材料科学におけるイノベーションを目指して
増本健

新物質発見では「興味的」と「偶発的」な動機が発端となっている．

.

は じ

めに

近年の人類文明の発展は技術革新により遂げられた．とくに大きな革新，すなわちイノベーションは， 19 世紀の蒸気機関の発明による産業革命であり，新たな産業の創生と社会の変革をもたらした． 20 世紀に入ると，物理学の発展から誕生した量子論が社会に大きなインパクトを与え，新しい産業を生みだした．その代表例が 1947 年のトランジスターの

図1

ノーベル賞受賞研究の発端は発明であり， 80 年代に入ってマイクロエレクトロニクス時代が開花し，現在の高度情報化社会へと進展した．また，材している．この結果を見ると，面白い傾向が見て取れる．す料分野から見れば， 19 世紀の産業革命後に発達した鉄鋼産

なわち，物理学賞と化学賞の両者において，研究の動機とし業を中心とした重工業の発展によって，様々な構造材料が開て「興味的研究」が多いことである．また，物質に関わる研発され，近代社会を構築してきた． 20 世紀には半導体材料

究の動機には，「偶発的」が多く，「計画的」は無いことが分が現れて，様々な情報機器が出現し，米国を中心としたかる．すなわち，ノーベル賞の対象となった新物質の発見で「IT 革命」が起った．21世紀になると，材料科学の方向は，は，研究の動機として「興味」か「偶発」が発端になってい有機材料からバイオ材料，環境材料へと展開し，医療，環ると言える．材料科学の研究において「セレンディピティ」

境，再生エネルギーなどの発展へと向かっている．の言葉が良く使われる原因になっていると思われる．

このような材料科学のイノベーションは，新しい産業を誕生させ，新たな社会文明を開いている．ここでは，イノベー.

材料科学のブレークスルー的発展

ションを起こすような材料科学を求めて，どのように挑戦したら良いのであろうか，について考えてみたい．

それでは，ブレークスルー的な研究を目指すにはどの様に考えれば良いのであろうか．通常，新しい材料の発見がある.

ノーベル賞を受けた材料科学分野とその動機と，初期では著しい機能の向上が起るが，やがて飽和に達し，その後は緩やかな機能向上しか期待できなくなってしま

社会的革命をもたらすような画期的な材料科学は， 1901う．この停滞を打破して更なる機能向上を図るには，新しい年創設の「ノーベル賞」の受賞テーマに大きく反映されてい視点からの材料の発見が不可欠になる．これを図示したのがる．ノーベル賞は毎年一課題選定されるが，その課題と内容

図であり，新材料の発見によってブレークスルー的に機能を分析することによって，科学の時代的発展を知ることがでが向上する．

きる．

では，このような新材料を開発する研究を考えてみよう．

図は， 1980 年から 2013 年までの物理学と化学のノーベ

一般に，大別して 3 つの研究があると考えられる．すなわル賞の「研究分野」と「研究動機」について調べた結果を示

ち，図に示すように， A 型の「物質の組成，組織の最適公益財団法人電磁材料研究所・理事長(〒9820807 仙台市太白区八木山南 211)
Aiming at the Innovation in Materials Science; Tsuyoshi Masumoto(Research Institute for Electromagnetic Materials, Sendai)
Keywords: materials science, innovation, Nobel prize, breakthrough2014年 6 月10日受理[doi:10.2320/materia.53.345]

ま て り あ 第53巻 第 8 号(2014)
Materia Japan

図4
図2

図3

超伝導材料の超伝導転移温度上昇の歴史(C 型)．

材料機能のブレークスルー的な性能向上．

新素材開発における主な 3 つの研究．

図5

永久磁石の性能向上の歴史(C 型)．

化による最大性能発現の研究」， B 型の「人為的に物質の構化物が発見され，現在の最高値は 135 K に達している．さ造・組織を利用する新機能発現の研究」，C 型の「既存物質・らに現在では，有機材料，Mg 硼化物，鉄系化合物などの新合成物質の新機能を見出す新機能発現の研究」である． A

しい超伝導材料が発見され，進化を続けている．新しい材料型研究は，一般に企業で行われている主な開発研究であり，の発見によってイノベーションが起っている典型的な例であ目標を決めて計画的に開発を進めることが可能な分野である．

る．例えば，高純度化，組織微細化，加工熱処理制御，微量図は磁石材料の歴史を示している．磁石の発展の歴史に元素添加などである．これに対して，B 型研究では，興味かは日本が大きく貢献しており， 1917 年の本多光太郎によるら出発する研究が発端となることが多く，例えば人工格子，KS 磁石の発明に始まり，現在では1984年の佐川眞人によるアモルファス，準結晶，フラーレンなどがこの分類に入るで鉄ネオジウム磁石が最高の性能を持っている．ここでも材料あろう．一方，C 型研究では，既存物質あるいは合成物質にのイノベーションが顕著に現れている．また，B 型研究の例見逃されていた物性を見出す偶発的研究であり，例えば高温として，図は高強度アルミ合金の歴史である．最初の高強超伝導材料，磁気抵抗(MR)材料，形状記憶合金，希土類磁度アルミ合金は 1909 年に発明されたジュラルミンである．

