hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肝細胞癌のClonalityの解析

8例のうちPGK遺伝子では3例HPRT遺伝子でも3例に多型性がみられ、これら6例の癌部はすべてモノクローナル、非癌部はポリクローナルな結果であった。さらにPCR法を応用してクローナリティを解析する為に、報告されているPGK遺伝子の塩基配列に基ずいて約20merのプライマーをDNA合成機で作製し、これらプライマーを用いたPCRにより、目的のDNA断片が増幅されることを確認した。近年、画像診断の進歩により肝内小腫瘤性病変が容易に見つけられるようになり超音波映像下穿刺組織診が診断確定のために行われているが、従来の病理組織学的基準では癌の判定に苦慮することがある。癌組織は、単一の癌細胞が分裂増殖してできるモノクローナルな細胞集団であると考えられている。肝癌では、細胞DNAに組み込まれたB型肝炎ウイルスDNAのパターン解析により検討されているが、この方法では日本の肝癌の75%を占めるC型肝炎ウイルスに関連した肝癌の解析ができない。そこで我々はX染色体上のphoshoglycerate kinase(PGK)遺伝子の多型性とメチル化を利用して、従来のSouthern blot hybridization法とともに、polymerase chain reaction(PCR)法を応用した方法でclonalityを解析した。昨年度、Southern blot hybridization法によるPGK遺伝子の解析でclonalityのみられた3例についてPCK法で解析し、癌部ではmonoclonal(′′m′′)、非癌部ではpolyclonal(′′p′′)と同様な結果が得られた。そこで、さらに超音波下穿刺組織診を行った18例についてPCR法を用いて検討したところ11例に多型性がみられ、このうち腫瘤径25mm以上の7例はすべて′′m′′なパターンであった。計25mm以下の小肝細胞癌4例では2例が′′m′′,2例が′′p′′なパターンを示した。病理組織学的には、′′m′′なパターンを示した2例は肝細胞癌と診断されたが、′′p′′なパターンを示した2例は1例がadenomatous hyperplasia、もう1例がリンパ球浸潤の多い肝細胞癌であった。以上の結果より、PGK遺伝子の多型性とメチル化を利用しPCR法を応用したこの方法は微量検体のclonalityの解析が可能であり、肝内小腫瘤性病変の病理組織学的診断の一助になるとともに、ヒト肝発癌過程の解明に有用であると考えられた。
卵管内で精子の運動を制御する新しい分子スイッチの探索

鳥類には雌性生殖器内に侵入した精子を長期間生存させる為の精子貯蔵管(sperm storage tubule; SST)が、卵管の子宮膣移行部(utero vaginal junction; UVJ)及び漏斗部に備わっている。UVJのSSTは主要な精子貯蔵組織であり、漏斗部のSSTは二次的な精子貯蔵組織と考えられている。これまでの研究で、SST内に侵入し、貯蔵されている精子の放出は放卵周期とシンクロナイズしており、排卵のトリガーとして働くホルモン、プロゲステロンの刺激により誘起されること、精子貯蔵管にはプロゲステロン膜受容体が存在すること、プロゲステロンの刺激により、精子貯蔵管の形態が変化すること等を明らかにし、プロゲステロンが休眠中の精子の覚醒・再活性化に重要であることを明らかにした。本研究では、精子の膜表面に存在し、精子の運動を制御する分子を探索した。精子の膜分画に対するモノクローナル抗体ライブラリーを作成し、受精を阻害する抗体を15種類得た。これらの抗体の認識する抗原は、精子頭部や尾部に限定していたり、精子全体に存在したりと局在にバリエーションが認められた。また、精子の膜分画を2次元電気泳動で分離し、LC-MS/MS解析とMASCOT検索によりいくつかの抗原を決定した。精子貯蔵管の抽出物を添加した培養液でウズラの射出精子を培養したところ、精子の鞭毛の振幅幅が減少し、運動性の継続時間が延長することが分かった。また、運動継続時間の延長効果はブタの精巣上体精子でも確認され、貯蔵管の抽出物は、種を超えた精子の運動制御効果を持つことが示唆された。動物は進化の過程で受精の戦略を特殊化させてきた。鳥類では射出された精子は卵管に存在する精子貯蔵管に一旦貯蔵され、生体内で長期間生存するとともに、この貯蔵管から再び放出され受精を成立さみるという特徴を有している。本研究は、この驚異的な仕組みの分子機構を解明することを目標にするとともに,この仕組みを応用して精子をインビトロで長期間生存させるための全く新しい発想に基づいた新規方法の開発を目指すものである。インビボにおける精子貯蔵管からの精子の放出に及ぼす種々のホルモンの影響について調べたところ、交尾や人工授精によって一端精子貯蔵管に侵入し、運動を停止した精子は、プロゲステロンの刺激がきっかけとなって放出され、そのアンタゴニストによってこの現象は強く阻害されることが判明した。つまり、精子貯蔵管からの精子の放出にはステロイドホルモンであるプロゲステロンがシダナルになっていることが判明した。プロゲステロンは排卵の調節に関与し、排卵の数時間前に血中濃度が上昇することが知られており、精子の放出と排卵周期が同調して受精の確立を高めている可能性が考えられた。そこでウズラの雌性生殖器よりcDNAライブラリーを作成しプロゲスラロンの受容体のクローニングを試みた。その結果、プロゲステロン膜受容体α、β及びγの3種類の受容体の部分配列の取得に成功し、ウズラの精子貯蔵管にはそのうちβ受容体が発現していることが明らかとなった。
細粒度動的負荷分散機構を備えたネットワーク・スーパーコンピューティング環境の構築

