金属資源プロセス研究センター

研究分野

高温材料物理化学研究分野 福山研究室

福山 博之 教授Hiroyuki FUKUYAMA, Professor
キーワード材料プロセシング/化学熱力学/融体物性/結晶成長

機能性材料プロセスと熱物性計測法の開発

当研究室では、化学熱力学と融体物性を融合させた新しい機能性材料のプロセス開発を提唱しています。
例えば、窒化物半導体は、青・紫からさらに波長の短い紫外線発光素子として、環境、医療、バイオ、情報分野での応用が期待されていますが、当研究室では、窒化物半導体の素子としての性能を向上させるため、結晶成長に関する物理化学的な知見を蓄積しながら、新たな結晶成長プロセスを創製しています。また、材料プロセスにおける複雑な熱物質移動現象をシミュレーションするため、熱物性値のデータベース化を進めています。電磁浮遊装置と静磁場を組み合わせて、金属融体の静的な浮遊状態を実現し、融体の熱容量、熱伝導率、放射率、密度および表面張力を高精度に計測する超高温熱物性計測システムの開発を行っています。
この技術によって、結晶成長、鋳造、溶接など様々な工学分野への応用や最近では金属積層造形(3Dプリンタ)の開発にも貢献することに加えて、未知の高温融体科学を切り拓いています。

High-temperature Physical Chemistry of Materials

研究室HPへ

基盤素材プロセッシング研究分野 北村研究室

北村 信也 教授Shin-ya KITAMURA, Professor
キーワード製鋼/鉄鋼精錬/化学平衡/反応速度/リサイクル

製鋼プロセスの新展開

鉄鋼に代表されるベースメタル製造プロセスは、人類社会の発展を支える基盤素材として、ゆるぎない立場にあるが、環境調和社会に向けて新たな技術変革の時を迎えています。

この分野を見る時には、以下の4つの視点(スケール)を俯瞰しなければなりません、①地球から得た資源を使い、地球に優しいプロセスで抽出する[Giga Scale]、②反応装置(リアクター)の効率・性能を極限まで高める [Mega Scale]、③反応速度、材料特性を支配する物理的化学的要因の解明 [Micro Scale]、④元素の異相間移動速度の測定、微細組織制御技術 [Nano Scale]。

本研究分野では、鉄鋼製造プロセスにおいて高機能鉄鋼材料を作り込むコアとなる「製鋼」を対象に、資源戦略に基づく環境調和型プロセスの探索、プロセスシミュレーションモデルの開発、高温化学反応の速度論的研究、高機能鉄鋼材料を支える高純度化技術の開発等に関して、前記の4つの視点に立脚した研究を行っています。

Base Materials Processing

研究室HPへ

機能性粉体プロセス研究分野 加納研究室

加納 純也 教授Junya KANO, Professor
キーワード粉体工学/粉砕/メカノケミカル反応/リサイクル/水素エネルギー/レアメタル/シミュレーション

機能性粉体プロセスの創成とシミュレーションによる
粉体プロセスの最適化

粉体を原料、中間製品あるいは最終製品とする高機能性材料の開発・製造がいつの時代も盛んである。その材料の特性はその化学組成だけではなく、材料中の粒子充填構造にも大きく依存し、粒子充填構造は粉体粒子の粒子径やその分布など物性・特性値に大きく左右される。したがって、原料となる粉体の生成などの粉体プロセスを精緻に制御し、所望する粒子を取得し、かつ所望する機能を発現させるために、混合や成形、充填、複合化などの粉体プロセスを自在に制御する必要がある。

本研究室では、粉体プロセスを自在に精緻に制御するためのツールとしてのシミュレーション法の創成を行っている。本シミュレーションによって、粉体プロセスを最適化することにより、省エネルギー化や省資源化を図っている。また、粉体プロセスの一つである粉砕操作によって発現するメカノケミカル現象を積極的に活用し、都市鉱山からの金属リサイクルやバイオマスからの創エネルギーに関する研究を展開している。

ADEM による固体粒子破壊挙動のシミュレーション

Powder Processing for Functional Materials

研究室HPへ

エネルギー資源プロセス研究分野 佐藤研究室

佐藤 修彰 教授Nobuaki SATO, Professor
キーワードアクチノイド化学/核燃料サイクル/エネルギー資源/レアメタルプロセシング/放射性廃棄物処理・処分

