熱電材料は廃熱を電気に変換することができることから，エンジンの排熱を利用して発電す

URL：http://www.apchem.nagoya-u.ac.jp/
koumotoken/hiromichiohta/

るハイブリッド自動車などへの応用が期待され［2011 年 1 月 28 日原稿受付］ているが，既存の熱電材料は，希少・毒性金属複合金属酸化物を開発
青色光でピンク色に鉄系高温超伝導に共通の仕組みを含むため大規模の実用化に適さないという問

東北大学大学院理学研究科の中山耕輔助教とは，資源が豊富な酸化物である SrTiO3 を使っ（独）産業技術総合研究所の秋山守人研究チーた熱電材料の研究に取り組み，2007 年には厚ム長らの研究グループ（山田浩志主任研究員，授らの研究グループは，鉄を含む新型高温超伝さ 0.4 nm の極薄金属 SrTiO3 層を含む人工超格

坂井一文招聘研究員）は，青色の光や日光を当導体の超伝導機構が，物質の種類によらず統一

子が従来材料 Bi2Te3 を凌駕する性能を示すこ

てるとピンク色に変わり，緑色光を当てると無的に理解できることを明らかにした．とを発見したが，製造コストが極めて高く，実色に変化する無機フォトクロミック材料を開発用化には適さないという問題があった．

した．

同原子分子材料科学高等研究機構の高橋隆教

2008 年に東京工業大学の細野秀雄教授らの研題があった．こうした背景から，研究グループ

究グループによって鉄を含む化合物 LaFeAsO1-xFx

この問題に対し，今回，研究グループは水の電無機フォトクロミック材料は，耐久性や化学における超伝導が発見されて以来，新型鉄系超気分解を利用して，低コストで大きな熱電効果を的な安定性からさまざまな光学材料として期待伝導体の研究が世界的規模で爆発的に進められ

示す極薄金属 SrTiO3 の作製に成功した．大量されており，酸化タングステンや酸化モリブデている．これまでに，結晶構造や結晶を構成すに「水」を含む多孔質 12CaO・7Al2O（C12A7）
3ン，酸化チタンなどがよく研究されている．しる元素が異なる数多くの鉄系超伝導体が発見さガラスを新規に開発し， 金属 Ti と SrTiO3 にかし，これまでの無機フォトクロミック材料は，れ， 当初 32K であった超伝導転移温度は，現挟んで電圧を印加した．まず，小さな電圧で絶光の照射で色が変化しても長時間色を保持する

在 55K を超えるまで上昇しており，超伝導線材

縁体 SrTiO3 表面がわずかに電気を通すようにことができず，長くても半日程度で脱色してしや超伝導デバイスなどへの応用の観点からも大なり（電界効果による電荷蓄積），さらに大きまう欠点があった．また，酸化バナジウムを除きな注目を集めている．一方で，「なぜ鉄化合な 電 圧 を 加 え る と 多 孔 質 C12A7 ガ ラ ス 内 のくほとんどの無機フォトクロミック材料は可視物で高温超伝導が起こるのか？」や「多くの鉄「水」の電気分解が起こり，生成した H＋ イオ

光に応答することができず，励起光として紫外系超伝導体の間で超伝導機構は同じなのか？」

ンが SrTiO3 表面を電気化学的に還元する．こ線が必要であり，応答速度が低く，耐久性などという重要な問題については論争が続いている．のとき，金属 Ti-SrTiO3 間の電圧の増加に伴っにも問題があった．

これらは，さらに高い超伝導転移温度を持つ新て，SrTiO3 表面に電子が溜まるため，熱電能

これまで同研究グループでは複合酸化物を中物質を開発する指針に直結しており，現在解決（＝Seebeck 係数）の絶対値はいったん減少す

心にさまざまな無機フォトクロミック材料の開が急がれている．

るが，さらに大きな電圧を加えることで V 字発を行っていたが，ほとんどの酸化物のバンド

今回，東北大学のグループは，外部光電効果回復し，最終的にはバルク金属 SrTiO3 に対しギャップが広いために可視光を吸収できずに，を利用した角度分解光電子分光という実験手法て 4～5 倍大きな熱電能を示すことがわかった．

可視光に反応する無機フォトクロミック材料をを用いて，多くの鉄系超伝導体の中でも最も単

この熱電能の V 字回復の起源は現在のところ開発することは難しかった．

純な結晶構造を持つ Fe（Te, Se）超伝導体にお明 確 で は な い が， 厚 さ 0.4nm の 極 薄 金 属

今回開発した新材料は，鉄またはユウロピウ

いて，超伝導を担っている電子の運動を直接観

SrTiO3 人工超格子の大きな熱電効果と同様に，ムを添加し，還元雰囲気下（アルゴン 95％＋測することに世界で初めて成功した．その結果，H+ 還元によって生成する極薄（厚さ 3nm 以下）

