hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
モバイル環境におけるRGBDカメラを用いた３次元モデル生成と複合現実感への応用

事前に周囲の3次元モデルが得られていることを仮定して、見えのシミュレーションおよび特徴点の効果評価によるカメラのロバスト位置姿勢推定手法も開発した。平成29年度に予定していた研究項目に対して、おおむね当初の見込み通りの研究成果を上げている。なお、3次元モデル表現に関して、平成28年度に新たに着想したアプローチは有望であることが明確となり、平成29年度はそのアプローチを推し進め、当初想定していなかった、素早い動きがある環境(スポーツする人間など)をも対象とした3次元モデル生成が可能であるとの見通しを得た。携帯型端末の普及・性能向上、RGBDカメラの小型化・廉価化により、エンドユーザがモバイル環境で3Dデータを手軽に入手し加工できる環境が整いつつあり、3次元モデル生成の重要性が高まっている。モバイル環境におけるRGBDカメラを用いた3次元モデル生成では、省メモリ化、高精度、リアルタイム処理が必要不可欠であるが、これらすべてを満たすモデル生成技術は存在しない。本研究課題では、携帯型端末に搭載されたRGBDカメラからのストリーミングデータを入力とし、リアルタイムに省メモリで3次元モデルを高精度に生成する技術を開発し、複合現実感に応用することでその有効性を示すことを目指している。平成30年度は、平成29年度にその方向への展開に見通しを得た、素早い動きがある動的な環境を対象とする3次元モデル生成を精力的に推し進めた。具体的には、スポーツをする人間などを対象に、身体を剛性を持つ部分領域に分割し、身体動作によって隣接する部分領域間での3次元表現の整合性を保持する3次元モデル表現を開発した。また、RGBDカメラからのデータはノイズを多く含んでいることを踏まえ、そのストリーミングデータの処理において、近傍の計測点との整合性を考慮することでノイズに頑健なデータ統合法を開発した。さらに、カラーカメラとデプスセンサを搭載したモバイルプラットフォームによる環境3次元計測のためのセンサ間校正手法及び、疎な環境3次元マップを利用したAR・MRにおける遮蔽処理手法の開発を行った。トラッキングや遮蔽処理などに必要となる高密度な奥行画像を生成するためにLiDARやTOFなどによって得られた疎な奥行画像を、カメラ画像によって高解像度化する手法についても検討を進めた。研究計画に沿って、3次元モデル表現の改良とモバイル環境下での複合現実感への応用に取り組む。なお、平成28年度の検討によって、区分平面による3次元モデル表現に関しては、処理時間の観点から必ずしも適さないアプローチであることが判明し、先に点群の領域分割を行い、分割された領域ごとに平面パッチ表現を行うことでこの問題は解決されるとともに、動的環境にも対応可能であるとの見通しを得たので、動的環境手の対応を念頭に置いた3次元モデル表現の改良を推進する。研究計画に沿って、開発した3次元モデル表現をより精緻なものにするとともに、複合現実感への応用にも取り組む。
過酸化水素光分解殺菌法の根面齲蝕への応用－新たな鉤歯齲蝕予防・治療技術に向けて－

過酸化水素光分解殺菌法とは、3%過酸化水素に青色可視光線を照射することで生成されるヒドロキシルラジカルの強い酸化力を応用した殺菌法である。これまでに、本法は歯周炎に対する治療効果が実証されてきたが、齲蝕予防・治療への応用については十分な有効性および安全性の検証がなされていない。そこで本研究では、in vitro齲蝕モデルを構築し、軟化象牙質内に侵入した菌の殺菌試験を通して有効性の検証を行うとともに、in vivo試験における本殺菌法の歯髄刺激性に関する安全性を評価し、本殺菌法の齲蝕治療への適応拡大を図るための基礎的知見を得ることを目的とする。本年度は、昨年度に確立したin vitro齲蝕モデル(象牙質チップを齲蝕原因菌であるStreptococcus mutansを懸濁したスクロース含有の液体培地に浸漬し、37°Cで嫌気培養を行い象牙質の脱灰を引き起こし、齲蝕に近い状態をin vitro実験系において再現したもの)を用いて、十分な殺菌効果が得られるように、処理時間・放射照度・照射光の波長等の最適化を引き続き、試みた。その結果、処理時間・放射照度ともに将来的な臨床応用可能なレベルの条件が見出すことができた。特に波長の条件では、象牙質に対する光の透過性を追加検証することにより、波長の長短にかかわらず、同等の殺菌効果を得られることが判明した。紫外線を用いずに安全な可視光領域の波長を使用できる可能性が強く示唆され、臨床応用に向けた安全性の担保に大きく寄与する結果を得ることができた。加えて、歯髄刺激に関する研究では、ラットを用いたin vivo試験の予備実験を開始した。ラット大臼歯に窩洞形成を行った後に本殺菌法を行い、犠牲死させた後に組織切片を作製し、歯髄組織に炎症性変化を確認する組織学的な検証を開始している。昨年度に象牙質を用いたin vitro齲蝕モデルを確立できたことで、殺菌試験や、最適条件の探索が効率的に行うことが出来るようになり、処理時間、放射照度、波長を各種組み合わせた結果、本モデルにおける最適な条件を設定することができた。特に波長の条件では、過去の研究では短波長ほど強い殺菌効果が認められていたが、本研究では波長によらない殺菌効果が得られており、先行研究と一致しない理由が不明であった。今年度は厚みを変えた象牙質試料を用いて検証することで、その理由が、殺菌効果の深度到達性によるものであることが判明した。昨年度でも、可視光でも十分な殺菌効果を有するとはわかっていたが、本年度の研究で、その理論的な裏付けがなされたことで、将来の臨床応用の可能性がさらに増したと考えられる。歯髄刺激に関する研究では、ラットの上顎第一大臼歯近心面にラウンドバーにて窩洞を形成し、下記の通り処理を行った1過酸化水素+光照射、2過酸化水素+遮光、3純水+光照射、4純水+遮光、5無処理(窩洞形成あり)、6無処理(窩洞形成なし)。翌日、ラットを犠牲死させ歯髄の切片標本を作製し、歯髄組織に炎症性変化が惹起されていないかを確認した。まだ予備実験の段階であるものの、歯髄組織に炎症は認めなかった。次年度も引き続き、処理条件の変更を検討していきたい。in vitro齲蝕モデルの確立および本モデルを用いた殺菌試験は、予備実験をすべて終えており、次年度に本実験を行う予定である。歯髄刺激に関する研究では、現在のところ、本殺菌法による歯髄組織に対する炎症性変化は確認されてないが、拡大鏡下での窩洞形成を行う、窩洞形成の同一の部位に行う、MTAセメント等を用いて緊密に仮封をする、処理から犠牲死までの時間を延ばす等の修正を行いながら、さらに検証を続けていく予定である。また、窩洞形成後にS. mutans菌液を滴下し、人工的な齲蝕を惹起させた環境下でも同様の実験を行い、in vivoでの殺菌効果の検証などより多くの基礎的知見を得たいと考えている。また、本研究をまとめた論文作成も同時進行で行っており、次年度も引き続き進めていきたいと考えている。本年度は、in vitro齲蝕モデルの確立を試みた。象牙質チップを齲蝕原因菌であるStreptococcus mutansを懸濁したスクロース含有の液体培地に浸漬し、37°Cで嫌気培養を行い、象牙質の脱灰を引き起こし、齲蝕に近い状態をin vitro実験系において再現することを試みた。培養時間や菌の歯質に対する侵入および軟化象牙質の範囲などの評価を通して、in vitro齲蝕モデルを確立することが出来た。加えて、このin vitro齲蝕モデルを用いて、本殺菌法の有効性の検証を行った。

