Pa で酸化させると，液状の SnO2 ができ，あるところから急に結晶化するという過程が捉えられた．SiC 基板上

司会：藤田 大介

NIMS 先端的共通技術部門

部門長に成長させた CNT 群の上に Pt を載せた Pt/MWCNT（多層 CNT）を酸素中，1273K で加熱すると Pt が CNT の表

3-1 反応科学超高圧電子顕微鏡の開発とナノ，バ
イ オ 材 料 へ の 応 用 ／ Development of a Reaction
Science High-Voltage Electron Microscope and its
Application to Nano and Bio-Materials 田 中 信 夫（名古屋大学）／ Nobuo Tanaka（Nagoya University,
Japan）

面を拡散し，Pt に触れている CNT の酸化が加速され，Ptが基板に向かって沈んで行く．静的観察では Pt が裏に回るといわれていたが動的観察で徐々に進行することが分った．ナノポーラス金属の触媒作用も 3DTEM イメージで調べた．CO のみの雰囲気では CO が炭素に分解される．
CO1%，N279%，O220%，30Pa，室温の条件ではファセットができるが，CO の分解は起らない．酸素または窒素だ
けの雰囲気では変化が起らないから，ファセット形成は
混合ガス独特の結果であることが分った．
構造材では，原子レベルでの研究がまだ行なわれていない水素脆性の研究のため，ガス中で歪みを与えられる
よう，ピエゾ素子を搭載したステージを作った．精度は0.1N で最大 1,000N の荷重が掛けられる．Si/Cu 片の破断を調べているが，将来は Fe を調べる予定である．バ
イオ応用では，ネズミの染色体の運動や．イースト菌にある孔に栄養素が入って行くのが 3D 観察できた．半導体デバイスの歪み解析も行なった．
名古屋地区では，ファインセラミックスセンターにも電子顕微鏡設備がある．通常の 2-300kV 装置と収差補正
HR-TEM/STEM，原子の振舞いを見る HR-ETEM，3D 解析
用 HV-ETEM のトライアングルでナノ材料や生物科学に貢献して行きたい（HR：高分解能，HV：高電圧，ETEM：
環境 TEM，STEM：走査 TEM）．

日本の科学技術は，グリーンテクノロジー．ライフテク
ノロジーを目指している．グリーンテクノロジーには，実【質疑】

環境での触媒作用などを観察する環境（Environmental）

Q：HR-ETEM は PF で公開しているか，光照射は可TEM，厚みのある実デバイス 3D マッピングのためのトモ

能か．

グラフィ（断層観察），化学分析のための STEM-EELS（走A：HR-ETEM は微細構造解析 PF「反応科学・ナノ

査型透過電子顕微鏡 - 電子エネルギー損失分光）が必要に

材料科学研究支援拠点」の主要設備である．光照射なる．このため，反応科学高圧電子顕微鏡を 2006-2010には鏡とファイバの 2 つの方法があるが，ファイバに名古屋大学で開発した．加速電圧は 400kV-1MV で，分で光照射可能にしたい．

解能は 0.11nm である．電子線エネルギー 1MeV におい

Q：200kV でもダメージがあるが超高圧ではどうか．

て 0.8eV のエネルギー分解能がある．高電圧になると，

A：ダメージを避けるにはブランキングと，エネル

1-3m の厚い試料の観察，3D 断層観察ができる．対物レ
ンズとの距離が長くなるから試料操作が容易になる．色収

ギースペクトロメータに高感度テレビを用いるとい差が減り，シャープなイメージが得られる．高電圧に加いる．低速でもダメージが起る液体の観察では，電え，反応科学のために，最大 100Torr までのガスを導入

