hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
タンパク質周辺における水分子のピコ秒ゆらぎの観測

水はタンパク質の構造を安定化するだけでなく機能発現にも重要な役割を果たしている。そのためタンパク質の機能発現機構を解明するためには水のゆらぎを理解することが重要である。本研究では、テラヘルツ時間領域分光法を用いてタンパク質周辺の水のゆらぎを調べた。その結果、タンパク質分子に強く結合した少量の水分子は、タンパク質の一部とみなせるような運動をしていることが分かった。水素結合ネットワークを形成するような水和量で、水分子としてのゆらぎが顕著になると考えられる。水はタンパク質の構造を安定化するだけでなくダイナミクスにも重要な役割を果たしている。そのため、タンパク質の機能発現機構を理解するためには、水のゆらぎを理解することが重要である。水のゆらぎは、タンパク質のトポロジーや隣接する側鎖の疎水・親水性等、周囲の環境に影響を受けると考えられるため、異なる環境にある水のゆらぎを個別に調べる必要がある。そこで、タンパク質が存在することで生じる環境の変化によって水のゆらぎがどのように変化するのかを明らかにすることを目的として、本研究を実施した。タンパク質周辺の水の、10^<-12>秒オーダーのゆらぎを観測するため、テラヘルツ時間領域分光法を用いた。サンプルには、水和水のモデル系として表面を修飾したビーズと、タンパク質水溶液を用いた。本年度は、テラヘルツ時間領域分光法の構築とタンパク質の精製を行った。テラヘルツ電磁波発生にはInAs(111)、検出にはZnTe(110)、ポンプ及びプローブ光にはTiサファイアフェムト秒レーザーを用いた。得られた信号は、フェムト秒レーザーの繰り返し周波数に同期させてロックイン検出した。またサンプルホルダの設計、分光測定のためのプログラムの作成を行った。タンパク質水溶液の分光測定を行うために、水溶性タンパク質であるスタフィロコッカルヌクレアーゼを精製した。構造変化による水和水の変化を調べるために、野生型の他に生理条件下で天然構造をとらない変異体を作製した。両者の構造を円偏光二色性分光法で確認した。水はタンパク質の構造を安定化するだけでなく、ダイナミクスにも重要な役割を果たしている。そのため、タンパク質の機能発現機構を理解するためには、水和水のゆらぎを理解することが重要である。水和水のゆらぎは、タンパク質のトポロジーや隣接する側鎖の疎水・親水性等、周囲の環境に影響を受け、自由水から大きく変化すると考えられる。そこで、タンパク質が存在することで生じる環境の変化によって水和水のゆらぎがどのように変化するのか、特に水和水のスペクトルを明らかにすることを目的として本研究を実施した。本年度は、昨年度に引き続き、テラヘルツ時間領域分光測定システムの構築を行った。差分検出を行うための検出回路を製作した。キャビティダンパーで繰返周波数を変化させながら、フォトディテクタからの信号をオシロスコープで確認した。その結果、40kHz以下の繰返周波数であれば測定が可能であることが分かった。また、水和させたタンパク質粉末のテラヘルツスペクトルから水和水のスペクトルを抽出することを試みた。異なる水和量のタンパク質粉末におけるテラヘルツスペクトルの比較から、タンパク質に強く結合した水分子は、自由水で観測されるような20GHzの緩和モードを持たないこと、水素結合に関係した高振動数領域の振動モードを示すことなどが明らかになった。今後、タンパク質水溶液のテラヘルツスペクトルとの比較を行うことで、水和水が持つ緩和モードの抽出を試みる予定である。
ヒマラヤシーダー落葉に含まれるアレロケミカルの構造決定と土壌中での活性評価

ヒマラヤシーダーの落葉は野外において著しく雑草の成長を阻害することから、その成分の同定、土壌中での活性評価等を試みた。各種機器分析により、活性成分はアブシジン酸と同定した。火山灰土壌、沖積土壌および石灰質土壌のいずれもこの化合物の植物成長阻害活性を低下させなかった。試験により土壌へ吸着されにくいことが判明し、その理由は極性よりは立体的な要因が大きいことが示唆された。また、年間を通して落葉量を測定した結果、春から夏に落葉のピークがあることが確認された。その時期は落葉直後のアブシジン酸濃度も最も高かった。このことから、野外においてもアブシジン酸が雑草の成長抑制に寄与している可能性が示唆された。本研究では、当該年度にヒマラヤシーダー落葉中の植物生長阻害物質の単離・構造決定を行うことを計画していた。ヒマラヤシーダーの落葉を80%メタノールにて室温で抽出し、濾過することで粗抽出液を得た。液液分配による酸性画分を活性炭、シリカゲルカラム等で精製し、レタス幼根への成長阻害活性を指標として活性画分を精製した。最終的にHPLCにて活性成分を単離し、GCMSなどを用いて分析し、アブシジン酸であることを確認した。研究計画では、単離した化合物を用いてレタス以外の植物に対する成長阻害活性を測定することになっていた。しかし、植物ホルモンとして先行研究データが蓄積されているアブシジン酸が得られたことから、これらは文献等より容易に得られる情報であるため、この部分は計画を変更し、実施しなかった。予定していた以上の成果としては、落葉中に含まれるアブシジン酸を定量する目的で、(+)-[3',5',5',7',7',7'-D6]体を合成した。落葉の抽出液にこれを内部標準物質として添加し、簡単な精製後にGCMSにて定量すると、アブシジン酸の含量はおよそ4 microg/g新鮮重であることがわかった。比較のために、アカマツとサワラの落葉についても同様の定量実験を行うと、前者はヒマラヤシーダーと同程度、後者はヒマラヤシーダーのおよそ2倍のアブシジン酸を含んでいた。このことから、ヒマラヤシーダー落葉中のアブシジン酸含量は、他の針葉樹の落葉と同程度であることが示唆された。また、土壌を添加した系でアブシジン酸の活性を評価する予備実験を行い、翌年度以降の本実験の条件検討を完了した。前年度、ヒマラヤシーダー落葉中の主な植物生長阻害物質はアブシジン酸(ABA)であることが判明した。自然環境下でもこの化合物が活性本体である可能性を探るため、本年度はいくつかの土壌を添加した条件でABAの活性を評価することとした。火山灰土壌、石灰質土壌および沖積土壌とABAを含む寒天培地にレタス種子を播種して培養後に幼根伸長を測定すると、いずれの土壌を添加した場合も、土壌を含まない寒天培地と比較してABAによる阻害活性が増強された。発芽処理した種子に対してはこの効果は認められず、種子発芽に対するABAの効果のみが土壌によって増強されたと考えられた。これらの土壌の水溶性成分のみを添加しても同様の活性が認められたため、ABA代謝不活性化の可能性が考えられたが、CYP707Aに対する阻害活性は観測されなかった。通常、土壌中では分解や吸着などにより化合物の活性は大きく低下することが多い。ABAの活性が土壌中でも失われない理由を検討するため、トランス桂皮酸やインドール酢酸とABAの土壌への吸着について調べた。その結果、0.01 mg/mLの濃度で添加したABAは3種いずれの土壌に対してもほとんど吸着されないことがわかった。一方、同濃度で添加したトランス桂皮酸やインドール酢酸は高い割合で土壌に吸着された。計算上の分配係数から、ABAの親水性は他の2化合物より高いと考えられるため、土壌への吸着されにくさは立体構造の違い等、他の要因によると考えられる。前年度までに、ヒマラヤシーダー落葉中の主な植物生長阻害物質はアブシジン酸であること、主要な土壌(火山灰土壌、石灰質土壌および沖積土壌)中ではその活性が失われないこと、このように活性が保持されるのは、化学構造の立体的な要因から土壌への吸着の程度が低いことがその要因であると考えられることがわかった。本年度は、自然条件下で、ヒマラヤシーダー落葉中にアブシジン酸がどのくらいの濃度で含まれていて、年間を通した変化はどの程度であるか調べることとした。ヒマラヤシーダー林床における落葉を年間を通して定期的にサンプリングし、その重量を測定した結果、ヒマラヤシーダーは春から夏にかけて多量に落葉することを確認した。その時期の落葉速度は、1平方メートル当たり最大300 mg新鮮重/時の速度であった。対照的に、冬季はその1/10程度まで落葉速度が低下していた。また、ヒマラヤシーダー生葉中のアブシジン酸濃度は年間を通して0.003 mmol/kg以下であるが、落葉直後の濃度は季節によって大きく変動し、春から夏にかけては0.005から0.015 mmol/kg程度まで上昇していることが明らかとなった。これらのことから、ヒマラヤシーダーは植物が繁茂しやすい春から夏にかけて落葉とともにアブシジン酸を林床に供給し、それが土壌吸着により失活されにくいため下層植生の生育を抑え、水や養分の競合を緩和していることが示唆された。