人工的に惹起させた齲蝕部位に対して、過酸化水素および光照射による処理を行い、殺菌効果を評価した結果、本殺菌法は高い殺菌効果があることが確認できた。さらに処理時間、光の出力(放射照度)および光の波長等の諸条件を変更し、同様の試験を行い、本in vitro齲蝕モデルにおける最適条件を見出した。本殺菌法が歯髄組織に対し為害性があるのかについては次年度の検討課題とする。象牙質を用いたin vitro齲蝕モデルを確立できたことで、殺菌試験や、最適条件の探索が効率的に行うことが出来るようになった。また、可視光領域の波長で十分な殺菌効果が証明されたことから、新しい治療機器を開発しなくても、従来から歯科臨床で広く用いられているレジン充填用の光照射器を光源として転用できる可能性が示唆され、本殺菌法の技術的な難易度が低くなったことから、将来の臨床応用の可能性が現実性を増したと判断した。今後は、臨床応用を考える上で安全性の検証が必要になってくるため、ラットを用いた動物実験を行い、本殺菌法の歯髄組織に対する為害作用がないかを組織学的に検証していく予定である。過酸化水素光分解殺菌法とは、3%過酸化水素に青色可視光線を照射することで生成されるヒドロキシルラジカルの強い酸化力を応用した殺菌法である。これまでに、本法は歯周炎に対する治療効果が実証されてきたが、齲蝕予防・治療への応用については十分な有効性および安全性の検証がなされていない。そこで本研究では、in vitro齲蝕モデルを構築し、軟化象牙質内に侵入した菌の殺菌試験を通して有効性の検証を行うとともに、in vivo試験における本殺菌法の歯髄刺激性に関する安全性を評価し、本殺菌法の齲蝕治療への適応拡大を図るための基礎的知見を得ることを目的とする。本年度は、昨年度に確立したin vitro齲蝕モデル(象牙質チップを齲蝕原因菌であるStreptococcus mutansを懸濁したスクロース含有の液体培地に浸漬し、37°Cで嫌気培養を行い象牙質の脱灰を引き起こし、齲蝕に近い状態をin vitro実験系において再現したもの)を用いて、十分な殺菌効果が得られるように、処理時間・放射照度・照射光の波長等の最適化を引き続き、試みた。その結果、処理時間・放射照度ともに将来的な臨床応用可能なレベルの条件が見出すことができた。特に波長の条件では、象牙質に対する光の透過性を追加検証することにより、波長の長短にかかわらず、同等の殺菌効果を得られることが判明した。紫外線を用いずに安全な可視光領域の波長を使用できる可能性が強く示唆され、臨床応用に向けた安全性の担保に大きく寄与する結果を得ることができた。加えて、歯髄刺激に関する研究では、ラットを用いたin vivo試験の予備実験を開始した。ラット大臼歯に窩洞形成を行った後に本殺菌法を行い、犠牲死させた後に組織切片を作製し、歯髄組織に炎症性変化を確認する組織学的な検証を開始している。昨年度に象牙質を用いたin vitro齲蝕モデルを確立できたことで、殺菌試験や、最適条件の探索が効率的に行うことが出来るようになり、処理時間、放射照度、波長を各種組み合わせた結果、本モデルにおける最適な条件を設定することができた。特に波長の条件では、過去の研究では短波長ほど強い殺菌効果が認められていたが、本研究では波長によらない殺菌効果が得られており、先行研究と一致しない理由が不明であった。今年度は厚みを変えた象牙質試料を用いて検証することで、その理由が、殺菌効果の深度到達性によるものであることが判明した。昨年度でも、可視光でも十分な殺菌効果を有するとはわかっていたが、本年度の研究で、その理論的な裏付けがなされたことで、将来の臨床応用の可能性がさらに増したと考えられる。
ナノ・フォノニクスの開拓と新たな音響量子素子設計への展開

