hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞の生物的応答に基づく無機系殺菌・抗菌剤の作用機構解明

代表的な無機系殺菌剤である二酸化チタンに用いた光触媒殺菌は,光照射により励起された触媒表面上で生じる活性酸素により,細胞が損傷を受けることにより進行すると考えられている.しかしながら,活性酸素による細胞死滅に対して,細胞内の状態がどのように影響を与えるかについては,いまだ不明な点が多い.本研究では,大腸菌MM294株とそのsuperoxide dismutase(SOD)欠損株であるIM303株における二酸化チタン光殺菌での死滅様式の差に着目し,細胞内SOD活性と殺菌効果の関係を検討した.種々の光強度での殺菌実験において,野生株(MM294)とそのSOD欠損株(IM303)の細胞生存率経時変化を調べたところ,SOD欠損株では光照射時間に対して直線的に細胞生存率が減少するのに対し,野生株では照射開始初期にラグタイムを有することがわかった.そのため,細胞生存率の経時変化に及ぼすSOD活性の影響を検討した.様々な初期SOD活性を持つMM294細胞を殺菌実験に供し,得られた細胞生存率経時変化に対し,series-eventモデルの適用を行い,致死攻撃数nを求めた.その結果,各致死攻撃数nと初期SOD活性には,良好な比例関係が見られた.以上より,二酸化チタン光殺菌における細胞死滅には,細胞内SOD活性が関与していることが示唆された.次に,i段の攻撃を受けて生じるM_i個の細胞は,攻撃数iの増加に伴い,SOD活性が減少しているとするモデルを考え,MM294株の光殺菌における平均の細胞内SOD活性の経時変化を,nと初期細胞内SOD活性の比例関係を考慮して計算した.計算により求めた平均の細胞内SOD活性値は,実験値と良好に一致したことから,このモデルが妥当であると考えられた.酸化チタン触媒表面に発生した,活性酸素種および正孔における酸化作用に対する細胞の応答を調べ,殺菌作用との関係を明確にするため,本年度は細胞が有する活性酸素除去酵素に着目した.主要な活性酸素除去酵素には,スーパーオキシドラジカルを除去するスーパーオキシドジスムターゼ(SOD)と過酸化水素を除去するカタラーゼが存在するが,ここでは大腸菌に存在する2種類のSODを遺伝子工学的手法により欠損させたIM303株とその親株MM294株を用い,種々の照射光強度下における殺菌特性を検討した.その結果,IM303株では,光照射時間の経過に伴って細胞生存率Cv(生存細胞数/初期細胞数で定義)の対数値は直線的に減少したのに対し,MM294株では殺菌初期に遅れ時間を有していた.IM303株とMM294株の殺菌特性の違いは,細胞内におけるSOD存在の有無にあると考え,MM294株における殺菌過程の定式化を行い,パラメータと細胞の生理学的状態の対応を検討した.両菌株に対し,Cv=L exp(-kt)を適用することにより,パラメータLの値を求めた.その結果,照射強度にかかわらず,IM303株でL=1,MM294株でL=6と決定された.このことから,パラメータLを細胞が有する活性酸素除去能力,すなわちSOD活性に依存する値ではないかと考えている.今後,細胞の培養条件等を変化させることにより,光殺菌に供する細胞のSOD活性を変化させ,L値との相関を調べる予定である.代表的な無機系殺菌剤である二酸化チタンに用いた光触媒殺菌は,光照射により励起された触媒表面上で生じる活性酸素により,細胞が損傷を受けることにより進行すると考えられている.しかしながら,活性酸素による細胞死滅に対して,細胞内の状態がどのように影響を与えるかについては,いまだ不明な点が多い.本研究では,大腸菌MM294株とそのsuperoxide dismutase(SOD)欠損株であるIM303株における二酸化チタン光殺菌での死滅様式の差に着目し,細胞内SOD活性と殺菌効果の関係を検討した.種々の光強度での殺菌実験において,野生株(MM294)とそのSOD欠損株(IM303)の細胞生存率経時変化を調べたところ,SOD欠損株では光照射時間に対して直線的に細胞生存率が減少するのに対し,野生株では照射開始初期にラグタイムを有することがわかった.そのため,細胞生存率の経時変化に及ぼすSOD活性の影響を検討した.様々な初期SOD活性を持つMM294細胞を殺菌実験に供し,得られた細胞生存率経時変化に対し,series-eventモデルの適用を行い,致死攻撃数nを求めた.その結果,各致死攻撃数nと初期SOD活性には,良好な比例関係が見られた.以上より,二酸化チタン光殺菌における細胞死滅には,細胞内SOD活性が関与していることが示唆された.次に,i段の攻撃を受けて生じるM_i個の細胞は,攻撃数iの増加に伴い,SOD活性が減少しているとするモデルを考え,MM294株の光殺菌における平均の細胞内SOD活性の経時変化を,nと初期細胞内SOD活性の比例関係を考慮して計算した.計算により求めた平均の細胞内SOD活性値は,実験値と良好に一致したことから,このモデルが妥当であると考えられた.
二酸化炭素の光還元触媒としてのポリタングステン酸イオンの合成と構造

本研究はα-Keggin構造を示す種々のTi/W混合ヘテロポリ酸を合成しその光酸化還元特性を明らかにすることを目的とした。まず4コのポリ酸,〔(C-Pr)_2NH_2〕_5〔PTiW_<11>O_<40>〕・40H_2O(1),〔(C-Pr)_2NH_2〕_5〔PTiW_<11>O_<39>(O_2)〕・4H_2O(2),K_7〔PTi_2W_<10>O_<40>〕・6H_2O(3),〔(C-PrNH_3)_5H〕〔PTi_2W_<10>O_<38>(O_2)_2〕・H_2O(4)について,X線構造解析結果は14のアニオンの構造はいずれもdisorderを与え,TiO_6サイトやPeroxo配位子を特定することは不可能であった。しかしながら差フーリエ図は金属原子の周囲にPeroxo配位子の2コのO原子によるピークを示し, ^<183>Wnmrスペクトル,電子スペクトルの結果とを合わせてアニオン中のPeroxo配位子はside-onタイプでTiサイトに結合しているものと結論された。次にKgH_5〔Ge_2Ti_6W_<18>O_<77>〕・16H_2Oを合成しその構造を明らかにした。アニオンは〔GeTi_3W_9O_<40>〕^<10->のTiO_6サイトの末端酸素原子での脱水縮合反応,【chemical formula】によって生成するものと結論され各Keggin骨格は3コのTiO_6に置換されたα-A-XM_<12>構造のC_3v対称から成り,各TiO_6サイトは互いにconer-sharingによって結合している。〔Ge_2Ti_6W_<10>O_<77>〕^<14->はD_<3h>対称を示し,類似の構造は^<183>Wnmrスペクトルの解析に基づいて推定されたβ-A-〔SiNb_3W_9O_<40>〕^<7->の2量体である〔Si_2W_<18>Nb_6O_<77>〕^<8->があるのみでX線構造解析によってその構造が明らかにされたのは本研究が最初であった。
近赤外線昼間観測による赤色超巨星の空白期間のない時間変動の調査

