フォノン(音、振動、熱)の伝播方向の制御技術について研究開発しています。特に熱を伝えにくいセラミックスや合金中に高い熱伝導率を示す結晶を分散させ、熱流を制御した材料・部品の開発を行います。又、圧電体素子による生体高分子検知用ピエゾセンサを開発します。
■企業等との連携可能テーマ
・フォノ二クスに関連した熱流制御技術(鉄系合金/窒化物コンポジット材料、ポリマー/窒化物コンポジット材料)
・熱電特性に関する物性研究:電子-フォノン系伝導機構(Liイオン電池正極材料の伝導機構、層状酸化物の伝導機構)
・圧電体を利用したピエゾバイオセンサーの研究開発(生体高分子検知、センサーセル構築、コンポジット誘電体材料の開発)
■技術の用途
システムから排出される拡散的な熱エネルギーを特定の方向に誘導するサーマルフォノ二クス技術を開発することで材料・部品の摩擦摩耗特性や加熱冷却特性を改善するために、エンジンやモーターの摺動部や半導体放熱基板に適用します。
有機化合物の構造解析、材料の表面・バルク分析、マイクロ粒子の分析
赤外吸収分光計(IR)はサンプルに赤外線を照射し、それによるサンプルの物質がどの周波数(通常は波数)の赤外線を吸収しているかを測定する装置です。分子や原子はそれぞれ固有の振動をしていますが、波長(スペクトル上では波数)を連続的に変化させながら赤外線(infrared : IR)を照射すれば、分子の固有振動と同じ周波数のIRが吸収され、分子の構造に応じたスペクトルが得られるはずです。これにより、サンプルが予測できるものであれば、既知のスペクトルと比較して、同定、確認ができますし、また、多重結合、官能基、シス-トランス異性、水素結合などの分子構造に関する知見を得ることもできます。
なお、実際の測定原理は干渉計を利用したフーリエ分光法を用いていて、より高い波数の再現性を持っています。現在はこれらのFT-IRが一般的になっています。検出器は、焦電型のDTGS検出器と、半導体型のMCT検出器を備え、高感度分析にも対応しています。
試料は、サンプルセルを換えることにより、固体、液体の状態で測定できます。通常、固体はサンプルをKBrに分散させるKBr法、液体は原液のまま測定する液膜法と溶媒に溶かす溶液法を用います。また、1回反射ATRユニットや高感度反射ユニットを用いることで固体、液体、フィルム状など、様々な状態の試料にも対応できます。その他、顕微IR用の顕微鏡アタッチメントを比較的簡単に据え付けることができ、微少領域の測定をすることが可能です。
有機化合物の定性・定量、混合物の成分分析
本装置は、液体クロマトグラフ質量分析計(LC/MS)であり、中極性~高極性の溶媒に溶けやすい試料について、HPLC(High Performance Liquid Chromatography)によって成分の分離を行い、同時にその成分の質量(≒分子量)を測定することができます。このような成分同定を目的とした定性分析の他に、適切な標準試料があれば定量分析も可能です。
本装置は、TOF(Time Of Fright)型質量分離部を備えるため、高分解能測定(分解能(FWHM)約15,000)による精密質量から、分子式の同定をすることができます。また、前段にLIT(Linear Ion Trap)を備えるタンデム型のため、MS/MS測定モードで測定することもできます。これにより、定性分析ではMS/MSによるフラグメントイオンの解析により構造情報が得られます。
イオン化法は、ESI(エレクトロスプレーイオン化)と、APCI(大気圧化学イオン化)があります。ESIは中~高極性、APCIは中極性の試料に用いられることが多いです。そのため、ヒドロキシ基、カルボキシ基などのプロトン性官能基を持つ化合物や、イオン性試料は測定しやすいです。極性の低い脂肪族化合物や芳香族化合物は、測定できないこともあります。
材料、有機化合物の定性・定量、天然物・微生物などの分析、異物分析など
物質に光を当てたとき、散乱光のごく一部に波長の異なる光が発生します。この現象をラマン散乱といい、ラマン分光では、レーザーによる単色光を当てて散乱光を測定することによりラマンスペクトルを得ます。ラマンスペクトルは、原子の振動(ばね運動に相当)によって周波数が変わるため、原子の質量と原子間の結合力に依存したラマンバンドが得られ、試料に含まれる結合や分子の解析をすることができます。
・有機化合物や金属酸化物などの物質は、成分が同じであれば同じスペクトルが得られます。よって、ラマンスペクトルから物質の同定をすることができます。
・混合物の解析はピークが複雑になるほど難しくなりますが、波形分離などを駆使することによって成分分析や定量ができることがあります。
・点分析では微量なピーク違いの見極めが困難な場合でも、マッピング測定によりピークの違いを見つけることができる場合があります。
・標準装備されている光学顕微鏡により、微小領域(分解能: 1μm(100倍対物レンズ使用))のラマンイメージ測定ができて、物質や成分の空間分布を調べることができます。
・共焦点モードによって、物質の深さ方向(分解能: 2μm(100倍対物レンズ、共焦点モード使用))の分析をすることができます。
・結晶化度や応力状態のような、材料の特性を調べることができます。
・温度可変ステージ(約-100℃~600℃)により、固体材料の相転移などの測定ができます。
物質の表面をなぞるように動かして表面の微細な形状や性質を観察できる顕微鏡
走査プローブ顕微鏡(SPM、AFM)は、先端の尖った探針を用いて、物質の表面をなぞるように動かして表面の微細な形状や性質を観察できる顕微鏡の一種です。光学顕微鏡や電子顕微鏡と異なり、ビームやレンズを使用しませんが、一定の条件と試料に対して原子・分子レベルの分解能を持ち、透過型電子顕微鏡に並ぶ拡大能力を持ちます。
表面形状測定、表面物性測定