石などが挙げられる．これらの 3 つの研究の中で，ノーベ

その後，組成や製法の改良によって強度が上昇したが，画期ル賞の対象となった研究は B 型と C 型の研究が多い．この的な向上は筆者らによるアモルファスアルミ合金で達成さことより，材料科学のイノベーションは興味的あるいは偶発れ，さらにアモルファス中にナノ結晶アルミ粒子を分散させ的に行われた研究の場合が多く，「セレンディピティ」の世て強度上昇が図られ，現在の最高強度は 1550 MPa に達し界であると言えるかもしれない．ている．

材料科学分野においてイノベーションを興した研究の例をこれらの例から判るように，材料科学のブレークスルーは，幾つか挙げることにする．図は超伝導材料の発展過程を示

B 型か C 型の研究で多く見られることは大変興味深いことしている．超伝導材料は，1911年に水銀の電気抵抗が 4.2 Kである．

で消失したことを発見したことから始まり， 1986 年に銅酸プロムナード

図7

図6

アルミ合金の強度上昇の歴史(B 型)．

.

独創的な材料研究を目指すには画期的材料の発見の多くはセレンディピティの世界．

これまで述べてきたことを基にして，独創的な材料研究を目指すための考えを述べよう．
図 3 に示したように，材料科学を 3 つのカテゴリーに分類すると，イノベーションを起こすような独創的な研究は B型か C 型であることが多く，「興味」と「偶発」が重要な要素になっており，基本的には「興味的発見」は疑問を解決す
図8るタイプであり，「偶発的発見」は直感による解決するタイ

物質機能の最大利用のための方向．

プであると考えられる．そして，この研究を成功に導くためには，常に疑問を持ち，直感を磨くと共に，発見を見逃さな機能性の要求は，より安全に，より精密に，より多様に，とい洞察力を育成する努力が必要であろう．

移行し，現在は生体的に，知能的に，へと高度化が進んでい例として，潮干狩りの場所選びを考えよう．図に示すよる．そして，材料の組織，組成制御から構造制御，分子・原うに，多くの人達が集まっている場所と，殆ど人が居ない場子制御へと変化し，最近ではナノ量子制御による材料の高機所があるとする．この場合，どちらを選ぶかである．多くの能化が図られている．材料科学を志す若い研究者は，このよ

人達が潮干狩りしている場所では，成果は確実に得られるかうな時代的変化を十分に考慮しながら自らの研究分野を決めもしれないが，小粒な貝しか採れない可能性が高い．一方，ることが大切であろう．

少ない人達が潮干狩りしている場所では，成果は極めて少な.

いかもしれないが，大粒な貝が採れる可能性がある．昔からおわりに言われているように，大きなことをするなら「誰もやらないことをやれ」，「人真似をするな」と言う教訓がある．材料科

本稿では筆者自身の考えと経験を基に述べたが，これが総学の分野でも同じことが言えるであろう．すなわち，画期的ての研究者に当てはまるものではない．ただ，これからの若な新材料を発見するには，後者を選ぶ思い切った勇気と情熱

い材料研究者は，「省資源」，「環境保全」，「再生利用」などが必要であり，そして「着実な探究心」と「弛まぬ努力」がの地球的規模の課題を常に考慮に入れながらイノベーション求められる．

を興す研究を進めなければならないことは間違いない． 21世紀に向けて材料研究者の役割と責任は極めて大きい．

.

次世代の材料科学を考える★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

近年の材料科学の進歩は目覚しい． 20 世紀から 21 世紀に掛けて，材料科学の分野は拡大し続けている．図は，材料の機能性の観点から，時代と共にどのように変化し発展してきたかを纏めたものである． 20 世紀の初頭では大量で安価な技術を求めていたが，時代と共に次第に高付加価値を求めるようになり，より強く，より小さく，より敏感に，より器用に，という機能性の向上を追及した． 21 世紀に入ると，

ま て り あ 第53巻 第 8 号(2014)
Materia Japan

増本健

1960年 東北大学大学院工学研究科博士課程修了
東北大学金属材料研究所 助手
1971年 同 教授1989年 同 所長
1996年 停年退職
財団法人電気磁気材料研究所 所長
2009年 現職
専門分野 特殊構造物質，非平衡物質◎アモルファス金属，ナノグラニュラー薄膜，準結晶などの研究を行い，日本学士院賞，紫綬褒章，文化功労者等を受章．

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