hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
胚乳における種の障壁：エピゲノム制御の鍵分子機構

こうした低分子RNAは、細胞や組織間を移行し、胚での標的ゲノムを制御することを示唆するデータが得られている。また、受精後の胚乳では、ポリコーム複合体構成因子による発生進行プログラムと、細胞周期の二つの要因により、自身を崩壊させる異種ゲノムの認証機構が浮かび上がってきている。これらは「低分子RNA群と標的ゲノム」や「複数の転写因子複合体とその標的遺伝子」の領域キーワードに集約され、異分野融合ブレークスルーテクノロジーを活用した新種誕生原理の解明に必要不可欠である研究計画に従って、順調に進捗している。植物の生殖過程では、「他の植物種と交雑することなく自らのゲノムの維持するシステム」が生殖障壁として機能している。このシステムは、受精に至る多段階に配置される「鍵と鍵穴」の分子認証の総体として捉えることができる。興味深いことに、受精前の分子認証を突破した場合でも、受精後の胚乳において、極めて鋭敏な異種ゲノムを感知する分子認証システムが配置されている。ここでは、両親ゲノムの塩基配列レベルの違いのみならず、可塑性の高いエピジェネティックな制御機構が重要な位置をしめていることを、我々は科研費を中心とした研究費支援により一連の分子機構を明らかにしてきた。本研究計画では、植物新種誕生原理の解明のため、(1)受精後の胚乳の生殖障壁をエピジェネティックに誘導するDNA脱メチル化の役割と(2)受精後の胚乳が自らを崩壊させることにより異種ゲノムを排除する機構を明らかにすることを目的とする。研究計画は概ね順調に進捗している(1)受精後の胚乳の生殖障壁をエピジェネティックに誘導するDNA脱メチル化の役割メス側の生殖細胞である中央細胞では、トランスポゾン(TE)配列を中心にゲノムワイドなDNA脱メチル化がおこる。このゲノムワイドなDNA脱メチル化はインプリント遺伝子の活性化と、TEの活性化を介した低分子RNAの産出に働いていることが明らかとなってきた。本研究では、シロイヌナズナとイネを用いて、初期胚・胚乳の低分子RNAとその標的となるDNAのメチル化の変化をゲノムワイドに解析する。シロイヌナズナ変異体、イネCrispr/Cas9変異体の比較解析から、倍数体・種間交雑までの包括的解析により、DNA脱メチル化が新種誕生原理に果たす役割を明らかにする。(2)胚乳における生殖障壁の分子機構の解明種間交雑と倍数体間交雑では、胚乳に共通した発生異常が観察されているが、両者の違いは明らかではなかった。我々はこれまでに、イネを用いた詳細な比較解析から、種間交雑は胚乳発生進行のみに影響し、倍数体間交雑では発生進行に加えて、胚乳の細胞周期が変化することを明らかにした。胚乳における生殖障壁では、正逆交雑において相反する表現型が表れることより、インプリントされたポリコーム複合体構成因子が着目されてきた。種間交雑では、会合するポリコーム複合体のアミノ酸配列に違いがあるため、領域キーワードの「複数の転写因子からなる複合体とその標的遺伝子」に代表されるケースと捉えることができ、複合体の会合・活性状態が標的遺伝子発現に影響することが考えられる。構造生物学とエピゲノム科学との連携により、どのアミノ酸の種間差異がポリコーム複合体の会合と、下流の標的遺伝子のエピジェネティクス状態を介して生殖障壁に寄与しているかを明らかにする。(1)受精後の胚乳の生殖障壁をエピジェネティックに誘導する
原子層成長法によるZnO薄膜の伝導性制御

本研究課題では、ジエチル亜鉛(DEZ)と水(H_2O)を原料として用いた原子層成長法(ALE法)および有機金属気相成長法(MOCVD法)によるZnO薄膜への伝導性制御について研究を行った。まず、ALE法を用いてサファイア基板上にZnO薄膜を成長し、原子層成長が実現できる成長条件を明らかにした。更なる高品質化を図るため、GaNテンプレート上へのZnO薄膜の原子層成長について検討したところ、格子不整合の低減に伴い、大幅な結晶性の向上が確認された。次に、DEZと同期してトリエチルガリウム(TEG)を導入し、n型ドーピングを行ったところ、TEG流量に比例して電子密度が増加した。この結果から、電子密度をTEG流量により制御できることが分かった。さらに、分解温度の低い窒素(N)原料としてモノメチルヒドラジン(MMHy)を用いてp型ドーピングを試みた。Raman測定により、MMHyを用いてドーピングしたサンプルにおいて、NのLocal Vibrational Mode(LVM)が観測され、ZnO薄膜中にNが取り込まれていることが分かった。しかし、as grownのサンプルはn型伝導を示したため、酸素雰囲気中800°Cでアニールを行った。この結果、C-V測定により正孔密度2×10^<15>cm^<-3>のp型伝導を示すZnO薄膜が得られた。低温フォトルミネセンス測定を用いてNドープZnO薄膜の光学的特性を評価したところ、800°Cでアニールしたサンプルにおいては、中性アクセプタ束縛励起子(A^0X)による発光およびドナー・アクセプタペア(DAP)発光が観測されたことから、一部のNがアクセプタとして働いていることが確認された。以上の結果から、n型およびp型ZnO薄膜の成長に成功し、ZnO薄膜の伝導性制御が実現できたと考えられる。まず、サファイア基板上にZnO薄膜の原子層成長を試みた。この結果、基板温度206267°Cの範囲でZnO薄膜が原子層成長することを明らかにした。また、原料の流量を変化しても、ある範囲では自己停止機構により、原子層成長条件が保たれることが分った。しかし、サファイア基板とZnO単結晶の間には18%もの大きな格子不整合が存在するため、成長したZnO薄膜の結晶性は、デバイス応用上不十分なものであった。この問題を解決するために、GaNテンプレート上へのZnO薄膜の原子層成長について検討した。ZnOとGaNの格子不整合は1.8%と、サファイア基板に対する格子不整合より1桁小さいため、GaNを基板として用いることにより、ZnO薄膜の結晶性向上が期待できる。ここでは、サファイア基板上に成長したGaN薄膜をZnO結晶成長用のテンプレートとして用いた。RHEED観察では、c面サファイア基板上に直接成長したZnO薄膜についてはスポットパターンであったのに対して、GaNテンプレート上に成長したZnO薄膜ではストリークパターンが観測された。X線回折測定では、c面サファイア基板上のZnO薄膜は(0002)の回折ピークに加え、(10-11)の回折ピークが観測されたのに対し、GaNテンプレート上のZnO薄膜では(0002)の回折ピークのみが観測された。また、X線ロッキングカーブ測定の半値幅(FWHM)は約5°から約0.1°へと大幅に減少した。PL測定ではバンド端発光のみが観測され、半値幅は18.7meVから16.1meVへ減少した。