資源・エネルギー・環境との共生を目指した
プロセス化学の展開

基幹エネルギーとして原子力の利用は人類の将来を左右する重要技術である。
このためウランやトリウムを含む鉱石からの核燃料製造プロセスの開発研究や燃焼後の核分裂生成物および未利用ウランなどの安全な処理・処分プロセス開発が求められている。さらに福島原発事故に関してはデブリ燃料処理や環境修復を図る必要がある。

本研究室では、水溶液(湿式)系や非水(乾式)系における放射性核種の化学的挙動特性を把握し、高効率で廃棄物量の少ない核燃料のリサイクル方法や、レアメタル資源のグリーンプロセスの開発を行うとともに、福島原発事故に関わる放射性物質の挙動を評価し、安全な処理・処分プロセスの開発研究を進めている。
また、廃棄物から水素等エネルギー物質を生成するようなプロセスの開発も進めている。

Energy Resources and Processing

研究室HPへ

エネルギーデバイス化学研究分野 本間研究室

本間 格 教授Itaru HONMA, Professor
キーワード再生可能エネルギー/ナノテクノロジー/リチウムイオン電池/燃料電池/太陽電池

ナノテクノロジーを低炭素社会構築に貢献させる

本間研究室では21世紀の科学技術が取り組む最重要課題である地球持続技術・低炭素社会構築の為にナノテクノロジーを利用した再生可能エネルギー技術のフロンティア開拓を行います。新デバイス・新材料開発を中心に、二次電池、キャパシタ、太陽電池等の革新的エネルギー技術を世に発信し、地球温暖化対策のイノベーションを起こすことを目的としています。

革新的エネルギー変換デバイスを実現するために、原子層材料 (グラフェン、遷移金属ダイカルゴゲナイド )、金属酸化物ナノ構造活物質、有機活物質、擬似固体電解質、超臨界流体プロセス技術、放射光分析等のナノテクノロジー基礎研究から、高容量・高出力型リチウム二次電池、大容量キャパシタ、燃料電池、化合物半導体薄膜太陽電池に資する高性能電極材料・デバイス創製の精密化学プロセスを研究しています。これらの革新的エネルギーデバイスを要素技術として低炭素化社会技術であるスマートグリッド、電気自動車や再生可能エネルギーの基盤強化に貢献します。

Chemistry of Energy Conversion Devices

研究室HPへ

金属資源循環システム研究分野 柴田(悦)研究室

柴田 悦郎 教授Etsuro SHIBATA, Professor
キーワード非鉄金属製錬/金属資源循環/リサイクル/廃棄物処理

非鉄製錬業を基盤とした金属資源循環システムの構築

非鉄製錬業は資源循環型社会を実現する上では必要不可欠の産業であり、金属資源循環の中心を担うことで、成長産業へ転換する可能性を持っている。また、今後人口増加と相まって、電気・電子機器の利用が加速度的に増加することが予想される。金属資源を継続的に確保していくためには、様々な製品に使用されている金属を循環利用していく必要がある。

本研究分野では、非鉄製錬業を基盤とした金属資源循環システムの構築に向けた研究活動を行っている。鉱物処理も含めた非鉄製錬学問分野全体に渡る横断的かつ従来の枠組みを超えた研究活動を行い、将来的な金属資源の高効率循環と環境保全の達成を目指している。鉱石のみならず金属元素を含有した様々な二次資源の前処理から主要製錬技術、製錬副産物の処理、環境負荷元素の安定化など金属資源循環に向けた研究・技術開発に関して、課題解決型研究や新規プロセス技術開発など、包括的に取り組んでいる。

金属資源循環工学の構築に向けた研究アプローチ

Metallurgy and Recycling System for Metal Resources Circulation

研究室HPへ

ハイブリッドナノ粒子プロセス研究分野 村松研究室

村松 淳司 教授Atsushi MURAMATSU, Professor
キーワード有機-無機ハイブリッドナノ材料/ハイブリッド液晶/エネルギー触媒/修飾半導体ナノドット/鉄基ナノ材料

テーラーメードのよく定義された
ナノハイブリッド材料はいかが?

