hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プラズマによる塗膜剥離の簡易システム構築

なお平成27年度中に,これまでの研究成果をまとめた学術論文を投稿したが,査読の結果,その内容(構成)を再検討したため,掲載不可となった。この学術論文投稿については,平成28年度に再度投稿する予定である。以上の事から,研究の目的の達成度は「おおむね順調に進展している。」と言える。本研究室では大気圧プラズマ(以下,プラズマ)を用いて塗装と塗装を施す素地の付着力を向上させる研究を行ってきた。しかし船舶の塗装は多層に施される。そのため,塗装を施した表面に塗布される塗装の付着性を向上させる研究の過程で,塗装された表面にプラズマを照射する事で,その塗装が剥離し易くなる傾向が得られた。そこで本研究では,大気圧プラズマを塗装後の表面に照射することで,その塗装が剥離し易くなる傾向(条件),そのメカニズムを検証することを目的とした。塗装した表面にプラズマを照射することで,その塗装が剥離し易くなる条件として,これまでの実験の結果より,プラズマ照射距離は10 mm,かつ印加電圧が12 kV(周波数12.5 kHz)で生成したプラズマを塗装された表面に照射することで,未処理のサンプルと比較して,小さな剥離荷重で塗装を剥離させることがわかった。またプラズマを照射したサンプルの結果から,剥離荷重は増加傾向と減少傾向の2つがあることが実験結果により分かった。なお簡易画像処理により算出した剥離率は,プラズマを照射していないサンプルの平均値が約15 %に対し,プラズマを照射したサンプルは全てにおいて80 %以上の結果が得られた。この剥離荷重の変化(増減)は,プラズマの持つエネルギーが塗装を加熱することによって架橋反応が生じる。これにより,分子間の電子的結合力に影響を及ぼしたことが原因と考えられる。以上を踏まえ,塗装された表面にプラズマを照射する事で,その塗装が剥離し易くなるメカニズムとして,簡易的な実験による検証ではあるが,プラズマを照射したことによる,熱エネルギーが起因していることが示唆された。また,この熱エネルギーにはプラズマ中に生成されるストリーマの影響も起因している事も,実験結果から推測された。本研究は,塗装後の表面にプラズマを照射することで,その塗装が剥離し易くなる傾向(条件)の確認および,そのメカニズムを検証することを目的した。塗装が剥離し易くなる条件として,電源容量の大きい電源(1,200 VA)を用いて,プラズマ照射距離10 mm,照射時間1分,印加電圧12 kVの時に最も塗装が剥離し易くなった。また塗装が剥離し易くなるメカニズムとしては,プラズマの持つエネルギーが起因し,塗装内部で架橋反応が生じ,それが分子間構造に影響を及ぼしたためと推察された。平成26年度の研究成果から,大気圧プラズマを塗装した表面に照射することで,その塗装が剥離し易くなる傾向を改めて確認する事ができた。また,そのメカニズムについても表面組成分析の結果から,検証・推察する事ができた。なお塗装が剥離し易くなるメカニズムは,大気圧プラズマ中に生成される活性種が起因する化学的作用,つまり表面組成の変化によるものでは無い事が分かった。現在は,大気圧プラズマが持つ熱エネルギーが塗装面に作用する熱応力の影響か,同プラズマ中に存在する荷電粒子による影響と推察している。
運動時の中枢性循環調節機序―視床下部結節乳頭核―延髄孤束核系の役割について―

運動時には血圧と心拍数が上昇する。この現象は一般認識と言っても過言ではない。この循環反応は活動筋や脳への血流分配に寄与しており、運動パフォーマンスの維持に極めて重要である。運動時の循環調節は、自律神経活動を支配する脳の機序に帰するところが大きいがその詳細は今なお不明である。本研究では運動時循環調節に関わる脳内神経経路について調べた。その結果、ヒスタミン作動性神経系による結節乳頭核ー孤束核系の賦活化がその機序の一部を担っていることが示された。我々はこれまでに、延髄孤束核におけるヒスタミン受容体H1を介した循環反応は運動時のそれと類似していることを明らかにした。ヒスタミン神経細胞は主として視床下部結節乳頭核に分布していることが知られている。本研究では、運動時の中枢性循環調節の機序を調べることを目的とし、視床下部結節乳頭核ー孤束核系の役割について調べた。ラットの孤束核に逆行性神経トレーサーであるfluoro-goldを投与した結果、腹側結節乳頭核を中心とした細胞群が標識された。一方背側結節乳頭核の細胞群はほとんど標識されなかった。麻酔下ラットの腹側結節乳頭核をマイクロ同心円電極で刺激したところ、動脈圧、心拍数ならびに腓腹筋血流量の増加が認められた。尚、組織学的手法により刺激部位が腹側結節乳頭核であることを確かめた。また、孤束核にヒスタミン受容体H1アゴニスト(2-pyridylethylamine dihydrochloride)を微量投与したところ同様に、昇圧、頻脈、および筋血流量の増加と、動脈圧受容器反射の減弱を認めた。次に、H1受容体アンタゴニストであるcetirizine dihydrochlorideを孤束核に投与してから結節乳頭核電気刺激による循環応答について観察したところ、一部のラットでは刺激前に比べて昇圧反応の減弱(昇圧量や昇圧速度の低下、昇圧開始の遅延など)が認められた。血圧測定用のテレメトリーを用いた慢性実験では、腹側結節乳頭核を破壊すると、特にラットが活動している暗期に動脈圧が低値を示す傾向にあった。以上より、運動などの身体活動時の循環調節には腹側結節乳頭核ー孤束核系を介したヒスタミン作動性神経系が少なからず関与している可能性が考えられた。我々はこれまでに、運動時の中枢性循環調節の一機序として、孤束核におけるヒスタミン受容体H1が関与している可能性を報告した。ヒスタミン神経系は視床下部結節乳頭核を中心に脳全体に投射されていることが知られているので、本研究では、運動時の循環調節の機序を調べる一助として、視床下部結節乳頭核ー孤束核系の役割について調べた。次に孤束核にヒスタミン受容体H1アゴニストを微量投与したところ同様に、昇圧、頻脈、および筋血流量の増加を認めた。しかし、結節乳頭核電気刺激前にH1受容体アンタゴニストであるcetirizine dihydrochloride(1nmol/50nl)を孤束核に投与しても電気刺激依存性循環応答はほとんど減弱しなかった。また、血圧測定用のテレメトリーを用いて、腹側結節乳頭核破壊が覚醒ラットの動脈圧に及ぼす影響について観察したところ、特にラットが活動している暗期に動脈圧が低値を示す傾向にあった。以上より、運動などの身体活動時の循環調節にはには腹側結節乳頭核のヒスタミン作動性神経系が関与している可能性が考えられるが、腹側結節乳頭核ー孤束核系の関与は低い可能性が示唆された。また、免疫組織学的手法により腹側結節乳頭核のみならず、その近傍や背側結節乳頭核にも非常に豊富なヒスタミン作動性神経細胞が存在していることがわかった。すなわち、ヒスタミン作動性神経系を介した背側結節乳頭核ー孤束核系なども運動時の循環調節に関与している可能性が新たに考えられ、今後この点についてさらに検討していく予定である。ヒスタミン神経細胞体は主として視床下部結節乳頭核に分布していることが知られている。

