hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
数学的要素を組み込んだ玩具づくりワークショップ・プログラム及び玩具デザインの展開

「造形」「数学」の両領域に亘る、創造的能力・論理的思考力・学力向上という複合的教育効果を狙った、子どもを対象とした玩具づくりワークショップ・プログラムを開発した。その上で、ワークショップを実践した結果、玩具動作の原理を解説するワークショップの有効性と、複合的な玩具の機能を組み合わせた玩具づくりワークショップテーマ開発の意義が明らかになった。また、相補的に数学的・物理的要因を組み込んだ、作品としてのオリジナル玩具デザインを開発・展開し、各種展覧会で発表した。「数学的要素を組み込んだ玩具づくりワークショップは、子どもの造形的・創造的感性、理論的思考力、ものの本質を見抜く基礎力を獲得させると」いう独自の仮説に基づき、まず、以前に開発した二重振り子のカオス玩具を発展させて、予測不可能な多重のカオス運動を起こす、「龍」をモチーフとしたカオス玩具をデザイン開発した。その上で、親子を対象としたワークショップ実践(「複数のカオス運動を起こす、カオス・ドラゴン」と「ボールを振り子のようにして操作する、ボール・ドラゴン」づくり)を行った。まず第1部の造形ワークショップとして、ヒノキ材・丸棒・木球等の素材を使用し、鋸・クリックドリル等の道具を使用して、オリジナルの1対2体のドラゴンを完成させる創造的な活動を行った。次に第2部の数学のワークショップとして、次の3つの学ぶ活動を行った。1)造形作品に現れるカオスの「予測不可能性」、および「決定論的な性質」の両方を体感する。2)1対2体の「カオス・ドラゴン」と「ボール・ドラゴン」から、カオスに至る周期性について焦点化して学ぶ。3)完成した1対2体の作品を、親と子とで互いに相補的にコントロールして遊ぶと共に原理を学ぶ。ワークショップ実践後にアンケート調査を行った結果、「カオス」という高度な内容であったにもかかわらず、低年齢の子どもから大人までの多くの参加者が興味を持って肯定的に関わったことが分かった。特に、参加した保護者は、造形・数学両面に高いレベルの内容を期待していることが実感された。また、玩具創作と以上のワークショップの結果を相互にフィードバックさせて、「カオス」や「予測不可能性」をテーマとした玩具作品を開発・展開し5回の展覧会において発表した。今後は、仮説の検証方法を精査すると共に、今回の実践を通して抽出した「決定論的」、「予測不可能性」、「推移性」、「共鳴性」という数学的キーワードを基に、新たな玩具づくりワークショップ・プログラムを開発したい。「数学的要素を組み込んだ玩具づくりワークショップは、子どもの造形的・創造的感性、理論的思考力、ものの本質を見抜く基礎力を獲得させる」という独自の仮説に基づき、今年度は、前年度に開発した多重カオス運動を原理とした「龍」をモチーフとして、予測不可能な動きをする玩具を更にデザイン展開した。すなわち、「龍」と関係の深い「宝珠(木球)」に磁石を埋め込み、「龍」の頭部を磁着させる動きを、玩具の操作として取り入れたカオス玩具を開発した。それを原型として教材化し、子どもを対象としたワークショップ「カオスの原理で動く龍をつくろう」を実践した。その後、新たな数学的・物理的要素として、回転・遠心力・重力・発音等の要素を持つ玩具「音の出る尾舞い鳥」をデザイン開発し、それを原型として教材化し、小学生・幼児(5歳児)を対象とした玩具づくりワークショップ及び親子を対象とした玩具づくりワークショップを実践し、画像・アンケート等種々のデータを収集した。それらを分析した結果、今回取り上げたテーマは比較的高度な内容であったにもかかわらず、子どもから大人までの多くの参加者が興味を持って肯定的に関わり意義深かったことが分かった。なお、今年度前半に実施した「龍」をテーマとしたカオス玩具づくりワークショップ実践と、前年度のカオス玩具づくりワークショップ実践の結果は、「決定論的」「予測不可能性」「推移性」「共鳴性」という数学的キーワードを用いて学会発表(平成24年4月に優秀ポスター発表賞受賞)した。また、玩具創作と、今年度に実施した6回のワークショップの結果を相互にフィードバックさせて、「予測不可能性」、「回転・遠心力・重力・発音等」をテーマとした玩具作品を10回の展覧会において発表した。今後は、仮説の検証方法を精査すると共に、数学的な内容(動作原理等)をより分かりやすく示す方法を明確にすることを課題としたい。数学的要素を組み込んだワークショップは、子どもの造形的・創造的感性、理論的思考力、物の本質を見抜く基礎力を獲得させるという独自の仮説に基づき、今年度は、数学的視点に物理的視点も加えて、制御(サイバネティクス)に着目した玩具デザインを展開し、作品としてのオリジナル玩具を開発した。それは、2個の円錐の底を接着したコマをV時型に開いた坂を上らせる原理を応用し、2本のレールを閉じたり開いたりしてコマを往復させる操作を楽しむものである。それを基に、木材を主素材とする玩具づくりと、玩具の動作の解析や原理の理解を目的としたワークショップ・プログラムを開発の上実践した結果、内容はやや難しいが興味・意欲は高いという一定の教育効果を確認した。また、川の上流に向かう水中翼船を制御して遊ぶ船をデザインした。

