Hirata & Zhang Research Lab Institute of SCIENCE TOKYO

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Materials Processing and Science

Hirata & Zhang Research Lab

東京科学大学 | 平田・張-創形科学研究室

研究概要

Outline

Material Processing
and Science

形を創り、命を吹き込む。

形づくりはものつくりの基本です。平田・張研究室は、形づくりをサイエンスとして捉え、物理的・化学的背景を常に意識しながら新たな創形プロセスを提案します。特に、ナノスケールの精密加工や表面改質技術、エネルギー効率の向上を目指したトライボロジー技術、さらには次世代バイオセンサーの開発など、多岐にわたる分野で研究を展開し持続可能な未来社会の構築に貢献します。

What we research

What we research

Elements by Relative Abundance —
Engineering the Carbon Era

炭素の時代を切り拓く最先端材料開発

私たちは、地球上に豊富に存在する元素、特に炭素に着目し、新しい材料科学の可能性を探究しています。元素の組み合わせや結合の違いによって生まれる多様な構造と機能を理解し、次世代の材料設計へとつなげます。基礎から応用までを一貫して見据え、エネルギー・環境・社会課題の解決に貢献する材料技術の創出を目指します。

The Elements According to Relative Abundance 

炭素の時代を切り拓く最先端材料開発

人類の技術革新は、鉄の時代、シリコンの時代を経て、現在、炭素の時代へと移行しています。この新たな時代を象徴するのが、ダイヤモンドやグラフェン、ダイヤモンド状炭素膜(Diamond-Like Carbon: DLC)などの先進的なカーボン材料です。当研究室では、これらの革新的材料の開発と応用に注力し、社会課題の解決に寄与する研究を推進しています。炭素材料の可能性を最大限に引き出し、炭素の時代をリードする研究室として、私たちは常に挑戦を続け、基礎研究から産業応用まで幅広く対応する研究活動を展開しています。

What we research

Diamond and Related Materials

炭素の並び方が生み出す特性と可能性

炭素は原子の配置や結合状態を変えることで、ダイヤモンド、グラファイト、フラーレン、グラフェン、カーボンナノチューブ、DLCなど多様な材料へと姿を変える魅力的な元素です。特にDLC(Diamond-Like Carbon)は、ダイヤモンドに由来するsp³結合とグラファイトに由来するsp²結合が混在した非晶質材料であり、硬さとしなやかさ、低摩擦と高耐久を兼ね備えています。私たちは炭素の結合状態やナノ構造を精密に制御し、トライボロジー特性をはじめとする機能を最適化することで、材料設計から成膜プロセスまで一体となった高性能薄膜の創製を目指します。

Diamond and Related Materials

炭素の並び方が生み出す特性と可能性

炭素原子は、配置の仕方によって驚くほど多彩な特性を生みだす特異な元素です。たとえば、炭素原子を整然と規則正しく並べると、強靭で透明な「ダイヤモンド」が形成されます。ダイヤモンドでは、炭素原子が規則正しい正四面体状の3次元構造を作り出し、非常に高い硬度と優れた熱伝導性を発揮します。一方で、炭素原子を不規則に配置すると、「ダイヤモンド状炭素膜(DLC)」と呼ばれる薄膜材料ができます。DLC膜は、ダイヤモンドと類似した特性を持ちながらも、構造がランダムな非晶質膜として特徴づけられます。この「ぐしゃぐしゃ」に並んだ構造が、DLC膜に硬さ、耐摩耗性、低摩擦性といった独自の特性を与えています。

What we research

Low dimensional Materials

原子を操り原子で創る革新的ナノ材料

原子1層レベルの厚さをもつ低次元材料は、構造をわずかに変えるだけで電子的・機械的特性が大きく変化する、極めて自由度の高い材料系です。私たちはグラフェンや遷移金属ダイカルコゲナイドなどを対象に、原子配列や欠陥、界面状態を精密に制御し、その本質的な物性を引き出します。原子を操ることで機能を設計し、新しいエレクトロニクスやセンシング技術の創出につなげます。

Low dimensional Materials

二次元原子層材料:原子を操り創る革新的材料

原子を平面上に配置して実現される二次元原子層材料は、革新的な物質科学の研究対象として注目されています。代表例として、炭素原子の二次元材料であるグラフェンは、2004年の発見以来、卓越した電気伝導性や機械的強度について広く研究され、2010年のノーベル物理学賞の対象となっています。現在、グラフェンに加え、ホウ素、窒素、遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDs)などを基盤とした多様な材料が注目され、エレクトロニクスやエネルギー、センサー分野での応用が期待されています。私たちは、こうした材料の可能性を引き出し、持続可能な社会に貢献する革新的な材料技術の創出に挑戦しています。

What we research

Van der Waals Hetero-structures

低次元材料が拓くナノ材料科学の世界

van der Waalsヘテロ構造は、異なる低次元材料を原子レベルで積層することで、単一材料では得られない新しい機能を創り出す材料設計の最前線です。私たちは層間の相互作用や界面構造を精密に制御し、原子の組み合わせによって新奇物性を発現させます。原子を積み上げて機能を創ることで、次世代ナノデバイスの新しい設計指針を切り拓きます。

Van der Waals Hetero-structures

二次元材料が拓く低次元材料の世界

二次元材料は、その単原子層の薄さと卓越した特性によって独自の物性を示すだけでなく、さまざまな低次元材料の構成要素としても極めて重要な役割を果たします。二次元材料は、低次元材料科学の基盤を支える存在であり、それがもたらす技術革新は、ナノテクノロジーの未来を切り拓く原動力となると期待されており、私たちは、二次元材料を基盤とする低次元構造を設計・応用し、新しい物理現象の解明や革新的デバイスの実現に挑戦しています。

Our Mission

Materials Science ×
Nano Surface Modification Technology

Creating the Future We Aspire To.

材料科学 × ナノ表面改質技術
ありたい未来の創発

  1. 01

    Low environmental load
    and energy saving

    低環境負荷と省エネルギー

  2. 02

    Safety and security

    安全と安心

  3. 03

    Comfort and health

    快適さと健康

  4. 04

    Innovative control
    technology

    革新的な制御技術

  5. 05

    Nano technology

    ナノテクノロジー

  6. 06

    New material

    新材料の創成

研究紹介

Research