1.負荷分散機構の実装と評価(1)ユニット移送機構の開発:共有メモリ環境であることを活用し,ユニット移送時には必要最低限の情報のみを移送することで.移送決定後から移送先での実行再開までの時間を短縮する基本プロトコルを設計し,それに基づいたベーシックな実装を行った.その結果,移送先でのオンデマンドなメモリ領域確保/割り当ての時間がユニット移送において極めて問題であることが判明した.そこで,ユニット移送機構自身が独自に管理するメモリ領域を一定量だけ予め割り当てる実装方式を提案した.さらに,一旦移送されたユニットが再び移送前のノードに戻ってくる場合に,過去の履歴を利用することで不必要なデータの移送を軽減する差分移送方式を提案し,具体的な実装方法について検討を行った.(2)ホームページ移送機構の開発:ユニットの移送に伴うホームページの移送ならびに,実行されるプログラムの振る舞いに応じて,プログラムから明示的/非明示的にホームページを移送するための基本プロトコルを作成しその実装を行った.2.コンピュータ・コロニーの実装と性能評価プロトタイプ環境として,SPARC版LINUXを搭載した2台のワークステーションに独自開発の専用ネットワークインタフェースカードを接続した簡易共有メモリ環境を構築し,その性能評価を行った.専用カードをユーザレベルで利用可能とするためのドライバ開発ならびに,Linuxカーネルの修正を行った.ネットワークカードが提供する共有メモリへのアクセス時間の評価を行った結果.細粒度のローカルメモリアクセスに関して,ユーザレベルの直接アクセスはシステムコールを介した場合に比べて,約8倍の高速化が得られた.また,リモートメモリアクセスの平均レイテンシは,Read/Writeアクセスがそれぞれ2.7/2.3マイクロ秒となった.1.負荷分散機構の実装と評価(1)ユニット移送機構の開発:共有メモリ環境であることを活用し,ユニット移送時には必要最低限の情報のみを移送することで.移送決定後から移送先での実行再開までの時間を短縮する基本プロトコルを設計し,それに基づいたベーシックな実装を行った.その結果,移送先でのオンデマンドなメモリ領域確保/割り当ての時間がユニット移送において極めて問題であることが判明した.そこで,ユニット移送機構自身が独自に管理するメモリ領域を一定量だけ予め割り当てる実装方式を提案した.さらに,一旦移送されたユニットが再び移送前のノードに戻ってくる場合に,過去の履歴を利用することで不必要なデータの移送を軽減する差分移送方式を提案し,具体的な実装方法について検討を行った.(2)ホームページ移送機構の開発:ユニットの移送に伴うホームページの移送ならびに,実行されるプログラムの振る舞いに応じて,プログラムから明示的/非明示的にホームページを移送するための基本プロトコルを作成しその実装を行った.2.コンピュータ・コロニーの実装と性能評価プロトタイプ環境として,SPARC版LINUXを搭載した2台のワークステーションに独自開発の専用ネットワークインタフェースカードを接続した簡易共有メモリ環境を構築し,その性能評価を行った.専用カードをユーザレベルで利用可能とするためのドライバ開発ならびに,Linuxカーネルの修正を行った.ネットワークカードが提供する共有メモリへのアクセス時間の評価を行った結果.細粒度のローカルメモリアクセスに関して,ユーザレベルの直接アクセスはシステムコールを介した場合に比べて,約8倍の高速化が得られた.また,リモートメモリアクセスの平均レイテンシは,Read/Writeアクセスがそれぞれ2.7/2.3マイクロ秒となった.1.負荷分散機構の実装と評価(1)ユニット移送機構の開発共有メモリ環境であることを活用し,ユニット移送時には必要最低限の情報のみを移送することで,移送を決定後から移送先での実行再開までの時間を短縮する基本プロトコルを設計し,それに基づいてたベーシックな実装を行った.その結果,移送先でのオンデマンドなメモリ領域確保/割り当ての時間がユニット移送において極めて問題であることが判明した.そこで,ユニット移送機構自身が独自に管理するメモリ領域を一定量だけ予め割り当てる実装方式を提案した.さたに,一旦移送されたユニットが再び移送前のノードに戻ってくる場合に,過去の履歴を利用することで不必要なデータの移送を軽減する差分移送方式を提案し,具体的な実装方法について検討を行った.(2)ホームページ移送機構の開発ユニットの移送に伴うホームページ移送,ならびに,実行されるプログラムの振る舞いに応じたプログラムからの明示的/非明示的なホームページ移送を実現するための基本プロトコルを作成しその実装を行った.頻繁に利用され,かつ,タイミングがクリティカルな一部機能を専用ハードウェアを利用して実装することで,プロトコルプロセッサの負担を大きく軽減できることを確認した.2.共有メモリ環境を提供する通信ハードウェア上のプロトコル開発平成10年度からの基盤研究の成果として作成したネットワーク・インタフェース・カード上に搭載されたFPGAの詳細設計を行った.具体的には,共有メモリの一貫性制御を支援するプロトコルプロセッサインタフェース,ワークステーションに実装するためのバスインタフェース,1Gpbsの光接続部の基本インタフェースを設計した.この通信ハードウェアを,ワークステーション上のプログラムの仮想アドレスにマッピングし,2台のワークステーション間で光接続により通信を行うためのプロトタイプハードウェア環境を構築した.我々は,複数の独立した計算機が必要に応じて群(コロニー)を形成し,それらがあたかも単一の計算機であるかのようなシングルシステムイメージを提供することで従来のSMPシステムの操作性に匹敵する計算機環境を実現するコンピュータ・コロニーの研究を行っている.平成13年度の主な研究成果は以下の通りである.(1)コンピュータ・コロニーの実装と性能評価プロトタイプ環境として,SPARC版LINUXオペレーティングシステムを搭載した2台のワークステーションに独自開発の専用ネットワークインタフェースカードを接続した簡易共有メモリ環境を構築し,その性能評価を行った.専用カードをユーザレベルで利用可能とするためのドライバ開発ならびに,Linuxカーネルの修正を行った.

ネットワークカードが提供する共有メモリへのアクセス時間の評価を行った結果,細粒度のローカルメモリアクセスに関して,ユーザレベルの直接アクセスはシステムコールを介した場合に比べて,約8倍の高速化が得られることがわかった.また,リモートメモリアクセスの平均レイテンシは,Readアクセスで2.7マイクロ秒,Writeアクセスで2.3マイクロ秒となり,プロトタイプシステムとしては満足な性能が得られた.(2)高信頼ネットワークプロトコルの開発H12年度の研究結果からプロトタイプハードウェア環境の光接続部において高いデータ誤り率が発生していることが分かっていたが,解析の結果,単体でのループバック試験に関しては全く問題がおこらず,複数台構成のシステムにおいてはじめて問題が発生することが分かった.しかし,根本的な原因の解析には最新の測定器等が必要であり予算ならびに研究期間の問題から,原因の解析は保留し,この物理層レイアでの問題を上位レイアのプロトコルで回避して,高いエラー率の下でも通信品質を確保するプロトコルを開発した.また,これを我々のシステムに実装した.その結果,上位レイアでのエラー発生率を1/5に軽減し,かつエラーフリーのReadならびにWriteアクセスを,それぞれ3.7ならびに4.1マイクロ秒(平均)で実現できることがわかった.