子線量を減らす必要がある．

できるようにした．磁気レンズ部全体を排気する従来方式

Q：高圧電顕で磁気特性は調べられるか．

に代って，ギャップ内差動排気型とし，ガス分子のいる領

A：ローレンツ顕微鏡で調べられる．これに必要な域を狭めている．電子ビームを間欠的に止めるブランキン

スピン電子銃の研究は研究室で取り上げている．

う 2 つの方法があり，ブランキングが重要と考えてグを行い，電子線のない状態で反応を行わせられる．
一つの観察例はノーベル賞をもらった青色 LED で，超高圧のお蔭で厚さ 10m の観察部もそのまま見ることがNanotechJapan Bulletin Vol. 8, No. 2, 2015

3-2 X 線自由電子レーザーによる放射線損傷のない
生細胞ナノイメージング／ Live Cell Nano-Imaging

第 13 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2015）開催報告 -10

Free from Radiation Damage byUsing X-Ray
Free-Electron Laser 西 野 吉 則（ 北 海 道 大 学 ） ／Yoshinori Nishino（Hokkaido University, Japan）

なる蛍光体を MLEA に入れて，約 1 時間，真空中においたが，青に変ることはなく，生きた状態で閉じ込める能力のあることが確認できた．そこで，SACLA に持ち込
んで 1m に絞ったコヒーレント X 線を照射すると，シングルショットの XFEL 回折パターンがとれる．短時間の照射でとられた，細胞が生きた状態での X 線干渉縞である．これをコンピュータ解析して細胞の構造を再現した． 幅 は 194nm， 長 さ は 582nm の カ プ セ ル 状 で， 内部の密度は不均一に細胞内に分布していた．TEM 観察
では樹脂で固め薄くし染色しているため細胞は死んでいる．今回の観察結果は TEM 観察とは異なっていた．今回見つかった密度の分布は DNA の詰まった核様体が見えているのではないかと解釈している．この結果は JST
サイエンスニュース（2014.7.17，動画）にも紹介された．（http://sciencechannel.jst.go.jp/M140001/detail/
M1400001005.htm)
これまでは生物試料の観察を行って来たが，この技術の産業応用に向け，SACLA 産学連携プロジェクトが始まった．製薬会社との共同研究（微生物等が対象），トヨタとの自動車用ナノマテリアルの形態把握などの課題を取り

X 線 自 由 電 子 レ ー ザ ー（XFEL，X-ray Free Electron
Laser） 施 設 SACLA（SPring-8 Angstrom Compact Free上げている．また，Li イオン電池や触媒材料などの insitu 観察などを行っている．

Electron Laser）は 2012 年 3 月に供用を始めた．現在，
日本とアメリカの 2 つの施設でのみ XFEL を利用できる．

【質疑】

XFEL の X 線は位相の揃ったコヒーレント X 線である．

Q：細胞の周りの水からの反射の影響はないか．

これまでの X 線による結晶の原子レベル解析は結晶の周

A：光は垂直入射なら直進する．凹凸があると散乱期性を必要としていた．コヒーレント X 線解析では，イするので，平坦にして散乱を抑えている．

メージングにレンズを用いず，結晶のような周期性を必

Q：SACLA は基礎科学にも有効か．

要としない．回折データをもとにコンピュータで試料のA：放射線損傷を受けるような材料，溶液中の試料構造情報をイメージ化する．この手法は既に SPring-8 でなど様々なものを見ることができる．

用いられていた．2003 年に大腸菌の回折パターンを，コQ：ダメージフリーで広く使えるということか．

ンピュータでイメージ化し，2009 年には人の染色体を 3

A：ダメージフリーの状態，壊れる前の状態を観察

次元で観察している．

できることが特徴である．

従 来 の シ ン ク ロ ト ロ ン 放 射 光（SOR，Synchrotron
Orbital Radiation）に比べ，XFEL の X 線は輝度が高く，パルス幅がフェムト秒（fs）になる．このため，短時間