各種機器分析により、活性成分はアブシジン酸と同定した。火山灰土壌、沖積土壌および石灰質土壌のいずれもこの化合物の植物成長阻害活性を低下させなかった。試験により土壌へ吸着されにくいことが判明し、その理由は極性よりは立体的な要因が大きいことが示唆された。また、年間を通して落葉量を測定した結果、春から夏に落葉のピークがあることが確認された。その時期は落葉直後のアブシジン酸濃度も最も高かった。このことから、野外においてもアブシジン酸が雑草の成長抑制に寄与している可能性が示唆された。本年度の研究推進方策は、アブシジン酸の活性が土壌存在下でそのように変化するか詳細に調べることとなっていた。3種の土壌を用いてそれを調べたほか、それら土壌への吸着度を他の化合物と比較するところまで完了したため、研究の目的はおおむね順調に達成していると考えている。天然物化学自然条件下で、ヒマラヤシーダー落葉中にABAがどのくらいの濃度で含まれていて、年間を通した変化はどの程度であるか調べる。また、単位面積あたりの落葉量も年間を通して調査し、生態系の中でABAがアレロケミカルとして機能している可能性を考えるためのデータを得る。研究計画では、当該年度に、ヒマラヤシーダー落葉中の植物生長阻害物質の単離・構造決定と、その化合物の各種被検植物に対する活性の評価を行うことになっていた。前半部分については予定通り研究が完了した。後半部分については、先行研究が蓄積されているアブシジン酸が活性成分として得られたことから、改めて実験する必要性はないと判断した。平成26年度は土壌を用いた生物試験を多く行い、実験補助員の人件費としておよそ予定通り使用した。次年度使用額が生じた主な理由は平成25年度にグロースチャンバーを購入する必要がなくなり、次年度(平成26年度)使用額が生じたことが主な原因である。すでにこれまでに、試験化合物を水溶液とし、そこへ寒天と土壌を添加して凝固させて発芽試験を行う系を確立している(Hiradate et al. Weed Sci. 58, 258-264, 2010)。この方法により、ミモシンやジュクロンなど他の植物由来のアレロケミカルは、土壌の存在下では活性が大きく低下することが明らかとなった。今後、アブシジン酸の活性が火山灰土壌、沖積土壌や石灰岩土壌の存在下でどのように変化するか、詳細に調べる。他の多くの化合物とは違って土壌が存在する系で活性が低下しなかった場合、アブシジン酸は環境中でも土壌吸着によって失活せずに機能している可能性が高いことが示唆される。平成27年度は野外でのサンプリングを長期間に渡って行うだけでなく、ABA含量も経時的に分析するため、人件費は当初計画より多く必要になる見通しである。次年度使用額はこの目的に使用する計画である。グロースチャンバーの購入を計画していたが、生物試験の回数が少なかったために既存の機器で代用できたため、購入しなかった。また、活性成分の単離と構造決定が予定していたより短期間で終了したことから、用意していた実験補助員用の人件費も当該年度は使用する必要がなかった。平成26年度は土壌を用いた生物試験を多く行う見込みなので、実験補助員の人件費として使用する計画である。
分散メソッドシステムの研究開発