これらの結果より、GaNテンプレートがZnO薄膜の結晶性を向上するのに有効であることが分った。本年度は、原子層成長法(ALE法)および有機金属気相成長法(MOCVD法)によるZnO薄膜へのドーピングについて基礎的な研究を行った。ALE法で成長したZnO薄膜は、アンドープで抵抗率2×10^5Ωcm以上(シート抵抗:2MΩ/sq以上)と高抵抗であるため、ドーピングによる伝導性制御において有利であると考えられる。まず、ALE法を用いて、II族原料であるジエチルジンク(DEZ)と同期してトリエチルガリウム(TEG)を導入し、n型ドーピングを行ったところ、TEG流量に比例して電子密度が増加した。この結果から、電子密度をTEG流量により制御できることが分った。次に、ALE法を用いて、VI族原料であるH_2Oと同期してアンモニア(NH_3)を導入し、p型ドーピングを試みたが、得られたZnO薄膜は高抵抗なままであった。これは、成長温度が250°C程度と低いため、NH_3が十分分解しないことが原因であると考えられる。そこで、分解温度の低い窒素(N)原料としてターシャリーブチルアミン(t-BuNH_2)およびモノメチルヒドラジン(MMHy)を使用してp型ドーピングを試みた。Raman測定により、これらの原料を用いてドーピングしたサンプルにおいて、NのLocal Vibrational Mode (LVM)が観測され、ZnO薄膜中にNが取り込まれていることが分った。t-BuNH_2を用いてドーピングしアニールを行ったサンプルでは、PL測定によりアクセプタ関連の発光が確認されたが、膜は高抵抗なままであった。次に、MMHyを用いてNドーピングを行ったところ、as grownおよび700°Cでアニールしたサンプルはn型を示したが、800°Cでアニールすることにより、正孔密度2×10^<15>cm^<-3>もを有するp型ZnO薄膜が得られた。本年度は、モノメチルヒドラジン(MMHy)を使用した窒素(N)ドープZnO薄膜の結晶性について詳細な評価を行った。Raman測定により、MMHyを用いてドーピングしたサンプルにおいて、NのLocal Vibrational Mode(LVM)が観測され、ZnO薄膜中にNが取り込まれていることが分った。しかし、as grownのサンプルは電子密度1×10^<16>cm^<-3>のn型を示し、Nが活性化していないと考えられるため、酸素雰囲気中高温アニールによる活性化を行った。この結果、700°Cでアニールを行ったサンプルは電子密度2×10^<15>cm^<-3>のn型を示し、一部のNが活性化したと考えられる。さらに、800°Cでアニールしたサンプルでは、C-V測定により正孔密度2×10^<15>cm^<-3>のp型伝導を示した。しかし、RamanスペクトルにおけるNのLVMピークが減少したことから、高温アニールにより一部のNがZnO薄膜中から離脱していることが明らかとなった。特に、アニール温度を900°Cまで上昇してしまうと、ほとんどNのLVMピークが観測されないことから、900°Cアニールにおいてはほとんど全てのNが膜中から離脱してしまうことが分った。さらに、低温フォトルミネセンス測定を用いてNドープZnO
水素結合クラスターの光反応

分子クラスターは、多くの場合超音速自由噴流法によって、気体分子同士の衝突による成長過程を経て生成させる方法が一般的で、さらに、光または電子衝撃によって正イオンとし、質量分析法によってそのサイズを確定する方法が採られている。しかし、、大きなサイズのクラスターを気体分子から出発して生成する事は決して容易ではないし、また中性クラスターを正イオンにイオン化する際に、fragmentationによって小さなクラスターになる事も避けられない。本研究では、低速電子付着による負イオン化が後者の問題を解決する事を見いだし、さらに液体ビームにレーザー蒸発法を適用して、大きなクラスターとしうる可能性を見つけた。(1)分子クラスター負イオンと光電子分光分子クラスターは一般に電子親和力が小さく、負イオンとするためには、ソフトな電子付着法が必要となる。本研究では、酸化イットリウム(Y_2O_3)の仕事関数が2.0eVである事に着目し、これにYAGレーザーの2倍波(532nm,2.3eV)の光を照射して、0.3eV以下の低速電子を発生させ、中性分子クラスターを負イオン化する事に成功した。(2)液体ビーム法液体を真空中に噴出させる液体ビーム法は、すでに適用例が報告されているが、本研究ではこれにレーザー光を照射して蒸発させる事を試み、液体に微量の色素を混入し、これにYAGレーザーの2倍波を照射した結果、蒸発が起こり、クラスターが検出されるた。現在さらに電子衝撃による負イオン化を行いより大きなクラスターの検出を試みている。
地域生活における重度知的障害者の参加促進支援モデルの開発

本研究の目的は、障害者自立支援法の施行による重度知的障害者の生活の変化を解明し、障害者の生活を包括した参加促進支援モデルを開発することである。平成20年度は、前年度に完成させた「参加促進支援モデル」の骨子である学位論文(『重度知的障害者の地域生活を支援するためのアクションリサーチ-「参加」を促進する組織的戦略』)の一部を、雑誌論文(『重度知的障害者が求める地域生活支援の視点とは-パーソン・センクード・プランニングにおけるアセスメントの質的分析から』)及び、学会発表(日本社会福祉実践理論学会、日本社会福祉学会、日本質的心理学会)で公表した。これらの査読過程や論文・学会発表では、研究者・実践者から、多くの肯定的な評価を得た。この評価を基に、申請者が開発することを目指す「参加促進支援モデル」は、研究的価値かつ実践的価値の双方において高いものであると確認できた。わけても、本年度における研究の意義は、学術雑誌において、支援者が作成したアセスメントの質的分析から重度知的障害者が求める地域生活支援の内容を明らかにした点にある。その内容とは、重度知的障害者各々の地域での「困難」を踏まえた上で〔生活の楽しみ〕をけじめとした「希望」に焦点を当てたアセスメントに基づいて個別支援を行うことである。このことは、現行の制度・政策、施設福祉で行われている一方向的な障害者に対する能力評価とは異なったケアマネジメントにおけるアセスメントのあり方を提言する点、これまで十分に明らかにされてこなかった意思疎通が困難な重度知的障害者の希望に沿った参加促進支援を具体的に示した点で重要であるため、研究目的に即しか社会的貢献をなしえたといえる。本研究の目的は、障害者自立支援法の施行による重度知的障害者の生活の変化を解明し、重度者の生活を包括した参加促進支援モデルを開発することである。平成19年度は、申請者が長年、重度知的障害者の地域生活支援で実績のある組織「Aの会」で参与観察を中心としたフィールドワークを継続する中で実践者との協働で行ったアクションリサーチの結果を、学位論文(『重度知的障害者の地域生活を支援するためのアクションリサーチ-「参加」を促進する組織的戦略』)として完成させた。これは、申請者が開発することを目指す「参加促進支援モデル」の骨子であり、今後、モデルとしてさらに深化させるため、他の実践現場においても検証できるに足る内容のものである。具体的には本年度における研究の意義として第1に、学位論文において、重度知的障害者の地域生活支援によって重度者の生活の質が向上した、かつ実践者の意識変革をもとに実践が改善した効果を、質的方法を用いたアクションリサーチの結果から、実証的、具体的に示した点にある。第2の意義は、これまでの研究成果を日本社会福祉学会、関西社会福祉学会、日本質的心理学会で公表することによって、障害者自立支援法の下でのより一層重視されている障害者ケアマネジメントのあり方と、今後の重度知的障害者に対する「参加」をキーワードとした地域生活支援の展望について実践に基づき理論的考察をもとに示した点にある。この2点は、国内外の知的障害者福祉分野においてこれまで十分に明らかにされているとはいえず、重要な知見を提示したとともに、公表することを通して、研究目的に即した社会的貢献をなしえたといえる。
非接触変位場時刻歴応答計測に基づく既設構造物の表面き裂・内部損傷同定法の開発