前年度までの準備をもとに、近赤外線JHKバンドで昼間観測を行うための減光フィルタの設計と製作を行った。減光率は、これまでの試験観測の結果をもとに、1/5000(9.25等級に相当)とした。また、1/5000減光した際には、本研究で主に利用する鹿児島大学1m望遠鏡+近赤外線カメラでは-3等級程度、IRSF1.4m望遠鏡+SIRIUSでは-1等級程度までの明るさの星を検出器を飽和させずに観測することができる。これにより、本研究の主たる目的である昼間に観測可能な明るいミラ型変光星のほぼすべてを観測可能とした。新しく製作した減光フィルタを用いた試験観測を実施した。当初、アクセスが容易な鹿児島大学1m望遠鏡で先に試験観測を実施する予定であったが、落雷被害により1m望遠鏡および、赤外線カメラが破損し観測を実施できなくなったため、IRSF1.4m望遠鏡でのみ試験観測を実施した。試験観測は赤外線で非常に明るい超巨星ηカリーナを用いて行った。試験観測の結果、新しく製作したフィルタを用いることで昼間観測が十分実施できることを確認した。一方で、画像中に想定していなかったリング状のパターンが現れた。減光フィルタを挿入する向きを変えて試したところ、リングの位置が変化することから、リング状のパターンは減光フィルタ起因であることが分かった。減光フィルタを取り外して、強い光を背景にしてフィルタの観察を行ったところ、室内光では気づかないピンホール状の小さな穴が3個ほど空いており、そのうちの1つは位置が光路中央付近であり、リング状のパターンはこの穴が原因であることが分かった。この小さな穴を顕微鏡で拡大して観察したところ、線上に延びた形状をしていることが分かった。物理的に傷つけた可能性もあるが、そのような衝撃は与えていないことから現在、原因が不明である。今後、この原因を追究する。本研究の目的は、これまであまり行われてこなかった、昼間の明るい時間における近赤外線測光観測を実施し、変光星の連続的な光度変化を得ることにある。平成27年度は、すでに所有している減光率1/5000の減光フィルタを鹿児島大学1m望遠鏡、および、赤外線カメラに取り付けられるようにし、光量を大きく減らした状態にして観測ができるるようにした。また、実際に昼間に明るい星に望遠鏡を向け、星が検出できるかどうかを確認した。その結果、昼間であっても太陽からの離角が大きく、また、十分に明るい星であれば検出できることが確認できた。現在、太陽からの離角がどれだけあれば観測できるかと、限界等級の定量的評価を行っている。次に標準星を複数個観測し、これらの相対的な明るさを比較することで、測光精度の検証を試みた。現時点では定量的な結果は出ていないが、定性的には夜間に同程度に光量を減らしたときと同様の測光精度が得られそうな感触を得ている。実際に昼間に星の観測を行うことができた。また、その明るさを測光することができ、来年度以降、継続的に観測を実施する準備ができた。本研究の目的は、これまであまり行われてこなかった、昼間の明るい時間における近赤外線測光観測を実施し、変光星、特に赤色巨星の連続的な光度変化を得ることにある。平成28年度は、平成27年度に近赤外線における昼間観測が実際に可能であること確認したことに引き続き、その測光性能などの定量評価を行った。その結果、鹿児島大学1m光赤外線望遠鏡での、夏における限界等級は、Kバンド(波長2.2μm)で約3.0等級(90秒積分)、冬においては、同じくKバンドで約4.5等級(120秒積分)であることが分かった。夏と冬での限界等級の差は、気温の差による背景放射量の差によると考えられ、実際、限界等級は外気温が高くなるほど、悪くなる傾向が得られた。実際に天体観測を行っていくためには、太陽からの離角によって、どの程度、限界等級が変化するかの情報が必要になるため、太陽からの離角を変化させて、観測を行っていたところ、2016年10月に観測に使用していた赤外線カメラが故障し、その後、年度末まで修理することができなかった。そのため、追加データが得られていない。現在は、赤外線カメラの復旧を急いでいる。なお、2016年9月には、名古屋大学が南アフリカ天文台に所有しているIRSF1.4m望遠鏡、および、近赤外線カメラSIRIUSでも似た手法で昼間近赤外線観測が可能かを試みた。具体的には、1/100減光フィルタを2枚重ねて、減光率を1/10000にした状態で、ηカリーナ、および、標準星の観測を行った。その結果、良好な星像、および測光結果が得られ、私たちの手法が有効であることが独立に確認することができた。2016年夏までは順調に研究が進んだが、2016年10月に天体観測に使用していた赤外線カメラが故障し、現在に至るまで観測が再開できていない。そのため、研究に必要なデータが取得できていないため、やや遅れていると判断した。本研究の目的は、これまであまり行われてこなかった、近赤外線における昼間天体観測へ挑戦し、特に周期が1年に近い変光星において、連続的な変光データを取得することである。

2016年10月から2017年8月まで、観測に使用する赤外線カメラの故障により、研究が中断していたが、2017年8月からは再開している。昼間観測を実施した際には、減光フィルターを用いて、観測視野全体を5000分の1まで減光する。これにより、空の明るさだけでなく、星からの光も5000分の1まで減光されるため、通常、視野内で検出できる天体はターゲットとなる明るい天体のみである。明るさの校正は標準星で行うが、昼間環境においても標準星を用いた校正方法、すなわち、エアマス補正式を妥当に求めることができるかを検証した。2017年12月から2018年2月にかけて、観測対象となる天体と、その直前、直後に標準星を観測した。具体的には、標準星のエアマスと見かけの明るさ、カタログ値から、最小自乗法を用いて、エアマス補正式を算出したところ、そのフィッティング誤差は、晴天下の良い条件下であれば0.1等以下となり、夜間と変わらない値を得ることができることを確認した。また、S CrB、X Hya、RX Booなどを複数回、観測した結果、実際に昼間観測の測光結果が、過去の夜間観測からの外挿曲線に矛盾しないことが確認できた。一方で、現在は、太陽を見ないための安全上の理由により、太陽が地平高度20度以下の時間帯のみで観測を実施しているため、標準星の数をあまり稼げない問題もあるので、安全に観測時間を拡大する工夫が必要である。2016年夏までは順調に進んだが、2016年10月に天体観測に使用していた赤外線カメラが故障したため、観測が中断した。2017年8月に赤外線カメラが復旧し、観測を再開することはできたが、約10か月、観測データの収集が出来なかったため、遅れていると判断した。前年度までの準備をもとに、近赤外線JHKバンドで昼間観測を行うための減光フィルタの設計と製作を行った。減光率は、これまでの試験観測の結果をもとに、1/5000(9.25等級に相当)とした。また、1/5000減光した際には、本研究で主に利用する鹿児島大学1m望遠鏡+近赤外線カメラでは-3等級程度、IRSF1.4m望遠鏡+SIRIUSでは-1等級程度までの明るさの星を検出器を飽和させずに観測することができる。これにより、本研究の主たる目的である昼間に観測可能な明るいミラ型変光星のほぼすべてを観測可能とした。新しく製作した減光フィルタを用いた試験観測を実施した。当初、アクセスが容易な鹿児島大学1m望遠鏡で先に試験観測を実施する予定であったが、落雷被害により1m望遠鏡および、赤外線カメラが破損し観測を実施できなくなったため、IRSF1.4m望遠鏡でのみ試験観測を実施した。試験観測は赤外線で非常に明るい超巨星ηカリーナを用いて行った。試験観測の結果、新しく製作したフィルタを用いることで昼間観測が十分実施できることを確認した。一方で、画像中に想定していなかったリング状のパターンが現れた。減光フィルタを挿入する向きを変えて試したところ、リングの位置が変化することから、リング状のパターンは減光フィルタ起因であることが分かった。減光フィルタを取り外して、強い光を背景にしてフィルタの観察を行ったところ、室内光では気づかないピンホール状の小さな穴が3個ほど空いており、そのうちの1つは位置が光路中央付近であり、リング状のパターンはこの穴が原因であることが分かった。この小さな穴を顕微鏡で拡大して観察したところ、線上に延びた形状をしていることが分かった。物理的に傷つけた可能性もあるが、そのような衝撃は与えていないことから現在、原因が不明である。今後、この原因を追究する。
エネルギー・環境応用を目指した高結晶性ナノ粒子の創製プロセス開発