本年度は以下の研究を行なった.●オブジェクトデータベースの環境でのメソッドマイグレーション処理の実現手法を提案し,実際にシステムとして実装した.分散処理を考えた場合,処理内容や処理する際の環境の状況によってはメソッドマイグレーションにより処理したほうが効率化が望める場合がある.ところが分散処理をサポートするオブジェクトデータベースでは,一般にデータマイグレーションしか提供していない.われわれは商用オブジェクトデータベースとJavaを用いて,オブジェクトの持つメソッドそのものをデータベースへ格納し,そのメソッドを移動させ,動的にアクティブなプロセスにロードおよびリンクさせることによりメソッドマイグレーションを実現できることを示した.●オブジェクトデータベースを使ったXMLデータの管理手法を検討した.われわれはDOM(Document Object Model)をサポートする,オブジェクトデータベースによるXMLデータの管理のため,オブジェクトデータベースでDOMをサポートするクラスを設計し,実現のための拡張を施して実装した.これにより,一般にDOMをサポートするアプリケーションはわれわれの実装したデータベースで管理されるXMLデータに適用することが可能である.また,データベースで管理するXMLデータに対して問合せを施して希望のデータを検索できるばかりでなく,それらに対しての更新が可能になった.●CORBA環境における画像処理の分散並列処理による効率化を考え,適切な画像の分割手法について考察した.分散環境において,アイドルであるどの計算機を使って,それぞれにどれだけの処理を依頼すればよいかを判断するアルゴリズムを提案し,実際に実装してその有効性を検証した.本年度は,以下の研究を行った.・分散環境における処理の効率化の研究のため,一般に計算負荷の高い画像処理を取り上げ,CORBA環境を用いた分散並列処理について考察した。CORBAを用いることにより,異なる計算機パワーを持った異なる計算機を処理に参加させることが可能になる.本年度は,CORBAだけを使った分散並列処理と,CORBAの枠組みの中で,PVMを用いた分散並列処理の二つの手法を,プログラミングと処理効率の側面から議論した.これにより,効率的にはPVMなどの分散並列ツールを用いた方が好ましいが,アプリケーションの生産性と,開発されたアプリケーションの柔軟性を考えるとCORBAだけの並列分散処理の方が好ましいことを明らかにした.・分散オブジェクトデータベース処理における,データマイグレーションとメソッドマイグレーションの二つの手法の処理効率の解析を進めていたが,本年度は,マルチサーバ・マルチクライアント環境における処理の競合を待ち行列をつかってモデル化し,その解析と,実験による解析結果の有効性の検証を行った.この成果を取りまとめ,現在発表のための準備を進めているところである.・メソッドのデータベース化に関し,そのユーザインターフェイスとしての可能性の高いXMLについての調査を行った.現在XMLは,ネットワーク上のデータ表現として非常に有望視されており,データベース分野でも注目されているものである.分散メソッドシステムにおいてもインターフェイスにXMLを用いることを検討して行くことを決めた.本年度は以下の研究を行なった.●オブジェクトデータベースの環境でのメソッドマイグレーション処理の実現手法を提案し,実際にシステムとして実装した.分散処理を考えた場合,処理内容や処理する際の環境の状況によってはメソッドマイグレーションにより処理したほうが効率化が望める場合がある.ところが分散処理をサポートするオブジェクトデータベースでは,一般にデータマイグレーションしか提供していない.われわれは商用オブジェクトデータベースとJavaを用いて,オブジェクトの持つメソッドそのものをデータベースへ格納し,そのメソッドを移動させ,動的にアクティブなプロセスにロードおよびリンクさせることによりメソッドマイグレーションを実現できることを示した.●オブジェクトデータベースを使ったXMLデータの管理手法を検討した.われわれはDOM(Document Object Model)をサポートする,オブジェクトデータベースによるXMLデータの管理のため,オブジェクトデータベースでDOMをサポートするクラスを設計し,実現のための拡張を施して実装した.これにより,一般にDOMをサポートするアプリケーションはわれわれの実装したデータベースで管理されるXMLデータに適用することが可能である.また,データベースで管理するXMLデータに対して問合せを施して希望のデータを検索できるばかりでなく,それらに対しての更新が可能になった.●CORBA環境における画像処理の分散並列処理による効率化を考え,適切な画像の分割手法について考察した.分散環境において,アイドルであるどの計算機を使って,それぞれにどれだけの処理を依頼すればよいかを判断するアルゴリズムを提案し,実際に実装してその有効性を検証した.
動的な「演者－観客－観客系」の視点から捉えた噺家熟達化過程の解明

本研究の目的は,定量的な指標による測定・比較のための手法を開発し,芸についての信念体系と演技から噺家の熟達化過程を解明することである。最終年度(平成26年度)は,フィールドワークを通して見出した「観客どうしのまばたき同期」を定量的な指標とした実験室実験を行った。まず,熟達者(噺家)と初級者(大学落語研究会員)による同じ噺の口演を刺激として提示した。その結果,熟達者の口演は初級者の口演に比べて,頻繁に強く実験参加者のまばたきを同期させた。これは,口演に含まれる表現が実験参加者の注意過程を共通したものへと導いたためだと考えられる。次に,観客の鑑賞経験による影響を検討するために,鑑賞経験がある(10回以上)観客と鑑賞経験がない観客に落語の口演ビデオを提示した。その結果,鑑賞経験がある観客の方がまばたき生起タイミングのずれが小さかった。これは,演目や噺家についての知識を持つことによってより正確な予期が可能になったためだと考えられる。ただし,噺の終盤になるにつれて両者の同期指標の差はなくなった。このため,登場人物の特徴や噺の流れが理解できれば,鑑賞経験が少なくてもより正確に予期できることが示唆される。最後に,観客どうしの相互作用による影響を検討するために,相互作用が生じる寄席状況と相互作用が生じない個人実験においてまばたき同期の程度を比較した。その結果、寄席状況においてまばたきはより同期し,相互作用が引力的に作用することが明らかになった。本研究では,観客どうしのまばたき同期という定量的な指標を用いた一連の研究によって,演芸系(演者-観客-観客系)内の複数のサブシステムである演者-観客系,観客-観客系の状態を測定・記述することに成功した。これにより噺家の熟達化過程の一端を解明することができたと思われる。今後は,縦断研究によって一人の噺家がいかに熟達していくのかを検討したい。26年度が最終年度であるため、記入しない。初年度(平成24年度)は,フィールドワークおよびインタビュー調査を行うとともに,実験室で寄席の状況を再現した実験(以下,実験寄席と呼ぶ)を実施した。フィールドワークを通して,席亭や師匠に認められた真打であっても,熟達の段階あるいは程度には違いがあることが明らかになった。そこで,当初の計画を変更し,若手真打も研究対象に含めた。また,寄席や月例の落語会に参加し,打ち合わせを重ね,真打を含めた複数の噺家から研究や実験への協力の約束を頂いた。このほか2012年10月から2013年3月までに6名の噺家(真打4名,ニツ目2名)にインタビューを実施した。その結果,噺家の師弟制においては,他の領域には見られない特有の師弟関係があることが見出された。具体的に言えば,弟子入りした先の師匠以外にも,他の師匠から頻繁に噺を教わるというシステムである。このシステムは,弟子が所属している協会・流派を超えても行われている点で極めて特殊である。これは,従来徒弟制としてよく知られている師弟間の縦のつながりとは別に横の広がりが噺家共同体にはあることを示している。この知見は国際学会において発表された。演芸系(演者-観客-観客系)の状態を定量化の前提として,演芸系が演者-観客系,観客-観客系という複数のサブシステムで共同行動が生じていると想定している。複数のサブシステムの状態を測定・記述するための指標を見出すために,2012年7月30日に第1回実験寄席を行った。2名の噺家を招き,20名の観客(実験参加者)の前で演じてもらった。そこで記録した画像,音声,運動(加速度計)などのデータから,熟達化の指標として妥当なものを検討し,一定程度信頼性・妥当性のある指標の候補を見出した。平成25年度の前半にこの指標を用いた実験を予定している。平成25年度には、昨年度を通して関係構築した噺家・劇場関係者・観客に研究協力を求め、研究目的に掲げた実験・調査を進めた。具体的には、師弟制度の中で主として噺を教わることに関するインタビュー調査を行った。その結果、伝統的な徒弟制度が注目されがちな噺家集団ではあるが、実際には所属団体・協会を超えて先輩や同僚の噺家に得意な噺を「教わる」「教える」関係があることが明らかになった。このような団体を超えた交流によってもたらされる"噺ごとの師弟制度"が、落語という伝統芸能における芸の継承を支えていることが示唆された。この徒弟制度における熟道化に影響する要因の一つを明らかにしたことは、従来の熟達化研究の知見を補強するものである。創造的な知識の共有・共創という知見は、組織における集合知の観点からも重要である。現在さらに多くの噺家にインタビューができるように準備している。この結果の一部は、すでに国際学会で発表した。これと並行して演芸場の詳細な観察から演者-観客-観客系の視点から噺家の熟達の程度を評価する指標(観客の自発的まばたき反応の同期)を開発した。

