東海大学新聞「研究室おじゃまします！」に、材料科学科・高尻研究室が掲載されました。

 2021年02月01日

東海大学新聞（2021年2月1日号）に、材料科学科・高尻研究室が掲載されました。

高尻教授の紹介と、同研究室で手がけている研究の紹介記事が掲載されていますので、ご一読ください。

（右記事をクリックすると別ウィンドウで画像として記事が見れます）

「発電」と聞くと、火力や太陽光などの技術を思い浮かべる人が多いだろうが、近年、利用する場所で小さな電気を起こせる技術への注目が高まっている。わずかな温度差から電気を生み出せる「熱電変換素子」（熱電素子）に関する研究を続ける。

卒業研究発表準備　佳境！

 2021年02月01日

現在、総勢72名の4年次生達が来る2月12日の卒業研究発表会（対面）・卒業論文提出へ向けて最後の追い込み中です。新型コロナ感染症対策のため入構可能人数が制限されている中で、各自の卒業研究テーマにできる限りの力を注いでいるところです。今年度の卒業研究タイトルはこちらです。

今年もバラエティに富んだ研究テーマが並んでおり、発表会が楽しみです。

大学院工学研究科２年次生の矢吹さんが執筆した論文が『Scientific Reports』に掲載されました

 2021年01月14日

大学院工学研究科応用理化学専攻２年次生の矢吹隼人さん（指導教員＝工学部材料科学科・高尻雅之教授）が執筆した論文「Flexible thermoelectric films formed using integrated nanocomposites with single-wall carbon nanotubes and Bi2Te3 nanoplates via solvothermal synthesis」が昨年10月12日に、科学ジャーナル『Scientific Reports』電子版に掲載されました。

矢吹さんは、熱エネルギーを電気エネルギーに変換できる新材料「熱電素子」の研究に取り組んでいます。なかでもビスマステルルという合金とカーボンナノチューブを使った、新たな素子の開発に取り組んでいます。従来はこれら２つの材料を使った素子の製造法は明らかになっていませんでしたが、今回の論文ではビスマステルルとカーボンナノチューブの原材料を事前に混ぜ合わせて高温・高圧をかけると熱電素子として合成できることを発表。走査型電子顕微鏡で構造を分析するときれいな結晶ができていることや、性能試験でも従来のものの２倍の性能が出ることも明らかにしました。なお矢吹さんはこの技術で特許も取得しています。

「厳しい査読があり、日ごろから研究の参考にしているジャーナルに自分の論文が掲載されたことに感謝しています。高尻先生には学部１年次生のころからお世話になっており、今回の論文も先生の指導と仲間たちの協力があったからこそ完成させられたと感じています。材料の合成には無限の可能性があり、実験をするたびに新しい発見があるのも魅力です。これからもしっかりと勉強を重ね、より高い熱電素子の開発につなげていきたい」と話しています。

東海大学・ニュースに掲載

■工学部ニュース

https://www.u-tokai.ac.jp/academics/undergraduate/engineering/

■大学院ニュース

https://www.u-tokai.ac.jp/academics/graduate/

大学院工学研究科2年次生の和田さんが、国際学会「ISNNM2020」で受賞しました

 2020年12月18日

大学院工学研究科応用理科学専攻２年次生の和田悠星さん（指導教員＝工学部材料科学科・松下純一教授）が、11月３日から６日まで韓国の済州島をメーン会場に開催された環境材料やセラミックスに関する国際学会「16th International Symposium on Novel and Nano Materials(ISNNM2020)」でベストプレゼンテーションアワードを受賞しました。和田さんは同学会にオンラインで参加し、ポスター発表を行った約370件の中から同賞に輝きました。

東海大学・ニュースに掲載

https://www.u-tokai.ac.jp/academics/undergraduate/engineering/news/detail/isnnm2020.html

秋学期授業がスタートしました。一部、対面授業を実施。

2020年09月28日

9月26日より、秋学期授業がスタートしました。

春学期は全面遠隔授業で、学生，教員，職員など皆が大変な思いで授業を行いましたが、秋学期からは、いよいよ一部対面授業を開始しました。

但し、感染リスクもあるため、感染防止策を徹底した授業を行っています。

写真は2年次生の材料科学実験の光景です。

同時に実施する実験を減らすため、使用する実験室を分散させたりしています。

工学部材料科学科・高尻教授らの研究グループが画期的な熱電素子の開発に成功しました

2020年09月25日

工学部材料科学科の高尻雅之教授らの研究グループが、画期的な熱電素子の開発に成功。その成果をまとめた論文「Self-powered broadband photo-detection and persistent energy generation with junction-free strained Bi2Te3 thin films」が、国際ジャーナル『Optics EXPRESS』Vol.28 Issue 19（インパクト・ファクター＝3.67）に９月３日付で掲載されました。

