hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シングルサイト電極基板の創製およびPt単原子電極触媒の開発

しかしながら、Pt粒子担持シリカ触媒において、多孔質マイクロ電極を用いて紛体のまま電気化学測定を行ったところ、水素酸化反応が進行することがわかった。平成23年度、電極基板上にTi原子を含有したシリカ薄膜を作製し、その上にめっきによってPt粒子を担持することによってナノメートルサイズのPt粒子を有する電極触媒の調製に成功した。得られた電極触媒は、バルクのPtの性能には及ばないが、酸素還元性能を有することが見出されている。今後の展開として、より小さなPt粒子(目標はPt単原子)の作製を考えると、めっきする電位をより高電位かつめっき時間を少なくする方向で考えている。今回作製したPt粒子はSEMでは観察できず、高分解能を有するTEMを用いなければ、観察することができない。この点に関しては、申請時に提案した平成24年度の研究計画に基づき無電解めっき法を用いてPt粒子サイズのスケールアップを行うことによって、間接的にPt粒子のキャラクタリゼーションを行う方針である。一方、別のアプローチとして光還元法を用いて、Ti含有のシリカ粒子上にPt粒子を担持した紛体電極触媒を作製することに成功している。この紛体Pt電極触媒においては、水素酸化反応にて電気化学測定を行ったところ、Ptマイクロ電極と同等のオンセット電位の立ち上がりを観測することに成功している。この電極触媒においては、Ti含有量や光照射時間、前駆体溶液中のPt濃度、還元剤の濃度などの種々の条件を検討することを考えている。これは、Pt使用量の大幅な削減に貢献できる可能性を有した研究開発である。平成24年度の物品費の費目として、実験試薬(電極触媒調製に伴う、原材料試薬および溶媒、還元剤・電気化学測定に伴う、電解液)、電極基板材料(導電性基板材料)、電極材料(電気化学測定の対極、参照極材料)、高純度ガス(電気化学測定時に使用する高純度Arガスおよび高純度N2ガス)が挙げられ、計500,000円の支出を予定している。平成24年度の旅費として、計650,000円を予定している。この内訳は次の通りであり、これまでの成果報告を行うことを目的としている。(1)アメリカ電気化学会と日本電気化学会の合同で行われるPacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-stateScience 2012において発表予定である。これには、学生の旅費も含める。(2)福岡で行われる電池討論会において発表予定である。(3)福岡で行われる触媒学会において発表予定である。
看護実践能力育成モデルの構築：先行・帰結因子の探求

本研究の目的は,1看護実践能力の向上に寄与する因子を探求すること,そして2看護実践能力の帰結因子を解明する事により,看護の質向上を目指した看護実践能力育成モデルを構築する事であった。看護師を対象とした3回の質問紙調査を通して,看護実践能力の先行・帰結因子を検証した。その結果,1看護実践能力は職場における学習経験を通して促進され,そして職場学習は看護師のパーソナリティと職場特性の適合によって更に促進されること,そして2看護実践能力が高い看護師は、消耗感が低い一方で組織に対する愛着が強く,離職意思が低いことが明らかとなった。研究目的:本研究の目的は,看護実践能力が看護師の離職意思に与える影響とその過程を探求することであった。研究方法:中国地方の4病院に勤務する看護師・助産師,計1337名を対象に質問紙調査を実施した。データは共分散構造分析を用いて検証した。結果:合計で766名の対象者から質問調査紙が返送された。分析の結果,看護師の自己評価による看護実践能力が低いと,看護師の離職意思が高くなる傾向を示された。また,看護実践能力が離職意思に影響を与える過程として,次の関係性が明らかになった。自己の看護実践能力を低く評価した対象者は,組織から得る職務報酬も少ないと感じる傾向が示された。また職務報酬が少ないと,対象者は心理的契約の充足を感じることができず,また現組織での自己発展の機会も少ないと感じる傾向にあった。更に,自己の看護実践能力を低く評価した対象者は,職務を通して感じる消耗感を高く評価していた。そして,心理的契約の不充足感と自己発展の機会が少ないと感じる対象者,及び消耗感を感じる対象者は,組織に対する愛着が小さく,そのため離職意思が高い傾向にあることが示唆された。研究意義:看護実践能力が看護師の離職意思に与える影響過程が明らかになれば,新卒看護師など,看護実践能力が発達段階にある看護師の離職を防止するための効果的な対策が考案できると考える。研究目的:本研究の目的は,1看護師の学習経験を測定する尺度を開発し,その信頼性と妥当性を検証すること,そして2看護師の学習経験度と看護実践能力との関係性を経験年数別に検証することであった。研究方法:中国地方の2病院に勤務する看護師及び助産師954名を対象に,質問紙調査を実施した。結果:合計で502名の看護師から回答を得た。学習経験尺度の構成概念妥当性を因子分析と既知グループ法によって検証した結果,尺度の構成概念妥当性が確認された。最終版学習経験尺度は5因子(「省察を通した学習」「実践を通した学習」「フィードバックによる学習」「他者からの学び」「研修参加を通した学習」)20項目から構成された。また,最終版学習経験尺度は十分な内的整合性を保持していることが確認された。臨床経験5年以下と6年以上に対象者を分け,学習経験度と看護実践能力の関係を重回帰分析で検証した結果,以下の類似点と相違点が明らかとなった。両群とも「省察を通した学習」が看護実践能力に関連していることが確認された。上記以外に,臨床経験5年以下群では「実践を通した学習」と「他者からの学び」が,臨床経験6年以上群では「フィードバックによる学習」と「研修参加を通した学習」が,看護実践能力に関連していることが確認された。結論:学習経験尺度は信頼性と妥当性を兼ね備えた尺度であることが確認された。また,学習経験度と看護実践能力の間には正の相関関係が存在し,またその関係性は,臨床経験年によって異なることが明らかとなった。看護師の看護実践能力を高めるためには,経験年数に応じた学習方法を促進していくこと,または促進できるような職場環境整備が肝要であることが示唆された。先行研究で,職場における学習と看護実践能力との関連が明らかにされた。しかし,何故ある看護師は職場での学習に動機付けられ,学習を通して看護実践能力を向上できるのか,そして何故ある看護師はそうではないのかの原因は明らかにされていない。そこで本研究は,看護師のパーソナリティと職場特性の適合度が,看護師の職場における学習度,及び看護実践能力とどのように関連しているか検証することを目的とした。合計で1137名の看護師に無記名の自記式質問票を送付した。対象看護師には,自己のパーソナリティ,自己が認知する職場特性,職場における学習経験度,自己評価による看護実践能力に関する質問項目に回答するように求めた。さらに対象者には,他者評価による看護実践能力評価を提出するように求めた。データの分析には,重回帰分析を使用した。その結果,315名の看護師から回答を得た。またその内205名の看護師が,他者評価による看護実践能力得点を提供した。分析の結果,パーソナリティと職場特性は,自己評価による看護実践能力と関連していることが明らかとなった。また,職場における自律,そして職場におけるフェードバックと看護実践能力の関係は,外向性(パーソナリティの一種)の程度によって変化する(干渉作用)ことが判明した。しかしながら,看護師のパーソナリティと職場特性の適合度が,看護師の職場における学習度を高め,その結果,看護実践能力が向上すると言う仮説は支持されなかった。また,他者評価による実践能力とパーソナリティ,職場特性,職場における学習の間には関連性は見られなかった。その他の関連性については,現在分析中である。新しい職場に変わり,倫理申請やその他の手続きに不慣れであったため,予定より研究準備に時間を要した。