基調講演 II ／ Plenary Lecture IIに，試料が壊れる前の観察ができる．生物学的応用が可能になり，周期性を要しないから，結晶化の難しいたん

司会：横山 利彦

分子科学研究所教授

ぱく質の解析も可能になる．生細胞などは溶液中に存在するから，溶液試料を保持するマイクロリキッドアレイ（MLEA，Micro Liquid Array）が必要になる．窒化シリコ
ンの薄膜で溶液試料を挟んで保持するホルダ製作にはク
リーンな環境での微細加工を必要とし，北大の微細加工
PF を利用し，平成 25 年度秀でた 6 大利用成果の一つに「材料技術が切り拓く革新的クルマ社会」／"Materials Breakthrough for Innovative Mobility
Society" 梅 村 晋（ ト ヨ タ 自 動 車 株 式 会 社 ） ／Susumu Umemura（Toyota Motor Corporation,
Japan）

選ばれた．
SACLA の XFEL で 生 き た 細 胞 を 観 察 す る 前 に， 先 ず

人の移動距離は GDP（国内総生産）とともに増加する．

Au ナノ粒子が自己集合で形成したボールの観察を行い，移動には車が多く使われ，車が経済発展に寄与している．

10nm の分解能を確認した．次に，サブミクロンの微生

新興国の移動距離はまだ短く，今後は新興国が主要市場

物が生きた状態で MLEA に閉じ込められるかを確かめになる．一方，新興国は交通事故が多いので，一層，安た．細胞と共に，細胞が生きていると赤く，死ぬと青く全への取組みが重要になる．自動車の安全への取組みはNanotechJapan Bulletin Vol. 8, No. 2, 2015

第 13 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2015）開催報告 -11

ンの改良で燃費を向上させる．材料側からの燃費向上の例として，潤滑油の改良でエンジンの設計が変わり，摩擦が減って燃費が良くなったことが挙げられる．潤滑油だけでなくセットで考えることが重要になる．走行抵抗には，空気，転がり，加速，勾配の 4 要素がある．これには軽量化が重要だが，燃費だけでなく，安全，運動性能にも注意を払う．安全規制が進むと衝撃に対して強くなるようにするため車は重くなる．炭酸ガスの削減には軽くする必要があるから，安全と軽量を両立させねばな
らない．単に軽くするだけでなく，重心を下げることで重量と運動性能のバランスをとる．100kg の軽量化で燃費は 1km/L の改善効果がある．軽量化の取組みでは Al，Mg の使用は単発的だった．ただの部品置換でなく，全体最適で材料を選ぶ．運動性能とともに，世界各地で生産可能なことも考えねばならない．材料を適材適所で使うので，車はマルチマテリアルになる．マルチの材料になると異種材料の接着・接合技術が重要になる．
これからの材料技術を考えると，一つはバッテリーであ
衝突防止から，予防安全に移行しつつある．これには IT

る．燃料電池車「MIRAI」
は 2014 年 12 月に発売した．スタッ技術との連携が不可欠になるので自動車産業と IT 産業

ク，セル，触媒，電解質など電池の材料要素技術は多岐にとで Open Automotive Alliance を組織した．CO2 の放出

わたる．また，HV や EV，
FC 車にはモーターが要る．さらに，について，日本は走行距離当たり排出量を現在の 130g/

Heat Management も重要だ．ガソリン車で発生する熱のkm から 2020 年には 95g/km にすることが求められてい70% は現在捨てているから，排熱の有効利用が求められる．

る．米国はゼロエミッション車の割合を現在の 12% から

一方，HV，EV になると熱源が少なくなるので熱が不足す2018 年には 16% にしようとしている．このような動き

る．熱の有効利用は益々重要になる．排熱を集めて，貯めは各国に広がり，次世代の車に対するインセンティブをて，如何に利用するかが大切になり，そのための材料開発

与える様々な政策が実施されている．

が求められる．この開発に当っては，材料の要素技術開発

自動車産業の大きな方向は，電動，軽量，知能化である．
電動化ではエネルギー産業，家電業界とのコラボが必要とともに評価が必要になるが，車を作っての検証は難しい
のでシミュレーション技術も必要になる．