そして、船の前進方向の浮力と側面方向の回転モーメントについて、数学的視点を発展させ、物理的視点で解析した図を用いて、玩具づくりの前に解説した。その結果、小学校中高学年の子どもたちは、創造的な楽しさの他に理論的に考えてつくるという教育効果と、又やりたいという意欲を確認した。次に、幼児を対象としたワークショップとして、カルマン渦による音の出る玩具をデザイン開発した。その玩具に、人差し指1本で回転させる機構を付加して、それらの物理的解析の図を作成し、玩具づくりワークショップを実践した。その結果、対象が幼児の場合は理論的解説というより、動作の面白さや、挑戦して遊ぶというスキルがある玩具での遊びの体験が重要であり、指導者が玩具動作の解析を通して、玩具の構造や動きを理解しておくことが重要だと分かった。一方、玩具づくりワークショップと相補的に、カオスを原理とする作品としての玩具デザインを発展させ、新たに、制御(カオスを含む)するという考え方で、作品としてのオリジナル玩具を制作し、各種展覧会で発表した。平成23年度の研究実施計画では、1)「龍」のカオス玩具のまとめと新たな玩具の開発、2)ドイツ他ヨーロッパの玩具調査、3)新たなワークショップ・プログラムの開発、4)アンケート調査の解析及び数学的要因を分析した内容を含む発表用ポスターの作製・発表を上げた。1)「龍」のカオス玩具のまとめについては、開発した数種類の「龍」の玩具作品を作品展で発表した。また、回転・遠心力・重力・発音等の要素を持つ玩具(音の出る尾舞い鳥)を新たにデザイン開発した。2)に関して、現地調査は出来なかったが有馬玩具博物館における調査を実施し資料を収集した。3)に関して、カオスの他に新たに、回転・遠心力・重力・発音等の要素を持つ玩具(音の出る尾舞い鳥)を教材化しワークショップを計画の上実施した。4)に関して、調査を実施・解析の上、玩具づくりワークショップに数学的内容を取り込んだ意義を学会発表で提示した。以上の結果から総合的に(2)と評価した。24年度が最終年度であるため、記入しない。3年間の研究の総合的なまとめとして、研究成果報告書作成(翌年度刊行を予定)を目標にしつつ、本研究成果を発展させる視点で、玩具づくりワークショップ実践と玩具デザイン作品開発を有機的に関係させながら推進する。具体的には、新たに物理の専門家の研究協力も得て、今日まで集積したデータを分析しながら、新たなテーマを開発し玩具づくりワークショップを実践する。実践終了後に参加者を対象としたアンケート調査を行い数学的要因を組み込んだ玩具づくりワークショップの意義に関する当初の仮説の検証を行う。また、これらの研究過程から派生する玩具デザイン展開を相補的に行い作品展で発表すると共に、その成果を玩具づくりワークショップのテーマ開発にフィードバックさせる。最後に、新たな研究方針・内容を明確にした上で3年間の研究内容・成果をまとめる。
Ⅲ族窒化物半導体を用いた中性子検出半導体の開発

本研究では、III族窒化物半導体を用いて次世代中性子検出器の開発を行った。中性子捕獲断面積が大きいGd原子とB原子を利用したGdGaNおよびBGaNを提案し検討を行った。GdGaNに関しては、Gd原料の低い飽和蒸気圧などが原因で高品質な結晶成長の実現には至らなかった。BGaNは有機金属気相エピタキシー(MOVPE)法を用いた結晶成長技術の開発によって、BNモル分率が約1%のBGaNの作製を実現した。作製したBGaN薄膜を用いて放射線検出特性評価を行い、中性子検出を実現した。また、デバイス作製に向けたIII族窒化物の放射線検出特性評価を実施し、移動度寿命積などのデータを得るに至った。中性子検出において半導体検出器の新規作製を目指し、GaNに代表されるIII族窒化物による中性子検出半導体材料の開発を行っている。GaNに中性子捕獲断面積の大きいGdなどを混晶させてコンバーターとして用いることで、中性子を捕獲した際に発生する電子を検出することで単体材料における中性子検出が可能であると考えている。そこで本研究では、GdGaNや他のコンバーターとなる材料を混晶させた半導体の新規作製を行い中性子検出半導体材料の開発および中性子半導体検出器の実現に向けて研究を遂行している。H24年度は本研究の初年度であり、GdGaNなど中性子検出材料となりうる半導体材料の結晶成長による材料開発を行った。有機金属気相エピタキシー(MOVPE)法を用いてGaN層を結晶成長させた後にGdGaNの結晶成長を行った。Gd原料にCp3Gdを用いて結晶成長を試みたところ、約0.5%のGd組成のGdGaNの作製を実現した。しかしながら、十分なGd組成にはなっておらずGd原料の更なる供給が必要であると考え飽和蒸気圧の低いCp3Gdを大量に供給できるよう本予算にて高温供給ラインの増設を行い200°Cでの原料ガス供給が可能であるシステムを構築した。Gd以外のコンバーター材料としてB原子についても検討を行った。B原子が中性子捕獲時に発生するα線をGaNにて検出するといった機構であり、BGaNの作製により検出が可能かどうかの理論的検討を行った。検出原理としては可能であり、B組成3%のBGaNを3μm積層することにより1%程度の中性子捕獲が可能であることがわかった。またMOVPE法にてB原料にTEBを用いて結晶成長を行ったところ1%程度のB組成を持つBGaNの作製を実現した。α線に対して感度も持っており中性子検出材料として用いることが可能であるということが示唆された。放射線検出器の開発として、中性子検出半導体材料の実現をIII族窒化物半導体に中性子捕獲元素であるBやGdを混晶化させることで、空乏層中において中性子捕獲時に電荷を発生させる方法にて実現を目指している。GaN中にB原子やGd原子を混晶させて結晶成長させるために、それぞれの結晶成長技術の開発を行った。BGaNの結晶成長では低圧成長かつ歪補償層を作製することで高品質化を実現しており、B組成1%のショットキーダイオード特性を得られる結晶成長を実現した。作製したショットキーダイオードにより放射線検出特性の評価を実施するに至った。GdGaNの結晶成長においてはGd有機金属材料の飽和蒸気圧の低さから高温供給が必要であり、高温供給ラインの導入および高温供給ラインを用いたGaN、GdGaNの試作を行った。高温供給ラインがGaNの結晶成長に影響を及ぼすことを明らかにしており、条件の最適化によりGd原料80°Cでの高温供給を実現している。特にBGaNにおいては放射線検出特性を評価するにいたっており、各放射線(α線およびγ線)に対する検出感度を明らかにした。中性子検出時においてα線のみに感度を有することが必要であるため、詳細に評価を行ったところ、ショットキーデバイスでの空乏層厚さでは、γ線に対する検出感度はなくα線のみに感度を有することが確認できた。また、α線に関する検出感度はバンドギャップから想定される理論値と大きな違いはないことが確認できた。更に、中性子線照射においても、中性子捕獲時に発生するα線を捕獲することで中性子検出を実現しており、中性子捕獲半導体材料として十分に機能する材料であることを示している。今後の研究により、BおよびGdを含んだBGaNおよびGdGaNの結晶成長技術を更に開発することで中性子検出半導体デバイスの実用化に向けた開発が進むと考えられる。中性子検出は開発が期待される技術であると同時に、従来の検出技術である3He計数管を用いた技術においてHeガスの枯渇による原料供給が大きな問題となっており、新しい中性子検出機構の開発が急務である。そこで本研究においては次世代、次々世代の中性子検出器となる半導体検出器の開発を行っている。中性子捕獲断面積が大きなBやGd原子をγ線に対して検出感度が低いGaNと混晶化させてBGaNやGdGaNといった混晶半導体を作製し、中性子半導体検出器の実現を目指している。これまでの研究により、半導体材料として機能するBGaNの結晶成長を実現し中性子を検出することが可能であることを実験結果より示した。GdGaNについては高温ガス供給により結晶の作製に至ったが、半導体特性を得ることはできなかった。本年度は、BGaNは中性子捕獲率の向上をめざしBGaN結晶成長技術の開発を行い、GdGaNには高温ガス供給ラインを使ってGdGaN結晶作製に向けて開発を行った。BGaN薄膜の組成分析を詳細に行い、BGaN層中のB原子が均一に分布しておらず、成長中にB原子が偏析している可能があることを示した。

