産業技術総合研究所（産総研）

　東北大学と北海道大学、産業技術総合研究所（産総研）、東京大学はこのほど、高圧下で水が凍ってできる氷の表面に、通常の水とは混ざらない異構造・高密度の「新しい水」を発見したと発表した。水の異常物性を説明する「2種類の水」仮説の検証に新たな道を示した。

　水はありふれた存在だが、特異な物性をもつ奇妙な液体であり、多くの自然現象を支配している。たとえば雪だるまが作れるのは、0℃以下でも存在する氷表面の液体層のおかげだ。

　マイナス20℃、248M㎩の低温高圧条件で生成する氷Ⅲの、加減圧時の成長・融解過程を光学顕微鏡で観察。加圧成長時には界面に流動性の均質な液体膜が形成し、加圧を止めると不均質化して迷路のような模様になった。これは通常の水と新しい水が混ざり合わない異なる構造をもつことを示している。

　減圧融解時には活発に動く微小液滴が形成。この水は液滴の濡れ角から高密度であり、分子動力学シミュレーションからは氷Ⅲに近い構造であると考えられる。以上から、水/氷界面にはナノメートルオーダーの氷から水へ連続的に変化する液膜があるという通説に反し、マイクロメートルスケールの高密度水の液膜が存在することが明らかとなった。

　また25℃、954M㎩の常温高圧条件で結晶化する氷Ⅵ/水界面にも高密度の新しい水の生成がレーザー干渉顕微鏡で確認され、水/高圧氷界面の高密度水形成の普遍性が示された。なお、通常の氷は氷Ⅰhで六角柱状の格子構造、今回の低温高圧環境下の氷Ⅲは立方体構造、常温高圧環境下の氷Ⅵは底面が正方形の直方体構造である。

　今回の融液/結晶成長挙動の解明は、融液から機能性材料が生成する過程の解明に、さらには太陽系天体内部の高圧状態の氷から天体の形成過程の解明にも役立つと期待される。

　東京大学と産業技術総合研究所（産総研）の共同研究グループはこのほど、「無電解めっき」による高精細パターニング金電極を有機半導体に貼り付けた高性能有機トランジスタの製造に成功した。

　有機半導体は印刷で作れるため、RFID（近接無線通信）タグや種々のセンサーなど膨大な数のデバイスを使うIoT時代に有望な基盤材料。移動度（動作速度）も実用レベルに達している。

　有機半導体の電極には、キャリア効率が高く酸化されにくい金や銀の貴金属薄膜が使われる。製造には高真空・高温/プラズマプロセスを要し、高真空チャンバーとポンプ、電極の微細パターニング用のリソグラフィーなどが必要で、高額設備投資、コスト、環境負荷が量産化の課題だった。

　今回、材質表面を金属被覆できる「めっき」のうち、薬品を用いる「無電解めっき」により真空プロセスなしで金電極を作製した。まずフッ素系高分子薄膜に真空紫外光LEDを照射し、銀微粒子インクが濡れる領域をパターニング（親液・撥液パターニング）。そこに銀微粒子インクを塗布して銀微粒子層のパターンを形成する。それを金めっき液に浸すと、銀の触媒作用で銀微粒子層表面に金の薄膜が被膜される。これでリソグラフィープロセスなしで10㎛程度の高精細パターニングが可能となった。

　この金電極を、同グループが開発した電極転写法により有機半導体上に取り付けて有機トランジスタを試作。ゲート電圧・ドレイン電流から求めた移動度は10㎠/Vs程度と実用レベルで、金属-有機半導体界面の接触抵抗も120Ωcm程度と十分に小さく、単分子層有機半導体（厚さ4㎚）の本来の性能を引き出せることを実証した。

　「無電解めっき」で、積層デバイスの大面積化が可能となり、半導体側の制約も減る。また、めっき液は基本的に有機溶媒を含まない水溶液で再利用が可能なため、環境負荷も小さい。低コスト・低環境負荷、フレキシブルエレクトロニクス用のプロセスとしての利用が見込まれる。

　今後、有機半導体を用いたソフトエレクトロニクスの社会実装やバイオエレクトロニクス分野への貢献が期待される。

 

 

　産業技術総合研究所（産総研）はこのほど、近赤外光でプラスチックの劣化を診断する技術を開発した。自動車や建築などに汎用されるポリプロピレン（PP）の劣化を、非破壊によるその場で診断が可能。製品内で使用中のPP部品の品質や劣化の診断、部品製造ラインでの異常品検出、マテリアルリサイクル時のプラスチック部品の選別などへの利用が期待される。

