hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
浅層反射法地震探査を用いた2014年神城断層地震時のネットでの変位量分布

上部地殻で発生する地震を評価するためには,過去の地震の痕跡である活断層から推定することが有効であるため,地表における地震の痕跡と実際の地震との関連性を明らかにする必要があり,地表地震断層が出現した地震は数少ない機会となる.そこで,本研究は地表地震断層の地表での変位が調べられている2014年11月22日に長野県北部白馬村を震源とした地震(Mw 6.2)に伴い出現した地表地震断層の地下数10 mにおける断層の形状および地質構造を高解像度でイメージングすることを目的とした極浅層S波反射法地震探査を実施した.本探査は,2017年11月および2018年11月に長野県白馬村内の地表地震断層を横切る6測線(塩島測線・大出北測線・大出南測線・ウイング21測線・飯森測線・堀之内測線)において実施した.震源にはGEOSYM社製の可搬型S波スィープ震源ELVISを用いた.スイープ周波数は20120 Hz,スィープ長は10秒である.受振には96チャンネルのSHジオフォンを装備したランドストリーマー(固有周波数14 Hz)を使用した.発震点間隔は1 m(ウイング21測線のみ発震点間隔2 m),受振点間隔は50 cmとした.また,探鉱器にはGeoMetrix社製のGEODEを使用し,サンプリング間隔を1 msecとして観測を行った.一般的な共通反射点重合法による解析の暫定的な結果では、地表近傍から最大で深度100 mまでの断層の規模・形状および地質構造をイメージングすることができた.明らかになった断層の位置と形状から,ネット量での変位量の分布は地表地震断層調査結果とは異なり,出現範囲の中央部で相対的に大きくなった.しかし、変位分布は二つのピークがあることは変わらない.また,これまで確認されておらず,2014年の地震時にも活動していない伏在逆断層の存在も明らかにすることができた.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。活断層の地下の運動と地表の変位量を比較しその関係を明らかにすることは、変動地形から過去に発生した地震を予測するうえで重要となる。一般に地表地震断層の変位量は横ずれ量と縦ずれ量を計測することができるが、実のすべり量を知るためには断層の傾斜が必要となる。そこで本研究では、2014年11月22日に長野県北部白馬村を震源とした地震(Mw 6.2)いわゆる神城断層地震で出現した地震断層を横切る極浅層反射法地震探査によって地下数10メールにおける断層の形状を明らかにすることを試みた。本探査は,2017年11月3日から10日にかけて地表地震断層を横切る4測線(塩島測線・大出北測線・大出南測線・ウイング21測線)において実施した。いずれも北流する姫川の西側に位置する概ね東西方向の測線で,西側が相対的に低下している北北東ー南南西走向の地表地震断層を横切っている。また、調査地域は姫川と東流する2本の姫川の支流(北部:松川,南部:大楢川)の河成段丘堆積物に覆われている。震源にはGEOSYM社製の可搬型スィープ震源Elvis Seismic VibratorをS波モードとして使用し、2080 Hzの周波数帯で10秒間のスィープによりSH波を発震した。受振には96チャンネルのSHジオフォンを装備したランドストリーマーを使用した。発震点間隔は1または2m,受振点間隔は50cmとした。探鉱器にはGeoMetrix社製のGEODEを使用し、サンプリング間隔を1msecとして観測を行った。現在解析中であるため暫定的な結果であるが、大出測線の解析の結果,S波速度を0.3 km/sと仮定しNMO補正後にCMP重合を行ったところ,測線の西端から50 m付近の地表面から深度50 m付近まで東に傾斜する断層を追跡することができた。機材の稼働率などが不明で、実際の探査に必要な時間に不安があったが、おおむね目標とした測線で探査を実施することができている。上部地殻で発生する地震を評価するためには,過去の地震の痕跡である活断層から推定することが有効であるため,地表における地震の痕跡と実際の地震との関連性を明らかにする必要があり,地表地震断層が出現した地震は数少ない機会となる.そこで,本研究は地表地震断層の地表での変位が調べられている2014年11月22日に長野県北部白馬村を震源とした地震(Mw 6.2)に伴い出現した地表地震断層の地下数10 mにおける断層の形状および地質構造を高解像度でイメージングすることを目的とした極浅層S波反射法地震探査を実施した.本探査は,2017年11月および2018年11月に長野県白馬村内の地表地震断層を横切る6測線(塩島測線・大出北測線・大出南測線・ウイング21測線・飯森測線・堀之内測線)において実施した.震源にはGEOSYM社製の可搬型S波スィープ震源ELVISを用いた.スイープ周波数は20120 Hz,スィープ長は10秒である.

受振には96チャンネルのSHジオフォンを装備したランドストリーマー(固有周波数14 Hz)を使用した.発震点間隔は1 m(ウイング21測線のみ発震点間隔2 m),受振点間隔は50 cmとした.また,探鉱器にはGeoMetrix社製のGEODEを使用し,サンプリング間隔を1 msecとして観測を行った.一般的な共通反射点重合法による解析の暫定的な結果では、地表近傍から最大で深度100 mまでの断層の規模・形状および地質構造をイメージングすることができた.明らかになった断層の位置と形状から,ネット量での変位量の分布は地表地震断層調査結果とは異なり,出現範囲の中央部で相対的に大きくなった.しかし、変位分布は二つのピークがあることは変わらない.また,これまで確認されておらず,2014年の地震時にも活動していない伏在逆断層の存在も明らかにすることができた.本年度も引き続き、昨年度にできなかった測線で探査を実施するとともに、今回変位がみられなかった地域でも断層形状を明らかにする予定である。ただし、未舗装の区間もあり、探査手法を再検討するあるが、ランドストリーマ方式から固定展開に変更するなどして対処する予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
静電場・超音波ハイブリット浮遊法を用いた非接触無容器プロセス制御技術の開発