本年度の目的は,平成28年12月に収集したデータ(看護師のパーソナリティと職場特性の関係性が,看護師の看護実践能力とどのように関連しているか検証したデータ)分析することであった。研究方法と結果を以下に示す。研究方法:合計で1167名の看護師を対象に自記式質問紙調査を実施した。そして重回帰分析を用い,パーソナリティと職場特性の関係性が看護実践能自己評価に与える影響を検証した。結果・考察:合計で315名の看護師から質問紙が返送された(回収率27%)。重回帰分析の結果,パーソナリティと職場特性は,看護実践能力自己評価と正の相関関係にあることが明らかにされた。また外向性が高い看護師がフィードバックを与える職場で働くと看護実践能力自己評価は高くなり,外向性が低い看護師がフィードバックを与える職場で働くと看護実践能力自己評価は低くなることも判明した(b=0.19, p=0.007)。更に外向性が低い看護師が自律性を与える職場で働くと,外向性が高い看護師が自律性を与える職場で働くよりも,看護実践能力自己評価は高くなることも明らかにされた(b=-0.19, p=0.10)。外向性のある者は社交的で他者との交流を好むことから,フィードバックを提供する職場は,外向性のある看護師のフィードバックに対するニーズを満たすと共に,他者からのフィードバックを通して学習する機会を得ることができるため,看護実践能力は向上すると考えられた。一方,内向性者は自己の考えや感情に集中する傾向があるため,省察力に優れている。そのため,自律的に働き自己の実践を振り返り,そこから学ぶことによって看護実践能力が高まると考えられた。看護実践能力を高めるためには,看護師のパーソナリティに適した職場環境を整えることが重要である。また上記研究に加え、職場での看護実践能力向上を促進する因子について現在分析中である。本研究の目的は,1看護実践能力の向上に寄与する因子を探求すること,そして2看護実践能力の帰結因子を解明する事により,看護の質向上を目指した看護実践能力育成モデルを構築する事であった。看護師を対象とした3回の質問紙調査を通して,看護実践能力の先行・帰結因子を検証した。その結果,1看護実践能力は職場における学習経験を通して促進され,そして職場学習は看護師のパーソナリティと職場特性の適合によって更に促進されること,そして2看護実践能力が高い看護師は、消耗感が低い一方で組織に対する愛着が強く,離職意思が低いことが明らかとなった。研究計画通りに、看護実践能力の先行因子の一つとして期待される職場における学習経験度を測定するための尺度開発を行った。収集したデータの分析を続け,研究結果をまとめて論文執筆を行う予定である。基礎看護研究計画に変更はなく、今後は更なる看護実践能力の先行因子を探究するべく、概念モデルの構築とそれを検証するための質問紙調査を実施する予定である。当初の研究計画通りに,平成25年度の調査が終了したため。研究の進捗が予定よりやや遅れているため、分析に必要なソフトや予定していた質問紙保存用のキャビネットの購入、及び論文執筆に必要な書籍や英文校正代の支払いがまだできていないため、研究費の次年度使用額が生じた。
心拍周波数・身体加速度間の協働連関指標の創出と関連因子の探索

研究課題である心拍周波数・身体加速度間の協働連関指標の創出のために,1分間隔で取得した心拍周波数データのうちHF (High Frequency), LF (Low Frequency), TF (Total Frequency), HFnu (HF/TF)を用いた自律神経機能と身体加速度間を使い交差相関解析によりlag(両者のずれ)を得,lagについて新たに%Lag0という指標を用い,1時間あたりのlagが生じなく両時系列の協働連関が保たれている割合を表した.%Lag0は年齢依存性が大きいことが判明しているため,高齢者(60歳以上)と非高齢成人(2059歳)に分けた解析を行なった.被験者はそれぞれストレス指標としてGHQ28 (General Health Questionnaire 28)の質問項目について記入し,各項目,及びtotalスコアについて夜間睡眠前後1時間における%Lag0との比較を行なった.各項目及びtotalスコアについて非ストレス群・ストレス群に分けた.就寝前,起床後,HFnu-PA, LF/HF-PA間それぞれの大半の項目について,高齢者と非高齢成人群との間で非ストレス群,ストレス群共に%Lag0について有意差が見られた.また,うつ傾向について,高齢者の就寝前1時間に着目すると,同年代間においてうつ傾向が高い群ではうつ傾向が低い群に比べ,%Lag0が有意に高くなった.これらのことから,高齢者ではうつ傾向が高いと就寝前1時間において特に自律神経ー身体活動間での協働連関が阻害されることが示唆された.これらは非侵襲下で行うことが可能な測定であり,このことから高齢者におけるうつの簡便で定量的な方法として応用することが可能となる.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。自律神経活動と身体活動との協働連関に関連する因子を日常自由行動の中から探索することを目的として,連続48時間モニターの形で,今年度は40名近くの方に被験者となっていただき携帯型身体加速度計測計によるデータを取得した.また,被験者には,就寝直前,起床直後に口腔内サリベットコットンを用いて,唾液の採取を行ってもらった.これら得られたデータのうち,自律神経活動については,1分感覚で得られた心拍周波数成分のHF/TFを副交感神経,LF/HFを交感神経の指標とし,身体加速度間で交差相関解析を行いlag(両者のずれ)を調べた.lagについて検討を行ったところ,lagが生じる割合が加齢とともに増加することから,年齢依存性があることがより明確となった.また,就寝前のlagが生じる群では,うつ傾向や,神経症,疲労度といった心理的要因のアンケート結果で有意に数値が高くなる結果となった.これらのことから自律神経活動と身体活動のlagを調べることにより,非侵襲に日常自由行動下で,ヒトの心理的ストレスが検出される可能性が示唆された.また,睡眠前後に採取してもらった唾液について,ELIZA法によるクロモグラニンAの測定・分析を行った.心理ストレスを反映するとされているクロモグラニンAと被験者のアンケート結果について解析を行った.起床直後のクロモグラニンAは疲労度との関連が示唆され,疲労度の高い群では,有意にクロモグラニンAの濃度が低くなった.このことから,唾液採取による簡便な方法での疲労度の判断できる可能性が示された.公募した被験者のデータについて,順調に取得することができた.以前のデータ取得と比べ,ノイズ対策がうまく働くことができた.解析手法についても,交差相関解析に加え,多変量解析を用いて,より明確な結果を得ることができた.心拍変動・身体加速度間の協働連関について,アンケート結果との対比を行ったところ,たてていた仮説に近い結果を得ることができた.仮説の段階では,協働連関の障害とストレス感が関係すると考えていた.その結果が示されるだけでなく,うつ傾向や疲労度,神経症についても有意な結果を得ることができた.さらに,就寝前の協働連関に着目することで,心理的要因について,より有意な結果が得られることが発見できた.また,被験者に簡易型睡眠モニターを用いて,夜間睡眠中のSPO2及び無呼吸低呼吸についての分析を完了することができた.これらを次年度で夜間睡眠中の心拍変動と対比し,解析させる計画である.しかし,平日日中に3日連続での被験者を公募したため,年齢層に偏りがみられた.また,男性の被験者が少なく,女性のみでのまとめを行うに至った.予備実験を行っていた運動負荷試験については,倫理委員会の承認が得られ,本実験の詳細なプロトコルの作成が完了した.当初の計画では,心拍変動との対比を行う予定であった唾液中のストレス指標であるクロモグラニンAについて,心拍変動との比較についての解析は現在進行中であるが,クロモグラニンAのみで,疲労度との関連を示唆できる結果を得ることができた.

