H22年度卒論配属のための研究室説明会
2009年10月28日“限界”を超えた新材料の創生!
尋常ではない巨大な物性を持ち、かつ環境にやさしい“夢”の電子セラミックスを創る
U
UNIVERSITY
NIVERSITYOF
OFYAMANASHIYAMANASHI

和田 智志（わださとし）（山梨大学 工学部 応用化学科）

Office: 総合研究棟5階507号室
Phone/Fax：055-220-8555
E-mail：swada@yamanashi.ac.jp

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOF
OFYAMANASHIYAMANASHI“Dream”のある

新材料の創生U
UNIVERSITY
NIVERSITYOF
OFYAMANASHIYAMANASHI

IT

メモリー
メモリー

エネルギー
エネルギー

電気
温度

アクチュエータ
アクチュエータ

磁気電子
セラミックス

力

音

光

光通信

湿度
ガス

ロボット
ロボット

センサー
センサー
医療
医 療

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOF
OFYAMANASHI
YAMANASHI

身近に使われている電子セラミックス
携帯電話

社会を支える電子セラミックス

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOF
OFYAMANASHIYAMANASHI

発振子

EMI除去フィルタ

コンデンサ

誘電体アンテナ

圧電発音部品

誘電体共振器サーミスタ／抵抗器

高周波モジュール

通信機器用モジュール
通信機器用フィルタ

高周波コンポーネンツ
コイル

社会を支える電子セラミックス

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOF
OFYAMANASHIYAMANASHI

発振子

EMI除去フィルタ

コンデンサ

誘電体アンテナ

圧電発音部品

Wonder Stone!!

誘電体共振器サーミスタ／抵抗器

高周波モジュール

通信機器用モジュール
通信機器用フィルタ

高周波コンポーネンツ
コイル

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOF
OFYAMANASHIYAMANASHI

現在、用いられている圧電セラミックス
Ceramics resonator
for time counting

Ceramics resonatorfor CPU

Mobile phoneceramics filter©Fujitsu Laboratories, Ltd.

CPU

Inkjet printer headceramics actuator(c)1996～2002 WANI3/T.Kitajima/わくわくWANILAND© NGK INSULATORS, LTD.

UUNIVERSITY
NIVERSITY
OFOF
YAMANASHIYAMANASHI

現在、用いられている圧電セラミックス
Pb(Zr,Ti)O3 ceramics
Perovskite structure
Para
m3m

Ferro
3m

Ferro
4mm

Pb

Poled PZT ceramics
ε33 T:

d33：
33：
Qm：

> 1,000> 500 pC/N
> 70 %> 1,000

Ti

ZrO· ceramic filter· ceramic gyroscope· ultrasonic transducer· transformer· ultrasonic motor

In Europe
Restrictions on the use of certain Hazardous
Substances (RoHS) directive
Already decided!!

From 1 July 2006, new electrical and electronicequipment will not contain lead, mercury, cadmium,and so on.

Directive on End-of-life Vehicles (ELVs)

Acid rain problems

From 1 July 2003, manufacturers of vehicles,
material and equipment will be encouraged to reduce
the use of hazardous substances including lead, andincrease the use of recycled materials.

scrap
Acid raincrash
Human health(1) protect human health and the environment byrestricting the use of certain hazardous
substances in new equipment.
(2) complement the WEEE Directive.

groundUp to 2006
underwater

Environment©Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd.