金属粒子の合成技術開発に関する基礎的研究をベースとした実施計画を立て、エネルギー・環境分野への応用を目指した高結晶性ナノ粒子の創製と物性評価を行った。光電変換材料開発に関連して、サイズ及び形状を制御した純粋な酸化銅(CuO、Cu2O)ナノ粒子の合成技術を開発し、その半導体特性を確認すると同時に酸化銅-C60太陽電池セルを作製し、量子効率を評価した。また燃料電池触媒として、貴金属であるPt使用量の減量、PtのCO被毒改良と使用後のPt回収を目的としたFe-Pt磁性合金ナノ粒子合成と特性評価を行い、Fe33Pt66ナノ粒子は純Pt粒子に比べて高性能を示すことを確認した。また、Ni95Pt5及びNi90Pt10磁性合金ナノ粒子を合成し、水素化反応においては純Pt粒子と同程度の触媒性能を示すことを確認した。さらに、電磁波吸収体・アンテナ素材としての応用を目指したFeCoやFeNiなどFeベース合金粒子の合成技術開発と物性評価を行い、それらの材料のポテンシャルや課題を明確にした。特にFeCo合金粒子のアンテナ材料としての高いポテンシャルを確認した。本研究では、金属ナノ粒子インクの作製に必要不可欠な、(1)シングルナノサイズの高結晶性金属粒子の合成、(2)耐酸化性の向上処理、そして(3)表面修飾による分散性向上という3つの要素技術の開発と燃料電池電極触媒、光電変換材料および電磁波吸収体・アンテナなどの高周波用途へ応用可能な金属ナノ粒子をターゲットとし、エネルギー・環境分野の発展に貢献することを目的としている。22年度は、金属粒子の合成技術開発に関する基礎的研究をベースとした実施計画を立て、a)ナノ粒子の化学合成プロセスの機構解明、b)分子軌道法に基いたポリオール種-金属錯体種の反応性の定量的評価を実行することにした。得られた成果を下記に示す。(1)ポリオールプロセスにおける金属Coナノ粒子の生成機構を解明する目的で、XAFS法による非水溶媒中金属イオンの配位子置換反応解析を行い、水酸化物イオンを添加することでCo原子とエチレン・グリコールを含むクラスターが溶液中で形成されることが示唆された(第2回Spring-8合同コンファレンスにて報告)23年度は、金属粒子の表面特性評価及び表面修飾に関する基礎的研究をベースとした実施計画を立て、a)ナノ粒子の題表面状態評価b)表面吸着特性評価などに関する研究を行うことにした。それに加えて、計算化学を用いたポリオールプロセスにおける還元反応解明、多溶媒分散金属分散液の開発、及び遷移金属ベース機能性ナノ粒子の合成技術開発.物性評価を行った。成果を下記に示す。(1)ポリオールプロセスを用いたFeCoナノ粒子の表面分析を行った結果Fe及びCo元素の分布状況に関する結果を得たが、ナノ粒子の表面状態及び表面吸着特性に関する明確の結果は得られなかった。それについて引続き研究を行う予定である。(2)ポリオールプロセスにおける還元反応解明についてイオン化エネルギーを計算することで、エチレングリコール単体の還元能を定量的に解析し、エチレングリコールが溶液中でアルコキシドとなることで還元能が高まり、安定化することが明らかになった。これにより、金属の還元反応が進むと考えられる。(2011年度金属学会年次大会にて発表)(3)機能性ナノ粒子の開発において、(ア)アルコール還元法を用いて粒径が18nm程度のより均一なニッケルナノ粒子合成に成功し、アニオン配位子交換法により、疎水性及び親水性溶媒置換を可能にした。(イ)アンテナとしてFeベース合金粒子物性評価行い、特にFeCo合金粒子のアンテナ材料としてポテンシャルを明確にした。成果は、学術雑誌J.Appl。Phys.(1件)に報告した。(ウ)光電変換材料としてサイズ及び形状を制御した純粋な酸化銅(CuO、Cu20)ナノ粒子の合成し、酸化銅一酸化亜鉛太陽電池セルを作製し、量子効率を評価。本年度は、ナノ材料の更なる特性向上/機能拡大を目指した下記のナノ材料の開発を行った。(1)磁性ナノ粒子開発:磁性ナノ粒子の開発においては、FeCoやFePtナノ粒子を出発物質として用い、ウェットプロセスによるPt-FeCo粒子合成を目的とした白金ナノ粒子の合成とそれを核として外殻にFeCoをコートしたPt/FeCo粒子の合成が確認できたが収率は低かった。また、ウェットプロセスによるL20FeCo粒子合成を目指して(FeCo)100-xPtx粒子合成技術の開発に成功した。

