Murakami Laboratory

原子・分子レベルでの解析・評価・設計・製作による
新規機能材料の開発

Development of Function Materials Powered by Nano-Scale Analyses
 研 究 目 標
 
メンバー
准教授
村上 健司
ナノデバイス作製・
評価センター長(併任)
リンク
2008年度 学会等発表
2007年度 学会等発表
・2008年春期 応用物理学会
・第17回 太陽光発電国際会議
・ACSIN-9
・Inter Academia 2007
・2007年秋季 応用物理学会
材 料 評 価 装 置
走査型電子顕微鏡(SEM)を利用した
表面形態および組成の評価

FE-SEM
ナノデバイス作製・評価センター
走査プローブ顕微鏡(SPM)を利用した
超高分解能構造解析及び表面反応過程の観察

S P M
ナノデバイス作製・評価センター
ナノデバイス評価用超高真空
走査トンネル顕微鏡システムの開発

UV-STM
更新履歴 

更新
09.03.30)

 我々は、マイクロからナノスケールでの材料解析に基づいた新規機能性材料の開発と工学的応用を目的として研究を行なっている。大気中での製膜が可能なスプレー熱分解薄膜形成(SPD)法を利用した色素増感型太陽電池の開発ならびに機械的エネルギーを光に変換する応力発光材料の開発・応用を中心に、材料の評価から次世代光素子材料の開発まで、幅広く研究を展開している。当面の研究目標を以下に列記する。

(1)色素増感型太陽電池の高効率化
(2)応力発光材料の開発とねじ締結ラインでの軸力計測への応用
(3)有機薄膜材料を利用した高感度・高選択性・低消費電力ガスセンサの開発
(4)圧電アクチュエータ用無鉛圧電セラミックス材料の開発

 材 料 開 発
 1.大気中成膜法を用いた色素増感太陽電池の開発
 色素増感太陽電池(DSC)は、現在主流であるシリコン系太陽電池に代わり、安価(シリコン系の1/10以下とも言われている)で製造段階から環境にやさしい太陽電池としてその普及が期待されている。DSCの対向電極として最も好ましい材料であるPt薄膜に関する系統的な研究を行い、貴重で効果であるPtの使用量をできるだけ少なくした新規複合対向電極(上図参照)の開発を試みる。特に、これまであまり注意が払われてこなかった電極層の膜厚に焦点を当て、薄膜微構造、シート抵抗および電解質溶液に対する安定性と各電極層の膜厚との関係を詳細に検討し、積層電極の最適設計を行う。
 2.応力発光体を利用した計測システムの開発
system
  応力発光とは、摩擦、衝撃、圧縮、引張りなどの外部からの機械的な応力(機械的エネルギー)を加えることにより光(光エネルギー)が放出する現象であり、変形発光と破壊発光とに分類することができる。地震のときに見られる発光は破壊発光の代表例であり、岩石の破壊による発光と考えられている。これに対し、変形発光は破壊を伴わない発光であり、材料の弾性変形領域での可逆的な発光が期待される。応力発光の最大の特徴は、機械的な応力を光として検出できることにあり、対象に対して完全に干渉の無い状況での検出を可能とする。また、発光の駆動力が機械エネルギーであるため、電源を中心的な駆動力としないまったく新しい発想の発光素子が実現可能である。
 3.有機薄膜を利用したガスセンサの開発
  無機材料を中心としたガスセンサの歴史は長く、多くのセンサも実用化されてきた。しかしながら、これらのセンサの最大の欠点は、被検ガス種の選択性に著しく乏しいことである。このため、センサ素子の温度走査やネットワークを利用した信号処理など、いろいろな工夫がなされている。これに対して、有機材料を利用した場合、ガス分子と有機分子との特異な相互作用を利用することにより、電気伝導性の変化などを利用したセンサ特性に、被検ガス種への選択性を持たせることが可能となる。併せて、センサデバイスの低消費電力化も期待できる。また、NO2ガスセンサの用途としては、自動車等の排ガス測定のような高温・高濃度という過酷な条件から、大気汚染モニターのような常温・低濃度という条件まで広い範囲に渡っている。そこで、化学的安定性に優れ、有機半導体材料の一つである金属フタロシアニンを利用し、薄膜の微構造制御によるガス応答特性の改善および、出発有機材料の分子設計によるガス感度ならびにガス選択性の改善を通して、幅広い用途をカバーできる実用的なNO2ガスセンサ素子を、同一材料・同一構造で実現しようとしている。
 4.アクチュエータ用無鉛圧電セラミックスの開発


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卒 業 研 究 テ ー マ
 太陽電池・燃料電池用高効率複合電極の開発
  色素増感太陽電池(DSC)は、現在主流であるシリコン系太陽電池に代わり、安価(シリコン系の1/10以下とも言われている)で環境にやさしい(製造段階から)太陽電池としてその普及が期待されている。 本研究は、DSCの性能に大きく関わる対向電極の高性能化を目指している。具体的には、スパッタ薄膜形成法を利用して、現在主流となっている白金(Pt)電極に替わり得る新規な電極を開発する。開発に当たっては、Pt使用量を最小量にし、なおかつPt電極と同等な触媒能ならびに安定性を有することを指針とする。
複合電極の例
 実 績 リ ス ト