東京大学産学連携プロポーザル

この研究室では、環境、エネルギー分野で中心的な役割が期待されているナノ空間材料を主な研究対象として、これまでにない新規ナノ空間材料の創出やそのための合理的なプロセスの開発を目指している。 研究対象の１つであるゼオライトは、結晶性・多孔性アルミノシリケートの総称で、1nm以下の細孔を含有し、イオン交換特性、吸着特性、固体酸性質（酸触媒特性）をもつため、工業的に広く利用されている。ナノサイズ化させるとこれらの様々な特性が向上することが知られているが、ナノサイズ化の最も一般的な手段である水熱法には、希薄溶液中で結晶化させるため生産性が低い、また結晶化制御のために使用する有機構造規定剤が高価、といった問題がある。 本研究では、ゼオライトをビーズミルにより粉砕し、粉砕によって生じた非晶質層を再結晶化させることで結晶性の高いナノゼオライトの作製に成功した。この製法により、以下のような効果があった。 　・有機構造規定剤を使用せずにナノサイズ化が可能 　・収率はほぼ100%を達成（安価な原料がすべてナノサイズ化） 　・粉砕の度合いで粒度分布を自在に制御可能 （30nm～） 　・工業的に利用されているすべてのゼオライトのナノ化に成功

文部科学省は共用設備の活用による研究開発を推進しており、平成24年度にプラットフォーム事業を開始した。東京大学は微細加工および微細構造解析の各分野で事業拠点となり、共用設備の利用を開始している。また令和3年度からはマテリアル先端リサーチインフラ事業に引継ぎ、継続的な研究支援を行っていく予定である。 本リサーチインフラハブは、電子顕微鏡をはじめ、表面分析装置、結晶構造解析装置、電磁特性測定装置、光学特性測定装置など、様々な分野の装置を取り揃えており、1カ所で多角的な分析ができるのが大きな特長である。 電子顕微鏡は走査型透過電子顕微鏡(STEM)、透過型電子顕微鏡（TEM）、走査型電子顕微鏡（SEM）が設置されており、各種の用途に応じて使われている。特にSTEM/TEMではJEM-ARM200F(日本電子)が4台、稼働しており、原子分解能観察や各種分析に活用されている。 結晶構造解析装置は薄膜、粉末用にSmartLab（リガク）3台、単結晶用にVariMax Dual（リガク）、さらに高精度の解析向けにSuperLab（リガク）が設置されている。この他に有機高分子材料用にMicro7HFM-AXISⅦなどが設置されている。 SIMSは空間分解能50nmのNanoSIMS 50L(アメテック)が設置されている。国内で外部に利用が解放されているのは当拠点のものだけである。 その他にもXPS、エリプソメーター、プローバー、など各種の分析機器が設置されている。 利用については、まずコーディネート室(Tel:03(5841)6372, mail:info@lcnet.t.u-tokyo.ac.jp)にお問い合わせいただきたい。問い合わせ内容により、利用者、設備担当者およびコーディネート室の3者で相談できる場を設け、試料の組成や形状および分析目的等の説明をしていただき、分析可能かどうか、他に手法はあるかなどを検討する。また、その場で利用規則を説明し、了解をいただいた後、利用申請の手続きを行うことにしている。利用者は連絡先や研究課題などを登録し、手続きが完了する。利用申請後、利用者は直接、設備担当者に連絡し、設備の利用予約をして、利用が開始される。 利用形態は、利用者自身が機器を利用する機器利用、設備担当者に補助をしてもらいながら利用する技術補助、試料分析を依頼する技術代行があるが、当拠点では機密保持、マンパワーの点から機器利用を推奨している。初めての方は技術補助から始めることができるが、速やかに機器利用に移行していただけるよう、各種機器の利用に関する講習会や分析手法についてのセミナーを開催している。

釘を使わずに木材を接合する「継手・仕口」は日本の伝統的な工法であり、建築物や家具の製作に使用されている。伝統的な継手・仕口は美的外観、高品質、および加工性などの点において高く評価されているが、美的要件と機能的要件を満たす必要があるため、設計が非常に困難で、手作業の制作は熟練者にとっても手間がかかる。 この解決策として、本研究室では「継手・仕口」を設計・製作するためのインタラクティブシステムを新たに開発した。本システムは、計算機と切削加工機を用い、カスタムメイドの木工接合部のデザインと製作を容易にするものである。 まずユーザは接合部の加工性、組み立て可能性、強度など性能に関するリアルタイムフィードバックを受け取りながら、接合部を設計する。そして角を丸めるなどの処理をして、計算機制御の切削加工機により接合部を完成させる。このシステムにより、基本的なデジタル製造ツールにアクセスできる人なら誰でも、継手や仕口に関する専門的な知識がなくても、洗練された木製の接合部を作成することが可能となる。 なお、本システムの詳細については、関連情報に掲載のプレスリリース（PDF）をご覧いただきたい。