また、BGaN成長においてh通常のGaN成長からB原料の供給を追加することで成長レートが50%以上も低減することも明らかになった。これらの結果は結晶中の成長表面においてB原子が結晶に取り込まれずに存在している可能性を示しており、表面に滞在するB原子により成長阻害が引き起こされていると考えられる。GdGaNに関しては高温供給ラインによる成長を試みているが、Gd原料の高温供給ガスによりGa原料が分解を起こしGaN成長が困難になることが明らかになった。高温Gd原料供給ガスの合流を非常に精密に設計する必要があり、本予算内にて装置改造を行うことは難しいため、今後はBGaNに注力してBGaNによる中性子半導体検出器の実現を目指す。近年、様々な分野での放射線を用いたイメージング技術が用いられており、新しい放射線源として中性子の利用に対する期待が高まっている。本研究においては中性子イメージングセンサーの実現に向けて、III族窒化物半導体を用いた中性子検出の検討を行っている。GaNにBNを混晶させたBGaN半導体を作製することで空乏層中においてB原子により中性子を捕獲・α線を生成し、生成されたα線によりBGaN層を励起することで中性子検出を行う機構を提案および検討している。昨年度までの検討により、BGaNショットキーダイオードの作製を実現し、中性子検出の実現に至っており、提案している原理について実証するに至っている。更にデバイス実現に向けた開発として、高品質BGaN薄膜の作製に向けたBGaN結晶成長メカニズムの解明と、III族窒化物半導体材料の放射線検出特性の詳細評価を実施した。結晶成長においては、ステップ幅などを変化させた成長実験においてステップが大きい場合にBNモル分率および表面平坦性が向上することが確認できた。これは、表面拡散を行っているB原子がステップ端で取り込まれる確率が低く、他の拡散原子と反応しテラス上で核形成を行っていることが原因であると考えている。つまり、BGaN成長においてはテラス上での核形成を抑制し、ステップ端での取り込みを促進するような成長が重要であることがわかった。更に、GaNダイオードを用いた放射線検出特性評価を行い、BGaNの母材となるGaNがγ線や中性子線には感度が低くα線に対して高い感度を持っていることを明らかにした。GaNの放射線検出時における移動度寿命積は10-5 V/cm2程度のオーダーであることも確認した。これらの結果よりBGaN中性子半導体検出器に向けたIII族窒化物半導体の結晶成長と放射線検出特性についての理解を深め、実現に向けた一助となる結果を得た。本研究では、III族窒化物半導体を用いて次世代中性子検出器の開発を行った。中性子捕獲断面積が大きいGd原子とB原子を利用したGdGaNおよびBGaNを提案し検討を行った。GdGaNに関しては、Gd原料の低い飽和蒸気圧などが原因で高品質な結晶成長の実現には至らなかった。BGaNは有機金属気相エピタキシー(MOVPE)法を用いた結晶成長技術の開発によって、BNモル分率が約1%のBGaNの作製を実現した。作製したBGaN
アクトミオシンの三次元運動機構の解明

本研究は、in vitro運動アッセイ系におけるアクチン繊維の滑り運動を三次元で計測し、その運動メカニズムを明らかにすることを目的とした。このとき、ガラス面近傍から離れるにしたがって場の強度が指数関数的に減衰するエバネッセント場を用いて蛍光標識されたアクチン繊維を観察・記録することで、アクチン繊維の三次元での位置座標が追跡された。その結果、滑り運動しているアクチン繊維は、ガラス面から150nm程度の高い位置を上下方向に変動しながら、時々ミオシンヘッド近傍の高さである70nm程度の低い位置に移動することを繰り返していた。この低い位置への移動頻度は、ATP濃度の上昇に伴って高くなった。他方、滑り運動していないアクチン繊維では、そのような高い位置と低い位置とを移動する現象は見られなかった。これらにより、アクチン繊維が高い位置から低い位置へと移動し、アクチン繊維が低い位置にあるときにアクチン繊維とミオシンとが作用したと考えられる。このアクチン繊維とミオシンとの作用前後でのアクチン繊維の上下方向の変位は、ミオシンと作用せずに高い位置で上下方向に変動しているときの高さの変位に比べて大きいことが示された。これは、アクチン繊維がミオシンと作用する以前からその変位量に変化を生じていたことを示す。また、滑り運動しているアクチン繊維が上下方向に大きく変動していることから、アクチン繊維が滑り運動中にミオシントの作用に際して変形していることが考えられる。本研究は,エバネッセント光を用いてアクチン繊維の三次元運動を計測し,その運動機構を解明することを目的としている.エバネッセント場中に存在する蛍光分子の輝度はガラス面から離れるにしたがって暗くなる.そこで,白金線に蛍光標識したアクチン繊維を吸着させてエバネッセント光で観察し,アクチン繊維の蛍光輝度とガラス面からの距離を対応付けた.測定で得られた蛍光輝度の測定曲線とエバネッセント光の理論曲線とは同様の曲線を示した.上述したアクチン繊維の三次元位置の解析方法を利用して,in vitro運動アッセイ系で滑り運動するアクチン繊維の運動を観察・記録・解析した.アクチン繊維をローダミンで蛍光標識して,まだら標識アクチン繊維を準備した.このまだら標識アクチン繊維を用いて,in vitro運動アッセイ系におけるアクチン繊維の滑り運動を観察・記録した.蛍光標識されたアクチン繊維の標識部位の輝度分布を二次元正規分布でフィッティングし,標識部位の二次元平面上での位置を測定した.さらに,標識部位の輝度からアクチン繊維の高さを推定した.ATP非存在下でアクチン繊維が滑り運動していない時,アクチン繊維の高さの時間平均値は100400nmであった.また,アクチン繊維の高さが高くなるにしたがって,その標準偏差は大きくなった.この結果は,アクチン繊維の一部のみがヘビメロミオシン(HMM)と結合していることを示唆している.ATP存在下で滑り運動しているとき,アクチン繊維は150nm程度の高い位置で揺らいでいる状態と70nm程度の低い位置に引き込まれる状態が混在していた.ミオシンのガラス面からの距離は70nm程度であると推定されるので,アクチン繊維はHMMから離れて運動している可能性があることがわかった.本研究は、エバネッセント光を用いてアクチン繊維の運動を三次元で計測し、その運動機構を解明することを目的としている。エバネッセント場において蛍光分子の輝度はガラス面から離れるに従って暗くなる。そこで、白金繊維に吸着した蛍光標識されたアクチン繊維をエバネッセント場で観察し、アクチン繊維の蛍光輝度とガラス面からの距離とを対応付けた。測定で得られた蛍光輝度の測定曲線とエバネッセント光の理論曲線とは同様の曲線を示した。上述したアクチン繊維の高さを推定する方法を用いて、in vitro運動アッセイ系ですべり運動するアクチン繊維の運動を観察・記録・解析した。このとき、アクチン繊維はその一部をところどころ蛍光標識したまだら蛍光標識アクチン繊維を用いた。そして、蛍光標識部位の輝度を二次元正規分布でフィッティング氏、蛍光標識部位のアクチン繊維の二次元平面状での位置を決定した。加えて、その位置における蛍光標識部位の輝度を求め、その輝度から蛍光標識部位のアクチン繊維の高さを推定した。解析の結果、ATP存在下で滑り運動するアクチン繊維がガラス面から70200nmの高さを高さ方向に変動しながら運動していることがわかった。特に、アクチン繊維は150200nmの高さにある時間が、70nm程度の高さにある時間の4倍程度であった。他方、ATP非存在下で滑り運動していないアクチン繊維は、70100nm程度の高さで高さ方向に変動しながら止まっていた。これらの結果は、滑り運動しているアクチン繊維がヘビメロミオシンから離れて運動し、高さ方向の変動が運動に寄与している可能性を示している。