一方で,唾液中クロモグラニンAの分泌量については,個人差が非常に大きくなってしまったところについて,未だ解析法に対する解決方法が見出せていない.クロモグラニンAの結果については,国内学会での発表を行った.研究課題である心拍周波数・身体加速度間の協働連関指標の創出のために,1分間隔で取得した心拍周波数データのうちHF (High Frequency), LF (Low Frequency), TF (Total Frequency), HFnu (HF/TF)を用いた自律神経機能と身体加速度間を使い交差相関解析によりlag(両者のずれ)を得,lagについて新たに%Lag0という指標を用い,1時間あたりのlagが生じなく両時系列の協働連関が保たれている割合を表した.%Lag0は年齢依存性が大きいことが判明しているため,高齢者(60歳以上)と非高齢成人(2059歳)に分けた解析を行なった.被験者はそれぞれストレス指標としてGHQ28 (General Health Questionnaire 28)の質問項目について記入し,各項目,及びtotalスコアについて夜間睡眠前後1時間における%Lag0との比較を行なった.各項目及びtotalスコアについて非ストレス群・ストレス群に分けた.就寝前,起床後,HFnu-PA, LF/HF-PA間それぞれの大半の項目について,高齢者と非高齢成人群との間で非ストレス群,ストレス群共に%Lag0について有意差が見られた.また,うつ傾向について,高齢者の就寝前1時間に着目すると,同年代間においてうつ傾向が高い群ではうつ傾向が低い群に比べ,%Lag0が有意に高くなった.これらのことから,高齢者ではうつ傾向が高いと就寝前1時間において特に自律神経ー身体活動間での協働連関が阻害されることが示唆された.これらは非侵襲下で行うことが可能な測定であり,このことから高齢者におけるうつの簡便で定量的な方法として応用することが可能となる.引き続き,心拍変動・身体加速度間の協働連間について,解析を行っていく.最適なデータ幅・解析ウィンドウを探索し,より演算精度の適している解析条件について検討する.就寝前後に着目して行っていた解析について,日中にもその対象を広げ,1日の協働連関の変動を明確にし,関連する因子の探索を行う.昨年度分析を終了させた,被験者の夜間睡眠中の睡眠障害と心拍変動との解析を行う計画である.また,運動負荷試験について繰り返し,運動負荷させることにより,疲労度を増幅させ,その結果心拍変動にどのような変化が見られるのかを心拍変動の観点からのみならず,協働連関の側面からも実験を行い解析していく計画である.さらには被験者の問診結果による各種病態,静脈血採血による生理的検査に対しても,心拍変動との多変量データ解析や,主成分分析を行い,被験者のさまざまな様態を反映した解析手法の確立を進めていく予定である.昨年度得られたクロモグラニンAと疲労度との関連について,詳細なメカニズムを探索するとともに,心拍変動や身体活動との協働連関,さらには睡眠障害との関連について,検討を行っていく.また,被験者の年齢層にばらつきが見られたので,若年層を中心にデータ取得をさらに行い,解析結果の有用性を高める予定である.得られた研究成果を,国内外の学会や研究会で発表を行い,英文学術誌に登校する予定である.また,本研究の将来性,有用性,臨床応用について理解が得られえるように,社会一般の方にわかりやすく説明・解説できるよう心がけをする.新しく得られた結果や考察を加え,投稿論文・博士論文としてまとめる,28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。
酸素同位体異常(Δ17O)を指標とする森林―農耕地生態系における窒素動態解析