本研究課題の下、以下に挙げる研究の展開と成果を通じ、ナノ・フォノニクス分野の進展と、新たな音響量子素子の設計への道を拓くことが出来たと、結論される。(1)ナノ構造中の量子化熱伝導度の低温下における破綻と回復現象の発見(2)1次元周期超格子構造中のフォノンの共振モード、並びにナノ・マイクロ・ディスク構造におけるフォノン・キャビティモードの発見とその特性解明(3)フォノニック結晶中の表面導波路モードの確認とその安定性解析(4)ナノ人工オパールにおけるフォノンの完全ギャップの発見とバンド構造の解明(5)フォノン・ソリトンの伝播における多次元性効果の解明(6)熱パルス実験で発見されたCaWO4結晶中のフォノンの「特異モード」の解明本研究課題の下、以下に挙げる研究の展開と成果を通じ、ナノ・フォノニクス分野の進展と、新たな音響量子素子の設計への道を拓くことが出来たと、結論される。(1)ナノ構造中の量子化熱伝導度の低温下における破綻と回復現象の発見(2)1次元周期超格子構造中のフォノンの共振モード、並びにナノ・マイクロ・ディスク構造におけるフォノン・キャビティモードの発見とその特性解明(3)フォノニック結晶中の表面導波路モードの確認とその安定性解析(4)ナノ人工オパールにおけるフォノンの完全ギャップの発見とバンド構造の解明(5)フォノン・ソリトンの伝播における多次元性効果の解明(6)熱パルス実験で発見されたCaWO4結晶中のフォノンの「特異モード」の解明研究初年度である平成17年度における主要な研究成果は次の2点にまとめることができる。(1)ナノ構造における量子化熱伝導度に関する理論解析熱伝導度の量子化は一様な細線構造においては見られず、断面積が断熱的に変化するナノ細線中でのみ観測されると期待される。このような細線構造中の音響振動解析をTimoschenko理論により展開した。特に4つの音響フォノン・モード(縦モード、捩れモード、撓みモード,ずれモード)と低次のギャップ・モードである曲げ振動モードに関し、運動方程式に基づく解析をカテノイダル細線形状に対して遂行した。その結果、従来量子化が保たれると考えられていた1K以下の低温領域において、熱伝導度の量子化が一旦破れることを示し、さらに1mKの極低温領域において量子化が回復されることを、理論的に明らかにした。(2)超格子構造におけるフォノン・キャビティ効果の解析フォノン・キャビティ(閉じこめ)モードは母体である超格子に周期性を破る異質な層が埋め込まれた構造において生じる。この系の音響振動の解析には、格子グリーン関数法が有用であり、3つのフォノン(ベクトル場)・モードが結合している系に本問題へ適用し、キャビティ層内に局在し、しかも層に沿っては伝播してゆくキャビティモードに対応する固有解を求めた。この結果、これらのモードは音速で伝播してゆくのではなく、種々の群速度を有していることが判明した。とくに、群速度が0で、全く伝播できないモードの存在を見いだした。以上の結果を検証するために、FDTD法に基づく数値シミュレーションを展開し、キャビティモードの伝播の様子を明らかにした。研究2年度である平成18年度においては、サブテーマである、「フォノニック結晶における表面導波路モードの探索とその伝播イメージング」を主とした研究を実施した。異なる弾性体の複合周期構造であるフォノニック結晶は、完全ギャップの存在と、それを利用したナノ-マイクロ音響デバイスへの応用上重要である。本研究ではフォノニック結晶の表面に線状欠陥(導波路)を導入することにより、表面導波路内に束縛されて伝播するフォノンの探索を行った。フォノニック結晶としては、弾性的にソフトな母体(高分子固体)にハードなミクロン・スケールの円柱(金属)が周期的に配列した構造を対象とした。また表面は円柱軸に垂直に導入した。この系のフォノンには円柱充填率の広い範囲にわたり、完全ギャップが存在する。先ず、欠陥のない完全表面で、バルクフォノンのブランチの下に存在が期待される表面フォノンを探したが、固有なモードとして見いだすことは出来なかった。(しかし、いくつかの有限な寿命を持つ擬似表面フォノンのブランチは見いだされた)。次に、一列の円柱の並びを母体物質で置き換えることにより、線形導波路を導入し、表面と導波路に同時に束縛されて伝播する表面導波路モードを探した。その結果、これらのモードのブランチが、周波数について下から2つの完全ギャップ内部に共に見いだされた。それらのブランチの下にはバルクフォノンのブランチがあるため、これらの表面導波路モードに関し、安定性の確認が重要である。寿命の評価を行ったところ、上部のブランチ内に減衰率が千分の1程度にまで落ち込む周波数が存在し、この近傍の表面導波路モードは約千周期の距離を安定に伝播することが期待される。その確認のために表面導波路モードの伝播シミュレーションも行い、これを確認した。以上の解析は、FDTD法に基づき実行した。これらの結果については、Wave Motion(2007,in press)に論文を投稿し、すでに掲載が決定している。上記の解析に加えて、別のサブテーマである、「ナノーマイクロ・フォノンキャビティーの設計」に関する予備的解析も行った。研究3年目にあたる平成19年度は、主として(1)「フォノン・ソリトンの伝播における多次元(2、3次元)性効果」、と(2)「3次元フォトニックーフォノニック結晶(オパール)におけるバンド構造」、に関する研究を進めた。

(1)に関しては、ソリトンの縦伝播距離に比べて横方向の伝播距離が実験においては小さな状況を考慮に入れ、この方向での非線形性と分散性を無視した近似での格子歪みの従う運動方程式を導出した。これは2次元ではK-P方程式、また3次元では軸対称な3次元K-P方程式となることを導いた。横方向の初期歪みの分布を、実験でのポンプ・レーザの強度分布に合わせてGaussianと仮定し、伝播数値シミュレーションを行った。その結果、1次元の場合と同様に、縦方向に複数のソリトンが(初期歪みの大きさに依存して)形成されてゆくこと、またそれらの横方向の空間的プロファイルが放物線状に広がったものになって行くことを見いだした。この結果はプローブ光を横方向にスキャンすることにより、1次元の実験と同様に、ピコ秒超音波法により、観測可能である。また(2)に関しては、FCC構造をとる3次元シリカガラス球からなるフォノニック結晶において、孤立球のスペクトルから次第にフォノンのバンドが形成されてゆく様子を初めて明らかにした。特に、分散関係に現れる完全ギャップが、ガラス球の焼結率とともにどのように変化してゆくのか、を明確に示した。以上の成果はMulti-dimensional effects on the propagation of strain solitons in solids、とPhononic properties of opalsとのタイトルで取りまとめ、PHONONS07(第12回凝縮体におけるフォノン散乱国際会議)において口頭発表を行った。また引き続き(2)のテーマであるフォトニックーフォノニック・ギャップの相互作用に着目し、これらの2つの"結晶"は実は同一の人工物質であることから、両結晶の概念を更に拡張することにより、新たに「フォノトニック結晶」の概念を提案し、それらに関する成果を米国物理学会のレター誌(PRL)に投稿した。研究最終年度にあたる平成20年度では、最後のサブテーマである「ナノ-マイクロ構造におけるフォノンのキャビティーモード」に関して解析を進めた。特に、Sound-Laser(SASER)のための音響共振器として、3次元微小弾性体構造を対象に、可能な限り小さなモード体積を有する音響キャビティー・モードの探索を目指した。光エレクトロニクスの分野では、半導体レーザなど、既存の光素子を小型化し、ミクロンオーダーからナノスケールにまで縮小することが求められ、サブミクロン径の微小球やマイクロディスク、ピラー構造などの利用したマイクロ・ナノ光共振器がすでに提案されている。これらの構造ではその周縁に局在して循環伝播する電磁波のモード[Whispering Gallery(WG)モード]が存在しており、高いQ値と小さなモード体積を実現している。ところでこのWGモードは、元々音波のモードとしてRayleighにより発見されたものであり、1GHz-1THz領域のフォノン(超音波)の共振モードとして、微小SASERの開発においても、当然重要となる音響モードである。
線量分布変調による回転ガントリー陽子線照射法の開発と評価に関する研究