熟達化の定量的指標を用いて,熟達した噺家の口演でしばしば観察される「多くの観客を同時に楽しませる現象」の背景にあるメカニズムを解明するための実験室実験を行った。その結果、熟達した噺家の口演は時間的に高い信頼性で観客の反応を引き込むはたらき(entrainment)によって観客のまばたきが同期することが示唆された。また噺の世界への没頭体験の程度が高かった。この結果は、非熟達者の口演では見られず、熟達差が確認された。これらの実験室実験の結果をまとめた論文はすでに認知科学誌に採択されている。さらに、定量化されたデータを目に見えるかたち、耳で聞こえるかたちに整理する手法を国際学会において発表した。現在,観客の視聴経験が与える影響を検討する実験を実施し,論文発表を予定している。本研究の目的は,定量的な指標による測定・比較のための手法を開発し,芸についての信念体系と演技から噺家の熟達化過程を解明することである。最終年度(平成26年度)は,フィールドワークを通して見出した「観客どうしのまばたき同期」を定量的な指標とした実験室実験を行った。まず,熟達者(噺家)と初級者(大学落語研究会員)による同じ噺の口演を刺激として提示した。その結果,熟達者の口演は初級者の口演に比べて,頻繁に強く実験参加者のまばたきを同期させた。これは,口演に含まれる表現が実験参加者の注意過程を共通したものへと導いたためだと考えられる。次に,観客の鑑賞経験による影響を検討するために,鑑賞経験がある(10回以上)観客と鑑賞経験がない観客に落語の口演ビデオを提示した。その結果,鑑賞経験がある観客の方がまばたき生起タイミングのずれが小さかった。これは,演目や噺家についての知識を持つことによってより正確な予期が可能になったためだと考えられる。ただし,噺の終盤になるにつれて両者の同期指標の差はなくなった。このため,登場人物の特徴や噺の流れが理解できれば,鑑賞経験が少なくてもより正確に予期できることが示唆される。最後に,観客どうしの相互作用による影響を検討するために,相互作用が生じる寄席状況と相互作用が生じない個人実験においてまばたき同期の程度を比較した。その結果、寄席状況においてまばたきはより同期し,相互作用が引力的に作用することが明らかになった。本研究では,観客どうしのまばたき同期という定量的な指標を用いた一連の研究によって,演芸系(演者-観客-観客系)内の複数のサブシステムである演者-観客系,観客-観客系の状態を測定・記述することに成功した。これにより噺家の熟達化過程の一端を解明することができたと思われる。今後は,縦断研究によって一人の噺家がいかに熟達していくのかを検討したい。26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は,噺家の熟達化過程を測定・記述するための定量化指標の候補を見い出すことができた。これは,本研究を支える中核部分が達成されたことを示している。今後,指標の信頼性・妥当性を検討する必要はあるものの,初年度に指標が見出されたことの意義は大きい。さらに,早い段階からインタビューを行うことができ,徒弟制の特徴については当初の計画よりも早く成果を発表することができた。これらの研究状況を総合的に判断すると,目標の達成という観点からは研究は概ね順調に進展しているといえる。実際の演芸状況の観察を通して見出された観客のまばたき反応の同期が熟達した口演と関連した行動指標として有用であることが示された。
変調フラックス蒸着法と放射光解析法を利用した不純物ドープ有機薄膜太陽電池開発