複数の超音波振動子から構成される対向型超音波フェーズドアレイと対向型円筒形静電電極を直角に配置した静電場・超音波ハイブリッド浮遊システムの成立性を確認するために試作装置を作製し、静電浮遊と超音波浮遊のそれぞれの装置における浮遊特性を確認した.また,無容器プロセス技術の実現に向け,マッハツェンダー干渉計やステレオPIV計測,LIF法を用いることにより流動構造と蒸発挙動の相関を解明し,超音波フェーズドアレイシステムと静電浮遊システムを用いた液滴の搬送・合体・混合などの浮遊液滴の非接触制御を実現した.本技術は独創的で新しい熱流体プロセス技術へつながる成果である.異なる流体を混合・撹拌し、濃縮・反応・相分離させた後に、混合流体を蒸発・乾燥させるなどのプロセスは、創薬などの医学バイオ分野ならびに化学分析分野などにおいて不可欠のものである。しかしながら、超高純度の微量成分を取り扱おうとする場合、反応や相分離のために用いる溶媒の容器壁への付着や不純物の残留の問題が顕在化しており、容器を必要としない非接触での熱流体プロセス制御技術の実現が切望されている。本研究では、静電場・超音波ハイブリット浮遊法を用いた非接触無容器プロセス制御技術を開発することを目的とする。今年度は、浮遊制御システムの設計製作を行い、静電浮遊ならびに超音波浮遊による液滴浮遊特性を把握するための実験的知見を収集した。液滴の非接触マニピュレーションを実現するために、超音波フェーズドアレイを用いた音響浮遊システムを開発した。超音波フェーズドアレイを用いて発生させた集束超音波の進行波を反射板で反射させることで、反射板付近に局所的な定在波を形成する。この定在波の節の位置に液滴を配置し、液滴を音響放射力により空中に浮遊させることに成功した。さらに、集束超音波の焦点位置を水平方向に移動させることで、定在波の移動を追従するようにして定在波中に捕捉された液滴を移動させることができた。また、音波の収束点を高速で切り替えることにより2つの焦点を形成し、複数の液滴を同時に浮遊させることに成功した。また、形成した2つの焦点を近付けることにより、複数液滴を同時にマニピュレーションして合体させることに成功した。静電浮遊法と組み合わせるための準備として、液滴の帯電および外部電界が、液滴の形状と合体挙動に与える影響を調べたところ、静電気力は本実験体系での液滴の合体挙動へ与える影響は無視できるほど小さいことが示唆された。音場浮遊法において、揮発性の有無による流動構造の比較を行った結果、飽和蒸気圧が高くなるに従って界面近傍に生じる循環渦の大きさは小さくなり、液滴の上下方向へ流出する外部流動は、水平方向に流出する流れに遷移した。内部流動は飽和蒸気圧が高くなるにつれて、剛体回転に近い流れ、トロイダル状の渦を伴う流れ、3次元的な流れを含む複雑流へと遷移した。このように、浮遊液滴の流体の飽和蒸気圧によって浮遊液滴内・外部流動の構造が遷移することが明らかとなった。また、マッハツェンダー干渉計によるデジタルホログラフィシステムを導入し、干渉縞の画像処理手法を構築することで、非接触密度分布計測を実現した。その結果、飽和蒸気圧が高い液滴を浮遊させた場合において、周囲気相濃度が高くなっていることが明らかとなった。また、ストークス層の厚さは周囲濃度の影響を受けて変化することから、ストークス層の存在が液滴内・外部の流動構造に影響を与えていることが示された。静電浮遊法において、回転座標系における回転する液滴の運動量保存式から粘性係数測定式を再構築することで測定式を修正すると共に、液滴の回転分裂実験により液滴形状の詳細計測と内部流動の可視化を行い、測定式の適用可能範囲を検討することで、粘性係数測の測定誤差を10 [%]以下まで減少させることに成功した。また、振幅変調させた集束超音波で浮遊液滴に高次のモード振動を誘起することにより、液滴の表面張力を20 %以下の精度で測定することができた。以上の実験的知見は、工学的・工業的に新たなブレイクスルーをもたらす可能性のある独創的で新しい非接触熱流体プロセス技術へと繋がるものである。異なる流体を混合・撹拌し、濃縮・反応・相分離させた後に、混合流体を蒸発・乾燥させるなどのプロセスは、創薬などの医学バイオ分野ならびに化学分析分野などにおいて不可欠のものである。しかしながら、超高純度の微量成分を取り扱おうとする場合、溶媒の容器壁への付着や不純物の残留の問題の顕在化が指摘されており、非接触での熱流体プロセス制御技術の実現が切望されている。本研究では、超音波浮遊法と静電浮遊法をハイブリッドに用いることで、非接触無容器でのプロセス制御技術の実現を目指している。今年度は、昨年度に設計・製作した浮遊制御システムを運用し、液体の浮遊制御実験を行って、浮遊液滴の合体・混合・撹拌・分離がどのように行われるかについての実験的知見を収集した。さらに、蒸発挙動と内外部流動が共存する浮遊液滴の浮遊安定性ならびに界面輸送特性を評価するための手法を構築した。液滴の非接触マニピュレーションの実現を目指し、超音波フェーズドアレイを用いた音響浮遊システムを開発した。音場制御により任意の位置に2つの局所定在波を形成し、複数の液滴の同時浮遊が実現された。さらに、2つの定在波を水平方向に移動させることで、定在波中に捕捉された液滴を移動させ、非接触で合体させる事に成功した。

また、音波に振幅変調を施すことで合体後の液滴に対して高次のモード振動を誘起させ、液滴を非接触で高効率に混合する手法実現した。また、非線形音響効果による複雑現象を最小化可能である微小重力環境を用いて、流体マニピュレーションのキーとなる要素技術の開発や液滴に生じる物理現象を解明することを目的とし、航空機を用いた短時間微小重力実験を行った。その結果、微小重力環境において、2つの液滴を同時に浮遊させることに成功し、さらには、液滴を非接触で合体させることに成功した。これにより、液滴の非接触制御技術の更なる開発に有効となる技術が構築された。平成28年度は、音場による液滴の浮遊制御実験を行って、揮発性を有する浮遊液滴の合体・撹拌・混合・分離がどのように行われるかについての実験情報を取得し、多成分流体における静電浮遊液滴の界面変形および分裂挙動に関する実験的知見を収集する計画であった。それに対し、液滴の蒸発挙動と内外部流動の相関に関する実験情報を取得するために、ステレオPIVならびにマッハツェンダー干渉計による計測体系を構築した。飽和蒸気圧の異なる試料に対してステレオPIVを実施し、3次元的な速度場を計測した結果から、音場浮遊液滴の内部流動は揮発性や液滴径に依存して流動構造が遷移することが明らかとなった。さらに、マッハツェンダー干渉計を導入し、非接触密度分布計測を実施した結果、液滴周囲に存在する揮発成分が液滴内・外部の流動構造に影響を与えていることが示された。静電浮遊法においては、多成分の静電浮遊液滴の内部流動に関する実験情報を取得した。静電浮遊した液滴に対してPIV計測を行った結果、単成分液滴では流動が生じない一方で、多成分液滴では液滴内部に複雑な流動場が生じることが明らかとなった。また、超音波フェーズドアレイを用いた音響浮遊システムにより、液滴の搬送・合体を実現したのに加えて、液滴に界面振動を誘起することで、液滴の混合効率が向上することを明らかとした。さらに、当初計画には含まれていなかった、短時間微小重力実験を実施し、微小重力下での液滴の浮遊・搬送・合体に成功した。これにより、液滴に生じる物理解明のために理想的な実験環境である微小重力環境での実験を可能とするシステムが構築された。以上の結果は、浮遊液滴の蒸発過程における非線形でダイナミックな流動挙動の影響について、解析的に定量評価する手法を確立するものであり、多成分液滴の合体・混合・分離などのプロセス制御を実現するための極めて重要な知見を与えるものである。異なる流体を混合・撹拌し、濃縮・反応・相分離させた後に、混合流体を蒸発・乾燥させるなどのプロセスは、創薬などの医学バイオ分野ならびに化学分析分野などにおいて不可欠なものである。しかしながら、超高純度の微量成分を取り扱おうとする場合、溶媒の容器壁への付着や不純物の残留の問題の顕在化が指摘されており、非接触での熱流体プロセス制御技術の実現が切望されている。本研究では、超音波浮遊法と静電浮遊法をハイブリッドに用いることで、非接触無容器でのプロセス制御技術の実現を目指している。最終年度は、静電場・超音波ハイブリッド液滴浮遊システムを実現するために必要となる装置用件ならびに最適条件の同定を行い、多成分液滴の合体・混合・分離などのプロセス制御の実現を目指した。液滴の非接触マニピュレーションの実現を目指し、新たに対向型超音波フェーズドアレイを用いた音響浮遊システムを開発した。さらに液滴自動注入装置を開発した。
破壊予測・防止法に基づく次世代脳神経外科手術サポートシステム

