研究最前線 〉 山田 智明 准教授

研究最前線

ナノ成長プロセスでエネルギー機能材料を創製する

身の回りには驚くほど沢山の小型電子機器があり、我々の生活を支えている。ナノスケールで制御して成長させることで従来にないエネルギー機能材料を創製する研究に取り組んでいる。

准教授 山田 智明

センサーやリモートコントロール、携帯電話など、私たちの身の回りには驚くほど沢山の小型電子機器があり、便利で安全な生活を支えています。これら小型機器の主なエネルギー供給源はバッテリーですが、様々な環境で持続的に且つエコフレンドリーに使用するためには、機器の低消費電力化や、自己発電による電力供給が不可欠です。 そこで、私たちは材料が秘める様々な機能の可能性に注目し、これらをナノスケールで制御して成長させることで、従来にないエネルギー機能材料の創製を目指しています。例えば、振動やショックなどの機械エネルギーを電気エネルギーに変換する機能をもつ圧電材料を、特殊な条件下でレーザー蒸着させると、ナノロッドと呼ばれる棒状の単結晶が成長し、従来よりも飛躍的に大きな圧電性を示すことを明らかにしました(図a)。更に、材料の形態が3次元(バルク)から2次元(薄膜)、1次元(ナノロッド・ナノワイヤ)へと変化することで、「サイズ効果」と呼ばれる低次元構造に特異な物性の発現も期待されています。また、材料に電界を印加することでその誘電率が変化する特性(チューナブル特性)を利用した新規な薄膜デバイスにも取り組んでいます。これにより、例えば一つのアンテナで様々な周波数帯に対応する携帯電話の実現が期待できるなど、低消費電力化による環境への負荷低減が期待できます。 また我々は、ナノスケール材料の評価に必要な測定手法の開発にも積極的に取り組んでいます。例えば、ナノロッド1本の圧電特性を評価するために、高輝度放射光を利用したマイクロX線回折による電界下格子歪みの時間分解測定システムなどを共同で開発しています(図b)。

図a 圧電体Pb(Zr,Ti)O3ナノロッド(左)とレーザー蒸着装置(右)
図b 放射光施設SPring-8における電界下格子歪みの時間分解測定システム(左)と測定結果(右)