筑波山の森林域および筑波山を水源とする水田を主とする農耕地を対象とし,林内雨,土壌水,渓流水,農業用水,農業排水,河川水を採取し,硝酸イオンの濃度および窒素・酸素安定同位体自然存在比を測定することにより,対象地域に流入・流出する硝酸態窒素の起源を明らかにした.硝酸イオンの安定同位体比プロファイルから,硝酸態窒素の起源を霞ヶ浦用水に代表される中δ15N・中δ18O・低Δ17O,林内雨に代表される低δ15N・高δ18O・高Δ17O,森林域の土壌水に代表される低δ15N・低δ18O・低Δ17Oのプロファイルを持つ硝酸態窒素の三種類に分類することができた.(1)Δ17Oの分析手法の確立(担当:中島)硝酸イオンのΔ17Oの分析は,δ18Oの分析と同様,N2O還元酵素を持たない脱窒菌によってN2Oまで変換し,その後N2OをGCライン上で800°Cで加熱処理し,N2およびO2に再変換した後,質量分析機に導入してm/zが32,33,34のシグナルを得ることによって解析可能となる.この分析は標準的なN2O安定同位体分析を行う前処理装置では困難なため,加熱処理が可能となるようGCラインの改造を行い,分析精度を確認したが,現在のところ,精度の良い結果が得られていない.(2)農耕地での調査(担当:中島,江口,吉川)筑波山を水源とする水田を主とする農耕地(つくば市逆川流域)を対象とし,流域内の渓流水(10地点程度),農業用水(15地点程度),農業排水(15地点程度),河川水(5地点程度)等,数十カ所および農業用水の水源となるため池,生活排水,家畜の畜舎付近の排水等,窒素の供給源となる地点についても選定し,灌漑期・非灌漑期を含めた年数回程度試料水を採取し,硝酸態窒素濃度を測定した.試料は次年度以降Δ17Oの分析を行うために冷凍保存中である.(3)森林域での調査(担当:中島,伊藤)筑波山を主とする森林集水域を対象とし,集水域内の降水,渓流水,土壌水を年数回程度採取し,硝酸態窒素濃度を測定した.試料は次年度以降Δ17Oの分析を行うために冷凍保存してある.(1)Δ17Oの分析手法の確立(担当:中島):硝酸イオンのΔ17Oの分析は、Δ18Oの分析と同様、N2O還元酵素を持たない脱窒菌によってN2Oまで変換し、その後N2OをGCライン上でN2およびO2に再変換した後、質量分析機に導入してm/zが32,33,34のシグナルを得ることによって解析可能となる。この過程のうち、N2OをN2およびO2に再変換する方法としては、熱分解法と超音波分解法が考えられるため、両者を比較し、熱分解法を採用することとした。ただし分解用触媒は従来法では装置への接続が困難なため、簡便に導入可能な触媒を選定し、精度の確認を行っている。(2)農耕地での調査(担当:中島、江口、吉川):筑波山を水源とする水田を主とする農耕地(つくば市逆川流域)を対象とし、流域内の渓流水(10地点程度)、農業用水(15地点程度)、農業廃水(15地点程度)、河川水(5地点程度)等、数十カ所および農業用水の水源となるため池、生活排水、家畜の畜舎付近の排水等、窒素の供給源となる地点について灌漑期・非灌漑期を含めた年数回試料水を採取し、硝酸態窒素濃度の測定を継続した。試料は引き続きΔ17Oの分析を行うため保存している。(3)森林域での調査(担当:中島、伊藤):筑波山を主とする森林集水域を対象とし、集水域内の降水、渓流水、土壌水を年数回程度採取し、硝酸態窒素濃度を測定した。Δ17Oの分析手法の確立において、安定同位体比質量分析計本体および前処理装置が故障し、使用できない期間が多く発生したため、研究計画遂行のための分析時間を十分に確保することが困難であった。試料水等の採取は順調に進捗しているため、今後Δ17Oの分析を十分確保し、分析を行う予定である。筑波山の森林域および筑波山を水源とする水田を主とする農耕地を対象とし,林内雨,土壌水,渓流水,農業用水,農業排水,河川水を採取し,硝酸イオンの濃度および窒素(δ15N)・酸素(δ18O,Δ17O)安定同位体自然存在比を測定することにより,対象地域に流入・流出する硝酸態窒素の起源を明らかにした.硝酸イオンの安定同位体比プロファイルから,硝酸態窒素の起源を概ね三種類に分類することができた.一つは霞ヶ浦用水に代表される,低δ15N・低δ18O・低Δ17Oのプロファイルを持つ硝酸態窒素である.これらは畜産あるいは脱窒等の影響からδ15Nおよびδ18Oがやや高めであるものの,Δ17O異常は見られず,一般的な閉鎖系水域に典型的な値を示した.もう一つは林内雨に代表される,低δ15N・高δ18O・高Δ17Oのプロファイルを持つ硝酸態窒素である.これらはδ15Nは低いが,δ18OおよびΔ17Oが高く,降下物の影響を強く反映した値を示した.

最後は森林域の土壌水に代表される,低δ15N・低δ18O・低Δ17Oのプロファイルを持つ硝酸態窒素である.これらは霞ヶ浦用水とよく似た特徴を持つが,δ15Nがやや低く降下物由来の硝酸イオンとほぼ同等の値を示す.既往の報告から,降下物由来の硝酸イオンが一旦微生物や植物等に吸収されることによって酸素原子が外れ,硝化によって再度酸素原子が付加されることが知られており,ここでも同様の現象が起きていることが推察される.また渓流水は降下物と土壌水の混合物,農業用水は渓流水と霞ヶ浦用水の混合物,農業排水は農業用水と渓流水の混合物,河川水は全ての混合物としての特徴を有していた.特に農業排水においてはいくつかの地点でΔ17O異常を持つプロファイルを有しており,従来のδ15Nおよびδ18Oの解析のみでは不明であった窒素源の情報についてより詳細に推測することが可能となった.筑波山の森林域および筑波山を水源とする水田を主とする農耕地を対象とし,林内雨,土壌水,渓流水,農業用水,農業排水,河川水を採取し,硝酸イオンの濃度および窒素・酸素安定同位体自然存在比を測定することにより,対象地域に流入・流出する硝酸態窒素の起源を明らかにした.硝酸イオンの安定同位体比プロファイルから,硝酸態窒素の起源を霞ヶ浦用水に代表される中δ15N・中δ18O・低Δ17O,林内雨に代表される低δ15N・高δ18O・高Δ17O,森林域の土壌水に代表される低δ15N・低δ18O・低Δ17Oのプロファイルを持つ硝酸態窒素の三種類に分類することができた.Δ17Oの分析手法の確立においてΔ17Oの分析のための加熱処理のラインに何らかの問題があるため,高い分析精度が得られていない.農耕地での調査および森林域での調査については,試料水の採取は順調に進捗している.硝酸イオンの窒素(δ15N)・酸素(δ18O, Δ17O)安定同位体自然存在比については未測定だが,Δ17Oの分析と同時に測定を行う予定のため,問題ない.Δ17Oの分析手法については、極力精度の高い手法を確立するための作業を行ってきた。今後はこれまで採取した試料の分析に注力したい。また調査については土壌由来のN2O採取を行うこととする。環境農学Δ17Oの分析手法については,加熱処理自体に問題があり,高い精度を得にくい,また別の手法で成功したとの情報もあることから,加熱処理法にこだわらず,広く情報を収集し,Δ17Oの分析手法を確立したい.農耕地および森林域での調査については,年間を通じて灌漑期,非灌漑期,季節変動を含む広範囲の試料が得られてことから,一部調査地域については定期的な試料採取は行わないこととし,今後必要に応じて試料の採取を行うこととする.安定同位体比質量分析計本体および前処理装置が故障し、使用できない期間が多く発生したため、分析に要する液体窒素等消耗品を計画通り使用できなかったため。主にΔ17O分析手法が確立できず,分析に必要なHeボンベ,液体窒素等消耗品の購入量が予定を下回ったことにより,残額が生じた.前年度行えなかった分析について今年度行うため、その分析に要する液体窒素等消耗品を使用する予定。27年度は,前年度行わなかったΔ17O分析に着手することにより,前年度の残額と併せて計画通り執行する見込みである.
遺伝的アルゴリズムを用いた橋梁景観設計支援システムの開発

