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田中 伸幸
膜, 47(4), p.197 - 201, 2022/07
熱化学水素製造法ISプロセスの熱効率の向上を行う膜技術の開発が進められており、HI-I
-HO(HIx)溶液のHI濃縮のため、カチオン交換膜を用いた電解電気透析法(EED)が適用されている。カチオン交換膜に対して、放射線グラフト重合法を用いることにより、従来の市販膜よりもイオン交換基の導入を増やすことで、イオン導電性を向上し、消費エネルギーを大幅に削減した。さらに、グラフト鎖に架橋を導入し、膜の膨潤を抑制することで、H
選択性を向上させ、イオン導電率との両立を実現した。現在では、膨潤抑制効果がさらに期待できるイオン飛跡グラフト重合法を用いて、イオン交換膜の性能向上を進めている。
吉越 章隆
応用物理学会薄膜・表面物理分科会Newsletter, (168), p.52 - 53, 2019/09
応用物理学会の薄膜・表面物理分科会の常任幹事に就任するにあたり、Newsletter誌に研究の一端を紹介した。
武田 全康
薄膜の評価技術ハンドブック, p.164 - 173, 2013/01
中性子線を利用した薄膜の構造解析手法の基礎知識を解説するとともに、国内の中性子散乱実験施設の現状と研究例の紹介を行う。
八巻 徹也
膜, 36(5), p.240 - 247, 2011/09
日本原子力研究開発機構では、独自の量子ビーム技術を駆使して、燃料電池に応用可能な高分子電解質膜の開発を進めている。本論文では、発表者らによるその活動について、(1)
線・電子線による架橋・グラフト反応を利用した電解質膜の作製、(2)イオンビームによるナノ構造制御電解質膜の作製、(3)中性子小角散乱法による膜構造解析への展開、などのトピックをレビューする。
Ge
合金層における酸化誘起Ge濃縮過程; リアルタイム光電子分光による解明小川 修一*; 穂積 英彬*; 吉越 章隆; 石塚 眞治*; 加賀 利瑛*; 寺岡 有殿; 高桑 雄二*
応用物理学会薄膜・表面物理分科会/シリコンテクノロジー分科会共催特別研究会研究報告, p.67 - 70, 2011/01
SiGe合金層の酸化によって加速されるGe原子の濃縮速度について、放射光を用いたリアルタイム光電子分光によって調べた。SiGe合金層はp型Si(001)基板上にGe蒸着で形成し、その合金層をラングミュア型吸着条件で酸化した。773Kでの酸化ではGe原子は酸化されず、SiO層のみがSiGe合金層上に形成された。さらに、GeO分子の脱離は起こらなかった。一方で、室温ではSi原子ばかりでなくGe原子も酸化された。この違いは点欠陥発生を伴う統合酸化モデルで説明できる。すなわち、773Kでは多くの欠陥がSiGe合金層の酸化中に発生し、Ge原子がこれらの欠陥を通して拡散すると示唆される。
C合金層/Si(001)表面における酸化誘起炭素拡散; 酸化膜成長とエッチング条件での比較穂積 英彬*; 小川 修一*; 吉越 章隆; 石塚 眞治*; Harries, J.; 寺岡 有殿; 高桑 雄二*
応用物理学会薄膜・表面物理分科会/シリコンテクノロジー分科会共催特別研究会研究報告, p.181 - 184, 2010/01
SiC合金層の酸化過程を調べるため、p型Si(001)表面にCH
を曝露することにより形成したSiC合金層の酸化過程をリアルタイムXPSで調べた。実験はSPring-8のBL23SUの表面化学反応解析装置で行った。ラングミュア型吸着(773K)では、炭素原子は酸化されずSiO/Si界面で濃縮されるため、酸化誘起歪みによってC原子が拡散することがわかった。一方、二次元島成長(933K)では、SiO脱離によって酸化開始後6000sで表面が約38層エッチングされたにもかかわらず炭素濃度は20%程度しか減少しなかったことから、SiO脱離においてC原子拡散の促進が示唆された。
ゲー卜絶縁膜を用いたGe MOSデバイスの界面設計細井 卓治*; 岡本 学*; 朽木 克博*; 景井 悠介*; Harries, J.; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 志村 考功*; 渡部 平司*
応用物理学会薄膜・表面物理分科会/シリコンテクノロジー分科会共催特別研究会研究報告, p.145 - 148, 2010/01
