調査結果のポイント

1．次世代高機能材料とは
2．市場動向
　　【図・表．次世代高機能材料の国内およびWW市場規模予測
　　（金額：2020-2030年予測）】
　　【図・表. 次世代高機能材料の機能別国内市場規模予測
　　（金額：2020-2030年予測）】
　　【図・表. 次世代高機能材料の機能別WW市場規模予測
　　（金額：2020-2030年予測）】
3．各機能材料の概要

第1章　電気・電子機能材料

世界のエレクトロニクス産業における日本の強みは優れた電子部品であり、電子部品用材料において世界のトップランナーである

1．電気・電子機能材料の特徴
2. 注目される典型的な電気・電子機能材料
　　2-1. グラフェン
　　2-2. ダイヤモンド
　　2-3. 酸化ガリウム（Ga2O3）
　　2-4. ハーフメタル強磁性体
　　2-5. 窒化スカンジウムアルミニウム（ScAlN）
3. 次世代電気・電子機能材料の市場規模推移と予測
　　　　【図・表．次世代電気・電子機能材料の国内およびWW市場規模予測
　　　　　（金額：2020-2030年予測）】
　　　　【図・表. 次世代電気・電子機能材料の機能別WW市場規模予測
　　　　　（金額：2020-2030年予測）】
4. 次世代電気・電子機能材料に関連する企業・研究機関の取組動向
　　4-1. 学校法人工学院大学
　　　　(1)宇宙用太陽電池材料として期待されるⅢ族窒化物半導体材料
　　　　【図.太陽電池のしくみと損失の例（左）と多接合太陽電池の構成と
　　　　　効率計算に用いるグラフ（右）】
　　　　【図. 第一原理計算で用いるGaN構造モデルの例
　　　　　（点欠陥生成プロセスをモデル化したもの）】
　　　　(2)低次元物質の構造探索と電子状態解析
　　4-2. 国立研究開発法人産業技術総合研究所（産総研）
　　4-3. 国立大学法人筑波大学
　　4-4. 国立大学法人東京工業大学
　　　　(1)相転移型巨大負熱膨張物質
　　　　【図. 昇温によるBiNi1-xFexO3の低温三斜晶相（左）から
　　　　　高温斜方晶相（右）への結晶構造の変化】
　　　　【図. X線回折実験で求めたBiNi1-xFexO3の格子状数の温度変化】
　　　　(2)次世代低消費電力メモリー材料として有力な強磁性強誘電体
　　　　【図. BiFeO3（左）とBiFeO3のFeの一部をCoで置換した
　　　　　Bi（Fe.Co）O3（右）の磁気構造】
　　　　【図. プローブ顕微鏡による強磁性・強誘電ドメインの表面観察結果】
　　4-5. 国立大学法人東京大学(1)
　　　　【図. 3次元積層型IGZOチャネル強誘電体HfO2・FeFETの模式図(a)と
　　　　　ポリシリコンチャネルとIGZOチャネルのFeFETの特徴比較(b) 】
　　　　【図.作製したTiN/HfZrO/IGZOキャパシターの断面TEM像(a)と
　　　　　キャパシターの分極電荷および電流密度特性(b) 】
　　　　【図.作製したIGZOチャネルFeFETの電流伝達特性(a) と
　　　　　電界効果移動度(b) 】
　　4-6. 国立大学法人東京大学(2)
　　　　【図. 電流を担う電子の波動関数の一部がInAs層中から隣接する
　　　　　GaFeSb層に空間的に浸み出す現象を示す模式図】
　　4-7. 国立大学法人東北大学(1)
　　　　【図.本研究で用いたデバイス構造の概略図と特長(a)と
　　　　　電極として用いた金属 材料の仕事関数実測値(b)、
　　　　　規格化した発電効率のΔWF 依存性(c) 】
　　　　【図. 本手法でシリコン基板上(a,b,d)、及び
　　　　　透明フレキシブル基板上(c,e)に大面積形成した
　　　　　ショットキー型TMD太陽電池の光学写真(a-c)と
　　　　　典型的な発電特性(d,e) 】
　　4-8. 国立大学法人東北大学(2)
　　　　【図. 電子顕微鏡によるPdCoO2/Ga2O3界面の原子像（左）と
　　　　　対応する結晶モデル（右）】
　　4-9. 国立大学法人名古屋大学
　　　　【図. グラフェンとGNR】
　　　　【図. フェナントレン開始剤とベンゾナフトシロールモノマーを
　　　　　用いたリビングAPEX重合法によるフィヨルド型GNR合成】
　　　　【図. リビングAPEX重合の概要とGNRの長さの制御】
　　　　【図. ブロック共重合とアームチェア型GNR】
　　4-10. 国立研究開発法人物質・材料研究機構
　　　　【図. 単一NVセンターの光電流マッピング検出を実証した
　　　　　ダイヤモンド試料の作製方法】
　　4-11. 学校法人早稲田大学
　　　　(1)励起子吸収による増感を利用した高効率太陽電池の開発
　　　　【図. AlGaAs/GaAs超格子構造とバンド構造の模式図】
　　　　【図. 励起子による光吸収の計算例】
　　　　(2) InAlN薄膜を用いたNTCサーミスタの開発
5. 次世代電気・電子機能材料の将来展望

