研究内容

地球環境のために役立つ材料、デバイスを目指すエコマテリアルを中心として、研究を展開しております。


｜半導体デバイス、表面科学

(1) Si/3C-SiC/ナノダイヤモンド薄膜成長と
　　次世代パワーデバイスの製作

現在、パワーデバイスの基板材料としてSiが主に用いられていますが、自動車の電子化に伴い、性能限界に達してきています。
そこで、次世代パワーデバイスとしてSiCやNCDが注目されています。しかし、SiC基板は非常に高価であるため、コスト低減が求められています。そこで本研究では、安価な Si基板上に、容易かつ安価SiCやNCDを形成できるCVD法を用いて三層構造のデバイスとすることで、高性能なデバイスを低コストで作製することを目標としています。
 
 (2) 新しい太陽電池材料と製作プロセス 

半導体のペーストを用いてペンキのように塗って作れる夢のような太陽電池を目指しています。現在、太陽電池はまだコストが高く、固定価格買取制度無くしてはさらなる普及が困難です。より太陽電池が普及しクリーンな発電が出来る社会を目指します。


｜水素センサー

　近年、地球に優しいクリーンなエネルギーとして二酸化炭素やNOx、SOxなどを発生しない水素 利用社会の普及が唱えられています。特に、自動車や家庭用燃料電池などの研究開発や普及に伴い水素利用関連技術の研究開発も進んできています。水素濃度が 空気中において4.1～74.2vol.%である時に爆発を起こす可能性があります。そのため安全な水素利用社会を目指すためには水素センサーは必要不可欠であり、各種水素センサーが研究され、実用化されてきています。
　本研究室では、超音波技術を適用した水素センサーを開発し、実用化を目指す研究が行われています。音速はガス固有の値であるため、その変化を計測することで、既知のカス濃度を計算することが可能です。右図は携帯型水素センサーの写真です。計測部に温度計もあり、温度補正をして濃度を計算しています。[1], [2]
　また、超音波技術を用いて様々な応用が考えられます。一つはガス管外部から既知のガス濃度を計測できます。超音波がガス管内を透過する際の音速変化を捉えて、ガス濃度が計測できます。樹脂製のパイプは計測に支障があまり無いのですが、金属管は金属を伝わる音波の強度の方が大きくなるため、金属管に吸音材を施す必要が有ります。[3], [4]





｜廃棄物利用: 水素生成と吸蔵

　産業廃棄物を利用した水素の生成、そして吸蔵する材料を探索しています。
  • 　ホタテ・カキなどの貝殻
  • 　廃材木片、竹など





















- Electrical contacts to nanocrystalline diamond films studied at high temperatures, N. Shimoda, Y. Kato and K. Teii, J. Appl. Phys. 120, pp.235706-1 (2016).

-  Rectification properties of n-type nanocrystalline diamond heterojunctions to p-type silicon crbide at high temperatures, M. Goto, R. Amano, N. shimoda, Y. Kato, and K. Teii, Appl. Phys. Lett. 104, pp.153113-1 - 153113-3 (2014).

- Formation of epitaxial 3C-SiC layers by microwave plasma-assisted carbonization, Y. Kato, M. Goto, R. Sato, K. Yamada, A. Koga, K. Teii, C. Srey, and S. Tanaka, Surface& Coatings Technology 206, 990-993 (2011).





 
 
 [1] Y. Kato, "A Hydrogen Sensor using Ultrasonic", Proc. of Symposium on Ultrasonic Electronics, Vol. 29 (2008), pp.215-216. 
 [2] M. Sonoyama, H. Fujita, and Y. Kato,  “Application of ultrasonic to a hydrogen sensor,”  2010 IEEE SENSORS, pp. 2141–2144.
[3] M. Taskin, Y. Kato, “Instant Gas Concentration Measurement Using Ultrasound from Exterior of a Pipe”, IEEE Sens J, vol. 19, pp. 4017-4024, 2019.
[4] M. Taskin, G. Utsumi, and Y. Kato, “Observation of Ultrasonic Signal and Measurement of H2 Concentration from the Exterior of a Metal Pipe,” Int. J. Hydrogen Energy, 2019. (Submitted).










 










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