他方、滑り運動していないアクチン繊維では、そのような高い位置と低い位置とを移動する現象は見られなかった。これらにより、アクチン繊維が高い位置から低い位置へと移動し、アクチン繊維が低い位置にあるときにアクチン繊維とミオシンとが作用したと考えられる。このアクチン繊維とミオシンとの作用前後でのアクチン繊維の上下方向の変位は、ミオシンと作用せずに高い位置で上下方向に変動しているときの高さの変位に比べて大きいことが示された。これは、アクチン繊維がミオシンと作用する以前からその変位量に変化を生じていたことを示す。また、滑り運動しているアクチン繊維が上下方向に大きく変動していることから、アクチン繊維が滑り運動中にミオシントの作用に際して変形していることが考えられる。
フィジカルコンピューティングと３D指向の物作りでのアルゴリズム教育システムの研究

本研究の目的は、フィジカル・コンピューティング(以下、PhC)を教育するための各種システムの開発である。PhCとは、通常のPCの画面内だけでなく、外界の状態を検知したり装置を制御することをいい、今後の利用の拡大が予想される。本研究では、ArduinoとRaspberry Piという2種類のマイコンを用いたPhC教育システムを開発し授業実践を行った。また、PhCの応用である3Dプリンタに焦点を当て、教育用3Dプリンタを開発し授業実践を行った。さらに、PhCによるものづくり教育が促進できるように3Dプリンタやレーザカッタを導入し、各種の小型ロボットを開発して授業で利用できるようにした。達成目標のうち平成26年度については下記の(1)と(2)の全体、および(3)の半分程度を計画していた。(1)小・中・高専・大学等の各レベルに対応した、PhC教育のためのハードウェア教材の選定(2) PhC教育を意識した、Arduino開発環境の改善と拡張(3)教育用3Dプリンタの設計と試作(1)については、これまでに開発してきた高専向けのArduinoを用いた入門教育のための教材を検証した結果、高専低学年においてはArduinoが最適であるとの結論を得た。高専高学年および大学のレベルに対しては、RaspberryPiが機能面や価格面で最適であることがわかり、これらを用いた教材を作成中である。一方で、小中学校向けの低レベルの教育のためにはArduinoより簡易的なものを選択する必要があり、現在いくつかの候補の中からIchigoJamという国産の教材を選択し、その評価中である。次に(2)については、これまでに開発してきた教材に加え、DCモータ、LCDディスプレイ、マトリクスLED、7セグLED、Xbeeによる無線通信の5つのハードウェアを実習できる教材を作成した。これで、Arduinoについては、すべての実習教材が整ったことになる。最後の(3)については、45人程度のグループごとに3Dプリンタを製作させることとし、1台あたり5万円程度の簡易的な3Dプリンタを現在設計中である。このためにサンプルとしてフランス製のキットを購入して評価を行ったが、設計ミスなどにより、短時間での組立が不可能であることが判明し、現在その機構を改良する作業を行っている。以上の3DプリンタはXYZ軸を用いた従来型の機構を採用しているが、プリント速度や製作のしやすさからデルタ型の機構を採用したものが最近出回り始めた。この型による設計も同時並行の形で行っている。下記の5つの達成目標のうち、平成27年度については(3)の残り半分と(4)の全体を計画していた。(1)小・中・高専・大学等の各レベルに対応した、PhC教育のためのハードウェア教材の選定(2) PhC教育を意識した、Arduino開発環境の改善と拡張(3)教育用3Dプリンタの設計と試作(4)3Dプリンタを活用した、アルゴリズム教育のための教育用ソフトウェアの開発と評価(5)小・中・高専・大学等の各レベルに対応した、パッケージングとコースウェアの整備(1)については、高専高学年および大学のレベルに対してはRaspberryPiを、小中学校向けの低レベルの教育のためにはIchigoJamをそれぞれ選択し、各教材の作成を行った。(2)については、平成26年度までに目標を達成できた。(3)については、授業での実習の容易性から3Dプリンタの方式としてデルタ型を採用し設計を行った。しかし、コストの問題から最終的に組立用キットを導入することに決定し、後期の授業(「フィジカル・コンピューティング」、高専4年生、後期2単位)において1班当たり4名の学生に1台の3Dプリンタを製作させ、計4台を予定通り完成させ、テスト印刷を行うことができた。(4)については、(3)にかかる研究時間が予定より長期に及び、平成28年度当初より研究に入り、現在、ターゲットとするアルゴリズムの選定中である。以下、各達成目標別に達成度を評価する。(1)小・中・高専・大学等の各レベルに対応した、PhC教育のためのハードウェア教材の選定すでに達成できた。(2) PhC教育を意識した、Arduino開発環境の改善と拡張すでに達成できた。(3)教育用3Dプリンタの設計と試作一応達成できたが、製作させた3Dプリンタの評価に関する内容を充実させる必要がある。(4)3Dプリンタを活用した、アルゴリズム教育のための教育用ソフトウェアの開発と評価昨年度までに達成する予定が、ベースが設定できた状況であるため、達成を急ぎたい。(5)小・中・高専・大学等の各レベルに対応した、パッケージングとコースウェアの整備このペースで行くと、すべてのレベルでの整備が今年度(最終年度)中に行えない可能性がある。このため、継続的な研究として科研費申請を行いたい。以上により、当初の研究計画より達成がやや遅れている進捗状況と言える。下記の5つの達成目標のうち、平成27年度までに(1)、(2)、(3)を達成した。→(1)小・中・高専・大学等の各レベルに対応した、PhC教育のためのハードウェア教材の選定(2) PhC教育を意識した、Arduino開発環境の改善と拡張(3)教育用3Dプリンタの設計と試作最終年度である平成28年度については残りの(4)と(5)の達成を計画していた。→(4)3Dプリンタを活用した、アルゴリズム教育のための教育用ソフトウェアの開発と評価(5)小・中・高専・大学等の各レベルに対応した、パッケージングとコースウェアの整備

