hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高分子鎖の配向結晶化機構と高次構造制御

本研究班における、研究成果を以下に示す。1)結晶成長速度の温度依存性において、極大結晶化速度、その時の結晶化温度を用いる事で、高分子の種類、分子量に依存しない結晶成長速度に関するマスターカーブが得られた。また、核形成速度の温度依存性に関しても同様に、分子量に依存しない核形成速度に関するマスターカーブが得られ、結晶化の二大要素である、核形成、結晶成長に関する一般的な定式化が可能となった。極大結晶化速度および極大核形成速度の分子量依存性は、分子量のべき乗(-0.5)で表すことができ、全ての高分子に適用できスケーリング則が成立した。2)高速溶融紡糸過程において複屈折形成のオンライン計測結果と、巻取繊維の構造解析を通じ、構造形成過程には、応力に誘起された分子配向が関与し、ポリマーの性質に依存してそれぞれの寄与が著しく異なることを明らかにした。PETおよびPENフィルムの一軸及び二軸延伸過程における応力および複屈折形成のオンライン計測を行い、応力光学則の適用範囲、絡み合い構造の変化などについて解析し、応力光学則の適用範囲を逸脱した後に、自発的な配向形成が起こり始めること、PENの延伸過程では絡み合い構造そのものの変化が進行することなどを明らかにした。3)ポリカーボネート(PC)とポリエチレンオキサイド(PEO)のブレンドを結晶化すると、PCが数十秒という短時間で結晶化することを見出した。また結晶化と同時にスピノーダル分解型液々相分離に特徴的な相互連結構造が形成され、そのPCリッチ相に沿って楕円型のPC球晶が得られた。このブレンドにおけるPCの結晶化はPEOとの液々相分離により引き起こされるup-hill拡散による事を明にした。超臨界炭酸ガス中で高分子を結晶させると、結晶の高次構造が微細結晶、針状結晶、モザイク結晶へと大きく変化することを見出した。ポリプロピレン(PP)の高速溶融紡糸における分子配向機構を明らかにするため,紡糸線に沿った複屈折変化を,直径および光学遅延プロフィールの同時オンライン計測により解析した.光学遅延は,He-Neレーザ光源,偏光板および四分の一波長板と高速回転する偏光板を組み合わせた光学系により測定した.複屈折は紡糸線上流域でごく僅かに増加するのに対し,紡糸線が固化する直前では,結晶化の開始に関係すると考えられる急激な増加を示した.紡糸速度が高いほど,この固化点近傍での複屈折の増加は著しい.また,細化完了後も複屈折が徐々に増加するという特徴的な挙動が見出された.紡糸直後のPP繊維も時間の経過に伴い複屈折が僅かに増加することから,細化完了後の複屈折増加は紡糸線に沿った空気抵抗力の増加による応力増加によるものではなく,結晶化などの高次構造変化に起因するものと考えられる.溶融状態での応力光学則の適用性について検討するため,得られた直径プロフィールを用い,紡糸過程の数値解析により張力および温度の変化を求めた.その結果,紡糸線上流域の溶融状態での複屈折の小さな増加は,PPの応力光学係数が低いことに起因することが明らかになった.一方,紡糸速度1km/min以上では,紡糸線応力が約1MPaを越えると著しい複屈折増加が生じることが見出された.これらの結果は,この応力を境に紡糸線上で配向結晶化が起こり始めることを示唆するとともに,PPの高速紡糸繊維の複屈折増加には結晶化が深く関与していることを示している.当方性応力場における結晶成長速度の基礎的データを確立するために、高分子の結晶成長速度の温度依存性において現れる成長速度の極大値の分子量依存性をポリエチレンサクシネートを用い詳しく検討した。その結果、極大結晶成長速度と分子量の間には、パワー則が成立した。低分子量側では、伸びきり結晶が成長し、その分子量依存性の傾きは正で約1の値を示した。高分子量側では、折りたたみ結晶が成長し、その分子量依存性の傾きは負で約0.5の値を示した。この-0.5の傾きは多くの結晶性高分子で成立する。

また結晶化と同時にスピノーダル分解型液々相分離に特徴的な相互連結構造が形成され、そのPCリッチ相に沿って楕円型のPC球晶が得られた。このブレンドにおけるPCの結晶化はPEOとの液々相分離により引き起こされるup-hill拡散による事を明にした。超臨界炭酸ガス中で高分子を結晶させると、結晶の高次構造が微細結晶、針状結晶、モザイク結晶へと大きく変化することを見出した。分子量分別ポリエチレンサクシネートの核生成(I)、結晶成長(G)、二次結晶化挙動を独立に測定し、等温結晶化挙動に与える影響について検討した。核発生挙動は等温結晶化時の冷却速度の影響を強く受けた。DSC法ではパン表面での不均一核生成が確認され、結晶化挙動の把握の為には問題がある。IR、球晶面積、透過光量による結晶化挙動はほぼ一致し、結晶化挙動の直接測定に適した方法と考えられる。成長中の球晶内微小部分の透過光量変化から2次結晶化挙動を求め、これとI、G等をすべて考慮した結晶化挙動の数値計算を行った。ポリプロピレンに剪断を印加して、その配向緩和後の等温結晶化過程をデジタル顕微鏡及び光散乱により追跡した。配向緩和試料では未配向試料に比べて結晶核形成頻度は増加するが、線成長速度は低下することがアンタル顕微鏡による観察結果から見出された。また、配向緩和試料では球晶内部の秩序性が急激に増大するために、球晶成長後にも光学異方性が増大することが光散乱測定の結果から示唆された。この光学異方性の増大は球晶内部の配向ドメインの増加によることがランダム配向相関近似に基づく解析結果から明らかになった。芳香族ポリエステルの一種であるポリトリメチレンテレフタレート(PTT)の高速溶融紡糸を行い、得られた繊維の構造・物性の解析を行った。干渉顕微鏡による屈折率測定、広角X線回折測定を行った結果、巻取速度45km/min付近で配向結晶化が生じることが明らかとなった。複屈折を評価した結果、PTT繊維の複屈折は巻取速度4km/minまで急激に増加するが、その後一度減少し、再び巻取速度の増加に伴って僅かずつ増加する傾向を示した。また、PTT結晶の格子定数と原子座標および結合分極率の値を用いてPTT一軸配向結晶の固有複屈折を解析した結果、0.021と著しく小さいことが分かった。これは,PTTの分子鎖が結晶格子中で2_1らせん構造を有することに起因する。分子量分別ポリエチレンサクシネートの核生成、結晶成長、二次結晶化挙動を独立に測定し、等温結晶化挙動に与える影響について検討した。DSC法ではアルミ試料ホルダー表面での不均一核生成が確認され、結晶化挙動の把握の為には問題がある。高分子フィルム成形プロセスにおける高次構造形成挙動を明らかにするために、ポリプロピレンを用いてインフレーション成形を行い、3次元複屈折解析を行った。フィルムプロセスを詳細に解析したところ、固化が始まるフロストライン付近で複屈折は急激に増加すること、また温度計測からこの付近で結晶化が開始していることが明らかとなった。さらに、フロストライン直後では分子鎖がフィルム面に平行に配列する面配向性を示し、その後、一軸配向に近づくことが示唆された。
日内リズムの分子機構