現在の陽子線照射野形成系を少ない構成要素、小型、安価、安全、取扱い簡便等を視点からの改良が可能であることを明らかにすることが本研究の基本的テーマである。この目的のために遂行した4つの個別研究課題に関する成果の概要を述べる。1「照射野形成システムの開発」については、開発した小型軽量でコンパクトな「カルデラ火山型フィルター」は二重リング二重散乱体法などによるビーム強度平坦化とバーリッジによるブラッグピーク拡大という両方の役割を担うことができることを明らかにした。このフィルターの導入によりコンパクトで安価軽量の全く新しい照射野形成システムが組み上げられる可能性がある。2「照射方向の選択性が高い回転ガントリー照射装置の特徴に基づく照射技術の開発」については、SOBP幅についての固定的考え方を打破することにより、従来からの技術の延長上で線量分布形成における陽子線ビームの弱点を克服し原体(コンフォーマル)照射が可能であることを明らかにした。陽子線治療においては対向2門を1セットとする照射法が最も安全であり、強度変調的照射法(ビーム軸に垂直な面内においてもSOBP幅内においても強度に分布をつくる方法)が原体性の高度化に大変有効であることも明らかにした。3「陽子線線量分布測定装置と分布変換ソフトプログラムを利用する治療計画法の開発」については特にボーラス形状の決定対話的課程を取り込むことの不可避性を明らかにした。4「陽子線の基準的照射効果判定法の検討」については陽子線治療におけるRBEの一定性の危険性を示し、治療分布を少なくとも細胞への障害効果で確認する1つの方法を提示した。陽子線により体内に付与される線量分布は、ボーラス形状、コリメータ形状、ブラッグピーク拡大装置形状等とともにこれらの幾何学的配置状態、加速エネルギーと最大飛程調整装置との関係など多くの因子の影響を受ける。基本的にはこれらの全ての因子の効果を評価できる治療計画が望まれるが、これを実現する計算プログラムの構成は極めて困難でありかつ照射条件のあるものは事前に与えられなければならない。また、実際の入力操作が煩雑となり実用的ではない。線量分布的に許容される範囲内で精度を評価しながら、影響因子の総体を評価反映する方法の1つは、治療計画と照射との間にファントムを用いた実測との比較課程を導入することである。この場合の治療計画線量分布評価プログラムは簡便かつ短時間計算評価が可能であることが望まれる。ファントム内線量分布であり間接的評価としての制約はあるが、この治療計画-実測比較-計画修正が簡便に実行されるシステムの開発を進めてきた。今年度の開発課題は1実測されたファントム内線量分布との比較を可能とするための人体CT画像→水等価画像変換プログラムの改良、2簡便かつ短時間計算での評価が可能な治療計画線量分布計算プログラムの作成、3回転ガントリで任意に選択できる照射方向の組合せによる線量分布改善方法の検討、である。1については水等価画像上において、腫瘍の形状と位置の情報、測定された線量分布の重ね合わせ等が可能となり、その評価が次の課題となっている。2については線量分布に影響する主要因子を深度の関数として数式化した簡便な分布計算プログラムの第1次版が完成し、実測ファントム内線量分布との比較が開始されている。この試行的結果は4月の医学物理学会で報告予定。3については、1つの検討結果を2月の応用物理学会(放)と医学物理学会との合同シンポの話題提供で報告した。陽子線により体内に付与される線量分布は、ポーラス形状、コリメータ形状、ブラッグピーク拡大装置形状等とともにこれらの幾何学的配置状態や陽子線のエネルギーと飛程調整装置の関係など多くの因子により影響される。2年間の実験的検討を経て、回転ガントリーの特性を生かした陽子線の原体照射を簡便に実現するものとして、1)対向2門照射2)拡大ブラッグピーク幅を標的の厚さの約1/2にする照射法

3)打ち抜き照射を可能にする患者コリメータの組み合わせによる照射法が現実的で望ましいものであることが得られた。陽子線照射を対向2門で行う方法は標的に線量が付与されない危険性を基本的に排除することが可能であり、これを2)の方法と組み合わせることにより、腫瘍標的線量/正常組織線量の比を大きくするとともにDVHでみた正常組織の被曝線量の改善が実現できることが得られている。この新照射法の場合さらに、線量分布生成上の利点が示唆されている。従来法では照射野内における陽子線強度の一様性は基本的条件であるが照射野周辺近傍でこの条件を満たすことは困難な課題となっている。新照射法ではこの条件が緩和されるというよりむしろ線量分布を変調した非一様性分布を積極的に利用することがより良い線量分布を形成できる可能性が示されている。この方法に3)を組み合わせることで瓢箪型をした標的の原体照射も可能となる。50°C以下で融ける低融点合金の利用によりこの機能をもつコリメータの開発の可能性が得られている。実測データを取り込んだボーラス・コリメータ製作用の簡便な計算プログラムを4月の医学物理学会で報告した。今年度は最終年でもあり、上記の結論を論文としてまとめるとともに8月の国際医学物理学会で発表する予定である。陽子線により体内に付与される線量分布は、ボーラス形状、コリメータ形状、ブラッグピーク拡大装置形状等に依存するのみならずそれらの幾何学的配置、陽子の加速エネルギーや腫瘍標的の体内深度など多くの因子に依存する。回転ガントリーの利用により陽子線の多方向からの照射が簡便に実行可能となり、その組み合わせによる線量集中性の高上が期待される状況が到来した。本研究はより簡便に照射領域の原体性を実現する照射法の開発を目的とし、その方策として1)対向2門照射、2)腫瘍の厚さの約1/2程度の拡大ブラッグピーク幅の使用及び3)打ち抜き照射を実現するための低融点合金を利用した患者コリメータの組み合わせを提案し検討を行なった。この中で本年度は特に2)の課題を検討し、新リッジフィルターの作成と検討を行なった。このフィルターは円錐形状と円筒形状の吸収体からなるもので、大きさは直径が5cm程度と小型である。円形構造であるためその作成は簡単で、制作費は現状で使用されているバータイプのリッジフィルター1/10程度である。また小型であるため、少ない空間に多数を配置することができ精密な拡大ピーク幅の利用が可能となる。この新リッジフィルターにより形成される拡大ブラッグピーク幅内の分布が使用に耐える精度で実現されることが得られた。この中間的成果をシドニーで開催された第13回ICMPにおいて「Development of an Energy Filter to Spread-out Bragg-peak for the Proton Therapy」の表題のもとに報告した。同時に単一平面内を移動するブロックによる可変円形コリメータを考案した。これについては特許申請を行なうべく準備中である。
牛乳リパーゼを利用した乳脂肪風味の強化

牛乳リパーゼによる乳脂肪の分解は高脂肪食品に乳脂肪由来の風味を与えるので、自然のリポリシスに近い条件で脂肪分解を促進しようとして、ワーリングブレンダー、市乳用均質機により生乳を処理し。烈しい1回の処理よりも温和な処理の繰返しが有効であった。ブレンダーは低脂肪乳に対し効果が大きく、クリームを処理するよりも、処理後にクリームを分離する方法が優れていた。処理後の1時間における遊離脂肪酸の増加は、その後の1時間にくらべ35倍であった。ブレンダーによる処理は低温でも効果があるが、均質機の場合は10°Cでは効果がなかった。40°Cで処理すると、リパーゼの失活もなく有効であった。均質化圧力は70kg/cm^2で〔十分であり、また、レンネットカードの強度、脂肪浮上がりなどからも、通常の140kg/cm^2まで圧力を高める必要はなかった。脱脂乳80kgに均質化乳20kgを加え低脂肪チーズを試作した。熟成4ヵ月の14試料の組成(%)は、水分40.046.9、蛋白32.138.5、脂肪11.213.4であた。水溶性窒素は全窒素の16.335.9%であった。遊離脂肪酸量(ADV)は、食塩含量1.6%以下のチーズでは70100で強い風味を与えたが、1.6%以上では1525であった。殺菌後に均質化するか、均質化をしないで加えた場合は、ADVは10以下であった。脱脂乳70kgに均質化乳10kgとバターミルク20kgを加えて製造すると、カードの収縮、付着が不十分で水分の多い(51%)チーズとなり砕け易かった。以上の処理により、低脂肪チーズの脂肪風味を強化することは出来たが、脂肪がくすないため滑らかさがなく、組織、体質の点で改善の必要がある。しかし、粉末化しやすいので、粉末チーズとして乳脂肪風味やチーズ風味を与えるために使用するなど、食品素材としての利用価値が認められた。今後は、植物油脂と均質化乳を加え、異脂肪チーズにおるけ乳脂肪風味の強化について、さらに研究を進める予定である。設備備品であるワーリングブレンダーの使用条件を検討したところ,試料量(25250ml),回転刃の速度(620014700rpm),処理温度(1050°C)は遊離脂肪酸生成量(リパーゼに対する感受性に依存)で示される均質化効果に影響がなかった.処理時間を延長しても効果の増大はみられず, 2分間で充分であった.なお,脱脂乳を同様に処理した結果, 50°Cまではリパーゼ活性に差がなかった.一方,均質化効果におよぼす脂肪含量の影響は著るしく,軍位脂肪当り遊離脂肪酸生成量は脂肪率25%の場合にくらべ5%では5倍であった.したがって,脂肪分解程度の高いクリームを得るには均質化後に分離する方がよいことになるが,分離操作における脂肪の収率,水溶性脂肪の分布も考慮し検討する必要がある.生乳からクリームをセパレーターにより調製する場合,分離温度は, 3040°Cの間でクリーム冷蔵中における遊離脂肪酸生成量に大差はなかった.