開発した破壊に関する事前知識なしで破壊を予測・防止する方法論を,脳神経外科手術へと応用・発展させ,次世代の医療サポートシステムを実現することを目的に,平成30年度では,以下の事案を実施した.対象は,術野を確保するために行われる,正常脳組織の圧排作業とした.1.圧排力を検出可能な脳神経外科手術用レトラクタの高度化を行った.前年度で開発した,圧排力検出システムに,破壊予測検知機能を統合させた,破壊危険度予測可能で危険度が高い場合に自動で停止するレトラクタシステムを開発した.(1)既存のレトラクタに圧力測定機能を付加できる.(2)使い捨て可能であり,電気配線を用いない.(3)感知可能な圧力範囲は0.010.0kPaであり、分解能は0.1kPa未満である.(4)組織との接触は感知部を介して行われ、均一な接触圧が組織に加えられる.以上のような特徴をもつセンサシステムに,自動で破壊の兆候を検知し,自動で破壊しないように圧排力をコントロールするシステムを統合させたシステムを実現した.破壊の兆候や危険度を,光弾性法を用いて定量評価することで,危険度予測法の妥当性を検証した.脳組織を模擬した材料にてシステムの妥当性を評価した.ゼラチン,豆腐や紙風船などの壊れやすい物体を壊さずに圧排できることを確かめた.また,ブタなどの実際の脳組織にての検証も実施した.2.血管を含む組織をつかんだ場合,脈動を検知することで,その血管の存在を検知するシステムを開発した.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。開発した破壊に関する事前知識なしで破壊を予測・防止する方法論を,脳神経外科手術へと応用・発展させ,次世代の医療サポートシステムを実現することを目的に,平成28年度では,以下の事案を実施した.1.圧排力を検出可能な脳神経外科手術用レトラクタを開発した.脳神経外科手術では術野が狭いこともあり,吸引器をレトラクタ代わりにすることも多い.これを踏まえ,圧排力をセンシングできるだけでなく,吸引機能,レトラクティング機能を有する新しい機器として開発を行った.吸引管の先に取り付け可能なシリコーン製レトラクタを作り,そのシリコーン製レトラクタに力センシング機能を付加した.力検出部に柔らかいシリコーンを設け,そのたわみをもとにそのたわみを拡大することで圧排力を検出する機構となっている.2.破壊予測法の高度化:柔らかい対象を非圧縮性流体を内包した指にて圧縮・破壊する実験を実施し,その際の圧力挙動を解析し,これまでよりも早い段階で破壊の危険性を予知できる方法を開発した.3.光量の違いから変位を推定し,力と合わせて組織の剛性を計測できるセンシングシステムを開発した.4.術者の指先への力フィードバックシステムの開発を検討し,その一歩目として,指先腹に保持力をフィードバックしている際,指先の側面に引張力を提示することが可能かどうかを検証した.検証の結果,腹より側面の方に提示する方が感度が高くなることが分かった.当初目標であった,レトラクティングシステムの開発ができたため.また,様々な関連知見を得ることができ,破壊予測の高度化が実現できたため.開発した破壊に関する事前知識なしで破壊を予測・防止する方法論を,脳神経外科手術へと応用・発展させ,次世代の医療サポートシステムを実現することを目的に,平成29年度では,以下の事案を実施した.1.圧排力を検出可能な脳神経外科手術用レトラクタの高度化を行った.脳神経外科手術では術野が狭いこともあり,吸引器をレトラクタ代わりにすることも多い.これを踏まえ,前年度開発した,圧排力をセンシングできるだけでなく,吸引機能,レトラクティング機能を有する新しい機器を高度化させた.具体的には,水位検出機構を採用したうえで,センシング部の機構解析を行うことで,センシング部の薄型を実現した.また,圧排力を自動で制御できるシステムを開発した.破壊予測検知と組み合わせることで,自動で破壊しないように圧排力をコントロールすることが可能となった.2.破壊予測法の分析:前年度では,圧力挙動から早期に破壊の危険性を予知できる手法を開発したが,その機序が不明であった.このため,破壊の様子を分析し,その機序の一部を明らかにした.3.前年度において,指先腹に保持力をフィードバックしている際,指先の側面に引張力を提示することが可能かどうかを検証し,腹より側面の方に提示する方が感度が高くなることを明らかにした.これに基づき,術者の指先へ力フィードバックできるシステムの開発を行った.4.圧排接触部における摩擦挙動が濡れた状態と乾いた状態でどう変わるかの分析を行った.破壊予測における機序が一部とは言え,明らかになったこと,また,様々な関連知見を得ることができため.開発した破壊に関する事前知識なしで破壊を予測・防止する方法論を,脳神経外科手術へと応用・発展させ,次世代の医療サポートシステムを実現することを目的に,平成30年度では,以下の事案を実施した.対象は,術野を確保するために行われる,正常脳組織の圧排作業とした.1.圧排力を検出可能な脳神経外科手術用レトラクタの高度化を行った.前年度で開発した,圧排力検出システムに,破壊予測検知機能を統合させた,破壊危険度予測可能で危険度が高い場合に自動で停止するレトラクタシステムを開発した.(1)既存のレトラクタに圧力測定機能を付加できる.(2)使い捨て可能であり,電気配線を用いない.