カニクイザル一倍体ES細胞の樹立と個体作出に関する基盤的研究

一倍体ES細胞は遺伝子改変動物の作出に貢献できると考えられることから、当センターで維持されているカニクイザルを使用し、その樹立に関して検討した。FSHおよびhCG、そして内在性ホルモン抑制剤の投与により卵胞発育の誘導後、卵を採取した。ヒアルロニダーゼ処理で卵丘細胞の除去後、極体を持つ成熟卵およびM I期卵からの成熟卵を実験に供試した。今期は雌性ゲノムのみを持つ一倍体卵の作出を次の方法で作製した。成熟卵を2 uMイオノマイシンに5分浸漬、続けて10 ug/mlサイクロヘキシマイドに5ー6時間浸漬することで人為的な活性化を誘導し、1前核2極体の形態を示す卵を一倍体卵とした。体外培養後、2個の胚盤胞への発生を確認した。これら胚盤胞は顕微授精後に雄性前核を除去することで作製した一倍体卵の貧弱な胚盤胞と異なり、通常の受精卵に似た形態に良好であることが観察された。ES細胞の樹立のために、これら胚盤胞から内部細胞塊部位(ICM)を注射針を使用して物理的に摘出し、受精卵由来ES細胞の樹立および培養と同様に20%KSRおよびFGF加Knockout DMEMを使用してマウス胎児繊維芽細胞上に播種した。その結果、1個の胚盤胞由来ICMから十分に進展した細胞塊が得られ、その継代後に受精卵由来のES細胞に似た形態を持つES様細胞を得ることに成功した。このES様細胞において、未分化マーカーであるOct-3、SSEA4およびTRA-2-54のタンパク質発現が免疫蛍光染色によって確認された。受精卵から作出した一倍体卵よりも活性化刺激により作出した一倍体卵で、質の良い胚盤胞の発生が確認でき、さらにそれから1個のES様細胞が樹立されたことは、雌性ゲノムのみを持つ一倍体卵の発生およびES細胞の樹立に関する精子の関与は低く、人為的な活性化処理が適していることが示唆された。一倍体雌核発生胚に由来するES様細胞の樹立に成功したものの、その安定した培養に手間取ったことなどがあり、十分な解析を進めることができなかった。また、一倍体卵の作製方法は確立できたものの、その発生が当初の予想に反して低率であることから、複数の一倍体ES細胞の樹立に至っていない。一倍体雌核発生胚由来のES細胞は、人為的な活性化誘起を利用した胚盤胞の作出、およびそれからのES細胞樹立数を増やし、その性状解析を行う。さらに、雄核発生胚由来のES細胞の樹立についても実施する。昨年度までに確認された一倍体卵の胚盤胞への低い発生率を改善するために、培養中の一倍体胚への人為的な活性化処理を実施する予定である。一倍体ES細胞を樹立するために、雌雄どちらか一方のゲノムを持つ一倍体の卵を作出し、体外培養によって胚盤胞に発生させる必要がある。そのためにはまず質の良い成熟卵を準備することが重要となる。そこで、成熟卵の採取方法を検討し、胚盤胞への発生能を持つ良質の成熟卵であることを確認するために、成熟卵への顕微受精による正常受精卵の作出とその体外発生を検討した。顕微受精によって作出された正常受精卵は、採取元となる雌個体による差はあるものの、高率に胚盤胞へ発生することも確認された。質の良い成熟卵が採取できていることを示している。また、一倍体については、精子が寄与しない単純な単為発生誘導によって雌性のみを持つ卵を作出することができる。そこで、まず単為発生誘起(IonomycinおよびDMAP+CB処理)によって雌性ゲノムで構成される二倍体単為発生卵を作成したところ、胚盤胞への発生が確認され、さらにそこからES様細胞の樹立にも成功した。これは二倍体ではあるものの、雌性ゲノムのみによって構成されていることから、一倍体ES細胞の樹立が期待できる結果であった。次に、顕微受精卵の胚盤胞への発生を確認したことから、採取された成熟卵から作出された受精卵の発生能は十分あるものと考えられた。そこで、顕微受精卵の発生初期に形成された雌雄の両前核の内の雄性側を顕微操作で除核して一倍体卵を作出し、体外培養した。その結果、形態的にはきれいではないが、胚盤胞への発生を確認することができた。しかし、正常な受精卵のように大きな胞胚腔を形成した拡張胚盤胞に成長することなく、萎縮し、発生を停止した。ES細胞の樹立には至らなかったものの、前核の形成といった正常な受精能を確認できたものから作出された一倍体卵の胚盤胞への発生が確認できたことは、今後の更なる成果向上につながる結果であると考えられた。卵の採取方法の検討および受精卵の発生能による卵の質を確認する観点から、成熟卵への顕微受精による正常受精卵の作出とその発生能の確認を行った。顕微受精によって作出された正常受精卵は、採取元となる雌個体による差はあるものの、高率に胚盤胞へ発生することも確認できた。また、一倍体については、精子による受精のない単純な単為発生誘導によって雌性のみの一倍体が作出できる。

そこで、まず単為発生誘起によって雌性ゲノムで構成される二倍体単為発生卵を作成したところ、胚盤胞への発生が確認され、さらにそこからES様細胞の樹立にも成功した。これは二倍体ではあるものの、雌性ゲノムのみによって構成されていることから、一倍体ES細胞の樹立の可能性を示す結果を得た。次に、顕微受精卵の発生初期に形成された雌雄前核の内の雄性側を顕微操作で除核した一倍体卵を作出し、体外培養した。その結果、胚盤胞への発生を確認することができたが、大きな胞胚腔を形成した拡張胚盤胞に成長することなく発生を停止した。ES細胞の樹立には至らなかったものの、一倍体卵の胚盤胞への発生が確認できたことは、今後の更なる成果向上につながる結果であると考えられた。一倍体ES細胞は遺伝子改変動物の作出に貢献できると考えられることから、当センターで維持されているカニクイザルを使用し、その樹立に関して検討した。FSHおよびhCG、そして内在性ホルモン抑制剤の投与により卵胞発育の誘導後、卵を採取した。ヒアルロニダーゼ処理で卵丘細胞の除去後、極体を持つ成熟卵およびM I期卵からの成熟卵を実験に供試した。今期は雌性ゲノムのみを持つ一倍体卵の作出を次の方法で作製した。成熟卵を2 uMイオノマイシンに5分浸漬、続けて10 ug/mlサイクロヘキシマイドに5ー6時間浸漬することで人為的な活性化を誘導し、1前核2極体の形態を示す卵を一倍体卵とした。体外培養後、2個の胚盤胞への発生を確認した。これら胚盤胞は顕微授精後に雄性前核を除去することで作製した一倍体卵の貧弱な胚盤胞と異なり、通常の受精卵に似た形態に良好であることが観察された。ES細胞の樹立のために、これら胚盤胞から内部細胞塊部位(ICM)を注射針を使用して物理的に摘出し、受精卵由来ES細胞の樹立および培養と同様に20%KSRおよびFGF加Knockout DMEMを使用してマウス胎児繊維芽細胞上に播種した。その結果、1個の胚盤胞由来ICMから十分に進展した細胞塊が得られ、その継代後に受精卵由来のES細胞に似た形態を持つES様細胞を得ることに成功した。このES様細胞において、未分化マーカーであるOct-3、SSEA4およびTRA-2-54のタンパク質発現が免疫蛍光染色によって確認された。受精卵から作出した一倍体卵よりも活性化刺激により作出した一倍体卵で、質の良い胚盤胞の発生が確認でき、さらにそれから1個のES様細胞が樹立されたことは、雌性ゲノムのみを持つ一倍体卵の発生およびES細胞の樹立に関する精子の関与は低く、人為的な活性化処理が適していることが示唆された。一倍体雌核発生胚に由来するES様細胞の樹立に成功したものの、その安定した培養に手間取ったことなどがあり、十分な解析を進めることができなかった。また、一倍体卵の作製方法は確立できたものの、その発生が当初の予想に反して低率であることから、複数の一倍体ES細胞の樹立に至っていない。高い発生能を持つ一倍体の卵あるいは単為発生卵を作出するには、質の良い卵を作出することが重要となる。引き続き、メスへのホルモン投与方法(回数や間隔など)やhCG投与から採卵までの時間などの検討を継続し、当施設におけるカニクイザルのより良い採卵方法の確立を目指す。このようにして採取された成熟卵に対して顕微受精を行って作出した受精卵の発生能について確認するとともに、雌雄いずれかの一倍体ゲノムを持つ単為発生卵を作出する。単為発生卵の作出については、採取した成熟卵に対して直接単為発生誘起を行い、第二極体を放出させて、雌性一倍体を作製する。また、成熟卵の雌性ゲノムの除去後、精子を顕微注入することで雄性一倍体を作製する。あるいは、成熟卵に対して顕微授精を行い、雌性あるいは雄性前核の形成後にどちらかを除去することで、雌性あるいは雄性一倍体を作製する。
