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渡辺　精一 (ワタナベ　セイイチ)

工学研究院　附属エネルギー・マテリアル融合領域研究センター　光・熱エネルギー変換材料分野教授
附属グリーンナノテクノロジー研究センター教授

研究者基本情報

■ 学位
  • 理学博士（Ph.D.）, State University of New York at Buffalo
  • 修士, 北海道大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
研究者番号
  • 60241353
ORCID IDResearcher ID
  • E-2622-2012
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 光メタネーション
  • 水中結晶光合成
  • ナノテクノロジー
  • 光化学
  • 光物性
  • 材料物性
  • 量子ビーム科学
  • 照射効果
  • ナノ材料
  • 非平衡材料
  • Nonequilibrium Physics and Chemistry
  • Materials Science
研究分野
  • ナノテク・材料, エネルギー化学, グリーンエネルギー
  • ナノテク・材料, 光工学、光量子科学, 光物性
  • ナノテク・材料, 基礎物理化学, 光化学
  • ナノテク・材料, グリーンサステイナブルケミストリー、環境化学, 結晶光合成
  • ナノテク・材料, 金属材料物性
  • ナノテク・材料, ナノ構造物理
  • ナノテク・材料, ナノ構造化学
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2025年04月 - 現在
    北海道大学 グリーントランスフォーメーション先導研究センター 教授（兼務）
  • 2025年04月 - 現在
    北海道大学 半導体フロンティア教育研究機構 教授 (兼務）
  • 2010年 - 現在
    北海道大学 大学院 工学研究院, エネルギー・マテリアル融合領域研究センター, 教授
  • 2019年04月 - 2025年03月
    北海道大学 大学院 工学研究院, エネルギー・マテリアル融合領域研究センター, センター長
  • 2012年 - 2025年03月
    北海道大学 電子科学研究所, グリーンナノテクノロジー研究ｾﾝﾀｰ, 教授（兼務）
  • 2013年
    九州大学 工学部, School of Engineering, 非常勤講師
  • 2005年 - 2010年
    北海道大学 エネルギー変換マテリアル研究センター, CAREM, 教授
  • 2005年 - 2006年
    東北大学 学際科学国際高等研究センター 客員教授, Visiting Professor
  • 1997年 - 2005年
    北海道大学大学院工学研究科 助教授 助教授, Graduate School of Engineering
  • 1997年 - 2005年
    Hokkaido University, Faculty of Engineering, Associate Professor
  • 2001年 - 2001年
    ラフバラ―大学 英国, materials science, 客員研究員, Visiting Scientist
  • 2000年 - 2000年
    米国 アルゴンヌ国立研究所, Division of Materials Science, 客員研究員
  • 1997年 - 1998年
    オークリッジ国立研究所 米国, Metals and Ceramics Division, 客員研究員, Visiting Scientist
  • 1994年 - 1997年
    北海道大学エネルギー先端工学研究センター 助手
  • 1994年 - 1997年
    Research Associate,CARET, Hokkaido University
  • 1995年 - 1995年
    マックスプランク研究所 独国, Metallforschung, Institute Physik, 客員研究員, Visiting Scientist
  • 1992年 - 1994年
    北海道大学工学部 助手, School of Engineering
  • 1992年 - 1994年
    Research Associate,1992 - 1994 Research Associate, Metals Research Institute, Hokkaido University
学歴
  • 1993年, ニューヨーク州立大学バッファロー校, 大学院博士課程(Ph.D)修了, 物理, アメリカ合衆国
  • 1993年, State Unversity of New York at Buffalo, Graduate School, Division of Science and Technology, Physics
  • 1987年, 北海道大学, 工学研究科, 修士課程金属工学専攻, 日本国
  • 1985年, 北海道大学, 工学部, 金属工学科, 日本国
委員歴
  • 2017年 - 現在