(3)感知可能な圧力範囲は0.010.0kPaであり、分解能は0.1kPa未満である.(4)組織との接触は感知部を介して行われ、均一な接触圧が組織に加えられる.以上のような特徴をもつセンサシステムに,自動で破壊の兆候を検知し,自動で破壊しないように圧排力をコントロールするシステムを統合させたシステムを実現した.破壊の兆候や危険度を,光弾性法を用いて定量評価することで,危険度予測法の妥当性を検証した.脳組織を模擬した材料にてシステムの妥当性を評価した.ゼラチン,豆腐や紙風船などの壊れやすい物体を壊さずに圧排できることを確かめた.また,ブタなどの実際の脳組織にての検証も実施した.2.血管を含む組織をつかんだ場合,脈動を検知することで,その血管の存在を検知するシステムを開発した.平成29年度は,模擬手術環境と,術野のリトラクティング(組織を押す・引っ張る)兼センシングを行うリトラクティングシステムを改良・高度化し,単一ではなく複数の素材から構成される複雑な組織をリトラクティングする際の破壊し易さを判定する方法の開発に挑む.様々な素材から構成される模擬材料から模擬組織を作成する.その組織を圧排する際の圧排圧力と圧排量をセンシングする.様々な組織に対して実施し,データを収集する.得られたデータをもとに,機械学習などの情報理論に基づく方法論を適用して,破壊の兆候や破壊し易さなどを推定する方法論の確立に挑む.平成30年度は,模擬手術環境と,術野のリトラクティング(組織を押す・引っ張る)兼センシングを行うリトラクティングシステムを改良・高度化し,自動で,破壊を防ぎながら適切な圧排力を提供できるシステムに昇華させる.また,実組織に近い組織をリトラクティングする際の破壊し易さを判定する方法の開発に挑む.特に,血管に着目し,圧排によって出血が起こらないようなシステム実現を目指す.実組織におけるシステムの妥当性についても検討する.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
二次電池用リチウム貯蔵合金の創製とガスデポジション法を用いる新規電極作製法の開発

金属間化合物はリチウム二次電池の代替負極材料として有望であるが,これを実用化するには充放電サイクル安定性の乏しさを改善する必要がある.我々が注目してきたMg_2Geにも同様の問題がある.この問題は電極の作製方法を工夫することで解決できると考え,ガスデポジション(GD)法に着目し,この手法を用いて銅箔上にMg_2Geを形成させた電極を作製した.この電極の負極特性を,特に高率充放電性に着目して評価した.Mg_2Ge-GD膜(膜厚35μm)電極の第一サイクルにおける充放電曲線より,この電極の充放電プロファイルおよび容量可逆性はバルク状電極(Mg_2Ge粉末を銅網に圧着して作製)のそれとほぼ一致しており,両者の電極反応に違いがないことがわかった.他方,サイクル数の増加に伴う放電容量維持率の変化を見てみると,GD膜電極は200サイクル後においても第一サイクルの約35%の維持率を示し,バルク状電極と比較して著しいサイクル特性の改善が認められた.また,高率充放電性を評価したところ,この電極は13Ag^<-1>の非常に高い電流密度での充放電が可能であることが示された.なお,得られたデータを基にエネルギー密度および出力密度を試算したところ,市販の電池と比較してエネルギー密度ではやや劣るものの出力密度においては格段に優れていることがわかった.さらに,Mg_2Geに機械的にリチウムを添加した試料(Li_xMg_2Ge)を原料としてGD法を行うことにより,初期容量可逆性と安定性の両方に優れたサイクル特性を有する厚膜電極の作製を試みた.リチウム添加量を変えた種々の試料を用いて作製した厚膜電極について充放電測定を行ったところ,バルク状電極の場合とは異なり,リチウムを添加しても初期容量可逆性に顕著な改善は認められなかった.これは製膜時のいずれかの過程で試料が酸化したためと思われる.特にリチウム濃度の高い試料においては,充電曲線に副反応の生起を示す異常が現れていることからもそのことが支持される.そこで,合金粉末をエアロゾル化する際のキャリアガスの純度をより高純度なものに変えてLi添加電極の充放電試験を行った.その結果,放電容量が増大し容量可逆性の向上が認められた.このように,酸化をある程度抑止することができることが示された.一方,GD法により作製したLi添加Mg_2Ge膜電極のサイクル数に伴う放電容量の変化を調べたところ,リチウムを添加することによりその性能を一層向上させることに成功した.金属間化合物はリチウム二次電池の代替負極材料として有望であるが,これを実用化するには充放電サイクル安定性の乏しさを改善する必要がある.我々が注目してきたMg_2Geにも同様の問題がある.この問題は電極の作製方法を工夫することで解決できると考え,ガスデポジション(GD)法に着目し,この手法を用いて銅箔上にMg_2Geを形成させた電極を作製した.この電極の負極特性を,特に高率充放電性に着目して評価した.Mg_2Ge-GD膜(膜厚35μm)電極の第一サイクルにおける充放電曲線より,この電極の充放電プロファイルおよび容量可逆性はバルク状電極(Mg_2Ge粉末を銅網に圧着して作製)のそれとほぼ一致しており,両者の電極反応に違いがないことがわかった.他方,サイクル数の増加に伴う放電容量維持率の変化を見てみると,GD膜電極は200サイクル後においても第一サイクルの約35%の維持率を示し,バルク状電極と比較して著しいサイクル特性の改善が認められた.また,高率充放電性を評価したところ,この電極は13Ag^<-1>の非常に高い電流密度での充放電が可能であることが示された.なお,得られたデータを基にエネルギー密度および出力密度を試算したところ,市販の電池と比較してエネルギー密度ではやや劣るものの出力密度においては格段に優れていることがわかった.さらに,Mg_2Geに機械的にリチウムを添加した試料(Li_xMg_2Ge)を原料としてGD法を行うことにより,初期容量可逆性と安定性の両方に優れたサイクル特性を有する厚膜電極の作製を試みた.リチウム添加量を変えた種々の試料を用いて作製した厚膜電極について充放電測定を行ったところ,バルク状電極の場合とは異なり,リチウムを添加しても初期容量可逆性に顕著な改善は認められなかった.これは製膜時のいずれかの過程で試料が酸化したためと思われる.特にリチウム濃度の高い試料においては,充電曲線に副反応の生起を示す異常が現れていることからもそのことが支持される.そこで,合金粉末をエアロゾル化する際のキャリアガスの純度をより高純度なものに変えてLi添加電極の充放電試験を行った.その結果,放電容量が増大し容量可逆性の向上が認められた.このように,酸化をある程度抑止することができることが示された.一方,GD法により作製したLi添加Mg_2Ge膜電極のサイクル数に伴う放電容量の変化を調べたところ,リチウムを添加することによりその性能を一層向上させることに成功した.金属間化合物はリチウム二次電池の代替負極材料として有望であるが,これを実用化するには充放電サイクル安定性の乏しさを改善する必要がある.われわれが注目してきたMg_2Geにも同様の問題がある.