ヒト前頭前野の可塑的変化に基づく脳刺激の最適化と個別化

平成30年度は、うつ病患者計11名に対して、反復性経頭蓋磁気刺激法(rTMS)のRCTを実施して、その前後で頭部MRI、DTI、脳波のデータを縦断的に取得した。rTMSの総セッション数は、220セッションで、安全性に関しては一過性の頭皮痛(刺激痛)が23.2%(51件)認められた。同意撤回者や脱落者はいなかった。安全性情報に関しては、脳プロ・DecNef安全性検討委員会に定期報告を行い、外部委員の判断も含めて、安全性に問題のないことを確認することができた。刺激プロトコールとしては、iTBS(間歇性シータバースト刺激)やQPS(反復単相性4連発磁気刺激法)といった新規性の高い刺激プロトコールを安全に実施することができた。RCTのため、安全性以外の情報(有効性や認知機能変化や脳画像情報)の解析は本年度は実施困難な状況にある。11症例に対して、計220セッションの反復性経頭蓋磁気刺激法(rTMS)を実施することが出来て、縦断的なMRIデータ、脳波データも蓄積することができており、概ね順調な進捗と判断した。・rTMS実施にかかるマンパワーを強化して、実施枠を拡大する。・RCTであるが、ある程度の症例が蓄積された段階で、予備的解析を実施する。・解析のための方法論を確立する。平成29年度は、うつ病患者計7名に対して、反復性経頭蓋磁気刺激法(rTMS)のRCTを実施して、その前後で頭部MRI、DTI、脳波のデータを縦断的に取得した。rTMSの総セッション数は、127セッションで、安全性に関しては一過性の頭皮痛(刺激痛)が25.2%認められた。7名中、1名は研究クール途中で、同意撤回して脱落となった。刺激プロトコールとしては、新規性の高い、iTBS(間歇性シータバースト刺激)やQPS(反復単相性4連発磁気刺激法)を安全に実施することができた。7症例に対して、計127セッションの反復性経頭蓋磁気刺激法(rTMS)を実施することが出来て、縦断的なMRIデータ、脳波データも蓄積することができており、概ね順調な進捗と判断した。・研究リクルート用のウェブサイトを充実させて、被験者リクルートを促進する。平成29年度に購入予定であったTMS用キャップ型脳波電極セット(WaveGuard 64ch CA-118)を購入する必要性がなくなった点が大きな理由である。平成30年度の使用計画としては、空冷式TMS刺激コイルセットの購入を予定している。平成30年度に購入予定であった空冷式TMS刺激コイルセットを購入する必要性がなくなった点が大きな理由である。令和元年度の使用計画としては、上記の空冷式TMS刺激コイルセットの購入を予定している。
学習ポートフォリオシステムのログデータ評価方法論の提案

本研究の目的は,学習ポートフォリオシステム(以下PFシステム)に蓄積されたログデータを,大学生の授業内外の学びを包括的に促進するための手がかりとして活用する方法論を提案することである.近年では個々の学習者を中心として授業外の学びも一連の学びとして評価することで学習の形成的評価やキャリア教育につなげようとする試みが盛んである.そこで本研究では,大学での授業と日常生活が,大学生の学習目標を設定し達成度を記録する場としてのPFシステムでどのように関連付けられているかを評価することとした.本研究では2つの分析を行った.1つ目は,大学生がPFシステムに書き込んだ学習目標と書き込み場所の関連性についての調査である.静岡大学情報学部生のうち特にPFシステムの利用が多かった1年生約200名のデータを主に分析した結果,学外の場所で記載された学習目標はボランティアやアルバイトといった大学外での生活に関係しており,授業関係の学習目標の多くは大学内にて書き込まれていた.2つ目は, PFシステムの大学内外での利用における事例分析である. PFシステムを恒常的に利用している就職活動中の大学生1名に対して1週間のPFシステム利用目的・回数等を尋ねるインタビューを行った.その結果, PFシステムへの書き込みは閲覧者からの反応が得られる場合に活発になり,就職活動中は企業が閲覧・評価者としての役目を果たしていたことがわかった.以上より,大学内外での大学生の学び・生活を一連の学びとしてPFシステムにまとめるには, (1)相互に閲覧し刺激し合うコミュニティをPFシステム上に用意すること,(2)大学外からもPFシステムに書き込みを行うよう動機づけること,が重要だと言える.逆に言えば,これら条件を満たすことが, PFシステムに有意味なログデータを蓄積する上で必要不可欠だと考えられるため,いかに大学生の日常にPFシステムを組み込むかの工夫が急がれていると言える.本研究の目的は,学習ポートフォリオシステム(以下PFシステム)に蓄積されたログデータを,大学生の授業内外の学びを包括的に促進するための手がかりとして活用する方法論を提案することである.近年では個々の学習者を中心として授業外の学びも一連の学びとして評価することで学習の形成的評価やキャリア教育につなげようとする試みが盛んである.そこで本研究では,大学での授業と日常生活が,大学生の学習目標を設定し達成度を記録する場としてのPFシステムでどのように関連付けられているかを評価することとした.本研究では2つの分析を行った.1つ目は,大学生がPFシステムに書き込んだ学習目標と書き込み場所の関連性についての調査である.静岡大学情報学部生のうち特にPFシステムの利用が多かった1年生約200名のデータを主に分析した結果,学外の場所で記載された学習目標はボランティアやアルバイトといった大学外での生活に関係しており,授業関係の学習目標の多くは大学内にて書き込まれていた.2つ目は, PFシステムの大学内外での利用における事例分析である. PFシステムを恒常的に利用している就職活動中の大学生1名に対して1週間のPFシステム利用目的・回数等を尋ねるインタビューを行った.その結果, PFシステムへの書き込みは閲覧者からの反応が得られる場合に活発になり,就職活動中は企業が閲覧・評価者としての役目を果たしていたことがわかった.以上より,大学内外での大学生の学び・生活を一連の学びとしてPFシステムにまとめるには, (1)相互に閲覧し刺激し合うコミュニティをPFシステム上に用意すること,(2)大学外からもPFシステムに書き込みを行うよう動機づけること,が重要だと言える.逆に言えば,これら条件を満たすことが, PFシステムに有意味なログデータを蓄積する上で必要不可欠だと考えられるため,いかに大学生の日常にPFシステムを組み込むかの工夫が急がれていると言える.