本研究では,非接触変位場計測技術を用いて,事前情報を必要とすることなく,き裂および構造内部の損傷を定量的に同定するシステムの構築を試みた.変位場およびその時刻歴応答から計算される見かけ上の最大主ひずみおよびその方向から,不可視な状態にあるき裂を検出することに成功し,提案システムはき裂を定量化できることを示した.本研究のもう一つの取組みとして,深層学習に基づく一般物体検出技術を利用して,き裂をスクリーニングする技術の開発を試みた.動画撮影しながらひび割れを瞬時に検出することに成功し,検査員が立ち入りにくい領域を検査するとともに,その場で構造全体系からき裂を検出できる可能性を示した.平成27年度は,不可視な状態にある構造物のき裂同定(テーマA)と構造内部の損傷同定(テーマB)に関する研究を行った.テーマAに関しては,デジタル画像相関法から得られる被写体表面の力学情報に着目し,表面の変位場から,CFRPで覆われた鋼板の構造状態を評価できるか検討した.あらかじめ切断された鋼板にCFRPを接着した供試体に対して,実証試験を行い,開発システムの有効性を検証した.実証試験を通じて,貫通き裂と見なした切断箇所の検出に成功し,本システムの有効性が確認できた.特に,要素内の見かけ上のひずみと主方向を算出し,これらをき裂開口量に換算して評価パラメータとすることで不可視である対象の切断箇所を検出することができた.この際,要素内のき裂経路を特定することなく,き裂進展方向を近似することで,き裂の存在を評価可能であることがわかった.また,き裂周辺の変位場の不連続性を評価することで,き裂を検出する可能性があることがわかった.テーマBに関しては,デジタル画像相関法を通じて空間的に高密度に推定される局所的な振動モード形状から,データ同化やシステム同定手法を用いて逆解析的に,損傷領域の剛性低下の程度(損傷程度)を同定できるか数値実験を通じて調査した.粒子群最適化手法の一つであるPSOを利用して,粒子が保持する質量および剛性に関するパラメータから固有値解析によりモード形状を推定し,デジタル画像相関法から得られる局所的なモード形状(実測値)と比較することで,任意に与えた損傷領域の剛性低下の割合を同定することに成功した.不可視な状態にある表面き裂等の損傷に対する評価アルゴリズムと構造内部の損傷程度を推定するアルゴリズムを開発し,それらの有用性を数値実験および模型実験において確認できたことから,現状ではおおむね順調に進展していると判断する.当該年度は,き裂の発生・進展前の画像を必要とせず,さらに荷重の変動幅に大きく依存しないき裂検出システムの開発を試みるとともに,不可視あるいは視認困難な状態にあるき裂を検出できるかどうか2種類の実験を通じて確認した.実験概要と得られた知見を以下にまとめる.実験A(不可視な状態にあるき裂検出)では,要素内の見かけ上のひずみと主方向を算出し,これらをき裂開口量に換算して評価パラメータとすることで,き裂を検出することが可能であることが分かった.ただし,荷重の変動幅が小さく,低フレームレートで撮影せざる得ない状況下では,き裂開口量を推定するだけでは,き裂を検出することが困難となり得ることが分かった.この問題点を改善するために,き裂先端を含む要素に注目して,システムにより算出された対象要素のひずみと,その周辺要素のひずみの平均の比を新たなき裂検出パラメータとすることを考えた.いくつかの仮定をおくことで,このパラメータが対象要素内のき裂長さによって近似的に表されることを示した.そして,このひずみ比に閾値処理を施すことで,変動荷重幅に大きく依存せずき裂を検出できることが分かった.また,不可視な状態にあるき裂であっても,検出できる可能性があることが分かった.実験B(振動状態にあるコンクリート床版下面のき裂検出)では,き裂を有するコンクリート床版下面が活荷重により振動状態にあり,かつ剥落防止剤により表面状態が視認困難な状態においても,き裂を評価できるか検討した.結果として,デジタル画像相関法を用いて,き裂開口量やひずみ比など力学状態を適切な時間領域で評価することで,き裂を定量的に検出できることが分かった.不可視な状態にあるき裂を検出する試みは,前年度にも取り組んだものの,当該年度において,き裂を検出する方法を改善し,より高精度にき裂を検出する方法を提案できた.さらに,診断対象が振動状態にあり,カメラに近づいてくる状況においてもき裂を検出することができた.以上のことから,おおむね順調に進展していると判断する.最終年度は,深層学習に基づく一般物体検出技術を利用した構造全体系からのひび割れ検出(テーマA)と,検出されたひび割れを定量化することを目的として,非接触変位場計測に基づくひび割れ周辺の力学状態の評価(テーマB)に関して取り組んだ.