麻酔下ラットの腹側結節乳頭核をマイクロ同心円電極で刺激したところ、動脈圧、心拍数、交感神経活動ならびに腓腹筋血流量の増加が認められた。尚、組織学的手法により刺激部位が腹側結節乳頭核であることを確かめた。また、孤束核にヒスタミン受容体H1アゴニスト(2-pyridylethylamine dihydrochloride)を微量投与したところ同様に、昇圧、頻脈、および筋血流量の増加と、動脈圧受容器反射の減弱を認めた。次に、H1受容体アンタゴニストであるcetirizine dihydrochlorideを孤束核に投与してから結節乳頭核電気刺激による循環応答について観察したところ、刺激前に比べて昇圧反応の減弱(昇圧量や昇圧速度の低下、昇圧開始の遅延など)が認められた。血圧測定用のテレメトリーを用いた慢性実験では、腹側結節乳頭核を破壊すると、特にラットが活動している暗期に動脈圧が対照群に比べ低値を示し、また運動中の昇圧反応の減弱を認めた。以上より、運動などの身体活動時の循環調節には腹側結節乳頭核ー孤束核系を介したヒスタミン作動性神経系が少なからず関与している可能性が考えられた。生理学交付申請書の「研究実施計画」に記載した実験を概ね遂行することが出来た。当初、平成25年度は背側結節乳頭核の電気刺激を行うことも予定していたが、逆行性神経トレーサーを用いた実験より、孤束核投射性ヒスタミン作動性神経は主として腹側結節乳頭核からの投射であることが明らかとなり、平成24年度と同様に腹側結節乳頭核の電気刺激実験を継続することにした。テレメトリーを用いた慢性機能実験についても、交付申請書に記載した内容に従って実験を行ったが、目的とした場所を正確に破壊できないケースが多いなど、腹側結節乳頭核の役割を結論付けるに至らなかった。これまでの実験成果は、当初の研究仮説を概ね支持するものであるが、平成26年度も引き続き同様の実験を継続する必要がある。また、平成25年度は、孤束核内ヒスタミンの圧受容器反射に及ぼす影響についても調べた。その結果、孤束核内ヒスタミンは、圧受容器反射感度を減弱させることがわかり、運動時とは異なる循環反応も一部惹起することを明らかにした。以上より運動時の中枢性循環調節にはヒスタミン作動系だけではなく、圧受容器反射を亢進させる系(例えばセロトニン系など)が混在する可能性があるなど、新たな研究仮説を立てることも出来た。交付申請書の「研究実施計画」に記載した実験をほぼ全て遂行することが出来た。結節乳頭核刺激と延髄孤束核への薬物微量注入実験は、予想していたよりも困難であり、必要以上に実験時間を要したこと、一部予想と異なる結果が出たことなどから、派生的な実験(テレメトリー実験や背側結節乳頭核の電気刺激実験など)を行う必要もあった。従って当初予定していた延髄腹外側野などへの薬物微量注入実験は十分に行うことが出来なかった。しかし、全体としては当初予定していた研究を概ね全て行っており、また、新たな研究仮説を立てるに至るなど、十分な研究成果を得ることが出来たと考えている。平成26年度も引き続き平成25年度の急性、慢性実験を継続する。特にテレメトリーを用いた慢性機能実験では、腹側結節乳頭核破壊が自発性走運動時の循環調節に及ぼす影響について詳細に調べる。また、自律神経系機能の解析もテレメトリーより得られた血圧シグナルより解析する。平成25年度も引き続き平成24年度の研究を継続する。
ロボットシステムの階層型知的制御とヒューマンインタフェースに関する研究

