京都工芸繊維大学 産学公連携推進センター

■研究の概要

　現代日本人はエアコン使用による快適環境下での日常生活が当たり前となり、さらに生活を楽にする家電製品の高機能化によりヒトは汗水流して働く必要が少なくなっています。このような社会状況は運動不足によるメタボリックシンドロームを誘発し、ヒトの環境適応能力を減退させる重要な要因となっています。本シーズでは熱中症や寒冷環境による事故を減少させるために重要な人間の機能向上を目標としています。具体的には暑熱・寒冷環境における現代日本人の適応能力を評価し、日常生活時に曝露されている温度や運動習慣と環境適応能力との因果関係を総合的に解析して、現代日本人の健康水準を向上させる方策を見つけることを目的とします。従来、ヒトの環境適応能力は暑熱・寒冷環境における体温調節反応を生理学的に解析・評価するのが一般的です。本シーズではこの方法に加えて、環境適応能力に影響を与える要因を生気象学的および衛生学的手法を用いて測定し、ヒトの環境適応能力とその決定要因を総合的に解析する手法を紹介します。

■研究の概要

　無機素材（金属酸化物）の表面修飾は、ハイブリッド材料の創出のみならず、これらの素材に新規の表面機能性を付与する上でも大変有用です。さらに、素材と媒体との界面特性を制御できるため、例えば幅広い媒体（マトリックス）への分散性の向上にも役立ちます。具体的には、TiO2、SiO2、Fe3O4などに代表される各種金属酸化物をシランカップリング化合物や、新規に設計したホスホン酸化合物で修飾したのち、表面開始リビングラジカル重合を用いてグラフトポリマー鎖で修飾します。グラフトポリマーには種々の機能基を側鎖に担持することが可能であるとともに、精密重合の特長を活かして多成分系のブロックコポリマー型のグラフト鎖で表面修飾したり、化学的･物理的外部刺激に応答して表面特性が大きく変化するような材料を設計したりすることが可能となります。

■研究の概要

　繊維に高エネルギーの電子ビームを照射すると、瞬時に繊維表面および内部にラジカル活性種が発生します。これをアクリル系、メタクリル系モノマーに接触させると固体表面からモノマーが重合し、まるで挿し木（グラフト）のように成長します。成長したグラフト鎖は、モノマーの構造によって難燃性、撥水性などの機能を発現するため、モノマーを選ぶことで任意の機能性を繊維に付与することができます。もちろん、繊維だけでなく高分子フィルムやプレートにも応用可能です。また、電子ビームはグラフト重合だけでなく、照射するだけで高分子どうしが架橋したり、架橋剤を併用することでさらに強く橋架けしたりすることで、強度や熱安定性などの物性が改質されます。

■研究の概要

　超大規模集積回路（ULSI）の高集積化及び高機能化が進む中、半導体デバイス作製に関わる微細加工・薄膜形成技術において、プラズマプロセスの高精度制御が次なるブレイクスルーを生む鍵となっています。
　次世代ULSIに登場する高誘電率ゲート絶縁材料や電極材料などをナノメートル精度で成形する微細加工技術をはじめ、超高速演算処理プロセッサ作製において重要な工程となる低誘電率薄膜形成技術など、未来社会を担う情報処理素子を実現するプラズマプロセスの研究開発を行っています。
　半導体プロセスに用いられる反応性プラズマは既存の材料加工に適用されるのみならず、これまでにない全く新しい材料を生み出す可能性をも秘めています。ちょうど宇宙空間でこの地球という天体が生まれたように、プラズマという媒質中でこれまでにない条件での物質形成が可能です。室温プラズマ中で自発的にナノダイヤモンドが形成され、ミクロな物質へと成長していくのがその一例です。プラズマという熱的非平衡環境を積極的に利用し、ナノテクノロジーの要素技術を確立することを目指しています。一方で、プラズマ中の微粒子の振る舞いは結晶物質の原子のそれと似ており、微粒子によって形成されるクーロン結晶は新しい材料として注目されています。ドイツ・ロシア研究チームとの国際協力により国際宇宙ステーションでの実験に参加し、日本のモジュールであるきぼう（JEM）での実験を目指すべく航空機での無重力実験にも取り組んでいます。
　また、プラズマを用いて殺菌をすることもできます。あらゆるプラズマを駆使し、半導体先端材料の加工から、超微粒子の形成、宇宙、バイオ・医療分野まで、あらゆる材料とプロセスに挑戦します。