ラット肝に存在するセリン脱水酵素(SDH)mRNAの日内リズムの生成機構を幾つかの観点から調べた。1.ストレスの影響開腹手術を施すとmRNAは一過性に上昇する。この上昇には、副腎からのグルココルチコイドと、肝臓に至る交感神経からのカテコールアミン放出が関与していることが示唆された。mRNAが日内リズムを示す他の遺伝子、DBPとHMG-CoAダクターゼ(HMGR)を調べたが、全く影響がなかった。このことから、ストレスに依る誘導はセリン脱水酵素遺伝子に特有の現象であると思われる。2.日内リズムの発生上記3つの遺伝子が誕生後どのように現れてくるかを調べた。生後2-3日から、1-5週令のラットを4時間毎に殺して、mRNAを定量した。すると、SDHでは生後すぐにリズムが形成されていた。しかし、それは成人型のパターンではなく、成人型のリズムは5週令に完成される。一方、DBPは発育とともに徐々にリズムが形成されて行くタイプであった。HMGRは離乳後にリズムが生じ、5週令で成人型のパターンとなる。糖新生は生後すぐに生じることが知られているが、今回の結果は、SDHのmRNAリズムが糖新生に深く係わることを示している。3.視交叉上核の破壊視交叉上核はリズム発生の中枢である。この核を破壊すると多くのリズムは消失することが知られている。上記3つのmRNAのリズムは視交叉上核破壊で消失はしなかったが、位相はかなりずれた。いずれにしても視交叉上核はmRNAのリズム発現に深く関与することは間違いないことが分る。4.SDHの肝臓内での特異的発現SDHのタンパク、及びmRNAが肝臓のどの部位に存在するかをin situhybridization法で調べた。するといかなる条件下でも、SDH遺伝子は門脈周辺部でのみ発現し、中心静脈周辺では発現していないことが明らかとなった。この事実は、解糖は中心静脈周辺部で、糖新生は門脈周辺部で起こるという考え(メタボリック・ゾーネーション)を強く支持するものである。
ラジカルポリマー含水ゲルの創出と蓄電デバイスへの応用

【研究目的】水溶性電解液中で高速に酸化還元するラジカルポリマーを合成し、水中でのラジカル化合物の電気化学を確立する。含水ゲルを形成するポリマー骨格を工夫し、電荷貯蔵能を明らかにするとともに、電解液への溶出が完全に抑制された電極活物質を創出する。水溶性高分子として知られるポリアクリルアミドに長寿命有機ラジカル化合物であるTEMPOを置換したPTAmを新規化合物として合成し、可逆な酸化還元能を有するビオロゲンポリマーと組み合わせることで両極有機化合物からなる水電解質型ラジカル電池の試作を目的とした。【研究成果】PTAmは4-アミノピペリジンを出発物質として、アミノリシス反応によりアクリルアミドモノマーを合成、続くラジカル重合およびそのm-クロロ過安息香酸を用いた酸化により合成した。得られたポリマーの分子量は5.2×10^5であり、SQUID磁束計により求められた酸化によるラジカル発生率は96%で、PTAmの最大実効容量は114mAh/gと算出された。PTAm薄膜電極は、0.1M NaBF_4水溶液中で0.7V(vs.Ag/AgCl)に可逆な酸化還元波を示した。PTAmのサイクリックボルタモグラムは膜厚にともない電流値は増大し、膜厚3μmにおいても定量的な酸化還元容量が得られた。この結果はμmオーダーの膜厚においても、PTAmの膜深部まで電解液が浸透し、膜内のレッドックス席がすべて活性であることを示した。半電池における定電流電解を用いた充放電試験では60Cの充放電において、サイクリックボルタモグラムから求めた酸化還元電位に相当する0.7V(Ag/AgCl)に電位平坦部が現れ、集電体被覆量に相当する114mAh/gの定量的な充放電容量が得られた。最後にPTAmを正極、ポリデシルビオロゲンを負極とした両極高分子からなる試作セルは両高分子の酸化還元電位の差に相当する1.2Vの起電力を示した。60Cの充放電試験では定量的な充放電容量が観測され、2000サイクル充放電後も初期容量の87%の容量を維持し、親水性ラジカルポリマーの酸化還元を用いた蓄電デバイスを実証した。【研究目的】水溶性電解液中で安定かつ高速に酸化還元するラジカルポリマーを合成し,水中でのラジカル化合物の電気化学を確立する.含水ゲルを形成するポリマー骨格を工夫し,電荷貯蔵能を明らかにするとともに,電解液への溶出が完全に抑制された電極活物質を創出する.水溶性電解質からなるラジカル電池を試作し,高出力化,内部抵抗低下によるエネルギー効率の向上を達成することを目的とする.【研究方法】水溶性高分子として知られるポリアクリルアミドに長寿命有機ラジカル化合物であるTEMPOを置換したPTAmを分子設計し,ラジカル重合,m-クロロ過安息香酸を用いた酸化反応を経て合成した.合成により得られたPTAmは高い分子量を示し,汎用溶媒に不溶であった.また,SQUID磁化率測定より算出されたスピン濃度は74%であった.PTAmを炭素粉末および結着剤と混合し作成したPTAm炭素複合電極を用いて,その電気化学特性を検証した.【研究成果】PTAmは水中においても可逆な酸化還元能を有し,その容量は高分子中のレドックスサイトに対し定量的に得られた.また,PTAmは酸化後のカチオン状態においても水への溶出は無く,分子設計と電解液の選択により電解液への溶出が完全に抑制された電極活物質の創出に成功した.正極にPTAm炭素複合電極,負極に亜鉛を用いた試作電池を作成した.試作電池の充放電試験では,起電力1.68Vで充電容量に対応する放電容量が得られ,二次電池としての動作を確認した.現在,各種電気化学測定により高分子中の電荷移動過程解析を進めている.【研究目的】水溶性電解液中で安定かつ高速に酸化還元するラジカルポリマーを合成し,水中でのラジカル化合物の電気化学を確立する.含水ゲルを形成するポリマー骨格を工夫し,電荷貯蔵能を明らかにするとともに,電解液への溶出が完全に抑制された電極活物質を創出する.水溶性電解質からなるラジカル電池を試作し,高出力化,内部抵抗低下によるエネルギー効率の向上を達成することを目的とする.【研究方法】水溶性高分子として知られるポリビニルエーテルに長寿命有機ラジカル化合物であるTEMPOを置換したPTVEを合成し,水中においても可逆な酸化還元能を有することで知られるビオロゲンポリマーと組み合わせることで両極有機化合物からなる水電解質型ラジカル電池を初めて試作した.また、この試作電池の環境適合性をGSCN提唱のi-Messeを用いて環境適合性、安全性、経済・社会性の観点から多角的に評価した。【研究成果】PTVE正極、ポリビオロゲン負極および塩化ナトリウム水溶液からなる水電解質型ラジカル電池は1.3Vの起電力を示し、1000サイクルの充放電後も初期容量の60%以上の容量を維持した。また、充放電レート特性は480Cの電流密度における高速充放電においても75%以上の容量を維持し、水電解質型有機二次電池のひとつの形として実証した。また、i-Messeによる環境適合性評価では重金属不使用の電池設計により大幅に環境への有害物質の排出、および廃棄物の排出が抑制されていることが定量的な評価により示され、環境適合型有機二次電池となる可能性が示された。【研究目的】