テーマAでは,現在,各所で開発が進められている高所等,人が立ち入ることが困難な箇所の点検ロボットに実装するシステムを構築すること,および,ひび割れ定量化前に,通常,検査者が行っていた構造全体系からのひび割れ発生箇所の検出を自動的かつ実時間で行えるようにすることを目的として,深層学習を用いた一般物体検出技術の内,高速処理が可能なYOLOv2を用いて,コンクリート表面のひび割れ検出システムを開発することを試みた.実証試験を通じて,一般的な動画の解像度である1280×960pixelの場合,概ねひび割れの領域を検出でき,一般的な動画のフレームレートで,ひび割れを検出できることを明らかにした.テーマBでは,車両交通下にあるコンクリート床版下面のき裂を定量的に評価できるか検討した.実証試験を通じて,き裂開口量およびひずみ比の推定値から大まかなき裂発生領域を検出できる可能性があることが分かった.ただし,厳密には,実際のき裂領域とシステムの出力は1要素分ずれる結果となった.この原因として今回の取得動画は被写体がカメラに近づいてくる状態であったことが考えられる.本研究では画像から得られるたわみ振動(面外方向の変位)に対し多項式近似を行い,両者の差分を面内変位と見なし提案システムを実行した.この面外・面内変位の分離精度がき裂検出結果に影響を及ぼすと考えられることから,今後はこの方法論を確立する必要があると考える.本研究では,非接触変位場計測技術を用いて,事前情報を必要とすることなく,き裂および構造内部の損傷を定量的に同定するシステムの構築を試みた.変位場およびその時刻歴応答から計算される見かけ上の最大主ひずみおよびその方向から,不可視な状態にあるき裂を検出することに成功し,提案システムはき裂を定量化できることを示した.本研究のもう一つの取組みとして,深層学習に基づく一般物体検出技術を利用して,き裂をスクリーニングする技術の開発を試みた.動画撮影しながらひび割れを瞬時に検出することに成功し,検査員が立ち入りにくい領域を検査するとともに,その場で構造全体系からき裂を検出できる可能性を示した.表面き裂および構造内部損傷の同定アルゴリズムの有用性・技術的課題を,より実物大規模の供試体に適用することで明らかにする予定である.そして,最終年度の実橋梁への適用に向けて,複数のカメラによるステレオ計測を行うとともに,ミラーを利用してデジタル画像相関法による力学状態の計測結果を3次元空間上へ展開する予定である.また,床版下面を橋軸方向に動画撮影し,内部の空隙の状況を評価できるかどうか等,本提案手法の適用範囲を拡張することを考える.最終年度は,これまでに構築した要素技術を統合化し,診断対象全体系を効率的に点検・診断可能なシステムとして開発を進める.以下に検討項目を整理する.1.Deep learningによる構造き裂検出システムの開発とUAV撮影画像への適用:き裂の画像を深層学習により学習し,UAVで撮影される構造全体系の多数の画像に対して,き裂の有無・領域をスクリーニングするシステムを構築する.2.多視点画像解析技術(SfM解析)と画像相関法を利用したき裂進展解析システムの開発:1.でスクリーニングされたき裂発生箇所に対して,SfM解析結果から構築された3Dモデルを用いてき裂発生原因および進展可能性を評価できるシステムを構築する.応用情報学振動状態にある診断対象の挙動をデジタル画像相関法により評価することが本研究課題の前提である.27年度は,表面き裂および構造内部損傷の同定アルゴリズムの開発に注力し,それらの有用性は基礎的な実験を通じて評価したことから,実証実験に必要な装置・機器は現有のもので賄えることができ,新規に装置を更新する必要がなくなったことが理由である.室内レベルの供試体実験がスムーズに終わり,試験片費用と冶具等加工費を当初の見込み額より大幅に低減できたことが理由である.28年度は,現地計測のための機器として,モバイル型PC,ステレオ動画像計測用のカメラおよび望遠レンズを購入する必要がある.また,現地計測および成果発表のための旅費,論文校閲などに充てる予定である.
自発的ソフトウェア進化の加速に向けた基礎技術の開発

研究項目A:健全で効率的な自発的進化を実現するスマートシティ型ガバナンスフレームワークの開発::自発的進化を促すためのプロジェクト要因や本質的サービスを考察した.プロジェクトの状態,進化を定量的に表現するメトリクスを考案し,GitHubのプロジェクトに対して妥当性検証を始めた(中村).また,「ボットに求められる要件」の妥当性を確認した上で,ボットAPIを実装し,公開に向け洗練した(玉田).更に,データサイエンスのアプローチを念頭に,個人への負荷集中や進化提案の停滞といった自発的進化の阻害要因を検出するモニタリングサービスを実現した(戸田).研究項目B:ソーシャルオーバーヘッドを低減する人-ボット型協調開発技術の開発::人とボットの協調作業における安心感や信頼感の醸成を促進する「ソーシャル対話モデル」の開発に着手した(大平).また,プロダクトの構造やその利用技術,信頼感,期待感等を加味してHot/Cold Spotを特定し,自発的進化のタイミングを提案する技術を開発した(森崎).更に,GitHub上のプログラマ名鑑ボットを設計し,プログラマの多様な活動のランキングを可能とした(門田).加えて,進化提案ボットの拡張,Social NetworkAnalysisの研究成果の活用にも取り組んだ(伊原).研究項目C:コミュニティ通貨を基軸としたコミュニティ活性化技術の開発::自発的ソフトウェア進化コミュニティにおける通貨を設計し,ブロックチェーンプラットフォーム「イーサリアム」上で,非中央集権・分散型アプリケーション(DApps)として実装した(畑).また,寄付やゲーミフィケーションの枠組みを利用して,コミュニティ通貨の流通量を増やす方式を,簡単な適用実験を通じて検討した(角田).(かっこ内は主担当研究者)当初計画段階において本年度に予定していた学会発表を予定通り執り行うことができたため.平成30年度までに行った技術的シーズ・ニーズの明確化,および,自発的ソフトウェア進化を広く適用可能とするための技術基盤・システムのプロトタイプ実装の妥当性と有効性を実験的に評価する.研究項目A:スマートシティ型ガバナンスフレームワークの開発開発プロジェクトの進化モデルとして,プロジェクト成果物としてのAPIの価値をソフトウェア品質属性SQuaREと関連づける価値モデルを提案した.また,ソフトウェア開発におけるコミュニケーション履歴に基づき,活動内容を時系列でモデル化する手法を考案した.並行して,履歴データを用いた機械学習手法について検討した.更に,サービス(ボット)を整理するボットを提案し,単に情報を推薦するだけでなく,そのタイミングや推薦先をどのように決定するのかなど,ボットに求められる要件を整理した.研究項目B:人-ボット型協調開発技術の開発ボットと開発者との円滑な対話を実現するための鍵となるPoliteness(コミュニケーション上の配慮)について分析し,開発者の活動継続性とPolitenessとの関係を見出した.Hot/cold spotの箇所を特定することを目的とし,ソースコードから要求文書へのトレーサビリティを設計モデルにより推測できるか,既存ソフトウェアで試行した.更に,開発者名鑑ボットの作成の第一歩として, GitHub上の活動履歴を開発者ごとに整理し,開発者のプロファイリングを行う方法について検討し,90件のOSSプロジェクトへの適用実験を行った.加えて,開発者からの進化提案(特に条件分岐の変更を含む提案)に対して,過去の修正記録に基づいて修正案を提示するボットを試作した.研究項目C:コミュニティ活性化技術の開発OSS開発において寄付者に与えられるバッジを分析し,バッジ保持者へのシグナリング効果があることを統計的に確認した.また,ブロックチェーン上の仮想通貨交換のためのコントラクト群の実装を開始した.更に,コミュニティ活性化技術が技術者のリスク認識と信頼に与える影響を分析した.当初計画段階において本年度に予定していた学会発表を予定通り執り行うことができたため.研究項目A:健全で効率的な自発的進化を実現するスマートシティ型ガバナンスフレームワークの開発::自発的進化を促すためのプロジェクト要因や本質的サービスを考察した.プロジェクトの状態,進化を定量的に表現するメトリクスを考案し,GitHubのプロジェクトに対して妥当性検証を始めた(中村).また,「ボットに求められる要件」の妥当性を確認した上で,ボットAPIを実装し,公開に向け洗練した(玉田).更に,データサイエンスのアプローチを念頭に,個人への負荷集中や進化提案の停滞といった自発的進化の阻害要因を検出するモニタリングサービスを実現した(戸田).研究項目B:ソーシャルオーバーヘッドを低減する人-ボット型協調開発技術の開発::人とボットの協調作業における安心感や信頼感の醸成を促進する「ソーシャル対話モデル」の開発に着手した(大平).また,プロダクトの構造やその利用技術,信頼感,期待感等を加味してHot/Cold Spotを特定し,自発的進化のタイミングを提案する技術を開発した(森崎).更に,GitHub上のプログラマ名鑑ボットを設計し,プログラマの多様な活動のランキングを可能とした(門田).加えて,進化提案ボットの拡張,Social NetworkAnalysisの研究成果の活用にも取り組んだ(伊原).研究項目C:コミュニティ通貨を基軸としたコミュニティ活性化技術の開発::自発的ソフトウェア進化コミュニティにおける通貨を設計し,ブロックチェーンプラットフォーム「イーサリアム」上で,非中央集権・分散型アプリケーション(DApps)として実装した(畑).また,寄付やゲーミフィケーションの枠組みを利用して,コミュニティ通貨の流通量を増やす方式を,簡単な適用実験を通じて検討した(角田).(かっこ内は主担当研究者)

