物質・材料研究機構（NIMS）はこのほど、ソフトバンク、オハラと共同でリチウム（Li）空気電池のサイクル寿命の主要因が金属Li負極の劣化であることを解明した。また、金属Li負極に保護膜を導入することで、高い重量エネルギー密度を維持しながらサイクル寿命を大幅に向上させることに成功した。
Li空気電池は
物質・材料研究機構など Li空気電池の充放電回数向上
2023年2月17日
物質・材料研究機構（NIMS）
JSR 非化学量論で、高効率なエポキシド間結合反応
2022年2月8日
昭和電工 AIを活用した設計条件の探索、NNモデルを開発
2021年12月3日
昭和電工は2日、物質・材料研究機構（NIMS）、東京大学と共同で、2000系アルミニウム合金の設計条件と機械特性の相関を高精度で予測するニューラルネットワーク（NN）モデルを開発したと発表した。このモデルを活用することで、これまで困難であったアルミ合金の高温域での強度保持に最適な組成や熱処理条件の探索を迅速化し、合金の開発に要する時間を2分の1～3分の1程度に短縮することが可能になる。
アルミニウムは幅広い用途で使用されているが、アルミ単独では強度が低いため、一般には銅やマグネシウムなどの元素を添加したアルミ合金として利用される。アルミ合金は、100℃以上の高温保持時に強度が急激に低下するため、用途に応じて、高温下でも強度を維持できる合金の開発が求められている。しかし、元素の種類や合金自体の製造方法など、合金の特性を左右する因子が多く、要求特性を満たすアルミ合金の組成決定には、開発者の経験や知見、評価や分析を重ねる必要があり、開発に長い時間がかかっていた。こうした課題を解決するため、同社は戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）に参画。NIMS、東京大学とともに、AIの一種であるNNを活用し、材料開発を加速、より広範囲での最適な合金設計条件の探索を可能とするシステムの開発を進めてきた。
同開発では、2000系アルミ合金を対象とし、日本アルミニウム協会などの公開データベースから収集した同合金の410種類の設計データを用いて、室温から高温にわたる幅広い温度域での強度を高精度で予測するNNモデルを開発。さらに、NNモデルの構造とパラメータを、レプリカ交換モンテカルロ法を用いたベイズ推定により最適化し、強度予測値の正確さについても評価することが可能となった。
なお、このNNでは、1万個の条件を2秒という速さで計算できるため、多くの設計因子を短時間かつ網羅的に評価できる。さらに、任意の温度において必要な強度値を入力することで、それを満足する合金を得られる確率を最大化する設計条件を提示する、「逆問題解析ツール」の開発にも成功し、200℃の高温下でも高い強度を維持できるアルミ合金の設計が可能となった。
同社グループでは、長期ビジョンにおいて、基礎研究の柱の一つとしてAI・計算科学に注力。今回の成果をグループのもつ様々な素材開発に応用して開発を加速し、顧客課題を解決するソリューションを提供していくことで社会の発展に貢献していく。
NIMSなど 低価格、高性能の熱電変換材料を開発
2021年5月25日
物質・材料研究機構（NIMS）と産業技術総合研究所（産総研）はこのほど、希少元素を含まず低熱伝導率と高電荷移動度を両立した高効率の熱電材料の開発に成功した。低価格の熱電モジュールの実用化と普及に道を拓き、省エネ効果に加え、Society5.0の実現に必要な無数のセンサーの自立電源やモバイル発電機など幅広い分野での応用が期待される。
一次エネルギーの多くは熱として排出され、その約90％は320℃以下の低温域だ。廃熱を電気に変換する熱電変換材料の効率には、熱伝導率を低く、電気伝導率を高くする必要があるが、電気伝導率が高いと熱伝導率も高くなる。Bi2Te3系が低温域で最高の熱電変換効率を示すが、主成分のTeが希少元素であることが普及を妨げている。