New development oflead-free piezoelectrics

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOFOF
YYAMANASHI
AMANASHI

Piezoelectric performance in materials
Relationship between d33 & Tc
1400
Lead-system
Piezoelectrics

1200
1000

d33 (pC/N)

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOFOF
YYAMANASHI
AMANASHI

800
600
400
2000

Lead-free-system
Piezoelectrics

0100

200300Tc (˚C)

400500Piezoelectric performance in materials
Relationship between d33 & Tc
1400
Lead-system
Piezoelectrics

New Piezo Frontier

1200

Using lead-free system

1000

d33 (pC/N)

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOFOF
YYAMANASHI
AMANASHI

8006004002000

Lead-free-system
Piezoelectrics

0100

200300Tc (˚C)

400500U
UNIVERSITY
NIVERSITYOFOF
YYAMANASHI
AMANASHI

人類社会から材料科学への要求
より高性能、多機能、かつ環境にやさしい夢の材料
夢の材料

より高性能の材料

high

multi

既存の材料

環境にやさしい材料

kind

この矛盾する要求をどのようにして満足させることができるのだろうか?

人類社会の進展

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOF
OFYAMANASHIYAMANASHI

エネルギー問題
人口問題

食料問題(1)高度情報化(2)ボーダレス・国際化

資源・水問題(3)少子・高齢化

医療問題(4)価値の多様化・多角化

地球規模環境問題

安全空間問題U
UNIVERSITY
NIVERSITYOF
OFYAMANASHIYAMANASHI

社会と電子機器・デバイス(1)高度情報化

高周波利用電子機器の開発

エネルギー問題省エネルギーの促進(2)ボーダレス・国際化

無環境負荷発電の開発

地球規模環境問題

無環境負荷材料の開発

資源・水問題

人型ロボットの開発(3)少子・高齢化

リサイクル電子機器の開発

医療問題

超音波組織破壊機器の開発

安全空間問題高度センシング機器の開発

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOFOF
YYAMANASHI
AMANASHI

圧電発電の可能性

圧電材料に応力を印加
正圧電効果により、電圧が発生

圧電材料に力を加えることで、発電が可能

圧電発電システム+-キャパシタ

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOFOF
YYAMANASHI
AMANASHI

圧電発電の可能性

身近な例
もしも、靴底に圧電アクチュエータを入れて、歩く行為を電気エネルギーに変換できたとしたら・・・

大まかな予測通常性能の圧電体（d33~500pC/N程度）を使用した場合3万歩程度の歩行により、MP3プレーヤーを数時間動かせる電力の蓄積が可能？

既存の圧電材料における圧電定数d33と電気機械結合係数k33の関係

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOFOF
YYAMANASHI
AMANASHI

10.94

超巨大圧電領域d33>10,000pC/N
k33>97%0.81

0.8

従来システム：2-3mWの発電が限界

巨大圧電領域d33>3,000pC/N
k33>90%鉛系圧電単結晶ドメイン壁領域制御

巨大圧電体：20-30mW
現在の単位格子に基づく材料科学により作製

k332

0.6

鉛系圧電材料

超巨大圧電体：200-300mW

0.4

0.2

超巨大圧電積層体：
2-3Wの発電が可能

無鉛圧電材料

01

10100

1000

d33 (pC/N)

104105

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOFOF
YYAMANASHI
AMANASHI

発電床プロジェクトUUNIVERSITY
NIVERSITYOFOF
YYAMANASHI
AMANASHI

圧電発電プロジェクト大規模化による巨大発電は可能か？

(1)道路の直下に、圧電セラミックスを埋設する(2)鉄道のレールに、圧電セラミックスを埋設する
人類のため、地球のため、新しい発電様式を確立したい
現時点では、問題点は山積み、地道な解決が必要。

10年後のプロジェクトＸか？

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOF
OFYAMANASHIYAMANASHI

どうやって、これらの問題を克服するの?
これまでの材料科学

単位格子
単位格子の均一周期構造

単位格子の持つ対称性、原子種類に基づく通常の物性が発現

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOFOF
YYAMANASHI
AMANASHI

どうやって、これらの問題を克服するの?
Paraelectrics

SrTiO3
Pm3m

ST
BT
ST

Ferroelectrics

BT
ST
BT

BaTiO3P4mm

ST
BT

BaTiO3 (BT) / SrTiO3 (ST)Interface to relax lattice mismatch between two different structures

What are polarization vector and crystal structure at interface?