水素 5％）で焼成して得られたバリウムマグネ

鉄電子の持つ磁気的性質が超伝導発現に重要で金属層が鍵であることは間違いない．この極薄シウムケイ酸塩である．この複合酸化物に波長あることを突き止めた．また，この実験結果を

金属 SrTiO3 の熱電性能（注：極薄金属層のみ，405nm の青色レーザー光を照射すると，ピン他の鉄系超伝導体の結果と比較することで，超室温の性能指数として） は，Bi2Te3 などの従ク色に変わり，波長 532nm の緑色レーザー光伝導機構が鉄系超伝導体で共通していることを来の熱電材料の約 2 倍と見積もられる（図）．

を照射すると透明に戻る．365nm の紫外光を照見いだした．本研究によって鉄電子の持つ磁気本手法は，室温で「水」の電気分解を行うだ

射すると濃いピンク色に変わり，色の濃さが波的性質の重要性が明らかになったことで，超伝けという極めて簡便かつ安価なプロセスであり，長によって変化する．また，100 日以上色が保導を説明するモデルの選別が進むと考えられる．

材料である SrTiO3 は環境に優しい安全な酸化持され，高い保持力も示す．さらに，10 回以上また，物質の種類によらず同じ超伝導機構が共物であることから，粉末プロセスに応用するこ

着脱色を繰り返しても色の変化はなく耐久性に通であるという結果は，鉄を含むさまざまな物とで真に実用可能な熱電材料の創製手法としても優れていることが確認されている．

質が高温超伝導体になる可能性を持っているこ期待できる．また，電子材料における「水」をこのような無機系フォトクロミック材料で可とを示しており，今後，周辺物質の探索を進める

利用する本手法は，新たな電子デバイス創製の視光に応答するものは，これまでほとんど報告ことで新たな高温超伝導体の発見が期待される．

道を開くものと期待される．なお，本研究成果例が無く，高い応答速度や耐久性，安価で小型（東北大学

中 山 耕 輔， 高 橋

は昨年 11 月に英科学誌 Nature Communicationsの青色と緑色レーザーで色を変化さ，情報を記〒 980-8578

宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉（オンライン）に掲載された．

録できることなどから，超高密度光メモリーや6-3，E-mail：k.nakayama@arpes.phys.tohoku.

（名古屋大学大学院工学研究科

ac.jp，t.takahashi@arpes.phys.tohoku.ac.jp）

絡先：〒 464-8603 愛知県名古屋市千種区不老される．

URL：http://arpes.phys.tohoku.ac.jp/町，E-mail：h-ohta@apchem.nagoya-u.ac.jp）（産業技術総合研究所生産計測技術研究センター

隆

連 絡 先：［2011 年 1 月 18 日原稿受付］

絶縁体から高熱電性能
名古屋大学の太田裕道准教授（JST さきがけ研究者併任）は，東京大学の幾原雄一教授らお太田裕道

連

書き換え可能なコピー用紙などへの応用が期待秋山守人 連絡先：〒 841-0036 佐賀県鳥栖市
宿町，E-mail：m.akiyama@aist.go.jp）
URL：http://unit.aist.go.jp/kyushu/ci/index.
html［2011 年 2 月 2 日原稿受付］

よび東京工業大学の細野秀雄教授らの研究グ
ループと共同で，「水」の電気分解を利用し，安くてありふれた絶縁体酸化物の表面を大きな熱電効果を示す金属へ変えることに成功した．

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セラミックス46（2011）No. 3

コインセルサイズでリチウムイオン
電池用正極材料の充放電過程の中性子回析測定に成功
東京理科大学の井手本康教授らの研究グ

ムイオン等の軽元素が電荷担体であること，酸プセルのような小型セル用の電極を用いて解析

素量により電池特性が影響を受けることから，を行うのは非常に困難であり，本成果は非常に中性子線を用いての結晶構造解析に高い期待が有意義な結果である．

寄せられていた．このような背景から，本研究

今回，直径 1cm のコインセルサイズセルででは，コインセルサイズのリチウムイオン電池正極合材を含む正極自体を用いて正極活物質のループは，これまで困難とされていた，コイン用正極について J-PARC の「iMATERIA」に