水溶性電解液中で高速に酸化還元するラジカルポリマーを合成し、水中でのラジカル化合物の電気化学を確立する。含水ゲルを形成するポリマー骨格を工夫し、電荷貯蔵能を明らかにするとともに、電解液への溶出が完全に抑制された電極活物質を創出する。水溶性高分子として知られるポリアクリルアミドに長寿命有機ラジカル化合物であるTEMPOを置換したPTAmを新規化合物として合成し、可逆な酸化還元能を有するビオロゲンポリマーと組み合わせることで両極有機化合物からなる水電解質型ラジカル電池の試作を目的とした。【研究成果】PTAmは4-アミノピペリジンを出発物質として、アミノリシス反応によりアクリルアミドモノマーを合成、続くラジカル重合およびそのm-クロロ過安息香酸を用いた酸化により合成した。得られたポリマーの分子量は5.2×10^5であり、SQUID磁束計により求められた酸化によるラジカル発生率は96%で、PTAmの最大実効容量は114mAh/gと算出された。PTAm薄膜電極は、0.1M NaBF_4水溶液中で0.7V(vs.Ag/AgCl)に可逆な酸化還元波を示した。PTAmのサイクリックボルタモグラムは膜厚にともない電流値は増大し、膜厚3μmにおいても定量的な酸化還元容量が得られた。この結果はμmオーダーの膜厚においても、PTAmの膜深部まで電解液が浸透し、膜内のレッドックス席がすべて活性であることを示した。半電池における定電流電解を用いた充放電試験では60Cの充放電において、サイクリックボルタモグラムから求めた酸化還元電位に相当する0.7V(Ag/AgCl)に電位平坦部が現れ、集電体被覆量に相当する114mAh/gの定量的な充放電容量が得られた。最後にPTAmを正極、ポリデシルビオロゲンを負極とした両極高分子からなる試作セルは両高分子の酸化還元電位の差に相当する1.2Vの起電力を示した。60Cの充放電試験では定量的な充放電容量が観測され、2000サイクル充放電後も初期容量の87%の容量を維持し、親水性ラジカルポリマーの酸化還元を用いた蓄電デバイスを実証した。
大気・海洋間における二酸化炭素交換量の広域観測

大気・海洋間の二酸化炭素の交換量を正しく把握することは、人間活動による将来の大気中の二酸化炭素濃度予測の基礎として、また地球上における炭酸循環の解明の基礎として、不可欠である。本研究においては、大気および海洋表層の二酸化炭素分圧を系統的に実測し、同時に大気海洋間の二酸化炭素のバルクのトランスファーベロシティを評価することによって、この問題の解決に資することを目的としている。本年度は、昨年度にひきつづき非分散赤外分析計を実際に南極観測船「しらせ」に塔載し、大気および海洋表層水中の二酸化炭素分圧を測定した。その結果、西太平洋においては、北半球中緯度では大気の分圧が高く洋海はシンク、赤道域では海洋の分圧が高く海洋はソース、南半球緯度で海洋分圧低く海洋はシンク、南極周辺では海洋分圧高く海洋ソースという重要な結果が得られた。注目すべき点は、大気・海洋間の二酸化炭素分圧差が同じ海域でも年により、季節によって大きく変動するということが見出されたことである。これに対応するため、イクイリブレーターにより平衡化された空気試料の形で海洋の二酸化炭素情報をサンプリングする技術の開発を行なった。この方法によると一般の民間船舶により容易にサンプラーを塔載できるので、より広域を対象とする研究の可能性がでてくる。非分散赤外分析法にかわる手段として検討していたガスクロマトグラフ法を成功し、微量の分析および標準ガスにおけるキャリアガス効果やガス量の問題が一歩前進した。これらと並んで炭素循環のモデリングを進め、この面からのデータの精度および代表性についての要請を明らかとした。当面子午面の2次元モデルに適合するデータセット、すなわち信頼のおけるデータの帯状平均値、を取得する必要がある。大気・海洋間の二酸化炭素の交換量を正確に把握することは、将来の大気中の二酸化炭素濃度予測の科学的基礎を得る上で不可欠である。本研究においては、大気および表層海水中の二酸化炭素分圧の系統的観測を実施する一方、分圧差をネットフラックスに変換する上で必要な基礎実験を行なって、大気・海洋間の二酸化炭素交換量を定量的に評価することを目的としている。本年度は、まず、一般の民間船舶に搭載し、大気および海洋表層水中の二酸化炭素分圧を自動的にかつ高精度で測定可能な測器の開発を進めた。東北大学理学部においては既に非分散赤外分析法により、大気中の二酸化炭素濃度を相対精度0.01ppm、絶対精度0.1ppmで分析できる世界で最も高性能の測器の開発に成功しているが、この測器を船舶に搭載して、大気と同時に海水中の二酸化炭素も同時に測定できるように、海水・大気平衝系(イクイリブレーター)を開発すると共に、測器の耐震性の改良を行なった。これは本研究における準器として活用される。次に、より簡便に大気および海水中の二酸化炭素分圧を広域的に観測するため、ガスクロマトグラフ法を検討し、精度±0.3ppmで安定に作動する分析技術を確立した。一方、大気・海洋間の二酸化炭素交換は、大気・海洋間の二酸化炭素分圧差に比例するが、その比例定数は風速等による表面状態に左右される。この関係を明らかにするため、既存の風洞水槽を用いた二酸化炭素交換速度の実験を開始し、順調に進歩している。今後は、予定通り大平洋航路の船舶に測器を搭載してデータの蓄積をはかり、所期の目的を達成する考えである。大気・海洋間の二酸化炭素の交換量を正しく把握することは,人間活動による将来の大気中に二酸化炭素濃度予測の基礎として,また地球上における炭酸循環の解明の基礎として,不可欠である.本研究においては,大気および海洋表層の二酸化炭素分圧を系統的に実測し,同時に大気海洋間の二酸化炭素のバルクのトランスファーベロシティを評価することによって,この間題の解決に資することを目的としている.本年度は,非分散赤外分折計を実際に船舶に搭載し,大気および海洋表層水中の二酸化炭素分圧を測定した.その結果,西太平洋においては,北半球中緯度では大気の分圧が高く海洋はシンク,赤道域では海洋の分圧が高く海洋はソース,南半球中緯度で海洋分圧低く海洋はシンク,南極周辺では海洋分圧高く海洋ソースという重要に結果が得られた.また,イクイリブレーターにより平衡化された空気試料の形で海洋に二酸化炭素情報をサンプリングする技術の開発を行なった.この方法によると一般の民間船舶により容易にサンプラーを搭載できるので,より広域を対象とする研究の可能性がでてくる.非分散赤外分析法にかわる手段として検討していたガスクロマトグラフ法も成功し,微量の分析および標準ガスにおけるキャリアガス効果やガス量の問題が一歩前進した.これらと並んで炭素循環のモデリングを進め,この面からのデータの精度および代表性についての要請を明らかとした.当面子午面の2次元モデルに適合するデータセット,すなわち信頼のおけるデータの帯状平均値,を取得する必要がある.大気・海洋間の二酸化炭素の交換量を正しく把握することは、人間活動による将来の大気中の二酸化炭素濃度予測の基礎として、また地球上における炭酸循環の解明の基礎として、不可欠である。