大強度パルス中性子によるミリ秒オーダー構造観測技術の開発と蓄電池研究への応用

大強度陽子加速器施設/物質生命科学実験施設(J-PARC/MLF)の中性子回折装置を利用して、リチウムイオン電池に関する研究を行うためのミリ秒オーダー構造観測技術及び中性子回折実験用充放電in situセルの開発を行った。また、中性子回折データから電池部材中のリチウムイオン伝導経路を視覚化するための新たな解析手法や中性子準弾性散乱によるリチウムイオンの動的挙動観測を行った。本研究の目的は、大強度陽子加速器施設/物質生命科学実験施設(J-PARC/MLF、東海村)に設置されている中性子回折装置を利用して、40ms毎に発生する大強度パルス中性子の特徴を活かしたミリ秒オーダー時分割構造観測技術の開発を行い、蓄電池研究(例えば、正極材や固体電解質中のリチウム位置の時間変化)等へ応用することである。中性子は、物質中の軽元素(水素やリチウム)の位置(構造)や動的挙動(ダイナミクス)の観測に優れていることから、本研究で開発したミリ秒オーダー時分割構造観測技術とダイナミクス観測を併用することで、電池反応等の軽元素に関連する非平衡状態の解明が期待される。平成25年度は、J-PARCハドロン実験施設事故の影響により中性子回折実験を行うことが出来なかった。そのため、全固体セル(「LiCoO2|電解質(主に、Li2S-P2S5系超イオン伝導体)|Li(もしくはIn)」)の製作および充放電特性試験を行うと共に、充放電時中性子回折実験用蓄電池セル(単セル)の製作を進めた。また、作製した全固体セルの電池反応による構造変化を事前に確認するため、充放電時X線回折実験システムを構築した。一方、解析技術については、リバースモンテカルロ(RMC)モデリングとBond Valence Sum(BVS)解析を組み合わせた新しいリチウムイオン可動経路の視覚化技術を完成させた。この技術は、結晶/非晶質の両方に適用することが可能である。これにより、正極活物質や固体電解質中のリチウムイオンの位置および可動範囲を明らかにすることが出来るようになった。本研究の目的は、大強度陽子加速器施設/物質生命科学実験施設(J-PARC/MLF、東海村)に設置されている中性子回折装置を利用して、40ms毎に発生する大強度パルス中性子の特徴を活かしたミリ秒オーダー時分割構造観測技術の開発を行い、蓄電池研究(例えば、正極材や固体電解質中のリチウム位置の時間変化の観測)等へ応用することである。中性子は、物質中の軽元素(水素やリチウム)の位置(構造)や動的挙動(ダイナミクス)の観測に優れていることから、本研究で開発したミリ秒オーダー時分割構造観測技術とダイナミクス観測を併用することで、リチウムイオン電池の電池反応のような軽元素に関連する非平衡状態の解明が期待される。平成24年度は、J-PARC/MLFの中性子回折装置に対して、ミリ秒オーダー時分割構造観測を行うための中性子検出器を設置し、中性子データ積算システムを構築した。また、標準試料を用いて中性子回折データを取得し、各検出器の性能評価(回折強度および装置分解能、等)を行った。同時に、充放電時中性子回折実験の実現に向けて、予備実験用の充放電実験環境を整備した。さらに今後、ミリ秒オーダー時分割構造観測技術によって得られた中性子回折データから軽元素に関する構造情報を抽出するため、これに関する予備実験を実施した。具体的には、リチウムイオン伝導体(Li2S-P2S5系およびLi-La-Ti-O系)を作製し、中性子回折実験を行い、リバースモンテカルロ(RMC)モデリングによる3次元構造およびリチウムイオン分布の観測技術を確立した。本研究の目的は、大強度陽子加速器施設/物質生命科学実験施設(J-PARC/MLF、東海村)に設置されている中性子回折装置群を利用し、40ms毎に発生する大強度パルス中性子の特徴を活かしたミリ秒オーダー時分割構造観測技術の開発を行い、蓄電池研究(例えば、正極材や固体電解質中のリチウム位置の時間変化)等へ応用することである。中性子は、物質中の軽元素(水素、リチウムおよび酸素)の位置(構造)や動的挙動(ダイナミクス)の観測に優れていることから、本研究で開発したミリ秒オーダー時分割構造観測技術とダイナミクス観測を併用することで、電池反応等の軽元素に関連する非平衡状態の解明が期待される。平成26年度(最終年度)は、全固体セル(「Li|Li7P3S11準安定結晶|In」)を構築し、J-PARC/MLFの中性子回折装置を利用して充放下での中性子回折実験を実施した。また、本研究で開発したリバースモンテカルロモデリングとBond Valence Sum解析を組み合わせたリチウムイオン伝導経路視覚化技術(RMC&BVS解析)を利用し、歪んだ結晶やガラス物質でのリチウムイオン伝導経路の視覚化に成功した。その結果、RMC&BVS解析から求められたリチウムイオンの動きやすさを示すパラメーターの組成変化と電気伝導度測定から得られた活性化エネルギーの組成変化が一致し、構造と物性との接点を示すことに成功した。さらに、中性子準弾性散乱実験から得られたリチウムイオンのジャンプ距離がイオン伝導経路における安定サイト間距離と一致し、構造とダイナミクスとの接点を示すことにも成功した。

材料物性、中性子回折平成24年度にJ-PARC/MLFの中性子回折装置に対して中性子検出器を設置し、中性子データ積算システムを構築したことで、ミリ秒オーダー時分割構造観測を実施するための準備がすでに整備されている。昨年度(平成25年度)はJ-PARCハドロン実験施設事故の影響により中性子回折実験を行うことが出来なかったが、平成26年2月よりJ-PARC/MLF施設が再稼働したので、本年度(平成26年度)の中性子回折実験については実施可能となった。また、充放電時中性子回折実験用蓄電池セルの製作も順調に進んでおり、近日中に中性子回折実験を実施する予定である。また、RMCモデリングとBVS解析を組み合わせた新しいリチウムイオン可動経路の視覚化技術が完成したので、ミリ秒オーダー時分割構造観測によって中性子回折データを取得することで、直ちに詳細な構造解析を行うことができる。尚、新規蓄電池材料の物質探索については、メカニカルアロイング法等による試料作製、交流インピーダンス測定(電気伝導度測定)および新しく構築した充放電時X線回折実験システムを使用して、現在も継続中である。