中 性 子 回 折 の 測 定 に 成 功 し た こ と で， 少 量セルサイズにおける正極を用いて正極活物質のよる中性子回析測定を行なった．

（8mg）でも充電過程のリチウム組成は構造解充放電過程の結晶構造解析を行ない，世界で初リチウムイオン電池用正極材料としては，層析で決められており（分析組成に一致），遷移めて中性子回折により充放電過程の結晶構造の状岩塩型構造を持つ LiMO2 系材料（M：遷移金属層の遷移金属と置換したリチウムは，充放変化を捉えることに成功した．今回の研究成果

金属）に着目し，従来の中性子回折法では困難電中に係わらないことがわかった．つまり，こは，今までは原因がわからずリチウムイオン電であった電気化学的な充放電プロセスにおけるれまで不明だった充放電過程に電極特性のさま池の長寿命化の妨げとなっていた，電極特性の構造変化の検討を試みた．充電後の電池の正極ざまな劣化の要因が in situ で解明される可能充放電過程の劣化要因の解明に高い期待が持て

合材に含まれる約 8mg の正極活物質について性が示唆され，リチウムイオン電池の高性能化ることを示唆している．

リートベルト法を用いて結晶構造を解析した結を目指す研究展開が期待される．

リチウムイオン電池は，繰り返し充放電が可果，リチウム組成，カチオンミキシング，MO6（東京理科大学理工学部

能な二次電池の一つで，携帯，PC，自動車の八面体の歪み，Bond Valence Sum の変化を捉

連絡先：〒 278-8510

電源として広く使用され，注目されている．こえることに成功した．このように，コインタイ

URL：http://www.rs.noda.tus.ac.jp/idemotol/のリチウムイオン電池の更なる高性能化を実現

プセルの正極自体で解析を行なえた成果は世界index.html

するためには，結晶構造の観点からの材料設計でも初めてである．通常，中性子回折には多くを行うことが必要不可欠である．特に，リチウの試料（1g 以上）を要するため，コインタイ◇新刊紹介◇

教授

井手本康野田市山崎 2641）［2011 年 2 月 3 日原稿受付］

重量を 1/8 にする「ファクター 8」を目指していくことが謳われている．
原田幸明・河西純一著

動き出したレアメタル代替戦略

本書の企画は 2010 年 4 月の段階であり，企画から出版までのスピードが速く，データとしても最新のものが数多く盛り込まれている．幅広い読者

日刊工業新聞社，A5 判，237pp.

層に自信を持ってお勧めできる 1 冊である．本誌 2011 年 1 月号の「希土類定価 2,100 円（本体 2,000 円 + 税），2010 年 11 月（レアアース）」特集号とあわせて読めば，理解が一層深まるはずである．

ISBN 978-4-526-06541-5

本書の構成は以下の通りである．
序章

資源は果たしてあるのか

世界的な資源獲得競争が繰り広げられる現在，レアメタル（希少金属）

Ⅰ章

我が国の必須元素：レアメタルの供給リスクにどう対処していくかが喫緊の課題となっている．「新鉱Ⅱ章

資源リスクが増大している床の開発」や「リサイクル技術の高度化」が重要であることは言うまで

Ⅲ章

枯渇性資源の持続可能な利用は可能かもないが，今後，途上国の経済成長にともないレアメタルの絶対的な需Ⅳ章

レアメタル代替の取り組みの前進要量が増加することは疑いない．そこで，資源問題を根本から解決し得Ⅴ章

元素代替のフロンティア─理論と技術を伴った発想の転換が可能性を広げるるキーテクノロジーとなるのが「代替材料技術の開発」である．
本書は，経済産業省・文部科学省の連携による「希少金属代替・元素

Ⅵ章

不足元素の代替から戦略元素の創出へ戦略プロジェクト」の研究成果をベースとし，豊富な具体例に基づいてⅦ章

ファクター 8 で持続可能な資源利用へ代替材料技術開発のアプローチを詳しく解説したものである．統計デー
タ集的な類書が多い中，本書では各希少元素ごとに具体的にどのような最後に，堅苦しくなりがちな解説書を手に取りやすくできるように，代替が可能なのか，わかりやすく事例を挙げながら丁寧に解説されてお著者のお嬢さんの手による，かわいいサルのイラスト（さるる）が随所り，読み物としても大変優れた一冊となっている．まとめとして，21に添えられている．こうした工夫も本書の魅力と言えるだろう．

世紀の新しい錬金術「Nano-alchemy」へと読者を招待しつつ，資源端セラミックス

46（2011）No. 3（編集委員鈴木義和）

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