有機熱電変換材料の開発
熱電変換デバイスは、未利用の大量の熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収する技術であり、SDGs（持続可能な開発目標）の観点から非常に注目されています。特に、廃熱の回収はエネルギー効率を向上させ、持続可能な社会の実現に貢献するための重要な手段とされています。近年では、IoT（Internet of Things）社会の実現に向けて、年間約1兆個のセンサ（トリリオン・センサ）を駆動する電源としても関心を集めています。室温付近で高効率に発電できる熱電変換デバイスの開発は、これらの技術に大いに貢献できるため、社会的にも非常に重要な課題です。 　さらに、熱電デバイスは小型化が可能であり、柔軟性のある材料を使用することで、従来の硬いデバイスに比べて設置や運用の自由度が増すことが期待されます。これにより、さまざまな環境条件下での運用が可能となり、実用性が向上します。また、これらのデバイスは、ウェアラブルデバイスや自律型センサネットワークなど、今後の技術革新において重要な役割を果たすことが予想されます。こうした用途において、有機化合物を基盤とする熱電変換材料（有機熱電変換材料）の開発は、エネルギー効率の向上や持続可能な社会の実現に向けた鍵となる技術です。 　有機熱電変換材料として研究されている物質群には、導電性高分子とカーボンナノチューブの2種類があります。カーボンナノチューブは電気伝導性が高いため、多くの研究者が開発に取り組んでいますが、カーボンナノチューブはその炭素の並び方により金属的な性質や半導体的な性質を示すため、通常、これら異なる電気的性質を持つものが混合され、合成されることが多いです。このため、分離が困難であり、性能や用途に限界が生じます。また、熱電変換デバイスは温度差を利用して発電するシステムですが、カーボンナノチューブは熱伝導度が高いため、物質内の温度差が時間とともに消失する問題もあります。 　これに対して、導電性高分子を基盤とする熱電変換材料は、有機合成化学的手法により、さまざまな骨格を有する分子を自在に設計・合成できるという特徴があります。導電性高分子は、有機π共役系高分子に酸化または還元処理（これをドーピング処理と呼びます）を施すことで、分子内に電荷を注入し、電気伝導性を発現させます。つまり、ドーピング条件によって、電気特性を精密に制御できるという特徴もあります。しかし、導電性高分子は無機熱電変換材料やカーボンナノチューブよりも電気伝導性が低いため、これが最大の課題となります。また、長期間使用することで脱ドーピング反応が進行し、電気特性が低下する問題も発生します。 　導電性高分子を基盤とする有機熱電変換材料の開発研究は非常に限られており（日本国内では非常に稀）、分子構造やドープ率の制御、さらにドーパントイオンの影響について調査した研究はほとんどありません。このため、私たちはこれらの未解決の課題に取り組むことで、国内外の研究の最前線を牽引していきたいと考えています。 　これらの課題を克服するため、私たちは以下の4つの観点から高性能有機熱電変換材料の開発を目指して研究を進めています。 分子構造を制御した導電性高分子の開発 ドープ率と熱電変換特性との相関解析 ドーパントイオンの分子構造によるポリマー膜の力学特性の制御 ナノ炭素材料（カーボンナノチューブやグラフェン）との複合化による熱電変換特性の改善 また、関連するYouTube動画も公開しています。ご興味のある方は、下のバナーをクリックしてご覧ください。
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	導電性高分子の生体関連材料への応用
導電性高分子は、その優れた電気伝導性と柔軟性により、さまざまな生体関連材料への応用が期待されています。私たちの研究では、合成した導電性高分子をバイオセンサーや細胞デバイスに応用し、生体内での高精度なデータ取得や医療分野での新しい技術の実現を目指しています。 　バイオセンサーへの応用では、導電性高分子の特性を活かして、生体内での化学物質や細胞の挙動をリアルタイムでモニタリングできるセンサーの開発を行っています。これにより、例えば血糖値やホルモンレベルなどの生体情報を高精度に測定することが可能となり、個別化医療の実現に寄与します。また、導電性高分子は生体適合性が高く、細胞との相互作用が優れているため、細胞デバイスへの応用にも適しています。これにより、細胞の活動を刺激し、細胞機能の解析や疾患治療への応用が進められています。 　さらに、導電性高分子を基盤とした柔軟な材料は、身体の動きに合わせて変形するため、ウェアラブルデバイスやインプラントなど、体内での使用にも適しています。このようなデバイスは、患者の状態を常時モニタリングし、早期発見や予防医療に貢献することができます。 　なお、これらの研究はポーランドのシレジア工科大学のKatarzyna Krukiewicz先生や本学・生物工学プログラムの舟橋久景先生との共同研究であり、私たちは導電性高分子の開発について担当しています。
