土井研究室の研究概要

 「21世紀はエネルギーの時代」と言われ、エネルギー問題は世界的な課題です。 安価で大量のエネルギーが存在すれば廃棄物のリサイクルを通じた資源問題の解決に、 地下資源の消費なしに発電可能となれば環境問題の解決につながります。 つまり、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーだけで世界のエネルギー需要をまかなえれば、 資源・環境問題に直面することなく人類は豊かな21世紀を謳歌できるはずです。試算によれば、 地球上の砂漠のわずか4%の面積に太陽電池(効率10%)を敷き詰めて発電するだけで、 全世界の消費エネルギーを電気エネルギーとして供給できます。これは技術的には可能です。 残る問題はどのようにして世界中に送電線を敷設するのか?だけなのです。 通常の送電線に使われている銅線の場合、電気抵抗の存在によって電気エネルギーの一部が 熱に変換されて損失となるため、送電距離が長くなるほど送電ロスは大きくなります。 しかし、電気抵抗がゼロである「超伝導」送電線が開発されれば、原理的にはロスなく 世界中に送電できるようになります。
 土井研究室は、21世紀のエネルギー問題および環境・資源問題の解決のために、 高性能な超伝導電線の実用化を目指しています。超伝導体は高性能ですが実用化は簡単ではなく、 通電方向を考慮して分子の向きをx, y, z方向とも揃える必要があります。そのために薄膜技術を駆使して、安価で高性能な超伝導線を実現するための開発高度な結晶整列技術の開発を進めています。

GENESIS構想[Y. Kuwano, Prog. Photovolt. Res. Appl. 8, 53-60 (2000)]
GENESIS
構想[Y. Kuwano, Prog. Photovolt. Res. Appl. 8, 53-60 (2000)]

T 結晶方位を揃えた高温超伝導線材の開発

高温超伝導体と呼ばれる1群の材料はどこでも手に入る液体窒素(皮膚科にもおいてあります)に漬けて冷却するだけで電気抵抗ゼロの状態となるので,その実用化が強く望まれています。この高温超伝導体を用いた電力ケーブルが実用化できれば,世界各地の砂漠に設置した太陽光発電装置を地球的規模の高温超伝導ケーブル網に組み込むことで,地球上の全てのエネルギーをまかなうことができるとの試算もあります。

Y系線材のイメージと断面構造

U 次世代MRI診断装置向け超伝導線材開発に関する研究

X線による被爆なしに身体内部の立体画像が撮影できるMRI診断装置は、広く普及しています。しかしその運転には高価で資源の枯渇が心配されているヘリウムを液化して使用しなければなりません。当研究室ではヘリウムを使わずに冷凍機で運転できるMRI診断装置の実用化を目指して、MgB2超伝導体を使った電線の研究を行っています。

スパッタとEB装置        

V 結晶方位制御によるエネルギー材料の高性能化の研究

高性能な薄膜太陽電池や燃料電池の開発のために、それらの心臓部である半導体薄膜や電解質膜の結晶方位を単結晶のように揃える研究を行っています。 イオンビーム技術やプラズマ技術、イオンビーム技術を駆使して、様々な成膜手法により新しい成膜プロセスの開発にも取り組んでいます。

レーザーとIBAD装置        

W 磁場を用いた結晶配向化技術に関する研究

様々な材料の結晶方位を、磁場の力を活用して単結晶のように揃える研究を行っています。 土井研では、写真のようなマグネットクリップの1000倍の磁界を生み出す超伝導電磁石を備えており、非常に弱い磁性をもつ物質も配向の対象物質としています。


教官と居室

土井俊哉

教授

吉田キャンパス総合研究11号館116室

川山 巌

准教授

吉田キャンパス総合研究11号館101室

柏谷悦章

准教授

吉田キャンパス総合研究13号館462室