本研究では,橋梁景観設計を技術者が容易に検討するための景観設計支援システムの開発を目的としている.本システムでは,遺伝的アルゴリズムのもつ,離散量が扱え,評価関数が明確でなくても最適解が見いだせるという特徴を利用することにより,設計者の嗜好を十分に生かせるシステムを構築する.本年度は最終年度にあたるので,本研究の目的である橋梁の景観設計支援システムのプロトタイプを完成した.具体的には,遺伝的アルゴリズムとファジィ推論を用いて景観設計の代替案を作成し,コンピュータグラフィックスを用いてその評価を設計者が行えるようにし,さらにその代替案が設計者の意志に未だそぐわない場合には,多目的計画法の一手法である満足化トレードオフ法を援用し,対話的に設計者の満足する解を見いだすようになっている.本システムを斜張橋の景観設計に適用し,以下の結論を得た.1.本研究で作成した斜張橋の景観設計支援システムにより,設計者は設計のコンセプトを表す言葉を複数個入力するだけで,そのコンセプトに合致した景観案をコンピュータグラフィックス画像に情報として得ることができる.また,対話型のシステムとしたことで,設計者はCG画像を見ながら逐次入力データを変更することで満足のいく景観案を作成することが可能である.2.本システムでは遺伝的アルゴリズムを用いることで,広域的な探索を行い,すべての組み合わせの中で最適な案,もくしはそれに近い案を探索することが可能である.また,遺伝的アルゴリズムのパラメータを調整して局所最適解に陥りやすくすることで,初期値を変化させることにより最適とはいえないまでも,設計者のイメージをある程度満たしていると考えられる局所最適解を積極的に利用することにより,数多くの代替案を作成することができる.本研究では,橋梁景観設計を技術者が容易に検討するための景観設計支援システムの開発を目的としている.本システムでは,遺伝的アルゴリズムのもつ,離散量が扱え,評価関数が明確でなくても最適解が見いだせるという特徴を利用することにより,設計者の嗜好を十分に生かせるシステムを構築する.本年度は最終年度にあたるので,本研究の目的である橋梁の景観設計支援システムのプロトタイプを完成した.具体的には,遺伝的アルゴリズムとファジィ推論を用いて景観設計の代替案を作成し,コンピュータグラフィックスを用いてその評価を設計者が行えるようにし,さらにその代替案が設計者の意志に未だそぐわない場合には,多目的計画法の一手法である満足化トレードオフ法を援用し,対話的に設計者の満足する解を見いだすようになっている.本システムを斜張橋の景観設計に適用し,以下の結論を得た.1.本研究で作成した斜張橋の景観設計支援システムにより,設計者は設計のコンセプトを表す言葉を複数個入力するだけで,そのコンセプトに合致した景観案をコンピュータグラフィックス画像に情報として得ることができる.また,対話型のシステムとしたことで,設計者はCG画像を見ながら逐次入力データを変更することで満足のいく景観案を作成することが可能である.2.本システムでは遺伝的アルゴリズムを用いることで,広域的な探索を行い,すべての組み合わせの中で最適な案,もくしはそれに近い案を探索することが可能である.また,遺伝的アルゴリズムのパラメータを調整して局所最適解に陥りやすくすることで,初期値を変化させることにより最適とはいえないまでも,設計者のイメージをある程度満たしていると考えられる局所最適解を積極的に利用することにより,数多くの代替案を作成することができる.本年度は、中小規模の土木構造物を対象に、デザインの知識を持たない技術者に景観設計の指針となる景観予想図をコンピュータグラフィックスの画像として提供できるような景観設計支援システムのプロトタイプを構築した。対象となる景観をいくつかの景観構成アイテムの組み合わせと考え、その組み合わせ最適解が目標のデザインであると考え、その最適解の探索方法として遺伝的アルゴリズムの適用を試みた。また、景観の評価はあいまいであり、個人の主観も多分に含まれると考えられるので、そのような評価基準が不明確な問題を取り扱うのに適しているファジィ推論を導入した。さらに、多目的計画法を応用し、対話型システムとして設計した。本システムをダム天端の景観設計に応用し、その有効性と問題点や改良点について検討を加えた。本研究では,橋梁景観設計を技術者が容易に検討するための景観設計支援システムの開発を目的としている.本システムでは,遺伝的アルゴリズムのもつ,離散量が扱え,評価関数が明確でなくても最適解が見いだせるという特徴を利用することにより,設計者の嗜好を十分に生かせるシステムを構築する.本年度は最終年度にあたるので,本研究の目的である橋梁の景観設計支援システムのプロトタイプを完成した.具体的には,遺伝的アルゴリズムとファジィ推論を用いて景観設計の代替案を作成し,コンピュータグラフィックスを用いてその評価を設計者が行えるようにし,さらにその代替案が設計者の意志に未だそぐわない場合には,多目的計画法の一手法である満足化トレードオフ法を援用し,対話的に設計者の満足する解を見いだすようになっている.本システムを斜張橋の景観設計に適用し,以下の結論を得た.1.本研究で作成した斜張橋の景観設計支援システムにより,設計者は設計のコンセプトを表す言葉を複数個入力するだけで、そのコンセプトに合致した景観案をコンピュータグラフィックス画像による情報として得ることができる.また,対話型のシステムとしたことで,設計者はCG画像を見ながら逐次入力データを変更することで満足のいく景観案を作成することが可能である.2.本システムでは遺伝的アルゴリズムを用いることで,広域的な探索を行い,すべての組み合わせの中で最適な案,もしくはそれに近い案を探索することが可能である.

また,遺伝的アルゴリズムのパラメータを調整して局所最適解に陥りやすくすることで,初期値を変化させることにより最適とはいえないまでも,設計者のイメージをある程度満たしていると考えられる局所最適解を積極的に利用することにより,数多くの代替案を作成することができる.
セラミックス繊維を用いた超小型・高感度酸素センサーの試作

本研究では、特徴的な微細構造と電気的特性を有するセラミックス繊維用いた超小型・高感度酸素センサーの試作を目的とした。微細な構造を有するセラミックス繊維を用いることにより、既存の酸素センサーの超小型、高感度化が期待される。本研究ではセラミックス繊維として4mol%イットリア安定化ジルコニア繊維を用いた。4mol%イットリア安定化ジルコニア繊維は申請者らによって確立したジルコニア粒子懸濁液の乾燥プロセスにより作製した。具体的にはジルコニア粒子のエタノール分散体をガラス製試験管に入れ、乾燥器中78°Cで12時間静置した。分散媒の蒸発に伴い、粒子の自己組織化が誘起され、安定化ジルコニア繊維が得られた。この安定化ジルコニア繊維は長さが1.50m、繊維幅は数十数百μmで構成粒子径は126nm、相対密度は97%と非常に微細で緻密な構造を有していた。種々の温度で熱処理を行ったイットリア安定化ジルコニア繊維を交流インピーダンス法により酸素センサーとしての性能評価を行った。従来のイットリア安定化ジルコニアにおいてはイットリア添加量が8mol%において最も高い酸素イオン伝導率を示すことが知られている。本研究のイットリア安定化ジルコニア繊維においては、イットリア添加量が4mol%と低いにも関わらず空気中、1273Kにおいて0.18S/cmという高い酸素イオン伝導率を示した。本研究では、微細なセラミックス繊維の酸素イオン伝導性の測定方法を確立し、その優れた酸素イオン伝導性を明らかとし、超小型・高感度酸素センサー材料への応用への可能性を見出した。
初心者を対象とした背面跳びの新しい学習指導プログラムの確立