この研究室では、航空用エンジンの環境適合性向上に資する技術を、新規システム技術の創出・要素技術高度化の視点で研究している。本研究テーマでは、航空機の環境負荷低減、整備性向上の視点で進展する電動化において特にシステム動力源と推進動力機構の電動化に着目し概念検討と要素実証を行っている。航空機の新規システム技術は、地上用輸送機器における適用技術を採用出来ることもあるが、特殊な技術要件や信頼性要求が必要になることが多い。

この研究室では、ジェットエンジン、ターボ機械等の機器内部流れに加えて、生体の内部流れに関する研究を行なっている。流れ解析のための各種実験装置を備えるとともに、充実した計算機環境を利用した数値流体解析が可能で、多くの研究実績を有している。 鳥類の肺気道内の流れは、動脈血と対向した一方向流れとなっており、ガス交換の効率は非常に高い。この点に注目して、肺気道流れのモデル化と実験的な解析を行うことにより、振動流から一方向流れが発生するメカニズムを解明した。更にこの原理を応用し、従来のヒートパイプより効率的な熱輸送デバイスが実現可能であることを見出している。これは、ＬＳＩ素子の小型冷却デバイスや医療機器等への応用の可能性が高い知見である。また、昆虫の呼吸にヒントを得たバルブレスポンプの研究も行っており、マイクロデバイスの冷却等への応用を検討している。

ロケットエンジン、ジェットエンジン等の研究を行っているこの研究室では、これら機械内部での流体解析に必要な実験施設、装置を豊富に有するとともに、充実した計算機環境を利用した数値流体解析が可能で、多くの研究実績を有している。これらをもとに、液体ロケットの燃料タンク内部での液の挙動や、液体の圧送を行う装置内部での液の挙動等、気液二相流が関係する広範な現象の解析が可能である。特に気液界面の捕捉に優れた解析手法（CIP-LSM）を開発しており、これまで多くの成果を上げている。

この研究室では、流体機械が発生する騒音に関して解析に必要な実験施設、装置を豊富に有するとともに、充実した計算機環境を利用した数値流体解析が可能で、多くの研究実績を有している。これらをもとに、ジェットエンジンの噴流騒音・ファン騒音をはじめ、車輌空力騒音、エアコン等家電機器に用いるファンによる騒音等の解析、低減策の提案、対策効果の評価等に対して協力が可能である。具体的な低減策として、ジェット噴流に微小な噴流を重畳するマイクロジェット低減法、ファン騒音を効果的に吸音するライナーなどの空力音響学的なメカニズムについて、基礎的な研究成果を有している。

ジェットエンジン、ターボ機械等の研究を行っているこの研究室では、これら機器内部で起きる高速流の解析に必要な実験施設、装置を豊富に有するとともに、充実した計算機環境を利用した数値流体解析が可能で、多くの研究実績を有している。これらをもとに、ジェットエンジン、ターボ機械等流体機械内部で起きる不安定流れ、それに伴う異常振動等に関しての解析が可能である。

ジェットエンジン、ターボ機械等の研究を行っているこの研究室では、これら機器内部で起きる高速流の解析に必要な実験施設、装置を豊富に有するとともに、充実した計算機環境を利用した数値流体解析が可能で、多くの研究実績を有している。これらをもとに、流体機械内部で起きる不安定流れに基づくフラッター現象の抑制に関して研究を進め、スマート構造（形状記憶合金、ピエゾ素子応用）を動翼（または静止翼）に採用したアクティブコントロールの研究をすすめ、その効果をシミュレーション及び実験により確認している。また、旋回失速の問題についてもアクティブに空気流を追加することによりコントロール可能であることを確認している。

近年、スマートフォンを始めとするモバイル型端末の爆発的普及に伴い、これまで主流であった固定センサを軸とした都市センシング手法に対して、モバイル型端末をセンサとして利用するユーザ参加型センシングについての研究が進められている。 本研究室では、スマートフォンをセンサとして利用し、人流や騒音など、様々な環境情報をセンシングし、クラウドで可視化することによって都市センシングの研究実績を積み重ねてきた。 固定センサを利用する都市センシングでは、固定センサの購入・設置費用、給電などのメインテナンスコスト、設置にあたっての調整労力など、莫大なリソースを必要とする一方、モバイル端末を用いた都市センシングでは、これらのコストを抑えられる他、センシング範囲内を参加者が密に探索することにより、高精度な結果をアウトプットできる。