その結果、西太平洋においては、北半球中緯度では大気の分圧が高く洋海はシンク、赤道域では海洋の分圧が高く海洋はソース、南半球緯度で海洋分圧低く海洋はシンク、南極周辺では海洋分圧高く海洋ソースという重要な結果が得られた。注目すべき点は、大気・海洋間の二酸化炭素分圧差が同じ海域でも年により、季節によって大きく変動するということが見出されたことである。これに対応するため、イクイリブレーターにより平衡化された空気試料の形で海洋の二酸化炭素情報をサンプリングする技術の開発を行なった。この方法によると一般の民間船舶により容易にサンプラーを塔載できるので、より広域を対象とする研究の可能性がでてくる。非分散赤外分析法にかわる手段として検討していたガスクロマトグラフ法を成功し、微量の分析および標準ガスにおけるキャリアガス効果やガス量の問題が一歩前進した。これらと並んで炭素循環のモデリングを進め、この面からのデータの精度および代表性についての要請を明らかとした。当面子午面の2次元モデルに適合するデータセット、すなわち信頼のおけるデータの帯状平均値、を取得する必要がある。
ガウシアン形状振動子を用いた単一細胞レベル極限センシング

単一細胞レベルのセンシングを目指して微小質量を検出可能な水晶センサの高感度化を目指した。シミュレーションを参考にした振動子の微細加工で振動分布を増幅し質量検出の増幅に成功した。質量への応答の線形性もあり、単一細胞よりもはるかに微小な質量検出が可能になった。本研究成果は、細胞機能の研究のみならず、微小材料の評価への使用が期待される。前年度までに開発した水晶MEMS加工技術で中央部の感度を高くなるよう設計したQCMについて、実際にそのQCMに微粒子を付着させてその応答性を調べた。MEMS加工したQCMの振幅分布は、シミュレーションでは、未加工のものと比較し半値幅のさらに狭いガウス分布を示すようになり高感度化が期待される。本年度の研究遂行では、微粒子固定法の決定に想定外の時間を要した。予算の制限で、最有力な方法である高価なレーザートラッピングのような任意の微粒子を固定する技術を使用できない。そこで、本研究室に既にある半導体リソグラィ工程の設備を利用してリソグラフィでフォトレジスト製の微粒子モデルを作製し、QCM電極上での微粒子モデルの配置による応答性の違いを評価することにした。その結果、通常型のQCMにおいては、電極中央部の質量負荷(100um径,厚さ2um)への応答はSauerbreyの式から理論的に予測される値と比較して1.5倍の値を得た。その応答は、電極外側に向かうにつれて急減衰した。MEMS加工したQCMにおいては、同質量負荷に対して3.5倍の値を得た。その感度は約3 pg/Hzとなった。以上に述べたように、薄膜モデルでの理論値と異なること実験的に証明しさらにその補正係数を得た。これは学術的に大きな進歩である。また、MEMS加工で中央部の質量応答感度を増幅することの実証にも成功した。最終年度では、微細加工した水晶振動子マイクロバランス(MEMS-QCM)上への微粒子の質量負荷についての線形性の有無の確認と当初計画の人工細胞モデルであるリポソームを吸着・測定するための微小流路と上記QCMからなる計測システムについても作製し評価を行った。MEMS-QCMの中央部への単一微粒子モデルを用いた質量負荷試験では、微細加工によって応答が増幅されて、Sauerbreyの式で求められる値の3倍以上となることを前年度に実証している。本年度は、質量負荷に対する線形性について詳細に調べた。興味深いことに、想定される細胞質量(1ng前後)よりも質量を含む低負荷の領域では線形性の応答が得られたが、高負荷の領域では質量負荷が増加するにつれて応答性が上がった後に低下する結果となった。その原因として、密度と剛性の違いによる厚み滑り振動の伝播の位相ずれが考えられるが有限要素法での解析との比較が必要である。この現象は、材料、サイズや形状に依存することが予想され興味深い。微小流路からなる計測システムの構築については、流体存在下で30 pg(=標準偏差の3倍)の検出能を持つように発振回路の調整に成功した。それを用いて、リポソームの接着材料となる自己組織化膜の吸着プロセスを測定可能になったが、リポソームのモニタリングについては電気化学的に局所的に固定する手法の試験と同時に現在進行中である。上記の研究成果については線形応答性を含めてまとめて発表予定である。以上に述べたように、当初目的の単一細胞レベルの質量検出能を持つMEMS-QCMシステムの準備を終えることに成功した。今後、本システムを用いた単一細胞の「体重変化」の計測などへの研究展開が期待される。初年度の目的は、有限要素法の解析結果を参考にして質量検出能をさらに向上させるためのナノテクQCMの再設計を行なうことである。さらに、接する媒体の物理的性質も考慮した上で、試作したQCMの特性評価を実施することも初年度の計画である。まず、有限要素法の結果を参考に、結晶軸のx軸方向を長軸とする楕円形状の立体的な振動子を作製した。振動子の品質の評価の指標としてQ値(安定性に関わる因子)を用いた。電極だけを楕円にしたものでは8%のQ値の向上が見られた。一方、厚さ方向での立体的な形状(レンズ形状)を合わせ持つ振動子では、30%の向上が見られ板厚変化による立体形状の効果の方が高いことが数値で示された。次に、研究実施計画に従い、薄板化(高周波化)による高感度化と肉厚分布形成による高安定化の両方の長所を有する逆メサ型のレンズ形状振動子を作製し評価した。本作製では、二重マスクを用いることで一度のドライエッチング加工で水晶に両構造を作り込む新しい製造工程を考案した。さらに、作製した振動子について、接する媒体の違いと形状に依存したQ値の違いを明示することができた。以上の新考案の工程と本構造を有するQCMの特性の評価結果は、センサ分野で著名な国際会議Transducers 11に投稿し採択された。また、当該分野で知られている国際ジャーナルにも掲載が決定している。