第2章　光機能材料

光電変換、光センシング、フィルタリング、光誘起化学反応など特異な機能を活かして、次世代高機能材料の花形として注目されている

1. 次世代光機能材料とは
2. 次世代光機能材料の開発動向
3. 注目される次世代光機能材料
　　3-1. シリコン
　　3-2. 蛍光材料
　　3-3. 光記録材料
　　3-4. メタマテリアル
　　3-5. フォトニック結晶
　　3-6. 光触媒
　　3-7. ペロブスカイト太陽電池
4. 次世代光機能材料の市場規模予測
　　　　【図・表．次世代光機能材料の国内およびWW市場規模予測
　　　　　（金額：2020-2030年予測）】
　　　　【図・表. 次世代光機能材料の機能別WW市場規模予測
　　　　　（金額：2020-2030年予測）】
5. 次世代光機能材料に関連する企業・研究機関の取組動向
　　5-1. 国立大学法人茨城大学
　　　　【図. 開発したラダー型構造を持つ2種類の
　　　　　ドナー・アクセプター型分子】
　　　　【図.ラダー型TADF 発光体を使った有機EL 素子の
　　　　　発光スペクトル（a）と輝度-EQE 曲線とEL 素子からの
　　　　　発光の様子（b）】
　　5-2. 国立大学法人宇都宮大学
　　　　(1)精密無機合成を基盤とする光機能材料・環境機能材料の創成
　　　　(1)-1. 光触媒材料
　　　　(1)-2. 高屈折材料
　　　　(1)-3. 紫外線遮蔽材料
　　　　(2)成長次元を制御する独自の酸化物合成手法
　　5-3. 国立大学法人愛媛大学
　　　　(1)鉛フリー・ゼロ/低光弾性ガラス材料の新規開発
　　　　【図.鉛フリー・ゼロ光弾性・透明リン酸塩ガラス】
　　　　【図.ZnO、SnOを含んだ無色透明の
　　　　　ゼロ光弾性ZnO-SnO-P2O5ガラス】
　　　　(2)低光弾性（低複屈折性）ガラスのフォトニクス応用
　　　　【図.低複屈折性（低光弾性）レンズ・フィルターが配置された
　　　　　偏光プロジェクター内の光学系】
　　　　(3)光弾性定数の高精度測定
　　　　【図.レーザーヘテロダイン法を用いた円盤状ガラスの光弾性定数の
　　　　　高精度測定】
　　5-4. 国立大学法人大阪大学
　　　　(1)生体機能解明に必要な光スイッチング機能を有する
　　　　　ハイブリッドナノ粒子と観察技術の開発
　　　　(2)ブロードバンド光応答性ハイブリッド型光触媒の開発
　　5-5. 国立大学法人九州大学
　　　　(1)π電子系化合物を用いた光電変換/クリーンエネルギー技術
　　　　(2)高効率発光機能を有するπ電子系化合物と有機ELデバイス
　　5-6. 学校法人慶応義塾大学
　　　　(1)高輝度光散乱導光ポリマー