走り高跳びにおける背面跳びなどのような複雑な運動技能の学習指導を効果的に行うためには十分に考え抜かれた段階的指導法が確立されていることが不可欠である。本研究では,体育授業で利用可能な背面跳びの学習指導プログラムの開発に取り組んだ。まず,先行研究で開発された個別指導に利用可能な背面跳びの段階的指導法に修正を加えた。続いて,大学生を対象とした体育授業においてその学習成果を検討した。その結果,学習者の80%が背面跳びの粗形態の習得に成功したことが明らかにされるとともに,本研究で開発された学習指導プログラムは体育授業において利用できる可能性があることが示唆された。本研究の目的は,Watanabe & Kobayashi (2010)が提案した背面跳びの新しい初心者指導法の各種学習指導場面における学習効果の詳細な検討を行い,学習の停滞や障碍事例への対処法をも備えた,初心者を対象とした背面跳びの新しい学習指導プログラムを確立することにあった.この目的を達成するために,平成25年度には,中学生及び大学生を対象とした集団指導場面および個別指導場面における新しい学習指導プログラムの学習成果の検討と学習の停滞や学習障碍への対処法の確立に取り組んだ.平成24年度までの研究成果を踏まえ,平成25年度には,まず,Watanabe & Kobayashi (2010)が提案した新しい初心者指導法をベースとした背面跳びの学習指導プログラムを作成し,陸上競技の授業において11名の受講生を対象として背面跳びの学習指導を行った.その結果,受講生のうち10名については,背面跳びの粗形態の習得に成功した.これに対して,1名の受講生については,背面跳びの空中動作ではなく椅子に座ったような姿勢をとる,いわゆる「腰かけ跳び」に陥ってしまう学習のつまずきが発生した.以上の研究内容について,平成25年度には,国際会議における1度の研究発表を行った.本研究の目的は,Watanabe & Kobayashi (2010)が提案した背面跳びの新しい初心者指導法の各種学習指導場面における学習効果の詳細な検討を行い,学習の停滞や障碍事例への対処法をも備えた,初心者を対象とした背面跳びの新しい学習指導プログラムを確立することにあった.この目的を達成するために,平成24年度には,中学校の部活動場面において蓄積された指導実践事例を対象とした批判的検討を行った.Watanabe & Kobayashi (2010)が提案した背面跳びの新しい指導プログラムを利用して,これまでに,すでに複数名の学習者を対象とした学習指導を展開し,その学習成果の記録を行ってきた.平成24年度には,このうち,学習指導過程において学習障碍が発生し,なおかつその学習障碍の解消に向けた実践場面における試行錯誤が功を奏した1例を取り上げて,その学習指導過程に検討を加えた.この学習者は,踏切後に背面跳びではなく後方宙返りを行い肩や首から着地する動きを達成してしまい,その動きかたからなかなか抜け出せなくなるという学習障碍に陥った.この学習障碍の解消を目的とした試行錯誤において,筆者は,1学習ステップをはじめから辿り直させること,2逆の踏切脚で背面跳びの習得に改めて取り組ませること,そして3別の学習ステップを用いて背面跳びの体勢変化を学習させることを試みた.その結果,最終的にこの学習者は元の踏切脚で背面跳びの習得に成功した.以上の学習指導過程に検討を加えた結果,本事例において確認された学習障碍を未然に防ぐにはある学習ステップから次の学習ステップに進ませる際の見きわめを適切に行う必要があること,および上に挙げた対処法は状況に応じて利用価値が異なることが明らかにされた.以上の研究内容について,平成24年度には国際会議における1度の研究発表を行った.本研究の目的は,Watanabe & Kobayashi (2010)が提案した背面跳びの新しい初心者指導法の各種学習指導場面における学習効果の詳細な検討を行い,学習の停滞や障碍事例への対処法をも備えた,初心者を対象とした背面跳びの新しい学習指導プログラムを確立することにあった。この目的を達成するために,平成26年度には,大学生を対象とした集団指導場面における新しい学習指導プログラムの学習成果の検討に取り組んだ。平成26年度には,まず,Watanabe & Kobayashi (2010)が提案した背面跳びの新しい初心者指導法をベースとし,かつ平成25年度までの研究成果を踏まえて作成した背面跳びの学習指導プログラムをもとにして,25名をこえる集団指導場面における背面跳びの初心者指導とその学習過程の記録に取り組んだ。加えて,平成26年度には,得られた資料をもとにして,集団指導における学習指導プログラムの成果について考察した。本研究の目的は,体育授業において利用可能な背面跳びの初心者を対象とした指導プログラムを確立することにあった。平成27年度には,これまでに取り組んできた研究の成果をとりまとめ,国際会議における成果発表を行った。本研究で作成された背面跳びの学習指導プログラムを用いて大学生を対象として走り高跳びの授業を実施しその学習成果を検討したところ,学習者の約80%が初心者段階としては問題の見られない背面跳びの粗形態を習得することができたことが明らかにされた。この結果から,本研究で作成された背面跳びの学習指導プログラムには従来の学習指導プログラム以上の効果を確認することができた。これに対して,学習者の約20%は,安全に試技を終えてはいるものの,達成記録の向上という視点から見て問題のある動きを示した。