この問題は電極の作製方法を工夫することで解決できると考えた.活物質粒子同士や粒子と集電体とを強固に結着させることが期待できるガスデポジション(GD)法に着目し,この手法を用いて銅箔上にMg_2Geを形成させた電極を作製した.この電極の負極特性を,特に高率充放電性に着目して評価した.減圧したチャンバー内に設置したCu箔基板上にGD法によりMg_2Ge厚膜を析出させた.このとき,ArガスとMg_2Ge粉末とを導管中でエアロゾル化させノズルから噴出させた.充放電試験は,三極式セルを用いて行った.試験極にはMg_2Ge-GD膜を使用し,対極および参照極にはLi板を,電解液には1MLiClO_4/PCを用いた.電位幅は対リチウム参照極電位0.0052.0Vとした.Mg_2Ge-GD膜(膜厚35μm)電極の第一サイクルにおける充放電曲線より,この電極の充放電プロファイルおよび容量可逆性はバルク状電極(Mg_2Ge粉末を銅網に圧着して作製)のそれとほぼ一致しており,両者の電極反応に違いがないことがわかった.他方,サイクル数の増加に伴う放電容量維持率の変化を見てみると,GD膜電極は200サイクル後においても第一サイクルの約35%の維持率を示し,バルク状電極と比較して著しいサイクル特性の改善が認められた.また,高率充放電性を評価したところ,この電極は13 A g^<-1>の非常に高い電流密度での充放電が可能であることが示された.なお,得られたデータを基にエネルギー密度および出力密度を試算したところ,市販の電池と比較してエネルギー密度ではやや劣るものの出力密度においては格段に優れていることがわかった.リチウム二次電池の負極には現状では炭素系材料が用いられているが,次世代材料として金属間化合物が有望視されている.これまでにわれわれはMg_2Geに着目し,その充放電容量が炭素材料を超えることを見出してきた.また,活物質にあらかじめ機械的にリチウムを添加しておくことで初期不可逆容量の問題を改善できることも示した.しかしながら,これらの電極には,充放電サイクル安定性が乏しいという合金系電極特有の問題が残されている.そこで,活物質粒子同士や粒子と集電体とを強固に結着させることが期待できる「ガスデポジション(GD)法」を電極作製方法として新たに採用した.本研究では,Mg_2Geにこれに機械的にリチウムを添加した試料(Li_xMg_2Ge)を原料としてGD法を行うことにより,初期容量可逆性と安定性の両方に優れたサイクル特性を有する厚膜電極の作製を試みた.リチウム添加量を変えた種々の試料を用いて作製した厚膜電極について充放電測定を行ったところ,以前に検討されたバルク電極(試料粉末を銅網に圧着)の場合とは異なり,リチウムを添加しても初期容量可逆性に顕著な改善は認められなかった.これは製膜時のいずれかの過程で試料が酸化したためと思われる.特にリチウム濃度の高い試料においては,充電曲線に副反応の生起を示す異常が現れていることからもそのことが支持される.そこで,合金粉末をエアロゾル化する際のキャリアガスの純度をより高純度なものに変えてLi添加電極の充放電試験を行った.その結果,充電時の異常な挙動が消滅し,また放電容量の増大が認められた.このように,酸化をある程度抑止することができることが示された.一方,GD法により作製したLi添加Mg_2Ge膜電極のサイクル数に伴う放電容量の変化を調べたところ,GD膜電極はリチウム未添加の場合においても優れたサイクル安定性を有していたが,リチウムを添加することによりその性能を一層向上させることに成功した.
スーパーコンピュータを用いた建築骨組の高精度大規模非線形構造解析に関する研究

1.鉄骨骨組の高精度非線形解析法の開発:鋼材の応力-ひずみ関係の仮定をもとに弾塑性座屈まで解析し得る骨組解析プログラムである.大型計算機の利用を前提に開発した鉄骨骨組の弾塑性有限変位理論に基づいたプログラムをスーパーコンピュータのマトリックス演算機能を最大限に有効利用し得るように改良し,さらにせん断変形を考慮できるようにした.2.鉄筋コンクリート骨組の高精度非線形解析法の開発:鉄筋およびコンクリートの応力-ひずみ関係,鉄筋とコンクリートの間の付着応力とすべりの関係,接合部パネルの変形,鉄筋の抜け出し等を考慮した弾塑性解析法を開発した.ひずみ軟化を考慮した場合,分割要素法によると解は要素の大きさに左右されるため,コンクリートの応力-ひずみ関係において圧縮ひずみが増加する限りにおいては応力解除が生じないようにし,ひずみ軟化を直接的には扱わない方法を用いた.3.鉄骨鉄筋コンクリート骨組の高精度非線形解析法の開発:上記1.2.の理論をもとに鉄骨鉄筋コンクリート骨組の弾塑性解析法を開発した.特に鉄骨とコンクリートの間のすべりを考慮することができ,鉄骨と鉄筋コンクリートの応力分担を評価できるところに特徴がある.4.不安定構造物の解析法の開発:非線形構造解析を行う際に剛性方程式の解が不能あるいは不定になることがよくある.このような問題に対し,近似解を一つの解として設定することにより非線形構造解析を続行させる方法,および材料非線形問題を扱う際に生じる不釣り合い力を載荷経路を制御することにより合理的に解除する方法を開発した.5.骨組解析を主目的に行ったが,建築構造の重要な構成要素である板殻についても数理展開上明解な有限要素法の開発を行った.1.鉄骨骨組の高精度非線形解析法の開発:鋼材の応力-ひずみ関係の仮定をもとに弾塑性座屈まで解析し得る骨組解析プログラムである.大型計算機の利用を前提に開発した鉄骨骨組の弾塑性有限変位理論に基づいたプログラムをスーパーコンピュータのマトリックス演算機能を最大限に有効利用し得るように改良し,さらにせん断変形を考慮できるようにした.2.鉄筋コンクリート骨組の高精度非線形解析法の開発:鉄筋およびコンクリートの応力-ひずみ関係,鉄筋とコンクリートの間の付着応力とすべりの関係,接合部パネルの変形,鉄筋の抜け出し等を考慮した弾塑性解析法を開発した.ひずみ軟化を考慮した場合,分割要素法によると解は要素の大きさに左右されるため,コンクリートの応力-ひずみ関係において圧縮ひずみが増加する限りにおいては応力解除が生じないようにし,ひずみ軟化を直接的には扱わない方法を用いた.3.鉄骨鉄筋コンクリート骨組の高精度非線形解析法の開発:上記1.2.の理論をもとに鉄骨鉄筋コンクリート骨組の弾塑性解析法を開発した.特に鉄骨とコンクリートの間のすべりを考慮することができ,鉄骨と鉄筋コンクリートの応力分担を評価できるところに特徴がある.4.不安定構造物の解析法の開発:非線形構造解析を行う際に剛性方程式の解が不能あるいは不定になることがよくある.このような問題に対し,近似解を一つの解として設定することにより非線形構造解析を続行させる方法,および材料非線形問題を扱う際に生じる不釣り合い力を載荷経路を制御することにより合理的に解除する方法を開発した.5.骨組解析を主目的に行ったが,建築構造の重要な構成要素である板殻についても数理展開上明解な有限要素法の開発を行った.1.鉄骨骨組の高精度非線形解析法の開発:鋼材の応力一歪関係の仮定をもとに弾塑性座屈まで解析し得る骨組解析プログラムである。現在通常用いられている大型計算機の利用を前提に開発した鉄骨骨組の弾塑性有限変位理論に基づいたプログラムをスーパーコンピュータのマトリックス演算機能を最大限に有効利用し得るように改良し、さらにせん断変形も考慮できるようにした。2.鉄筋コンクリート骨組の高精度非線形解析法の開発:鉄筋およびコンクリートの応力一歪関係、鉄筋とコンクリートの間のせん断力とすべりの関係接合パネルの変形、鉄筋のぬけ出し等を考慮した弾塑性解析法を開発した。しかし本解析法はいわゆる分割はり法によっているため、コンクリートが歪軟化にはいると塑性域の局所化が生じることがわかり、この問題点の解決に努力を注いでいる。3.鉄骨鉄筋コンクリート骨組の高精度非線形解析法の開発:上記1.2の理論をもとに鉄骨鉄筋コンクリート骨組の弾塑性解析法を開発した。特に鉄骨とコンクリートの間のすべりを考慮でき、鉄骨と鉄筋コンクリートの応力分担を評価できるところに特徴がある。4.トラスモデルに基づいたコンクリートの遂次破壊解折:コンクリートの破壊は局所的なひび割れが広がって生じ、そのひび割れはある部分の引張力がある耐力を越えた時に生じると考え、コンクリートを軸力のみを考慮する立体トラスに置換した。コンクリートのひび割れはトラス要素の引張による切断と考えた。またコンクリートの非連続性、非均一性はトラス要素の引張強度および節点配置の乱数の影響を加味することにより表現した。この新しいモデルにより、歪軟化域まで解析し得る可能性があることがわかった。
暴力と人間存在の関わりについての理論的および実証的な全体研究