当初計画段階において本年度に予定していた学会発表を予定通り執り行うことができたため.平成29年度に明確化した技術的シーズ・ニーズと,それに基づく要件定義,設計を経て,「ガバナンスフレームワークのマイクロサービス群」,「支援ボットリポジトリ」,及び,「コミュニティ通貨システムのDApps」等,自発的ソフトウェア進化を広く,かつ,安定的・持続的に加速するプラットフォームをプロトタイプ実装する.更に,プロトタイプを用いた適用実験を通じて,その妥当性,有効性を評価し,社会実装に向けた更なる技術改良の方向性を示す.平成30年度までに行った技術的シーズ・ニーズの明確化,および,自発的ソフトウェア進化を広く適用可能とするための技術基盤・システムのプロトタイプ実装の妥当性と有効性を実験的に評価する.
タブレット端末を活用した国語科教育「見ること」のカリキュラム開発

平成30年度は、ビジュアル・リテラシーの活用の実態として、タブレット端末を活用した授業実践の開発と実態の調査と検証を中心に取り組んだ。5月、第134回全国大学国語教育学会大阪大会で、バンコクIB校の『故郷』の映画予告編制作実践の分析を発表した。この研究成果は、12月、川崎市立川崎高等学校附属中学校3年生3クラスを対象に同様の実践を行い、その効果を確認することができた。8月、現職教員対象の東京学芸大学公開講座では、iPadを活用して「酷暑」「立秋」を表現するニュース制作ワークショップを行った。この成果は、2019年1月に私立・佼成学園中学校1年生3クラスを対象としたニュース制作ワークショップに反映することができ、中学生の実態調査を行うことができた。9月、東京学芸大学附属小金井中学校2年の1クラスを対象に、映像理解ワークショップを行った。特別活動で、iPadを活用した映像制作に取り組んでもらい、その成果から中学生の映像制作の実態を確認することができた。大学生を対象とする中等国語科教育法において、タブレット端末を活用した実践を開発し、模擬授業を行った。1写真編集アプリPicCollageを活用し、組写真の物語作り。2フリーズフレームの演劇技法を用いた『羅生門』の1シーンの絵コンテ制作。3イラストと書道作品を素材に映像編集アプリiMovieを活用した『山椒魚』の映画予告編制作。4映像編集アプリVivaVideoを活用した『山月記』の映画予告編制作。5『桐島、部活やめるってよ』の小説と映画の比較分析。6学校紹介1分間CM制作。これらの実践調査から得られた知見を基に、積才房合同会社の協力を得て、映像の特質と仕組みの理解を促す映像教材の開発に取り組み、3月に動画撮影を行った。指導案を含めた教材開発を鋭意継続中である。研究2年目に入り、タブレット端末を活用した授業実践開発が進み、活用の実態と国語教育における思考力、判断力、表現力の育成の可能性を見出すことができた。実際の学校現場で授業実践の検証を行うことができたことが大きな成果であった。また、大学での模擬授業を通して、映像が文学作品の読解の成果を表現するツールとして有効であること、協働スキルを促し、学び合いを高める効果を確認することができた。これは国語科教育における映像制作を活用したカリキュラムを開発する上で大変有効な発見であった。また、報道のジャンルにおける映像制作の実践形式が確立してきたことも大きな成果であった。ただし、中学校の実践調査が中心となっていたこと、また、文学教材も中学校、高等学校の定番教材が中心だったので、小学校で活用できる教材開発と実態調査を進めていきたい。2018年度の海外の実践参与観察では、漫画の読解技法やテレビCMの視聴分析の実践が多く、映像制作を取り入れる本研究が先進的なものであることを確認できた。A文献研究及び国内外の視察研究・国内外の文献収集に鋭意取り組み、カリキュラム開発のための基礎理論の構築に努める。・Julie Keane and JanMcMahonによる“Media Production and Analysis An Introduction"(2015 Impact Publishing)の翻訳は完了したので、日本語版にむけての編集を進め、出版する。・海外の実践参与観察として、7月にIB国語研究会サマーセミナーを企画している。本企画では国内海外のIB校の教諭を5名招待し、DP「言語と文学」を中心にメディア・リテラシー実践事例の交流を行う。10月にバンコクのIB校を訪問し、実践事例の収集にあたる。・国内の学会参加としては、全国大学国語教育学会、日本教育工学会、国際バカロレア学会での発表や論文投稿を予定している。B「見ること」のカリキュラムおよび教材の開発・児童生徒の実態に即した授業開発と実践においては、昨年度開発した映像制作実践の成果を元に、小中学校を中心に実践を展開し、カリキュラムの完成に努める。映像の特性理解を促す教材開発を完成させる。本研究は、国語科教育において、ビジュアルリテラシーの育成に対応する「見ること」のカリキュラム開発を目指すものである。平成29年度は国内の先行研究の把握として、書籍を中心に資料収集にあたった。さらに、Julie Keaneより“Media Production and Analysis An Introduction"(2015 Impact Publishing)の翻訳権を得て、共同翻訳に取り組んだ。5月26日に全国大学国語教育学会岩手大会において、国際バカロレア(以下IB)DP「言語A:文学」における「見ること」の指導方略の発表を行った。小学校から高等学校までの「視覚的スキル」を育むカリキュラムに関する知見を得た。また、海外の実践参与観察では、10月10・11日、バンコクインターナショナルスクールNISTを訪問した。この学校は小中高一貫のIB認定校である。山田浩美教諭のMYP中学3年生のMYPの国語の授業では魯迅『故郷』の授業の発展課題として、映画トレーラーの制作に取り組ませていた。中学3年生の映像制作スキルの実態と共に、国際バカロレア・カリキュラムにおける映像作品の評価の観点が明らかとなった。国内の生徒の映像制作に関する実態調査及び映像指導方略の解明にあたっては、iPadを活用し、ワークショップのプログラムを開発した。まず、8月7日に東京学芸大学公開講座で現職教員対象に、ニュース素材としてのインタビュー撮影のワークショップを行った。11月、大学生を対象とした中等国語科教育法IVの授業ではiMovieの「予告編」のテンプレートを活用した大学紹介CM制作に取り組ませた。平成30年3月、中高生32名を対象にiPadを活用した映像制作ワークショップを行った。以上のように、初年度はタブレット端末を活用し、映像を制作する表現能力を育む授業開発に重点を置いて展開することができた。