われわれはリーク電流を減少させて優れた界面特性を持った高品質のhigh-
/Geゲートスタックを開発した。この製作にはGe基板上への直接ZrOデポジションとその加熱酸化が行われた。放射光光電子分光によると、ZrO/Ge構造の823Kでの熱酸化はZrOとGeの相互拡散がかりでなく、GeO界面層の生成をもたらした。等価酸化膜厚(EOT)は1.9nmで、界面準位密度はAu/ZrO/Geキャパシタで10
cm
eV
と小さかった。さらに、Zr0層上にA10
を形成するとさらにEOTを小さくできることを見いだした。界面準位密度はAlO/ZrO/Geの30分の加熱で5.3
10
cmeVであった。10分加熱では1.6nmまでEOTを低減できた。その場合のリーク電流は従来のpoly-Si/SiO/Siスタックに比べて二桁低い。
山本 喜久*; 鈴木 康*; 宮本 優*; Bantaculo, R.*; 末光 眞希*; 遠田 義晴*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 朝岡 秀人; 山崎 竜也
薄膜・表面物理分科会/シリコンテクノロジー分科会共催特別研究会研究報告, p.207 - 210, 2009/01
本研究では、Si(110)表面が酸素で被覆される際の基板の反りを光学的に測定し、(001)方向と(-110)方向について酸化時の曲率の変化を評価した。また、酸素吸着量及び化学結合状態の時間発展を光電子分光により評価し、基板曲率測定の結果と併せてSi(110)酸化の異方性について検討した。基板曲率はmulti-beam optical sensorシステムを用いた。光電子分光はSPring-8のBL23SUに設置された表面化学実験ステーションで行い、O1sから酸素吸着量を、Si2pから化学結合状態を評価した。酸化は両実験とも5.0ないし6.710
Paの純酸素ガスで行い、基板温度は600
Cとした。(-110)方向では酸化膜側が凸になる圧縮性の応力が生じるのに対し、(001)方向には酸化膜側が凹になる伸張性の応力が生じた。光電子分光実験では、Si(110)表面ではlayer-by-layer様式で酸化が進行しない結果を得ている。(001)方向に伸張性の応力が作用するという曲率測定の結果は、(001)方向成分を有するB-bondへの酸素結合を支持する。
浅井 志保
膜, 33(2), p.70 - 77, 2008/03
特定の金属化学種と相互作用するように分子設計された抽出試薬を用いることによって、多孔性高分子に高い金属選択性を与えることができる。これまで、抽出試薬を保持した多孔性膜を用いる分離法が数多く考案されてきた。しかしながら、材料の耐久性や分離速度の点で課題が残されている。そこで、ポリエチレン製の多孔性中空糸膜を基材膜とし、放射線グラフト重合法によって疎水性の高分子鎖を細孔表面に付与して、抽出試薬の担体として用いることを提案した。本解説では、高分子鎖に疎水基を持つ官能基を導入し、さまざまな抽出試薬を安定に担持する方法について紹介した。例えば、bis(2-ethylhexyl)phosphate(以下、HDEHP)を、オクタデシルアミノ基の導入によって疎水化したグラフト鎖へ担持すると、グラフト鎖にHDEHPが緩やかに束縛されることによって、本来の抽出性能を損なうことなく、しかも液相に漏出しない安定な担持構造を形成した。また、モデル金属として用いたイットリウムの水溶液を膜に高速で透過させた場合(膜内の滞留時間約4秒)でも、回収率100%を達成し、高速処理を実証できた。
浅野 雅春; Chen, J.; 前川 康成; 吉田 勝
膜, 33(2), p.63 - 69, 2008/03
ポリテトラフルオロエチレンに代表されるフッ素系高分子の場合、紫外線によってフッ素原子が引き抜かれ、グラフト重合の開始に必要な炭素ラジカルを形成するだけのエネルギーを持たないため、光グラフト重合は不可能とされていた。上述の課題を解決するため種々の検討を重ねたところ、水と溶媒の混合系に疎水性のビニルモノマーを懸濁させ、得られたモノマー溶液中にフィルムを浸漬した状態で紫外線を照射したところ、光グラフト重合が起こることが明らかになった。このグラフト膜をスルホン化した電解質膜の膜厚方向のプロトン伝導度を測定したところ、低グラフト率にもかかわらずナフィオンを凌駕するプロトン伝導性能を発現したことから、効率的にグラフト鎖が膜を貫通したことが確認できた。この結果は、膜内に分布しているスルホン酸基中の硫黄元素のX線マイクロアナライザーによる観察からも示唆された。これらの結果を線グラフト法との比較で検討し、総説としてまとめた。