    日本顕微鏡学会 北海道支部, 幹事
  • 2017年04月 - 2021年03月
    日本金属学会北海道支部, 監事, 学協会
  • 2017年05月 - 2019年05月
    日本顕微鏡学会, 理事, 学協会
  • 2017年04月 - 2019年03月
    日本顕微鏡学会北海道支部, 支部長, 学協会
  • 2015年 - 2017年
    日本顕微鏡学会 北海道支部, 副支部長, 学協会
  • 2008年 - 2009年
    日本金属学会, 評議員, 学協会
  • 2006年 - 2008年
    日本金属学会, 分科会委員, 学協会
  • 2005年 - 2008年
    日本金属学会, 欧文誌編集委員, 学協会
  • 2005年 - 2008年
    日本原子力学会, 原子力計算科学専門部会委員, 学協会
  • 2005年 - 2008年
    日本原子力学会, 北海道支部評議委員, 学協会
  • 2005年 - 2008年
    日本金属学会, 北海道支部評議委員, 学協会
  • 2005年 - 2008年
    日本顕微鏡学会, 評議委員, 学協会
  • 2005年 - 2008年
    日本顕微鏡学会, 北海道支部評議委員, 学協会
  • 2004年 - 2006年
    日本原子力学会, 専門委員（材料関係）, 学協会
  • 2004年 - 2006年
    日本金属学会, 編集委員, 学協会
  • 2004年 - 2006年
    日本顕微鏡学会, 評議委員, 学協会
  • 日本顕微鏡学会, 評議委員（２００１～）, 学協会
  • 日本顕微鏡学会, 照射効果研究部会責任者（２００１～２００３）, 学協会
  • 日本原子力学会, 照射材料専門委員（１９９９～）, 学協会
  • 日本金属学会, 会報編集委員（１９９７～１９９９, 学協会
  • 日本金属学会, 欧文誌編集委員（２００１～）, 学協会
  • 日本金属学会, 分科会委員（１９９９～２００４）, 学協会
  • 日本金属学会, 北海道支部幹事（１９９７～１９９９）, 学協会
学内役職歴
  • 大学院工学研究院附属エネルギー・マテリアル融合領域研究センター長, 2019年4月1日 - 2021年3月31日
  • 大学院工学研究院附属エネルギー・マテリアル融合領域研究センター長, 2021年4月1日 - 2023年3月31日
  • 大学院工学研究院附属エネルギー・マテリアル融合領域研究センター長, 2023年4月1日 - 2025年3月31日

研究活動情報

■ 受賞
  • 2025年12月, 日本金属学会北海道支部・日本鉄鋼協会北海道支部・腐食防食学会北海道支部, 優秀講演賞
    SPSC-メタネーションによる炭酸鉄の創製および光機能特性調査
    鯨井雅生;内川大地;渡辺精一;張麗華
  • 2025年11月, 日本顕微鏡学会北海道支部, 日本顕微鏡学会北海道支部 支部長賞
    水中光合成を用いたタングステン酸ナノ結晶の核形成機構解明
    高松 和生, 林 學毅, Melbert Jeem, 張 麗華, 石田 倫教, 大沼 正人, 渡辺 精一
  • 2025年01月, 日本鉄鋼協会北海道支部, 日本鉄鋼協会北海道支部奨励賞
    水中結晶光合成による二酸化炭素の資源化
    熊井 宏樹、張 麗華、渡辺 精一
  • 2024年09月, 日本金属学会, 第４３回 優秀ポスター賞
    ⾊素増感太陽電池におけるN/P型半導体ヘテロ接合の光応答性
    孫 暁艶、奥村 清⾹、林 學毅、張 麗華、渡辺精一
  • 2024年05月, 日本セラミックス協会, 2024年年会優秀ポスター発表賞優秀賞（TOTO賞）
    マルチ元素ナノ酸化物の一括水中結晶光合成
    林 學毅;ジェーム メルバート;張 麗華;渡辺精一
  • 2024年05月, ACTSEA2024 Excellence Poster Paper Award, 8th International Symposium on Advanced Ceramics and Technology for Sustainable Engineering Applications
    Fabrication of Multielement Nano-Oxide Composites via Submerged Photosynthesis Crystallite
    Hsueh-I Lin;Melbert Jeem;Lihua Zhang;Seiichi Watanabe
  • 2023年09月, 日本金属学会, 第４１回 優秀ポスター賞
    マルチ元素ナノ酸化物の⼀括⽔中結晶光合成
    林 學毅、張 麗華、渡辺精一
  • 2022年11月, 日本顕微鏡学会 北海道支部, 令和4年度日本顕微鏡学会北海道支部、北海道支部長賞（優秀ポスター賞）
    機能性モリブデン-タングステンナノ酸化物複合材料の水中光合成
    林 學毅;Melbert Jeem;張 麗華;渡辺 精一
  • 2022年09月, 日本金属学会, 日本金属学会 第39回優秀ポスター賞
    水中光照射下におけるドーピング誘起光学的相転移
    早野 彩夏、Melbert Jeem 、林 學毅 、張 麗華、渡辺 精一
  • 2022年07月, 物質・デバイス領域共同研究拠点, 第4回 物質・デバイス共同研究賞