J-PARC/MLFの中性子回折装置に対して中性子検出器を設置し、中性子データ積算システムを構築したことで、ミリ秒オーダー時分割構造観測を実施するための準備が整った。また、標準試料による中性子回折データから、装置分解能も設計通りであることが確認できた。さらに、予備実験用の充放電実験環境を整備したことで、充放電時中性子回折実験用の蓄電池セルの評価を行うことが可能となった。構造解析環境については、リバースモンテカルロ(RMC)モデリングによってリチウムイオン伝導体(Li2S-P2S5系およびLi-La-Ti-O系)の3次元構造およびリチウムイオン分布を視覚化することに成功したので、これによりミリ秒オーダー時分割構造観測によって取得した中性子回折データを解析するための構造解析環境が整った。尚、新規蓄電池材料の物質探索については、メカニカルアロイング法等による試料作製、交流インピーダンス測定およびX線回折実験を現在も継続して行っている。本年度の推進方策は、以下の通りである。(1)充放電時中性子回折実験用蓄電池セルを用いたミリ秒オーダー時分割構造観測の実施・・・充放電時中性子回折実験用蓄電池セルを使用してミリ秒オーダー時分割構造観測を行う。例えば、全固体セル(「LiCoO2|電解質(主に、Li2S-P2S5系超イオン伝導体)|Li(もしくはIn)」)を対象とし、正極活物質および固体電解質の構造変化について調べる。(2)新規蓄電池材料の探索および構造・電気伝導度の評価(継続)・・・平成25年度と同様、継続して物質探索および評価を行う。(3)リチウムイオンのダイナミクス観測・・・リチウムイオンの動的挙動について調べる。中性子準弾性散乱実験を計画中である。これにより、構造とダイナミクスの関係を明らかにし、電池反応に関する知見を得る。(4)本研究で開発したミリ秒オーダー時分割構造観測技術を様々な機能性材料にも適用し、これらの非平衡状態について明らかにする。(1)充放電時中性子回折実験用蓄電池セルの作製およびミリ秒オーダー時分割構造観測の予備実験・・・
鉱物・岩石組織より解読する石質文化財の情報

これまでに確立した測定条件により文化財資料を解析し,素材となっている岩石鉱物の種類の同定ならびに組織情報の解読をおこなった。主な解析の対象は珪質素材の試料ならびに安山岩質石材とした。測定には,ラマン分光法ならびにCL法,光学顕微鏡などを用いた。また,組織観察には,ラマン分光法をはじめとして,走査型電子顕微鏡(SEM)による組成分布の分析,電子線後方散乱回折分析(EBSD)による結晶方位の解析,粉末X線懐回折法による鉱物種類の同定をおこなった。これらの中で,もっとも有効的な手段として取り組んだのは,ラマン分光法によるマッピング解析である。組織情報を得るためにラマンスペクトルの試料表面での二次元情報収集し解析した。これらの情報と,光学顕微鏡ならびにSEM観察の結果とを対比した。ラマン分光測定によって得られた情報によって珪質素材試料の構成鉱物を同定することができた。さらに,マッピング解析により光学顕微鏡や電子顕微鏡観察に対応した情報を得られ,これにより岩石の同定に結びつけることができるようになった。また,各ラマンスペクトルはピークの位置や幅などに試料毎に特徴をもち,これはその石材の産地を特定する重要な手がかりとなる。珪質石材に用いられている岩石は非常に多様な組織をもち,構成鉱物の粒径や方位分布,結晶内に含まれる包有物の種類なども産地特定に結びつく情報である。文化財資料の原材料産地の同定のための,岩石鉱物組織のデータベースの構築を試みた。文化財資料と岩石測定結果を比較する際,ラマンスペクトルや化学組成を基本として検索することはできたが,二次元マップなどの組織の一致を判断することは容易ではなく,今後これらの比較方法を検討する必要がある。本研究により得られた新たな知見も国内外の学会にて発表した。本研究と関連する一部は論文としても公開したこの研究では,珪質材料を用いた文化財を非破壊分析法によって鉱物組織を観察し,天然の試料との比較により,その原石の産地を特定し,さらに加工技術などを推測することを目的としている。本年度では研究の最初のステップとして,分析に用いる非破壊分析法の一つとしてラマン分光法での解析手法を確立を目指し実験ならびに解析をおこなった。文化財に用いられている珪質物質のこれまでの記載を調べたところ,使用されている原石としてはメノウや碧玉,頁岩などが多い。まずは,これらの原石試料を分析し,測定時のレーザー照射による試料へのダメージを調べた。レーザー波長ならびに出力条件を変えて様々な測定条件において,レーザーを照射し,測定痕をについて光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡をもちいて検証したた。ほとんどすべての測定条件において天然試料では分析によるダメージは認められなかった。また,測定中の試料スペクトルの変化も認められなかった。そして,これらの分析により,試料中に含まれる鉱物種類の同定ならびに組織解読に必要なスペクトルを得るためのラマンスペクトルの測定条件を決定した。研究の第二ステップとしては,文化財にもちいられた珪質物質の特定するために,様々な産地の試料についてのデータベースを確立するための基礎分析をおこなった。まずは,東北各地のメノウ産地にて産状を観察するとともに測定試料を採取した。採取した試料について薄片を作成し,内部組織を観察するとともに,その組織に対応するラマンスペクトルついて測定した。各試料の特徴ならびに産地ごとの違いを捉えることができた。現在そのデータの解析を行い,各産地ごとの特徴について解析をおこなっている。試料の測定に関しては計画通りに遂行し,測定条件などを確立することができた。分析方法ならびに分析結果は計画時に予想された結果が得られており,研究は順調に進んでいる。また,野外調査での試料採集も計画通りおこない,多くの分析試料を得ることができている。また,東北大学総合学術博物館収蔵試料を活用することにより多くの試料について分析が可能となった。このことにより研究を遂行するうえで十分な分析試料を用意することができている。各産地から得られた試料を詳細かつ多様性を検証するために扱う試料数が増加し,分析の前準備である薄片作成など実験準備に時間を費やしている。このため,電子顕微鏡による観察の進捗が少し遅れている。前年度に確立した測定条件により文化財資料を解析し,素材となっている岩石鉱物の種類の同定を試みた。主な解析の対象としては珪質素材の試料とした。