　品質検査には引張変形試験が広く用いられる。機械特性の重要指標の1つ「破断伸び率」は、試料が破断するまでの引張り伸び率で、劣化が進むと低下する。しかし測定対象は変形・破壊するため使用中の部品は診断できず、それに代わる非破壊診断技術もなかった。

　今回、劣化度が異なるPP試料の近赤外光吸収スペクトルと破断伸び率を計測し、これらを学習データとしたAIデータ解析により、吸収スペクトルの変化から劣化を推定した。破断伸び率の算出値は引張試験実測値とよく一致した。

　さらに、PPの固体構造の変化と近赤外光吸収の変化が直接的に相関することも確認した。多量の添加剤を含んだPPや他のプラスチックの劣化診断も、対象物の近赤外スペクトルや破断伸びなどを測定し機械学習することで適応可能。材料を破壊することなく、数秒間の赤外光吸収測定による破断伸び率の高精度の推定を実現した。非破壊・リアルタイムのプラスチック製品の品質評価に利用することで、製造コストの削減が期待される。

　今後は自動車部品、建設資材の品質管理やプラスチック部品のリサイクルに適用するため、企業への橋渡しを積極的に行う。また「材料診断プラットフォーム」では複数の診断技術を統合し、「材料の総合病院」として、企業からの診断依頼に幅広く対応していく考えだ。

 

　産業技術総合研究所（産総研）はこのほど、イノベーション推進本部内に「標準化推進センター」を設置した。IT化やIoT化などにより、従来の業界団体の枠組みを超えた複数の業界にまたがる新しい産業分野での標準化ニーズが増加する中、国内産業の国際競争力強化のためにも、国際的なルール作り（標準化）を主導していく考えだ。

　同センターでは、産総研の関連領域での政策当局や産業界のニーズに応え、戦略の検討支援や具体的な標準化活動を推進する。中立的立場でステークホルダー間の調整・合意形成を行い、社会課題解決のための標準化を進める中核的組織を目指す。これら調整や標準の普及策検討などを一貫して主導・推進する、専門人材「標準化オフィサー」も新設した。

　また情報技術分野の標準化活動を推進するため、情報・人間工学領域内「デジタルアーキテクチャ推進センター情報標準化推進室」とも連携し、産総研を中核とした標準化活動に取り組む。

　産総研は、これまで培ってきた標準化活動のノウハウをもとに、ステークホルダーと協働して標準化活動に取り組み、社会に役立つ国際的なルールの確立やそれらの活用を通じて、国内産業の国際競争力の強化を図っていく。

 

　産業技術総合研究所（産総研）はこのほど、高周波平面回路などに用いる金属材料の導電率を100G㎐超までの超広帯域にわたって簡便に測定する技術を開発した。

　通信インフラとし第5世代移動通信システム（5G）の事業化が進む一方で、次世代のポスト5G/6Gの研究開発も注目されている。6Gではさらなる高速大容量通信のためにミリ波（周波数100G㎐超）の利用が見込まれるが、周波数が上がるほど伝送損失は増大し消費電力も上がるため、低消費電力材料が求められている。

　高周波回路では、伝送損失は誘電体基板の誘電損失と金属線路の導電率で決まるが、金属・誘電体接着面での導電率低下が問題である。産総研は、誘電体基板で金属円板を挟んだ平衡型円板共振器を用いて、170G㎐までの超広帯周波数帯の誘電率測定技術を開発してきた。

　しかし、金属導電率に関しては、周波数100G㎐超帯での簡便・高精度な計測技術はない。今回、誘電体基板で金属箔を挟んだ誘電体共振器に対して、高次モード励振の共振特性から導電率を決定する電磁界解析アルゴリズムを開発し、10~100G㎐超の超広帯域にわたる簡便かつ従来と同等精度での計測を実現した。この技術により、5Gや6Gの低消費電力化に向けた材料開発が加速すると期待される。

　技術の詳細は、オンライン開催の国際会議IMSで先月発表された。今回、独立した金属円板の導電率計測を実証したが、今後、銅箔を誘電体基板上に実装した銅張基板の導電率計測を実証するとともに、銅張基板のミリ波帯での損失低減に向けたプロセス技術開発に貢献していく。さらに、ポスト5G/6G時代を見据えて、500G㎐までの計測技術の開発を進める考えだ。