保存温度を変えると(020°C),遊離脂肪酸増加量は低温の方が若干高いが,均質化すると保存温度の上昇にともない大きくなり, 24時間保存では, 20°Cは0°Cの場合の34倍に達した. 40°Cまで高めても同様に増大した.均質化して冷蔵した場合,初期における遊離脂肪酸増加が大きく, 1時間以内における増加はその後の1時間にくらべ5倍であった.温度処理,泡立処理は均質化にくらべ遊離脂肪酸を増加させる効果は少なかった.殺菌均質化クリームにリパーゼ源として脱脂乳やカゼインミセルを加えた場合,添加量の増大に伴い遊離脂肪酸生成量は増大するが,反応初期の生成量が多いので追加添加してもその効果が比較的小さいと思われた.バターオイルに脱脂乳やカゼインミセルを加え,ワーリングブレンダーで乳化しながら冷却し,油中水滴型エマルジョンとした場合,遊離脂肪酸の増加はみられず,レシチンを添加しても同様であった.処理条件をさらに検討中である.生乳中で起こるリポリシスと同じ条件で乳脂肪を分解することにより乳脂肪由来の風味を強化し、新たな食品素材を調整することを目的とし、低脂肪高蛋白の乳製品である低脂肪チーズに良好な風味を付与することを試みた。生乳中のリパーゼによる脂肪分解を促進するため、40°Cで均質化処理をして1時間後に殺菌した。均質化効果を、遊離脂肪酸の増加、レンネットカードの破断強度、脂肪の浮上り、脂肪球の状態により検討した結果、均質化圧力は70kg/cm^2で十分なことを確認した。均質化入20kgを殺菌脱脂乳80kgに加え、熟成型低脂肪チーズを試作した。熟成4ヵ月の14試料の組成(%)は、水分40.046.9、蛋白32.138.5、脂肪11.213.4、酸度1.02.0であった。水溶性窒素は全窒素の16.335.9%であった。遊離脂肪酸含量(ADV)は食塩含量により影響され、食塩1.6%以下ではADVが70100で強い風味を与えたが、1.6%以上では1525であった。均質化しない牛乳や、殺菌後に均質化したものを加えた場合は、ADVは10以下であった。均質化乳を10kgとし、バターミルク20kgも加え(脱脂乳70kg)製造したチーズの組成(%)は、水分50.551.1、蛋白28.934.9、脂肪7.29.9、酸度1.51.6であり、水溶性窒素は全窒素の18.528.5%であった。食塩含量は1.83.7でADV8.315.1であった。バターミルクを加えると特有の風味を与えるが、カードの収縮が少なく水分の多いチーズになるが、カードの結着が不十分でもらいチーズとなった。均質化処理により遊離脂肪酸を増加させた牛乳を脱脂乳に加えることは、脂肪風味の強化には有効であるが、低脂肪であるため、滑らかさがなく、そのまま食用とすることは組織、体質の点でむずかしい。しかし粉状になりやすいので、粉末チーズとして用いるか、食品加工の分野でチーズ風味を与える添加物とするなど、食品素材として利用する価値があると判断された。
インドール関連化合物合成に有効な脱炭酸的求核種導入法の開発と固相触媒反応への応用

インドール-2,3-ジカルボン酸に超原子価ヨウ素試薬およびハロゲン化リチウムを作用させると、脱炭酸的ハロゲン化が進行し、相当する2,3-ジハロインドールに変換できた。本結果を利用してピロロフェナンスリドンアルカロイドの合成に成功した。さらに4-メトキシ安息香酸から4-ヨードアニソールを収率良く与えた。天然物は医薬品のシード化合物であり、とりわけ海洋から数多く単離されているプロモインドールアルカロイドは海綿やホヤなどの海洋生物の二次代謝物として単離され、新規生物活性化合物として期待されている化合物である。また、芳香環上のプロモ基はパラジウム触媒存在下において、Heck型反応により種々の置換基に変換できるなど有用な官能基である。本研究では、創薬のための基礎研究として、インドール環へのプロモ基の新規導入法の開発を行うために、インドール-2,3-ジカルボン酸の脱炭酸的プロモ化について検討することとした。インドール-2,3-ジカルボン酸に臭化リチウム存在下、超原子価ヨウ素試薬を用いる脱炭酸的プロモ化反応を行うと、インドール窒素上に電子供与基をもつカルボン酸よりは3,3-ジブロモオキシインドールのみを与えたが、電子吸引基をもつカルボン酸よりは2,3-ジブロモインドールが単離された。1-ベンゼンスルホニルインドールー2,3-ジカルボン酸ジメチルをルイス酸存在下、臭素によるプロモ化により、相当する5,6-ジブロモ体を得ることができた。この5,6-ジブロモ体より導かれる5,6-ジブロモインドールー2,3-ジカルボン酸を臭化リチウム存在下、超原子価ヨウ素試薬を用いると、相当する1-ベンゼンスルホニル2,3-ジブロモインドールが得られた。このものの脱ベンゼンスルホニル化により抗菌活性を有する天然物2,3,5,6-テトラブロモインドールに導くことができた。本研究では、創薬のための基礎研究として、昨年度インドール-2,3-ジカルボン酸の脱炭酸的プロモ化によるインドール環へのプロモ基の新規導入法の開発をした。本年度は、さらにクロル化およびヨウ素化を検討した。インドール-2,3-ジカルボン酸に塩化リチウム存在下、超原子価ヨウ素試薬を用いる脱炭酸的クロル化反応を行うと、インドール窒素上にメチル基をもつものよりは3,3-ジクロロオキシインドールのみを与えたが、電子吸引基をもつものよりは2,3-ジクロロインドールがそれぞれ収率良く得られた。また、ヨウ素化については、ヨウ化リチウム存在下反応を行うと、メチル基をもつものから3,3-ジヨードオキシインドールではなく、選択的に2,3-ジヨードインドールが得られた。電子吸引基をもつものよりは同様の条件では相当するヨード体は得られなかったが、さらに条件を検討したところヨード体を約50%の収率で得ることができた。また、これまで5,6-ジブロモインドール-2,3-ジカルボン酸から天然物2,3,5,6-テトラブロモインドールへの変換の収率は良くなかった。しかしながら、ヨード体を得た条件を適用して、2,3,5,6-テトラブロモインドールの収率の向下ができた。さらに、インドールの2位および3位に異なるハロゲンの導入が可能となった。医薬品において複素環をもつ化合物が数多く知られ、さらに複素環化合物の中でもインドール骨格をもつ化合物は多様な生理活性を示すことから、特に興味深をもたれているが、その合成において未開発の部分が依然として多い。それゆえインドール化合物の合成法の確立は医薬品開発において重要な位置を占めている。これまで報告者はインドールアルカロイドの合成法の確立による医薬品の開発を目指して研究を行っている。近年、芳香環上にブロモ基をもつインドールアルカロイドが単離され、様々な生物活性を示すことが明らかにされている。先にインドール-2,3-ジカルボン酸(1)(R=SO_2Ph)にOxone^<(R)>(2KHSO_5・KHSO_4・K_2SO_4)を用いてLiBrおよびLi_2CO_3存在下、脱炭酸的ブロモ化を行うと、2,3-ジブロモインドール(2)を与えたが、同様な脱炭酸的ヨウ素化による2,3-ジヨードインドール(3)の合成には成功しなかった。3のヨード基は容易に他の官能基に変換でき、3は医薬品合成における重要な中間体になり得る。それゆえ、カルボン酸(1)の脱炭酸的ヨウ素化による3の合成を検討した。ジカルボン酸(1)(R=Me)にPIDAとLiIを用いてTHF中、脱炭酸的ヨウ素化を試みたところ相当する2,3-ジヨードインドール(3)(R=Me)を収率良く得るこができた。