澤木 健太*; 浅井 志保; 渡部 和男; 須郷 高信*; 斎藤 恭一*
膜, 33(1), p.32 - 38, 2008/01
中性の抽出試薬TOPO(トリオクチルホスフィンオキシド)を利用して高効率に金属イオンを分離することを目的とし、高分子鎖を細孔表面に接ぎ木(グラフト)した多孔性膜にTOPOを担持した。TOPOを高密度に担持し、しかも担持後の透水性を保持するために、親水基であるジオール(2OH)基と疎水基であるオクタデカンチオール(C
S)基を高分子鎖へ導入した。2OH基は、細孔内部に凝集し、細孔を塞いでいるTOPOとグラフト鎖上部との結合を弱める効果があり、TOPO担持後に純水を透過させることによって容易にTOPOが除去され、膜の透水性が回復した。CS基は、グラフト鎖間へ浸透したTOPOと疎水性相互作用することによって、TOPOをグラフト鎖間に安定に保持した。したがって、2OH基とCS基を組合せることによって、透水性と担持量とを両立したTOPO担持多孔性膜を作製できることが示された。金属吸着容量は、0.66mol-Bi(III)/kg-TOPO膜となり、市販の抽出クロマトグラフィー樹脂と同等、あるいはそれ以上の値であった。さらに、担持されたTOPOのすべてがBi(III)の捕捉に利用され、従来材料に比べて、TOPOは金属を効率よく捕捉できることが示された。
浅井 志保; 渡部 和男; 須郷 高信*; 斎藤 恭一*
膜, 32(3), p.168 - 174, 2007/05
金属を捕捉する官能基を持つグラフト鎖を、細孔の表面に付与した多孔性膜を用いると、試料溶液中のイオンが拡散する時間を低減でき、迅速分離を実現できる。本研究では、エポキシ基を持つモノマーであるグリシジルメタクリレート(GMA)を、多孔性膜の細孔表面にグラフト重合した。次にグラフト鎖中のエポキシ基の一部をカルボキシペンチルアミノ(CPA)基へ変換し、さらに塩基性抽出試薬Aliquat336を担持した。迅速処理性能を損なわずにAliquat336を高密度に担持するために、Aliquat336溶液の溶媒組成及びAliquat336濃度の効果を調べた。Aliquat336溶液の溶媒として用いるエタノール/水の混合液中での水の体積割合wvfが大きいほどAlqiaut336担持量は増大した。wvfの増加とともにグラフト鎖が伸長するからである。10%Aliquat336溶液を使って作製した膜のAliquat336担持量は1.2mol/kg-GMA膜となり、このときの透水性は、GMA膜と同等の性能であった。したがって、Aliquat336担持量と透水性を両立できることがわかった。
澤木 健太*; 土門 さや香*; 浅井 志保; 渡部 和男; 須郷 高信*; 斎藤 恭一*
膜, 32(2), p.109 - 115, 2007/03
放射線グラフト重合法を利用して、市販の多孔性膜の細孔表面にさまざまな機能を備えたグラフト鎖を付与することができる。本研究では、グラフト鎖へ疎水性部を持つ官能基を導入し、そこへ抽出試薬を担持することによって、金属イオンの分離の迅速化を試みた。グラフト鎖に導入する官能基としてアルキルアミノ基又はアルカンチオール基を選び、酸性抽出試薬であるCyanex 272をグラフト鎖に担持した膜を作製し、モデルイオンとしてZn(II)を用いてCyanex 272担持多孔性中空糸膜の金属イオン吸着性能を評価した。ドデシルアミノ及びオクタデシルアミノ基を導入し、Cyanex 272を担持した多孔性膜では、亜鉛イオンの平衡吸着容量は、それぞれ0.35及び0.37mol/kg-GMA膜となった。この値は市販の抽出試薬担持ビーズ状樹脂と同程度であった。さらに、膜に担持されたCyanex 272のうちそれぞれ77及び78%が亜鉛イオンの捕捉に寄与していることが示された。
武田 全康
応用物理学会埋もれた界面のX線・中性子解析グループ第1回講習会「X線反射率法による薄膜・多層膜の解析」テキスト; X線反射率法入門, p.58 - 77, 2007/00