このように、QCMに使用できる振動子の最適化において成果をあげるとともに研究を効率的に進めることができる新しい作製工程も考案することができた。前年度の研究では、微粒子モデルの固定法の決定に手間取った。しかし、学術上で意味のある成果を得ることができた。遅れの主な原因は、センサ加工、測定システムおよび評価まで、総合的な技術を駆使して研究を貫徹する人材を育てるのが困難な点である。加工装置も壊れて自分らで修理を繰り返すことが多く使えるセンサの供給にも予想外に手間取ったのも課題であった。以上の課題は、人材育成と経験の蓄積の問題であり、研究室がスタートアップして間もないために不可避であるが解決していく課題と考えられる。QCM用として供する振動子の効率的生産法を考案するという新しい進展があったが、一方で最適化の実験ではガウシアン形状を付け加えるあと一歩の追加実験が時間がなくできなかったので本評価とした。研究実績の概要に示した研究成果は、今年1月に得ることができた。単一細胞レベルの極限センシングに必要な感度は、重さを量るだけであれば、1 ngが認識できればよいが、応用先である薬剤の取り込みなどのセンシングには、小さな質量が検出できるほどよい。現在、約3 pg/ Hzの感度を得ることに成功しており、1 Hzの安定性が得れれば肝細胞の質量の3000分の1に相当する質量を検出できるレベルに到達している。このような感度を有するセンサで、実際に検出を実演するためには以下の評価が必要である。1液中でのサブHz台の安定性(最適な測定セルの構築):2付着状態の違う微粒子での評価(現在のモデルは固着、超音波の伝播特性に依存):3 2も含んで微粒子モデルへの応答を系統的に調べること1については、それを実施するための観察機器を3月に購入した。現在、最適な測定セルの絞り込みを学生3名で分担して各々違う手法で検討している。2については、ブロッキング剤で表面処理した後に部分的に電気的に改質し電極上に細胞モデルとして使用するリポソームを固定する技術をこれから検討する予定である。器用さが要求されるので人材に依存し期間内に完了するかどうか分からないが挑戦していく。電解部をフォトリドグラフィで絞りブロッキング剤ごと改質すれば可能だと考える。3については、地味であるが学術上は最も重要なデータである。QCMを単一の微粒子(微小片)の極限センシングに使用する場合の基礎となる研究であるためである。3をまとめて、本科研費の主要成果として発表することも重要であると考える。ただし、対外発表は報告書までに間に合うか微妙である。提案した研究計画に従って、まず、前年度に最適化したQCMを微小流路中に固定したセルを顕微鏡下で用意する。細胞モデルであるリポソームを積極的に固定できるように、QCMの流路上方に、負の誘電泳動力でリポソームを捕足するための電極を形成した計測システムを用意する。次に、最適化したQCMについて微粒子への応答特性を評価する。単一微粒子について系統的に評価した研究例はほとんどなく、本評価試験は優先的に行わなければならない。最終的に本評価試験では微粒子吸着部を限定的に高感度としたガウシアン振動子を用いている予定である。その研究を効率的に進めるためにはガウシアン形状振動子の製造法の簡略化も重要でありその方法を検討する。
実地震荷重の高速載荷実験による砂の流動大変形特性の研究

1995年阪神・淡路大震災などの際,液状化に伴う地盤の流動に起因して,多くの構造物が甚大な被害を受けてきた。これに対し,本研究では高速載荷型中空ねじリせん断試験装置を作成し,その発生メカニズムや予測・対策手法の検討を行うことを目的とした。そのため,まず,高速載荷型中空ねじりせん断試験装置の開発・作製を行った。これは,(1)高速載荷が行えること,(2)数十%といった大変形まで実験が行えること,(3)液状化した状態の非常に小さい抵抗力を測定できること,といった特長を有している。このため,載荷方法として色々と検討した結果,ソレノイドタイプの特殊な装置を作製した。そして,この装置を用いて,豊浦砂に対して,低周波から高周波の繰返し載荷のもとでの液状化試験を行った。その結果,1Hz10Hzまでの振動数は液状化強度特性に影響しないとの結果が得られた。ただし,これは粘性がないきれいな砂で,しかも液状化し易いゆるい密度だけの実験であった。一方,液状化後の変形特性に及ぼす載荷速度の影響に関しては,載荷速度をいくつか変えて実験を行った。その結果,載荷速度が速くなると液状化後のせん断剛性も増すことがわかった。そして,液状化した砂の粘性係数も求めてみたところ,水の200万倍程度の値となることが明らかになった。さらに,間隙流体として水以外に粘性の高いセルロース溶液を用いてみると,液状化後のせん断剛性は大きく,また粘性係数も大きくなった。これはこれまでの土質力学の概念に反することでもあり,興味ある結果を得た事になる。1995年阪神・淡路大震災などの際、液状化にともなう地盤の流動に起因して、多くの構造物が甚大な被害を受けてきた。これに対し、本研究では高速載荷型中空ねじりせん断試験装置を作製し、その発生メカニズムや予測・対策手法の検討を行うことを目的としている。そのため、まず、高速載荷型中空ねじりせん断装置の作製を行った。これは、(1)高速載荷が行えること、(2)水平・鉛直に同時に載荷出来ること、(3)数十%といった大変形まで実験が行えること、(4)液状化した状態の非常に小さい抵抗力を測定できること、の目標をかかげ、試験装置の作製にとりかかった。これらの条件を満足するため、通常の中空ねじりせん断試験装置に比べて、載荷方法や計測方法に工夫をする必要があった。そこで、いくつかの載荷方法を比較検討し、また、計測方法についても種々の方法を検討した。そして、その結果、載荷方法としては電磁コイル方式が最適であることなどがわかった。そこで、これらの検討結果をもとに試験装置の主要部分を作製した。現在、それを用いて予備実験を行っているところである。まだ、試験装置の一部は補充しなければならず、来年度はそれも揃えて、本実験を行って行く予定である。なお、この試験を用いて予備実験を行うと同時に、従来の中空ねじりせん断試験装置を用いて、阪神・淡路大震災で液状化したまさ土に対し、いくつかの実験を行った。その結果、液状化にともない、まさ土のせん断剛性は数百分の1まで低下することや、その低下は細粒分が少ないほど激しいことなどが明らかにされた。
Si/III-V異種接合によるナノワイヤ縦型トンネルFET立体集積回路技術の確立