になる．電動化に必要な電池では，エネルギー密度を高車は社会システムの一つである．社会のエネルギー管める必要があり，現在の Li イオン電池における 300Wh/

理システム（EMS）の中の一つになって，社会貢献が求

L に対し，1,000Wh/L が最終目標だが，700Wh/L 付近

められる．CO2 削減においては，車を作ってから乗って，の中間目標には固体 Li 電池などが候補になる．知能化で捨てるまでの LCA（Life Cycle Assessment）を考えねばは交通環境から情報を取得し，ビッグデータを活用してならない．ハイブリッド車の炭酸ガス排出量はガソリン車に新しい価値を加えるので新しいビジネスが生まれる．

車の 0.6 になる．しかし，ハイブリッド車では運転中の軽量化は材料，部品，車が絡み合う．総力を挙げて取り

排出量は少ないが，使用する材料の LCA における CO2 排

組むべき課題である．材料は鉄をアルミや樹脂に置換え

出量は大きい．材料を作るときの炭酸ガス排出を抑えるることも進むが，車の構造や製造技術の革新が必要となことが必要になる．

る．電動，軽量，知能化の 3 つは互いに連関するのでバランスをとって進める必要がある．

Innovative Automotive Society では，エコは当たり前になり，小さく，軽く，リスクマネジメントされ，低抵抗

CO2 削減には材料開発が不可欠である．エネルギー消

タイヤで走る．その一方，軽い材料で乗り心地をよくす

費はガソリン車から，ハイブリッド（HV），プラグインる（快適空間）ことができるかが問われる．エコとともハイブリッド（PHV），電気自動車（EV）と減って行く．

に新しい車が要ることになる．車は社会の中で共存共栄

エネルギー消費は，パワートレイン（動力源から，末端できるようトータル EMS が求められる．CO2 削減ととも部分までの駆動系）と走行抵抗に分れる．電動化に伴い，に新しい車の価値を提供し，QOL を高めることに貢献しパワートレインが減少し，走行抵抗の割合はガソリン車

たい．

の 25% から，電気自動車では 56% になるからその削減が重要になる．今後どのタイプの車が使われるか予測する【質疑】と，2020 年以降，FC（燃料電池）車，EV，PHV などの

Q：マルチマテリアルや，電気を使うことで車は複次世代車が普及する．ガソリン車は材料とパワートレイ

雑になる．資源のリサイクルはどうするか．

NanotechJapan Bulletin Vol. 8, No. 2, 2015

第 13 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2015）開催報告 -12

A：今日は話す時間がなかったが，リサイクルは重と，モーターに与える磁気エネルギーの BHmax である．

要と認識している．炭素繊維（CFRP）利用では如何

保磁力が大きいと外部条件が変っても永久磁石の状態がにカーボンを分離して使うかが問題になる．自動車

良く保たれ，BHmax が大きいと磁石を小型にできるので省メーカーだけでは解決できない問題もあるので関係

エネルギーになる．BHmax は，1920 年代の本多博士によ者と協力して行く．希少資源の Nd，Dy など使わずる KS 鋼から材料開発によって向上し，1970 年に希土類に済むよう，NIMS とも協調して研究している．

を用いた Sm-Co 磁石が生まれて KS 鋼の 100 倍の 280kJ/

Q：熱マネジメントはどのような段階にあるか．

m3 程度になった．高価な Co を安価な Fe に替えられない

A：発生する熱の 30% は暖房などに使っている．後かと日本でフェライト磁石が生まれたが，BHmax は Sm-Coの 70% の使い方を考えることになる．熱エネルギー