(4)については、アルゴリズム教育の中で基本的なアルゴリズムであるソーティングをターゲットとした。通常の教育ではソーティングの途中状況を2次元である画面上にアニメーションを用いて描画する例が多い。本研究では、3Dプリンタの特性を活かして、上(Z)方向を時間軸とみなして、ソーティングの過程を1つの立体で表現することで、あらゆる方向からそれを見させることで、ソーティングアルゴリズム理解の向上につなげることを目的とした。しかし、今回製作した3Dプリンタは単色であり、複数色を可能にするためには大幅な設計変更と予算が必要であること、さらに、印刷速度が非常に遅いため、授業中にリアルタイムで見せることは不可能であること、などから、最近低価格化が実現されているレーザカッタを3Dプリンタの代わりに利用することに研究の方向を変更した。最終年度内では、レーザカッタの製作と評価が終了した。ソーティングアルゴリズムへの適用については、次年度持ち越しとなったが、10月を目処に目標を達成したい。また、最終目標である(5)については高専向けのパッケージングとコースウェアの整備を完了した。残りの教育期間向けの対応については今後の課題としたい。本研究の目的は、フィジカル・コンピューティング(以下、PhC)を教育するための各種システムの開発である。PhCとは、通常のPCの画面内だけでなく、外界の状態を検知したり装置を制御することをいい、今後の利用の拡大が予想される。本研究では、ArduinoとRaspberry Piという2種類のマイコンを用いたPhC教育システムを開発し授業実践を行った。また、PhCの応用である3Dプリンタに焦点を当て、教育用3Dプリンタを開発し授業実践を行った。さらに、PhCによるものづくり教育が促進できるように3Dプリンタやレーザカッタを導入し、各種の小型ロボットを開発して授業で利用できるようにした。以下、各達成目標別に達成度を評価する。(1)小・中・高専・大学等の各レベルに対応した、PhC教育のためのハードウェア教材の選定小中学校向けには、IchigoJamをテスト中であるが、これ以外のものについても今後評価していきたい。高専低学年におけるArduinoは選定が終了した。高専高学年および大学のレベルに対しては、RaspberryPi評価中であるが、これが採択できる予定である。以上、(1)については、評価対象をいくつか残している。(2) PhC教育を意識した、Arduino開発環境の改善と拡張前述のように、これまでに開発してきた教材に加え、DCモータ、LCDディスプレイ、マトリクスLED、7セグLED、Xbeeによる無線通信の5つのハードウェアを実習できる教材を作成し、Arduinoについては、すべての実習教材が整った。(3)教育用3Dプリンタの設計と試作45人程度のグループごとに3Dプリンタを製作させる目的を立て、1台あたり5万円程度の簡易的な3Dプリンタを2通りの形式で設計中である。
微細構造観測グライダーを用いたフロントの動態とサブメゾスケール過程明

沿岸域などに発生するフロントの混合にはさまざまなスケールの現象が関わっているが、密度勾配が水平的に変化することやフロントの正確な位置を同定することが困難であるため、未だ十分な知見が得られていない。そこで、フロント域の乱流微細構造を準水平的に測定するためにTurboMAP-Gliderを開発した。また、本測器の投入・回収を容易にするランチャーも合わせて製作した。さらに、フロントの位置を同定する為に、曳航式自由落下型CTD(Sealing Boat Profiler)を開発した。海洋のフロントとは異水塊が隣り合わせに存在する状態である。一般に、フロント域そのものの空間スケールはメゾスケールと呼ばれ、数キロから数100キロであるため表面水温や海面高度に関する衛星データから、その存在を確認することができる。メゾスケールはほぼ地衡流バランスしているため、小さなスケールへの運動エネルギーのカスケードダウンが発生しにくいため、このカスケードダウンに係る過程はサブメゾスケールと呼ばれる数100mから数キロ程度の鉛直流を伴う現象であることが分かってきた。しかしながらサブメゾスケールは密度構造が水平方向に対して急激に変化する現象であるため、一般的な観測から捉えることが困難である。このようなスケールの現象が混合過程とどのように関わっているか理解するためには微細構造を調べなければならない。そこで本研究は研究代表者の開発した微細構造観測装置TurboMAPと連携研究者(有馬)が開発した水中グライダーの技術を融合することにより、海洋の微細構造を水平的に観測する測器(TurboMAP-Glider)を開発することが目的である。本年度は、TurboMAP-Gliderの設計および製作を行うために、すでに開発されている自由落下式鉛直プロファイラー(TurboMAP2)に有馬が設計した主翼と尾翼を取り付けTurboMAP-Giderのプロトタイプを作成し、実海域および大型深層水槽(九州大学)にてその水中飛行の挙動に関する実験を行った。この結果から水中飛行中の本体角度と進行角を算出する方法を考案した。その算出方法の妥当性は、水槽実験において水中飛行の様子をヴィデオ撮影することにより確認した。また、実海域における計測データより本体に取り付けらているシャープローブのノイズレベルは10^<-10>(Wkg^<-1>)のオーダーで、鉛直落下式のものと同程度であることが分かった。このノイズレベルはこれまで唯一構築されたEPSONDO-Gliderの1/10程度ある。これらのプロタイプの実験結果をもとに、新型のTurboMAP-Gliderを設計し、制作を行った。初年度において、すでに開発済みの鉛直自由落下式微細構造プロファイラーTurboMAP2に、連携研究者(有馬)が設計した主翼と尾翼を取り付け、水槽および実海域でのTurboMAP-Gliderプロトタイプの水中飛行テストをおこない、得られたデータと実験のもとにTurboMAP-Gliderを設計した。本年度は、この新型の測器TurboMAP-Gの動作実験を九州大学応用力学研究所の大型水槽で行った。水槽実験によりTurboMAP-Gの水中での動作状態を把握することを試みた。実験の結果、TurboMAP-Gは潜行中、予想以上の振動が発生しており大幅な修正をかけなければ乱流観測が困難であることが分かった。試行錯誤の結果、尾翼部分の材質と形状を設計し直すことにより許容レベルまで振動を抑えることに成功した。初年度のプロトタイプを用いた実海域での実験よりから、TurboMAP-Gを観測船から安全に海上に着水させ、観測終了後に破損させることなく回収するために、専用のランチ・リカバリーシステムを設計し、作成した。TurboMAP-Gは負の浮力によって生じたベクトルをもとに前進し、主翼によって揚力を発生させる。全体の構成を複雑にしないために内部での浮力調整は行っていない。このためプロファイラーの後部にケーブルを取り付け回収しなければならない。そこで本体を回収するウインチシステムを小型漁業用巻き取り装置を応用して作成した。さらに、フロント構造を的確にとらえるため、曳航式自由落下型CTD装置(Sailing Boat Profiler, SBProf)のプロトタイプを開発した。この装置は既存の小型CTDと小型のケーブル巻き取り装置で構成されており、観測船を走行させながらフロントの構造を捉えることができる。今後さらに開発することにより将来的にはフロントの位置をリアルタイムで把握することが可能である。2年度目に設計・製作したTurboMAP-Gliderの水槽及び実海域実験データを再度解析し、水中における飛行状態と振動等の問題について精査した。この結果、潜航角度は25-30度であること、また、乱流計測にとって好ましくない振動を抑制することが困難であることが判明した。そこで、当初の設計理念を修正し、TurboMAP-Gliderの浮心と重心の位置を変更する必要があることが分かった。この為には本体を再度設計し作成するか、現状の本体を生かして修正しなければならない。そこで本体を大幅に変更することなく翼の取り付け位置を出来るだけ前方に移動させ、重心と浮心の位置を調整した。