人間と機械の知的な協調型問題解決機構を構築するため移動ロボットシステムをとりあげその階層型知的制御等の検討を行った.従来の方法論をさらに検討し各方法論の理論的拡張およびシステム構築を検討した.本年度の研究成果はつぎのとおりである.移動ロボットにおいて知覚運動協応の考え方を取り入れた行動型ロボット制御系を構築し,その行動出力を学習システムに入力することによって環境識別を行った.人間とロボットの知覚行動能力および認識構造の相違のため環境に対する認識には差異が生じるが,環境認識システム各部の特性と人間の環境認識との比較によりその関係の考察を行った.これにより環境に対する知覚行動や識別の安定化および認識向上など認識システム構築に関する知見を深めた.また,不確かさの表現として人間の主観性が含まれる状況における可能性理論による表現法の考察およびシステム設計に際しての多目的性の検討を行った.すなわち,システム上位層で実行される数理計画法の基礎的問題として多目的多レベル線形計画問題において係数が区間である場合の問題を検討し有効性判定の高速解法を検討した.これによりロバストな有効解と区間の端点集合との関係が明らかにされた.また多目的線形計画問題の解生成法の改良も検討した.さらに,上位層での人間の指示に対して下位層では単に反射的に行動を行うのではなくより適切な行動計画に基づいて計画制御を行う必要があるため,不確かさを区間係数で表現する多目的区間計画問題を経路計画問題へと適用を試みた.以上により,不確かな情報および多目的性に柔軟に対応が可能な知的な問題解決機構の検討がなされた.本研究の目的は,人間と機械の知的な協調型問題解決機構を構築するための方法論の確立である.そのために具体的な研究対象として移動ロボットシステムをとりあげ,その階層型知的制御およびヒユーマンインタフェースの検討を行うことにより目的を達成する.初年度はこれまでに申請者が提案してきた方法論を再検討し,各方法論の理論的拡張およびアルゴリズムの構築を検討した.本年度の研究成果は以下のとおりである.不確かさの表現として,確率理論とともに可能性理論による表現方法が注目を集めている.また同時にシステム設計に際しては多目的性を十分に考慮することが必要とされる.本年度はこれらに関して,システム上位層での計画的行動として利用される数理計画法の基礎理論の検討をさらに深めるとともに高速な解法アルゴリズムを開発するため,可能性理論の基礎となる区間の取扱いにとくに注目した区間係数を有する多目的計画問題の最適性について新たな知見を得た.これによりロバストなパレート最適解と区間の端点集合との関係が明らかにされ,パレート最適解判定の高速アルゴリズムの開発が期待されることとなった.人間とロボット間で環境の認識・理解情報を共有する際に重要となる点は,人間とロボットは知覚や運動能力において機能的にかなりの相違点があることである.この問題に対する解決策として,これまで知覚運動協応の考え方を取り入れた行動型ロボット制御系の構築を試みてきた.本年度はとくに各行動モジュールからの出力をAdaptive Resonance Theoryを用いた学習システムに入力することによって,環境のカテゴリー化を行うことによりロボットと人間の環境認識の差異に関する比較検討を行った.人間と機械の知的な協調型問題解決機構を構築するため移動ロボットシステムをとりあげその階層型知的制御等の検討を行った.従来の方法論をさらに検討し各方法論の理論的拡張およびシステム構築を検討した.本年度の研究成果はつぎのとおりである.移動ロボットにおいて知覚運動協応の考え方を取り入れた行動型ロボット制御系を構築し,その行動出力を学習システムに入力することによって環境識別を行った.人間とロボットの知覚行動能力および認識構造の相違のため環境に対する認識には差異が生じるが,環境認識システム各部の特性と人間の環境認識との比較によりその関係の考察を行った.これにより環境に対する知覚行動や識別の安定化および認識向上など認識システム構築に関する知見を深めた.また,不確かさの表現として人間の主観性が含まれる状況における可能性理論による表現法の考察およびシステム設計に際しての多目的性の検討を行った.すなわち,システム上位層で実行される数理計画法の基礎的問題として多目的多レベル線形計画問題において係数が区間である場合の問題を検討し有効性判定の高速解法を検討した.これによりロバストな有効解と区間の端点集合との関係が明らかにされた.また多目的線形計画問題の解生成法の改良も検討した.さらに,上位層での人間の指示に対して下位層では単に反射的に行動を行うのではなくより適切な行動計画に基づいて計画制御を行う必要があるため,不確かさを区間係数で表現する多目的区間計画問題を経路計画問題へと適用を試みた.以上により,不確かな情報および多目的性に柔軟に対応が可能な知的な問題解決機構の検討がなされた.
軸スイッチング現象が生じない長方形噴流ノズルの開発

長方形噴流は様々な機器に利用されるが、軸のスイッチング現象のために、噴流の断面形状は長軸と短軸が入れ替わり、三次元的に変形する。この原因は、ノズル角部から発生る渦糸の非一様曲率に伴う自己誘起速度の不均一性に起因する。本研究では、考案した2つのデバイス(テーパ短管とプラズマアクチュエータ)によって長方形ノズルの角部付近から発生する渦の強さを弱めて、下流域まで長方形噴流の形状が維持される高性能ノズルを開発する。
重い中間子系の混合状態

1.中性B中間子が持つ基本パラメターのひとつである粒子反粒子混合パラメターをいくつかの方法で精密測定した。セミレプトニック崩壊事象を用いた方法からは0.503+-0.008+-0.010という結果を得た。単位はピコ秒分の一で誤差はそれぞれ統計誤差と系統誤差である。ハドロニック崩壊事象を用いた方法からは0.528+-0.017+-0.011の結果を得た。このほかいくつかの方法による測定結果はすべてお互いによく合っている。現在世界中で使われているB中間子混合パラメター値の決定に大きく寄与した。2.混合現象に現れる可能性があるCPT対称性の破れをセミレプトニック崩壊事象を用いて探索した結果、このような異常現象はあったとしても10%以下であることを確立させた。まだ不十分な測定感度だが初めてB中間子混合現象でのCPTの破れについての上限を与えた意義は大きい。3.B中間子混合現象でのCP対称性の破れをセミレプトニック崩壊事象を用いて探索し、上限を決めた。得られた結果はエプシロンBと呼ばれるパラメターで-0.0003+-0.0020+-0.0017で、ゼロであることと一致する(誤差は統計誤差と系統誤差)。この結果は現在のところ、世界で最も厳しい制限を与える。標準模型ではこの量は0.001より小さくなるはずで測定結果と一致している。標準模型を超える新しい物理がB中間子混合現象に介在した場合、この量が数パーセントと大きくなることが予想されるが、今のところそのようなことは起きていない。4.中性B中間子がD*中間子とパイ中間子に崩壊する際にB中間子の混合現象によって引き起こされると予想されているCP対称性の破れパラメターsin(2phi1+phi3)の測定を行った。結果は統計誤差約6パーセントの範囲でゼロと一致していて、まだ統計的に有意な結果にはいたっていない。しかし、解析の副産物として測定されたB中間子の寿命と混合パラメターが正しく測られていることから解析手法が確立されたと考えらる。今後データ量が増えるにつれて有意な結果にいたる道筋を作った。1.本年度の夏までに収集された約3,000万例のB中間子反B中間子対のデータ解析を通じて4通りの方法でB^0中間子混合パラメターを測定し、結果か解析方法によらず、一義的に決まることを確認した。これらの結果は現在投稿準備中。2.混合パラメーターの測定に必要なレプトン同定方法、崩壊時間の測定方法などの各種解析手法を確立した。3.混合現象を媒介して起きるB^0中間子系の非保存現象をB^0とB^^-^0がチャーム粒子と中性K中間に崩壊する過程で、探究し、始めて、その存在を発見し、その大きさを測定した。この結果が、小林益川理論の予言と、よく合っていることを確認した。結果はPhysical ReviewLetters誌8月号に発表された。4.B^0中間子系で混合が媒介して起きるCP非保存があると考えられている崩壊過程のうち、3.で述べたもの以外のいくつかのケースで、CP非保存の探究を試みた。B^0中間子系では大きな混合があることがすでに知られている。