磁石の 1/2 以下である．さらに 1980 年代に，これよりのストレージは研究段階である．

BHmax の大きいネオジム磁石が発明された．

Q：少子高齢化が進むと，軽量で近距離の移動は多ネオジム磁石の組成は，Nd2Fe14B で，Co を Fe に変え，くなるだろう．社会構造の変化の中で将来のモビリ

Nd を加えたことに当る．ネオジム磁石の BHmax は大きく，

ティ社会をどう見ているか．

最大 500kJ/m3 に達する．フェライト磁石は，Fe の酸化

A：近距離移動には電気自動車が有用だろう．高齢物を主体とし，安いため最も広く使われているが，BHmax

者の安全にはインテリジェンス（知能化技術）が必が小さい．このため，高性能の要求されるハイブリッド

要で，そのサポートをする．長距離移動は車の魅力

自動車のモーターにはネオジム磁石を使わざるを得ない．

でもある．長距離は燃料電池，中距離はハイブリッ

Nd2Fe14B の Hc は 1.61T（Fe は 2.2T，T：テスラ），Hc のドと場面ごとに変えることになるとみている．

元になる異方性磁界は HA=7.7T だが，強磁性の保たれる温度であるキューリー温度 Tc は 312℃に過ぎない．Hc もBHmax も温度が上がると急速に低下して強磁性が失われSession 4：自動車用材料／ Materials for
Automobiles

る．このため，温度の上がるエンジンルームにおかれる
ハイブリッド自動車用のネオジム磁石には重希土類元素の Dy を多量に添加する．重量比組成で Fe65Nd22Dy11B のものを使う．Dy 添加で Hc は 3 倍以上になり，BHmax の

司会：引続き，横山 利彦 分子科学研究所教授

温度依存性が緩やかになるため高温で使えるようになる．

4-1 「 希 少 元 素 を つ か わ な い 自 動 車 用 永 久 磁 石 材
料 の 開 発 」 ／ "Development of Dysprosium-Free
Neodymium Permanent Magnets for Automotive
Applications" 宝野 和博（物質・材料研究機構）／
Kazuhiro Hono（National Institute for Materials
Science, Japan）

しかし，Dy のスピンの向きは，Nd や Fe とは反対のため，
BHmax は 1/2 近くに低下する．しかも重希土類元素には供給不安がある．そこで，Dy なしで高温使用可能な磁石材料の開発を進めている．
焼結磁石の保磁力は粒子サイズが小さくなると増すことが経験的に知られているが，微粒子化の効果は限られる．磁石の内部をトモグラフィで観察すると，非磁性層が磁性粒子を囲んでいる．その境界の欠陥を高分解能電子顕微鏡で観察し，粒界組成をアトムプローブで解析して，保磁力を向上する方法を探る．高速回転している銅のロールに融かした磁石材料を吹き付けて急冷して粉にし，熱間加工で強い圧力を加えて 20nm の結晶粒の方位を揃えると，ある程度保磁力が上がる．粒界の組成を調べると，Nd の量が少ない．そこで，Nd と Cu の低融点合金を融解して，圧力をかけて体積膨張を抑えながら，Ndを結晶粒界に浸透させた．この結果，Dy を 5% 含むものと同等の保磁力が得られた．(BH)max ＝ 358kJ/m3 を示し，
保磁力温度係数が低いため，200℃においても (BH)max＝ 191kJ/m3 で，Dy を 4% 含む焼結磁石を上回った．
これまでの話は，ネオジム磁石の改良だが，Nd2Fe14B
を超える新しい磁性化合物があるかは，永久磁石の世界で長い間疑問とされて来た．Nd11FeTiN が期待できそうだ
が，Ti が非磁性層のため磁化が低く，Ti を抜くと安定性

ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動モーターに使が損なわれるのでバルク材料を作るのは難しい．これにう永久磁石の基本特性は，磁化を保持する力の保磁力 Hc