暴力と人間存在の関わりを理論的・実証的に明らかにしようとする本研究は、メンバー各自の研究と発表、内外の先端的研究者の講演など(合計19回)をつうじて研究交流を進め、以下の成果を得た。第一に、暴力が家庭・教育・社会・倫理・法・政治・文化・歴史的な背景との関係で多様に現象してくる様が具体的に示された。第二に、音楽や庭園のような一見暴力的と思われない芸術領域における暴力が露呈された。第三に、暴力を単に外部から描いたり考察したりするよりも深く内的に引き受ける思想のあり方が示された。これら個々の成果とともに全体的な成果として、以下のことが明らかにされた。暴力は、攻撃欲動のような人間の広義での心理的な事柄から生じると考えられることが多いが、しかし、本来的には、それを含んで「人間が(自然・文化・社会のなかで)存在する」ということ全体から生じる。この「人間」と「存在」とのあいだにある種の対立関係(と贈与関係)があり、これを根源としつつ、暴力は人間を媒介として現象する。「人間」は「存在する」かぎり、暴力の「媒体」として機能し、その暴力を人間と他の人間(他者)との関わりのなかで増幅する。こうして眼前に現われた暴力は、しかし、時に暴力の本質を覆い隠す。その隠れる本質を現象させようとするのが、暴力への別の「関わり」としての暴力論である。このことから、「存在」との、そして「他者」との(不調和で非対称的な)対立関係のなかにある「人間」が、しかしまた「媒体」でもあるがゆえに、暴力の現象に内的な責任をもつ仕方で暴力との関わりを立て直す-いわばドイツ語のumstelllen-可能性をもつことも示された。ひとつは、暴力へのある種の「抵抗」-Widerstand-としてその「本質」を暴きつづけること、もうひとつは「助」-Beistand-という言葉が暗示する「力」の可能性を探ることである。科研費採択初年度の2005年度は、4度の講演会と3度の研究会を中心に研究成果が蓄積された。本年度は、研究の基礎的作業が行なわれ、埋もれがちな暴力現象を多方面から発掘することに重点が置かれた。4月にNam-In Leeソウル大学教授による「批判的合理性と文化的伝統の問題」、6月に内海健帝京大学医学部助教授による「狂気の起源-統合失調症と近代」、10月にMartin Jay教授とCatherine Gallagher教授(カリフォルニア大学バークレー校)によって「恩寵の場所にあらず-庭園にある暴力」と「他の世界から見た第二次世界大戦」、翌1月に再度、内海健助教授による「金閣焼亡に関する精神病理学的考察」の講演会が開かれ、活発な議論が展開された。また研究会として、年度はじめに研究計画に関わるミーティングが開かれ、7月に鳶野克己立命館大学文学部教授による「熱意の呪縛-教育的擬制における暴力」、11,月に福原浩之立命館大学文学部助教授による「否定的感情からの自由-心身相関セラピーからのアプローチ」の研究発表がなされた。以上をつうじて、本年度の研究目標である暴力の諸現象が-対話的合理性、代替歴史小説、庭園およびガーデニング、近代的病としての統合失調症、教育と心理といった、一見暴力的とは思われないそれぞれの領域から、ある意味で驚くべきことに-引き出されてきた。他方、これとともに、それらの現象の人間存在との関わりの問題(次年度以降の研究の重点となっていく)にもアクセスの道が(萌芽的ながら)徐々に拓かれてきた。