このことにより潜航角度を12度程度まで抑えることが出来、さらに振動の問題も解決するこができた。昨年度、設計・製作したランチ・リカバリーシステムについても洋上での取り扱い安さやTurboMAP-Gliderを保護する機能を向上させるために修正を加え、実海域実験を行い、その機能が当初計画していたレベルにあることを確認した。フロントの位置を把握する目的で昨年度開発した曳航式自由落下型CTD装置(Saling Boat Profiler,SBPro)に小型の魚群探査装置の機能を加えることにより浅い海域においてもSBProを海底直上まで投入することが出来るようになった。荒川の河口域においてSBProを2ノットで曳航しながら水温、塩分、蛍光光度、濁度及び酸素量の断面測定を海底直上まで行うことができた。この観測により河川プルームフロントの詳細な構造を捉えることに成功した。
ビニル位フッ素の変換反応とその合成化学的利用

ビニル位のフッ素は、オレフィンに対して通常の求核性とは逆の求電子性を与える活性化基となり、同時に良好な脱離基としても働く。本研究ではこうしたビニル位フッ素の両性質に着目し、フルオロオレフィンとして2,2-ジフルオロビニルケトン1を取り上げ、その合成ブロックとしての有用性について検討した。その結果、1は各種求核剤と速やかに反応し、付加-脱離によってその二つのフッ素原子が順次自由に置換できることを見いだした。1にヘタロ元素求核剤としてアルコラート、チオラートあるいはアミンを作用させると、Michael付加とフッ化物イオンの脱離が連続的に起こり、円滑にフッ素の置換生成物を与えた。ここで同様の操作を繰り返すことにより二つ目の置換も進行し、alpha-オキソケテンの混合アセタールを含むO,O-,S,S-,O,S-,N,S-アセタールが得られた。これにより、環状化合物の合成上有用なalpha-オキソケテンアセタール類に対して、極めて一般性の高い合成手法を確立したことになる。アミンとの反応の場合、第一級アミンではフッ素の置換後、脱HFによって異種集積二重結合を有するalpha-オキソケテンイミンを与え、またヒドラジン、アミジンとの反応では、窒素によるフッ素の置換とアミノ基-カルボニル基間の脱水によって環構造を形成し、各々含フッ素ピラゾール及びピリミジンが得られた。さらに、1は環化付加反応においても活性であり、これをヘテロジエンとするアルデヒドとのDiels-Alder反応が進行し、フッ素の脱離を伴うことでalpha-オキソケテンの前駆体として有用な置換ジオキシノンを与えた。これらの結果、1が種々の合成困難な化合物の有用な合成ブロックとなり、フッ素が「変換可能な官能基」として有効に働くことを示している。この概念は、広く官能性ジフルオロオレフィンに有効であり、フッ素の新しい可能性として今後さらに展開されるものと期待される。
現代国際法における武力行使禁止原則の法的構造

現代国際法における武力行使禁止原則については、学説上、厳格な禁止と明確な例外という捉え方が一般的と言ってよい。しかしこうした枠組は各国によって共有されているのだろうか。本研究の目的は、現代国際法における武力行使禁止原則の法的構造を明らかにすることにし、その成果を国際的に問うことにある。そのため本研究においては、まず戦間期における戦争違法化の構造を明らかにし、その上で現代国際法上の武力行使禁止原則の法的構造を歴史的なパースペクティブの中に位置づけ、第二次大戦後の国家実行と学説においてそうした構造に関する理解がどのように変化していったのか、あるいは変化しなかったのかを検討する。
脳波位相同期ネットワークの二者間解析による記号コミュニケーション成立過程の解明

