極限材料物性学分野

准教授
須藤祐司
助教
安藤大輔

未来技術の実現に向けて、必要不可欠な「材料」の力。社会に求められる材料の創製に向けて、応用を視野に置いた基礎研究を。

 

進展する科学技術を、実際の社会や暮らしに架橋する材料の可能性。
持続可能な社会、環境調和型社会、省エネルギー・低炭素社会など、さまざまな言葉で語られている未来社会の実現のために必要不可欠なのが「材料」です。日進月歩の科学技術を、工業技術へと架橋する―すなわち実際の社会や暮らしへとつなげるのが材料の力であるといえます。また、既存のシステムや製品をさらに向上・進化させていくためにも、材料が担う役割は非常に大きなものがあります。一方で新しい材料が開発された場合、それが適切に実用に展開され、持てる機能を十全に発揮していくためには、性能や信頼性を評価するための新しい計測技術が必要になってきます。
小池研究室では、金属材料学と固体物理学を融合した学問分野を基盤とし、最先端の計測・解析技術を駆使することによって、新しい工業材料と、それを利用したシステムの性能や信頼性を向上するための研究を行なっています。研究対象は多岐にわたり、自動車や航空機材料に求められる軽くて強く耐久性のある材料開発(軽量構造材料として注目されるマグネシウム合金)から、性能・寿命の向上、コスト低減、省エネルギーを目指した次世代型の電子材料や半導体デバイス材料の開発、低摩擦・耐摩耗性コーティングの開発まで、産業界に必要とされる材料の創製に向けて、企業などと連携しながら応用を見据えた基礎研究を行なっています。

独自の視点とユニークな発想、スピードで、国際競争に先んじる研究成果を。
科学技術は、真理を追究したいという人間の根源的な欲求、そして世界中の研究者同士の切磋琢磨…つまり“競争”を原動力として進歩発展してきたという面があります。材料研究も例外ではなく、常に国際的な開発競争のなかで推し進められています。その背景のひとつには、新しい材料やそれを活用したシステムによって、先端産業が抱える技術的課題が解決した時のインパクト(特に経済面)が非常に大きいという点が挙げられるでしょう。
世界に先駆けた成果を次々と生み出してきた小池研究室。その推進力となっているのが、従来の発想にとらわれない独自の視点、新規性を構築する力、そして研究のスピードです。研究機関としての大学の役割を果たしていくことを目的に、小池研究室では学生一人ひとりが一つずつの異なるテーマを担う研究体制を敷き、個々が自覚と責任を持って、材料の未来と対峙しています。

Projects

低コスト化、電力変換の高効率化を実現、「太陽電池用銅ペースト」

世界初! 結晶系シリコン太陽電池用の配線材料を銀から銅へ。

印刷配線を緻密で微細な組織にし、(光源の反対側にできる)シャドウロスと配線抵抗によるロスを抑制。照射時の電流が、銀ペースト電極より60%も増加した。

持続可能な社会をかなえる再生可能エネルギー、「太陽光発電」。

再生可能エネルギーの優等生「太陽光発電」。腕時計から充電器、家庭用・施設用電力、人工衛星まで、すでにさまざまな場所で実用に供されていますが、持続可能な社会に向けてさらなる普及拡大が期待されています。太陽光発電は「太陽電池」と呼ばれる装置を用いて、太陽エネルギーを直接電気として得る発電方式で、仮に地球全体に降り注ぐ太陽エネルギーをすべて変換すると、世界の年間消費エネルギーをわずか1時間でまかなえるという試算もあります。太陽光発電は、発電時にCO2を排出しないクリーンで無尽蔵なエネルギーである一方、供給の安定性(発電量が日照に依存する)や導入コストの問題があり、技術革新による解決が待たれています。
現在普及している結晶系シリコン太陽電池用材料の製造コスト内訳をみると、その24%を配線・電極の形成に使われる“ペースト”が占めています。ペーストには銀が使用されていますが、コスト削減のためにも安価かつ低抵抗で長期信頼性、耐候性に優れた代替金属ペーストの開発が急務となっていました。

卓越した研究成果を、地域経済活性化の起爆剤に。

ペーストの新規材料として、銀とほぼ同等の導電性を持ち、コスト面においても1/100という非常に安価な「銅」が注目されてきましたが、基板への拡散などを始めとする難しい課題がありました。世界中の研究機関や企業が四半世紀もの間、多くの人的資源と予算を費やして取り組んできたにもかかわらず、開発への道筋をつけられなかったテーマを解決に導いたのが小池研究室。銅ペーストは太陽電池製造コストを2 割削減するだけではなく、電力変換の高効率化をも実現しています。
小池研究室では次なる目標として、研究機関の強みを生かした大学発のベンチャービジネスとして銅ペーストの先端技術を礎とした起業を図り、研究成果を直接的に社会に還元していくことを掲げています。生産拠点として予定しているのが、東日本大震災の影響や製造工場の海外移転加速で産業の空洞化が進む被災地。産業・雇用を生み出す新しい起爆剤になるとともに、日本発イノベーション創出のプラットホームを構築していくことを目指しています。
今後、太陽光発電がエネルギーの一翼を担う存在になっていくためには、低コスト化、高性能化、長寿命化に向けたさらなる技術の研究・開発が必要です。材料研究のブレークスルーを視界に置いた小池研究室の挑戦は続きます。

Topics

大学院入試を控えた4年生を激励『院試バーベキュー』
お腹はいっぱい、あとはがんばるのみ!

大学院入試に“勝つ”ためのゲン担ぎとして知られているものにトンカツを食べる「院試トンカツ」があります。小池研究室の場合は、ちょっと豪華に炭火焼。毎年8月上旬、総合研究棟1階のテラスで「院試バーベキュー」を開催し、8月下旬に試験を控えた学部4年生を激励します。卸売業者に直接注文するという肉は、実に18キロ! その他、野菜、やきそばなどが、旺盛な食欲に応えます。先輩からの温かい励まし(プレッシャー?)が奏功してか、これまでの受験者の結果も上々です。
みんなで同じテーブルを囲む懇親会を通じて、親睦を深める機会の多い小池研究室。留学生や海外からの研究員が多いことから、会話はおのずと英語に。それぞれの国の習慣や文化について語り合うひとときは、“英語の論文を読んだり、書いたりするのは得意だけど、話すことが苦手”という学生さんの格好の学習機会になっています。

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