今回、n型Mg3Sb2系材料に微量の銅原子を添加することで、熱伝導率低減と電気伝導率向上を両立できた。原子間隙に入った銅原子が熱伝導を司るフォノンの速度を低減し、熱伝導率を低減。また、粒界に入った銅原子が電子の散乱を抑え、高電荷移動度を向上。これにより、ジュール発熱によるエネルギー損失を抑え利用熱の散逸を抑止し、熱伝導率の低い多結晶体でありながら単結晶材料並みの電気伝導率、すなわち高熱伝導率を実現した。
同様に高性能化したp型材料と組み合わせて熱電モジュールを作製。室温と320℃の温度差での熱電変換効率は、最高性能のBi2Te3系材料に匹敵する7.3％を示した。この材料の理論効率は約11％であり、さらなる高効率化も見込まれる。また、今回発見したフォノン散乱効果や粒界制御効果は、他の熱電材料の高性能化へ活用することも期待される。
なお本研究は、科学技術振興機構（JST）未来社会創造事業大規模プロジェクト型技術テーマ「センサ用独立電源として活用可能な革新的熱電変換技術」の支援を受けて実施された。今後、低価格で広範囲に適用可能な熱電モジュールの実用化を進めるとともに、他の温度域にも活用できる高性能熱電材料の研究開発も引き続き推進していく。
三菱ケミカル 赤色蛍光体特許侵害、中国訴訟で全面勝訴
2021年3月25日
三菱ケミカルは24日、物質・材料研究機構（NIMS）と共有する赤色蛍光体の中国特許に関して、米Intematix社とその中国関連会社などとの侵害訴訟第二審（最終審）で、第一審に引き続き勝訴し、全面勝訴が確定したと発表した。
三菱ケミカルは、Intematix社などに対し、特許を侵害しているとして中国で行う蛍光体製品の生産および販売などの侵害行為の差し止めと損害賠償を求める訴訟を2015年に深圳市中級人民法院に提起。2019年に同法院によりIntematix社製蛍光体製品の中国での製造・販売の差し止めと損害賠償金の支払いを命じる判決を得た。Intematix社などは、この判決を不服とし最高人民法院に三菱ケミカルを上訴したが、今年2月に同法院はIntematix社などの主張を全面的に退け、特許侵害を認める最終判決を下し、三菱ケミカルの勝訴が確定した。
また、三菱ケミカルは、中国における知的財産権を保護するため、これまで知的財産権を侵害したIntematix社などと、中国Shield社に対して侵害訴訟および行政訴訟を提起して対処してきたが、今回の最終審の判決をもって、約6年間にわたり繰り広げられた中国訴訟は全て終了することになる。
中国はLEDパッケージの最大の生産国であり、赤色蛍光体の主用途である白色LEDデバイスの最大生産量を誇る。その中国で三菱ケミカルが侵害訴訟および行政訴訟の両方で勝訴できたことは、積極的に投資や事業展開を行い、知的財産権を積極的に活用してきた同社にとって意義深いものとなった。また、同社の中国訴訟での勝訴は蛍光体産業のみならず白色LED産業全体に対しても重要な意味をもち、今後の両産業の健全な発展と秩序維持に繋がることが期待される。
三菱ケミカルは今後も、自社・他社の知的財産権を尊重し、他社が同社知的財産権を侵害するようなことがあれば、看過することなく適正な対応を図る考えだ。
三菱ケミカル 赤色蛍光体特許侵害の中国訴訟、勝訴が確定
2021年1月27日
三菱ケミカルは26日、物質・材料研究機構（NIMS）と共有する赤色蛍光体に関する中国特許の侵害訴訟の最終審で勝訴が確定したと発表した。
三菱ケミカルは2015年に、被告である中国Shield社に対し特許侵害を中級人民法院に提訴し、2018年に特許侵害の差し止めと損害賠償金の支払いを命ずる判決を得た。その後、Shield社は判決を不服とし高級人民法院に上訴していたが、同法院はShield社の主張を全面的に退け、昨年12月に第一審の判決を支持する最終判決を下した。なお、これに並行して、Shield社が同特許の無効を訴えた行政訴訟についても、三菱ケミカルが勝訴し同特許の有効性が確定している。
今回の侵害訴訟の判決をもって、Shield社と争ってきた同特許の中国訴訟はすべて終了した。赤色蛍光体の主用途である白色LEDデバイスの最大生産量を誇る中国で、長年積極的に投資や事業展開を行ってきた三菱ケミカルにとって、今回の勝訴判決は非常に意義深いもの。また、今回の判決は蛍光体産業と白色LED産業にとって大きな意味をもち、今後の両産業の健全な発展と秩序維持につながることが期待される。