これらの問題動作の発生過程に検討を加えたところ,問題動作の発生要因は学習過程における「誤った動きの反復」もしくは「試行錯誤の経験不足」に求められた。背面跳びの学習指導プログラムに関するこれまでの研究においては,背面跳びの習得に失敗するケースが認められることは報告されているものの,その原因について検討を加えたものはほとんど見られない。したがって,今後は,本研究で確立された学習指導プログラムに,こうした問題動作の発生を抑制するための修正を加える必要がある。走り高跳びにおける背面跳びなどのような複雑な運動技能の学習指導を効果的に行うためには十分に考え抜かれた段階的指導法が確立されていることが不可欠である。本研究では,体育授業で利用可能な背面跳びの学習指導プログラムの開発に取り組んだ。まず,先行研究で開発された個別指導に利用可能な背面跳びの段階的指導法に修正を加えた。続いて,大学生を対象とした体育授業においてその学習成果を検討した。その結果,学習者の80%が背面跳びの粗形態の習得に成功したことが明らかにされるとともに,本研究で開発された学習指導プログラムは体育授業において利用できる可能性があることが示唆された。研究計画において,平成26年度には,背面跳びの学習指導プログラムの確立と体育授業における学習成果の確認を行うとともに,研究成果をとりまとめて適当な学会大会において発表する予定となっていた。以上の研究計画のうち,学習指導プログラムの確立と体育授業における学習成果の確認に関しては,十分な成果を得ることができた。しかし,学会大会における研究成果の発表については,校務と学会大会との日程上の兼ね合いから実施することはできなかった。スポーツ運動学,コーチング学,体育科教育学,陸上競技コーチング論平成27年度には,平成26年度までに得られた研究成果を取りまとめ,適当な学会において研究成果の公表に取り組む予定である。研究計画において,平成25年度には,以下のことが予定されていた.すなわち,さまざまな学習者の学習過程をデジタルビデオカメラを用いて詳細に記録すること,記録された学習過程において学習の停滞あるいは学習障碍が認められた事例について,その学習の停滞あるいは学習障碍の発生プロセスに検討を加えること,および得られた資料の検討と実践場面における試行錯誤を通して,学習の停滞あるいは学習障碍への対処法を確立することである.以上の研究計画のうち,学習指導過程の記録の蓄積に関しては,研究代表者の異動に伴いより充実した研究フィールドを得ることができたために,十分な成果を得ることができた.
マルチタッチ環境における効率的かつ直感的な文字入力手法に関する研究

マルチタッチ環境において効率的かつ直感的な文字人力を可能とするために,本研究では"曖昧な座標指定の許容","迅速な文字連続選択"に注目して2つの改善手法を提案した.まず."曖昧な座標指定の許容"に焦点を当てた手法1について述べる.タッチ環境ではタップ時の触感フィードバックの不足と指で直下の画面が隠れることで,厳密な座標指定(タップ)は難しい,手法1ではソフトウェアキーボードをベースとして,タップ座標に厳密に対応する文字だけでなく,その周辺座標に対応する文字も同時に選択候補とする/入力文字列に曖昧性が発生するが,辞書データと比較して入力候補を絞り込む.被験者実験によって一般的なソフトウェアキーボードより効率的に文字を入力できることが確認されたが,触感フィードバック不足によって指の押下,押上の繰り返しに起因する誤入力が頻発することが分かった.次に"迅速な文字連続選択"に焦点を当てた手法2について述べる.手法1の実験で述べたように,タッチ環境では指の押下,押上の連続的な繰り返しが誤入力の原因となりうる.そこで手法2では,対応座標内のタップではなく,対応座標内に指をスライドするだけで文字が選択される.すなわち,文字入力ごとに指を押下,押上する必要はなく,指を押下したままで必要な文字に対応する座標に指をスライドさせるだけでよく,効率的で迅速な文字入力が可能となる.ユーザスタディの結果,手法2による効率的な文字選択の繰り返しを確認できたが,不要な文字上に指をスライドしてしまうことによる誤入力が多く観察されたため,その改善が今後の課題である.これからはスマートフォンを初めとしてマルチタッチ対応機器が広く普及すると考えられる.そのため,本研究で取り組んだ各手法やそれらの知見を利用することで,今後の情報処理作業におけるユーザの負担軽減や生産性向上に繋がることが期待される.マルチタッチ環境において効率的かつ直感的な文字人力を可能とするために,本研究では"曖昧な座標指定の許容","迅速な文字連続選択"に注目して2つの改善手法を提案した.まず."曖昧な座標指定の許容"に焦点を当てた手法1について述べる.タッチ環境ではタップ時の触感フィードバックの不足と指で直下の画面が隠れることで,厳密な座標指定(タップ)は難しい,手法1ではソフトウェアキーボードをベースとして,タップ座標に厳密に対応する文字だけでなく,その周辺座標に対応する文字も同時に選択候補とする/入力文字列に曖昧性が発生するが,辞書データと比較して入力候補を絞り込む.被験者実験によって一般的なソフトウェアキーボードより効率的に文字を入力できることが確認されたが,触感フィードバック不足によって指の押下,押上の繰り返しに起因する誤入力が頻発することが分かった.次に"迅速な文字連続選択"に焦点を当てた手法2について述べる.手法1の実験で述べたように,タッチ環境では指の押下,押上の連続的な繰り返しが誤入力の原因となりうる.そこで手法2では,対応座標内のタップではなく,対応座標内に指をスライドするだけで文字が選択される.すなわち,文字入力ごとに指を押下,押上する必要はなく,指を押下したままで必要な文字に対応する座標に指をスライドさせるだけでよく,効率的で迅速な文字入力が可能となる.ユーザスタディの結果,手法2による効率的な文字選択の繰り返しを確認できたが,不要な文字上に指をスライドしてしまうことによる誤入力が多く観察されたため,その改善が今後の課題である.これからはスマートフォンを初めとしてマルチタッチ対応機器が広く普及すると考えられる.そのため,本研究で取り組んだ各手法やそれらの知見を利用することで,今後の情報処理作業におけるユーザの負担軽減や生産性向上に繋がることが期待される.
新規機能性シリカガラスの省エネルギー型製造プロセスの開発