初年度は、タブレット端末を活用した映像制作の実践開発として、成人から大学生、中高生を対象に展開しており、小学校段階での児童の映像制作の実態に迫ることができていなかった。また、映像制作、表現スキルに重点を置きすぎており、映像視聴能力、映像分析スキルの実践開発が遅れていた。また、ビジュアルリテラシーに関する理論的背景の追究がやや遅れていることが今後の課題である。平成30年度は、ビジュアル・リテラシーの活用の実態として、タブレット端末を活用した授業実践の開発と実態の調査と検証を中心に取り組んだ。5月、第134回全国大学国語教育学会大阪大会で、バンコクIB校の『故郷』の映画予告編制作実践の分析を発表した。この研究成果は、12月、川崎市立川崎高等学校附属中学校3年生3クラスを対象に同様の実践を行い、その効果を確認することができた。8月、現職教員対象の東京学芸大学公開講座では、iPadを活用して「酷暑」「立秋」を表現するニュース制作ワークショップを行った。この成果は、2019年1月に私立・佼成学園中学校1年生3クラスを対象としたニュース制作ワークショップに反映することができ、中学生の実態調査を行うことができた。9月、東京学芸大学附属小金井中学校2年の1クラスを対象に、映像理解ワークショップを行った。特別活動で、iPadを活用した映像制作に取り組んでもらい、その成果から中学生の映像制作の実態を確認することができた。大学生を対象とする中等国語科教育法において、タブレット端末を活用した実践を開発し、模擬授業を行った。1写真編集アプリPicCollageを活用し、組写真の物語作り。2フリーズフレームの演劇技法を用いた『羅生門』の1シーンの絵コンテ制作。3イラストと書道作品を素材に映像編集アプリiMovieを活用した『山椒魚』の映画予告編制作。4映像編集アプリVivaVideoを活用した『山月記』の映画予告編制作。5『桐島、部活やめるってよ』の小説と映画の比較分析。6学校紹介1分間CM制作。これらの実践調査から得られた知見を基に、積才房合同会社の協力を得て、映像の特質と仕組みの理解を促す映像教材の開発に取り組み、3月に動画撮影を行った。指導案を含めた教材開発を鋭意継続中である。研究2年目に入り、タブレット端末を活用した授業実践開発が進み、活用の実態と国語教育における思考力、判断力、表現力の育成の可能性を見出すことができた。実際の学校現場で授業実践の検証を行うことができたことが大きな成果であった。また、大学での模擬授業を通して、映像が文学作品の読解の成果を表現するツールとして有効であること、協働スキルを促し、学び合いを高める効果を確認することができた。
小学生の防災・安全マップ作製活動のためのタブレット型端末を活用したシステムの開発