現在、X線反射率法と中性子反射率法は薄膜や人工多層膜の厚さ方向のナノスケールの構造解析法として広く使われている。これら2つの手法は層状構造を持つ物質の内部構造に関して同じような情報を与えるが、X線にはない特徴を中性子は持っている。すなわち、(1)たいていの物質に対して透過力が大きい、(2)周期律表で隣り合う元素に対してさえも、散乱ポテンシャルの大きなコントラストを持つこと、(3)同じ元素でも同位体に対しては散乱ポテンシャルが異なること、(4)物質の持つ磁気モーメントに対して感度を有することである。この章では、X線反射率法との比較という観点から中性子反射率法の入門的な解説を行う。
寺岡 有殿; 吉越 章隆
極薄シリコン酸化膜の形成・評価・信頼性第6回研究会報文集, p.259 - 264, 2001/00
Si(001)表面の初期酸化過程をO分子の並進運動エネルギーを利用して原子線レベルで制御し、また、軟X線放射光を用いてその場光電子分光法により表面分析することを試みた。本研究では超音速O分子線を用いてO分子を最大3eVまで加速できるために第一原理計算で理論的に予測されている解離吸着のエネルギー障壁を実験的に検証可能である。その結果理論値(0.8eV,2.4eV)にほぼ等しい並進運動エネルギー閾値(1.0eV,2.6eV)を実測した。この結果は並進運動エネルギーを選択することによって常温においてダイマーのバックボンドまで、さらには、サブサーフェイスのバックボンドまで直接解離吸着過程によって段階的にSi(001)表面を酸化できることを示している。さらに、放射光を用いてSi-2p光電子スペクトルを測定し、Si酸化数が並進運動エネルギーに依存することを見いだした。
小貫 薫; Hwang, G.; 清水 三郎
膜シンポジウム'99報文集, (11), p.37 - 40, 1999/00
ヨウ素を溶解したヨウ化水素酸(HI重量モル濃度10mol/kg)の高温電気透析による濃縮に関して予備的検討を行った。供試イオン交換膜は市販のCMH及びAPSであり、95
試験液への117時間浸漬試験により当該環境における化学的安定性を調べた結果、いずれの膜のイオン交換容量にも変化は認められなかった。電気透析試験では、通常の陽及び陰イオン交換膜を用いる方式に加えて、本系の電極反応がI
/Iの酸化還元反応であることを利用した陽イオン交換膜のみを用いる方式を取り上げて、60~70での濃縮挙動を調べた結果、本系では後者の方式が有効であることが示唆された。セル抵抗については、膜抵抗の温度依存性を反映して高温ほど大きく減少すること、また、カーボンクロスが高温域でのセル抵抗支配因子である電極反応抵抗の低減に有効であることを明らかにした。
須郷 高信
イオン交換膜の工業的応用,第2集, p.271 - 278, 1993/00
放射線グラフト重合法を応用した分離機能性高分子膜の研究結果をまとめ、機能性膜の開発と応用の章に報告する。多孔性中空糸膜にイミノジ酢酸基を導入し、共存イオン溶液からのコバルトイオンの選択吸着分離への応用、およびアミノ酸固定化法によるタン白質の選択分離技術への応用など機能性膜の開発研究結果をまとめて紹介する。
浅野 雅春; 吉田 勝; 大道 英樹; 山中 英寿*
膜, 17(4), p.216 - 227, 1992/07
ポリマー主鎖中にアミド結合(-NHCO-)あるいはエステル結合(-COO-)をもつポリペプチド, ポリオキシ酸, ポリラクトン, ポリデプシペプチドなどの生体分解性ポリマーを合成し、それらのポリマーの分解特性(生体内での)を検討した。また、制癌薬, ホルモンなどの薬物とポリマーを複合化する技術の確立、さらに得られた複合体からの薬物のin vivo放出制御、そして埋入型複合体の性能評価についても検討した。本研究は、それらの研究成果を「総説」としてまとめたものである。
藤村 卓; 嘉悦 勲
膜, 8(3), p.142 - 149, 1983/00
微生物、細胞内の小器官であるオルガネラ、組織細胞など、複合酸素系を持つ生体触媒の固定化を、放射線法によるものを含めてレビューした。これまでの各固定化法の比較研究により低温放射線重合法による多孔質な担体が、基質・生成物の拡散にとって重要であることが明らかになりつつある。また、放射線重合法では、モノマー組成などをかえることにより、担体の性質を連続的に変化させて、固定化物の活性との関係を調べることができる。このような点は固定化の研究における放射線重合法の大きな利点である。