対し，MgO(100) 基板に被着した W 膜の上に NdFe12 膜をNanotechJapan Bulletin Vol. 8, No. 2, 2015

第 13 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2015）開催報告 -13

エピタキシャル成長させて窒化することにより，NdFe12N（補強効果）．伸縮時のヒステリシスが 7% と大きく，エネ

磁性膜を合成することに成功した．その固有の磁気特性

ルギーロスのためよく止まるから，グリップ性能は良い．

は Nd2Fe14B より優れている．NdFe12N 化合物の希土類元

一方，変形し易く熱が発生し，燃費性能は下がる．この

素量は少ないから，新しい省希土類磁石が期待される．

ようなゴム複合材の性質はナノ粒子の階層構造に関係す

課題は，微細構造と磁気特性の解明，大量のバルク材料

ると思われるが，階層構造とバルクの物性がどのようにを作製するプロセスの開発などである．新たな材料探索，

結びついてタイヤ性能に関係しているか，精確なメカニ

優れた磁石の開発は今後も継続する．

ズムは明らかにできていなかった．

ここで司会者交代，次の 2 件の司会：中嶋 直敏 九州大学

プ性能に大きく寄与するシリカ粒子の階層構造に絞っ教授

た．シリカ粒子の 3 次元構造を解析するため，SPring-8

そこで，研究の焦点を，タイヤの転がり抵抗とグリッシンクロトロン放射光施設において，2 次元超小角／小4-2 「放射光／シミュレーションを活用した低燃費タイヤ開発」／ "Development of EnvironmentallyFriendly Tire Using Synchrotron Radiation and
Simulation" 岸本 浩通（住友ゴム工業株式会社）／
Hiroyuki Kishimoto（Sumitomo Rubber Industries,
Ltd., Japan）

角 X 線 散 乱（2D-USAXS/SAXS, two-dimensional ultrasmall-angle/ small angle X-ray scattering） を 用 い た．
2D-USAXS の 実 験 は カ メ ラ 長 160.5m の ビ ー ム ラ イ ン
BL20XU で，2D-SAXS の実験はカメラ長 3m のビームラ
イン BL03XU で行った．この X 線入射角度の異なる二つのビームラインを組み合せることにより，6nm 〜 5mの様々な大きさでの構造解析が可能になった．
試料として，スチレンブタジエンゴムを用い，シリカと結合する変性基の導入位置の異なるゴムを作った．X
線散乱の実験を行い，回折データを解析すると凝集構造が見られる．さらにモデル解析を行った結果，サブミク
ロンレベルのシリカ粒子の凝集構造が転がり抵抗と密接に関係していることが分った．低燃費化するポリマーは凝集構造が少ないので，凝集構造を減らし分散させることが必要となる．
ここで分ったことを作り方に結びつけるため，材料開発にコンピュータシミュレーションを導入した．有限要素法，原子動力学法，分子動力学法などの第一原理計算
法を組み合せ，それぞれの特徴に適した現象を解析する．
例えば，有限要素法では変形を求め，エネルギーロスの少ない場所を探す．SPring-8 の結果と組み合せると発熱しているところは凝集構造の多いところで，シリカ粒子が密に集まっていた．そこで，シリカとポリマーの分布を熱平衡シミュレーションで解析したところ，分散指数

自動車の燃費は自動車の受ける抵抗で決まるが，タイと転がり抵抗の間に相関のあることが分り，変性基の位ヤ抵抗は全体の 20% を占め，ガソリンの 20% はタイヤ置によって燃費性能の良いポリマーを作れることが分っが 消 費 し て い る．2001 年 の G8 洞 爺 湖 サ ミ ッ ト で IEA

た．この結果，開発したタイヤでは発熱が抑えられ，ゴ（International Energy Agency，国際エネルギー機関）はムの部分単体でのエネルギーロス低減は約 39%，タイヤ

タイヤに関わる燃費性能の 5% 改善を提言した．タイヤをにしたときの車の燃費性能にして 6% の改善効果になっ金属のように硬くすれば，燃費は良くなるが，グリップ

た．

性能が下がり安全性が低下する．燃費とグリップ性能の今後は，ナノ粒子周りに吸着したゴム分子の性質を
JPARC の中性子準弾性散乱で調べ，スーパーコンピュー両立を図る必要がある．
ゴムは高分子，フィラー（カーボンブラックとシリカ），
可塑剤，添加剤，クロス架橋剤から成る複雑な材料シス