測定には,ラマン分光法ならびにCL法,可視光分光器付き蛍光光学顕微鏡,光学顕微鏡などを用いた。これらの解析の結果,同定に必要な組織解読の測定項目としてラマン分光法は重要な結晶学的な情報を与え,構成する微細鉱物の鑑定ならびに特徴付けに役立つことが明らかとなった。ラマン分光法による岩石鉱物の同定結果の検証は,電子線プローブ微小部分析法を用いた化学的情報ならびに粉末X線懐回折装法による結晶学的解析により行った。さらに同定された岩石については種類ならびに組織の多様性ならびに産地ごとの固有な特徴について調査した。また,文化財の解析で同定された岩石鉱物と同種類・同組織の試料を様々な産地で採取し,これについても測定をおこなった。これにより産地ごとの岩石鉱物の組織の違いを認めることができ,岩石鉱物の採集時の地質調査で得られた産状と鉱物組織とを関連つけることができた。この解析を展開していけば,岩石鉱物の組織から原石産地を特定できる手段となることが検証できた。原石産地の特定に必要な,各分析方法による測定項目を決定した。そして,産地が特定されている出雲地方の瑪瑙関係資料などを調査し,この測定項目によって,鉱物組織の解読と対比できるか検証した。

文化財資料の原材料産地の同定のための,岩石鉱物組織のデータベースの構築を始めた。珪質素材を優先して必要項目のデータを取得している。文化財の解析で同定された岩石鉱物と同種類・同組織の試料を様々な産地で採取し測定を行った。採取試料はすべて研磨薄片を作成し,光学顕微鏡による鉱物同定ならびに組織観察,電子線プローブ微小部分析法による組成分析,X線回折法による結晶評価を行い,後ラマン分光分析やCL観察に施した。昨年度の研究により,原材料産地の同定を行うための試料を採取するため,精力的に野外調査をおこなった。この調査による支出が多くなり,全体における野外調査の割合が増加している。これは研究を進行上必要な計画変更であり,結果的により多くの知見が得られており,本研究の目的を達成する上で有効な計画変更である。組織解析は,この年度でほぼ予定通り遂行できており,これまで得られた結果は研究仮説を裏付けるものである。また,本研究により得られた新たな知見も国内外の学会にて発表できるまで進展しており,本研究と関連する一部は学会にて発表し,論文としても公開した。以上のことから研究の目的に対して,調査並びに実験はおおむね順調に進展していると判断した。これまでに確立した測定条件により文化財資料を解析し,素材となっている岩石鉱物の種類の同定ならびに組織情報の解読をおこなった。主な解析の対象は珪質素材の試料ならびに安山岩質石材とした。測定には,ラマン分光法ならびにCL法,光学顕微鏡などを用いた。また,組織観察には,ラマン分光法をはじめとして,走査型電子顕微鏡(SEM)による組成分布の分析,電子線後方散乱回折分析(EBSD)による結晶方位の解析,粉末X線懐回折法による鉱物種類の同定をおこなった。これらの中で,もっとも有効的な手段として取り組んだのは,ラマン分光法によるマッピング解析である。組織情報を得るためにラマンスペクトルの試料表面での二次元情報収集し解析した。これらの情報と,光学顕微鏡ならびにSEM観察の結果とを対比した。ラマン分光測定によって得られた情報によって珪質素材試料の構成鉱物を同定することができた。さらに,マッピング解析により光学顕微鏡や電子顕微鏡観察に対応した情報を得られ,これにより岩石の同定に結びつけることができるようになった。また,各ラマンスペクトルはピークの位置や幅などに試料毎に特徴をもち,これはその石材の産地を特定する重要な手がかりとなる。珪質石材に用いられている岩石は非常に多様な組織をもち,構成鉱物の粒径や方位分布,結晶内に含まれる包有物の種類なども産地特定に結びつく情報である。文化財資料の原材料産地の同定のための,岩石鉱物組織のデータベースの構築を試みた。文化財資料と岩石測定結果を比較する際,ラマンスペクトルや化学組成を基本として検索することはできたが,二次元マップなどの組織の一致を判断することは容易ではなく,今後これらの比較方法を検討する必要がある。本研究により得られた新たな知見も国内外の学会にて発表した。
バルクナノへテロ構造を有する酸化物熱電変換材料の開発

バルクn型酸化物熱電材料として現時点で最も有望なZnOをバルク母相として、多元素複合ドープによるナノサイズ第二相の析出、形態を制御した金属ナノ粒子の分散などの方法で様々なナノへテロ界面を導入した。複合させるドーパントの種類によって全く異なるナノへテロ構造が得られ、その電子・フォノン散乱機構も大きく異なること、従って、ドーパントの組み合わせによって複数のフォノン散乱機構を増強できる可能性を示した。また、金属ナノ粒子のバルク内分散によってもフォノンの選択散乱増強の可能性が示唆され、ナノへテロ構造の導入による酸化物熱電変換材料の性能向上へ向けた新たな指針が得られた。GaまたはCuとAlを複合ドープしたZnOを合成し、微細構造と熱電特性の関係を詳細に検討した。Al2%、Al2%Ga2%ドープ試料について、大気雰囲気下にて導電率σおよびゼーベック係数Sの100から1000°Cまでのサイクル測定を行った結果、初回昇温時にσは低下、Sの絶対値は増大したが、その後の熱サイクルではσとSの変動は見られず、初回1000°Cまでの昇温で定常状態に達することがわかった。初回1000°Cまでの昇温により試料中の酸素欠損が減少し、電子濃度が低下したためと考えられる。一方、熱伝導率κについては、1000°Cまでの熱サイクルによって増大が認められ、この傾向はAl2%Ga2%ドープ試料で顕著であった。高分解能SEMによる微細構造観察から、Al2%Ga2%ドープ試料中には、第二相由来の異方性の高い平板状の構造が多数生成していることを見出した。AlとGaの複合ドープによって熱拡散率が60%以上も低減されるのは、これが原因と考えられる。1000°C以上の高温で第二相が消失していくと同時に試料が粒成長し、試料内部のこの微細な異方性構造が減少するため、他の試料に比べて熱拡散率が大きく増大するのではないかと考えられる。上限温度900°Cまでのサイクル熱処理では、熱拡散率の増大はほぼ見られず、900°Cまでの温度条件では、電気的、熱的性能ともに安定であると考えられる。本年度は、まずZnOをバルク母相としてAlとGaの複合ドープにより自発的に生成する第二相による熱電特性の変調機構を調べるために、焼結体の微細構造を詳細に検討した。