有機-無機ハイブリッド液晶材料、光応答性ベシクル、鉄系ナノ粒子、透明導電膜 ITO ナノインク、非鉛圧電素子用ニオブ酸系粒子、光触媒用チタニア、種々のペロブスカイト系酸化物、半導体ナノ粒子、非 Pt 系燃料電池材料、多種類にわたる合金ナノ触媒粒子など、たくさんの機能性ナノ材料を生み出しています。

それらはいずれも、粒子合成の根幹である、(1)核生成と粒子成長の分離、(2)粒子同士の凝集の防止、(3)粒子合成反応場制御の、3つの極めて重要な基礎理念を応用することにより生み出されています。つまり、コーヒーや牛乳が安定であったり、クリーミーなビールの泡ができるのと、形状と形態が極めて精密に制御された、単分散ナノ粒子が合成されるのは、その根本になる理論は同じですし、私たちはそうした自然のコロイドを真似ながら、全く新しい、よく定義されたナノハイブリッド材料を生み出します。

あなたが欲しい、テーラーメードの、よく定義されたナノハイブリッド材料は何ですか?
私たちが作ります。

Hybrid Nano-particle

研究室HPへ

原子空間制御プロセス研究分野 小俣研究室

小俣 孝久 教授Takahisa OMATA, Professor
キーワード機能性無機材料/自然エネルギー利用デバイス/原子空間制御/イオンビーム

原子の占有空間をデザインし
環境調和型材料・デバイスを生み出す

人類がこれまで経験してきた大きな変革は新しい材料の登場が引き金となっており、現在直面しているエネルギー、環境、資源に関わる諸課題に対しても、必ずやそれらを解決へと導く材料があるはずです。先人たちの努力により、誰もが容易に入手できる安定な物質はもはや研究しつくされており、今私たちが渇望している新材料はダイアモンドのように使用環境で実質的に安定な準安定物質からなるに違いありません。

私たちの研究室では、そのような準安定物質を材料の新大陸と位置づけ、原子的なフレームワークをデザインした望む機能を発現する準安定無機化合物を、前駆体化合物中の可動イオンの置換や挿入により創製し、それらを環境調和型デバイス・システムへと応用すべく研究を進めています。

現在は、次世代型の薄膜太陽電池、中温作動型燃料電池、省エネ・広色域ディスプレイの中核をなす要素材料の開発とその素子化を研究しています。

Atomic Site Control in Inorganic Materials

研究室HPへ

環境適合素材プロセス研究分野 埜上研究室

埜上 洋 教授Hiroshi NOGAMI, Professor
キーワード製銑プロセス/シミュレーション/移動現象/多相流/反応速度/熱工学

反応動力学解析による革新的素材プロセスの開発

鉄鋼に代表される各種基盤材料の製造プロセスは、その製造量の膨大さから、資源・エネルギーの消費量も膨大で、これらを抑制し、循環型社会の実現に資するための変革が求められています。その方策として、現行プロセスの高効率化、資源対応の強化、革新的プロセスの開発などがあ
り、その実現のためには、プロセス内部で生じる現象や原料の反応特性を理解し、新たなプロセスを設計していく必要があります。

本研究分野では、環境適合型のプロセス開発に向けて、各種素材原料の物性値や反応特性の熱力学、熱工学、移動現象論や反応工学などの手法による解明、素材製造プロセスに広く見られる混相流動現象の流体力学、粉粒体工学などの手法による定量化を行い、これらの知見を数値流体力学やMPS 法、離散要素法など先端の流動解析手法を用いた熱流体解析の枠組みに組み込むことで、各種素材製造プロセスの数値シミュレーション技術の開発と定量評価・設計に取り組んでいます。また、新たな熱エネルギー回収および貯蔵プロセス の開発も進めています。

ロータリーキルン内の原料温度分布解析

Environmental-Conscious Materials Processing

研究室HPへ

材料分離プロセス研究分野 柴田(浩)研究室

柴田 浩幸 教授Hiroyuki SHIBATA, Professor
キーワードケイ酸塩/熱物性/凝固結晶成長/精錬プロセス/ワイドギャップ半導体

高効率素材製造プロセスのための高温界面物理化学

素材の精錬プロセス、製造プロセス、リサイクルプロセス等の原理を理解するには、異相間の化学的、物理的分離過程を詳細に理解する必要があります。これらの分離プロセスは異相間の界面における特性に左右されています。また、それぞれの相の化学的、物理的性質がプロセスの効率化に関係しています。

このようなプロセスは高温において実行されるため、高温における各種物性値も重要です。
例えば溶融珪酸塩や金属融体の熱伝導率、粘性は高温の精錬プロセスでは極めて重要な働きをします。これらの物性値はその物質の構造に敏感な性質ですので、物性の発現機構を物質の構造との関連から解明する研究を行っています。また、材料の分離プロセスや結晶成長に関わる界面における反応機構の解明を行っています。これらの基礎研究を基に実際の素材製造プロセスの高効率化や新規プロセスの開発に取り組んでいます。

Materials Separation Processing

研究室HPへ

ページトップへ