三菱ケミカルは今後も、自社および他社の知的財産権を尊重し、他社が知的財産権を侵害するようなことがあれば、これを看過することなく適正な対応を取る方針だ。
NIMSと産総研 磁気トムソン効果実証で応用展開へ道
2020年9月25日
物質・材料研究機構（NIMS）と産業技術総合研究所（産総研）はこのほど、温度差のある導電体に電流を流すと生じる吸熱・発熱（トムソン効果）が磁場に依存して変化する現象「磁気トムソン効果」の直接観測に世界で初めて成功した。熱エネルギー制御のための新機能・新技術の創出や、熱・電気・磁気変換現象に関する基礎物理と物質科学のさらなる発展が期待される。
トムソン効果はゼーベック効果（熱流→電流変換）やペルチェ効果（電流→熱流変換）と並ぶ金属や半導体の基本的な熱電効果で、2物質の接合を必要とせずに単一物質で動作することが特徴。その熱電効果の磁場・磁性依存性は測定・評価の困難さから明らかではなかった。
今回、ロックインサーモグラフィー法による吸発熱現象の精密測定により、吸熱・発熱は温度差と電流に比例し、磁場を与えることで増強されることが観測された。実験に使ったビスマス・アンチモン（BiSb）合金の磁気トムソン効果は大きく、0.9T（テスラ）の磁場で90％以上増強し、ゼーベック効果やペルチェ効果と同等の出力を示した。これにより、磁気トムソン効果の基本的な性質が明らかになり、計測・評価技術が確立された。
今後、磁気トムソン効果に関する物理・材料・機能探索を進めることで、電子デバイスの効率向上や省エネルギー化、小型化に資する熱マネジメント技術への応用展開をはじめ、熱・電気・磁気の相互作用がもたらす新しい物理現象の観測を目指していく。
三菱ケミカル 赤色蛍光体特許に対する中国訴訟2件で勝訴
2020年6月8日
三菱ケミカル（MCC）は5日、物質・材料研究機構（NIMS）と共有する赤色蛍光体に関する中国特許に対し、中国企業2社（Shield社と英特美光電社）が特許の無効を訴えていた行政訴訟について、裁判所がその訴えを退け、特許の有効性を支持する勝訴判決を得たと発表した。Shield社との第2審では原審と同様、特許の有効性が支持され、今回の判決により勝訴が確定したことになる。
赤色蛍光体は、通称SCASNまたは1113蛍光体と呼ばれる窒化物系の蛍光体。高い輝度と信頼性からLED用として最も広く使用されており、MCCが製造販売している赤色蛍光体は、LEDメーカー各社から多くの支持と評価を受けている。同特許は、この赤色蛍光体とそれを用いたLEDデバイスなどを広くカバーする基本特許であり、今回の2つ判決ではMCCとNIMSが共有する重要な知的財産権の有効性が中国の司法により改めて支持された。
中国はLEDデバイスの最大の生産国であり、赤色蛍光体の主用途である白色LEDデバイスでも最大生産量を誇る。その中国で中国企業2社の主張を全面的に退け、同特許の有効性が支持された今回の2つの判決は、長年中国で積極的に投資、事業展開を行ってきたMCCにとって非常に意義深いもの。また、蛍光体産業のみならず白色LED産業全体にとっても重要な意味を持ち、今後の両産業の健全な発展と秩序維持に繋がることが期待される。
今後もMCCとNIMSは自社・他社の知的財産権を尊重し、他社が知的財産権の無効を主張しまたは侵害するようなことがあれば、看過することなく適正な対応を取る考えだ。
NIMSと産総研 エチレン高感度・高選択モニタリング
2020年5月26日
物質・材料研究機構（NIMS）と産業技術総合研究所（産総研）はこのほど、植物ホルモンであるエチレンを常時モニタリングできる小型センサを開発した。
エチレンは野菜や果物の熟成を促進させるが、過剰にあると腐敗を進行させてしまう。同センサによってエチレンを常時モニタリングすることで、野菜や果物の最適な輸送・保存管理が可能となり、食べ頃の調整やフードロスの削減などが期待される。
現在市販されているエチレン検出用小型センサの多くは、高温状態（200~300℃）での駆動が必要であるため、センサ表面の活性は高く、アルコールやメタンといった他の還元性ガス分子とも反応してしまい、エチレンの選択的な検出が難しかった。
