磁気走性細菌（Magnetotactic Bacteria, MTB）は、磁気小体（magnetosomes）を生体鉱化する微生物です。磁気小体は膜で包まれた磁性ナノ結晶で、主に磁鉄鉱（Fe₃O₄）または硫鉄鉱（Fe₃S₄）で構成されています。これらの磁気小体は細菌の細胞内で鎖状または特定の方向に配列され、細菌に磁気双極子モーメントを与え、地球の磁力線に沿って方向運動を行う能力を提供します。この現象は磁気走性（magnetotaxis）と呼ばれます。磁気走性は、細菌が垂直な化学濃度勾配（通常は酸素勾配）の中で最適な位置を特定し維持するのに役立ちます。 磁気小体の磁性特性は、そのサイズ、形状、結晶配向、および空間配置によって決定され、これらの特性はナノ粒子の磁性を研究するための理想的なモデルと...

背景紹介 柔軟な容量型圧力センサーは、その高い感度、迅速な応答性、優れた機械的柔軟性により、インテリジェントロボット、医療モニタリング、ヒューマン・マシンインタラクションなどの分野で広く応用されています。しかし、従来の誘電性エラストマー（dielectric elastomers）は通常、低い誘電率を持ち、その容量信号の変化範囲を制限しています。容量センサーの性能を向上させるために、研究者は通常、エラストマーに高誘電率の無機セラミックや導電性材料を添加してその誘電性能を向上させます。しかし、これらの充填材は通常硬く、エラストマーを硬化させ、柔軟性を低下させ、高圧下で浸透現象（percolation）が発生し、材料が誘電性から導電性に変化し、容量センシング機能を失うことがあります。 液体金属（...

学術背景 インターネット・オブ・シングス（IoT）やウェアラブル電子機器の急速な発展に伴い、生理モニタリング、スマート衣料、ヒューマン・コンピュータ・インタラクションなどの分野におけるスマートセンサーの需要が高まっています。特に、柔軟性のある多機能センサーは、皮膚湿度検出や生理活動モニタリングなどの潜在的な応用が期待されています。しかし、既存の可視化多機能湿度・ひずみセンサーは、統合後にセンシング性能の低さ、耐久性の不足、温度干渉、および大規模生産の難しさといった課題に直面しています。これらの問題を解決するため、研究者たちは新しい材料と構造設計を探求し、センサーの性能と安定性を向上させることを目指しています。 ペロブスカイト材料は、その優れた光学特性、低コスト、および製造の容易さから、近年ス...

学術的背景 携帯型電子機器や電気自動車の急速な発展に伴い、高性能エネルギー貯蔵技術の需要が増加しています。リチウムイオン電池（LIBs）は現在主流のエネルギー貯蔵技術ですが、そのエネルギー密度と安全性には依然として課題があります。特に、液体有機電解質を使用する場合、リチウムデンドライトの成長や電解質の可燃性によって深刻な安全上の問題が生じます。これらの問題を解決するために、全固体電池（SSBs）が登場しました。全固体電池は固体電解質（SSEs）を使用して液体電解質を置き換えることで、より高い安全性と潜在的なエネルギー密度の向上を実現します。しかし、従来の固体電解質はイオン伝導性と機械的特性に欠陥があり、その実用化が制限されています。 複合固体電解質（CSEs）は、充填材と塩をポリマーマトリッ...

学術的背景 地球規模の気候変動の進行に伴い、建築物のエネルギー消費、特にエアコンシステムのエネルギー消費が増加し続けています。統計によると、建築物のエアコンシステムは世界の年間電力消費量の約10%を占めており、この数字は二酸化炭素排出量の増加と共に上昇し、地球温暖化の悪循環をさらに加速させています。受動的放射熱管理技術、特に選択的なスペクトル変調を利用した放射冷却技術は、この問題を解決する可能性のある手法として注目されています。この技術は、太陽光（0.3-2.5 μm）を散乱させ、大気窓（8-14 μm）を通じて熱を宇宙空間（約3 K）に放射することで、追加のエネルギー投入や環境汚染を必要とせずに自動的に温度調節を実現します。 しかし、既存の放射冷却材料、例えばガラス、ブロック、フィルム、コ...

