今夜も新技術がてんこ盛り

 

  　

　　　　　　　田中角栄の死は、コメの部分的な自由化をさきがけとする戦後第二次農業革命の幕あけ、いいかえ
　　　　　　　れば、アジア型農村の終えんを象徴するもののようにおもって、この文章を書く気持ちに誘われた。


　　　　　　　　　　　　　　　　「時代という現場：田中角栄元首相の死；最後にして最大のアジア型政治家」

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　                           　　　　新潟日報 1993.12.23

                                                               　　 　　　　 

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　Takaaki Yoshimoto 25 Nov, 1924 - 16 Mar, 2012　

 

    「図解｜マテ＆デバ事典」

●　デジタル模擬工学の此岸：原子の精度磁気を制御

精密加工技術やその応用産業舞台（プラットフォーム）は、ナノレベル時代へと突入している。４月２６日、スペイ
ンとフランスの複数の研究者が、グラフェンと水素原子を用いて、原子サイズの「炭素磁石」、つまり紙の上に絵を
描くように、グラフェン膜上に磁気パターン――分子磁気メモリやスピンを利用した通信につながる成果（「原子の
精度で磁気を制御：分子磁気メモリが可能か、グラフェンで 」 EE Times Japan 2016.04.28）。」――を作ることに成
功している。

グラフェンは電子の移動度が高く、電界を与えることで電気伝導度を自在に制御できる。このため超高速で動作する
微細なトランジスタの候補として研究開発されているが、例えばグラフェンにバンドギャップを付加する研究開発も
進んでいる。今回、マドリッド自治大学のHector Gonzalez-Herreroは、磁性を持たないグラフェンに磁性付加する研究
で、密度汎関数理論（DFT：電子系のエネルギーなどの物性を電子密度から計算可能とする理論）による理論計算で、
グラフェンを構成する炭素原子のπ電子を何らかの方法で取り除くか、炭素原子を別の原子で置換することことで、
磁気モーメントが生じるが、グラフェンは化学的に安定なため、それを実行する手段がなく、陽子ビームやイオンビ
ームを照射し置換を起しても、ほとんどがランダムで規則的に変化せず、行き詰まっていた。彼らの研究では、水素
原子を低いエネルギー環境下で、グラフェンに吸着させ磁気モーメントを観察、制御に成功する（詳細は上図をダブ
クル参照）。

  Hydrogen makes graphene magnetic

上図（これもダブクル）のビデオのように、単一の水素原子が作り出す磁気モーメントは、原子よりも広い範囲に広
がる。この性質を利用し、グラフェン面の上に「磁石の絵」を描くことができると考え、六角形に結び付いた炭素原
子を2種類に分類した。グラフェンシート全体を三角形からなる２種類の部分束（三角形からなる網）が重なったも
のだ考える。それぞれの部分束をＡ、Ｂとし、２つの水素原子を同じ部分束、例えばＡ上に配置すると磁気モーメン
トは足し合わされると予測し実験配置し観察し理論通りの結果――赤色で塗りつぶした丸が１つ目の水素原子。図上
のように２つ目の水素原子を同じ部分束上に配置すると磁気モーメントを強め合い、図下のように、青や水色ののよ
うに異なる部分束上に配置すると打ち消す。次に２つの水素原子をＡ上とＢ上に配置すると、磁気モーメントが打ち
消し合い磁性は消え、水素原子同士の距離が原子の直径よりかなり離れていても、部分束による効果が生じる。以上
の性質を応用すれば、ガラス面上に形成した磁性体薄膜上に情報を記録するハードディスクのように、グラフェン面
上に水素原子を配置して動作する超高密度の「グラフェン記憶装置」ができる。記憶装置以外の応用も可能だ。

 

●　光電子融合工学の此岸：高光取り出し樹脂開発

ナノフォトニクス（光電子融合工学）を取り扱う光散乱層は、光を拡散、散乱させる機能を有し、有機ＥＬ装置、
ＬＥＤ装置、量子ドットディスプレイ、液晶ディスプレイ、発光素子装置、太陽電池用反射膜、太陽電池用封止材、
感光性樹脂用基材等の光学分野で開発され、分けても、有機ＥＬ装置の光取り出し効率を向上させる光散乱層用樹脂
組成物は活発に研究されている。