　　5-7. 国立大学法人佐賀大学
　　　　(1)有機-無機層状ペロブスカイト量子井戸材料を用いた
　　　　　フォトニクス材料の開発
　　　　【図.有機・無機層状ペロブスカイト化合物の構造】
　　　　【図.機能性発色団を導入した有機-無機層状ペロブスカイト量子井戸】
　　5-8. 学校法人上智大学
　　　　【図.ペロブスカイト層の水平配向（左）と垂直配向（右）】
　　　　【図.有機層(a)にカルボキシ基を導入した
　　　　　ペロブスカイト化合物薄膜断面(b)の電子顕微鏡像】
　　5-9. 国立大学法人東京大学
　　　　【図.様々な形状のナノ粒子】
　　　　【図.つかまえた光エネルギーのゆくえ】
　　　　【図.半透明太陽電池の概念図】
　　　　【図.光ナノ加工の事例】
　　5-10. 国立大学法人東京農工大学
　　　　(1)分子集合体ナノワイヤと金微粒子からなる
　　　　　ネットワーク構造の作製と電気物性評価
　　　　(2)水素結合制御によるゲルの作製と評価
　　　　(3)ドナー・アクセプター分子を置換したブタジイン誘導体の合成と
　　　　　電気物性評価
　　5-11. 国立大学法人東北大学
　　　　(1)ガラスから光波制御デバイスをつくる
　　　　【図.結晶とガラスの構造の違いを模式的に示した図】
　　　　【図.線形光学効果と非線形光学効果の違いを模式的に示した図】
　　5-12. 国立大学法人長岡技術科学大学
　　　　(1)レーザーによるガラスの位置選択的結晶化プロセスの開発と
　　　　　デバイスへの展開
　　　　【図.レーザーによってガラス表面に形成されたマイクロパターン】
　　　　【図.ガラス表面に作製したLiNbO3結晶の2次元パターン】
　　　　(2)高機能結晶化ガラスの開発
　　　　【図.非線形光学特性を持つ結晶化ガラス】
　　　　(3)ケミカルプロセスによるガラスの形態制御技術
　　　　【図.強誘電体ナノ結晶からなるファイバープローブ（左）および
　　　　　ガラス基板上に形成したマイクロ凹溝構造体（右）】
　　5-13. 学校法人日本大学
　　　　(1)有機色素分子を用いた光/電気エネルギー変換素子の高効率化
　　　　【図.Agナノアレイ構造の光閉じ込め効果による光電流増幅の模式図】
　　　　【図.Cuナノ材料の光閉じ込め効果による光電流増幅の事例】
　　　　(2)FeS2半導体ナノ結晶自身の光閉じ込め機能
　　　　【図.合成したFeS2ナノ結晶の光閉じ込め効果と
　　　　　近赤外域での光吸収増幅】
　　5-14. 国立研究開発法人物質・材料研究機構（NIMS）
　　　　【図.光照射による電流－熱流変換の制御】
　　　　【図.円偏向を照射することでデザインした温度変化パターンの例】
6. 次世代光機能材料の将来展望