しかしながら、ジカルボン酸(1)(R=SO_2Ph)にPIDAを用いてTHF中、同様に脱炭酸的ヨウ素化を試みたが、相当する2,3-ジヨード体(3)(R=SO_2Ph)を得ることはできなかった。溶媒をTHFからフルオロアルコール系の溶媒に変えて反応を行うことにより、3(R=SO_2Ph)を高収率で単離することができた。
実験及び数値流体解析による竜巻状旋回上昇流の検討技術の高度化に関する研究

近年の竜巻被害の発生数の増加傾向を鑑み、竜巻状旋回上昇流の流れ場の性状を検討するための実験装置、マルチファン・マルチベーン式トルネードシミュレータを開発し、PIV法によって流れの性状を調べた。並行して、LESを使った数値流体解析により装置内の流れ場を再現することに取り組み、トルネードシミュレータ内のベーン付近で流入した流れが剥離を起こしており、装置内の流れの制御が不完全であることを確認し、装置改良の方向を示した。本研究は,竜巻による建造物の被害が増加傾向にあることを鑑み,様々な条件下で生成される竜巻状旋回上昇流の室内実験が容易に行える装置を実現すること,竜巻状旋回上昇流の中心付近の流れの特性を把握し,耐風設計にフィードバックすることを目的としている.本年度に得られた成果を以下に示す.従来型の竜巻シミュレータの流入境界部分に,サーボモータによって独立に角度を調整可能な48枚の可動翼を取り付けて,それを制御用パーソナルコンピュータでコントロールする装置を作製した.耐風設計のための基礎情報を得るために,PIVによる中心付近の流速分布を計測し,スワール比の変化と旋回上昇流中心付近の流速分布の変化について検討した.また,装置の中心とは異なる位置に中心を持つランキン渦を仮定した流れ場によって翼の角度を与えたところ,想定される渦中心とは異なる方向に渦中心が移動することを確認した.想定する位置と実際の渦中心が一致しない理由としては,可動翼だけで制御できるのは流入角のみであり流入量の分布はほぼ一様になっているためではないかと考えられる.この問題を解決するためには,流入部分に多数のファンを配置し,流入量の分布を与えられる機構を新たに組み込む必要がある.そこで,次のステップとしては,可動翼の枚数と同じ48個のファンを流入部分に配置し,流入量を個別に制御可能な機構を組み込む必要があることから,48個のファンの回転数を個別に制御するためのコントローラの準備を始め,制御プログラムの開発を始めた.本研究は,竜巻による建造物の被害が増加傾向にあることを鑑み,様々な条件下で生成される竜巻状旋回上昇流の室内実験が容易に行える装置を実現すること,竜巻状旋回上昇流の中心付近の流れの特性を把握し,耐風設計にフィードバックすることを目的としている.本年度に得られた成果を以下に示す.前年度の段階で,サーボモーターによって±60度の範囲で独立に角度を調整可能な48枚の可動翼が取り付けられていたが,本年度は翼の角度の範囲を±180度に拡大し,流入角を制限なく設定できるように装置に改良を加えた.さらに,装置の流入量に分布を与えることができるように流入部分に48個のDCモーター駆動のダクテットファンを設置し,個別にモーターの回転数を設定できる機構を追加し,流入・流出量を自由に変更できるようにした.この改良の結果,前年度の段階では想定する渦中心に対する実際に生成された渦の中心位置に大きなずれが生じていたが,流入・流出量について適当な分布を与えることによって生成される渦の中心が移動することがわかり,流入境界条件によって生成される渦の特性を制御できる可能性が高まった.一方で,LESを使った数値流体解析による竜巻シミュレーター内部の流れの解析も実施し,竜巻状流れが数値流体解析的も生成できることを確認した.PIVで計測した流速分布と数値流体解析結果との比較の結果,PIVで計測した流速分布が誤差の影響を大きく受けている可能性が認められ,流速計測の精度改善が必要である.本研究課題は、深刻な被害をもたらす竜巻への対策が急がれていることを鑑みて、流入条件、流出条件を操作可能な竜巻シミュレータを開発し、(1)竜巻状旋回上昇流中心付近の流速分布や圧力分布などの流れ場の基本的な情報を耐風設計基準見直しの検討材料として提供すること、(2)竜巻状旋回上昇流の性状を流出・流入境界で制御する方法を検討し、竜巻状旋回上昇流を用いた風洞試験技術を発展させること、(3)竜巻状旋回上昇流の数値流体解析による再現手法を確立することの3つを研究目的としている。本年度に得られた成果を以下に示す。マルチファン化した竜巻シミュレータは、収束層の流入部にファンを設置することで流れを押し込む構造であるため、従来の対流層上部に設置した1基のファンで流れを吸い出す形式に比べると収束層部分の圧力が高くなる。これが装置外部からのシーディング材の導入を阻害し、結果としてPIVによる流速場の計測が困難となることがわかった。この問題を解決するためには加圧式のシーディング装置を導入しなければならない。一方、LESを使った数値流体解析によって竜巻シミュレータ内部の流れ場の解析を重点的に行い、装置内部に生じる旋回上昇流の有するスワール比が流入境界を決定する際に想定したスワール比に比べてかなり小さな値となっていることが明らかとなった。収束層部分の流れを詳細に検討した結果、ガードベーンにおいて流れの剥離が起き、流入角がガイドベーンの角度よりも小さくなっているためであることが明らかになった。