    光・ 電子デバイ ス応用に向けたガルバニック水中結晶光合成法による表面ナノパターン作製
    髙橋 優樹;塚村 順平;村上 俊太郎;渡辺 精一;張 麗華;岡本 一将
  • 2021年09月, 日本金属学会, 日本金属学会 第３７回 優秀ポスター賞
    鉄腐食を利用したヒドロゲル中アクアイオン拡散係数定量評価
    高井 智史、村上 俊太郎、張 麗華、渡辺精一
  • 2021年09月, 日本金属学会, 日本金属学会 第３７回 優秀ポスター賞
    G-SPSCを用いた欠陥制御による色調表面パターニング
    塚村 順平、高橋 優樹、張 麗華、ジェーム メルバート、岡本 一将、渡辺精一
  • 2021年08月, The Water and Environment Technology Conference Online 2021, Excellent Presentation Award
    Nanostructured ZnO/CuO Composite Photocatalyst for Valuable Products Synthesis
    Ryosuke MATSUO;Chhunhong KAING;Yuki TAKAHASHI;Seiichi WATANABE;SatoshiOKABE
  • 2020年09月, 日本金属学会, (第35回)優秀ポスター賞
    異種金属接触水中光合成法による機能性ヘテロナノ構造体の作製
    高橋 優樹;ジェーム メルバート;渡辺 精一, 27307759
  • 2019年03月, 日本金属学会, 第３２回 優秀ポスター賞
    水中結晶光合成法における光の効果と表面パターニング応用
    水野潤一;Melbert JEEM;高橋 優樹;渡辺精一
  • 2017年12月, 日本顕微鏡学会北海道支部, Excellent Presentation Award
    Tuning ZnO nanorods opto-electrical properties and their evaluation by STEM-VEELS
    Melbert JEEM;Seiichi Watanabe
  • 2016年03月, 日本金属学会, 第２６回 優秀ポスター賞
    水中結晶光合成法による酸化銅表面ナノ構造の形成機構
    西野史香;Melbert JEEM;西山賢;張麗華;岡本一将;渡辺精一
  • 2015年12月, 日本顕微鏡学会北海道支部, 奨励賞
    イオン液体中ZnO ナノ結晶のレーザー照射誘起光腐食のTEM 内その場観察
    大藤功将;石岡準也;小暮一馬;河口楓;五十嵐直也;メルバートジェーム;谷津茂男;渡辺精一;柴山環樹
  • 2013年09月, 日本磁気学会学, 学術奨励賞
    ナノ秒パルスレーザー照射したFe52Al48表面の磁気特性
    海住 英生;吉田 裕;大澤 和也;渡辺 精一;近藤 憲治;石橋 晃;吉見 享 祐
  • 2011年12月, 日本顕微鏡学会北海道支部, 奨励賞
    HRTEM および EELS に基づくシリコン対応粒界の原子構造・電子状態評価
    三宅牧人;坂口紀史;渡辺精一
  • 2010年09月, 日本金属学会, 第１５回 優秀ポスター賞
    HRTEM および EELS によるΣ3 対応粒界ファセットの原子構造・電子状態評価
    三宅牧人;坂口紀史;渡辺精一
  • 2010年09月, 日本金属学会, 第１５回 優秀ポスター賞-2
    シリコン表面レーザー誘起ナノドットの微細構造解析
    吉田 裕;渡辺精一;谷津茂男;坂口紀史;柴山環樹;大久保賢二;高橋平七郎;加藤隆彦;川合將義
  • 2010年07月, 日本金属学会北海道支部, 夏季サマーセッション優秀ポスター賞
    シリコンΣ3 対応粒界ファセットにおける電子状態のEELS による評価
    三宅牧人;坂口紀史;渡辺精一
  • 2009年09月, 日本金属学会, 第１３回 優秀ポスター賞
    W/SiC接合界面に形成した反応相の微細構造解析とクラック進展のその場観察
    松尾元一郎;荻津健;柴山環樹;浜田弘一;渡辺精一;岸本弘立;香山晃
  • 2009年09月, 日本金属学会, 第１３回 優秀ポスター賞-2
    液中プラズマ放電によるナノ粒子の生成
    齊藤元貴;吉田壮貴;谷津茂男;渡辺精一;秋山友宏
  • 2009年03月, 日本金属学会, 第１２回 優秀ポスター賞-2
    Pd-Zn合金中に内部酸化で析出したZnO粒子の形態と結晶構造
    渡辺圭;鈴木義典;坂口紀史;渡辺精一
  • 2009年03月, 日本金属学会, 第１２回 優秀ポスター賞
    オーステナイト系ステンレス鋼における照射効果ならびに腐食挙動に及ぼす粒界性質依存性
    遠藤正樹;坂口紀史;木下博嗣;渡辺精一;粉川博之;山下真一郎;矢野康英;川合將義
  • 2007年03月, 日本金属学会, 第８回 優秀ポスター賞
    イオン照射したシリコン多結晶粒界の高分解能電子顕微鏡解析
    落合章裕;米塚健大郎;小門礼;坂口紀史;渡辺精一;市野瀬英喜
  • 2007年03月, 日本金属学会, 第65回 功績賞 （物性部門）
    『量子エネルギービーム照射による開放系の材料研究と強非平衡性に基づく材料創製』
    渡辺精一, 日本国
  • 2007年03月, プラズマ応用科学会, 論文賞
