| Project/Area Number |
23K04697
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
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| Research Institution | Nippon Institute of Technology |
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Principal Investigator |
池添 泰弘 日本工業大学, 基幹工学部, 教授 (70334315)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | 磁気浮上 / 永久磁石 / 反磁性 / 液体 / 結晶化 / 単結晶育成 / 再結晶 / 過飽和 / 反磁性物質 / 磁場分布シミュレーション / 表面張力 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、反磁性物体が磁場から受ける反発力を利用した反磁性浮上技術を開発する。一般的には反磁性磁気浮上は世界有数の超強力磁石が必要と考えられており、一般企業や大学の研究者が実験をする機会はほとんどない。しかし、最近、詳細な磁場分布計算により、市販の永久磁石でも水やガラスなどの磁気浮上が可能であることがわかってきた。永久磁石で物体を浮かす技術を確立できれば、従来宇宙実験棟内で行われていたような実験が、安価に誰にでも実施出来るようになり、液体から固体まで、且つ生体材料から無機固体材料まで、また基礎的な自然科学から実用的なコロイド・界面化学の領域まで、非常に広い範囲の応用展開が期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、磁場分布シミュレーション技術によって、市販の永久磁石でも磁気浮上が可能となる技術を開発するとともに、その技術を用いて浮上状態にある液体の表面張力を測定する装置を開発することを目的としている。前者によって、世界有数の超強力磁石でも発生させることが困難な強磁気力場を発生させることに成功し、液体や固体の磁気浮上を実験によって証明した。これに関して、研究室の大学院生が、第56回（2024年春季）応用物理学会講演奨励賞を受賞した。同賞は35歳以下の若手研究者に与えられる賞として1996年から続く歴史ある賞で、修士2年の大学院生が受賞したことは画期的なことである。また、2024年の11月には第18回日本磁気科学会年会において、前出の学生とは異なる大学院生が学生ポスター賞を受賞した。本研究課題に関連した研究テーマで、同学会での2年連続の受賞となったが、磁場を利用した研究者の専門家集団の中でも大変期待されていることがわかる。同大学院生の論文は、2024年の12月に、American Institute of Physics (AIP) が発行している論文誌Applied Physics Letters（APL）に掲載された。この論文の内容は、国内の主要テレビ局（テレビ東京）のインターネット番組にも取り上げられ、配信後2か月で27万件を超える閲覧数を記録しており、専門家だけでなく一般の人からの注目度も高いことがわかる。さらに、APL誌への論文掲載から3ヶ月経過した頃から、Applied Physics Letters誌のホームページのトップページにおいて「Most Read」の論文の1つ（2番目）として表示され続けていることは、特筆すべき研究実績と言える。
以上のように、この1年間の研究の進捗によって、本研究は、国内だけでなく国際的にも広く注目を浴びるような重要な研究へと発展した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では、主に（１）磁気浮上装置の開発、（２）作製した磁気浮上装置の液体の表面張力測定装置への応用、の二つを柱としている。（１）については、シミュレーションソフトを用いて、磁石のサイズや配置と磁気力の関係を調べ、地球上の最大の磁石を用いても磁気浮上させるのは困難と考えられる無機固体材料の磁気浮上をも実現させることに成功している。最近では、水溶液を浮上させると、どの水溶液も異常なほどの過飽和度を保持することが観測されつつある。したがって、今後さらに、様々な材料を用いて、密度・磁化率・濃度等、性質の異なる液体を用いた浮上実験を促進することを念頭に、シミュレーションを実施したところ、論文で報告した手法（磁石配置）以外に、実験に適した磁場分布を形成するような磁石配置が複数見いだされた。また、シミュレーションと同時に、レーザーを導入して表面張力を測定する装置を作製しており、ほぼ完成に近い状態までこぎつけているが、液体の導入の部分を少し工夫が必要である。いずれにしても、磁気浮上状態にある過飽和の水溶液から、瞬間的に結晶が成長する現象、あるいは、１つの液滴から1つの単結晶が成長する現象、磁場中での成長した結晶の配向、超過飽和状態の液体の実現など、新しい現象が次々と観測されており、非常に興味深い結果が得られている。将来的には単結晶育成装置に応用できると考えられるが、ここで重要となるのが、液体の表面張力の観測であるので、現在のところ、表面張力測定装置の開発と水溶液からの溶質の再結晶の研究を同時進行の形で研究を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
上の進捗状況でも述べたように、本研究は、磁気浮上装置の開発と、それを用いた液体の表面張力測定装置の開発のような、磁気浮上の応用技術の開発の2点を目的としている。磁気浮上装置の開発は、第一世代の装置は完成したと言って良い。表面張力の装置も、ほぼできているが、進捗状況にも書かれているように液体の導入に工夫が必要である。また、2年目の研究においては、初年度に実施した磁気浮上のための永久磁石周辺の磁場分布シミュレーションの結果以外にも、磁気浮上に適した磁石配置を複数見出したので、3年目は、この結果を実験で証明するために、第2世代の装置開発を実現する。したがって、3年目は、磁気浮上のための新しい手法に関する論文を早い時期に投稿するとともに、現在以上のペースで表面張力装置の改良に注力し、論文投稿に時間を費やしたい。また、この2年の研究成果によって、新しい研究テーマ（磁気浮上状態を利用した単結晶育成）につながる実験結果が得られたので、3年目は、この研究のさらなる展開を考えた予備実験を追加していく。このように、最終年度には、論文投稿のための最終的な実験を実施するとともに、当研究課題で得られた結果をもとにした次世代の磁気浮上応用研究として、発展的な研究課題を提案する。
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