従って、竜巻シミュレータにおける流れの制御を高度化するためには、ガイドベーンにおける流れの剥離を抑え、ガイドベーンの角度と流れの流入角が1:1で対応するように装置を改善することが必要である。
政権交代と外交政策決定の変化の日米比較

米国における政権交代による外交政策の変化には、1大統領の信念、2政党間のイデオロギー、3財政規律に対する考え、4前政権の失敗是正、5国内政治要因5つの要素が見られた。しかし政策決定においては、大統領と国家安全保障会議が主導し、国務省と国防総省が実施していくという形が定着した。他方、日本における政権交代では、民主党政権は自民党政権を「官僚支配」と「米国追従」と批判して政権を獲ったため、官僚に頼らず、より独立した外交をめざした。しかし、経験不足な面や外交の知識もない閣僚が独自に進めた結果、普天間基地問題をはじめ外交政策において大きな混乱をもたらすことになった。1)「国際問題」誌で発表した「「テロとの戦争」と日米同盟の現状」という論文は、自民党政権下、とくに小泉政権から福田政権における日米同盟の中で、非常に重要な役割を占めるようになった「テロとの戦争」という側面について論じた。政権交代後の民主党政権になってから、インド洋における給油活動が中止されたことは、普天間移転問題での混乱に加えて、日米同盟にマイナスとなった点を指摘したが、これは本研究の中でも貴重な事例研究と位置づけられる。2)国際政治学会で発表した「G8洞爺湖サミットにおける議長国としての日本のリーダーシップ気候変動問題.を中心に」と題した研究は、福田政権で日本政府が指導力を発揮した事例である。今後の民主党政権におけるG8サミットの事例と比較して、政権交代とサミット外交について研究していける。4)日本国際問題研究所から出版された、公共財としての日米同盟に関する研究では、中国の海洋戦略に対して、日本がどのような役割を果たすべきかを論じた。実際に民主党政権がどのような外交政策をとっていくのか、その評価の基準を提示できた。研究実施計画に挙げたアメリカ側の政権交代と外交政策のパターンに関する研究に加え、以上の研究成果を発表できたことは、研究計画にとって大きな前進になったと考える。1)国際安全保障学会で発表した「鳩山政権における普天間基地問題の2レベルゲーム分析」は民主党政権になって最初の外交における試練において、鳩山内閣がどのように対処したかを調査した事例研究である。2レベルゲーム分析の枠組みを使って、どうして鳩山内閣の政策が破たんしたかを分析した。この研究の結果については、英文で学術誌に発表する予定である。2)Handbook of Japanese Politicsは世界各国から第一線級の日本政治学者が、それぞれの専門分野の研究を発表したもので、その執筆者に選ばれたこと自体、非常に名誉なことである。"The Prime Ministerial Leadership,"と題した論文では、自民党政権における首相のリーダーシップを分析し、民主党政権における展望を示した。4)福島原発事故独立検証委員会の調査検証報告書では、第3章と第4章を担当した。この中で、民主党政権における福島原発事故という危機に対して、どのような対応を官邸が行ったかを分析した。これには、菅首相をはじめ、枝野官房長官、福山官房副長官、海江田経産相、細野総理補佐官などをインタビューして分析した。これによって、菅内閣の首相官邸の様子がよく理解できた。これらが、平成23年度中に発表された研究であるが、当該年度中に進んだ研究が多くあり、平成24年度にはより多くの研究成果が期待できる。平成25年度には、民主党政権におけるいくつかの事例研究をまとめ本や論文の形で発表した。まず、平成25年4月には『政治主導VS官僚支配-自民政権、民主政権、政官20年闘争の内幕』という本を朝日選書から出版し、より詳しく外交政策の事例を扱った。ここで主に扱ったのは、鳩山政権における普天間飛行場移転問題と、菅・野田政権における尖閣問題への対応だった。鳩山政権では現行の移転計画を薦める外務・防衛官僚の声を無視し、独自の計画を見つけようとして頓挫した鳩山首相の様子を分析した。菅内閣では鳩山の官僚排除路線を変更しようとしたが、尖閣問題において官僚の有効な活用ができず、非常にぎこちない対応になってしまった。これに対照的なのは野田政権で、官僚の専門知識をフルに活用し、香港の活動家の尖閣上陸に対応した。このように民主党政権下での三つの内閣の異なった対応について分析した。平成24年度には、民主党政権におけるいくつかの事例研究をまとめ論文の形で発表した。まず、Asian Survey誌Sept/Oct 2012に、“Japan's Failed Experiment: The DPJ and Institutional Change for Political Leadership,"と題した論文で、民主党政権下の制度変化を分析した。ここでは政治主導のために事務次官会議の廃止や三役会議の導入、政策決定の一元化などを行ったが、官僚を排除したため、経験不足の民主党政権の政策決定者が、多くの問題に対応できなくなったり、下手な対応を行った様子を分析した。2013年4月には『政治主導VS官僚支配-自民政権、民主政権、政官20年闘争の内幕』という本を朝日選書から出版し、より詳しく外交政策の事例を扱った。