タ「京」でのシミュレーションと結びつけて．ゴムの破壊機構を調べるなどの展開を図る．

テムである．さらに，シラン結合剤や高分子内のシリカ
粒子の分散を増すために機能性高分子を加えるように【質疑】なった．これらの材料のすべてがナノメートルからマイ

Q：燃費とグリップ性能の話しがあったが，乗り心

クロメートルの不均質構造に凝集し，それが物理的性質

地に材料はどのように関係するか．

に現れる．フィラーをナノ粒子にするとゴムは強くなる

A：低燃費化を進めると，車がよく跳ねるようなゴ

NanotechJapan Bulletin Vol. 8, No. 2, 2015

第 13 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2015）開催報告 -14

ムになる．この問題はタイヤの材料でなく，構造で進んで来た．最初の商用炭素繊維では，炭素繊維表面に解決したいと考えている．材料と構造の両面から対欠陥が多く存在し，その大きさもマイクロサイズで脆かっ

策することで燃費性能と快適性の両立を図る．

た．改良を進めた結果，これらの表面欠陥はサブミクロ

Q：ナノテクは電子材料だけと思われ勝ちだが，ゴンサイズに改善され，今はナノサイズにまでなっている．

ムのような違った分野でも有効というお話を頂い航空機ボーイング 787 用には引張り強度の高い材料を用た．大いに PR してほしい．そのほかの適用例はな

いる．炭素繊維は織物，一方向に揃えて樹脂で固めたプ

いか．

リプレグ，細かく切って添加するチョップトファイバな

A：" もの " と " もの " の界面の課題が多い．スチー

どの中間体を経由して製品にする．

ルワイヤとゴムの界面など，多くの適用が期待され炭素繊維は軽量，高強度の特徴により応用が進んだ．
航空機に複合材料を使用するのは最近のことで，アルミる．

ニ ウ ム の 使 用 が 長 か っ た．1980 年 代 に CFRP（Carbon

4-3 「 炭 素 繊 維 複 合 材 料 の 開 発 と 用 途 展 開 」 ／"Carbon Fiber Composites, Developments andApplications" 遠 藤 真（ 東 レ 株 式 会 社 ） ／ Makoto
Endo（Toray Industries, Inc., Japan）

ﬁber reinforced plastic）を一次構造に使うようになり，
787 では尾翼，主翼，胴体へと適用が広がった．要求性
能には，耐雷電性，温度，湿度，有機溶剤耐性，引張り強度，圧縮強度，体積変化，衝撃抵抗など様々なものがある．炭素繊維を含んだシートを重ねて使うので，界面を強くする層間強化技術が大切になる．ひびが入っても亀裂の伝搬しないことが求められるが，レジン内に分散させた粒子がクラックの伝搬を抑えるので，アルミに比べて衝撃に強い．この結果，航空機重量の 50% が複合材になった．
樹脂と炭素繊維を重ねてプリプレグを作り，オート
クレーブで加熱成形してシートを作る方法ではプロセスが長くなるので，より効率よく作る方法が検討された．炭素繊維で形を作った後に樹脂をしみ込ませる ResinTransfer Molding を 発 展 さ せ て A-VaRTM（Advanced
Vacuum assisted Resin Transfer Molding）という方法が開発された．この方法で作った炭素繊維は三菱リージョ
ナルジェット機 MRJ の垂直尾翼に使われることになり，量産段階に入っている．自動車応用ではフォーミュラカーに適用され，BMW 車，最近では燃料電池車「MIRAI」へと適用が拡大している．
自動車に適用するには効率と生産性を考える必要があ
る．RTM からのアプローチで，NEDO プロジェクトによ