本研究は、ナノワイヤ結晶成長で形成されるSi/III-V異種接合を応用することで、低消費電力性能と高性能化を両立した縦型トンネルFETからなる立体集積回路の基盤技術を確立する。具体的には、高品質ナノワイヤチャネルとSi/III-V異種接合を形成することで、Siグリッド細線上に、極低電圧でスイッチングする縦型トンネルFETアレイを集積し結晶成長技術で高性能化を図る。さらに、配線配置の組み合わせで相補型スイッチング動作を実証し、縦型ナノワイヤTFETからなる立体集積回路の基本構成を作製し、回路動作を実証することで、超低消費電力・高効率次世代集積回路の基礎を築く。
高機能ディスプレイ用新規高輝度発光材料の開発研究

本研究では蛍光体母結晶として、これまでにその可能性が明らかでなかったLiSr_2YO_4,SrLaGa_3O_7,CaLaAl_3O_7とLaTa_7O_<19>を対象にEu^<3+>イオン、Tb^<3+>イオン、Tm^<3+>イオンを付活した赤色、緑色、青色蛍光体を各々合成し、発光特性評価を行いその結晶構造との相関性を検討した。所定の温度・雰囲気で焼成することにより、LiSr_2Y_<1-x>RE_xO_4とSrLa_<1-x>RE_xGa_3O_7(RE=Eu,Tb,Tm)の全固溶域において単一相を合成し、固溶体の発光特性の発光元素濃度依存性を評価した。LiSr_2Y_<1-x>Eu_xO_4では赤色発光を示し、x=0.15をピークとして付活剤濃度の増加と共に発光強度は減少した。一方、SrLa_<1-x>Eu_xCa_3O_7の赤色発光強度の濃度依存性は、x=0.2とx=0.8付近に2つのピークが観測され、メリライト型構造におけるEu^<3+>イオンのペア配置によると考えられた。本研究における蛍光体の発光強度と母結晶中の希土類イオン間の距離との関係において、最近接希土類イオン間距離に注目すると、層間の距離のほぼ等しいBaEu_2Ti_3O_<10>とEuTa_7O_<19>は層内の距離が増加するにつれて、励起エネルギーの消失が抑制され発光強度が強くなることが判明した。鎖内と層内の距離がほぼ等しい蛍光体では、母結晶の結晶構造の低次元化が発光強度と密接に関係していることも明らかとなった。ー方、メリライト型構造を母結晶とした場合は、発光希土類元素のペアを組ませてペア同士の距離を離すことにより、エネルギー移動を抑制して単位体積当たりの発光希土類元素濃度を上げる事が可能であることも明らかとなった。蛍光体の発光強度と母結晶中の希土類イオン間の距離と配置の次元性とは密接な関係があり、本研究によってこれまで報告されていない新規母結晶蛍光体の作製に成功し、結晶構造と発光特性との相関性について詳細な検討を行い、高輝度発光材料を開発する一つの指針を得ることができた。所定の温度・雰囲気で焼成することにより、固溶体LiSr_2Y_<1-x>RE_xO_4(RE^<3+>=Eu^<3+>,Tm^<3+>,Tb^<3+>)の全固溶域において単一相として合成することができた。固溶体LiSr_2Y_<

1-x>Eu_xO_4(x=0.0-1.0)では613nm付近に赤色発光が観察でき、その発光強度はx=0.15をピークとして付活剤濃度の増加と共に減少した。本研究で作製したLiSr_2EuO_4及びBaEu_2Ti_3O_<10>とEuTa_7O_<19>について、その発光強度と母結晶中の希土類イオン間の距離との関係において、最近接希土類イオン間距離に注目すると、層間の距離のほぼ等しいBaEu_2Ti_3O_<10>とEuTa_7O_<19>は層内の距離、すなわち最近接希土類イオン間の距離が増加するにつれて、励起エネルギーの消失が抑制され発光強度が強くなっているのが分かる。また、鎖内、層内の距離のほぼ等しいLiSr_2EuO_4とBaEu_2Ti_3O_<10>はそれぞれ鎖間、層間の距離が約0.58nmと約1.04nmで、Eu^<3+>間での相互作用が双極子-双極子によるものであり、単純にその確率は距離Rの-6乗に比例すると仮定すると、LiSr_2EuO_4の方がBaEu_2Ti_3O_<10>よりも33倍相互作用が起こりやすくなる。しかしそれらの発光強度はほぼ同じ値を示した。これは母結晶内での希土類イオンの配置がそれぞれ見かけ上、一次元的、擬二次元的であり、LiSr_2EuO_4の方がBaEu_2Ti_3O_<10>よりもより低次元に希土類イオンが配置されているため、その結果、発光強度があまり低下せずほぼ同じ値を示しているものと考えられる。従って、蛍光体の発光強度と、母結晶中の希土類イオン間の距離及び希土類イオンの配置の次元性とは密接な関係があると考えられる。LiSr_2EuO_4の発光減衰曲線の結果より、この発光減衰曲線は一次元的エネルギー回遊を仮定した理論式で近似することができ、LiSr_2EuO_4中でのエネルギー回遊はその結晶構造を反映した一次元的回遊であることが分かった。所定の温度・雰囲気で焼成することで、メリライト型固溶体SrLa_<1-x>RE_xGa_3O_7(RE^<3+>=Eu^<3+>,Tb^<3+>,Tm^<3+>)の全固溶において単一相を合成できた。メリライト型SrLaGa_3O_7構造では、Sr^<2+>とLa^<3+>は結晶学的に等価な位置にあり、La^<3+>は対角位置と辺上位置をとることができ、辺上位置をとれば一次元直鎖構造、対角位置ならLa^<3+>同士でペアをつくるという結晶化学的に特徴ある構造を有している。以上の結果より、本研究で観測された発光強度の濃度依存性における2つのピークの存在は次のように説明することができた。まず、RE^<3+>の濃度が低い場合にはSr^<2+>とRE^<3+>の位置は不規則配列をし、この状態での濃度消光を起こす臨界濃度が最初のピーク(x=0.2)である。次いで、RE^<3+>の濃度が高くなるとRE^<3+>は対角位置をとって規則配列し、RE^<3+>はペアを組みペア間同士の距離は比較的大きいためにエネルギー移動が抑制される。この状態での濃度消光の臨界濃度が2つめのピーク(x=0.8)と考えられる。このように濃度消光とRE^<3+>の配置には密接な関係があることが分かった。本研究では、RE^<3+>の配置としてメリライト型構造の結晶化学的特徴を利用して、RE^<3+>のペアを組ませてペア同士の距離を離すことにより、エネルギー移動を抑制して単位体積当たりのRE^<3+>の濃度を上げる事が可能であることが判明し、高輝度発光材料を開発する一つの指針を得ることができた。メリライト型構造はCaLaAl_3O_7を例にとると、AlO_4^<5->四面体が頂点を共有して五員環を形成している。
走行ワイヤを規準とした複合表面加工による試料分析システムの開発

