エネルギー物質科学研究センター

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概要

センター長

センター長 神原 貴樹

センター長
神原 貴樹

設置の必要性と期待される効果

(1)設置の必要性

 持続可能な社会の構築に向け、高効率なエネルギー変換や物質変換およびエネルギー貯蔵、さらには再生可能エネルギーの高効率利用を可能にする革新的物質・素材・材料の開発に対する社会からの要請が近年特に高まっています。したがって、環境エネルギー材料の国際拠点を設立し、多くの近隣の研究機関が有機的に共同研究の推進に資することは、オールジャパン連携およびグローバル連携の推進にもつながり、我が国の研究力を強化するために重要となります。また真に革新的な材料創出には、電子・原子・分子レベルでの構造制御と機能に関する学理と応用研究を繋ぐ仕組みと体制が必要と考えられますが、そのような研究組織はほとんどないのが実情であり、TIMS改組による本センターの設立が強く望まれていました。

(2)期待される効果

 本センターは研究のピークを形成する三つの研究部門を主体とし、これとダイバーシティーを重視した異分野融合による革新的材料の創出を可能とする萌芽研究グループから構成されています。さらに理論的設計・化学合成による新物質創製・最先端精密計測を横串としたグローバルな連携も可能となる体制を取るため、これまでにない革新的材料の実用化に向けた取り組みを効率よく推進することができると期待されます。さらに本センターは、つくば地区の連携を円滑に行うことのできる運営体制も備えていますので、萌芽的基礎研究を出口へと繋げ、大学の研究成果の社会還元を強力に推進して、本学のプレゼンスの向上に貢献できると期待されます。さらに若手研究者の自由な発想が基礎から応用に反映されるよう十分な研究環境を提供することで、我が国における次世代の材料科学分野を担う世界的な視点に立った研究者の育成に資することができます。

組織構成

 本センターでは三つの重点研究部門と多様な基礎分野の研究者との交流を可能とする基礎融合リサーチグループを置いています。三つの重点部門は基礎研究のシーズと応用をつなぐための組織であり、基礎から出口をシームレスにつなぐことを可能とする研究者より構成されます。基礎研究に軸足を置いた研究者は融合部門との連携を常に密に行い、出口付近の応用研究に軸足を置いた研究者は企業との連携を常に視野に入れて研究活動を行います。
三つの部門としては、「マテリアル分子設計部門」、「エネルギー物質部門」、「電気エネルギー制御部門」を置きます。

「マテリアル分子設計部門」

 本部門のミッションは、触媒反応、有機反応、重合反応など化学反応を最大限に利用して環境エネルギー材料を創成することです。具体的な材料とは、白金を代替する燃料電池触媒、CO2を有用化合物へ変換する触媒、環境負荷の低い合成法で製造する有機薄膜太陽電池や有機EL材料、藻類オイルを用いたプラスチックやゴムの製造、有機分子で構成されるレーザーおよびマイクロ波共振器などです。社会のニーズの高い環境エネルギー材料について、企業が実施できないような基礎研究に注力し、イノベーションを達成します。研究アプローチの特色は、材料機能や作用メカニズムを最先端の放射光分光、プローブ顕微鏡および第一原理量子力学計算によって、原子レベル・電子レベルで研究すると同時に、材料設計・物質合成を行うところにあります。物理化学、固体物性、電気化学、有機化学、高分子化学、触媒化学、放射光科学、炭素材料科学などの分野融合的な共同研究チームを構成します。さらに、研究成果の産業化を目指して、産総研、藻類バイオマス・エネルギー開発研究センター、企業との密接な関係を保ち、シーズを実用化に導く体制を構築します。

「エネルギー物質部門」

 本部門の使命は、(1)エネルギーサイエンスの推進と(2)エネルギーイノベーションの実現の二つです。エネルギーサイエンスとは、エネルギー現象(光電気変換、熱電池変換、物質電気変換、蓄電、等)を電子論的・微視的に解明することです。そのためには、典型物質または理想物質に着目し、基盤研究のための材料開発・デバイス開発、放射光X線やナノプローブを駆使した先端計測、第一原理計算による物性予測、等を組み合わせる必要があります。我々は、エネルギーイノベーションの実現を実現するにはエネルギー現象を根源的に理解する必要がある、と考えています。根源的な理解の上には、高機能材料開発の指針だけでなく、異分野融合による新デバイスの提案が可能になります。実際に本部門では、二次電池と熱電変換を融合した熱発電セルを提案し、その実現を目指しています。

「電気エネルギー制御部門」

 筑波大学およびTIA関連組織の有する新規材料制御技術、回路設計、高度計測技術を融合して、パワーエレクトロニクスに関わる新材料とそのデバイス化を実施することにより、「超低損失エネルギーデバイス・システム」の開発を行い、エネルギーの「制御」に貢献することをミッションとしています。
 「変換」、「貯蔵」したエネルギーを実社会に活かすためには電気エネルギーを経る必要がありますが、この電気エネルギーを効率よく操るのがパワーエレクトロニクスです。エネルギー変換・貯蔵のエネルギー損失は決して無視できるものではなく、システム全体の効率を決める大きな要素となります。むろん、効率は使用材料の物性値で制限されるだけではなく、それを使うシステムとのマッチング、例えばデバイス構造やデバイスを組み込んだ電気回路、さらにはシステム構成等にも依存します。
 エネルギー制御部門では、Siパワーデバイスを凌駕するSiCパワーデバイスの研究開発を進めます。また、ダイヤモンドを用いたパワーエレクトロニクスの研究にいち早く着手し、SiCでの問題解決の手法を積極的に活用することにより、究極のエネルギー制御の実現を目指します。

基礎融合リサーチグループ

「光エネルギー」「バイオエネルギー」「マテリアルエネルギー」の三つの大きな分野に関わる基礎研究を行うアクティブな研究者からなるリサーチグループで、グループ内の融合・共同研究を推し進めるだけでなく、三つの主要部門とも連携することで、単独の研究者では発想できない観点からの新しい研究の萌芽を創出することを目的とします。これにより、研究ピークとダイバーシティーによる独創的研究の推進に寄与します。できるだけ若手研究者をメンバーに加え、将来の新しい部門の設立も視野に入れて活動し、センターはこれを支援します。また上述の三つの主要部門とのメンバーの入れ替えも適宜行うなど、柔軟な組織として運用します。

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