第3章　量子機能材料

実行寸法が電子の量子力学的波長程度になると、量子の波動性が顕在化し量子効果的な振る舞いをするようになる新奇デバイスの宝庫

1. 量子機能材料とは
2. 特異な振る舞いをする量子機能
　　2-1 超伝導
　　2-2 量子閉じ込め構造
　　2-3. 強相関電子系
　　2-4. 量子輸送
3. 注目される次世代量子機能材料
　　3-1. 超伝導材料
　　3-2. 量子閉じ込め構造材料
　　3-3. 強相関電子系材料
　　3-4. 量子輸送材料
4. 次世代量子機能材料の市場規模予測
　　　　【図・表．次世代量子機能材料の国内およびWW市場規模予測
　　　　　（金額：2020-2030年予測）】
　　　　【図・表. 次世代量子機能材料の機能別WW市場規模予測
　　　　　（金額：2020-2030年予測）】
5. 次世代量子機能材料に関連する企業・研究機関の取組動向
　　5-1. 国立大学法人大阪大学
　　　　(1)高効率・小型な波長変換型未踏波長光源の開発
　　　　(2)ワイドギャップ半導体を用いた量子光源の開発
　　　　(3)光源・光導波路集積型システムの開発
　　5-2. 国立大学法人京都大学
　　　　(1)第一原理熱力学計算法の開発と応用
　　　　【図. 第一原理熱力学計算によるZnO-MgO擬2元系状態図】
　　　　(2)第一原理計算に基づいたマテリアルズ・インフォマティクスの展開
　　　　【図. 第一原理計算に基づいたマテリアルズ・
　　　　　インフォマティクスの模式図】
　　　　(3)セラミックス材料中の局在量子構造と機能
　　　　【図. ZnO対応粒界の原子構造の計算結果（上左）と
　　　　　高分解能透過型電子顕微鏡像（下）】
　　5-3. 国立大学法人千葉大学
　　　　(1)ハロゲン化金属ペロブスカイト
　　　　【図.ハロゲン化金属ペロブスカイトの構造（左）、発光する
　　　　　CH3NH3PbBr3単結晶（中）、レーザー冷却の原理の模式図（右）】
　　　　(2) 2次元単層物質のクーロンエンジニアリング
　　　　【図.周囲の誘電率が異なる場合のポテンシャルエネルギーの
　　　　　違い（左）、光吸収エネルギーの周囲の誘電率に対する
　　　　　依存性（右）】
　　5-4. 国立大学法人筑波大学
　　　　(1)量子効果を活用した革新的デバイスの研究
　　　　【図. 量子効果によって、電子の流れを一方通行にしたデバイス】
　　　　(2)量子センシングと量子コンピューティング
　　　　【図. ダイヤモンドNVセンターのESR測定結果】
　　　　(3)遷移金属ダイカルコゲナイド電界効果トランジスター
　　　　【図. MoS2の構造とブリルアンゾーン、バンドギャップの状態】
　　　　【図. MoS2をh-BNではさんで得られた環境の擾乱を受けにくいFET】
　　5-5. 国立大学法人東京工業大学
　　5-6. 国立大学法人東京大学
　　5-7. 国立大学法人広島大学
　　　　(1)ボトムアップのアプローチ
　　　　【図. 原子・分子を1個1個操作する様子を描いた模式図】
　　　　(2)原子や分子を観察・制御するツール
　　　　【図.STMの原理】
　　　　【図.STMで観察したシリコンウェハー表面の水素原子像】
　　　　(3)自己組織化
　　　　【図. 有機分子の自己組織化の事例】
　　5-8. 国立研究開発法人物質・材料研究機構（NIMS）
　　　　【図. MI研究で使われるブラックボックス最適化手法の手順】
　　　　【図. QAを活用したMI新手法のコンセプト】
　　　　【図. QAを用いたMI手法を放射冷却用メタマテリアル開発に
　　　　　適用した事例】
　　　　【図. 探索結果と計算に要した時間の比較】
　　5-9. 国立大学法人横浜国立大学
　　　　(1) 原子数層からなる層状半導体を使った電子デバイス
　　　　【図. 作製した層状半導体素子の光学顕微鏡写真
　　　　(2) 量子力学で動作する新しい超伝導デバイス
　　5-10. 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構（QST）
　　　　(1)スピントロニクスデバイスの開発
　　　　【図.従来のグラフェン/磁性材料積層材料（左）と
　　　　　グラフェン/ホイスラー合金積層材料（右）】
　　　　【図.グラフェン/ホイスラー合金積層構造において
　　　　　ホイスラー合金に含まれるCo原子とFe原子の
　　　　　磁気モーメントの表面からの深さに応じた変化（左）、
　　　　　各深さにおけるホイスラー合金のスピン偏極率（右）】
　　　　(2)ダイヤモンドNVセンターによる量子センシング
　　　　【図. ダイヤモンドNVセンターの模式図】
　　　　【図. ダイヤモンドNVセンターの形成方法】
　　　　(3)ダイヤモンドNVセンター作製法としての量子ビーム技術
　　　　【図. 量子ビームによるダイヤモンドNVセンターの作製方法】
　　　　【図. ダイヤモンドのタイプと形成されるNVセンター】
6. 次世代量子機能材料の将来展望