本研究は、材料などの試験観察を行う場合に必要となる試料の形状および表面性状を付与する装置と、できた試料の試験観察装置とを一体として備えた試料分折システムの開発を目的としている。形状および表面性状の付与においては、走行する細線ワイヤを工具としてすべての処理を行う、ワイヤ規準複合加工機の開発を行った。本加工機を用い、試験素材から、任意形状の試料を切り出し、仕上げ加工を実施した。また、この試料に対して繰り返し表面加工を実施し、加工ごとにSEMおよびEDS観察を行った。得られた2次元画像を用い、重ね合わせて3次元材料分布図を作成することが可能となった。本研究で得られた結論は以下のとおりである。(1)ワイヤ工具の交換やワークの取り外しが必要なく,同一機械上で,ワイヤ放電加工法および砥粒加工法が実施できる複合加工機の開発を行った。(2)金属材料や絶縁性セラミックス材料に対し,多面切り出し加工から最終仕上げ加工まで実施できる加工機を開発した。(3)本加工機による、最小4nmの切り込み量での多層加工が可能となった。(4)銅・タングステンおよび鋳鉄に対して多層加工を実施し、SEMおよびEDS観察を行った。得られた2次元画像を重ね合わせることで、材料の3次元光分布図を作成した。(5)減圧雰囲気で放電加工を実施することで、気中放電加工時よりひろい極間距離で放電が発生する。加工が不安定な気中において、減圧雰囲気で加工することで連続放電を安定して実施することが可能になった。本研究は走行する細線ワイヤを工具として,試験試料の作成と当該試料に対する試験観察とを一台の装置で可能とし,必要に応じて表面除去深さを変えてこれを繰り返すことのできるシステムを開発する。この試料作成装置とSEMとEDSとを主体とする試験分析装置との間を連結して制御し,全システムを構築する.これにより画像処理したデータをフィードバックして加工を繰り返すなどの表面分析システムを開発することを目的とする.平成16年度は,初年度として以下の項目を実施した。(1)ワイヤ走行系の製作ワイヤ工具を用いて,対象とする試料に対して切断や表面除去,研削などの工程を連続して実行できる加工装置を製作した。本装置はワイヤ放電加工およびワイヤ研削が機上実行可能である。ワイヤ工具による試験試料切断特性の検討を行った。純水および鉱物油を加工液とした放電加工特性を調査し,切断の際の表面性状を調べた。また,絶縁体に対しては補助電極法を用いた油中放電切断を行い、5面加工の実用性を確認した。(3)試料面に対する繰返し放電・研削走査加工SEM外部においてワイヤ工具により試料の断面切断を行い,一層当たり0.1μmごとに表面を走査除去して,加工表面をSEMおよびEDS分析装置で確認した。表面走査加工においてはWEDG方式を用いたダイヤモンドスラリによるワイヤ研削を実行した。(4)走査型電子顕微鏡筐体の導入:ロードロック部を設けたSEM連結型加工筐体を設計製作した。現在、その内部に小型ワイヤ走行系を組み込んだ全体加工系を組み立て中である。(5)繰り返し加工による画像のデータ処理SEM及びEDS分析システムにより試料の3次元元素分布を製作することを目指して、市販のソフトウェアを借用し、各観察面の2次元画像を重ねて三次元像を試験的に構築した。銅-タングステン材料に対する試験結果、3次元情報として元素分布を捉えることが可能であることを確認した。この際、連続的に変化する空間元素分布を捉えるための位置基準を設けることが必要であることが判明した。本研究は走行する細線ワイヤを工具として,試験試料の作成と当該試料に対する試験観察とを一台の装置で可能とし,必要に応じて表面除去深さを変えてこれを繰り返すことのできるシステムを開発する.この試料作成装置とSEMとEDSとを主体とする試験分析装置との間を連結して制御し,全システムを構築する.

これにより画像処理したデータをフィードバックして加工を繰り返すなどの表面分析システムを開発することを目的とする.平成17年度は,以下の項目を実施した.(1)真空対応型放電加工チャンバのSEMへの連結真空対応型加工チャンバとSEMの連結部には,加工時に発生する加工屑の影響を考慮し,ゲートバルブを設けた.加工チャンバのSEMへの連結を行い,SEM連結筐体内で試料搬送試験を実施した.(2)繰り返し加工による画像のデータ処理銅-タングステン材料に対して,SEM及びEDS分析システムにより試料の3次元元素分布を作成した.各観察面の2次元画像を重ねて三次元像を構築し,3次元清報として元素分布を捉えることが可能であることを確認した.(3)加工環境の検討減圧雰囲気中における放電加工を実施した.気中放電加工は排水処理などの必要が無いが,極間距離が小さいため短絡が多く発生する.減圧雰囲気にすることで,極間距離が拡がり,放電加工時に発生する短絡が減少することを確認した.(4)圧電素子(PZT)による振動付与試験気中放電加工では,極間距離が狭く放電が不安定になりやすい.PZTを数μm振動させることで,短絡が発生しても直ちに回避が可能であり,正常放電の発生が増大することを確認した.全システムの制御には、独自の論理回路をICに書き込むことの出来るFPGAを用いた.これにより,試料の作成から搬送までをコンピュータによって容易に制御することができる.加工機の主軸制御,パルス制御に用い,コンピュータによってGUI操作を実施した.
ポリアニオンナノシートを用いる新規固体酸触媒の開発