電弱相互作用の高次項によって誘発されると考えられているこの混合現象はΔm_dと呼ばれる量で記述され、素粒子標準模型の最も基本的なパラメータのひとつである。本研究はこのパラメータをいくつかの異なる方法で精密に測定して、標準模型だけで記述が可能なのか、それとも新しい現象の導入が必要なのかを見極めようとするものである。14年度は、これまで蓄積されたデータの解析から4つの異なる方法によるΔm_dを2%から3%の精度で測定することに成功し、結果を論文としてまとめることが出来た。4つの平均をとるとという結果になる。これまで最も精度のよい結果である。この結果を用いてΔm_dに影響を与える可能性のある新現象のうち、OPT対称性の破れを探索した。もしCPT対称性が破れているならば、粒子と反粒子の質量は同じである必要はなくなる。求められた上限はとなった。この探索は今後さらにデータ量を増やして続ける予定である。この精密検証は、最近活発に研究されている超弦理論と密接に関係していて興味深い。B^0中間子系では大きな混合があることがすでに知られている。その大きさを表すΔm_dと呼ばれる量は素粒子標準模型の最も基本的なパラメータのひとつである。本研究では昨年度までの研究成果として、Δm_dを約1%の精度で決定することに成功した。今年度はこの結果を用いてΔm_dに影響を与える可能性のある新現象のうち、CPT対称性の破れとΔΓと呼ばれるβ^0中間子系のふたつの質量固有状態の寿命の差の測定を試みた。標準模型ではいずれもゼロに近い小さな値になるはずである。これまでの結果では、いずれも数パーセント以下という結果をえた。今後さらに精度を上げていく予定である。粒子と反粒子の崩壊過程の違いを表すCPの破れのうち、B^0中間子の混合によって引き起こされる現象の精密測定も本研究のスコープに入っているが、今年度は新たにB^0→π^+π^-とB^0→π^+π^-の時間依存性の違いを有意に確立した。さらにB^0→φK_SとB^^-^0→φK_Sが示すCPの破れが標準模型からの予想と大きく違っていることを発見した。これは標準模型を越える新しい物理の存在を示唆するもので、今後さらに追求する必要がある。1.ウプシロン(4S)の2レプトン崩壊事象を用いた電荷非対称性の解析から純粋にB中間子混合現象で起きるCP非対称性パラメターの大きさの上限を決めた。得られた結果は(-0.3+-2.0+-1.7)x10**(-3)で、ゼロであることと一致する(誤差は統計誤差と観測誤差)。この結果は現在のところ、世界で最も厳しい制限を与える。標準模型を超える新しい物理がB中間子混合現象に介在した場合、この量が数パーセントと大きくなることが予想されるが、今のところそのようなことは起きていない。2.中性B中間子がD*中間子とパイ中間子に崩壊する際にB中間子の混合現象によって引き起こされると予想されているCP対象性の破れパラメターsin(2phi1+phi3)の測定を行った。結果は統計誤差約6パーセントの範囲でゼロと一致していて、まだ統計的に有意な結果にはいたっていない。しかし、解析の副産物として測定されたB中間子の寿命と混合パラメターが正しく測られていることから解析手法が確立されたと考えられる。今後データ量が増えるにつれて有意な結果にいたる道筋を作った。3.2.で行われた解析ではD*中間子を完全再構築する手法がとられたが、部分再構築する手法も試みられた。
R-L-Diode回路のカオス同期とそのSecure通信への応用可能性

R-L-Diode回路はその単純さにもかかわらず、豊かな分岐現象(周期倍分岐、saddle-node分岐、intermittency,crisis,chaos等)が観測される。我々の様な工学の分野だけでなく物理学の研究者達もこの回路を研究している理由の一つはこの系には人工的(artificial)な部分が全くない自然な系だからと思われる。1.カオス同期の実験的検証2.カオス同期の理論的正当化。これによりR-L-Diode回路は、実験/理論両面からカオス同期が確認された数少ない系のひとつとなったと考えられる。3.より一般廷クラスの非線形ダイナミカルシステムがカオス同期を起こすための十分条件を与え、いくつかの具体的系へ適用した。条件付Lyapunov数を用いないのが本質です。4.Chaotic maskingはカオス的ふるまいを示す系の状態変数で、情報信号(例えば音声)をおおてしまい(masking)それを通信系を通して送り、受信側で適当な同期系を構成してもとの情報信号を復元しようとするものである。本研究で検討しているR-L-Dide回路で情報信号を音楽として実験を行い、復号可能性を確認した。5.Maskingに附随して新しいopen problemが二つ発生した:(i)"復号"された信号はもとの情報信号(音楽)の振巾の約70倍となり、カオス同期系に増巾メカニズムが組み込まれている事がわかった。が、何故贈巾が起こるかは未解決である。6.関連する研究として、R-L-Diode回路の大域分岐構造を明らかにした。この系の自然さは、ほとんど同じ形の式(ダイナミクス)が全く異なる分野から生じることからも理解される。例えば、Gear Meshingの問題に我々が観測した分岐現象(choas的アトラクタも含め)と極めてよく似たものが報告されているし、complaint off-shore structureと呼ばれる系でも同様なダイナミクスがあらわれる。本研究の成果は三つある。1.この系でPecora-Carrol同期を実験で観測した事;2.この系を記述するダイナミクス(微分方程式)がPecora-Carrol同期をすることの証明を与えた事;3.この系を用いたsecure通信への応用可能性の初期的実験を行った事;1.R-L-Diode回路はその単純さにもかかわらず、豊かな分岐現象(周期倍分岐、ssaddle-node分岐、intermittency、crisis、chaso等)が観測される。これはカオス的ふるまいを示す系の状態変数で、情報信号(例えば音声)をおおってしまい(masking)それを通信系を通して送り、受診側で適当な同期系を構成してもとの情報信号を復元しようとするものである。本研究で検討しているR-L-diode回路で情報信号を音楽として実験を行い、復号可能性を確認した。2.昨年度実験的に確認したPecora-Carrolカオス同期では励振電圧源の周波数、位相、そして振巾がMaster系のみならず、slave系でも既知であったが、今年度はslave系では周波数も位相も未知な場合でも周期が可能である事を確認した。1.R-L-Diode回路はその単純さにもかかわらず、豊かな分岐現象(周期倍分岐、saddle-node分岐、intermittency,crisis,chaos等)が観測される。

我々の様な工学の分野だけでなく物理学の研究者達もこの回路を研究している理由の一つはこの系には人工的(artificial)な部分が全くない自然な系だからと思われる。Pecora-Carrolカオス同期と関連してchaotic maskingというパラダイムが提案されている[Cusmo and Oppenheim,Phys.Rev.Lett.1993]。これはカオス的ふるまいを示す系の状態変数で、情報信号(たとえば音声)をおおってしまい(masking)それを通信系を通して送り、受信側で適当な同期系を構成してもとの情報信号を復元しようとするものである。本研究で検討しているR-L-Diode回路で情報信号を音楽として実験を行い、復号可能性を昨年度確認したが、それに附随して新しいopen problemが二つ発生した:(i)“復号"された信号はもとの情報信号(音楽)の振巾の約70倍となり、カオス同期系に増巾メカニズムが組み込まれている事がわかった。が、何故増巾が起こるかは未解決である。2.第一年度に得たカオス同期の理論的正当性は、R-L-Diode回路に特化したものであったが、より広いクラスの一般的非線形ダイナミカルシステムへも適用可能である事を示した。
南スーダンにおける紛争解決と平和構築に関する研究