第4章　セラミックス機能材料

高度で新奇な電気・電子的特性を有する電子セラミックスは多岐に及んでいる
材料中に生じた亀裂を短時間に自己治癒するセラミックスが注目されている

1. セラミックス機能材料とは
2. 次世代セラミックス機能材料の傾向
3. 注目される次世代セラミックス機能材料
　　3-1. 電子セラミックス
　　3-2. 自己治癒セラミックス
　　3-3. 高機能ナノ触媒
　　3-4. 熱電材料
　　3-5. 生体適合材料
4. 次世代セラミックス機能材料の市場規模予測
　　　　【図・表．次世代セラミックス機能材料の国内および
　　　　　WW市場規模予測（金額：2020-2030年予測）】
　　　　【図・表. 次世代セラミックス機能材料の機能別WW市場規模予測
　　　　　（金額：2020-2030年予測）】
5. 次世代セラミックス機能材料に関連する企業・研究機関の取組動向
　　5-1. 国立大学法人大阪大学
　　　　【図. 金属チタン分散アルミナ基複合材料への亀裂導入後(a)、
　　　　　室温亀裂修復後(b)～(d)の電子顕微鏡写真、および亀裂導入前、
　　　　　亀裂導入時および修復後の強度変化(右) 】
　　5-2. 学校法人神奈川大学
　　　　(1)酸素貯蔵無機材料
　　　　【図. Ca2AlMnO5+δの結晶構造】
　　　　(2)天然ガス高付加価値化用新規触媒材料
　　　　【図. OCM触媒Li2CaSiO4の結晶構造】
　　　　(3)金属空気電池用正極触媒材料
　　　　【図. 金属空気電池の模式図】
　　5-3. 学校法人工学院大学
　　　　(1)電池構成材料としての新規固体電解質
　　　　　（超Naイオン伝導性結晶化ガラス）
　　　　【図. Na5RSi4O12型結晶構造】
　　　　(1)-1. βアルミナやNASICONに並ぶ
　　　　　「第3のNaイオン体電解質」として期待される
　　　　(1)-2. 微細構造制御や固溶体形成が可能で、
　　　　　他の固体電解質にはない特徴を有する
　　　　(1)-3. 種々のプロセスで合成可能で、キャリア交換も可能：
　　　　　さらなる展開が期待できる
　　　　(2)リン酸塩ガラス異常現象を利用した放射性廃棄物固化ガラス
　　　　【図. リン酸マグネシウムガラスの構造モデル】
　　5-4. 国立研究開発法人産業技術総合研究所（産総研）
　　5-5. 学校法人中部大学
　　　　【図.新規空気極の反応機構と電極構造：
　　　　　(a) 酸素イオン-電子混合導電体を用いた空気極の反応機構、
　　　　　(b) 新規空気極の反応機構、(c) 新規空気極の電極構造】
　　　　【図.空気極の性能比較
　　5-6. 国立大学法人豊橋技術科学大学
　　　　【図.硫黄-炭素複合体の模式図と電子顕微鏡写真（上）、
　　　　　全固体硫黄電池の構成とサイクル特性（下）】
　　　　【図.セラミックスの自己治癒機構を示した模式図】
　　　　【図.亀裂治癒による破壊強度の回復】
　　　　【図.熱力学平衡計算による治癒活性相の選定】
　　　　【図.自己治癒を可能とする骨の構造模型(a)と治癒活性相の
　　　　　3次元ネットワークと亀裂の治癒を示した組織写真(b) 】
　　　　【図.表面亀裂の自己治癒メカニズムのバリエーション】
　　　　【図.使用しても強度が低下しない自己治癒材料の特徴】
　　　　【図.化学反応を活用した生体の動的機能模倣材料の事例としての
　　　　　長繊維強化自己治癒セラミックス】
　　　　【図.ジェットエンジン用タービン翼に求められる温度と
　　　　　想定される長繊維強化自己治癒セラミックスの特性】
6. 次世代セラミックス機能材料の将来展望