本研究は,二者が記号を用いたコミュニケーションを通して,記号の意味共有そして意図理解に至る際の神経基盤を解明することを目的とする.本年度は記号コミュニケーション課題中の全被験者から得られた脳波データから行動指標を用い,ベイズ推定モデルから得られた解析結果に対応した,記号の意味理解や意図共有の際の神経活動を調べた.年度序盤では,1.意味理解の解析において,メッセージ受信時の同期・脱同期のダイナミクスは,アルファ帯とガンマ帯のそれぞれで,成功・失敗群間で統計的有意差が見られた.この結果は,北九州で行われた国際シンポジウムにて報告し議論を行った.中盤では,2.意図共有の解析において,成功群・失敗群と記号の送受信の順序などの条件の違いに着目し,位相同期の差を調べた.その結果,低周波のシータ・アルファ帯と高周波のガンマ帯について,統計的に有意な違いが認められた.この結果は国際会議にて報告し指摘を得た.また他大学で,脳波・視線・モーションの3デバイス2者同時計測のトレーニングを行うと同時に,理化学研究所で行われた国際会議に参加・チュートリアルの補助を行った.終盤では,タイで行われたワークショップにて,階層的な神経モデル化と神経活動計測のロードマップを示し議論を行った.さらに他大学で,脳波計測のトレーニングおよび神山神経科学セミナーを実施,招待講演を行った.今年度には追実験(または新実験)は実施しなかったが,2箇所の他大学で計3ヶ月間,脳波計測の実地トレーニングを受け,訪問時には即時に高い精度で計測できる態勢,そしてJAISTでは簡易的な脳波計測環境をそれぞれ整えた.一方で,二者間の脳波位相同期ネットワークの(非)類似性を調べるためのプログラム実装が完了したが,適用する条件を模索している途中である.ジャーナル論文は次年度前半には英文誌に投稿予定である.本年度の成果として,1.意味理解について,メッセージ受信時の同期・脱同期のダイナミクス,および,2.記号使用の文脈(メッセージ送受信の順序)の違いに着目した解析により,低周波数帯(シータ・アルファ波帯)と高周波数帯(ガンマ波帯)において,成功・失敗群間で有意差が見られた.これらは,本年度の目標であった,記号の意味理解と意図共有に関わる神経活動の解明に寄与するものであることから,概ね期待通り研究が進展したと考えられる.年度前半では,既に得られた成果について,現在執筆中のジャーナル論文で報告する.そして,二者間の脳波位相同期ネットワーク解析へと進む予定である.この解析に用いるネットワーク間(非)類似性については,解析指標の選定および実装が既に完了している.このため,妥当だと思われる条件などを考慮しながら,定量化および複雑ネットワークの各指標の算出を進め,特徴的な構造を同定する.年度後半では,年度前半で得られた成果についてまとめ,「記号コミュニケーションの形成を通じて,二者の脳機能ネットワーク,特に位相同期ネットワーク構造が二者の間で類似してくる」という本研究の(作業)仮説の真偽についてジャーナル論文で報告する.本研究は,二者が記号を用いたコミュニケーションを通して,記号の意味共有そして意図理解に至る際の神経基盤を解明することを目的とする.平成29年度は,二者の記号によるコミュニケーションが上手くできない状態からできるように至る過程で,脳波位相同期ネットワークの構造がどのように関連してくるのかを明らかにすることを目標とした.本年度は記号コミュニケーション課題中の全被験者から得られた脳波データに対して,課題中の行動指標を用いベイズ推定モデルから得られた結果から,実験参加者ペアを1.コミュニケーションの成功・失敗,2.推定された送信メッセージの意図の違い,という条件で群分けし,脳波位相同期ネットワークの解析を行った.この結果により以下の結果が示唆された.前者の解析では,メッセージ受信時の同期・脱同期のダイナミクスは,アルファ帯では成功・失敗群で共通しているのに対して,ガンマ帯では群間で違いが見受けられた.この結果については第27回日本神経回路学会全国大会にて報告し,得られた議論やコメントを踏まえ,改善された位相同期指標を用いた解析を実施した.後者の解析では,コミュニティ抽出法を用いて,脳波位相同期性を用いた機能的結合の強い電極のグループを同定した.位相同期に基づいた機能的結合の強さで脳波電極をグループ化すると,推定された送信メッセージの意図によらず,前頭ー頭頂のグループの活動が顕著だが,他のグループは意図による違いが見られた.この結果は,第8回知識共創フォーラムにて発表し,奨励賞を受賞することができた.今後,アーチファクトなどを考慮して統計的検定を進めることで,これらの結果をより確たるものとする必要がある.来年度では,これまでの成果をまとめジャーナル論文にし,行動指標との対応を以って二者間のネットワーク類似性の解析を行う予定である.今年度に得られたいずれの結果も,前頭ー後頭間の位相同期性が強いことやガンマ帯での同期・脱同期の存在および群間での差異を示唆している.また前年度に実施した最も成績が良かったまたは悪かったペアにおける結果を国際会議で発表した.今後論文が出版される予定である.今後は,アーチファクトを考慮し,統計的検定を進めることで結果をより確たるものとする必要がある.そして,コミュニケーションを通じた二者の脳活動の関係の変化を解明するという本研究の目的に向けて解析を進展させる必要がある.その意味では,本年度に実施したいずれの解析は二者間解析の基礎となり,それらの結果で同期の差異を示唆しているため,概ね順調に進展していると自負している.

本研究は,二者が記号を用いたコミュニケーションを通して,記号の意味共有そして意図理解に至る際の神経基盤を解明することを目的とする.本年度は記号コミュニケーション課題中の全被験者から得られた脳波データから行動指標を用い,ベイズ推定モデルから得られた解析結果に対応した,記号の意味理解や意図共有の際の神経活動を調べた.年度序盤では,1.意味理解の解析において,メッセージ受信時の同期・脱同期のダイナミクスは,アルファ帯とガンマ帯のそれぞれで,成功・失敗群間で統計的有意差が見られた.この結果は,北九州で行われた国際シンポジウムにて報告し議論を行った.中盤では,2.意図共有の解析において,成功群・失敗群と記号の送受信の順序などの条件の違いに着目し,位相同期の差を調べた.その結果,低周波のシータ・アルファ帯と高周波のガンマ帯について,統計的に有意な違いが認められた.この結果は国際会議にて報告し指摘を得た.また他大学で,脳波・視線・モーションの3デバイス2者同時計測のトレーニングを行うと同時に,理化学研究所で行われた国際会議に参加・チュートリアルの補助を行った.終盤では,タイで行われたワークショップにて,階層的な神経モデル化と神経活動計測のロードマップを示し議論を行った.さらに他大学で,脳波計測のトレーニングおよび神山神経科学セミナーを実施,招待講演を行った.今年度には追実験(または新実験)は実施しなかったが,2箇所の他大学で計3ヶ月間,脳波計測の実地トレーニングを受け,訪問時には即時に高い精度で計測できる態勢,そしてJAISTでは簡易的な脳波計測環境をそれぞれ整えた.一方で,二者間の脳波位相同期ネットワークの(非)類似性を調べるためのプログラム実装が完了したが,適用する条件を模索している途中である.ジャーナル論文は次年度前半には英文誌に投稿予定である.本年度の成果として,1.意味理解について,メッセージ受信時の同期・脱同期のダイナミクス,および,2.記号使用の文脈(メッセージ送受信の順序)の違いに着目した解析により,低周波数帯(シータ・アルファ波帯)と高周波数帯(ガンマ波帯)において,成功・失敗群間で有意差が見られた.これらは,本年度の目標であった,記号の意味理解と意図共有に関わる神経活動の解明に寄与するものであることから,概ね期待通り研究が進展したと考えられる.年度前半では,既に得られている成果について,今まで不十分であった位相同期指標に関する特性を考慮した統計的検定を進め,論文にまとめる予定である.年度後半では,年度末に開催された国際会議の参加を通じて得られた知見であるネットワーク非類似性の定量化や複雑ネットワークの各種解析方法について,原著論文にあたり,プログラムを実装する.これにより,「記号コミュニケーションの形成を通じて,二者の脳機能ネットワーク,特に位相同期ネットワーク構造が二者の間で類似してくる」という本研究の(作業)仮説について確かめる.年度前半では,既に得られた成果について,現在執筆中のジャーナル論文で報告する.そして,二者間の脳波位相同期ネットワーク解析へと進む予定である.この解析に用いるネットワーク間(非)類似性については,解析指標の選定および実装が既に完了している.
ホウ素ドープナノグラフェンの機能開拓