SubPc/C60ヘテロ構造太陽電池のドープ技術について研究開発を行った。C60についてはCaが良いドーパントであり、Ca/C60モル比0.5の添加量で伝導度が3桁向上した。一方SubPcについてはMoO3が効果的なドーパントであるものの、Caより高いドープ濃度が必要であり、かつ電気伝導度の向上が一桁程度しか見られなかった。この性質を理解するため、紫外光電子分光の計測を行ったところ、SubPc薄膜の方が膜構造の乱れに伴いTail Stateが高密度に発生することが判明した。よって、SubPc薄膜の構造物性の改善が良質な不純物ドープ太陽電池の鍵となることが明らかになった。本年度は、結晶成長過程を制御する前段階として、太陽電池を構成するC60(アクセプタ)ならびにSubPc(ドナー)材料に添加可能な効果的なドーパント材料を調査した。評価手法として、二端子法を利用した電気伝導度測定(暗、光照射状態)、ならびに放射光X線回折を利用した。光照射にはソーラーシミュレータ光(AM1.5, 100mW/cm2)を利用した。まず、C60薄膜については、Caをわずか0.2モル分率の添加すると、暗、明状態ともに伝導度が100倍程度向上することが明らかになった。一方、この添加量を増やすと、暗状態の伝導度は向上するが、光電流は実質的に観測されなくなった。これは、多量にCaを添加すると、フェルミ準位がLUMO準位中に侵入し、薄膜が金属的な電気特性に変化するためと理解した。もしくばCaクラスターの形成に伴う、膜中ホッピング伝導の増強によるものと解釈されるが、これを検証するには光電子分光による電子状態観測や表面増強ラマン分光測定[2]が有効と考えられる。Ca添加C60薄膜のX線回折を観測したところ、光電流の増大も観測される0.2モル分率ではC60の結晶性は多少乱れる(回折ピークが小さくなる)のに対し、0.6モル分率まで増やすと回折ピークがブロード化し、1モル分率を超えるとアモルファス化することも明らかになった。よって、この系のターゲットとしては、結晶構造が保たれ、かつ電気特性が向上する0.2モル分率添加ぐらいであることが明らかになった。一方、SubPc薄膜に有効な添加剤はMoO3などが考えられるが、C60-Ca系のように劇的に改善される効果は現時点では見出していない。Ca添加C60膜を利用して太陽電池を試作したところ、添加後に初期効率1.4%が20%程度向上することが明らかになった。前年度までに、アクセプタ材料C60に対するドーパントとしてCaが有効であることを見出した。本年度は、ドナー材料SubPcに対する有効なドーパントの探索を行い、MoO3が有効なドーパントであることを見出した。ただし、C60:Caの組み合わせと比較して、SubPc:MoO3の組み合わせでは大幅な導電率の向上が見られなかった。その原因として、(1)SubPcはC60と比較して結晶構造に異方性があり、少量の添加でも結晶構造の乱れが生じる(放射光X線回折にて確認)。(2)SubPcはバンドギャップ内にTail Stateが多数存在するため、導電性の向上に多量の不純物添加が必要となる(光電子分光より推測)。という理由が考えられた。この(1)と(2)はトレードオフの関係にあり、少量の不純物添加では電気的活性化が十分行われず、一方多量の不純物添加では、結晶構造の乱れにより電気特性が劣化することを示唆している。なお、最適なモル比(MoO3/SubPc)は0.7であった。得られた結果をもとに、太陽電池を作成したところ、MoO3をモル比0.7SubPcに添加したSubPc/C60ヘテロ構造太陽電池にて、変換効率が35%程度向上した(無添加1.4%→1.9%)。一方、これよりドープ濃度を上昇させた場合、主に開放起電圧の損失が増えることを確認した。この損失は、SubPcの結晶構造の乱れに伴いトンネル再結合(暗電流上昇)がヘテロ界面で支配的になるためと理解した。不純物添加によるさらなる太陽電池特性の向上のためには、SubPcのHOMO-LUMOギャップ内に存在するTail Stateの理解が不可欠と結論付けた。サブフタロシアニン(SubPc)薄膜はC60薄膜と比較して、不純物ドーピングに対する電気特性の向上が見られない。そこで、紫外光電子分光と逆光電子分光を利用し、これらの薄膜の電子構造に関する比較研究を行った。その結果、C60薄膜については、膜厚が増加してもエネルギー準位の位置に大きな変化は現れず、ほぼフラットな電子構造を取るのに対し、SubPc薄膜では膜厚の増加に伴いエネルギー準位がシフトし、バンドベンディングが発生することが判明した。このバンドベンディングの特徴は以下の通りである。(1)SubPc薄膜は、成長初期は基板界面のフェルミ準位の位置に依存して異なるエネルギー準位をとるが、膜厚の増加に伴いIntrinsicなエネルギー位置(真空準位-4.1 eV)に収束する。すなわち、低仕事関数基板に形成したSubPc薄膜では上方向に、高仕事関数基板では下方向に、バンドベンディングが発生する。(2)アニール処理を施したSubPc

薄膜では、バンドベンディングが消失し、C60薄膜と同様フラットな電子構造を取る。以上の電子構造の変化は、SubPc分子の大きな双極子モーメント4.6 Debyeに起因することが判明した。具体的に、SubPcは分子構造が平坦でないため、室温成長時にはランダム配向を取りやすい。このとき、分子の双極子モーメントが局所電場を誘起し、隣接するSubPc分子のHOMO準位やLUMO準位の電位揺らぎ(Tail State)を作り出す。このTail Stateに電荷が蓄積し、バンドベンディングが発生した。アニール試料では、規則正しい配列により局所電場が打ち消され、バンドベンディングが起こらなかった。また、C60の場合は、球状分子で双極子モーメントがなく、局所電場が発生しなかった。以上の考察より、SubPc薄膜ではドーピング効率の向上に構造物性制御が不可欠と結論付けた。SubPc/C60ヘテロ構造太陽電池のドープ技術について研究開発を行った。C60についてはCaが良いドーパントであり、Ca/C60モル比0.5の添加量で伝導度が3桁向上した。一方SubPcについてはMoO3が効果的なドーパントであるものの、Caより高いドープ濃度が必要であり、かつ電気伝導度の向上が一桁程度しか見られなかった。この性質を理解するため、紫外光電子分光の計測を行ったところ、SubPc薄膜の方が膜構造の乱れに伴いTail Stateが高密度に発生することが判明した。よって、SubPc薄膜の構造物性の改善が良質な不純物ドープ太陽電池の鍵となることが明らかになった。ドナー、アクセプタそれぞれに対する有効なドーパント材料を見出し、太陽電池特性の向上でそれを実証した。ただし、不純物添加に対する改善効果はドナー材料、アクセプタ材料で異なっており、この原因について物理機構が明らかになったわけではない。光半導体工学不純物添加と電気的活性化の相関について理解するためには、電子状態に関するより詳細な検討(特にTail State)が必要である(例えば、Selina Olthof et al., Phys. Rev. Lett. 109, 176601 (2012)).不純物添加に関する広い理解を得るため、異なる材料に対する不純物添加試料の光電子分光研究を推進する。ターゲットとなる薄膜材料ならびにドーパント材料を見つけ、電気特性と添加効果に対する物理的背景の解明に着手することができた。今後、結晶成長法の改善によりさらに良質な薄膜成長が可能になれば、太陽電池特性の改善に結びつくと考えられる。当初行う予定だった出張計画にずれが生じたのと、その分を2015年度に行うプリンストン大Antoine Kahn研との共同研究に充当する方が、より研究進展が見込めると判断したため。今後は結晶成長法の改善、電子状態観測、太陽電池特性との相関について理解を深めたい。特に、研究代表者が有する放射光解析技術を駆使し、より精密な構造/電子状態制御を目指したい。2015年度にプリンストン大Antoine Kahn研との共同研究を行う予定であり、その旅費に使用。
キメラマウス作成によるメンケス病の病因解析に関する研究