第5章　高分子機能材料

情報や分子を認識・伝達・変換したり、自己修復するなど様々な高機能を発揮するソフトマテリアルとして注目されている

1. 高分子機能材料とは
2. ハードマテリアルからソフトマテリアルへ
3. 注目される次世代高分子機能材料
　　3-1. 超分子
　　3-2. イオン液体
　　3-3. 自己修復高分子
　　3-4. 導電性高分子
　　3-5. 高分子薄膜
　　3-6. 刺激応答性高分子
4. 次世代高分子機能材料の市場規模予測
　　　　【図・表．次世代高分子機能材料の国内およびWW市場規模予測
　　　　　（金額：2020-2030年予測）】
　　　　【図・表. 次世代高分子機能材料の機能別WW市場規模予測
　　　　　（金額：2020-2030年予測）】
5. 次世代高分子機能材料に関連する企業・研究機関の取組動向
　　5-1. 公立大学法人大阪府立大学
　　　　(1)光応答性高分子材料
　　　　【図.Auナノ粒子を担持したPEG修飾デンドリマー】
　　　　(2)温度、pH応答性高分子材料
　　　　【図.多分岐ポリグリセリンを用いたpH/温度応答性高分子】
　　　　【図.光/pH/温度応答性高分子】
　　5-2. 学校法人慶應義塾大学
　　　　(1)生体システムの自己組織化をモチーフとしたナノ素材開発
　　　　【図.典型的なナノ構造体創製技術プロセス】
　　　　(2)生体システムの階層構造をモチーフとした高分子微粒子の
　　　　　2次元・3次元組織化
　　　　【図.典型的な高分子微粒子の2次元・3次元組織化プロセス】
　　5-3. 国立大学法人千葉大学
　　　　(1)生体模倣高分子による構造色材料
　　　　【図.孔雀の羽の写真（左）と視認性の高い虹色構造色と
　　　　　単色構造色を実現（右）】
　　　　【図.コアシェル粒子の構造と構造色の角度依存性】
　　　　(2)無着色な磁性高分子材料
　　　　【図.Hoドープポリマーをシリカ粒子表面に被覆して得られた
　　　　　無着色ならびに様々な着色の磁性ナノ粒子】
　　5-4. 国立大学法人東京工業大学(1)
　　　　【図.異なる架橋高分子材料を接着させる新手法の概念図】
　　　　【図.異なる架橋高分子材料を接着させて混合同一化させた
　　　　　フィルム】
　　5-5. 国立大学法人東京工業大学(2)
　　　　【図.フレキシブルデバイス創製のための力学解析】
　　　　【図.Y’s Block耐久試験機 DR11MR-CS-cam-ESA の外観】
　　5-6. 国立大学法人東京大学
　　　　(1)刺激に応じて発光色が変化する液晶材料
　　　　【図.刺激に応じて発行色が変化する液晶材料の模式図】
　　　　(2)リチウムイオン電池用液晶電解質
　　　　【図.液晶電解液を用いたLIBの模式図】
　　　　(3)水処理用高分子膜
　　　　【図.光解離反応を活用したナノチャネル構造を
　　　　　自己組織的に形成する液晶】
　　5-7. 学校法人東京理科大学
　　　　(1)デンドリマーの大量合成法の開拓
　　　　【図.AMA法によるデンドリマー合成ノイメージ】
　　　　(2)デンドリマーを骨格母体として用いた機能性材料
　　　　【図.デンドリマーから機能性材料を得る方法を示した模式図】
　　　　(3)光重合性ジアセチレン誘導体を用いたπ共役ポリマーの
　　　　　調製と機能性
　　　　【図.ジアセチレンゲル化剤の一般構造】
　　　　【図.ジアセチレンゲル中のネットワーク構造のSEM像】
　　5-8. 国立大学法人名古屋工業大学
　　　　【図.開始剤によるモノマー重合プロセス】
　　　　【図.ハロゲン結合による炭素－ハロゲン結合の切断と
　　　　　ビニルエーテルの重合】
　　5-9. 株式会社ブリヂストン
　　　　【図.開発に成功した世界初の樹脂/ゴムハイブリッド材料
　　　　　「SUSYM」】
　　5-10. 国立大学法人山梨大学
　　　　【図.S-PEDOTの階層構造と物性の関係】
　　　　【図. S-PEDOT水溶液（0.5wt%）(a)と
　　　　　PEDOT:PSS水分散液（Clevios PH1000）
　　　　　(b)のフィルター透過実験】
　　5-11. 国立研究開発法人理化学研究所
　　　　【図.Sc触媒によるエチレンとアニシルプロピレン類の共重合反応】
　　　　【図.新しい機能性ポリマーのミクロ相分離構造の模式図】
　　5-12. 学校法人立命館大学
　　　　(1)液晶性金錯体の開発：液晶配向を利用した発光制御
　　　　【図.液晶配向を利用した発光制御】
　　　　(2)金属酸化物ナノ材料の開発と液晶を利用した配列制御
　　　　【図.液晶を利用した配列制御の事例】
6. 次世代高分子機能材料の将来展望