しかし、xが1ー3の値における(FeCo)100-xPtx粒子の磁気特性は予想された硬磁性を示さなかった。(2)半導体ナノ粒子開発:サイズおよび形状の異なった銅酸化物ナノ粒子の合成過程の詳細な検討を行い、結晶構造および形状制御について検討した。その結果、粒径10200nmの範囲で制御された均一な粒径を持つ粒子を、再現良く合成できる最適条件を導きだした。また、過去に報告があまりない、酸化銅(Cu2O、CuO)ナノ粒子の詳細な光学特性を報告し、その酸化度ナノ粒子は、整流性を示し、バンドギャップは、Cu2O = 2.482.61[eV]、CuO = 2.312.74[eV]を示した。ただし、最終目標であった酸化銅系太陽電池の変換効率向上においては、太陽電池作製の際の構造上の課題である最適な熱処理温度、膜厚の調整などを解決する必要がある。(3)触媒ナノ粒子開発:触媒ナノ粒子の開発においては、白金の減量化に優れたノベルなNiーPt粒子の合成やそれらの触媒活性については実証済であり、水素化反応においてNi90Pt10ナノ粒子はPtナノ粒子と同程度の活性を示した。さらに、Ni-Ptナノ粒子へのPd導入について検討し、Ni-Pd-Ptナノ粒子の合成に成功した。現在サイズ・組成制御に取り組んでいる。アンテナ材料、光電変換材料、燃料電池触媒材料としての応用が見込まれる材料の開発や特性評価に関する研究は進展しているがナノ粒子の表面状態評価および表面吸着特性評価に関する研究成果は十分ではないと考える。従って、24年度にも継続して研究を行うことにする。24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、ナノ材料の更なる特性向上/機能拡大を目指した材料開発を行い、工学的応用についても検討する。(1)磁性ナノ粒子開発:我々が開発した既存の合成技術を用いたFeCoやFePtナノ粒子を出発物質として用い、ウェットプロセスによる(1)FePt-FeCo粒子合成を目的とした白金ナノ粒子の合成とそれを核として外殻にFeCoをコートしたPt/FeCo粒子の合成および(2)L2_OFeCo粒子合成技術開発を行い、磁石材料としての物性評価を行う。(2)半導体ナノ粒子開発:既に高純度の一酸化銅なの粒子の合成技術開発に成功している。従って本年度は、銅酸化物ナノ粒子の合成過程の詳細な検討を行い、結晶構造および形状制御について検討し、結晶構造および形状による光学特性について評価を行い太陽電池材料としてのポテンシャルを評価する。(3)触媒ナノ粒子開発:白金の減量化に優れたノベルなNi-Pt粒子の合成やそれらの触媒活性については実証済である。水素化反応においてNi_<90>Pt_<10>ナノ粒子はPtナノ粒子と同程度の活性を示した。そこで、それらの粒子の燃料電池触媒としての評価を行う。さらに、Ni-Ptナノ粒子へのPd導入の検討・合成条件の最適化を行うと共に自動車触媒としてのポテンシャルを評価する。
農・林地の相互依存性に関する土地利用学的研究

この研究は、一つの土地利用が、他の土地利用または全体の土地利用にどのような影響を与えるかを、土地利用学的に調査・分析し、それらの相互関係を総合的にまとめることを目的としてなされたものである。この研究では、従来の単独的な土地利用計画とは異なり、林地と農地さらに集落間の土地利用の依存性がどのように存在するかを地域計画論的に考察し、それらの間に存在する土地利用計画上のサステナブルな条件を、わが国の全国各地の事例をもとにして明らかにした。事例地区は、北海道、東北、関東、近畿・中国、四国・九州の5つの地方において設定した。また、耕作放棄水田の高度利用計画の一環として、中山間地における小区画圃場整備をもとにした土地利用計画の策定や、農地と林地を一体化した総合的な土地利用計画の可能性についても明らかにした。さらに、谷地田のような天水田の農地的成立条件は周囲の水源としての林地の雨水涵養能力に深く関係すること、および、林地と畑地と水田の土地利用の間にはそれらの地力を維持する物質として有機物循環が存在すること、ならびに、耕作放棄の現象は社会的要因で生じたものであるが自然的条件と社会的条件が複合されて耕作放棄がなされていることなどを明らかにした。これらの研究において、研究代表者は研究を総括し、農地と林地の土地利用の関係について総合化し、研究分担者は林地と農地の水質や水文学的研究、土地利用と景観の調和、傾斜地の地すべりと侵食防止、谷地田や中山間水田の耕作放棄の調査研究を行った。平成7年度は、研究代表者は土地分級と農地の耕作放棄に関する環境特性について基礎的な研究を行った。研究分担者は、林地、農地の水質や水文学的研究、景観的な調和と土地利用、傾斜地の侵食防止、谷地田や中山間水田の耕作放棄水田の調査研究を行った。これらの諸研究から、地形的には山間、傾斜地、台地および平坦地における流域と土地利用との関係が農村計画的な観点から明らかにされつつある。研究分担者の地区ごとの成果は、以下のようである。(1)北海道:生産性の向上と地域景観の両立について解明を進めている。(2)東北:水利用と水環境からみた農・林地の相互依存性を、奥入瀬川流域で解明している。(3)関東:森林小水域における渓流の水質特性と農・林地の土地利用との関係について、茨城県や千葉県において調査研究を進めている。(4)近畿・中国:農・林地の物質循環について、地域水環境学的研究を進めている。(5)四国・九州:農・林地の地すべりの機構の解析と水の動態について研究を進めている。当初に計画した研究目的にしたがって、順調に研究が進められている。とくにサステナブルな観点からの土地利用計画のあり方については、新たな方法論的展開がされつつあると考えている。平成8年度は、研究代表者は平成7年度につづいて、土地分級と農地の耕作放棄に関する基礎的な研究を行った。また、高性能のパソコン機器とGISなどを中心とするソフトおよび航空写真を用いて、林地と農地の利用実態を現地調査と並行して調査した。さらに、国土情報システムを利用して、農地、林地、地形、土壌などの情報を得て、土地利用と土地的環境との関係を分析した。研究分担者は平成7年度に引き続き、北海道、東北、関東、近畿・中国、四国・九州の各地域分担にわかれて、それぞれの班に属するテーマの研究を続けた。研究テーマは、耕作放棄農地からみた周辺土地利用特性の研究、農林地からでる水質特性とその関連性の研究、田園地域景観と土地利用特性の研究、農林地の水文環境に関する研究などである。また、これらのテーマを通じて、それぞれの研究分担者の視点から、サステナブルな農業のための土地利用計画のための指針についての考え方を検討した。

これらの成果をもとにして、サステナブルな農業のための土地利用計画と環境保全のための土地適正配分について、新たな方法論的展開がされつつあると考えている。平成9年度は、研究代表者は、平成8年度に行った土地分級と農地の耕作放棄に関する基礎的な研究にもとずいて、高性能のパソコン機器とGISなどを中心とするソフトおよび航空写真を用いて、林地と農地の利用実態を分析した。さらに、国土情報システムを利用して、農地、林地、地形、土壌などの情報を得て、土地利用と土地的環境との関係を分析し、総合化した。研究分担者は、平成8年度に引き続き、北海道、東北、関東、近畿・中国、四国・九州の各地域分担にわかれて、それぞれの班に属するテーマの研究を続けた。研究テーマは、耕作放棄農地からみた周辺土地利用特性の研究、農林地からでる水質特性とその関連性の研究、田園地域景観と土地利用特性の研究、農林地の水文環境に関する研究などである。これらのテーマを通じて、それぞれの研究分担者の視点から、サステナブルな農業のための土地利用計画のための指針についての考え方を検討した。研究の最終年度である平成9年度は、当初に計画した研究目的にしたがって、これまでの成果をもとにして、サステナブルな農業のための土地利用計画と環境保全のための土地適正配分について議論し、新たな方法論的展開がなされた。
オピオイドμ-1受容体にさらなるサブタイプの存在の可能性