【要約】

光散乱粒子（Ａ）と金属酸化物微粒子（Ｂ）と分散剤（Ｃ）とを含み、下記（ｉ）～（ｖ）を満たす光散乱層用樹脂
組成物。（ｉ）光散乱粒子（Ａ）が、多環状構造もしくは炭素数４以上２４以下のアルキル鎖を持つ、アクリレート
もしくはメタクリレートを用いてなる共重合体である。（）前記光散乱粒子（Ａ）の平均粒子径が１００ナノメー
トル以上６００ナノメートル未満である。（）前記光散乱粒子（Ａ）の全量に対する粒子径６００ナノメートル以
上の粒子の含有量が２０体積％以下である。（）分散剤（Ｃ）がエチレン性不飽和二重結合を有する。（ｖ）金属
酸化物微粒子（Ｂ）と分散剤（Ｃ）を含む組成物と、前記光散乱粒子（Ａ）との屈折率差が０．１以上であることで、
広い波長領域で用いることができる光散乱層用樹脂組成物の提供。

有機ＥＬ表示装置は、従来のＣＲＴやＬＣＤと比較し、視認性および視野角の面で利点を有すると共に、軽量化、薄
層、可撓性に優れているが、発光層を含む有機層の屈折率が１．６～２．１と空気より高く、発光した光の界面での
全反射あるいは干渉が起こり易く、光取り出し効率は２０％未満で大部分の光を損失。有機層から発光した光は、直
接、またはアルミニウムなどで形成される背面電極で反射され、透光性基板から出射するが、屈折率の異なる隣接層
界面に入射する角度によっては、光は全反射を起こし、素子内部を面方向に全反射しながら進む導波光となり、内部
吸収され減衰、外部に取り出すことができない。

この導波する光の割合は隣接層の相対屈折率で決まる。有機ＥＬ装置の場合、屈折率ｎの関係は例えば、空気（ｎ＝
１．０）／透光性基板（ｎ＝１．５）／透光性電極（ｎ＝２．０）／有機層（ｎ＝１．７）／背面電極であるが、大
気（空気）に放出されず素子内部を導波する光の割合は約８１％となり、発光量全体の約１９％しか有効に利用でき
ない計算になる。また、有機ＥＬ装置においては、各層間の密着性は素子性能を左右する重要なポイントとなる。例
えば、透光性電極を形成工程で、電極の抵抗値を下げるための高温処理と電極パターン形成のエッチング処理を行っ
た後、透光性電極上に有機層の積層前に、不純物除去洗浄を行う際、基材と透光性電極の密着性が低い場合、透光性
電極に微細亀裂や剥離が生じ、ダークスポット、輝度ムラ、あるいは寿命低下を引き起こす。さらに、基材の平坦性
も重要なポイントとなる。基材表面の凹凸が大きいと、透光性電極に膜厚ムラや微細な突起が生じ、局所的に電流が
大きい部分が生じ、ショートや寿命低下を引き起こす。

以上の問題を解決する有機ＥＬ装置などの装置や太陽電池用部材、感光性樹脂用基材向けに、凝集物が少なく平坦性
良く、光取り出し効率向上率の波長依存性が小さい、広い波長領域で用いることができる上記の特徴をそなえた光散
乱層用樹脂組成物が提案されている。

●　光電子融合工学の此岸：量子ドット用埋め込み樹脂開発

（１）代表的な量子ドットは、Ⅱ－Ｖ族の半導体のＣｄＳｅ（セレン化カドミウム）、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウ
ム）やＰｂＳ等の半導体量子ドットだが、例えば、主成分である鉛（Ｐｂ）は、毒性への懸念があり、カドミウム（
Ｃｄ）とその化合物は、低濃度でも極めて強い毒性を示し、腎臓機能障害や発がん性が懸念され、より安全な材料か
らなる量子ドットの形成が求められている。（２）また、量子ドットを太陽電池パネルや表示素子のディスプレイ等
で適用する場合、その蛍光発光を利用に粒子形態の量子ドット膜層の形成――波長変換膜（波長変換フィルム）や発
光層の形成が求められる。その粒子形態の量子ドットの発光層の形成方法には、例えば、基板上に、直接に、量子ド
ット層を形成する方法があるが、得られる発光層の安定性が乏しく、量子ドット層と基板との結着に懸念があり、
（３）粒子形態の量子ドットを樹脂材料中に混合や埋め込むことで、層膜構成する方法が提案されているが、量子ド
ットを用い高い分散性を実現し、量子ドットの蛍光特性を保ちながら、樹脂とともに層膜形成を行う方法の研究は不
十分である。