SEM/EBSD測定により、AlドープZnOとGa1%共ドープ試料はZnO相とスピネル相で構成されていたが、Ga2%共ドープ試料とGa3%共ドープ試料ではこれら2相の結晶構造とは異なる直線的な形態をもつ結晶粒が観察された。この相はGaのドープ量が多いGa3%試料の方が明らかに多く存在していることやXRD測定の結果から、Ga由来のホモロガス相ではないかと考えられる。またGaのドープ量が増えるにつれてZnO相の粒径は顕著に減少しており、粒界量はGa4%試料が最も多くなった。Gaドープ量の増加に伴うZnO相の粒径の著しい減少と粒界の増加、さらにスピネル類似相やGa由来のホモロガス相の生成が併発することにより、フォノン散乱が著しく増強されたものと考えられる。一方、金属や半導体のナノ粒子やナノ構造体を複合したZnO焼結体の合成と物性評価について、液相前駆体法によるAg/ZnO焼結体の合成や、ZnO@TiNコアシェル構造ナノ粒子の合成と焼結体の合成に着手した。前者については金属Agナノ粒子の分散による顕著な導電率の向上が見られた。後者についてはTiO2被覆ZnOナノ粒子の合成に成功しており、今後TiO2シェルの窒化によりZnO@TiNコアシェル構造ナノ粒子が得られると期待される。平成27年度に予定していた研究計画のうち、複合ドープしたZnOの微細構造と熱電特性については、ほぼ当初の予定どおり進行・達成されている。その一方で、研究分担者を追加したことにより、TiN被覆ZnOナノ粒子の合成と焼結など、当初の研究計画を超える方向への展開が進行している。GaとAlを共ドープしたZnO焼結体について、SEM/EBSDを用いて生成結晶相とその結晶子径について詳細に検討したところ、Gaドープ量の増加に伴って、ZnOとは結晶構造の異なる第二相が生成し、同時にZnO母相の結晶子径が著しく減少していることを見出した。結果として、共ドープした試料は100nmオーダーの微細なZnO結晶子と第二相結晶子がナノレベルで複合した複雑な微細構造を有しており、Ga共ドープによる大幅な熱伝導率の低減は、自発的に生成したこのバルクナノへテロ構造に起因することが強く示唆された。一方、CuとAlを共ドープしたZnO試料では、Ga共ドープ試料よりさらに顕著な熱伝導率の低減が観測されたが、SEM/EBSDによる微細構造解析の結果、Ga共ドープ試料で見られたような結晶子径の顕著な現象は認められず、その代わりに数100nmオーダーの微細気孔が生成していることがわかった。この細孔の生成理由は明らかではないが、Cu共ドープ試料における熱伝導率の低減機構は、Ga共ドープ試料とは全く異なると考えられる。Cu共ドープ試料では、Cuドープ量の増加に対応してキャリア濃度が大きく低下しており、CuがZnO母相からAlを脱ドープしているものと考えられる。

Alドープ量を増加させることにより、キャリア濃度をある程度補償することができたが、ZT値としてはGa共ドープ試料の0.65には至らなかった。今後、ZnOへのドーパント種を適切に選択することにより、バルクナノへテロ構造を適切に作り分けることができると考えられ、キャリア濃度やナノへテロ構造の最適化により、n型酸化物熱電変換材料として一層の性能向上が可能と考えられる。バルクn型酸化物熱電材料として現時点で最も有望なZnOをバルク母相として、多元素複合ドープによるナノサイズ第二相の析出、形態を制御した金属ナノ粒子の分散などの方法で様々なナノへテロ界面を導入した。複合させるドーパントの種類によって全く異なるナノへテロ構造が得られ、その電子・フォノン散乱機構も大きく異なること、従って、ドーパントの組み合わせによって複数のフォノン散乱機構を増強できる可能性を示した。また、金属ナノ粒子のバルク内分散によってもフォノンの選択散乱増強の可能性が示唆され、ナノへテロ構造の導入による酸化物熱電変換材料の性能向上へ向けた新たな指針が得られた。平成26年度に予定していた研究計画のうち、複合ドープしたZnOの微細構造と熱電特性については、ほぼ当初の予定どおり進行・達成されているが、結晶構造解析とフォノンの散乱機構については、若干の遅れが見られる。研究室が平成26年5月に研究室が別の建物に全面移転した影響もあり、第2年度には遅れは解消に向かうと予想される。1)複合ドープZnOの微細構造と熱電特性について、Ga共ドープZnO試料中に生成する第2相の詳細を明らかにするため、高分解能TEMによる構造解析を行う。また、バルク試料の音速測定によりフォノン平均自由行程を求め、フォノン散乱機構を解析する。2)Ga共ドープの効果とその機構について得られた知見を元に、劇的な熱伝導率低減が観測されているCu共ドープZnOについて、SEM/EBSDによる微細構造観察と高分解能TEMによる粒界構造の解析を行う。3)金属ー半導体界面や半導体-半導体界面といった種々のナノへテロ界面の影響を検討するために、金属や半導体のナノ構造体を複合したZnO焼結体の合成と物性評価について、液相前駆体法によるAg/ZnO焼結体の合成と熱電特性の解析を進める。特に金属Ag粒子の複合化による導電率の増大とフォノン散乱の増強が併発する条件を明らかにし、格子熱伝導率を抑制しつつ導電率を向上する材料設計指針を構築する。4)さらに、ZnO@TiO2コアシェル構造ナノ粒子のTiO2シェルを窒化することによりZnO@TiNコアシェル構造ナノ粒子を合成し、焼結体合成時の拡散防止による粒成長の抑制と粒界構造の変調による、フォノンの選択的散乱と熱電能の増大を検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。無機材料化学、工業物理化学1)金属ー半導体界面や半導体-半導体界面といった種々のナノへテロ界面を有するZnO試料を、ZnOへの金属・半導体ナノ粒子の添加によって合成し、ナノへテロ界面の影響を検討する。ヘテロ界面の制御として、バンドギャップやフェルミエネルギーの異なるナノ粒子を種々検討する。2)研究経費の削減により、平成27年度に予定していた定常比較法による熱伝導率測定装置および低温ゼーベック係数測定装置の製作は不可能になったため、フォノン散乱因子とエネルギーフィルタリング効果の測定は断念する。3)ナノヘテロ構造における母相との界面構造の詳細について、高分解能透過型電子顕微鏡観察などを行い、フォノンと電子の選択的散乱機構に関する情報を得る。