第6章　バイオ機能材料

COVID-19重症患者に対して使用されるECMOは、長時間使用すると血栓が生じやすくなる。この問題解決の糸口が明らかになりつつある。

1. 新型コロナウイルス感染症に付随する血栓問題に対する対応
2. バイオ機能材料とは
3. 注目される次世代バイオ機能材料
　　3-1. 再生医療
　　3-2. 再生医療用足場材料
　　3-3. ドラッグデリバリーシステム（DDS）
　　3-4. 外科用シーラント剤
　　3-5. 機能性化粧品
　　3-6. バイオセンサー
　　3-7. バイオ燃料電池
4. 次世代バイオ機能材料の市場規模予測
　　　　【図・表. 次世代バイオ機能材料の国内およびWW市場規模予測
　　　　　（金額：2020-2030年予測）】
　　　　【図・表. 次世代バイオ機能材料の機能別WW市場規模予測
　　　　　（金額：2020-2030年予測）】
5. 次世代バイオ機能材料に関連する企業・研究機関の取組動向
　　5-1. 国立大学法人九州大学
　　　　(1)バイオ界面における水和構造に着目した生体親和性発現機構の解明
　　　　【図. バイオマテリアルにおける中間水の役割】
　　　　(2)次世代の予防、診断、治療技術を支える生体親和性材料の設計方法
　　　　【図. 生体親和性PMEA型バイオマテリアルを用いた癌の診断】
　　　　【図. 生体親和性PMEA型バイオマテリアルを用いた胆管ステント】
　　5-2. 国立大学法人京都大学
　　　　【図. DDS・再生医療・細胞工学などの相関関係を示す模式図】
　　　　(1)生体組織の再生治療のための生体材料
　　　　【図. 細胞とその周辺環境の模式図】
　　　　(2)幹細胞工学および基礎生物医学研究のための生体材料
　　　　【図. 再生医療におけるバイオマテリアル技術の役割】
　　　　(3)DDSのための生体材料
　　　　【図. DDSの目的】
　　　　(4)外科・内科治療アシストのための生体材料
　　5-3. 国立大学法人東京医科歯科大学
　　　　(1)可動性表面上における細胞機能の制御
　　　　【図. 細胞が培養基材に接着する際の基材界面の
　　　　　表面分子可動性の影響】
　　　　(2)細胞内分解性ポリロタキサンの医薬応用
　　　　【図. 細胞内環境に応答して超分子構造が崩壊し
　　　　　シクロデキストリンを細胞内に放出するポリロタキサン】
　　　　(3)ポリロタキサンを用いた生体分子複合体のナノメディスン応用
　　　　【図. ポリロタキサンの分子可動性や主鎖骨格の剛直性が生体分子の
　　　　　生理活性や細胞内動態に与える影響】
　　　　(4)ポリロタキサンを用いた次世代歯科材料の設計
　　　　【図. 光分解性ポリロタキサンを含有した歯科用接着剤の開発】
　　5-4. 国立大学法人東京工業大学(1)
　　　　(1)自然から学ぶ（生命機能プロセス）
　　　　【図. 魚のうろこを用いてヒトの角膜の再生を実現する試み】
　　　　(2)自己組織化現象（分子レベルの不思議な構造）
　　　　【図. コラーゲンと炭酸アパタイトを用いた新しい人工骨の開発】
　　　　(3)ナノメディスン（複合材料から難治疾患治療へ）
　　　　【図. DDSにより病気を治療する細胞応答型材料の開発】
　　　　(4)バイオテクノロジーとの融合（新技術の創出）
　　　　【図. バイオセラミックスと生体分子の相互作用から得られた
　　　　　新しいバイオセンサー】
　　　　【図. 皮膚や粘膜を通して薬を投与する
　　　　　イオントフォレシスの電極を開発】
　　5-5. 国立大学法人東京工業大学(2)
　　　　(1)核酸構造の操作
　　　　【図. 核酸構造の様々な操作】
　　　　【図. アロステリック型核酸酵素（MNAzyme）の活性化の
　　　　　メカニズム】
　　　　【表. 既存のPCR法と比較した人工シャペロン強化MNAzyme法の
　　　　　特長】
　　　　(2)脂質二重膜の構造転移制御
　　　　【図. 脂質二重膜の構造転移】
　　5-6. 公立大学法人東京都立大学
　　　　(1)遺伝子（プラスミドDNA）デリバリーシステム
　　　　【図. 遺伝子（pDNA）デリバリーシステムの模式図】
　　　　(2)生理活性亜鉛（Zn2+）デリバリーシステム
　　　　【図. 生理活性亜鉛（Zn2+）デリバリーシステムの模式図】
　　　　(3)バイオ医薬品デリバリー
　　　　【図. バイオ医薬品デリバリーとバイオイナート表面の構築の模式図】
　　5-7. 国立大学法人長岡技術科学大学
　　　　(1)超早期癌診断と治療を両立するナノバイオセラミックスの創製
　　　　【図. 癌細胞標識用のFA-NHSを固定した複合ナノ粒子の調製と
　　　　　評価プロセスを示した模式図】
　　　　(2)骨の補填と治療の促進を目指した水和層を特徴とする
　　　　　バイオセラミック粒子の合成
　　　　【図. 骨の補填と治療を促進する水和層を特徴とする
　　　　　バイオセラミック粒子合成技術の模式図】
　　　　(3)骨の構造を再現する配向性コラーゲン作製技術の開発
　　　　【図. 骨組織を再現した配向性コラーゲンフィブリル配列構造の
　　　　　作製技術の模式図】
6. バイオ材料の進歩は医学の進歩を促す