本研究の目的は、2013年から南スーダンで継続している内戦に関して、紛争の背景と経緯、内戦から逃れた避難民の生計活動の実態を明らかにすること、そして、南スーダン、エクアトリア地方における国家と地域社会との政治・経済的関係を人類学的に検証することである。平成26年度は、内戦により南スーダンへ入国できないため、隣国のウガンダで、7月から2月までの約半年間、現地調査を実施した。調査は、キリヤドンゴ難民村および首都カンパラで南スーダンからの難民を対象に行った。難民村では、新旧の難民を対象に、個々の難民がどのように紛争を逃れ難民村へ避難したか、また、難民村でどのような生活を送っているかに関して調査を行った。また、カンパラでは、難民村と都市部の難民との間の社会的ネットワークに関する調査を行った。さらに、難民の調査と並行して平成25年度から調査を続けている南スーダンのロピット(Lopit)の社会組織と歴史に関する聞き取り調査も実施した。まず、内戦に関する調査では、50人の難民にインタビューを行い、首都ジュバを始め各州における紛争と避難状況に関する聞き取り調査を実施した。次に、難民の生計活動については、数人の難民に対し食生活の参与観察を行うとともに、85人の難民にアンケートを用いた聞き取り調査を行った。難民村と都市部の社会ネットワークの調査に関しては、難民村と首都においてそれぞれ数人を対象に聞き取り調査を行った。最後に、南スーダンのロピットの民族史に関する調査では、難民村のロピット人から、社会組織と歴史、およびコミュニティ間の紛争に関する聞き取り調査を行った。この調査に関しては、ウガンダの国立公文書館でイギリスの植民地下で書かれた公文書に関する文献調査も行った。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、2011年にスーダンから分離独立した南スーダンにおいて、長期の内戦が地域社会に及ぼした社会的影響と、内戦後の地域社会が直面しているコンフリクトを調査することで、国家と地域社会との政治・経済的関係と地域社会に生きる人々の主体的な活動を人類学的に考察することである。平成25年度の現地調査は、10月から12月にかけて南スーダンのロピットで実施した。調査では、生業、言語および社会システムに関する参与観察調査を行った。伝統的なロピット社会は、雨の首長、土地の首長そして年齢組織が政治の中心的な役割を果たしてきた。雨の首長は呪術的な力をもつ宗教的な存在である一方、土地の首長や壮年の年齢組織は政治的、軍事的、法的な力をもち、集落全体の意思決定を担ってきた。ロピットの複数の集落において聞き取り調査を実施し、ロピットの民族史に関する情報収集に努めた。調査の結果、ロピットは、雨の首長、土地の首長、そして年齢組織の差異によっていくつかのサブ・グループに分けられることが明らかになった。奴隷交易や植民地支配など外的な影響を受ける19世紀以前から、ロピット周辺では各民族集団による頻繁な移動があり、現在のロピットが形成されてきたことが指摘できる。また、2度の内戦は、ロピット社会にも影響を与えた。とくに第二次内戦(19832005年)は、スーダン人民解放運動/スーダン人民解放軍(SPLM/SPLA)とスーダン政府軍との対立に加えて、SPLM/SPLA内の分裂によって紛争は泥沼化し、死者250万人以上、国内避難人および難民500万人以上という被害を出した。ロピット周辺においても民族集団、集落間の対立が顕著になり、地域紛争の激化と住民の武装化が進んだ。内戦以前は友好的だった隣接民族との間で、家畜の掠奪が頻発し、通婚や物々交換によって維持されていたつながりは失われた。内戦によって激化した民族集団間、集団内の対立は、内戦後も根本的に解決されていないか、もしくは新たな対立が生まれつつさえあるが、こうした葛藤の背景には、伝統的な社会集落内部での対立や長期化した内戦の影響だけでなく、独立後の南スーダン政府の国内統治における問題も明らかになった。現地調査で得られた知見は、日本国内での学会および南スーダンにおける国際フォーラムで発表した。なお、12月以降、南スーダンは首都ジュバでの銃撃戦以降、各地で戦闘が発生したため、南スーダンでのフィールドワークを中断し、3月にオーストラリアでロピットの民族史に関する補足調査を実施した。

次に、難民の生計活動については、数人の難民に対し食生活の参与観察を行うとともに、85人の難民にアンケートを用いた聞き取り調査を行った。難民村と都市部の社会ネットワークの調査に関しては、難民村と首都においてそれぞれ数人を対象に聞き取り調査を行った。最後に、南スーダンのロピットの民族史に関する調査では、難民村のロピット人から、社会組織と歴史、およびコミュニティ間の紛争に関する聞き取り調査を行った。この調査に関しては、ウガンダの国立公文書館でイギリスの植民地下で書かれた公文書に関する文献調査も行った。26年度が最終年度であるため、記入しない。ロビットの関する社会システムの関する調査では、これまで報告例がなかった年齢組織の地域的差異および雨の首長の系譜に関する民族伝承を収集することができただけではなく、内戦下におけるロビット社会と周辺民族との関係の変化に関する情報を収集することができた。その結果、内戦後のロピットにおけるコンフリクトの歴史的背景が明らかになった。研究結果は国内学会および国際フォーラムで発表した。当初、本研究は南スーダンにおけるフィールドワークによって、独立後の地域社会における紛争解決と平和構築に関する研究を行う予定であったが、2013年12月以降、南スーダンで発生、拡大した戦闘によって、南スーダン国内でのフィールドワークは困難になった。国連の発表によると、現在進行形の国内の戦闘によって、すでに死者10,000人以上、国内避難民および難民100万人以上のいう甚大な被害が出ている。現状を踏まえ、今後、研究計画の変更を計画している。具体的には、ウガンダの難民村と都市部における南スーダン人を対象にして、南スーダン難民の社会的生活およびネットワークの創造と断絶を、彼らが置かれた政治・経済的状況から調査、研究していく。
地形・植生数値情報による多摩丘陵の環境・景観復元

