AIST: 産業技術総合研究所

複数企業と戦略的共同研究を行う固体酸化物エネルギー変換先端技術コンソーシアム(ASEC)での取り組みにおいて、ナノ構造制御した高性能空気極を開発した。さらにそれを搭載した固体酸化物形燃料電池(SOFC)単セルは、世界最高レベルの発電性能を示したSOFC単セルには、パルスレーザー堆積法(PLD法)を用いて作製した自己組織化ナノ複合空気極に加え、空気極の性能を十分に発揮するために開発した、ナノ柱状多孔質集電層、ナノ複合化燃料極機能層を搭載し、700 °Cで4.5 W/cm²以上という世界最高レベルの出力密度を達成した。この成果は、SOFCセルスタックの小型化、製造コスト削減に貢献する。

エネルギー・環境領域の最近の研究成果の概要図

遠隔診療機能を装備し感染防護対策されたエックス線診療車(ICXCU:Infection-Controlled X-ray Care Unit)を開発した。 エックス線診療車は、胸部エックス線撮影装置を搭載した車両に、感染防護のための換気機能、オンライン診療できる医療情報伝送システム、初期診療に必要な医療機器を搭載している。これによって、新型コロナウイルス感染症陽性患者のメディカルチェックを病院外で行うことができるため、一般患者との接触を防ぎ、検査室での陰性患者との同席を回避できるので、必要な検査を迅速に行えるようになる。

生命工学領域の最近の研究成果の概要図

オンプレミスとクラウドに構築された異なる情報システムを安全に連携させたハイブリッドクラウドのAI開発環境を構築し、12月より試験運用を開始した。この環境には、新たに開発した、高度な認証機能とセキュリティー機能を持つクラウドオブジェクトストレージを用いたジョブデータ管理技術を搭載しており、安全性を維持しながらクラウドとのデータ共有を可能とする。

情報・人間工学領域の最近の研究成果の概要図

計算・プロセス・計測の三位一体による技術開発スキームを活用し、高効率な触媒を用い、ギ酸とアルケンからさまざまな化学品の基幹原料となるカルボン酸を合成する技術を開発しました。今回開発した技術は、安全で環境に優しいカルボン酸の合成技術です。従来技術のような高圧条件を必要とせず、有毒で爆発性の高い一酸化炭素(CO)ガスや環境負荷の大きい添加剤を使用しません。さらに、ギ酸は二酸化炭素(CO₂)と水素(H₂)から高効率に合成できるので、CO₂を利用したクリーンな原料とみなすこともできます。この技術が実用化されれば、CO₂を炭素資源として利用するカーボンリサイクル社会実現への貢献が期待できます。

材料・化学領域の最近の研究成果の概要図

透明酸化物電極(以下、「透明電極」)を有する透明有機デバイスにおいて、透明電極の結晶化が性能向上に有利とする従来の予想を覆し、透明電極の結晶化を阻害することで、性能が大幅に向上することを見出した。軽量、フレキシブルな次世代の電子デバイスである有機デバイスは、透明電極と組み合わせることで有機デバイス全体の透明化が可能となり、その応用が大きく広がる。しかしながら、透明電極を組み込んだ有機デバイスは、良好な性能が得られないことが実用化の障害となっていた。これまで、デバイス性能を向上させる観点からは、透明電極の結晶化度が高いほどその電気伝導性が向上するため、性能向上に有利と予測されていた。今回、1)透明電極の結晶化によって生じる応力が、デバイス内の層界面(具体的には透明電極の下に形成された電荷注入層と有機薄膜の界面)にナノメートルオーダーのわずかなギャップを発生させること、並びに、2)透明電極の結晶化を意図的に阻害してギャップの形成を抑制することにより、デバイス性能が大幅に向上することを見出した。これは透明電極の結晶化が性能向上に有利とする従来の予測を覆すものである。この知見により、窓のように透明性が要求される場所へも、高性能な有機デバイスを搭載できるようになり、有機デバイスの用途が大きく広がる。

エレクトロニクス・製造領域の最近の研究成果の概要図

マウス脳微小透析法(脳マイクロダイアリシス法)と探針エレクトロスプレーイオン化タンデム質量分析(PESI/MS/MS)を組み合わせ、自由行動下マウスの神経伝達物質の濃度変化を1分ごとに観測可能な技術を開発しました。また、単一マウスの時系列データにベイズ統計モデリングによる状態空間モデルを適用し、1匹のマウスから神経伝達物質の挙動を解析できることを明らかにしました。今後、本手法をアルツハイマー病モデルマウスやパーキンソン病モデルマウスなどに適用すれば、各病態における脳内神経伝達物質の挙動をより詳細に解析することができ、新たな病態機序の解明や治療薬の応答性評価などに繋がることが強く期待されます。

地質調査総合センターの最近の研究成果の概要図

有機LED(OLED)は、次世代のディスプレー材料として期待されています。中でも、熱活性型遅延蛍光(TADF)と呼ばれる特異な発光を示す分子材料は、軽元素のみからなり、発光量子効率100%の実現が可能であることから、次世代のOLEDの中心を担う材料として大きく注目され、盛んに研究が進められています。TADF材料の発光を支配するのは、励起状態の電子の動き(ダイナミクス)です。従来、電子のダイナミクスは、発光から間接的に推測されてきましたが、直接的な計測は困難でした。今回、改良した時間分解光電子顕微鏡(TR-PEEM)を用いることで、構造がよく制御されたTADF材料の薄膜に対して、TADF発光過程の電子のダイナミクスを直接観察することが初めて可能になりました。これにより、励起電子の生成から、発光による失活、また、濃度消光と呼ばれる特異な無輻射失活過程までの電子の動きを捉えることに成功しました。また、観察の結果、励起電子により生成された励起子が自発的に解離することで長寿命の電子が生成され、この電子がTADFの発光効率を低下させていることを突き止めました。本研究成果は、TADF発光過程の本質を理解するための基礎的な知見となります。よく制御された薄膜中での励起電子のダイナミクスを系統的に研究することで、高性能のTADFデバイスの開発が加速されると期待されます。

計量標準総合センターの最近の研究成果の概要図