炭素繊維の 80 〜 90% はポリアクリロニトリル（PAN）

り，自動で型を作り，高速でしみ込ませ，短時間に硬化をもとに作られる．この材料は 1959 年に，工業技術院

させる方法を開発した．自動車のフォアパネルを 10 分で大阪工業技術試験所にいた進藤 昭夫氏が選び出したもの成形できる．これまでは CFRP を熱硬化法で作っていたが，である．東レは炭素繊維を 1970 年に上市したが，暫く次は熱可塑加工を検討する．プレス成形やモールド製品

は用途開発に苦労した．1970 〜 1980 年はゴルフシャフ

が可能になり，深絞り形状もできる．このような様々な

ト，テニスラケットに使われた．1990 年代に航空機一次開発を行っているが，本当に自動車に使えるか，材料メー構造に使われるようになって，一般産業に展開した．市カーとしても確かめようと，EV のコンセプトカーを作り，場規模は，1970 年代はじめの年数千トンから 2010 年代

炭素繊維構造材を組込んでテストしている．

後半には年 10 万トンになると予測されている．1980 年

地球環境への CFRP の貢献では，航空機の CO2 排出量

代には欧米メーカーが多かったが，1980 年代後半から撤は重量に依存するから，機材の 50% が CFRP になると，退が増えた．日本では 3 社（東レ，東邦テナックス，三重量は 20% 減り，炭酸ガス排出はライフサイクル（製造，菱レーヨン）が製造を続け，日本の世界シェアは 70% に運航，廃棄のサイクル）当り 1400 トン減少する．100

なった．今は新興国勢が参入して競争が激化している．

席以上の航空機 1 万 5 千機では年間 4,100 万トンの CO2

炭素繊維の応用対象は引張り強度と引張り弾性率で決削減になる．車はライフサイクル当りの排出量削減は 50

まる．一般用は強度の低い領域にあり，航空機用は高強トンと，1 台あたりは少ないが，3,700 万台走っているか度が求められる．1970 年頃から炭素繊維の特性は改良がら年間 1,900 万トンの削減になる．CFRP のリサイクルは，

NanotechJapan Bulletin Vol. 8, No. 2, 2015

第 13 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2015）開催報告 -15

CFRP を碎き（crushed），熱または化学的クラッキングに
よってチョップトファイバなどの形で取出し，樹脂に加

閉会挨拶／ Closing Remarks

工，再利用する．経産省や炭素協会の支援を受け，大牟田にテストプラントを作って実証を行った．JCMA（Japan
Carbon Fiber Manufacturers Association）で今後の実用化，マーケット展開を検討している．
今後は，繊維とマトリックスレジン，そのインターフェースの改良が重要である．成型法，効率化，用途に合ったプロセス，コスト，ライフサイクルマネージメントなど課題は多い．企業だけではうまく行かない．産学官の連携が必要である．
【質疑】
Q：軽量化の効果は素晴らしい．メンテナンスにおいてどこが悪いかをどのようにして見つけるか．それと 787 はほぼ全面採用だったのに 777X では主翼だけの部分採用になったのは何故か．
A：欠陥検出には苦労している．Acoustic Emissionを使っているのから一歩抜け出したい．部材の耐久性基礎データを取るようにしているが，疲労強度と最後に，野田 哲二（JAPAN NANO 2015 組織委員長，故障の検出法が課題である．777X では胴体をアル

物質・材料研究機構 ナノテクノロジープラットフォーム

ミにした．胴体への CFRP 適用はアルミに比べて十センター長）氏から閉会の挨拶があり，その中で，参加分なメリットがないらしい，主翼はアスペクト比が者は約 600 名，内，海外からの参加者は 30 名弱との事大きいので CFRP のメリットがある．加工法も開発

務局からの報告が紹介された．

してアルミに差をつけたい．
（古寺 博）

NanotechJapan Bulletin Vol. 8, No. 2, 2015

第 13 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2015）開催報告 -16