熱電素子は、わずかな温度差を電気エネルギーに変換できる材料で、災害時などに送電網が寸断された場合でも活用できる自律型センサや生体反応を常時モニタリングするセンサの電源として期待されています。その一方で、従来の熱電素子ではプラスの電気を発生させるP型素子とマイナスの電極を生むＮ型素子が必要であり、製造工程の複雑化による製造コストの増加といった課題がありました。
今回の研究は、アメリカ・マサチューセッツ工科大学のスヴェトラーナ・ブリスカーナ博士と、イタリア・ビコッカ大学のブルーノ・ロレンジ博士らと共同で手掛けたものです。熱電素子の材料であるN型ビスマステルル（Bi2Te3）をフレキシブル基板の材料として使われるカプトンの上に成膜して折り曲げると、熱を電気に変えられるだけでなく、光（赤外線）を電気に変えることができ、N型素子のみで発電できることを明らかにしました。
高尻教授は、「N型素子のみで光と熱の両方で発電できるハイブリッド型の素子ができたことで熱電素子の可能性がさらに広がったと考えています。製造法も簡便であるため、実用化に向けた大きな一歩も踏み出せました。今後は、ビスマステルルの成膜条件などを調整して性能の向上を目指すととともに、より環境負荷の少ないカーボンナノチューブを使った熱電素子の開発も進めていきます」と話しています。

【論文URL】https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-28-19-27644

 東海大学・ニュースに掲載

https://www.u-tokai.ac.jp/academics/undergraduate/engineering/news/detail/post_425.html

大学院工学研究科 卒業生と材料科学科 高尻教授の論文が優秀論文賞を受賞しました

2020年07月01日

大学院工学研究科を2019年３月に修了した山室大樹さんと工学部材料科学科の高尻雅之教授が執筆した論文が６月９日に、学術雑誌『Coatings』（Impact Factor=2.3）の「Best Paper Award 2019」に選ばれました。この賞は、18年に同誌に掲載された論文約500本の中から、特に優れた論文と寄稿５本に送られるものです。山室さんと高尻教授は、2018年１月３日号に掲載された論文「Combination of Electrodeposition and Transfer Processes for Flexible Thin-Film Thermoelectric Generators」で受賞しました。

高尻教授の研究室では、微弱な温度差を電気に変換できる熱電素子の開発を進めており、発電効率の高い素子や環境負荷の低い素材を使った素子の開発、安価な製造方法など多角的に取り組んでいます。受賞論文では、高効率で折り曲げても使えるフレキシブル薄膜熱電素子の製造法を提案しました。広く用いられている熱電素子の一つ「ビスマステルル系薄膜」を作る手法としては、金属基板の上に素子材料を薄く作製する「めっき法」が主流ですが、金属基板にも電流が流れてしまい充分な性能を発揮できないといった問題がありました。山室さんらは、その問題を解決する手法として金属基板上にめっき薄膜を作った後、その薄膜を絶縁性テープやエポキシ樹脂などに転写することで、丸めたり、折り曲げたりして使うことができ、かつ発電性能を充分に発揮できる薄膜熱電素子の開発に成功しました。

高尻教授は、「この手法の開発は、私が東海大学に着任した直後から４年間かけて学生たちと取り組んできたテーマだったので、受賞をうれしく思います。学会で高い評価を得られたのも、山室さんをはじめ、この研究にかかわったすべての学生たちの努力があったからこそ。熱電素子は災害発生時に各地の状況を調べるセンサをはじめ、山火事の検知や生体モニタリング、生体センサなどさまざまなセンサの電源への応用が期待されています。実社会への応用を見据え、研究者の間でもフレキシブル性を高めたり、発電効率の向上を目指したりする研究は高い注目を集めています。私たちの研究室でも性能の向上はもちろん、より環境負荷の少ない素子の開発を進め、熱電素子の社会実装に貢献していきます」と話しています。

高尻教授：東海大学工学部材料科学科第2研究室 (http://www.er.u-tokai.ac.jp/takashiri/index.html)

※ 東海大学・ニュースに掲載

https://www.u-tokai.ac.jp/academics/undergraduate/engineering/news/detail/post_416.html

2020年05月18日

大学院工学研究科応用理科学専攻を今年３月に修了した関侑平さんと木村勇輝さん、森凌太郎さん（指導教員＝工学部材料科学科・高尻雅之教授）が執筆した論文がこのほど、それぞれ国際ジャーナルに掲載されました。高尻教授の研究室では、自然界で発生するわずかな温度差を電気に変換できる熱電素子の研究に取り組んでおり、今回掲載された論文（論文の掲載誌名とタイトルは原稿末尾参照）は、いずれも新たな熱電素子の材料や加工法、性能の計測方法に関する研究です。