グラフェン骨格への3配位ホウ素の導入により,電子受容性の付与に留まらず,ホウ素のルイス酸性や配位数変化を利用した化学吸着能も付与でき,グラフェン化学の新たな展開が期待できる.ホウ素ドープグラフェンの本質的な性質の理解を目的に,モデルとなる幾つかのタイプのナノグラフェン材料をボトムアップ合成するとともに,ホウ素の導入によってこそ得られる特異な物性,現象の探索,追究に取り組んだ.種々の新規なホウ素π電子系の合成を達成するとともに,光反応性や化学吸着能の理解,溶液プロセスによる薄膜形成,両極性電荷輸送性を示す安定化ラジカルの合成などを達成した.グラフェンは,エレクトロニクス,センサー,触媒,エネルギー貯蔵など,広範な実践的応用を可能にする鍵材料として有望である.この材料に電子欠損性のホウ素原子を組み込むことにより,n型半導体特性を付与できる.本研究では,ホウ素ドープグラフェンの基礎化学を確立するために,そのモデルとなるナノグラフェン材料のボトムアップ合成を進めるとともに,ホウ素を導入することによってこそ得られる特異な物性,現象の追究を目的としている.本年度は主に以下の成果を得た.1)ホウ素ドープナノグラフェンの化学吸着能の解明:ホウ素の導入の一つの利点は,ホウ素のルイス酸性を利用することにより化学吸着能を付与できる点であろう.この可能性について,ホウ素原子を2つ有するホウ素ドープナノグラフェンを用いて検討した.この化合物にピリジンなどの塩基を作用させると,2つのホウ素がともに4配位となった1:2錯体を生成した.さらに,アンモニアなどのガスにも応答し,蛍光の顕著な変化を示すことを明らかにした.これらの結果は,ホウ素ドープグラフェンの化学吸着能を示すものであり,センサーなどへの応用の可能性を示唆している.また,この化合物は優れた電子授受能をもち,リチウム電池の電極材料としての潜在性をもつことも明らかにした.2)ホウ素ドープグラフェンナノリボンの精密合成:ジプロモビアントラセンをモノマーに用いた金表面上でのsurface-assisted Ulmannカップリングによるグラフェンナノリボンの合成が報告されている.この手法を,ホウ素を組み込んだモノマーに応用することにより,ホウ素の数と位置が規定されたホウ素ドープグラフェンナノリボンの合成に成功した.そして,更なる加熱により生成したグラフェンナノリボンの縮合が起こること,さらにはドープされたホウ素がLewis酸性を保持しており,NOガスの吸着が可能なことを明らかにした.本研究では,ホウ素ドープナノグラフェンのボトムアップ合成を機軸に,ホウ素を導入するからこそ実現できる物性,機能の探索に取り組んでいる.研究対象の柱として,1)一連のホウ素ドープナノグラフェンの合成と修飾,2)ホウ素ドープグラフェンナノリボンの精密合成,3)ホウ素ドープによる不安定化学種の生成および安定化,4)ホウ素ドープナノグラフェンを用いたセンシング能の検討,および5)ホウ素ドープナノグラフェンの実践的応用の可能性の追究を掲げている.このうち,本年度において2)および4)において上述の通り大きな進展を得ることができた.特に4)の成果を報告した論文は,ホウ素ドープナノグラフェン材料の物性を,光物性や電気化学特性から化学吸着能,電池の電極材料としての潜在性まで包括的にまとめた初の報告であり,本分野の発展において重要な基盤になるはずである.1),3)の項目についても現在鋭意検討を進めており,着実に成果が得られつつある.グラフェンは,エレクトロニクス,センサー,触媒,エネルギー貯蔵など,広範な実践的応用を可能にする鍵材料として有望である.この材料に電子欠損性のホウ素原子を組み込むことにより,n型半導体特性を付与できる.本研究では,ホウ素ドープグラフェンの基礎化学を確立するために,そのモデルとなるナノグラフェン材料のボトムアップ合成を進めるとともに,ホウ素を導入することによってこそ得られる特異な物性,現象の追究を目的としている.本年度は主に以下の成果を得た.1)ホウ素ドープナノグラフェンを用いた化学吸着能を利用した塗布薄膜形成:ホウ素の導入の一つの利点は,ホウ素のルイス酸性/配位数変化を利用した化学吸着能を付与できる点であろう.この特性の応用として,ホウ素ドープナノグラフェンの溶液プロセスによる有機薄膜トランジスタ作製の可能性を明らかにした.本質的に溶解性が低い多環芳香族π電子系化合物を,ホウ素へのルイス塩基の配位により溶解性を一時的に改善し,デバイス作製を行い,その後加熱処理することにより高度に秩序化された無配位π電子系の半導体性薄膜を作製できることを実験的に示し,ホウ素を導入する利点を明快に示した.2)ホウ素ドープによる不安定化学種の生成・安定化:ホウ素をグラフェン骨格に導入するもう一つの利点は,ラジカルやアニオンなどの不安定化学種の安定化にある.本年度も引き続き,すでに合成に成功しているホウ素架橋平面固定トリチルラジカルの応用に取り組み,ホウ素安定化有機ラジカルのambipolar電荷移動特性の発現の詳細について検討を進め,バンド計算やEPR測定を行い,モットトランジスタとしての性能の追求における問題点を明らかにした.現在,この成果を取りまとめている段階にある.本研究では,ホウ素ドープナノグラフェンのボトムアップ合成を機軸に,ホウ素を導入するからこそ実現できる物性,機能の探索に取り組んでいる.特に,1)一連のホウ素ドープナノグラフェンの合成と修飾,2)ホウ素ドープグラフェンナノリボンの精密合成,3)ホウ素ドープによる不安定化学種の生成および安定化,4)ホウ素ドープナノグラフェンを用いたセンシング能の4点に焦点を当て検討を進めている.