ここで主に扱ったのは、鳩山政権における普天間飛行場移転問題と、菅・野田政権における尖閣問題への対応だった。鳩山政権では現行の移転計画を薦める外務・防衛官僚の声を無視し、独自の計画を見つけようとして頓挫した鳩山首相の様子を分析した。菅内閣では鳩山の官僚排除路線を変更しようとしたが、尖閣問題において官僚の有効な活用ができず、非常にぎこちない対応になってしまった。これに対照的なのは野田政権で、官僚の専門知識をフルに活用し、香港の活動家の尖閣上陸に対応した。このように民主党政権下での三つの内閣の異なった対応について分析した。平成22年度に比較対象となる米国側の事例について概観を行うことができた。また、平成22-23年度の二年間の調査で、民主党政権になってからの政治制度や政策決定の変化の分析を行ってきた。この二年間に自民党政権と民主党政権における事例について重要な事例研究をいくつかか発表することができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。民主党政権における政権交代後の外交政策決定過程については、すでに英語の論文や日本語の本によって、分析した結果を報告することができた。さらにこの夏に出版される英語の本の中で、安倍政権になってからのTPP問題や、現在までの普天間問題について論じている。政権交代でさまざまな事象が怒っているのにもかかわらず、なんとか現状分析を行い、タイムリーな形で研究を発表できたと自負している。さらに秋には、日本国際政治学会で、「日中韓三ヵ国における国内政治と対外関係のリンケージ」という部会で、尖閣問題における日本の対応に関する論文を発表する予定である。とくに尖閣国有化という課題で、野田政権による対応がいかに国内の政治日程に強く影響されたかを分析する予定である。このように日本の政権交代に関する研究は、予想以上に進んでいるが、最初の課題とした日米の比較分析が追い付いていない。安倍政権になっても、さまざまな外交問題が山積しているため、そちらの研究に追われて、日米の比較分析が遅れている状態である。これまで政権交代後の政策決定についての調査結果がかなり蓄積されてきた。平成24年度中には、コロンビア大学出版から単著で、自民党政権から民主党政権にかわって、どのように政策決定が変化したかについて分析した本が出版される予定である。さらに、そのほかの事例についても、英文の学術誌に投稿している。すでにAsian Survey誌から掲載の通知が来ており、ほかの3誌についてもかなり掲載の可能性が高い。民主党政権の事例が現在進行形で進んでいるため、その研究に追われている。当初予定していた研究期間の4年間では、当初の目的である日米の比較までには手が届かない可能性が出てきた。そのため、平成24年度中に研究期間延長の申請を行いたい。ポスト民主党政権下の外交政策のレビューと、民主党政権や旧自民党政権、小泉政権との比較研究を行う。
低温窒化法による酸窒化物の合成と電子構造制御による機能性の発現

酸窒化物は、大気中の主要元素である酸素と窒素によって物質の電子構造を自在に制御することができ、新規材料開発においてますます注目されている。本研究では、申請者らが開発した固体源のアミドを用いた酸化物の低温窒化法を用いて、酸素と窒素の量によって電子構造を精密に制御した酸窒化物の粉末や薄膜の合成を行うこと、およびそれらの化合物の新たな機能性を引き出すことを目的としている。本年度は、前年度見出したナトリウムアミドを用いた反応によって、新規窒化物の合成に成功した。この窒化物は、一瞬の高温からの急冷却によって得られる準安定な結晶相であり、この知見を用いることで様々な窒化物や酸窒化物の創出が期待できる。また、合成された化合物の安定性や合成経路を第一原理計算によって予測し、議論した。これらの研究成果は、学術論文として纏められアメリカ化学会の学会誌において現在査読中である。また、あらたな窒化法としてマイクロ波の照射による低温窒化を試み、酸素リッチな酸窒化物の合成に成功した。この方法は新たな合成手法として魅力的である。また、ナトリウムアミドを有機溶媒中に溶解させることに成功し、この溶液を用いた低温での窒化にも成功した。膜中の粒形を調査したところ、粒形がそろった薄膜が合成されたことが明らかになった。処理後の電子移動度やキャリア濃度が変化していることから、窒化処理によって電子構造が変化したと考えられる。目標としていた新規化合物の創出にも成功し、組成を変化させることによってその触媒能を向上させることができることが明らかになった。すでにこれらの成果の一部は、学会発表を行い学術論文として投稿中である。薄膜合成においても、酸化物薄膜の溶液処理による電子物性の特性向上が観察されていることから、研究計画全般としては順調に進行しているといえる。最終年度である本年度は、これまでの知見を活かしたさまざまな窒化物・酸窒化物合成へとの展開を行っていく予定である。また、合成条件と反応性との関連性を熱力学的な解析を行うことで、合成反応におけるメカニズムを明らかにする。また、合成した化合物の触媒能やデバイスでの評価へとの展開を行うことで、組成・電子構造・機能性の関連性を調査する。初年度は新規酸窒化物粉末合成として、出発原料の検討を行った。ナトリウムアミド、水酸化物、塩化物を混合することで、ペロブスカイト型酸窒化物の合成に成功した。混合方法や出発試料の混合比を変化させることで、反応の最適化をおこなった。この反応は瞬間的に起こり、急激な発熱を伴う反応であることを、反応の直接観察及び熱力学的考察より明らかにした。また、有機溶媒を加えることで出発原料の混合を均一化することができ、不純物相が少ない合成手法の開発にも成功した。これらの研究成果は、学術論文として発表された。また、薄膜合成においては、合成した酸化物の薄膜とナトリウムアミドの処理によって膜の窒化を試みたが、薄膜が剥げてしまい窒化することはできなかった。そこで、室温プラズマ処理による窒化を行い、窒素が膜中から検出されたことから低温での窒化が成功した考えられる。電子移動度やキャリア濃度が変化していることから、窒化処理によって電子構造が変化したと考えられる。水酸化物、塩化物とナトリウムアミドの反応を用いた酸窒化物の合成に成功した。これらの反応は、新たな反応場としての展開が期待できる。また、酸化物膜の合成およびその低温窒化に成功した。すでにこれらの成果の一部は、学術論文として公開されている。さらに、窒化物の前駆体としてインジウムカルコゲナイドの探索も並行して行っており、これらの研究は期待以上に進行している。その一方で、本年度は予期していなかった新たな反応場が見つかったため、酸化物とナトリウムアミドとの反応機構を詳細に調べるための実験が若干遅れている。研究計画全般としては、今年度の知見を活かして来年度以降の研究を行えることから、研究はほぼ順調に進行しているといえる。

この方法は新たな合成手法として魅力的である。また、ナトリウムアミドを有機溶媒中に溶解させることに成功し、この溶液を用いた低温での窒化にも成功した。膜中の粒形を調査したところ、粒形がそろった薄膜が合成されたことが明らかになった。処理後の電子移動度やキャリア濃度が変化していることから、窒化処理によって電子構造が変化したと考えられる。目標としていた新規化合物の創出にも成功し、組成を変化させることによってその触媒能を向上させることができることが明らかになった。すでにこれらの成果の一部は、学会発表を行い学術論文として投稿中である。薄膜合成においても、酸化物薄膜の溶液処理による電子物性の特性向上が観察されていることから、研究計画全般としては順調に進行しているといえる。研究計画二年目にあたる本年度は、新規反応場の探索、反応機構の解明、また電気化学触媒としての評価に重点を置き、研究を進めていく予定である。新規反応場としては、溶媒中での反応にも着目し実験を進めていく。反応機構の解明に関しては、粒径やカチオン・アニオン比を変えた出発試料の窒化反応を行うことで、窒化反応に重要な因子を特定し、合成機構を提案する。また、酸素還元触媒能の評価に向けての準備がすでに整っているので、本年度は合成した酸窒化物の評価をすすめ、組成・電子構造・機能性の関連性を調査する。最終年度である本年度は、これまでの知見を活かしたさまざまな窒化物・酸窒化物合成へとの展開を行っていく予定である。また、合成条件と反応性との関連性を熱力学的な解析を行うことで、合成反応におけるメカニズムを明らかにする。また、合成した化合物の触媒能やデバイスでの評価へとの展開を行うことで、組成・電子構造・機能性の関連性を調査する。