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	酸化グラフェンおよびその複合体の水浄化材料の開発
私たちの研究では、酸化グラフェン（GO）およびその金属酸化物との複合体を用いて、水浄化に特化した材料の開発を行っています。酸化グラフェンはその優れた表面特性、豊富な官能基、および高い比表面積により、様々な水浄化技術に応用が可能です。特に、廃水中の有害物質や微量汚染物質を効率的に除去するための素材として、注目されています。 　私たちの研究では、酸化グラフェンをベースに、金属酸化物（例えば、酸化チタンや酸化亜鉛）といった素材と組み合わせた複合体を開発し、水浄化用の膜材料や光触媒の実現を目指しています。酸化グラフェンと金属酸化物の複合体は、光触媒として非常に高い効率を発揮し、例えば廃水中に含まれるアセトアミノフェンやフェノールなどの有害化学物質を、紫外線や可視光照射によって分解することができます。このような光触媒技術は、持続可能な水処理方法として注目されており、環境汚染の軽減に貢献できるポテンシャルを持っています。 　さらに、酸化グラフェンはその親水性や表面修飾によって、水分子との相互作用が改善され、膜材料としても優れた性能を示します。これにより、水中の微粒子や有害物質を高効率で除去することが可能となり、汚染された水の浄化に役立つ新しい材料が提供されます。特に、重金属や薬物などの水中に存在する微量成分をターゲットにした浄化技術の開発が進められています。 　本研究は、国際的な共同研究として、イタリアのSudip Chakraborty先生、アメリカのSushil Kanel先生、韓国のChangseok Han先生との共同で進めています。これらの研究者との連携により、酸化グラフェンの改良とその複合体の特性を向上させ、実用化に向けた進展を加速しています。また、私は2023年から毎年、アメリカ化学会春季年会において、これらの研究者と共にセッションオーガナイザーを務めており、国際的な情報交換や共同研究の深化が進んでいます。 　私たちは、この研究を通じて、環境保護に貢献する新しい水処理技術を開発し、持続可能な社会の実現を目指しています。
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	その他
他にも様々な企業や研究者と共同研究を行っておりますが、秘密保持の都合上、詳細についてはご紹介できません。ご興味のある方は、どうぞ直接お問い合わせいただければと思います。 　また、過去には以下のようなキーワードに関する研究も行っていました。 有機薄膜太陽電池 色素増感太陽電池 リチウム二次電池 エレクトロクロミックディスプレイ（スマートウィンドウ） エレクトロルミネッセント（ＥＬ）ディスプレイ 有機電界効果トランジスタ
これらの研究にご興味のございます方は以下のアドレスにご連絡下さい。
これらの研究を実施するにあたり、以下の装置を所有しております。共同研究・受託研究・依頼測定・技術相談をご希望の方は、幣学・産学連携部門にお問い合わせください（→問い合わせ先） ゼーベック係数測定装置 抵抗率計 Wuhan Joule Yacht (PTM-3) 国内で初めて！（たぶん） この装置を導入しました 三菱化学 (Loresta-GP) 熱拡散率測定システム 熱示差走査熱量計 アイフェイズ (M3 type 1) 島津 (DSC 60) レーザー顕微鏡 真空蒸着装置 キーエンス (VK-9700) SANVAC (ED-1500R) その他 走査プローブ顕微鏡 (AFM, SPM) Agilent (Pico-Plus) 紫外-可視-近赤外分光光度計 日本分光 (JASCO V-770) 電気化学アナライザー 北斗電工 (HZ-3000 etc) BioLogic (SP-150) Princeton Applied Research (VersaSTAT3) ECフロンティア (ECstat-302) 超音波処理装置 Hielsher (UP200St) ホモジナイザー IKA (T25 digital) UVオゾン洗浄改質実験装置 株式会社あすみ技研 (ASM401oz) [Top]

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