関さんは、カーボンナノチューブ（CNT）を使った新たな熱電素子の研究成果を発表しました。CNTを使った熱電素子はレアアースを使う従来の素子よりも環境負荷が少ないことから高い期待が寄せられていますが、プラスの電気を発生させるP型の開発は進んでいるものの、マイナスの電気を生むN型を作る技術が確立されておらず、実用化の壁になっていました。今回の研究では、CNTの溶液中に界面活性剤を混ぜて加工することで、約２週間N型の性質を保持できることを発見。その後P型になってしまったものも再加熱するとN型に戻る性質があることを発見しました。「一度生成した熱電素子を再加熱するというアイデアは、熱電学会に参加した時の質問がきっかけで生まれたもので、学外の方から得られた刺激を結果につなげることができて本当によかったと思います。個人的には“もっと研究を進めたい”という思いもありますが、高尻先生のもとで自由にできたことがこうした結果につながったのだと思います。研究はやればやるほど面白くなり、どんどんのめりこんでいく中でいろいろな領域に視野も広がったと思います」とコメントしています。

木村さんは、ビスマステルルセレンという合金を使った熱電素子の加工技術に関する成果を発表。研究室ではこれまでも原材料のセレンやテルルを190℃程度で合成すると正方形のナノプレートの中央に約20 nmの穴が空き、性能が向上することを明らかにしていましたが、原材料の組成比率を変えることでさらに高い性能が得られる成果を発表しました。「必ず正解のわかる数学の問題とは違い、研究では実験結果をベースに、さまざまな資料や自分なりの考察をパズルのように組み立てる面白さがあります。私自身もともと環境問題に興味があってこの研究室に進んだのですが、今回の論文でもこれまで研究室で取り組んだことのない新しい着想を導入し、結果につなげられたことに達成感を得られました。企業に入ってからも新しい技術の改善に携わり、環境分野の発展に貢献したい」と話しています。

また森さんは２本の論文を発表。『Applied Physics Express』に掲載された論文では、厚さ数十nm程度のナノプレートの熱伝導率を計測する手法を提案。これまでナノプレートの熱伝導率を計測する場合には、複数枚のプレートを押し固めて一定の厚さを持たせて計測する方法が用いられてきましたが、その手法では１枚ずつの性能を予測値でしか計測できない問題がありました。新しい手法は、薄膜の性能計測で一般的に用いられている３オメガ法を改良し、ナノプレート１枚ごとの性能を測定することを可能にしました。『Journal of Alloys and Compounds』掲載の論文では、ナノプレート薄膜の電気伝導率を高める新たな加工技術を提案。ビスマステルル合金を使ってナノプレート薄膜を製造する場合、六角形の薄膜同士の間にすき間が生じて電気が流れにくくなってしまうという欠点がありました。今回の研究では、ナノプレート薄膜を溶液に浸す手法を用いて薄膜間にメッキ処理を施すことで導電性能が飛躍的に向上することを明らかにしました。「材料科学科には、熱電素子だけでなく、幅広い材料科学分野の研究室があり、その中から自分に合った研究室を選べるのがよいところだった感じています。研究室に入ってからは、試行錯誤と一喜一憂の日々でしたが、その中で熱分野の魅力や奥深さを実感できましたし、自分なりに実験と考察を重ねる面白さも体感できました。人工知能が発達するこれからの時代では、高い専門性と発想の柔らかさが大切になると思います。これからも大学で身に着けたそうした姿勢を大切に、自分にしかできないことを見つけ、挑んでいきたい」と話しています。

【掲載雑誌と論文タイトル・著者一覧】
関侑平さん
タイトル：Facile preparation of air-stable n-type thermoelectric single-wall carbon nanotube films with anionic surfactants
掲載誌：Scientific Reports 10, 8104 (2020) (IF = 4.12)
URL: https://doi.org/10.1038/s41598-020-64959-5
関侑平さん 掲載誌

木村勇輝さん
タイトル：Solvothermal synthesis of n-type Bi2(SexTe1-X)3 nanoplates for high-performance thermoelectric thin films on flexible substrates
掲載誌：Scientific Reports 10, 6315 (2020). (IF = 4.12)
URL：https://doi.org/10.1038/s41598-020-63374-0
木村勇輝さん 掲載誌

森凌太郎さん
タイトル：Measurement of thermal boundary resistance and thermal conductivity of single-crystalline Bi2Te3 nanoplate films by differential 3ω method
掲載誌：Applied Physics Express 13,035501 (2020). (IF = 2.77)
URL：https://iopscience.iop.org/article/10.35848/1882-0786/ab6e0e
森凌太郎さん 掲載誌①

タイトル：Improved thermoelectric properties of solvothermally synthesized Bi2Te3 nanoplate films with homogeneous interconnections using Bi2Te3 electrodeposited layers
掲載誌：Journal of Alloys and Compounds 818, 152901 (2020). (IF = 4.18)
URL：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838819341477

森凌太郎さん 掲載誌②

※ 東海大学・ニュースに掲載

https://www.u-tokai.ac.jp/academics/undergraduate/engineering/news/detail/post_414.html