3ヶ年にわたる研究の最終年度である今年度は、以下の2点に関する検討を行った。(1)前年度までの研究において開発した環境情報可視化システムの実用化検討の一環として、住宅地開発計画の流れの中での位置づけを行った。(2)開発計画の検討を支援するシステムへの、国土数値情報や細密数値情報など、既存整備情報の利用可能性に関して検討した。(1)数値情報処理による支起システムコンピューターを用いた可視化システムを伴う数値情報処理を組み込んだ環境検討の手法が確立すれば、地形改変などの大規模な環境変化を伴う空間整備計画の際に力を発揮するツールとして、環境の保全・開発計画に活用することが可能となる。ビジュアルなアウトプットとして、複雑にからむファクターを整理して提示できること、また開発による影響把握や代替案の比較検討を、コンピューターとの対話を通して最適な計画に収斂させ得ることなどに配慮して、開発計画の流れの中での位置づけを検討した。可視化システムが主体であることの他、原環境を復元・検討することで地域特性の検討をより深めている点、環境を景観および生態の2側面からポテンシャル評価を行っている点に特微がある。(2)既存整備情報の利用検討既存整備情報である「国土数値情報」「細密数値情報」の、標高データの整備スケールは、250mと100mである。昨年度までに作業した50mメッシュによる地域特性やポテンシャル評価との比較検討を行った結果、250mメッシュでの検討では、このレベルでの一連の検討に活用することはできない。一方、100mメッシュによる細密数値情報に関しては、多くを期待することはできないが、全体としての傾向や、概要の把握は十分可能であると判断される。しかし、詳細な検討を行う場合には、50m以下のスケールでのデータ整備が必要となる。
ウランの体内挙動と毒性影響の解析～ナノビームを用いた細胞選択的検出～

劣化ウラン弾汚染や原子力エネルギーが再注目されていることなどを背景に、ウランの生体影響研究の必要性が生じている。ウランの組織局在性と組織障害との関係は十分に理解されておらず、ウランの生体影響評価に資する科学的根拠は乏しい。本研究では、ナノビームを用いた新たなウラン測定手法を確立し、これを用いてウラン蓄積と毒性発現の関係を調べた。ウランは腎臓の下流部位の近位尿細管に選択的に蓄積し毒性を生じること、そのウラン局在量は投与量の500倍以上に匹敵し、標的細胞においては高濃度にウランが濃集していることが明らかとなった。劣化ウラン弾汚染や我が国での再処理工場の試運転の開始、世界各国のエネルギー情勢の変化で原子力エネルギーが再注目されていることなどを背景に、ウランの生体影響研究の必要性が生じている。ウランは放射線毒性のみならず化学毒性を有するが、ウランの組織局在性と組織障害との関係は十分に理解されておらず、ウランの生体影響評価に資する科学的根拠は乏しい。本研究では、ナノビームを用いた新たなウラン測定手法を確立し、これを用いてウラン蓄積と毒性発現の量-反応関係を細胞レベルで明らかにすることを目的とする。本年度は、まずラットに酢酸ウランを投与し、投与後2週間までの経日的観察実験群を設定した。腎臓について、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)による組織中ウラン濃度測定条件を検討した。また、TUNEL染色によるアポトーシス誘導部位の同定、およびTUNEL陽性細胞の計数によりアポトーシス誘導の量的変化を調べた。次に、ウランの細胞選択的測定手法の確立のため、微小ビームを用いた高エネルギー領域のシンクロトロン放射光蛍光X線分析が行える唯一の施設である高輝度光科学研究センターの大型放射光施設(SPring-8)に利用申請した。薄切分析標準を用いて局所定量のための基礎データを取得し、腎臓薄切試料に対するウラン局所手法を確立した。本手法により、ウランは下流部位の近位尿細管に選択的に蓄積し、組織損傷を引き起こすこと、その部位選択的蓄積は腎臓平均ウラン濃度の30倍以上に達することが明らかとなった。本研究では、ナノビームを用いた新たなウラン測定手法を確立し、これを用いてウラン蓄積と毒性発現の量反応関係を細胞レベルで明らかにすることを目的とする。本年度は、微小ビームを用いた局所定量手法について、高エネルギーシンクロトロン放射光蛍光X線分析とマイクロPIXE分析の両者により空間分解能1ミクロン程度の精度での局所定量手法の確立に取り組んだ。腎臓におけるウラン標的部位を数ミクロン単位で正確に把握するため、元素イメージングと免疫組織染色との組み合わせ手法も併せて検討した。本手法により、ウラン投与ラット腎臓において、投与後2週間を過ぎても下流部位近位尿細管上皮にはウラン濃集箇所が存在し、その局所量は投与量の1000倍程度の濃度に達することがわかった。また、近位尿細管上皮のウラン濃集箇所は数ミクロン程度のごく微小領域のものも存在することが明らかとなった。近年、劣化ウラン弾汚染や世界的に原子力エネルギーが注目される情勢、それに伴う原子力資源獲得競争による環境負荷の懸念などを背景に、ウランの毒性影響に関心がもたれている。本年度は、これまでに確立した微小ビームを用いた局所定量手法を用い、ウラン標的部位である腎臓下流部位近位尿細管におけるウラン挙動と組織影響との関係を調べた。ラットに酢酸ウランを投与(0.5mg/kg)すると、3日後腎臓下流部位近位尿細管にはアポトーティック細胞が出現し、8日後にかけて増加した。また8日後には上皮細胞の脱落した下流部位近位尿細管が散在した。15日後には下流部位近位尿細管が多く分布する腎皮質内辺部および髄質外辺部に再生尿細管が認められた。ウランの濃集部位の近位尿細管上皮におけるウラン局在量の経時変化を解析したところ、投与後15日目では投与3日目の約20%程度に減衰した。この15日目の近位尿細管におけるウラン残存濃度は、投与後3日目の腎臓の平均ウラン濃度の10倍、15日目の40倍程度に相当した。

これらの結果から、ウラン急性腎毒性における尿細管回復期において、標的部位には相当量のウランが残存しており、さらに経日的にこの残存ウランの影響を検討する必要であると考えられた。
シリコンのマイクロ立体加工による超高感度磁気検出素子

本研究では、高信頼性,量産性,低コスト,センサとシリコン集積回路の一体化による高機能化など様々な特長を有するシリコン技術に基づく超高感度な磁気検出素子に関して研究を行った。これは、シリコンの立体加工によりソレノイド型コイルと高透磁率コアを形成したものを基本構造とし、フラックスゲート原理に基づき磁気検出を行うものである。最終的には、フラックスゲート磁気検出に必要な信号処理集積回路を同一デバイス上に構成することも可能である。本年度の研究においては、その基本構造素子の製作工程の確立及び実際に素子試作を行った。その結果、従来のシリコン磁気センサに比較して、格段の高感度特性(磁気感度:6V/T)と低オフセット特性(磁束密度換算オフセット:10μT)を達成した。このようなフラックスゲート型磁気センサの基本構造素子(軟磁性コア、励磁コイル、検出コイルからなる)のシリコン技術による実現は、世界的にもはじめての試みであり、その成果を第7回国際固体センサ・アクチュエータ会議にて発表した。また試作を通して、より高感度な素子を実現する上での問題点なども明らかとなった。軟磁性薄膜の磁気特性の向上のための下地の平坦化は、今後の重要な課題である。さらに、最も効率よく磁性コアを励磁するための励磁コイルと検出コイルの結合構造を調べるため磁場解析を行った。この結果、高感度化のための最適構造がほぼ明かとなり、この構造による磁気検出素子において予測される磁気感度として、1MHzの励磁周波数において1600V/Tが得られる見通しである。以上の結果は、今後の改良素子試作に向けた有用な成果である。
自己組織化モデルによる地方部の広域生活圏形成の可能性評価