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOFOF
YYAMANASHI
AMANASHI

どうやって、これらの問題を克服するの?
新しい材料科学
単位格子の不均一周期構造

歪みによる構造傾斜領域の導入による新規対称性の導入
単位格子の持つ対称性、原子種類とは異なる超巨大物性が発現
特定の元素に依存しない材料科学

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOF
OFYAMANASHIYAMANASHI

今、何を研究しているの?

(1) “3次元ナノキューブ集積体”プロジェクト
B4(2) “多層ナノキューブ”プロジェクト
M1

Dielectric constant(3) “高誘電率ナノ粒子集積膜”プロジェクト
M2 & B4

1.6x104
20 MHz, 20.0 ÞC

1.2x104
8000
400000(4) “非鉛系新規圧電材料”プロジェクト

200

400

~1,000 nm

M2, M11, M12, M13, B41, B42, B43

600

Particle size (nm)1400
Lead-system
Piezoelectrics

1200

New Piezo Frontier

1000
QuickTimeý Ç²êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
Ç™Ç±ÇÃÉs ÉNÉ`ÉÉÇ¾å©ÇÈÇžÇ½Ç…ÇÕïKó vÇ-ÇÅB

WD of 1,000 nm

d33 (pC/N)

d33 (pC/N)

WD of 100 nm

800
600
400

d33 of 224 pC/N

2000

WD (x103 nm)

Lead-free-system
Piezoelectrics

0

100

200

300

Tc (ÞC)

400500U
UNIVERSITY
NIVERSITYOFOF
YYAMANASHI
AMANASHI

ナノキューブ集積3次元人工超格子

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOF
OFYAMANASHIYAMANASHI

和田研究室の研究領域

UUNIVERSITY
NIVERSITYOF
OFYAMANASHIYAMANASHI

研究の目的
科学 への貢献
酸化物結晶における電気物性・光学物性 に注目
酸化物結晶の形態

薄膜、セラミックス、単結晶
電気物性・光学物性における基礎データ・基礎的知見
社会への貢献
新規デバイス の提案
新規デバイス開発

研究の特徴U
UNIVERSITY
NIVERSITYOF
OFYAMANASHIYAMANASHI

試料合成

一人の研究者
一人の研究者
一貫して研究一貫して研究物性測定

大学での研究

物性解析
企業との共同研究
デバイス作製デバイス評価U
UNIVERSITY
NIVERSITYOF
OFYAMANASHIYAMANASHI

研究テーマの設定方法

研究テ ーマの選び方（ 1）社会に 貢献できる研究（ 2）世界をリー ドできる研究（ 3） 0を 1にする研究

研究テーマ の決め方
（ 1）現状での問題点 の把握と将来における予測（ 2）新しい発想 による問題点の解決手段の提案（ 3）実現化 へのシミュレーション（ 4）既 存の研究調査（ 5）予備実験（ 6）研究テーマの決定U
UNIVERSITY
NIVERSITYOF
OFYAMANASHIYAMANASHI

和田研究室のモットー（2008年10月01日設定）

Just do it!!
Deeds, not Words!!

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOF
OFYAMANASHIYAMANASHI

和田研究室のモットー（2008年10月01日設定）

Just do it!!
Deeds, not Words!!
まず、やってみよう！

U
UNIVERSITY
NIVERSITYOF
OFYAMANASHIYAMANASHI

和田研究室メンバー（2009年10月28日現在）

スタッフ

学生

教授

和田 智志

ポスドク

ピータ・プルパン

事務員

渡邊 園子

技術者

湯泉 正喜

博士課程3年(D3)

0名（大歓迎）博士課程2年(D2)

0名 （大歓迎）

博士課程1年(D1)

0名（大歓迎）修士課程2年(M2)

2名 (近藤、大和)

修士課程1年(M1)