ヒトメンケス病のモデル動物として優れているmlマウスはメンケス病と類似の症候群を呈し、銅分布異常および銅含有酵素の活性低下を示し、生後約16日目で死亡する。このmlマウスの銅分布異常機構、原因蛋白質および原因臓器については全く手がかりが無いのが現状である。そこで、メンケス病の原因解明を目的にmlマウスの組織内に正常細胞を共存させたキメラマウスを作成し、そのマウスの症状や組織中の銅含量および銅含有酵素活性を測定し、以下の結果を得たので報告する。1.核移植法により、正常マウスとmlマウスからなるキメラ卵(355個)を作成し、この卵を擬妊娠マウスの輸卵管内にもどして52匹の出産児を得た。このうちキメラマウスは13匹であった。2.13匹のキメラマウスのうち2匹は体重減少を伴ったメンケス病症状を呈し、生後16日および22日に死亡した。残りのキメラマウスは銅治療を行っていないにもかかわらず、重篤なメンケス病症状は示さず、正常マウスと同等の成長を示した。3.キメラマウスの各臓器における細胞の割合をグルコースホスフェイトイソメラーゼのアイソザイム活性により測定した結果、正常に成長したキメラマウスではすべての臓器において正常マウス細胞とmlマウス細胞からなるキメラであり、その比率は約1:1であった。一方、途中死亡した2匹のキメラマウスでは共通して肝臓がmlマウス細胞のみで構成されていた。4.正常に成長したキメラマウスの各組織における銅含量および銅含有酵素活性(セルロプラスミン、チトクローム-c-オキシダーゼ、Cu-Zn-スーパーオキシドジスムターゼ)を測定した結果、heterozygoteと同等の値を示した。以上、キメラマウスの作成によりメンケス病のcritical tissueの一つとして肝臓が示唆された。
層状フォスフォン酸化合物の分子設計と触媒材料への応用

近年、規則性のある分子配列を持つ結晶性層状化合物が新しい機能性材料として注目を浴びている。層状化合物は限られた二次元層空間をもつ構造材料であることから、層間に各種の機能を植え付けることができれば従来になかった新しいタイプの分子形状選択性をもつ機能性材料を提供できることになる。本研究で合成した亜リン酸(フォスフォン酸)ジルコニウムはZr(O_3PR)_2のような一般式で表わすことができ、ジルコニウム原子によって形成された平面の上下に、リン酸基四面体が規則正しく配列した構造からなる層状化合物である。この化合物は層間に向き合って存在するアルキル基(R)を様々な化学的機能を持つ官能基に置き換えることが可能であることが、特徴である。その導入された官能基の種類によって、層間距離を制御し、酸性基や疎水性基を導入することを目的とした。結晶性層状化合物は、各種亜リン酸化合物と4価のジルコニウム塩から無定形フォスフォン酸ジルコニウムを合成し、フッ酸(HF)で処理することで得られる。導入した官能基(フォスフォン酸基)はジルコニウム層からぶら下がった構造をとっているので、ペンダント体と呼ばれている。ペンダントがかさ高いものであれば、層間距離は拡大し、より広い層空間を作ることが可能である。また、導入する官能基の性質によって、イオン交換能、強い酸性、疎水性などの機能を層間に付与することが可能である。また、ジフォスフォン酸が合成できれば、層同士を分子状ピラ-で架橋することも可能である。導入するペンダントタイプのフォスフォン酸基としては、-OH,-CH_2COOH,-CH_2SO_3Hなどの酸性基、また、疎水性基として-CH_3,-C_6H_5,-C_<12>H_<25>,-C_<22>H_<45>など、さらにビラ-タイプのフォスフォン酸基として-C_<10>H_<20>-,-C_<12>H_<24>-などを単独および複合化した形で導入した各種フォスフォン酸ジルコニウム誘導体を合成した。合成した層状結晶はフォスフォン酸基Rのかさ高さに応じて層間距離は異なるが、^<31>P,^<13>Cの固体高分解能MASNMR,FTIR,XRDなどにより、構造解析を行い、併せてアルコール類のエステル化反応をモデルとして触媒材料としての検討を行い、液体硫酸を触媒とするよりも高い触媒活性を示すフォスフォン酸ジルコニウム触媒が得られた。フォスフォン酸ジルコニウムは組成式Zr (O_3PR)_2で示され、層状構造を有している。ジルコニウム層の上下に種々の性質を持った官能基-Rを保持させることにより、-Rの大きさに応じて層間距離を制御することが可能である。

本年度は、酸性基と疎水基が同一層間内に導入されたフォスフォン酸ジルコニウム複合体の分子設計並びに、触媒材料への応用を検討した。酸性基として-CH_2SO_3H、疎水基としては-C_6H_5, -C_7H_<15>, -C_<12>H_<25>, -C_<22>H_<45>を導入したペンダント型の誘導体、また、-C_<12>H_<24>-を導入したピラ-型誘導体の分子設計を試みたところ、これらの複合体の合成に成功した。結晶化合物の構造解析には、X線回折,^<31>P, ^<13>C-CP/MASNMR,イオン交換容量の測定を行った。その結果、誘導体の層間距離は嵩高い疎水基に依存し、複合比を変化させても層間距離は一定であった。イオン交換容量においては組成式から算出される計算値とほぼ一致し、ほぼ全ての酸点がイオン交換能を有していることがわかった。触媒材料として応用するために行った酢酸のエステル化反応では、プロトン当たりの触媒活性を求めた。活性は複合化させることにより、全体的に-CH_2SO_3H基単独体を上回った。また複合体における疎水基の割合が増すにつれ、液体酸である硫酸を触媒とした場合よりも活性が向上した。このことから、酸点周囲の疎水環境が触媒活性に大きな影響を及ぼしていることが推察される。さらに複合化させる官能基により活性が異なったことから、層空間が反応の場として利用されていることが示唆された。続いて、フッ素(-CF_2COOH)を導入した新規誘導体の合成も試みた。単独体はカルボン酸の会合性のため層状化合物が得られなかったが、嵩高い疎水基と複合化させたところ、層状構造を有することがわかった。この新規誘導体については現在継続研究中である。近年、規則性のある分子配列を持つ結晶性層状化合物が新しい機能性材料として注目を浴びている。層状化合物は限られた二次元層空間をもつ構造材料であることから、層間に各種の機能を植え付けることができれば従来になかった新しいタイプの分子形状選択性をもつ機能性材料を提供できることになる。本研究で合成した亜リン酸(フォスフォン酸)ジルコニウムはZr(O_3PR)_2のような一般式で表すことができ、ジルコニウム原子によって形成された平面の上下に、リン酸基四面体が規則正しく配列した構造からなる層状化合物である。この化合物は層間に向き合って存在するアルキル基(R)を様々な化学的機能を持つ官能基に置き換えることが可能であることが、特徴である。その導入された官能基の種類によって、層間距離を制御し、酸性基や疎水性基を導入することを目的とした。結晶性層状化合物は、各種亜リン酸化合物と4価のジルコニウム塩から無定形フォスフォン酸ジルコニウムを合成し、フッ酸(HF)で処理することで得られる。導入した官能基(フォスフォン酸基)はジルコニウム層からぶら下がった構造をとっているので、ペンダント体と呼ばれている。ペンダントがかさ高いものであれば、層間距離は拡大し、より広い層空間を作ることが可能である。また、導入する官能基の性質によって、イオン交換能、強い酸性、疎水性などの機能を層間に付与することが可能である。また、ジフォスフォン酸が合成できれば、層同士を分子状ピラ-で架橋することも可能である。導入するペンダントタイプのフォスフォン酸基としては、-OH,-CH_2COOH,-CH_2SO_3Hなどの酸性基、また、疎水性基として-CH_3,-C_6H_5,-C_<12>H_<25>,-C_<22>-H_<45>など、さらにピラ-タイプのフォスフォン酸基として-C_<10>H_<20>-,-C_<12>H_<24>
ワーキングメモリの起源に関する比較心理学的研究