■研究の概要

　気体のように素早く高分子内部に浸透し、液体のように物質を運ぶことのできる超臨界流体を用いた高分子材料の加工の研究です。超臨界流体の中でも比較的温和な条件で超臨界状態になる二酸化炭素を利用しています。高分子材料は超臨界二酸化炭素中で柔らかくなり膨張するので、通常の溶媒では注入できない、あるいは少量しか注入できない機能剤を高分子表面や内部に多く注入することができます。この柔らかく膨らんだ材料は、超臨界二酸化炭素から取り出すことで、もとの状態に戻るため、注入された機能剤がしっかりと内部にトラップされ機能の耐久性が高くなります。注入時の条件、例えば二酸化炭素の圧力や温度を連続的に変化させることで傾斜材料の調製も可能です。機能剤としては低分子の化合物から、条件によっては分子量5000程度の高分子を注入することもできます。
　装置は単純で、オートクレーブのような高圧容器に液体クロマトグラフ用の送液ポンプと加熱システムを組み合わせたものになります。さらに、実験の目的に応じて攪拌システムや溶解槽、調圧バルブ、機能剤の連続注入システムなどを追加します。分析が必要な場合は、分光光度計やIRを組み込むことも可能です。

■研究の概要

　シリカモノリスは、相分離（物質が異なる領域に分離する現象。通常、多孔質などの不均質な材料構造を生じる。）を伴うゾル―ゲル法（液相から出発する材料合成法。特に無機材料・セラミックスにおいて、革新的なプロセス。）によって調製される一体型の素材で、微視的には三次元網目構造を取ります。調製条件を厳密に管理することで、μmサイズのマクロ孔とnmサイズのメソ孔を独立に調整可能です。この素材は多孔性に基づく大きな表面積と、高い液体の浸透率による高効率物質移動を可能にしており、現在HPLCのカラム担体として、従来の分析系の10倍の分析速度および分離性能を実現しています。シリカモノリスは有機合成反応や生化学反応の担体および触媒担体としても望ましい性質を兼ね備えていると考えられるので、この方面の応用も検討中です。シリカモノリスの合成から表面修飾による機能化、性能評価まで一貫して行っております。

■研究の概要

　高分子物質は今日の現代社会を支える基盤材料の1つとして、大変重要な役割を担っています。高分子は分子構造を的確に制御することにより、精緻で多様な特性や機能を発揮できます。そのため、IT分野、エネルギー分野、生活・環境分野等さまざまな分野で高分子の活躍が益々期待されています。そこで反応性オリゴマーの化学を中心に、新構造高分子の設計と機能化、物質表面の制御と機能化、有機－無機複合材料開発について研究しています。

■研究の概要

■クロミズムは、物質の光物性が外部の刺激によって可逆的に変化する現象を言います。機能性有機色素の中には、熱異性化により着色するサーモクロミズム、光異性化により着色するフォトクロミズムなど色々な種類のクロミック材料があります。現在、この可逆的な色調変化を利用した応用研究が盛んに行われており、日本はその分野の最先端を進んでいます。本研究は、このクロミック材料の合成、薄膜化、機能化、素子作製まで一貫して行なっています。
■多重記録材料　～可視光と紫外光を利用～
紫外光と可視光で4種類の異性体を可逆的に制御することが出来ます。
■マルチカラーリライタブル　～熱と紫外光を利用～
熱と光で4色（赤、青、黄、紫）のフィルムが可逆的に制御することが出来ます。
■放射線（Ｘ線またはγ線）を可視化　～放射光と可視光を利用～
放射線（Ｘ線またはγ線）を可視化することが出来ます。また色の濃淡から放射線量も分かります。

■研究の概要

　自動車の高度化・高機能化に伴い、多数のセンサやアクチュエータが搭載されるようになってきています。これらのセンサやアクチュエータが接続される車載制御ネットワークにおける通信規格として経済的なバスネットワークを構築できるCAN (Controller Area Network)が広く用いられています。しかしながら、一つのバスネットワークに接続できるCANノード数は制限されますので、更なる高多重化が求められています。また、共有伝送媒体に多数のCANノードが接続したときには通信リンク当たりの伝送速度が低下するため、更なる伝送速度の高速化が求められます。また、CANネットワークに直流電力を重畳してCANノードに給電可能であれば、自動車内の電力線を低減することができます。本提案技術を用いることで、経済的にCANネットワークの高速化・高多重化・電力重畳化が達成でき、車載制御ネットワークのサステナブルな省線化が実現できます。