掲載日 2015年08月12日



　産業技術総合研究所ナノチューブ実用化研究センターＣＮＴ用途チームの関口貴子主任研究員と田中文昭元産総研特別研究員らは、衣類のように柔らかく、曲げたり伸ばしたりしても壊れないトランジスタを開発した。
金属やシリコン基板のような硬い材料をまったく使っていないため人体などに沿って変形することも可能。今後、柔らかいセンサーなどと組み合わせ、医療用の人体圧力分布センサーなどを開発する。

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※開発した柔らかいトランジスタ、ハイヒールで踏んでも性能に変化がない（産総研提供）

　単層カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）やイオンゲル、シリコーンゴムなどの柔らかい素材だけでトランジスタを構成した。柔らかさや破けにくさに関しては、衣類と同じ程度という。トランジスタの性能を示すオンオフ比は１万と、従来のフレキシブルトランジスタと同等だった。

　実際にハイヒールで踏んでもトランジスタの性能が変わらないことを確認した。日常で起こり得る負担では、ほぼ壊れないという。今後、衣類のように身につける人体計測システムを開発する。

(記事の続きや関連情報はリンク先で)



引用元：日刊工業新聞 http://www.nikkan.co.jp/news/nkx0320150812eaac.html

リコー、圧力発電の新材料「発電ゴム」を開発 ～高い発電性能と柔軟性を実現 - PC Watch
http://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/20150518_702390.html

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http://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/702/390/02.jpg
実物の「発電ゴム」


　株式会社リコーは18日、圧力や振動により高い発電性能を発揮するという「発電ゴム」の開発に成功したと発表した。圧力のエネルギーを利用した発電と言えば、JR東日本がテストしている圧電素子による振動発電の「発電床」が有名。

　従来、圧力/振動センサーの圧電材料にはセラミックスおよびPVDF(ポリフッ化ビニリデン)が用いられるが、前者は高出力を得られるものの壊れやすく、鉛を含むほか、重量が重いといった問題を抱えている。また、後者のような高分子樹脂の場合は、高い柔軟性を確保しているものの、微量の電力しか得られないという弱点がある。

　発電ゴムは新規材料を利用したもので、セラミックスと同等の発電性能を備えるほか、高い柔軟性を確保しているため、容易に加工ができ生産性も高い。

続きはソースで

蓄熱できるセラミックス発見＝太陽熱発電への利用期待―東大など （時事通信） - Yahoo!ニュース
http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20150512-00000118-jij-sctch
日経プレスリリース
http://release.nikkei.co.jp/detail.cfm?relID=386332&lindID=5


　熱を内部に蓄え、必要なときに圧力をかけると取り出せる新しいセラミックスを発見したと、東京大と筑波大の研究チームが発表した。太陽熱発電や工場の排熱利用などへの応用が期待できるという。論文は12日付の英科学誌ネイチャー・コミュニケーションズ電子版に発表された。
　東京大大学院理学系研究科の大越慎一教授らの研究チームは、白色顔料などに使われる二酸化チタンを特殊な条件で焼成し、「ラムダ五酸化三チタン」というセラミックスを作成した。

この物質に一定の圧力をかけると、構造が異なる「ベータ五酸化三チタン」に変化することを発見。この際、内部に蓄えていた熱エネルギーが放出された。
　逆に、ベータ五酸化三チタンに熱を加えると、一定の温度でラムダ五酸化三チタンに戻り、熱を吸収することも判明。蓄熱と放出を何度も繰り返すこともできた。　

　太陽熱でタービンを回す太陽熱発電では、夜間も安定した発電を続けるため、蓄熱材が鍵となる。蓄熱効率の良い溶融塩の利用研究が進められているが、配管を腐食させるなどの課題もある。
　大越教授は「新素材はコストも安く、熱を取り出すための圧力も比較的小さくて済む」と話しており、今後は蓄熱量の増大など改良を進めるとしている。

 

<翻訳>

バッキーボム爆発の分子構造 Credit: ACS
http://cdn.phys.org/newman/gfx/news/2015/54f8851f13594.jpg

　科学者たちは、“バッキーボール”としてよく知られるバックミンスターフラーレン分子（C60）の化学修飾による爆発をシミュレートしてきた。そしてその反応は、1秒のわずかな間に驚異的な温度と圧力の増加をもたらすことが示された。
ナノスケールの爆発、これを科学者は“バッキーボム”と名付けた、これは高エネルギーナノ材料の新興分野に属し、軍事および産業用のさまざまな応用の可能性があります。

　研究者は、ロサンゼルスは南カリフォルニア大学の Vitaly V. Chaban, Eudes Eterno Fileti, Oleg V. Prezhdo 彼らはPhysical Chemistry Letters の最新号にバッキーボムのシミュレート結果を論文で発表している。Chaban はブラジルのサンパウロ連邦大にも在籍している。

　バッキーボムは材料的に二つのクラスのユニークな特性、「炭素構造」および「エネルギッシュなナノ材料」を兼ね備えています。C60等の炭素材料は、かなり容易にその特性を化学修飾することができます、一方、ニトロ基はそれらが酸素の主な供給源であるため、爆発や燃焼プロセスに寄与することが知られている。だから、科学者はニトロ基をC60分子に結合させた場合に何が起こるか疑問に思いました。全体が爆発するでしょうか？またどのように？