本研究は,ワーキングメモリ過程の起源について明らかにするため,爬虫類(リクガメ),両生類(アカハライモリ),硬骨魚類(キンギョ)に放射状迷路課題を共通して実施すること,および比較基準としてのラットにおける検討を進めることを目的とした。その結果,リクガメにおける放射状迷路の自由課題,および強制-自由選択法の学習,キンギョにおける放射状迷路遂行を確認した。アカハライモリについては,安定した報酬訓練を実現した。ラットでは,放射状迷路を用いた指示忘却現象を確認することに成功した。これらの知見は,爬虫類,両生類,硬骨魚類におけるワーキングメモリ研究を可能にするものである。リクガメ(ホルスフィールドリクガメ)用の放射状迷路の開発,飼育方法および餌報酬を用いた実験を行うための給餌法の確立,放射状迷路での予備訓練法の確立を行った。2個体を飼育し,そのうちの1匹について安定した放射状迷路遂行が確認され,およそ30分以内に8アームすべてから採餌することが可能になった。さらに,この個体については,8方向迷路の自由選択課題において,チャンスレベルを超える水準での遂行が確認された。訓練は継続中であり,嗅覚手がかりの利用可能性の検討や反応パタンの柔軟性等に関して引き続き検討を行う予定である。他方の1個体については,予備訓練によるアームの順次の進入が不調に終わった。同種に一般的に適用可能な訓練法,実験餌等の実験条件の検討を引き続き進める。硬骨魚類の放射状迷路遂行については,大型化した放射状水迷路における強制選択-自由選択法を用いて,キンギョとコイにおいて検討した。その結果,両種においてチャンスレベルを有意に超える遂行が確認された。またキンギョについては採餌アームを避けるwin-shift課題と採餌アームの再選択を求めるwin-stay課題を比較すると,ラット等と同様にwin-shift課題の成績が優れ,win-stay課題では遂行はチャンスレベルを超えないことが明らかになった。しかしながら,コイとキンギョのwin-stay課題の成績は,これまでに使用した小型迷路よりも劣ることが示唆された。結果の分析から,迷路の大型化に伴うアーム進入負荷の低減が原因であることが示唆された。この結果を基にして,硬骨魚類に適用可能な放射状迷路の一般化を進める予定である。イモリについては飼育条件について検討を行った。引き続き,適用可能な迷路の開発を進めている。ホルスフィールドリクガメの放射状迷路学習について,2個体のうちの1匹について安定した遂行が確認された。自由選択課題を140日間にわたって訓練したところ,チャンスレベルを有意に超える水準での遂行が確認された。引き続き,実験者が決定したアームへの強制進入後に全8アームから未選択アームを選択させる強制-自由選択課題の訓練を行った。結果として,有意にチャンスレベルを超える水準でこの課題を遂行可能であったことから,リクガメは,固定的な反応パタンの学習によらず,ワーキングメモリ過程に基づく放射状迷路遂行が可能であることが新たに示唆された。硬骨魚類については,キンギョ用の放射状迷路を作成して遂行可能性を検討した。その結果,嗜好性の高いアームへの再進入が放射状迷路遂行に干渉していることが示された。そこで,各アームにシリコン・シートによるカーテンを設置し,進入に対する反応負荷を高めることで,キンギョのアーム選択の基準の厳格化を促した。これまでに一部の個体で肯定的な結果を得たことから,迷路内手がかりの改良と合せて,引き続き検討を行っている。アカハライモリについて,報酬訓練のための餌刺激の選定と直線走路を用いた報酬訓練効果の確認を行った。長期間にわたって同一の餌を与えると嗜好性が低下する傾向が認められたため,これを防止するための給餌スケジュールについて検討を行っている。アカハライモリについては報酬訓練法の確立は途上であるが,リクガメとキンギョのワーキングメモリ過程について放射状迷路を用いて安定的に検討する基礎的条件を整えることができた。ホルスフィールドリクガメの放射状迷路学習について,昨年度までに自由選択課題と強制-自由選択課題の習得を確認した1個体に加えて,新たな1個体においても同様の遂行が可能であることを確認した。放射状迷路の遂行可能性が2個体で確認されたことから,リクガメは,固定的な反応パタンの学習によらないワーキングメモリ過程に基づく放射状迷路遂行が可能であることが確認された。硬骨魚類については,キンギョの放射状迷路学習においてwin-shift課題とwin-stay課題の学習可能性を検討した。その結果,win-shift課題においてチャンスレベルを超える遂行を確認した。しかしながら,さらに複雑な記憶機能の検討へと展開するためにはさらに高い水準での遂行が必要である。このため,各アームへの進入に要する反応負荷を高める操作を試みた。シリコン・シートによるカーテン,ボールチェーンのすだれ状の配置,およびアーム進入口の狭化について検討した。特に進入口の狭化について肯定的な結果を得たことから,迷路内手がかりの改良と合せて,引き続き検討を行っている。

アカハライモリについて,報酬訓練のための餌刺激の選定と直線走路を用いた報酬訓練効果の確認を行った。長期間にわたって同一の餌を与えると嗜好性が低下する傾向について,実験餌の工夫により安定した摂食を実現した。この知見に基づき,直線走路における報酬性の道具的条件づけによる走行反応の獲得および反応強度に報酬量が影響することを確認した。ラットでは,放射状迷路課題を用いた指示忘却実験を行い,F手がかり後には正反応の強制選択を行わせる反応置換型の実験,および2種類の報酬事象のどちらがテストされるかを手がかりにより指示する認知資源再配分型の実験を行った。その結果,反応置換型の実験において指示忘却現象を確認した。認知資源配分型実験については手がかり提示のタイミングに関する改良を検討中である。
熱輸送デバイス/熱電エンジンによる熱回収システム化技術