4名 (後藤、清水、志村、森)

学部4年生(B4) 5名 (岩月、喜多、島村、間瀬、山下）(B4全員が本学大学院に進学予定)*和田研究室は、2007年、3月に発足

UUNIVERSITY
NIVERSITY
OFOFYAMANASHIYAMANASHI研究室に所属すると何が変わるか？

研究室に所属すると皆さんの生活様式はおそらく一変するでしょう。
本研究室の場合は、以下のようになります。
・土曜、日曜を除き毎日大学に来る。机とロッカーは人数分用意されています。 (土曜、日曜についても自分で必要と思えば来ればいいし、必要ないと思えば来る必要はありません）
・同級生よりも研究室の中でのつきあいが多くなる。飲み会や各種の遊び、また、実験旅行もあります。とにかく一生懸命に遊んで下さい。
・大人として処遇される。自分の研究、勉強は自分で計画を立てて行う。一生懸命に勉強、研究をして下さい。
・研究成果を、国内外の学会発表や論文発表し、公開する。
4年生（国内会議:1回）修士（国内会議:1回以上、国際会議:1回以上）修了前に、海外で発表しよう！

J. ERHARTTechnical Institute of Liberec

D. CANN
Oregon State University

PENNTSATE

Y. KUROIWA
Hiroshima University

D. DAMJANOVICSwiss Federal Institute of Technology EPFL

L. E. CROSS
T. R. SHROUT
S.-E. PARK

A. J. BELL
H. UCHIDA

The Pennsylvania State University

University of Leeds

Sophia University

S. OKAMURA
H. NAGANUMA

M. AZUMA
Kyoto University

Tokyo University of Science

T. IIJIMA
National Institute of Advanced Industrial Science & Technology

H. FUNAKUBOTokyo Institute of Technology

Elements Science and Technology Project
S. WADAU
UT. FUKUIY
N. KUMADAYNIVERSITYNIVERSITYOF
OF
AMANASHIAMANASHI

University of Yamanashi

CannonU
UNIVERSITY
NIVERSITYOF
OFYAMANASHIYAMANASHI

就職先は大丈夫？

どの研究室へ行っても共通することですが、昨今の就職状況はきびしく山梨大もその例外ではありません。
・しっかりした価値観を持つ。（これがないと希望会社が決まらない）・しっかり勉強する。特に基礎学問の知識と実力が重要。
・人の前で自信をもって発表できる研究をする。（テーマも重要）
・勉強、研究以外で得意なことを作る。（研究室生活を充実してすごせばOK）

2007年度: TDK（B4）
2008年度: 山梨県庁(M1)、進学(B4全員)
2009年度: 本田技研(M2)、公務員希望(M2)、進学(B4全員))

本研究室の学生を希望している会社リスト
大学院生の希望大1)
2)
3)

村田製作所、TDK、太陽誘電、京セラ等の電子部品メーカー
日東電工、日立化成、富士チタン、石原産業、堺化学工業等の素材メーカー
本田技研、パナソニック、東芝、 CANNON 、 RICOH 、 SAMSUNG等のセットメーカー

和田研究室メンバー

U
UNIVERSITY
NIVERSITY
OFOF
YAMANASHIYAMANASHI

スタッフ

学生

（2010年4月以降はどうなるの？）
教授
和田 智志
ポスドク

ピータ・プルパン

事務員

渡邊 園子

技術者

湯泉 正喜

博士課程3年(D3)

0名（大歓迎）博士課程2年(D2)

0名 （大歓迎）

博士課程1年(D1)

0名（大歓迎）修士課程2年(M2)

4名 (後藤、清水、志村、森)

修士課程1年(M1)

5名 (岩月、喜多、島村、間瀬、山下)

学部4年生(B4)4名*今年は、4年生4名を募集しています。
ぜひ、やる気のある方、来て下さい！
当研究室での大学院への進学希望者、大歓迎です！