シリカガラスは,低熱膨張係数,化学的耐久性,機械的強度,真空紫外域から近赤外域にかけての高い光透過特性に優れている.微細加工が容易で蛍光特性を有するシリカガラスを低温で作製することができれば,フォトニクス,エレクトロニクス,バイオマテリアルの分野において様々な応用が期待される.本研究ではシリカナノ粒子を用いた機能性透明シリカガラスを作製することを目的とした.ガラス前駆体として亀裂のないモノリス状のSiO2-PVAメソポーラス体の調製法の検討と物性評価を行った.シリカガラスの表面に微細加工を施し,焼成を行った.希土類イオンをドープしたシリカガラスの発光特性はドープされたイオンの種類に依存した本研究ではメソポーラス構造を有するシリカナノ粒子/PVA(ポリビニルアルコール)ナノコンポジットの調製方法を確立する。ここで得られたナノコンポジットを大気中、約1000°Cと低い製造温度で焼結することで,大幅な製造エネルギーの削減を実現する機能性シリカガラス製造プロセスを提案する(従来の製造温度,16002600°C)。具体的にはシリカとPVA高分子水溶液中の分散、凝集、吸着状態、更には乾燥、焼結過程を観察し、メソポーラス構造の形成と低温焼結性の相関を解明することを目的とする。所望のナノ構造組織を得るためには、シリカナノ粒子のPVA水溶液中の分散・凝集状態を制御することが重要である。シリカ粒子表面に存在するSi-OH基は溶液のpHによって表面状態し、それがシリカ粒子とOH基を有するPVAの間にはたらく水素結合強度に影響を与える。さらに水素結合強度によって、シリカ粒子に対するPVAの吸着量が変化し、生成するナノコンポジット組織のシリカ粒子とPVAの分散・凝集状態に影響を与える。しかしながら、これらの実験的検証は進められていないのが現状である。本年度はフュームドシリカナノ粒子(一次粒子径7 nm500 nm)、PVA(重合度5003000,けん化度70100%)、を所定の組成比で混合・攪拌し、水溶液中のpH、組成比、ナノ粒子、PVAの種類の組み合わせならびに作製条件を変えてシリカ/PVAナノコンポジットを作製した。その結果、以下のことが明らかとなった。1)水溶液中のシリカ粒子の凝集度(サイズ)、ゼータ電位を測定した結果、pHを酸性側へ減少させると、シリカ粒子の凝集度(サイズ)は数百ナノメートルのオーダーで凝集した。2)水溶液中のシリカナノ粒子表面に吸着した炭素量を全有機体炭素計により測定した結果、シリカ表面へのPVA吸着量は0.4-0.8 mg/m2であった。次年度では細孔径、比表面積を実測し、メソポーラス構造のならびに焼結挙動について研究を進めていく。本研究では高い透過率を有する透明焼結シリカガラスの省エネルギー型製造プロセスの確立を目指すことを目的としている。シリカナノ粒子とポリビニルアルコール(PVA)を分散させたサスペンションを調製し、それを乾燥することでバルク状のメソポーラスSiO2-PVAナノコンポジット前駆体を作製した。メソポーラス前駆体はサスペンションを乾燥して得られるため、サスペンション中のシリカナノ粒子のPVA水溶液の分散・凝集状態をゼータ電位測定、細孔分布測定より明らかにした。また、分散・凝集状態におけるpHと組成依存性、乾燥段階における亀裂挙動について調べた。シリカ粒子のゼータ電位は、pHの減少に伴って増加し、pH3付近に等電点が存在することが分かった。シリカ粒子の凝集サイズはpHの減少に伴い、pH付近で500nmと粗大化する傾向にあった。SiO2-PVAサスペンション中の凝集サイズは、PVA添加量の増加およびpHの減少に伴って大きくなり、PVAの量が20wt%の時かつpH3の等電点近傍で1500nmと更に大きくなることが分かった。前駆体作製時における亀裂発生は、PVA添加量およびpHに依存していることが明らかとなり、乾燥過程の多孔質ゲルに存在する細孔中の溶液の表面張力と細孔径に支配される毛細管力を制御することで、亀裂の無いバルク状のものが得られることが分かった。得られた前駆体の比表面積は150m2/g300m2/gであった。更に、本前駆体のメソ孔を利用することで、CuやPr等の金属イオンをドープしたバルク状のシリカガラスの低温製造条件の探索を行い、発光特性を評価した。本研究を進めていく中で、省エネルギー製造プロセス開発の他に機能性材料として、微細加工、発光特性に関する5報の論文が掲載された。更に特許出願(PCT/JP2016/56625)を行った。本研究では高い透過率を有する機能性透明シリカガラスの省エネルギー型製造プロセスの開発について以下の知見を得た。シリカナノ粒子とポリビニルアルコール(PVA)を分散させたサスペンションの調製条件について、シリカナノ粒子の分散性、粘性、溶液のpH、PVAの分子構造等の観点から、バルク状メソポーラスSiO2-PVAナノコンポジット前駆体を作製した。サスペンション中のシリカナノ粒子のPVA水溶液の分散・凝集状態をゼータ電位測定、細孔分布測定、電子顕微鏡により明らかにした。このSiO2-PVAナノコンポジットを大気中、6001200°Cで焼成することで多孔質シリカを作製した。

焼結温度および焼結時間が多孔質シリカの比表面積と細孔分布に及ぼす影響を調べた。多孔質シリカのBET比表面積は、焼成温度と時間によって0から300m2/gの範囲で制御できることがわかった。600°Cで焼成を行ったサンプルのBET比表面積は291m2g-1であった。SiO2-PVAナノコンポジットの室温でのBET比表面積が約140m2g-1であることから、PVAが燃焼したことにより比表面積が増加したと考えられる。この実験からシリカナノ粒子の焼成開始温度が800°Cであることを見出した。焼成温度が1000°Cになると、BET比表面積は小さくなり、1200°Cでは光透過性に優れた透明焼結シリカガラスを得ることができた。また、Cu,Ag,Pr,Eu,Dy等それぞれの金属イオンをガラス中にドープする製造プロセスについて、検討した。その結果、それぞれのイオン種とその固溶限界濃度の関係を理解することが出来、紫外線励起による発光現象を確認できた。シリカガラスは,低熱膨張係数,化学的耐久性,機械的強度,真空紫外域から近赤外域にかけての高い光透過特性に優れている.微細加工が容易で蛍光特性を有するシリカガラスを低温で作製することができれば,フォトニクス,エレクトロニクス,バイオマテリアルの分野において様々な応用が期待される.本研究ではシリカナノ粒子を用いた機能性透明シリカガラスを作製することを目的とした.ガラス前駆体として亀裂のないモノリス状のSiO2-PVAメソポーラス体の調製法の検討と物性評価を行った.シリカガラスの表面に微細加工を施し,焼成を行った.希土類イオンをドープしたシリカガラスの発光特性はドープされたイオンの種類に依存した目的としているシリカナノ粒子のPVA水溶液中の分散・凝集状態ならびにシリカ粒子に対するPVAの吸着量の実測に成功しているため、順調に計画は進んでいる。本年度ではPVA高分子を用いたシリカメソポーラス前駆体の作製を進めてきたが、更に、製造プロセスの簡便化、高速化には前駆体の乾燥速度を大きくすることがよりよい開発となることがわかった。今後はPVA以外の有機高分子あるいは光に反応して硬化する低分子モノマーの設計・探索を行い、省エネルギーかつ機能性を有する材料創製を行う予定である。材料工学今後、各種条件で得られたナノコンポジットの細孔径、比表面積は、現有の細孔分布測定装置を用いて行う。SiO2/PVAナノコンポジットのメソポーラス構造とナノ粒子の凝集度、表面電位ならびに、PVAの吸着量に関するpH,粒子径、PVA重合度、けん化度依存性を明らかにしていく。ナノコンポジット材料中に希土類や遷移金属イオンをドープすることで機能性シリガラスの調製方法とその物性評価も進めていく。