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ナノ粒子工学:機能材料の創製から応用まで

前之園研究室 MAENOSONO Laboratory
教授:前之園 信也(Maenosono Shinya)

E-mail:shinyajaist.ac.jp
[研究分野]
ナノ材料化学、ナノ材料物性、コロイド化学
[キーワード]
半導体ナノ粒子、磁性体ナノ粒子、金属ナノ粒子、バイオ医療、エネルギー変換、センシング

研究を始めるのに必要な知識・能力

基礎学力、コミュニケーション能力、知的好奇心、柔軟な思考

この研究で身につく能力

修士課程では、(1) ナノ材料の化学合成技術、(2) 各種分析機器(透過型電子顕微鏡、X線回折装置、X線光電子分光、組成分析装置など)の操作スキル、(3) 基礎学問の知識(無機材料化学、結晶学、コロイド化学、固体物性など)、(4) ナノ材料に関する先端専門知識を身につけて頂きます。博士課程では、1-4に加え、英語によるプレゼンテーション能力、英語論文執筆能力、研究課題設定能力、共同研究遂行能力など、研究者に必要なあらゆる能力を身につけて頂きます。

【就職先企業・職種】 製造業(化学、精密機器、電気機器、ガラス・土石製品、繊維製品、その他製品など)

研究内容

 物質をナノメートルサイズまで細かくしていくと、種々の物性がサイズに依存する新奇な材料となります。このような新奇材料を一般に「ナノ材料」と呼びますが、我々はその中でも特に「ナノ粒子」に興味を持ち、ナノ粒子に関する基礎から応用に亘る研究を行っています。半導体、磁性体、金属などのナノ粒子を化学合成し、その表面をさまざまな配位子によって機能化し、さらにそれらナノ粒子の高次構造を制御することによって、バイオ・医療分野あるいは環境・エネルギー分野で新たな応用を開拓することを目指しています。

1.磁性体ナノ粒子の合成とバイオ医療分野への応用

 規則合金系の強磁性体のナノ粒子を独自の方法によって合成し、その表面を自在に修飾することによって、バイオ医療分野での様々な応用の道を開拓しています。具体的には、細胞やタンパクの磁気分離、MRI造影剤、ドラッグデリバリーシステムなどのナノ磁気医療に応用するための技術開発を行っています。

2.半導体ナノ粒子の合成とエネルギー変換素子への応用

 狭ギャップ化合物半導体から広ギャップ酸化物半導体のナノ粒子まで、幅広い種類の半導体ナノ粒子を化学合成し、それらを用いて低炭素社会の実現を志向したナノ構造エネルギー変換素子の創製に関する研究を行っています。特に、塗布プロセスで作製可能な、ナノ構造熱電素子や有機無機ハイブリッド太陽電池などに興味を持っています。

3.金属ナノ粒子を用いたバイオセンシング技術の開発

 近年、金ナノ粒子を用いた様々なバイオセンサが開発され、簡便かつ迅速にDNA配列検出やタンパク質機能解析などが可能となってきています。我々は、ナノ粒子プローブを用いたバイオセンシング技術の更なる高度化を目指し、新奇なヘテロ構造金属ナノ粒子プローブの開発を進めています。

主な研究業績

  1. I. Godfrey, A. Dent, I. Parkin, S. Maenosono, and G. Sankar, "Structure of Gold-Silver Nanoparticles", J. Phys. Chem. C 121 (2017) 1957
  2. M. Takahashi, P. Mohan, K. Higashimine, D. Mott, and S. Maenosono, "Transition of Exchange Bias from the Linear to Oscillatory Regime with the Progression of Surface Oxidation of Ag@FeCo@Ag Core@ Shell@Shell Nanoparticles", J. Appl. Phys. 120 (2016) 134301
  3. H. Shimose, M. Singh, D. Ahuja, W. Zhao, S. Shan, S. Nishino, M. Miyata, K. Higashimine, D. Mott, M. Koyano, J. Luo, C. J. Zhong, and S. Maenosono, "Copper Sulfide - Zinc Sulfide Janus Nanoparticles and Their Seebeck Characteristics for Sustainable Thermoelectric Materials", J. Phys. Chem. C 120 (2016) 5869

使用装置

透過型電子顕微鏡 (TEM)
走査透過型電子顕微鏡 (STEM)
X線回折装置 (XRD)
X線光電子分光装置 (XPS)
誘導結合プラズマ発光分光分析装置 (ICP-OES)

研究室の指導方針

就職希望者には、基礎・専門知識はもちろん、コミュニケーション能力、英会話力、論理的思考力および柔軟な対応力を涵養し、不確実性の時代を生き抜くことができる人材となってもらうための指導を行います。企業経験を活かした実践的就職指導も適宜行います。
博士後期課程への進学希望者については、先端的かつ国際的な研究環境を提供することによって、将来的に大学教員や企業研究者として活躍できるグローバル研究人材を育成します。

[研究室HP] URL:http://www.jaist.ac.jp/~shinya/

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