小学校では,防犯教育活動の一環として地域安全マップ活動という取り組みが広く行われている.他方,東日本大震災以降,防災に対する意識が高まっており,防災教育活動の重要性が見直されている.本研究では,これら二つの活動を考慮し,小学校や教員を取り巻く環境に合わせ,防災や防犯面の教育活動を柔軟に行うための小学校安全マップ活動を考え,タブレット端末を用いて小学校安全マップ活動を支援するシステムの検討開発を行い,この開発を通じ一定の有効性を確認することもできた.小学校における安全教育は重要であり,本研究では防災,防犯の観点における支援システムの研究を行っている.これらの防災・防犯教育活動では,その重みなど小学校の地域あるいは教員を取り巻く環境等で,取り組み方は様々である.このような状況において,柔軟に対応可能なタブレット端末を利用した,システムの開発,検討を行った.平成25年度の研究では,24年度に開発を進めていたシステムを再度検証し,新たにシステムを作り直し,ユーザーインターフェイスや新機能など,開発システムの性能向上を行い,実際に小学校の活動で試用した.活動の形態としては,昨年度とほぼ同様であったが,今年度は,事前準備における登録など,多くの部分を児童自身にも行ってもらう形式とした.その結果,多少難しく感じた部分もあるとは思われるが,児童のタブレット操作,防犯や防災教育における有効性などの効果が確認出来た.小学校では,防犯教育活動の一環として地域安全マップ活動という取り組みが広く行われている.他方,東日本大震災以降,防災に対する意識が高まっており,防災教育活動の重要性が見直されている.本研究では,これら二つの活動を考慮し,小学校や教員を取り巻く環境に合わせ,防災や防犯面の教育活動を柔軟に行うための小学校安全マップ活動を考え,タブレット端末を用いて小学校安全マップ活動を支援するシステムの検討開発を行い,この開発を通じ一定の有効性を確認することもできた.防犯,あるいは防災それぞれの観点における活動は,実際に小学校や自治体等の単位で行われており,小学校の安全教育に重要な活動である.本研究では,小学校におけるフィールドワークを主軸とする防犯・防災活動を,小学校や先生を取り巻く環境に,柔軟に対応可能なタブレット端末を利用した活動支援システムの検討・開発を行う.平成24年度の研究では,フィールドワークを含む活動において,小学生のタブレット端末の利用に関して,また,防犯・防災両面における活動の有効性を確認する目的から,必要な機能を実装したシステムを試作し,実際に試用を行った.今回の活動では,協力小学校において従来から実施されている防犯の観点における活動をメインとし,地域の防災に関する情報を事前登録することにより,フィールドワーク中にそれらの情報を確認出来るという形態で行った.アンケート結果などから,小学校児童にもタブレットを利用した活動は有効であり,さらに,防犯・防災両面における活動を行ったところ,防災の観点においても一定の効果があることが確認できた.現在,多くの小学校では防犯教育の観点における活動として,地域安全マップ作製活動が行われている.東日本大震災以降,防災教育も特に重要視されており,防災の観点における活動も非常に重要となっている.現在,小学校では多くの取り組みが行われており,これらの活動を考慮して行うためには,その小学校教員や地域に合わせた形態で実施できることが必要であると考えられる.本課題においては,小学校におけるフィールドワークを主とする防災,防犯活動を,小学校や教員を取り巻く環境に対応させた活動形態に,柔軟に適用可能なタブレット端末を利用した活動支援システムの検討および開発を実施した.H26年度の研究においては,H25年度までに開発を進めていたシステムをベースとして,特にシステムの操作性等機能の改良といった面について開発を行い,システムの概形とすることができたと考えられる.しかし,一般的な利用を考えると,若干の機能追加や改善が必要であるとも考えられ課題が残る.一方,開発システムを利用し,昨年度と活動形態はほぼ同様とした活動を小学校において実施した.その結果,タブレット端末を活用した防災・防犯観点の活動を通じた教育的側面では,昨年度と同様,その効果について有用性を確認することも出来た.他方,フィールドワークを含む本活動形態については,防災・防犯以外の活動についても同様な活動への応用も可能と考えらる.そこで,防災・防犯以外の活動へシステムを改良し活動を行ったところ,本システムの応用へ向けて,その可能性を見いだすことができた.これら研究で得られた成果は研究会等で公表した.ディジタル信号処理今年度は,コンセプトは引き継ぎつつ,開発を行っているシステムについて一新し,昨年度の課題となったインターフェイスなどの問題について改善を行った.登録・表示アイコン等も種類種類を増やし,さらに,様々な柔軟に対応出来る,より利用者にわかりやすいということを考え,例えば,フィールドワークにおける音声によるお知らせ機能など,新しい機能なども付加し,基本的な完成度は大きく向上した.今年度も小学校において実際にフィールドワーク等でシステムを試用し,アンケート結果から,小学校教員や児童から,多くの肯定的意見を得ることが出来た.現在利用しているタブレットについては10インチである.少し小さめの7インチ程度を検討したが,画面サイズとしては現行のサイズとすることとした.10インチのタブレット型端末を用い,システムの試作・検討を行った.小学校先生と打ち合わせを重ねシステムを検討し,フィールドワークではインタビュー機能として,写真撮影機能,文字入力・キーワード選択・音声録音機能を実装することにし開発を進めた.また,今回の対象学年は4年生であるため,利用漢字やインターフェイス等も配慮した.10月に実際に小学校でのフィールドワークにおいて試作システムを試用した.タブレットは各班に1台利用するという形態で行った.また,その後発表活動を行い,それらの活動を通じてアンケートを実施した.これらのアンケート結果や先生等のコメントから,システムの有効性や改良点を検証した.

本システムでは,フィールドワークにおける取材データを,例えば後に利用者が必要に応じパソコンなどでデータを使いたいといった状況に対応出来るよう,取材データは班ごとのフォルダにまとめ保存できる構成としており,利用者の状況に応じたデータの2次利用も容易なように配慮した構成とした.今年度は,実施したアンケートなどをもとに,再度システムを検証し,基本システムの完成を目指す.特にシステムに関する部分や,アンケート実施,とりまとめ等は随時協力依頼を行うなど,研究の円滑な遂行を行う.今年度においても,得られた研究成果はタイムリーに学会における発表などを行う予定である.一方,ICT機器の性能向上はめざましく,例えば同型のタブレット端末でもかなり軽量になっている.フィールドワークでは児童がタブレットを持ち歩くため,少しでも負担を軽減できるように,今年度の実施に当たっては,新しい機種を導入し,開発システムを利用した活動の試行を行う予定である.昨年度の検証から,特にインターフェイスの改良などの必要性が分かっている.これらを再検討し,修正・改良を行う.まだ実用レベルのシステムではないが,再度小学校で試用してもらい検証を行う.これらの活動におけるアンケート等を通じ完成度を高める.一方,システムの利用対象学年については,操作面は小学校の低学年でも利用できるインターフェイスとすることは可能であると思われるが,フィールドワークをメインとした活動ということ,また,重量の点などの実際の活動状況を鑑み,現状としては4年生以上の利用を想定したシステムとして開発することとした.また,当初は5インチ程度のタブレットの導入の可能性について検討を予定していたが,現在は7インチタブレット等種類は豊富であり,これらの導入について再検討を行う予定である.ICT機器の性能は年々向上しており,例えば重量面においてもかなり軽量化されて来ている.開発システムの実際の試用にあたり,児童にはタブレット端末を利用してもらっている.例えば,フィールドワークでは,児童がタブレットを持ち歩くことになるが,このとき軽量であるほうが,児童への負担が軽減される.そのため,使用計画を検討し,次年度のフィールドワークにおいては,新機種を導入し,実施することを考えた.小学校での試用は10月頃を予定している.これまでに軽量なタブレットを導入し,設定・開発システムのインストール等を行い,小学校での試用を行う予定である.小型タブレットの導入について検討を行うためのタブレットや関連機器等を購入する.また,現状利用している10インチにおいても,現状に応じて,新機種等のタブレットにおける検証を行う必要が生ずる可能性がある.今年度も得られた成果については学会等において成果の発表を行う予定である.また,アンケートの実施やとりまとめ,新たなデザイン等の作業を学生の協力を得るなど,円滑な研究の遂行に配慮する予定である.
液相化学処理を用いた新規な炭素材料の製造と物性