また、これら以外のメンバーの個人的研究についても、同様に着実に蓄積されている。その成果のうち、公刊されたものについては、「研究発表」に示されている。これらの成果は、その他のメンバーの研究とともに、当面個別に発表された。本年度は、「国内外の研究者との積極的な研究交流」を軸に据えて研究領域の拡大をはかり、同時に従来の研究の深化も進めた。軸となる研究展開として、先端的研究者を招き、研究交流を行なった。Terry Smith教授(ピッツバーグ大学)「9・11テロ事件後の建築:イメージ・エコノミーと同時代」、合田正人教授(明治大学)「「暴力と形而上学」を読む-レヴィナスとデリダー」、Hans Rainer Sepp博士(プラハ現象学研究センター)「贈与と暴力」、Cathrin Nielsen博士(オイゲン・フィンク・アルヒーフ)「どこから-どこで-どこへ。テレサ・マルゴレスの作品における死の病理学」、Hans Poser教授(ベルリン工科大学)「ライプニッツにおける三重の自由の問題」、三井徹名誉教授(金沢大学)「暴力と音楽」の講演会を開催した。プロジェクトメンバー内部でも、ウェルズ恵子教授<立命館大学>「恐怖を原動力とするアメリカ文化」、崎山正毅助教授(立命館大学)「「悪魔の楽園」への旅-あるいは、プトゥマヨ・スキャンダルにおける「真実」の政治学-」の研究会を開催した。これらは、暴力をめぐって建築、思想、身体、芸術、神、音楽、黒人文化、虐殺などを扱ったものであり、従来にない新たな、驚くべき、きわめて重要な知見をわれわれにもたらしてくれた。同時に、これらの講演会、研究会では、活発な討議によって研究メンバーに知見が共有され、洞察が深められた。本年度の研究をつうじて暴力現象の射程の広さがますます明らかになり、他方、それに応じて本研究の困難さが浮き彫りにもなってきた。メンバーの個別的な研究においても、その一部は別紙の業績となって示されたが、それとともに、右の研究状況に対応してそれぞれの資料や思索の蓄積がなされた。同時に、最終年度である来年度での研究の統合の重要性がさらに強く再認識された。暴力と人間存在の関わりを理論的・実証的に明らかにしようとする本研究は、メンバー各自の研究と発表、内外の先端的研究者の講演など(合計19回)をつうじて研究交流を進め、以下の成果を得た。第一に、暴力が家庭・教育・社会・倫理・法・政治・文化・歴史的な背景との関係で多様に現象してくる様が具体的に示された。第二に、音楽や庭園のような一見暴力的と思われない芸術領域における暴力が露呈された。第三に、暴力を単に外部から描いたり考察したりするよりも深く内的に引き受ける思想のあり方が示された。これら個々の成果とともに全体的な成果として、以下のことが明らかにされた。暴力は、攻撃欲動のような人間の広義での心理的な事柄から生じると考えられることが多いが、しかし、本来的には、それを含んで「人間が(自然・文化・社会のなかで)存在する」ということ全体から生じる。この「人間」と「存在」とのあいだにある種の対立関係(と贈与関係)があり、これを根源としつつ、暴力は人間を媒介として現象する。「人間」は「存在する」かぎり、暴力の「媒体」として機能し、その暴力を人間と他の人間(他者)との関わりのなかで増幅する。こうして眼前に現われた暴力は、しかし、時に暴力の本質を覆い隠す。その隠れる本質を現象させようとするのが、暴力への別の「関わり」としての暴力論である。
TAK1に着目した関節リウマチのさらなる病態解明と新規治療法開発への挑戦

関節リウマチの治療においては近年様々な生物学的製剤の臨床応用が進んでおり、治療成績は向上している。しかし、依然として炎症の制御が困難で重篤な骨破壊が生じる場合もあり、新たな治療戦略の登場が期待されている。本研究では、種々の炎症性シグナル伝達に重要な役割を担っているセリンスレオニンキナーゼであるTAK1の関節リウマチにおける役割を明らかにし、炎症と骨破壊双方を抑制できる新規治療法の開発を目的とする。本研究は、RAの病的環境形成におけるTAK1の役割と、TAK1経路を標的とした新規の機序による抗炎症・骨破壊制御法を動物モデルで実証し新規治療法の開発を目的としている。関節リウマチのモデルマウスであるCIAマウスを用いて検討を行ったところ、TAK1阻害剤はCIAマウスの炎症および骨破壊を顕著に抑制した。NLRP3インフラマソームは免疫応答の一つであり、その異常な活性化が関節リウマチの病態に関与することが近年報告されているが、NLRP3インフラマソームの活性化を抑制する手段は未だ確立されていない。しかし、TAK1阻害剤はin vitoroにおいてNLRP3インフラマソームの活性化およびIL-1βの分泌を抑制した。免疫組織学的解析において、CIAマウス膝関節の滑膜組織に存在するマクロファージにはNLRP3が高発現しており、血中のIL-1β発現も上昇していたが、TAK1阻害剤はNLRP3の発現抑制と血中IL-1β濃度を低下させた。さらに、IL-1βはCIAマウスより採取した滑膜線維芽細胞における破骨細胞分化に重要な因子であるRANKLの遺伝子発現を上昇させ、破骨前駆細胞との共培養で破骨細胞分化を誘導したが、TAK1阻害剤はIL-1βの滑膜線維芽細胞におけるシグナル伝達を抑制することでRANKLの発現上昇を抑制し、破骨細胞分化を阻害した。さらに、TAK1阻害剤は破骨前駆細胞におけるRANKLのシグナル伝達を遮断し、破骨細胞分化を直接抑制した。これらの結果より、TAK1阻害剤はNLRP3インフラマソームの活性化を阻害することでIL-1βの分泌を抑制することが可能であり、関節リウマチにおける炎症と骨破壊の双方を抑制できる、有効な治療戦略となり得ることが示唆された。本年度は、TAK1阻害剤が関節リウマチの動物モデルにおける炎症と骨破壊の双方を抑制することが明らかとなった。炎症抑制の機序として、病態への関与が示唆されているものの未だ有用な治療法が存在しないNLRP3インフラマソームに着目し、in vitroおよびin vivoにおいてTAK1阻害剤がその活性化やそれに伴うIL-1β分泌を抑制し得ることを見出した。さらに、TAK1阻害剤はIL-1βの滑膜線維芽細胞におけるシグナル伝達を抑制することこでRANKLの発現上昇を抑制し、破骨細胞分化を阻害すること、そして、TAK1阻害剤は破骨前駆細胞におけるRANKLのシグナル伝達を遮断し、破骨細胞分化を直接抑制することも明らかとなった。これら重要な所見が蓄積されてきており、当初の実験計画の通り実験が行えていることから、おおむね順調に進展していると思われる。本年度はNLRP3インフラマソームの活性化をin vitroで解析する際にTLR4のアゴニストであるLPSを用いたが、今後は実際に関節リウマチの病態下での発現が報告されているHMGB1などのファクターも用いて、TAK1阻害剤によるNLRP3インフラマソーム抑制の機序をより詳細に検討する。さらに、NLRP3インフラマソームの活性化と骨破壊との関係性において新たな知見を得るため、破骨細胞形成または活性化とNLRP3インフラマソームとの関わりを探索する。そして、TAK1阻害剤が既知の炎症増悪因子であるTNF-αやIL-6, IL-17などの発現およびシグナル伝達を抑制し得るかどうかの解析を加え、TAK1阻害剤が関節リウマチに対する新たな治療戦略となり得るかどうかの検討を続ける。