同センサは、①エチレンを選択的にアセトアルデヒドに変換する高活性触媒（Pd‐V2O5‐TiO2）、②アセトアルデヒドと反応して酸性ガス（HCl）を発生する試薬（Wacker反応）、③酸性ガスを高感度に検出する単層カーボンナノチューブ（SWCNT）修飾の電極、の3要素からなり、エチレンを選択的かつ繰り返し高感度で検出することに成功した。
高活性触媒は、エチレンを含む空気を通過させるだけで㏙レベルのエチレンをほぼ全てアセトアルデヒドに変換でき、繰り返し利用可能。低温（40℃）で駆動するため、低消費電力である点でも小型センサに適している。
発生した酸性ガスは、半導体SWCNTから電子を引き抜き、電気抵抗値を変化させる。その感度は、1㏙のエチレンに対して電流変化率約10％と世界最高レベルであり、わずか0.1㏙のエチレンを高選択的にモニタリングできる。
例えば、バナナとキウイフルーツの熟成（追熟）に用いられるエチレンの濃度は、それぞれ約500㏙と約10㏙なので、同センサで十分に対応可能。また、産総研の持つ半導体SWCNTの分離精製技術により、わずか1gのSWCNTから数100万個のセンサが作製できる。高活性触媒に含まれるパラジウム（Pd）も、1センサ当たり0.8㎎程度なので、コストは10円以下である。
同エチレンセンサは小型、省電力であり、情報（ビックデータ）を集積・ネットワーク化するセンサデバイスを低コストで設置可能。農業・食品業界のSociety5.0実現への取り組みを推進する。さらに、別の高活性触媒を設計し、エチレン以外のガス分子に対応する小型センサの開発も進める考えだ。
東工大など 温室効果ガスを化学原料に変換する光触媒を開発
2020年2月21日
東京工業大学や物質・材料研究機構（NIMS）など5者による共同研究グループは、低温でメタンの二酸化炭素改質反応＝ドライリフォーミングを起こす光触媒材料の開発に成功し、このほどその研究成果を英国科学誌「Nature Catalysis」のオンライン版に発表した（現地時間：1月27日）。
ドライリフォーミング反応では、温室効果ガス（GHG）であるメタンとCO2を、水素と一酸化炭素の合成ガスに変換する。生成した合成ガスはアルコールやガソリン、化学製品を製造する化学原料となるため、ドライリフォーミング反応は 天然ガスやシェールガスの有効利用と地球温暖化抑止の観点から注目されている。
しかし、この反応を効率よく進行させるためには800℃以上の高温が必要となることから、大量の燃料消費と、高温条件下での触媒の劣化が問題となっていた。
こうした中、同研究グループは、ロジウムとチタン酸ストロンチウムからなる複合光触媒を開発。光照射のみでドライリフォーミング反応を達成した。ヒーターなどによる加熱を必要としないため、燃料の消費が大幅に抑えられると同時に、加熱による触媒の劣化が起こらず長期間安定的な反応の継続が可能になった。
今回は光触媒として、紫外線応答型のチタン酸ストロンチウムを使っているが、実用化に向けては太陽光の主成分をなす可視光の利用が課題となっている。一方で、同研究では酸素イオンが媒体となるエネルギー製造型反応の機構を初めて見出しており、今後この新しい反応機構を基に、可視光を吸収できる光触媒材料への展開などを図っていく考えだ。
実現すれば、天然ガス・シェールガスの有効利用やGHG低減への貢献のほか、低温で合成ガスを製造することができるため、既往の工業的手法と組み合わせることでガソリン製造などの施設の大幅な簡略化と効率化が望めるという。
なお、同開発を行ったのは、東工大物質理工学院材料系の庄司州作さん（博士後期課程3年）と宮内雅浩教授、NIMSの阿部英樹主席研究員、高知工科大学の藤田武志教授、九州大学大学院工学研究院の松村晶教授、静岡大学の福原長寿教授らの共同研究グループ。
科学技術振興機構（JST）の戦略的創造研究推進事業CREST研究領域「多様な天然炭素資源の活用に資する革新的触媒と創出技術」の研究課題「高効率メタン転換へのナノ相分離触媒の創成」として実施した。