プロトン交換したカチオン交換性層状金属酸化物は固体強酸のポテンシャルをもつ材料であるが、狭い層間にあるブレンステッド酸を反応に利用することはできない。しかし、ある種の層状金属酸化物のアニオン性2次元金属酸化物単結晶シート-ポリアニオンナノシート-をソフトケミカル的手法で剥離し、これをランダムに再凝集させると、このブレンステッド酸は表面に露出し、反応に利用できるようになることを申請者は見出した。これまでの研究から、HTiNbO_5、HNb_3O_8等のいくつかのポリアニオンナノシートが新しい固体強酸触媒としてエステル化反応、加水分解反応といった酸触媒反応に高い活性を示すことが明らかになっている。特にHNb_3O_8ポリアニオンナノシートは現在工業的に使われている固体酸触媒含水ニオブ酸の2倍以上の酸触媒活性を示すことが見出されている。これらのポリアニオンナノシートではそれを構成する金属酸化物オクタヘドラル上に形成される架橋型水酸基M-OH-Nb(M:Ti,Ta,Nb)が90%以上の濃硫酸の酸強度をもつ強酸点として働いていることが^<13>C-MAS-NMRによって明らかにされた。一方、この架橋型水酸基を形成しないポリアニオンナノシートでは酸触媒活性は全く示さない。現在、これらの知見に基づいて、更に高性能な固体強酸を設計している。また、報告者は新しい発想に基づいて開発した革新的な固体強酸が硫酸触媒の代替となることを見出した。この固体強酸は1020個の芳香族6員環からなる多環式芳香族炭化水素で構成されたアモルファスカーボンであり、全炭素原子の約10%にスルホン酸基が結合している。この安定かつ不溶性の基質に結合したスルホン酸基は非常に高い触媒能、化学的・熱的安定性をもつ。本研究はカチオン交換性層状金属酸化物から得られる厚さ数nm未満のポリアニオンナノシートを高性能な固体酸触媒として展開することを念頭に置き、酸触媒反応に最適な2次元マクロポリアニオンナノシートを開発すると同時にポリアニオンシートの構造を解明することを目的としている。十数種類のカチオン交換性層状金属酸化物の単結晶ポリアニオンナノシートを液相で剥離し、これを凝集させることによって得た高表面積の粉末材料を触媒としてさまざまな酸触媒反応が研究された。HTiNbO_5、HTi_2NbO_7、及びH_<1.15>Ti_<1.15>Nb_<0.85>O_5ナノシート凝集体はエステル化等の液相酸触媒反応において非常に強い固体酸触媒として働くことが既に見出されている。本年度の研究ではHNb_3O_8ナノシート凝集体が固体強酸として工業的に使われている含水ニオブ酸(Nb_2O_5nH_2O)を遥かに上回る酸触媒活性をもつことが明らかになった。従来の手法、及び分光学的手法によってこのシート凝集体の酸性度は95%以上の濃硫酸に匹敵すること、更に2つのNb^<5+>に共有される酸素イオンと対になっているプロトン(Nb-(OH)-Nb)が強い酸として働くことが明らかになった。この表面種が強い酸点として働くことはこれまで知られておらず、全く新しいタイプの酸点といえる。以上の結果はHNb_3O_8ナノシート凝集体が高活性固体酸触媒として工業化できるポテンシャルをもつことを示唆している。

しかし、ある種の層状金属酸化物のアニオン性2次元金属酸化物単結晶シート-ポリアニオンナノシート-をソフトケミカル的手法で剥離し、これをランダムに再凝集させると、このブレンステッド酸は表面に露出し、反応に利用できるようになることを我々は見出した。これまでの研究から、いくつかのポリアニオンナノシートが新しい固体強酸触媒として様々な酸触媒反応に高い活性を示すことが明らかにした。これらのポリアニオンナノシートでは架橋型水酸基M-OH-Nb(M : Ti, Ta, Nb)が90%以上の濃硫酸の酸強震をもつ強酸点として働いている。また、申請者は独自の発想に基づき、全く新しい、革新的な固体強酸-カーボン系固体強酸-の創生に成功した。この材料は1020個の芳香族6員環からなる多環式芳香族炭化水素で構成されたアモルファスカーボンであり、全炭素原子の約10%にスルホン酸基が結合している。この材料は(1)フッ素系高分子固体酸ナフィオンの5倍、強酸性陽イオン交換樹脂アンバーリストと同等のスルホン酸密度を有し、(2)あらゆる溶媒に不溶であり、熱的・化学的に安定であり、(3)種々の酸触媒反応で硫酸と同等、あるいはそれを上回る酸触媒活性を示す。現在、この材料をベースに、触媒反応の開拓、更なる高性能化、安定な固体超強酸・プロトン良導体の創生、固体強塩基の創生、構造・メカニズムの解明といったアカデミックサイドの研究と、触媒、燃料電池に関する実用化・商品化開発を幅広く展開している。硫酸や塩酸といった液体酸は重要な化成品の製造に必要不可欠な触媒である。しかし、これらの液体酸は繰り返しリサイクルできる触媒ではなく、中和等の酸触媒と製品の分離、廃酸処理には多くのエネルギーが必要である。また、液体酸は腐食性の毒物であるため、安全性の確保、プラントの維持にも膨大な労力を割かなければならない。繰り返し使用することができ、分離・回収が容易で毒性の少ない固体酸は、この課題をクリアーする一つのキーワードであり、ポリアニオンナノシートは高性能固体酸触媒のポテンシャルを有している。プロトン交換したカチオン交換性層状金属酸化物は固体強酸のポテンシャルをもつ材料であるが、狭い層間にあるブレンステッド酸を反応に利用することはできない。しかし、ある種の層状金属酸化物のアニオン性2次元金属酸化物単結晶シート-ポリアニオンナノシート-をソフトケミカル的手法で剥離し、これをランダムに再凝集させると、このブレンステッド酸は表面に露出し、反応に利用できるようになることを申請者は見出した。これまでの研究から、HTiNbO_5、HNb_3O_8等のいくつかのポリアニオンナノシートが新しい固体強酸触媒としてエステル化反応、加水分解反応といった酸触媒反応に高い活性を示すことが明らかになっている。特にHNb_3O_8ポリアニオンナノシートは現在工業的に使われている固体酸触媒含水ニオブ酸の2倍以上の酸触媒活性を示すことが見出されている。これらのポリアニオンナノシートではそれを構成する金属酸化物オクタヘドラル上に形成される架橋型水酸基M-OH-Nb(M:Ti,Ta,Nb)が90%以上の濃硫酸の酸強度をもつ強酸点として働いていることが^<13>C-MAS-NMRによって明らかにされた。一方、この架橋型水酸基を形成しないポリアニオンナノシートでは酸触媒活性は全く示さない。現在、これらの知見に基づいて、更に高性能な固体強酸を設計している。