−2.5−2.0−1.5−1.0−0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5−7.0−6.0−5.0−4.0−3.0−2.0−1.00.01.02.03.04.05.06.07.0

• T. Nakane et al., Dalton Ttrans. 44 (2015) 997-1008.• S. Ishii, T. Nakane, T. Furusawa and T. Naka, Cryst. Res. Technol. 51 (2016) 324-332.• 日本金属学会 奨励賞（2005年）

新機能創出を目指した酸化物の局在物性制御Keywords: ナノ粒子、水熱合成、マイクロ波合成、酸化物磁性、超伝導

機能性粉体・セラミックス分野 微粒子工学グループ

中根 茂行NAKANE.Takayuki@nims.go.jp | https://samurai.nims.go.jp/profiles/nakane_takayuki?locale=ja

電子機器など、現代社会の様々な場所で利用されてる機能性材料は、さらなる小型化や高機能化を

実現するために、従来とは異なるメカニズムで同じ機能を発現する材料の創出が求められています。

21世紀の科学技術は、便利さや快適さだけでなく、環境問題や資源問題などの社会課題との共存も

重要です。新材料創出では、こうした視点も重要となります。

作製方法を工夫すれば、従来にはない特殊な構造の

物質を作ることができる。

物質内の局所的な物性に注目すると、今まで報告され

ていない新たな現象を発見することができる。

局所的な物性の顕在化によって、有用な新機能材料

を創出したい！

より大きく！より特徴的に変化する（しない）材料を創出する

実用に即した形状に加工できるようにする

安全かつ安定的に生産・運用できることも重要

低コスト化も大切

新しい材料の創出では、近年研究が活性化したナノ粒子セラミックスや有機-無機ハイブリット材料の合

成・配列を目標に、原子レベルでの高度化に有利な化学的な合成技術の高度化研究を行っています。

新しい材料を創出するためには、物質の電子構造を理解し、利用する材料設計も重要です。様々な材

料の局所的な物性に注目し、この局所的な物性を材料全体の機能として引き出そうと考えています。

酸化チタンは、様々な分野で研究されている透明酸化物半導体

様々な結晶構造の存在が確認されているが、幅広い分野で精力

的に研究されているのは、作製が容易なルチル型とアナターゼ型

ナノ結晶相の構造モデル

酸化チタンのナノ結晶相に関する研究

2θ (degrees)

Inte

nsity

(A.

U.)

10 20 30 40 50 60 70 80

5 min

120 min

シミュレーション(2nm)

電場合成 磁場合成

✔ ナノサイズでしか存在できない“ナノ結晶相” の合成に成功︕✔ 低温・短時間合成を実現して、2nm以下の⼩サイズ化に成功︕✔ マイクロ波の電場成分と磁場成分を使い分けることで、⾊や磁性が異なる、別々の電⼦状態に作り分けることに成功した︕

スピネル型酸化物の磁性研究には長い歴史がある

近年、わずかな作製方法の違いで、局所的に複雑な磁性現象

が起こることが予想され、新たな視点で再注目されている

磁性体の磁化ヒステリシス現象は、磁気記録をはじめとする磁性

体応用研究の基礎物性として様々な分野で注目されている

スピネル型酸化物磁性体に関する研究

磁場 (T)

磁化

(em

u/g)

✔ スピネル酸化物内には、局所的に異なる磁気秩序があることに注⽬し、その特徴を活かすことで、磁気ヒステリシスの中⼼が可逆的かつ連続的に変化する現象を発⾒した︕

✔ この現象を、多層膜等ではなく単⼀物質で誘起したことが重要︕

磁場 (T)−2.5−2.0−1.5−1.0−0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

−7.0−6.0−5.0−4.0−3.0−2.0−1.00.01.02.03.04.05.06.07.0

メタロ超分子ポリマーのエレクトロクロミズム

機能性分子・ポリマー分野 電子機能高分子グループ

樋口 昌芳HIGUCHI.Masayoshi@nims.go.jp | http://www.nims.go.jp/fmg/index.html

Keywords: 調光ガラス、電子広告、電気化学デバイス、フレキシブル、ストレッチャブル

不揮発性の表示素子は、液晶ディスプレイなどと異なり、常時通電を必要としない

調光ガラスは、車などの室内の空調にかかるエネルギーの省エネ化に貢献すると期待される

メタロ超分子ポリマーが、優れたエレクトロクロミズムを示すことを見出した

・M. K. Bera, M Higuchi et al., Macromol. Rapid Commun., (2018) in press.

・M. Eguchi, M. Higuchi et al., ACS Appl. Mater. Interfaces, 9, 35498–35503 (2017).

・C. Chakraborty, U. Rana, R. K. Pandey, S. Moriyama, M. Higuchi, ACS Appl. Mater. Interfaces, 9, 13406-13414 (2017).

調光ガラス（スマートウインドウ）

不揮発性表示素子（デジタルサイネージ、電子値札）

ウエアラブル表示デバイス

ユニークなエレクトロクロミック特性を有するメタロ超分子ポリマーの開発

メタロ超分子ポリマーのエレクトロクロミック特性を利用した電気化学デバイスの作製

エレクトロクロミック型調光ガラス等の実用化研究

顔写真

耐久性と耐熱性の向上

製造コストの低減

大量生産プロセスの確立

メタロ超分子ポリマーは、金属イオンと有機モジュール

の錯形成により合成される（図１）。ポリマー内における

金属部位から有機部位への電荷移動吸収を、金属イ

オンの電気化学的酸化還元により制御することで、エ

レクトロクロミック特性が発現することを発見した（図２）。

図１ メタロ超分子ポリマーの生成

図２ エレクトロクロミック特性

我々は、メタロ超分子ポリマーのエレクトロクロミック特

性を生かした不揮発性の調光ガラス（スマートウインド

ウ）の開発に成功した。透明状態と着色状態のデバイ

スの写真とデバイス構造を図３に示す。

図３ メタロ超分子ポリマーを用いたスマートウインドウと、

そのデバイス構造

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機能性材料