　順を追って詳細に爆発を明らかにすることによって、シミュレーションはこれらの問題に答えました。
完全なバッキーボム（専門的には“ドデカニトロフラーレン”または C60(NO2)12 と呼ぶ）を始めます、研究者は1000K（700℃）にシミュレートされた温度を上げた。ピコ秒内で（1兆分の1秒）ニトロ基は異性化し、原子を再配列し、そしてC60からの炭素原子の一部を使用して新しいグループを形成する。さらに数ピコ秒経過すると、C60構造はその電子の一部を失う、それは一緒に保っていた結合を妨げる、瞬間、大きな分子は二原子炭素（C2）の多くの小さな断片に崩壊する。何が残っているかと言うと、CO2、NO2、N2、それともちろんC2を含むガスの混合物である。

　しかしこの反応を始めるためには最初の熱入力が必要ですが、一度それを起こすとそのサイズのために膨大な量の熱を放出する。最初のピコ秒内で、温度は1000から2500Kまで増加します。しかし、この時点で分子が不安定であるので、次の50ピコ秒以上の追加の反応が4000Kまで温度を上昇させる。この温度では、圧力は物質の密度に依存して1200MPa（通常の大気圧の1万倍）にも達することができる。

　化学的な話で言えば、科学者はこの熱エネルギーはC60の炭素-炭素結合に格納された高密度の共有結合エネルギーから来ると説明する。ニトロ基が反応を開始するので、より多くのニトロ基を付加すると、爆発の際に放出されるエネルギーの量が増加する。これらの基の適切な数を選択すること、ならびに化合物の濃度を変え、爆発の強さを制御する方法を提供する。

　研究者は、この化学エネルギーの急速解放が新しい高エネルギーナノ材料の設計のための刺激的な機会を提供すると予測している。

（訳：Mogtan ★、素人訳なので識者の方の訂正を求めますm(_ _)m）

 

掲載日：2015年3月5日
http://phys.org/news/2015-03-buckybomb-potential-power-nanoscale-explosives.html

Molecular configuration of an exploding buckybomb. Credit: ACS
http://cdn.phys.org/newman/gfx/news/2015/54f8851f13594.jpg

Scientists have simulated the explosion of a modified buckminsterfullerene molecule (C60), better known as a
buckyball, and shown that the reaction produces a tremendous increase in temperature and pressure within a
fraction of a second. The nanoscale explosive, which the scientists nickname a "buckybomb," belongs to the
emerging field of high-energy nanomaterials that could have a variety of military and industrial applications.

The researchers, Vitaly V. Chaban, Eudes Eterno Fileti, and Oleg V. Prezhdo at the University of Southern California
in Los Angeles, have published a paper on the simulated buckybomb explosion in a recent issue of The Journal of
Physical Chemistry Letters. Chaban is also with the Federal University of Sao Paulo, Brazil.

The buckybomb combines the unique properties of two classes of materials: carbon structures and energetic nanomaterials.
Carbon materials such as C60 can be chemically modified fairly easily to change their properties. Meanwhile, NO2 groups
are known to contribute to detonation and combustion processes because they are a major source of oxygen. So, the
scientists wondered what would happen if NO2 groups were attached to C60 molecules: would the whole thing explode? And how?

The simulations answered these questions by revealing the explosion in step-by-step detail. Starting with an
intact buckybomb (technically called dodecanitrofullerene, or C60(NO2)12), the researchers raised the simulated
temperature to 1000 K (700 °C). Within a picosecond (10-12 second), the NO2 groups begin to isomerize, rearranging
their atoms and forming new groups with some of the carbon atoms from the C60. As a few more picoseconds pass,
the C60 structure loses some of its electrons, which interferes with the bonds that hold it together, and, in a
flash, the large molecule disintegrates into many tiny pieces of diatomic carbon (C2). What's left is a mixture of
gases including CO2, NO2, and N2, as well as C2.

Although this reaction requires an initial heat input to get going, once it's going it releases an enormous amount
of heat for its size. Within the first picosecond, the temperature increases from 1000 to 2500 K. But at this point
the molecule is unstable, so additional reactions over the next 50 picoseconds raise the temperature to 4000 K.
At this temperature, the pressure can reach as high as 1200 MPa (more than 10,000 times normal atmospheric pressure),
depending on the density of the material.

Chemically speaking, the scientists explain that the heat energy comes from the high density of covalent energy
stored by the carbon-carbon bonds in the C60. Because the NO2 groups initiate the reaction, adding more NO2 groups
increases the amount of energy released during the explosion. Choosing an appropriate number of these groups,
as well as changing the compound concentration, provide ways to control the explosion strength.

The researchers predict that this quick release of chemical energy will provide exciting opportunities for the
design of new high-energy nanomaterials.

<参照>
Buckybomb: Reactive Molecular Dynamics Simulation - The Journal of Physical Chemistry Letters (ACS Publications)
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpclett.5b00120