我が国は、かつて経験したことのない継続的な人口減少と急速な少子高齢化の時代を迎えている。現在、集落崩壊が言われる多くの農村では人口流出が終わっており、広域に分散して居住する高齢者だけが残されている。本研究の目的は、農村集落の再編のあり方を、ソーシャル・キャピタルの豊かさの評価から検討することである。具体的には、SCという住民間の交流や連携から生まれる「相互扶助」によるコミュニティ形成が、人々の広域活動をどのように支えられるのかを考察して、広域生活圏形成の可能性を評価した。本研究は、(1)人口流動・交流人口・産業構造から捕らえた地方部の生活圏域の類型を行うとともに、(2)生活圏域を構成する都市と農村を対象として交通網整備による生活圏域の広域化や道路沿いへの集住などの施策効果を自己組織化モデルによって把握するものである。平成20年度は以下の(1)と(2)を行なった。(1)農業センサスデータ、個別産業・生活関連施設の集積データとNITASデータとの統合を行い、産業立地パターンと施設整備パターンから地方部の衰退過程を実証分析した。具体的な作業としては、既存の農業センサスデータ(人口・土地生産性など)をメッシュ単位に集計しなおすとともに、製造業・サービス・卸小売業のうち主要な産業立地と医療・教育・福祉などの生活関連施設整備に着目して、NlTASデータ(1Kmメッシュ)に重ねた。モデルの基本部分はマルチエージェントシミュレーションモデルであり、エージェントに与える局所ルールには、都市と農村の同時消費モデルの効用関数を用いた。(2)自己組織化モデルを用いて、広域生活圏を構成する都市と農村の階層原理をモデル化した。地域ブロックが、個別産業集積や生活関連施設整備によって導かれる人口変容によって、時系列的に変化してゆく状況を、「地域ブロック」・「生活圏域」という階層構造の中で捕らえて、地図上に再現することを行なった。本研究のモデルは、マルチエージェントシステムによって学習された都市と農村との空間的相互作用を、ニューラル・ネットワークモデルを用いて地域ブロックに拡大するとともに時間的にも進化させるもので、ブロック内の複数の生活圏域の衰退過程を表現できるものである。平成20年度はこのモデル開発を行った。平成21年度は以下の2つを行なった。1.階層原理のモデルの改良モデルの改良点は2つある。1つは、自己組織化モデルを北海道・九州ブロックの実データを用いた適用へと発展させた。他の1つは、中間層の導入や階層構造の除去を試みて現状再現性の高いモデルを構築した。2.生活圏域を対象とした国土管理施策の有効性の検討ここでは、構築した自己組織化モデルを用いて、産業構造(新しい市場形成を含む)・生活施設配置・アクセシビリティを政策変数に取り上げて、自然共生地域の定住・交流人口の変化を把握し、施策効果とその発現速度から施策の有効性を評価した。特に、生活圏域では、定住人口の定着を目指した地域づくりの視点だけでなく、「地方部の新しい価値観による市場形成」により、交流人口を獲得していくことが重要であり、この施策効果をシミュレーションした。本研究は、自己組織化モデルを用いて、広域生活圏を構成する都市と農村の階層原理をモデル化するとともに、地方部を対象とした国土管理上の施策の有効性を把握することを目的に行った。平成22年度は下のことを行い、3年間の研究をまとめた。1)階層原理のモデルの改良平成21年度のモデルの改良を踏まえて、北海道ブロックの実データを用いた分析を行った。特に、第1階層である「地域ブロック」と、それを構成する第2階層である「生活圏域」という階層構造設定の妥当性を考え、中間層の導入や階層構造の除去を試みて現状再現性の高いモデルの実用を確認できた。2)生活圏域を対象とした国土管理施策の有効性の検討ここでは、構築した自己組織化モデルを用いて、産業構造(新しい市場形成を含む)・生活施設配置・アクセシビリティを政策変数に取り上げて、自然共生地域の定住・交流人口の変化を把握し、施策効果とその発現速度から施策の有効性を評価した。「交通」については、本研究で重要な位置づけを占める近接性指標を導入した。この指標は、もともと、地理学で使われた概念であり、オーストラリアのJ.BLACK教授との共同研究から、交通計画分野で扱っていたアクセシビリティ指標に地理学の概念を導入して、提案したものである。また、「生活圏域」については、定住人口の定着を目指した地域づくりの視点だけでなく、「地方部の新しい価値観による市場形成」により、交流人口を獲得していくことが重要であり、これらの施策効果についてもモデルでシミュレーションできた。
遺伝子発現を基にした食品機能成分の機能解明