オピオイドμ受容体は、生化学的及び薬理学的知見から少なくとも2つ以上のsubtypeの存在が推測されているが、これらsubtypeのcloningは示されていない。これまでμ1受容体拮抗薬であるnaloxonazine及びμ1+μ2受容体拮抗薬であるβ-funaltrexamineを用いてμ受容体のsubtypeを決定する方法が用いられている。近年、μ受容体にさらなるsubtypeの存在の可能性が示された。第3のμ受容体subtypeのアゴニストとしてheroin、アンタゴニストとして3-methoxynaltrexoneが報告された。一方、1997年に牛の脳から単離されたμ受容体に対して特異的なアゴニストであるendomorphin-1及びendomorphin-2を用いて、μ受容体のいずれのsubtypeに作用するか行動薬理学的手法を用いて実験を行った。naloxonazineのID_<50>値はそれぞれ16mg/kg、48mg/kg及び60mg/kgであった。さらに興味深いことには、ノーベルμ受容体拮抗薬である3-methoxynaltrexoneの選択的拮抗用量である0.25mg/kg s.c.前処理においてendomorphin-2の抗侵害作用のみが拮抗作用を示した。これらの結果から、endomorphin-2はμ1受容体及びノーベルμ受容体に対して選択性の高いアゴニストであることが示唆された。しかし、本実験においてκ受容体antagonistであるnor-binaltorphimine前処理によって、endomorphin-2の抗侵害作用が拮抗された(endomorphin-1は拮抗されず)。これらの実験結果から、endomorphin-2はμ受容体を介して(endomorphin-1が作用するμ受容体とは異なる受容体)dynorphinA(1-17)を遊離することにより抗侵害作用を引き起こしていることが示唆された。一方、μ受容体は生化学的及び薬理学的見地から少なくても2つ以上のsubtypeの存在が推測されているが、これらsubtypeのcloningは示されていない。これまでのμ_1受容体拮抗薬であるnalo xonazine及びμ_1+μ_2受容体拮抗薬であるβ-funaltrexamineを用いてμ受容体のsubtypeを決定する方法が用いられているので、これまでの研究からは、μ_2受容体の特異的な拮抗薬は認められていない。本実験において、endomorphin-1及びendomorphin-2のD-Pro体であるD-Pro-endomorphins (D-Pro-endomorphin-1,D-Pro-endomorphin-2)にはほとんど抗侵害は認められない。脊髄クモ膜下腔内投与によるendomorphin-2の抗侵害作用はD-Pro-endomrphin-1との同時投与によっては何ら変化は認められなかったが、D-Pro-endomorphin-2との併用によって用量依存的な拮抗が認められたのである。これまでの研究で、μ_2受容体のagonistとされているDAMGOおよびendomorphin-1の抗侵害作用に対してのみ拮抗するantagonistは見い出されてはいなかった。しかし、D-Pro-endomorphin-1及びDAMGOの抗侵害作用はendomorphin-1との併用によって、拮抗作用が認められた。これらの結果から、D-Pro-endomorphin-1はμ1受容体の特異的拮抗薬である事が示されたのである。さらに、endomorphin-1及び-2はμ受容体に作用するが、異なったsubtypeに作用している可能性を示唆する結果を得た。
男女の不平等が経済成長に与える影響に関する研究

本研究では,労働市場における男女間賃金格差と女性に対する差別の形態についてブラジルの家計調査データを用いて詳細に検討した。また,企業データを用いて女性労働者比率が高い企業ほど利益効率性が高いことを示すことにより,男女間賃金格差の少なくとも一部分は女性に対する差別によるものであることを確認した。さらに,男女の教育の不平等が経済成長に与える影響を,男性内および女性内での不平等と男女間の不平等に分解可能な指標を用いて示した。本年度は特定の国や地域に関して,男女間賃金格差および女性雇用と企業の生産効率についてマイクロ・データを用いた分析を行った。具体的な内容および成果としては以下の二点が挙げられる。1.ブラジルの労働市場に於ける男女間賃金格差に関する分析を行った。男女の教育機会の不平等は所得や社会的地位の男女格差の大きな要因となっているといわれるが,男女の教育機会に大きな格差がないと考えられるブラジルにおいても男女間賃金格差は存在しており,必ずしも教育水準だけでは男女間賃金格差を説明できないことが明らかとなった。2.世界銀行のEnterprise Surveyを用いて,サブサハラ・アフリカにおける企業の女性雇用と生産効率についての分析を行った。女性の賃金が生産性に比して不当に低い地域では,より多くの女性を雇用する企業ほど生産費用を抑えることができ利益率が高くなると考えられるが,サブサハラ・アフリカ企業のパネル・データを用いた分析からは女性雇用と企業の利益率に一概の関係は伺えず,現在その理由の模索や手法の再検討を行っている。以上の研究は,いずれも容易に他の国や地域に応用可能である。データについては,各国の国勢調査や家計調査はIPUMS等から入手可能であり,Enterprise Surveyも広範な国と地域を対象としている。ここで得られた結果をベンチマークとして,広範な国や地域について国際比較を行うことにより,社会的・文化的背景や経済発展と男女の不平等との関係を明らかにしていくことができる。そのためには,各国や地域の経済成長率や男女の不平等を表す指標などの時系列データが必要となるが,本年度はデータに関する調査と収集を研究協力者に依頼して行った。本年度は,女性に対する差別の経済的な損失に着日した研究を行った。1.ブラジルの労働市場において女性差別が存在しているかどうかを確認するために,企業データを用いて女性労働者比率と利潤率との関係を分析した。分析手法としては,DEA(Data Envelo+pment Analysis)を用いてノンパラメトリックに企業の利潤効率性(profit efficiency)を計測し,得られた企業の利潤効率性スコアと女性労働者比率の関係を分析した。その結果,ブラジルの製造業では,女性従業員比率の高い企業ほど利潤効率性が高くなっていることがわかった。昨年度の成果として,ブラジルにおいて女性にはその生産性と比べて低い賃金しか支払われていないということを示したが,今回の結果は,女性を差別しない企業は生産性と比べて低い賃金で雇用することができる女性労働者を多く雇用することにより高い利潤を上げることができるということを示唆しており,男女間賃金格差が女性に対する差別を反映したものであることの裏付けとなった。また,ブラジルへ渡航して現地の大学の研究者と議論し,ブラジルにおける男女間賃金格差および女性雇用と企業の利潤効率性に関する研究について貴重なコメントを得た。2.女性の社会進出と経済成長の関係について,成長回帰分析の枠組みで分析を行った。特に学校教育の不平等に着目して,修学年数に関するBarroとLeeのデータから各国の平均修学年数と教育の不平等度の指標を算出し,それらと経済成長との関係を分析した。その際,教育の不平等度は同じ性別の中での不平等と性別間での不平等に分解し,男女の不平等が経済成長に与える影響の計測を試みた。結果の頑健性についてのさらなる検証が必要であるが,男女間の教育の不平等が経済成長に対して負の影響を持つことが示された。
層状結晶ナノシートによる超薄膜電池・キャパシタの開発