各種調査結果を基に温度レベルごとの排熱量を推計し、300°C以上の排ガスが少なくとも一次エネルギーの7%、85300°Cの排ガスが少なくとも4%存在することが分かった。排熱回収用の熱輸送デバイスとして、細径化による外側熱伝達特性の改善が最も期待できるSEMOS-heat-pipeを選定し、R141bを作動流体として、高温部・低温部間の短尺化(20mm程度)と内径0.5mmへの細径化とにより姿勢自由度の高いSEMOS-heat-pipeを開発した。これを原型として、250°Cまでの温度範囲で作動する細径・短尺・自由姿勢SEMOS-heat-pipeの開発に成功した。さらに、熱輸送特性を予測しSEMOS-heat-pipeに関する設計指針を得るため、蒸気プラグ部と液体スラグ部とを作動流体ユニットとするシミュレーションモデルを構築した。中間温度域で従来使用されてきたPb-Te系に代わって利用できる高効率熱デバイス材料の探査と創製実験とを行い、p型に関しては、Zn-Sb系において、700K程度まで高効率で、ZT=0.91の数値を達成できることを確認した。次に、出発元素粒素材から微細組織制御された熱電合金・熱電化合物シート材までのデバイス化プロセスを開発した。特にBi-Te系においては、溶解-鋳造過程、単結晶創製過程なしに、単結晶と同程度の熱電特性と単結晶材の7倍強の強度を有する熱電シートを創製できた。最後に、p型・n型デバイスと電極とをバッファー材を介して直接拡散接合させることで、半田フリーのプロセスを開発した。ビスマス・テルル系汎用熱電モジュールの両面にSEMOS heat pipeをそれぞれ1本ずつ加熱用、冷却用として配置したモデルエンジンを試作し、変換効率0.86%が得られることを示した。SEMOS heat pipeの実効熱伝導率は銅の100倍程度に達しているが、接合部における熱抵抗の軽減が課題として残った。本年度は、「環境に廃棄されているエネルギーの温度別の量統計の作成」、「細径SEMOS Heat Pipeの管路作成法の開発と細径SEMOS Heat Pipeの作動確認」、「熱電素子については最適プロセス設計の基礎データを得ること」を目標とした。本年度の第一の目的とした「環境に廃棄されているエネルギーの温度別の量統計の作成」については、民生分野をのぞいて代表的フローを示した。これによれば、我が国の全一次エネルギーに占める自動車の排熱の割合は、排気ガス6%、冷却水6%であり極めて高い。特に排気ガスはエンジン出口では500°C程度の温度にあり、有効利用を図るべきであることが明瞭となった。熱輸送デバイス用のパイプ線材化に関しては、既存のCuパイプを用いたヒートパイプ成形・デイバス化の技術を開発してきており、外径0.2mm程度までのパイプ成形に関しては、本年度までの技術でハンドリング可能である。また、R141bを作動流体とする内径0.5mmのSEMOS heat pipeを銅管により作成し、熱輸送デバイスとして機能することを確認するとともに、細経化することによりTOP-heatモードでも動作する可能性を見いだした。熱電材料の薄膜化・高機能化ならびに熱輸送デバイス用パイプ線材成形加工に関する研究開発を中心に計画を遂行した。Bi-Te系素子に関してはバルクメカニカルアロイング(BMA)+ホットプレス(HP)/薄板せん断押し出し成形(SE)により、ZT=1程度の高性能化の可能性が見えてきた。

特に、BMA+HPでは固相創製によるp型ならびにn型素子の創成ができ、モジュール化も視野に入っている。方、BMA+SEでは、プロセス技術の最適化に関するさらなる研究は必要ではあるが、冷却モジュール化のための基盤技術は見えてきた。本研究で熱輸送デバイスとして対象としているSEMOS heat pipeについては、熱回収効率を高めるために細径化を、作動限界を知るために熱輸送限界におけるheat pipe温度および熱輸送量の把握を、また高温化を図るための作動流体探査を目的としている。本年度は、内径1.5mm0.9mmのSEMOS heat pipeを制作し、熱輸送限界を実験的に調べ、以下の結果を得た。1)従来動作が確認できなかった0.9mm内径の水やエタノールを作動液体としたSEMOS heat pipeも、heat pipe温度を高くすると作動する。2)最大熱輸送量は、R141b、エタノール、水の順に高くなり、いずれの作動流体においても毛管力型heat pipeの最大熱輸送量を遙かに上回る。3)最大熱輸送量は細径化と共に低下するが、最大熱輸送密度(管内断面積基準)は細径化と共に高くなる。4)SEMOS heat pipe内面に管軸方向に溝を設けると熱輸送限界がさらに向上する。本熱輸送デバイスの開発に関しては、西尾・相澤グループが密接に連携しつつ、核燃料サイクル機構の協力も得て、実用環境での熱電デバイス-熱輸送デバイスのシステム化を行い、実プラント環境での排熱利用への展開すべき技術基準を調査した。また、熱電デバイス製造プロセスに関しては、p型・n型半導体シード材の作成にほぼ目処がたち、BMA+せん断押し出しプロセスにより力学特性ならびに熱電特性に優れたシート材作成に成功している。またMg系の熱電材料を中心とした開発を進め、Mg_2X系(X:Si, Ge, Sn, Pb)の化合物相の固相合成に加え、固相プロセスによる自己ドーピング、固溶体化などに着手し、従来のPb-Te系を代替する中間温度域で稼動する熱電材料開発に見通しを得ている。本年度は、実用に近い短尺細径SEMOS heat pipe(内径0.5mm、外径1.0mm、長さ50mm、12ターンの銅パイプ)を制作し、高温化を目指して沸点の高いFC70を用い、低温側温度を6080°Cとして熱輸送特性を実験的に調べ、本heat pipeは、短尺細径化により、ボトムヒート・トップヒート双方のモード良好に作動するとともに、双方のモードで熱輸送特性が変化せず、高温側温度が260°Cでも作動することを確認した。熱電素子については、低温排熱を利用するシステムで最適と判断しているBi-Te系のp型、n型熱電半導体の特性を最大限に活用するとともに、熱電デバイスに向けたモジュール化をはかるために結晶異方性を制御した熱電シートの開発を目的としている。本年度は、これまでの基本技術をさらに拡張し、p型、b型熱電シート材(厚さ:0.5-2mm)の作製に成功し、その強い配向制御により単結晶特性に匹敵する熱電特性と焼結素子の1.7倍の強度をもつシート材を製造できるようになった。