炭素の細孔構造制御を目的として,有機物質から炭素を製造する過程の一部に液相化学処理を導入することを試みた.ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を有機系強塩基で液相化学処理した後に高温熱処理及び必要に応じて炭酸ガス賦活処理を施した.液相化学処理の程度を変化させることによって,細孔サイズ及び細孔容量が広範囲に制御された炭素を得ることに成功した.程度の低い液相化学処理を施した場合には細孔サイズが大きい炭素が得られ,一方,程度の高い液相化学処理を施した場合には細孔サイズ及び細孔容積が極めて小さい炭素が得られた.活性炭素の細孔サイズは未賦活炭素の細孔サイズと強く相関し,程度の低い液相化学処理を施した場合にはメソ孔が発達した活性炭素が得られた.直径が410nmのメソ孔を発達させた活性炭素では,窒素ガス吸着によって評価した細孔容積が炭素1g当たり1.6cm^3,比表面積が炭素1g当たり250m^3に達し,液相からのメチレンブルーの吸着量が炭素1g当たり0.54gに達した.また,未賦活炭素についてリチウムイオン2次電池用負極材料としての電気容量を測定したところ,黒鉛の理論容量を大きく上回る値が得られた.一方,程度の高い液相化学処理を施して得た炭素は優れた力学的性質を示した.本方法による炭素の製造においては,液相化学処理によって熱分解性及び熱分解における体積減少が著しく異なる領域から成る不均一な構造が形成され,このことに起因して細孔が形成されることが明らかになった.本方法は不均一構造を利用する点においてはブレンドポリマーを用いる炭素の細孔制御法と共通するが,結晶・非晶領域に由来する不均一構造を利用していることに特徴があり,この方法で炭素の細孔構造制御が可能であることが明らかになったことにより,細孔構造制御を目的とする出発物質の選択の自由度が大幅に拡大したと言える.炭素の細孔構造制御を目的として,有機物質から炭素を製造する過程の一部に液相化学処理を導入することを試みた.ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を有機系強塩基で液相化学処理した後に高温熱処理及び必要に応じて炭酸ガス賦活処理を施した.液相化学処理の程度を変化させることによって,細孔サイズ及び細孔容量が広範囲に制御された炭素を得ることに成功した.程度の低い液相化学処理を施した場合には細孔サイズが大きい炭素が得られ,一方,程度の高い液相化学処理を施した場合には細孔サイズ及び細孔容積が極めて小さい炭素が得られた.活性炭素の細孔サイズは未賦活炭素の細孔サイズと強く相関し,程度の低い液相化学処理を施した場合にはメソ孔が発達した活性炭素が得られた.直径が410nmのメソ孔を発達させた活性炭素では,窒素ガス吸着によって評価した細孔容積が炭素1g当たり1.6cm^3,比表面積が炭素1g当たり250m^3に達し,液相からのメチレンブルーの吸着量が炭素1g当たり0.54gに達した.また,未賦活炭素についてリチウムイオン2次電池用負極材料としての電気容量を測定したところ,黒鉛の理論容量を大きく上回る値が得られた.一方,程度の高い液相化学処理を施して得た炭素は優れた力学的性質を示した.本方法による炭素の製造においては,液相化学処理によって熱分解性及び熱分解における体積減少が著しく異なる領域から成る不均一な構造が形成され,このことに起因して細孔が形成されることが明らかになった.本方法は不均一構造を利用する点においてはブレンドポリマーを用いる炭素の細孔制御法と共通するが,結晶・非晶領域に由来する不均一構造を利用していることに特徴があり,この方法で炭素の細孔構造制御が可能であることが明らかになったことにより,細孔構造制御を目的とする出発物質の選択の自由度が大幅に拡大したと言える.炭素の細孔構造を制御することを目的として,有機物質から炭素を製造する過程の一部に液相化学処理を導入することを試みた.ポリフッ化ビニリデンを有機系強塩基で液相化学処理した後に,高温炭素化処理及び必要に応じて炭酸ガス賦活処理を施した.液相化学処理の程度を変化させることによって,高温処理して得た炭素の細孔サイズ及び細孔容量を広い範囲に渡って制御することに成功した.程度の低い液相化学処理を施した場合には炭素の細孔サイズが極大となり,一方,程度の高い液相化学処理を施した場合には細孔サイズ及び細孔容積が極めて小さい炭素が得られた.これを賦活して得た活性炭素の細孔サイズは未賦活炭素の細孔サイズと強く相関し,程度の低い液相化学処理を施した場合にはメソ孔が発達した活性炭素を得ることができた.直径が410nmのメソ孔を発達させた活性炭素では,窒素ガス吸着によって評価した細孔容積が炭素1g当たり1.6cm^3,比表面積が炭素1g当たり2500m^3に達し,液相からのメチレンブルーの吸着量が炭素1g当たり0.54gという高い値に達した.また,未賦活炭素についてリチウムイオン2次電池用負極材料としての電気容量を測定したところ,黒鉛の理論容量を大きく上回る結果が得られた・一方,程度の高い液相化学処理を施して得た炭素は優れた力学的性質を有し・この炭素を炭素/炭素(C/C)コンポジットのマトリクスに用いた結果,フラン樹脂炭などをマトリクスとするC/Cコンポジットに比べて著しく高い引張破断ひずみを示した.本方法によって得たポリフッ化ビニリデン系炭素の構造及び構造形成過程を,他の原料に高温炭素化処理のみを施して得た炭素と比較検討することにより,本方法の特徴が明らかとなった.

本研究は,有機物質から炭素を製造する過程の一部に液相化学処理を用いることによって炭素の細孔構造を制御しようとする研究である.前年度の研究においては,ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を有機系強塩基で液相化学処理した後に高温熱処理及び必要に応じて賦活処理を施すことによって,細孔サイズ及び細孔容量が広範囲に制御された炭素を得ることに成功している.本年度は,前年度の成果を踏まえて,液相化学処理が細孔構造制御において果たしている本質的な役割を明らかにすることを主たる目的とした.PVDFに結晶・非晶領域が存在している状態で液相化学処理を施した場合とこれらの領域が存在しない溶液の状態で液相化学処理を施した場合について,炭素化して得られた炭素の細孔構造を比較した結果,前者の場合には特定の処理条件で細孔が顕著に発達したが,後者ではこのような細孔は形成されなかった.このことから,液相化学処理によって熱分解性及び熱分解における体積減少が著しく異なる領域から成る不均一な構造が形成され,このことに起因して細孔が形成されると結論した.熱分解性の異なるポリマーをブレンドし,それらが相分離してできる組織を利用して炭素の細孔を制御しようとする試みがこれまでになされているが,一方の成分が炭素として残留し他方の成分が熱分解して系から除去されること,目的とする細孔構造に適した相分離構造が形成されること,並びに相分離構造が熱分解温度まで維持されることのすべてが満足されなくてはならないという厳しい制約がある.本研究の方法は不均一構造を利用する点においてはブレンドポリマーを用いる方法と共通するが,結晶・非晶領域に由来する不均一構造を利用していることに特徴があり,この方法で炭素の細孔構造制御が可能であることが明らかになったことにより,細孔構造制御を目的とする出発物質の選択の自由度が大幅に拡大したと言える.