さらに、IL-1βはCIAマウスより採取した滑膜線維芽細胞における破骨細胞分化に重要な因子であるRANKLの遺伝子発現を上昇させ、破骨前駆細胞との共培養で破骨細胞分化を誘導したが、TAK1阻害剤はIL-1βの滑膜線維芽細胞におけるシグナル伝達を抑制することでRANKLの発現上昇を抑制し、破骨細胞分化を阻害した。さらに、TAK1阻害剤は破骨前駆細胞におけるRANKLのシグナル伝達を遮断し、破骨細胞分化を直接抑制した。これらの結果より、TAK1阻害剤はNLRP3インフラマソームの活性化を阻害することでIL-1βの分泌を抑制することが可能であり、関節リウマチにおける炎症と骨破壊の双方を抑制できる、有効な治療戦略となり得ることが示唆された。本年度は、TAK1阻害剤が関節リウマチの動物モデルにおける炎症と骨破壊の双方を抑制することが明らかとなった。炎症抑制の機序として、病態への関与が示唆されているものの未だ有用な治療法が存在しないNLRP3インフラマソームに着目し、in vitroおよびin vivoにおいてTAK1阻害剤がその活性化やそれに伴うIL-1β分泌を抑制し得ることを見出した。さらに、TAK1阻害剤はIL-1βの滑膜線維芽細胞におけるシグナル伝達を抑制することこでRANKLの発現上昇を抑制し、破骨細胞分化を阻害すること、そして、TAK1阻害剤は破骨前駆細胞におけるRANKLのシグナル伝達を遮断し、破骨細胞分化を直接抑制することも明らかとなった。これら重要な所見が蓄積されてきており、当初の実験計画の通り実験が行えていることから、おおむね順調に進展していると思われる。本年度はNLRP3インフラマソームの活性化をin vitroで解析する際にTLR4のアゴニストであるLPSを用いたが、今後は実際に関節リウマチの病態下での発現が報告されているHMGB1などのファクターも用いて、TAK1阻害剤によるNLRP3インフラマソーム抑制の機序をより詳細に検討する。さらに、NLRP3インフラマソームの活性化と骨破壊との関係性において新たな知見を得るため、破骨細胞形成または活性化とNLRP3インフラマソームとの関わりを探索する。そして、TAK1阻害剤が既知の炎症増悪因子であるTNF-αやIL-6, IL-17などの発現およびシグナル伝達を抑制し得るかどうかの解析を加え、TAK1阻害剤が関節リウマチに対する新たな治療戦略となり得るかどうかの検討を続ける。
広帯域に強い吸収を有する新規色素を用いた高効率色素増感太陽電池の開発

色素増感太陽電池の高効率化には、広帯域に強い吸収を示す新規増感色素の開発が有効である。その吸収をいかすためには、電荷分離効率の向上も重要であるが、電荷分離効率は酸化チタン上での色素の吸着構造に影響を受けるという報告がある。本研究は、拡張した共役系をもつエチニル連結ポルフィリントライマーの吸収特性に着目して進めており、今年度は電荷分離効率の改善に向けて、酸化チタン上での色素の吸着構造について調べた。具体的には、酸化チタンに対するトライマーの吸着方向の違いが電荷分離に与える影響について調べるため、分子の長軸方向に吸着アンカーをもつトライマーと短軸方向にそれをもつトライマーの2種類について比較をした。合成したトライマーについて、溶液中での特性を調べると共に、酸化チタンへの吸着挙動を比較検討した。さらに、色素増感太陽電池を作製し、その特性の色素吸着条件依存性、共吸着剤添加効果について調べることで、トライマーの吸着方向の影響を考察した。酸化チタンに対するトライマーの吸着特性は、色素溶液への酸化チタン電極の浸漬時間による吸収増加のしかたが異なり、吸着形態に差が生じていることが示唆された。太陽電池特性についても、長軸吸着のトライマーの外部量子効率は、短軸吸着のトライマーに比べて高い値を示した。分子軌道計算の結果、励起状態における吸着アンカーが結合している炭素の電子密度分布や、電子注入後の酸化状態における電荷分布などに違いがあることが示され、電子注入過程や電荷再結合過程に差が生じていることが示唆された。これらの検討の中で、長軸吸着のトライマーを用いたDSSCの外部量子効率は、近赤外光領域である840nmにおいて47%に達し、既報のポルフィリン系増感色素の中で最高値となった。このように性能面でもエチニル連結ポルフィリントライマーの発展可能性を示すことができた。色素増感太陽電池(DSSC)の高効率化には、広帯域に強い吸収を示す新規増感色素の開発が有効である。このため、色素の共役系拡張が検討されており、分子が巨大化する傾向にある。本研究では、巨大分子を用いたDSSCの特性について検討するため、エチニル連結ポルフィリントライマーに着目し、電荷分離効率の向上を目指している。本年度は、励起三重項状態を利用するエチニル連結ポルフィリントライマーとカルボキシル基の導入位置が異なるエチニル連結ポルフィリントライマーの2つについて検討した。前者に関しては、酸化チタン表面における電荷分離効率が色素の励起寿命の影響を受けるため、一重項よりも長寿命な励起三重項状態からの電子注入を行わせることを検討した。具体的には、重原子であるルテニウムを中心金属とし、軸配位子にカルボニルをもつエチニル連結ポルフィリントライマールテニウム錯体を合成した。その結果、励起三重項状態のエネルギーを高エネルギーにする必要があり、カルボニルよりもドナー性の高い軸配位子に変更するなどの検討が必要であることがわかった。後者に関しては、酸化チタンへの吸着アンカーとなるカルボキシル基の導入位置を変えることで、酸化チタン上での色素配向を制御でき、色素配向と電荷分離効率に関する新たな知見が見込めるためこうした分子を検討した。その結果、カルボキシル基の導入位置の違いによって酸化チタン上での吸収に変化が生じることがわかり、さらにこの結果を反映して外部量子効率の値にも差が生じることがわかった。さらに、分子内回転異性体に帰属される吸収ピーク形状の比較から、酸化チタン上ではカルボキシル基の導入位置よって回転異性体の比率が変化していることがわかった。以上の結果から電荷分離効率に色素の配向が寄与している可能性が示唆された。

本年度は、色素増感太陽電池の高効率化に向けて今後重要となる巨大分子の電荷分離効率向上を目的として新たなエチニル連結ポルフィリントライマーの合成に取り組んだ。その結果、励起三重項状態を利用した中心金属がルテニウムのトライマーと酸化チタンとの吸着アンカーとなるカルボキシル基の導入位置が異なるトライマーを新規に合成した。以上のことから、本年度計画していた目標を完了したと判断し上記の評価とした。次年度は、計画通り本年度合成した励起三重項状態を利用した中心金属がルテニウムのトライマーと酸化チタンとの吸着アンカーとなるカルボキシル基の導入位置が異なるトライマーの基礎物性(発光スペクトル、酸化還元電位、励起寿命)に加え、時間分解分光を用いて電子注入効率などを見積もり、高い電荷分離効率を示す巨大分子の色素構造の解明を目指す。