単層ナノシートを導電性基板に繰り返し付着させリチウム挿入脱離による電気容量を測定した結果、チタン酸ナノシートでは約40nmまで、マンガン酸ナノシートでは約10nmまでの積層体で理論容量またはそれを超える容量が観測された。積層数の増加とともに容量は減少し、バルク体での値に近づくことが分かった。泳動電着法により、緻密で平坦表面をもつ厚さ約100nm以下のチタン酸ナノシート積層膜を短時間で得ることに成功した。チタン酸ナノシートとマンガン酸ナノシートの混合再積層体の合成に成功した。その混合再積層体ではチタンとマンガンの両者がそれぞれ酸化還元反応を起こすとともに、単独では見られない電位での反応が確認され、従来にはない充放電特性が発現する可能性が示唆された。チタン酸のナノシート再積層体と導電性カーボンの複合体からなるリチウムイオン二次電池電極は、大電流密度での充放電においても容量低下が少ない高速充放電特性を示した。また、多孔質炭素の孔内壁にマンガン酸ナノシートを積層固定化した複合電極では、高比表面積、短いイオン拡散距離、高電子伝導性により、通常の容量を維持したまま1kW/kgを超える高出力が得られた。層状リン酸ジルコニウムを剥離させたナノシートを、耐熱性ポリマーであるスルホン化ポリエーテルエーテルケトンに分散させ、プロトン伝導性複合膜を作製した。複合化により水への安定性と耐熱性が向上した。飽和水蒸気下150°Cにおいて十分に高い導電率を示し、中温度作動型燃料電池用電解質膜として利用可能であることが分かった。層状ペロブスカイト酸化物を層剥離することにより、Bサイトイオンが異なる2種類のナノシートを合成した。それの再積層により超格子構造が形成され、通常の固相法により得られるランダム構造体とは異なる誘電率を示すことを明らかにし、新規誘電体の創製に有効であることを示した。1.ナノシートプロセスおよびナノシート自身の基礎研究種々の層状構造酸化物のナノシート化を試みた結果、層間が十分にプロトンへのイオン交換がなされる酸化物において、テトラブチルアンモニウムなど嵩高いイオンの挿入により層間剥離が生じることが明らかとなった。また、層間距離の変化から、プロトンは水和水の形で層間に入ることが示唆された。さらに、原子間力顕微鏡により、平滑ガラス基板上に担持させたナノシート単層の形状と厚さを評価する技術を確立した。白金/シリコン基板上に担持した厚さ34ナノメートルの四チタン酸ナノシート単層での電気化学特性を調べた結果、バルク体と同様な、リチウム挿入脱離によると考えられる酸化還元電流を確認した。2.ナノシート再積層体の構造制御と物性評価八チタン酸のナノシート再積層体と導電性カーボンの混合体、および導電性カーボンを含む溶液中でのナノシート再積層による複合体について、その構造とリチウムイオン電池正極として用いた場合の充放電特性を調べた。十分に均質な微細構造ではないものの、いずれも酸化還元反応の過電圧が小さく良好な充放電特性を示した。特に、導電性カーボンとして気相成長カーボン繊維と複合化した系では、大電流密度での充放電においても容量低下が少ない高速充放電特性を示した。層状構造の酸化チタンおよび酸化マンガンをナノシート化し、その複合ナノシート再積層体を形成した。充放電特性では、構成するナノシート物質自身の特性に加えて、単独ナノシート再積層体には見られない電位での充放電容量が観測された。このような複合ナノシート再積層体により、従来にはない充放電特性が発現する可能性が示唆された。1.ナノシートおよびナノシート構成膜の構造制御と構造-

物性相関チタン酸では、原料にチタン酸セシウム微粒子を用いた際にはシートサイズ50200nm、リチウム添加チタン酸カリウム粒子を用いてコロイド溶液の攪拌をせずに層剥離させると3μm程度の大きなナノシートが得られることが明らかとなった。マンガン酸では、共沈法で合成した過マンガン酸カリウムを原料に用いた際に、100nm以下のサイズのナノシートが得られることが分かった。単層ナノシートを導電性基板に繰り返し付着させて電気容量を測定した結果、チタン酸ナノシートでは2層まで、マンガン酸ナノシートでは5層までの積層体で理論容量またはそれを超える容量が観測された。積層数の増加とともに容量は減少し、バルク体での値に近づくことが分かった。ナノシートを導電性基板上に短時間で積層させる方法として泳動電着法を試み、緻密で平坦表面をもつ厚さ約100nm以下のチタン酸ナノシート積層膜を得ることに成功した。また、積層膜の厚さを10nm程度の精度で制御できることが分かった。この積層膜においても優れた電気化学特性が確認された。2.異種ナノシート複合再積層膜の構造制御とその機能の評価チタン酸ナノシートとマンガン酸ナノシートの混合再積層体の合成に成功した。その混合再積層体ではチタンとマンガンの両者がそれぞれ酸化還元反応を起こすとともに、単独では見られない電位での反応が生じることが確認された。層状ペロブスカイト酸化物を層剥離することにより、Bサイトイオンが異なる2種類のナノシートを合成した。それの再積層により超格子構造が形成され、通常の固相法により得られるランダム構造体とは異なる誘電率を示すことを明らかにした。1.ナノシートおよびナノシート構成膜の構造制御と構造-物性相関横サイズが24μmの大サイズチタン酸ナノシート(NS-L)と300500nmの小サイズチタン酸ナノシート(NS-S)を泳動電着法により厚さ40nm程度に成膜し,リチウム挿入脱離特性を調べた。NS-L積層薄膜では厚さの増大に伴い,リチウムイオンがシート端部へ移動されにくくなり拡散律速過程が支配的になったが,NS-S積層薄膜では積層厚さに依存しなかった。小サイズナノシートを用いた電極では薄膜構造による影響が少なく,自由な構造設計が可能であることが示された。マンガン酸ナノシート再積層体における繰り返し充放電(リチウムイオンの挿入脱離)による特性劣化の要因を調べ,構成するシートの面内構造は変化しないが,積層構造の乱れによるリチウムイオンの挿入反応抵抗の増大が原因であることが明らかとなった。2.ナノシート利用各種応用への展開リチウムイオン二次電池電極として,電子導電性の多孔質炭素の孔内壁にマンガン酸ナノシートを厚さ1020nm積層固定化した複合電極を作製した。高比表面積,短いイオン拡散距離,高電子伝導性により,通常の容量を維持したまま1kW/kgを超える高出力が得られた。層状リン酸ジルコニウムを剥離させたナノシートを,耐熱性ポリマーであるスルホン化ポリエーテルエーテルケトン(SPEEK)に分散させ,プロトン伝導性複合膜を作製した。複合化により,それらの界面において水素結合が形成され,水への安定性と耐熱性が向上した。
分割吸収体により有感面積を増大化したNIS型超伝導体放射線検出器の開発研究