ヒト肝癌細胞Hep-G2あるいはヒト正常細胞HUCF2などを用いて、食品抽出物が遺伝子発現にどのような影響をもたらすのかを検討するため、DNAマイクロアレイにて網羅的な遺伝子発現を解析し、食品の機能性を明らかにすることにした。さらに、パスウェイ解析やリアルタイム-PCRにより詳細な遺伝子発現への影響を検討した。最近食品素材・添加物としての利用が期待されるPQQやトコトリエノール類による遺伝子発現の変化を、細胞の増殖時、アレルギー発症時、細胞のガン化に伴って変化する遺伝子発現のパターンと比較検討し、これらの機能性食品としての新しい機能や安全性を評価することと、新規の機能性成分を持った食品素材を探索する。PQQをヒト正常細胞であるHUCF2細胞に添加し生育に及ぼす影響を調べたところ、lOOμMでは影響が無かった.抗酸化能を調べるために細胞に過酸化水素を添加し、PQQで酸化ストレスが軽減されるかをNACをポジティブコントロールとして調べたところ、PQQの抗酸化能はNACに比べかなり弱いことが明らかになった.PQQを濃度依存的に細胞に添加し、16時間後にRNAを抽出し、DNAマイクロアレイを用いて発現している遺伝子の変化を調べた.200μMまでは濃度依存的に発現の変化する遺伝子の数が増加した.次に各種の食品素材の抽出液をヒト正常細胞の培養液に添加し、これらの遺伝子の発現をDNAマイクロアレイで分析し、発現を上昇させる能力のあるものを探索した。その結果、エルダーを加えることによって発現量が3倍以上、または3分の1以下に変動した遺伝子の数は、252個と60個であった。核酸の代謝に関連するものが多く認められ、KEGGのパスウェイ解析により検討したところ、酸化的リン酸化に関する遺伝子の発現が上昇していた。一方サイトカイン-サイトカイン受容体相互作用に関するパスウェイの発現が抑えられていた.炎症とかかわりの強いパスウェイで、エルダーの効能として知られている抗炎症作用によるものと推定した。食品素材・添加物としての利用が期待されるPQQや各種植物による遺伝子発現の変化を、細胞の増殖時等に変化する遺伝子発現のパターンと比較検討し、機能性食品としての新しい機能や安全性を評価することと、新規の機能性成分を持った食品素材を探索することとを目的とした。DNAマイクロアレイによりヒト全遺伝子の発現を解析し、エルダー抽出物で3倍または3分の1以下に発現変化した遺伝子はそれぞれ252個、60個、かまぼこではそれぞれ127個、31個、こんぶでは73個、378個あった。パスウェイ解析を行ったところカマボコではグルタミン酸受容体などのパスウェイが活性化されていた。PQQを神経細胞に添加したところ、神経細胞突起伸長作用があることが示唆されたので、DNAマイクロアレイによる分析を行ったところ、神経細胞特有の遺伝子の発言に変化が見られた。さらに神経突起伸長作用のある食品素材を探索し所、ハーブの一種や、アガリスク、ロイヤルゼーリーにその可能性が見出されたので、神経細胞関連遺伝子の発現を分析した。一方痴呆に効くとされている漢方薬オンジには効果が認められなかった。ベトナムで日常的に食されたり飲まれている食品素材の検討を行ったところ、Voiと呼ばれるフトモモ科の植物の花の芽に抗糖尿病作用があることが解り、膵臓β細胞保護作用などを認めた。この抽出液の効果をマイクロアレイで分析したところ膵臓β細胞再生にかかわる遺伝子の発現などが上昇していた。そこでβ細胞由来の培養細胞を用いてVoiによるインシュリン合成にかかわる遺伝子発現への影響を調べた。ハーブ、ベトナム産植物など20種類の食品を、ヒト臍帯由来正常細胞HUC-F2細胞に添加し、老化・寿命関連遺伝子SIRT1及びmTOR、抗酸化遺伝子SOD2及びHMOX1、細胞周期関連遺伝子MDM2及びCDK4、転写因子FOXO1について、mRNA発現量の変化をリアルタイムPCRにより測定することで、抗老化、寿命延長効果の期待される食品のスクリーニングを行った。サフラワーとハイビスカスにはSIRT1発現を促進することが示唆された。またTramとGuavaにはmTOR発現を抑制することが示唆された。SIRT1の発現上昇または活性化、mTORの抑制により寿命が延びることが知られており、サフラワー、ハイビスカス、Tram、Guavaには抗老化・寿命延長作用が期待できる。ガック、Tram、voi、HOE、花粉荷、Guava、セントジョーンズワート添加によりSOD2発現量が減少し、マローブルー、Guava添加によりHMOX1発現量が減少した。これらの食品中の抗酸化物質が活性酸素を除去したため、抗酸化遺伝子であるSOD2、HMOX1の発現量が減少したものと考えられた。一方、ローズマリー添加によりSOD2、HMOX1共に発現量は増加した。抗酸化物質による抗酸化とは別に、SOD2、HMOX1発現量上昇作用による抗酸化作用が示唆された。CDK4とMDM2は細胞周期制御に関わっており、CDK4の活性化、MDM2の抑制により細胞分裂は促進される。CDK4発現が増加かつMDM2発現が減少したローヤルゼリー、ハイビスカス添加群では細胞分裂が促進されたと考えられた。mTORとFOXO1の結果には相関性が見られた。TramとGuavaは、寿命延長効果が期待できる。

神経細胞に各種の食品成分を添加しマイクロアレイ分析を行ったところ、アガリクスで約400種の遺伝子の増加が認められ、その中で特に性ホルモンに関連する分子の発現が増加していた。またPQQ添加ではアガリクスほど遺伝子の発現の増加は見られなかった。今後これらの食品のどの成分がこのような効果をもたらしたのかを探るため、その成分の特定を行っていく予定である。
高いTgを有する新規高分子マトリクス固体イオン導電体中のイオン輸送現象

本研究では、従来研究対象となっていたポリエチレンオキシドと比較して高いTgを持ち、かつ効率良く塩を溶解させることの可能な極性基・配位基の導入された各種高分子をマトリクスとする高分子固体電解質の作製、そして、得られた高分子固体電解質中のイオン輸送現象を明らかにすることを目的とした。ポリビニルアルコールPVA(Tg=85°C)およびポリパラバン酸PPA(Tg=350°C程度)の高分子固体電解質用マトリクスは、ジメチルスルホキシドあるいはジメチルホルムアミド中でLi[CF_3SO_3]、LiBF_4等のアルカリ金属塩をポリマー1gあたり1.5gと高濃度まで溶解させることが可能であった。20°Cにおけるリチウム-高分子固体電解質の電気伝導度は、10^<-3.5>Scm^<-1>10^<-5.5>Scm^<-1>であった。また、リチウム-PPA高分子固体電解質は、180°Cで10^<-2>Scm^<-1>という電気伝導度を示し、高い熱安定性を有する高分子固体電解質であることがわかった。さらに、電極材料として炭素-粘土複合焼結体、電階質としてPVA-リチウム塩系高分子固体電解質を用い、充放電電流効率が90%以上、充放電が50サイクル以上可逆的に可能な全固体型電気二重層コンデンサーを作製した。このコンデンサーの電気二重層容量は約2.7F/(cm^<-3> of the cell)であり、本研究で得られた全固体型電気二重層コンデンサーは小型で大容量の蓄電が可能であることがわかった。各種親水性、疎水性π共役高分子で表面が被覆された白金電極を用いて水の電気分解(還元側:水素発生)を行った。その結果、(1)プロトンの還元は白金電極表面上で起こり水素の発生が起こること、(2)水素発生電圧の違いは、ポリマーの親水性、疎水性の違いに起因すること、さらに、(3)水素発生電圧の違いは、ポリマーのプロトン運搬能の違いが大きな要因となっていることがわかった。