そのため、量子ドットを樹脂材料とともに用い、高い分散性を実現して量子ドットの蛍光発光特性を低下させること
なく、量子ドットの層または膜を形成する技術が求められている。そして、量子ドットを含み、耐光性等に優れた高
信頼性の発光層または波長変換フィルムを形成する技術が求められている。特に、量子ドットとともに用いられ、量
子ドットと樹脂とからなる発光層や波長変換フィルムの形成に好適となる樹脂材料が求められているが、その要望に
応えた硬化性樹脂組成物とその適用層膜形成方法が提案されている。 尚、構造式【化１】は、硬化性樹脂の構造物
である。

【要約】 

上図［Ａ］式（１）の構造部位および式（２）の構造部位を有する重合体と、［Ｂ］量子ドットとを含む硬化性樹脂
組成物を調製する。硬化性樹脂組成物を用い、基板１２上に硬化膜を形成する。硬化膜は波長変換フィルムを構成し、
また、発光層１３となって波長変換基板１１を形成する。光源１７を備えた光源基板１８と組み合わせて発光表示素
子１００を構成する。

尚、詳細は上図ダブクリし願参照。

●　ゼロ産業廃棄物工学の此岸：シームレスカプセル応用技術

森下仁丹株式会社のシームレスカプセルの医療薬食品外への応用技術が注目されているが、この応用技術で、例えば、
カプセル内特定の細菌や微生物を、特殊な機能性フィルムのカクセルに閉じこめることより、湿式生物処理法による、
レアーアースや貴金属や有用金属・非鉄金属、無機物の回収、あるいは、 放射性物質の回収に応用展開できる。あ
るいは、特殊な機能性付加育成した微生物・細菌・酵母・酵素ないしは有機物を閉じこめ、有害靴質、有害プランク
トンの補足・濃縮することもできるし、そのその逆も可能であろう。回収した無機物はバイオマスボイラーで燃焼し
た後、高性能バグフィルターで回収できる。あるいは、都市や産業ゴミ、バイオマストイレの生物分解促進剤として
混和し、メタンガスやバイオ燃料、あるいは光合成菌で水素ガスを取り出すことも可能で、廃棄物処理をこの魔法の
チカラを組み込むことで、最先端の有用物質に変換する事業育成のトリガーとなる。これは面白い。まさに"ゴミは
宝の山"である。

 【要約】

非鉄金属を収集することができる非鉄金属収集用カプセルおよびこれを用いた非鉄金属を収集する方法を提供する。
本発明の非鉄金属収集用カプセルは、カプセル内容物およびこのカプセル内容物を被覆する被覆部からなる非鉄金属
収集用カプセルであって、非鉄金属を含む溶液中にこの非鉄金属収集用カプセルを浸漬させることによって、この非
鉄金属収集用カプセル内に非鉄金属が収集される。

尚、詳細は上図をダブクル願参照。

●　モロッコに高変換効率（２９％）集光型ソーラー建設：住友電気工業

モロッコ王国太陽エネルギー庁（MASEN：Moroccan Agency for Solar ENergy）と住友電気工業が共同で、モロッコ中
部のワルザザート（Ouarzazate）市に１メガワット集光型太陽光発電プラント」を建設。両者は５月４日に契約を締
結して、２０２１年５月まで５年間の実証プロジェクトに取り組む。運転開始は１６年１１月予定。

ワルザザート市は北大西洋に面した首都ラバトから南へ300キロメートルほど離れた山岳地帯にある。緯度は約３０
度で日本と変わらないが、雨の少ない砂漠気候のため年間の平均日射量は7kWh/m2（キロワット時/平方メートル）に
達する。日本の平均日射量は３.８キロワット時／平方メートルで日本の２倍近い日射量が得られる。

尚、１５年のワルザザート市の実証実験では太陽電池モジュールの改善や砂塵防止対策を実施したことによって、面
積あたりの発電量は多結晶シリコン太陽電池の約２.５倍に上昇。１日あたりの日射量が７.９キロワット時／平方メ
ートルの状態で、発電量は平均で２.２７キロワット時／平方メートルに達した。発電効率は２９％。一方の多結晶シ
リコン太陽電池は平均０.９１キロワット時/平方メートルで発電効率は１２％だった。