平成13年度には,真空チェンバを更新し,従来からの超伝導体Nbスパッタ用DCマグネトロンに加え,絶縁体とするAlおよび常伝導体Agを蒸発させる電子ビーム蒸着ガン,そして絶縁性を確実にするためのSiO_2成膜用RFマグネトロンを装備した.さらに,超伝導体検出器を製作するために,従来は基板をX-Y方向へ移動するX-Yステージを用いていたが,今回は基板をシャドーマスクに接近させるための駆動機構を持つX-Y-Zステージを製作した.まず,超伝導体膜であるNb膜の成膜条件をアルゴンガス圧を変えながら検討した.次に,絶縁体膜とするAlおよび常伝導体のAgの蒸着条件を検討した.最後に,SiO_2膜を成膜するための酸素を混入したアルゴン雰囲気の条件を決定した.本年度製作したX-Y-Zステージを用いることで,従来はシャドーマスクのパターンから約50μm程度あった膜のしみ出しが,およそ10μm程度と小さくなった.また,常伝導体(N)-絶縁体(I)-超伝導体(S)からなるNIS型超伝導体放射線検出器の有感面積を大きくする方法として,ヒートスイッチ法を考案した.平成14年度にはNIS型超伝導体放射線検出器の動作が速い,磁場が不要などの特長を生かすため,エネルギー分解能がSIS型程度に向上させる方法を量子磁気干渉計(SQUID)を利用して3種類考案した:(1)非対称変調SQUID,(2)超伝導ループを用いたジョセフソン接合マイクロカロリーメーター,そして(3)rf-SQUIDマイクロカロリーメーター,である.これらは常伝導体吸収体と熱的に結合した常伝導層を含むジョセフソン接合を持つ.放射線が付与したエネルギーによる常伝導体の電子温度の上昇によるジョセフソン接合の臨界電流の変化をそれぞれSQUIDによって読み出す方式である.それぞれの方法により,動作温度100mKで1.5eVから5.8eVのエネルギー分解能が期待できる.平成13年度には,真空チェンバを更新し,従来からの超伝導体Nbスパッタ用DCマグネトロンに加え,絶縁体とするAlおよび常伝導体Agを蒸発させる電子ビーム蒸着ガン,そして絶縁性を確実にするためのSiO_2成膜用RFマグネトロンを装備した.さらに,超伝導体検出器を製作するために,従来は基板をX-Y方向へ移動するX-Yステージを用いていたが,今回は基板をシャドーマスクに接近させるための駆動機構を持つX-Y-Zステージを製作した.まず,超伝導体膜であるNb膜の成膜条件をアルゴンガス圧を変えながら検討した.次に,絶縁体膜とするAlおよび常伝導体のAgの蒸着条件を検討した.最後に,SiO_2膜を成膜するための酸素を混入したアルゴン雰囲気の条件を決定した.本年度製作したX-Y-Zステージを用いることで,従来はシャドーマスクのパターンから約50μm程度あった膜のしみ出しが,およそ10μm程度と小さくなった.また,常伝導体(N)-絶縁体(I)-超伝導体(S)からなるNIS型超伝導体放射線検出器の有感面積を大きくする方法として,ヒートスイッチ法を考案した.平成14年度にはNIS型超伝導体放射線検出器の動作が速い,磁場が不要などの特長を生かすため,エネルギー分解能がSIS型程度に向上させる方法を量子磁気干渉計(SQUID)を利用して3種類考案した:(1)非対称変調SQUID,(2)超伝導ループを用いたジョセフソン接合マイクロカロリーメーター,そして(3)rf-SQUIDマイクロカロリーメーター,である.これらは常伝導体吸収体と熱的に結合した常伝導層を含むジョセフソン接合を持つ.放射線が付与したエネルギーによる常伝導体の電子温度の上昇によるジョセフソン接合の臨界電流の変化をそれぞれSQUIDによって読み出す方式である.それぞれの方法により,動作温度100mKで1.5eVから5.8eVのエネルギー分解能が期待できる.より性能の良い超伝導体検出器を製作するために,真空チェンバを更新した.新しい真空チェンバには,従来からの超伝導体Nbスパッタ用DCマグネトロンに加え,絶縁体とするAlおよび常伝導体Agを蒸発させる電子ビーム蒸着ガン,そして絶縁性を確実にするためのSiO_2成膜用RFマグネトロンを備えている.また,真空チェンバの内部からべーキングを行うためのハロゲンランプとこの前後駆動機構を持つ.さらに,超伝導体検出器を製作するために,従来は基板をX-Y方向へ移動するX-Yステージを用いていたが,今回は基板をシャドーマスクに接近させるための駆動機構を持つX-Y-Zステージを製作した.この新しい成膜システムを用いて,超伝導体検出器の製作を開始した.まず,超伝導体膜であるNb膜の成膜条件をアルゴンガス圧を変えながら検討した.次に,絶縁体膜とするAlおよび常伝導体のAgの蒸着条件を検討した.最後に,SiO_2膜を成膜するための酸素を混入したアルゴン雰囲気の条件を決定した.本年度製作したX-Y-Zステージを用いることで,従来はシャドーマスクのパターンから約50μm程度あった膜のしみ出しが,およそ10μm程度と小さくなった.また,超伝導体検出器の有感面積の増大化に関して新しいアイディアを得た:放射線のエネルギー付与による接続を行うヒートスイッチの利用である.この方法に関して特許申請の準備を行っている.常伝導体(N)-絶縁体(1)-超伝導体(S)からなるMS型超伝導体放射線検出器の有感面積を大きくする方法として,ヒートスィッチ法を考案した.