第7章　エネルギー機能材料

先端的な熱電材料の開発や熱輸送の根源的な解明・評価・制御手法の開発などによって、IoTセンサー用自立電源やゼロエミッションの実現が進む

1. 産業革命に始まった動力革命は、現代のエネルギー機能材料に至る
2. 注目される次世代エネルギー機能材料
　　2-1. 蓄電池用材料
　　2-2. 燃料電池用材料
　　2-3. 太陽電池材料
　　2-4. 熱電材料
　　2-5. 光合成材料
　　2-6. 水素エネルギー材料
　　2-7. 量子エネルギー変換材料
3. 次世代エネルギー機能材料の市場規模予測
　　　　【図・表．次世代エネルギー機能材料の国内およびWW 市場規模予測
　　　　　（金額：2020-2030年予測）】
　　　　【図・表. 次世代エネルギー機能材料の機能別WW市場規模予測
　　　　　（金額：2020-2030年予測）】
4. 次世代エネルギー機能材料に関連する企業・研究機関の取組動向
　　4-1. 学校法人神奈川大学
　　　　【図. 穴あきLFP電極を作製するためのピコ秒パルスレーザーおよび
　　　　　ポリゴンミラー】
　　　　【図. 穴あきLFP電極の表面SEM像】
　　　　【図. 穴あき電極、穴あき集電箔を用いた電極における出力特性】
　　　　【図. 穴あき電極におけるLi+イオン移動の促進を示す模式図】
　　　　【図. 厚塗り穴あき電極による体積エネルギー密度の向上の概念図】
　　　　【図. エネルギー移動型ハイブリッド電池の模式図】
　　4-2. 公立学校法人滋賀県立大学
　　　　(1)高耐久性有機・無機ハイブリッド太陽電池
　　　　【図.立方晶(a)、正方晶CH3NH3PbI3(b)、
　　　　　CsPbBr3ペロブスカイト(c)の構造】
　　　　【図.薄膜太陽電池断面図(a)とペロブスカイト結晶(b)、
　　　　　DPPSの構造(c) 】
　　　　(2)元素置換ペロブスカイト太陽電池
　　　　【図.外部量子効率の変化(左)とエネルギーレベル図(中)、
　　　　　構造と状態密度(右)】
　　4-3. 国立大学法人信州大学
　　　　(1)導電性ナノシートを用いた電極触媒
　　　　【図. 従来のコアシェルナノ粒子（左）と新たに開発した
　　　　　Ru@Pt コアシェルナノシート（右）】
　　　　(2)グラフェンナノシート電極
　　　　(3)急速充放電可能なハイブリッドスーパーキャパシター
　　　　【図. ハイブリッドキャパシター（AdHiCap）の
　　　　　基本構造（右）と試作品（左）】
　　4-4. 国立大学法人東京工業大学
　　　　(1)Ni-Ti系形状記憶合金を用いた排熱回収
　　　　【図. ドメインホモ界面に係る要素を示した模式図】
　　　　(2)形状記憶合金を用いた磁気冷凍や高速駆動化
　　　　【図.ポリマーとFSMAPで構成されるスマートコンポジットの
　　　　　製造方法（a）、および磁場とFSMAPの磁気異方性を
　　　　　使用したFSMAP分布の微細構造制御の模式図（b）】
　　　　【図. マイクロCTによるコンポジットの3D像】
　　　　【図. 新たに成功した清浄なNiMnGa粒子】
　　4-5. 学校法人豊田工業大学
　　　　(1)熱電材料
　　　　【図. 新規熱電材料である銅とセレンの化合物が示した熱電性能ZT】
　　　　【図. 新規熱電材料の高性能化の理由を示した模式図】
　　　　(2)熱流制御材料（熱ダイオード、熱スイッチ）
　　　　【図. 熱整流の概念を示した模式図】
　　　　(2)-1. 熱ダイオード
　　　　(2)-2. 熱スイッチ
　　4-6. 国立大学法人名古屋工業大学
　　　　(1)ホイスラー化合物熱電材料の創製
　　　　【図. ホイスラー化合物熱電材料Fe2VAlの結晶構造】
　　　　【図. Fe2VAl合金の出力因子の温度依存性】
　　　　(2)排熱利用による熱電発電素子の開発
　　　　【図.Fe2VAl熱電モジュールの実物写真
　　　　【図. 熱電ユニットを装着した自動二輪車のマフラー（上）と
　　　　　熱電発電ユニットの模式図（下）】
　　4-7. 国立大学法人名古屋大学
　　　　【図. 異常ネルンスト効果の概念図】
　　4-8. 国立大学法人横浜国立大学
　　　　(1)イオン液体
　　　　【図. イオン液体研究の広がり】
　　　　【図. イオンゲルの実物写真】
　　　　(2)イオン液体研究から「自由溶媒ゼロ」という考え方にたどり着く
　　　　【図. リチウムイオン電池構造の模式図】
　　　　(3)リチウム硫黄電池
　　　　【図. リチウム硫黄電池の原理図】
5. 次世代エネルギー機能材料の将来展望