学術的背景 ウェアラブル電子デバイスの急速な発展に伴い、高性能で柔軟性と耐久性を備えた材料に対する需要が高まっています。グラフェン（graphene）は、優れた導電性、機械的強度、柔軟性を備えた二次元材料として、近年ウェアラブルデバイスへの応用が注目されています。しかし、グラフェンをウェアラブルデバイスに適した機能性繊維材料に変換する方法は、依然として解決すべき課題の一つです。グラフェン繊維（graphene fiber, GF）は、グラフェンの優れた特性を継承するだけでなく、繊維製品の柔軟性と編み込み性も備えており、ウェアラブルセンシング、柔軟なエネルギー貯蔵デバイス、およびスマートテキスタイルにおいて大きな応用可能性を示しています。本論文は、グラフェン繊維の製造技術とそのウェアラブルデバ...

アルミニウムイオン電池におけるナノファイバーカソードの研究進展 学術的背景 持続可能なエネルギーソリューションに対する世界的な需要の高まりに伴い、エネルギー貯蔵システムの開発が研究の焦点となっています。リチウムイオン電池（LIBs）は高いエネルギー密度とサイクル安定性により市場を支配していますが、その高コスト、資源の有限性、安全性の問題、環境影響などの課題から、代替となる金属イオン電池（MIBs）技術の探索が進められています。アルミニウムイオン電池（AIBs）は、より高い理論的な体積容量、低コスト、環境に優しい特性から有望な代替案と見なされています。しかし、AIBsの性能はまだ商業化の基準に達しておらず、主な原因として電極材料の体積変化、電解質と電極の副反応、サイクル安定性の低さなどが挙げら...

学術的背景 世界的な水資源とエネルギーの不足は、特に乾燥地帯や遠隔地で深刻であり、気候変動の悪化によりその問題はさらに緊急性を増しています。伝統的な水資源やエネルギーの確保方法、例えば海水淡水化や大規模な電力送電は、コストが高く、技術的に複雑で、資源が乏しい地域では実施が困難です。そのため、大気中から直接水分を収集し、それを清潔な水とエネルギーに変換する持続可能な技術の開発が、現在の研究の焦点となっています。大気水分収集（Atmospheric Water Harvesting, AWH）技術は、自然界の露や霧を利用して、乾燥地帯や遠隔地に清潔な水資源を提供し、従来の集中型システムへの依存を減らす分散型の解決策を提供します。しかし、AWH技術をエネルギー生成、特に電気分解による水素と酸素の生...

学術的背景 電子機器の普及に伴い、電磁妨害（Electromagnetic Interference, EMI）による人体の健康や機器の寿命への悪影響が顕著になっています。伝統的な金属ベースの電磁シールド材料は高い導電性を持っていますが、剛性が高く加工性が低いため、ウェアラブル機器のニーズに対応できません。そのため、柔軟性、耐久性、カスタマイズ性を備えた電磁シールド材料の開発が研究の焦点となっています。導電性ポリマーであるポリピロール（Polypyrrole, PPy）は、良好な導電性、熱安定性、低毒性を持つことから、理想的な電磁シールド材料と見なされています。しかし、既存の電磁シールド材料は耐久性と大規模生産の面で課題があり、産業化が妨げられています。本研究では、新たな粒子流紡糸技術を用い...

学術的背景 グリーンエネルギーに対する世界的な需要の高まりに伴い、燃料電池や金属空気電池はその高いエネルギー密度から、エネルギー変換と貯蔵の有望な解決策と見なされています。しかし、これらの技術の商業化は、カソードにおける酸素還元反応（Oxygen Reduction Reaction, ORR）の遅い反応速度によって制限されています。現在、白金（Pt）とその合金は、効率的な4電子プロセスと優れた触媒性能により、最も効果的なORR電極触媒とされています。しかし、Ptの希少性と高コストのため、非貴金属や金属フリーの電極触媒を探求することが研究の焦点となっています。 炭素系材料は、その高い導電性、低コスト、耐腐食性から、有望な代替材料とされています。しかし、Pt系触媒と比較して、炭素系材料は同様の...