これは常伝導体吸収体とNIS型センサー部分と超伝導体層を介して結合するものである.常伝導体に放射線が吸収されて生成されるホットスポットによって超伝導体が常伝導転移し,常伝導体吸収体の熱がMS型センサーに伝わり,放射線のエネルギー測定が行われる.NIS型超伝導体放射線検出器は他の型の超伝導体放射線検出器よりも幾分エネルギー分解能が劣る.しかし,動作が速い,磁場が不要などの特長があるため,エネルギー分解能がSIS型程度に向上させる方法を量子磁気干渉計(SQUID)を利用して3種類考案した:(1)非対称変調SQUID,(2)超伝導ループを用いたジョセフソン接合マイクロカロリーメーター,そして(3)rf-SQUIDマイクロカロリーメーター,である.これらは常伝導体吸収体と熱的に結合した常伝導層を含むジョセフソン接合を持つ.放射線が付与したエネルギーによる常伝導体の電子温度の上昇によるジョセフソン接合の臨界電流の変化をそれぞれSQUIDによって読み出す方式である.(1)はTarteらによる検出器素子を従来の手法でも製作可能とするためSMS接合とシャント抵抗を用いる提案を行った.(2)では臨界電流の変化に起因する超伝導ループ中の磁束の変化を測定する方法であり,6.2keVのダイナミックレンジに対し,5.8eVのエネルギー分解能が期待できる.(3)の検出器は検出部と読み出し部とが磁気結合しているだけであり,高温部から検出部への熱流入が無く,また配線が不要なためアレイかも容易であり,500x500x2μm^3の銀吸収体を100mKで用いると1.5eVのエネルギー分解能が期待できる.
根粒共生の抑制に関わる宿主植物シグナリングの統合的理解

マメ科植物は、窒素栄養が十分量存在する時は根粒共生を抑制することで共生にともなう炭素源の不要な損失を防いでいる。本現象は、栄養環境に応答した植物の器官形成を端的に示す事例の1つと言えるが、その分子機構は不明な点が多い。本研究課題では、マメ科のモデル植物ミヤコグサを用いて本現象に関わる長距離移動性のペプチド性シグナル分子の特定および機能解明と、2つの転写因子を介した遺伝子発現制御機構の解明に関する研究を推進する。得られた知見から、窒素栄養に応答した根粒共生抑制機構を統合的に理解することを目指す。
表面官能基を付与した膨張化炭素繊維を用いた環境配慮型蓄電素子の開発

○目的電気分解による炭素繊維層間化合物の合成と,その急速加熱処理により得られる膨張化炭素繊維(ExCFs)は,比表面積が500m^2・g^<-1>未満と小さいにもかかわらず,ExCFsがメソ孔を多く有することによってEDLC容量は,硫酸電解質中で110160F・g^<-1>と高い値を示し,また表面に残存する酸性官能基がEDLC容量に影響を与えていることを報告してきた.本研究では,比表面積が400m^2・g^<-1>でメソ孔を主に有するExCFs表面に官能基を修飾し,それを電極として用いた場合の電気化学特性について検討した.○方法ExCFsは,炭素繊維を作用極とし,電解液に濃HNO_3を用い,定電流で1.2×10^4C・g^<-1>に達するまで電気化学処理を行い,洗浄,風乾した後,1000°Cで5秒間加熱することにより得た.得られたExCFsをテフロン治具と白金板を用いて作用極に固定し,電解液に濃HNO_3を用い,0.5Aの定電流で0.27.2×10^4C・g^<-1>印加した.官能基を付与したExCFsを電極とし,1M H_2SO_4電解質を用いた三極セルにより充放電測定を行った.○結果ミクロ孔は,酸化処理前のExCFsでほとんど認められなかったが,チャージ量0.6×10^4C・g^<-1>まで印加した場合,全表面積に占めるミクロ孔の割合は,0.42に達し,全表面積は,酸化処理に伴い減少が認められた.カルボキシル基量は,酸化処理の初期に大きく増加し,その後4.8×10^4C・g^<-1>に達するまで徐々に増加した.単位面積当たりのカルボキシル基量に対する単位面積当たりのEDLC容量は,官能基の増加に伴って増加していることが認められた.この増加傾向から算出したカルボキシル基の持つEDLC容量は,ファラデー定数を電位差0.8Vで除した値と同等の0.12F/μmolを示したことから,カルボキシル基1分子が1電子を貯めていると推察された.○目的電気分解による炭素繊維層間化合物の合成と,その急速加熱処理により得られる膨張化炭素繊維(ExCFs)は,比表面積が500m^2・g^<-1>未満と小さいにもかかわらず,ExCFsがメソ孔を多く有することによってEDLC容量は,硫酸電解質中で110160F・g^<-1>と高い値を示し,また表面に残存する酸性官能基がEDLC容量に影響を与えていることを報告してきた.本研究では,比表面積が400m^2・g^<-1>でメソ孔を主に有するExCFs表面に官能基を修飾し,それを電極として用いた場合の電気化学特性について検討した.○方法ExCFsは,炭素繊維を作用極とし,電解液に濃HNO_3を用い,定電流で1.2×10^4C・g^<-1>に達するまで電気化学処理を行い,洗浄,風乾した後,1000°Cで5秒間加熱することにより得た.得られたExCFsをテフロン治具と白金板を用いて作用極に固定し,電解液に濃HNO_3を用い,0.5Aの定電流で0.27.2×10^4C・g^<-1>印加した.官能基を付与したExCFsを電極とし,1M H_2SO_4電解質を用いた三極セルにより充放電測定を行った.○結果ミクロ孔は,酸化処理前のExCFsでほとんど認められなかったが,チャージ量0.6×10^4C・g^<-1>まで印加した場合,全表面積に占めるミクロ孔の割合は,0.42に達し,全表面積は,酸化処理に伴い減少が認められた.カルボキシル基量は,酸化処理の初期に大きく増加し,その後4.8×10^4C・g^<-1>に達するまで徐々に増加した.単位面積当たりのカルボキシル基量に対する単位面積当たりのEDLC容量は,官能基の増加に伴って増加していることが認められた.この増加傾向から算出したカルボキシル基の持つEDLC容量は,ファラデー定数を電位差0.8Vで除した値と同等の0.12F/μmolを示したことから,カルボキシル基1分子が1電子を貯めていると推察された.
ソートを教材とした数学的な思考力・判断力・表現力をはぐくむ研究

研究目的平成21年12月発行の高等学校学習指導要領解説数学編理数編では、日本の生徒は、「思考力・判断力・表現力を問う読解力や記述式問題、知識・技能を活用する問題に課題がある」と述べられている。そこで、この問題を解消することを目的として、本研究を計画した。研究方法第一段階は、中に数字を書いた紙コップを使用し、数字を昇順に並び替えるというソートを体験させた。2つのコップを選択し、その2つに書いてある数字の大小のみを知ることができるという条件下で実施した。その中で、どのようなルールでソートすれば効率よくソートできるかを考えさせた。第二段階は、考えたソートや有名なソートについて、その最小・最大回数を数学的に検証した。第三段階は、学習したことを基に、Excelを用い、VBAでソートのプログラムを作成し、そのプログラムの改善に取り組んだ。第四段階は、学習成果をまとめ、理系コース発表会でPCを用いたプレゼンテーションを行った。研究成果第一段階では、ソートという概念を体感・理解させることができた。自らの力でソートの完成と、ソートを行うためのルールを考えることができた、このことにより、問題解決のための思考力を培うことができた。第二段階では、正確なソートの回数が得るために、既習内容である数列の知識を活用することができた。第三段階では、プログラムの改善を通して、問題解決のための思考力・判断力を培うことができた。第四段階では、発表会での発表会を通して、他者に物事を伝えるという表現力の伸長が得られた。