    β-Ni(Al,Cr)合金に形成されるAl2O3酸化皮膜の耐剥離性に及ぼすZr添加の影響
    東本英哲;山内啓;柴山環樹;渡辺精一;黒川一哉;成田敏夫, 日本国
  • 2007年, Meritorious Award, Japan Institute of Metals
  • 1997年03月, 平成9年度風戸奨励賞
    『マルチビーム超高圧電子顕微鏡を用いた照射下微細欠陥クラスター形成挙動』
    渡辺精一, 日本国
  • 1993年03月, 日本金属学会, 第3回日本金属学会奨励賞・物性部門
    『金属中の電子輸送に関する研究』
    渡辺精一, 日本国
  • 1993年, 1993 Young Scientist Award (Div. of Solid State Physics), Japan Institute of Metals1995 Monbusho Visiting Fellowship, Japan Society for the Promotion of Science (Japanese Government)
■ 論文
■ その他活動・業績
■ 書籍等出版物
■ 講演・口頭発表等
■ 主な担当授業
  • 光熱エネルギー変換材料特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 光熱エネルギー変換材料特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 材料デザイン工学, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 材料工学概論, 2024年, 学士課程, 工学部
  • セラミック材料学, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 半導体材料学, 2024年, 学士課程, 工学部
  • エネルギー材料工学, 2024年, 学士課程, 工学部
■ 所属学協会
  • 光化学協会
  • 応用物理学会
  • 日本鉄鋼協会
  • 日本金属学会
  • 日本顕微鏡学会
  • 米国物理学会(APS)
  • 米国材料学会(MRS)
  • Atomic Energy Society of Japan
  • Physical Society of Japan
  • Materials Research Society
  • Japanese Society of Microscopy
  • Japan Institute of Metals
  • American Physical Society
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • マルチ元素ドープによる光学的臨界相出現の学理解明と全太陽光利用GX展開
    科学研究費助成事業
    2025年04月01日 - 2029年03月31日
    渡辺 精一
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 25H00787
  • 100%太陽光吸収利用のための究極光機能ナノ材料開発への挑戦
    科学研究費助成事業
    2025年06月27日 - 2027年03月31日
    渡辺 精一
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 25K22191
  • 二酸化炭素の資源化による水中結晶光合成を利用した高機能金属ナノ炭酸塩の創製
    科学研究費助成事業
    2024年04月01日 - 2027年03月31日
    張 麗華; 渡辺 精一; 沖中 憲之
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 24K01290
  • ガルバニック水中結晶光合成の学理構築に基づく機能性３次元ヘテロナノ構造体創製
    科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    2020年04月01日 - 2023年03月31日
    渡辺 精一
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 20H00295
  • 非生物・生物ハイブリッド人工光合成システムの構築：持続可能な酢酸生成拠点の創出
    科学研究費助成事業
    2020年04月01日 - 2022年03月31日
    岡部 聡; 渡辺 精一; 佐藤 久
    本研究の目的は、CO2と水を原料とし太陽光エネルギー（可視光）と廃水をエネルギー源として、常温常圧、中性条件下で酢酸（2炭素化合物）を生産可能なバイオ‐光電気化学太陽電池（Bio-PEC)ハイブリッドシステムを構築することである。そのために必要なCuOナノワイヤー表面にZnOナノロッドを付加した3次元ナノ構造を持つZnO/CuO複合体を作成することに成功した。また、その電気化学的特性（水素生成速度や電流密度）は、既往の類似する三次元ナノ構造を有するZnO/CuOの値の約3倍であった。これにより、効率の良いBio-PECシステムの構築の可能性が示された。
    日本学術振興会, 挑戦的研究(開拓), 北海道大学, 20K20486
  • 非生物・生物ハイブリッド人工光合成システムの構築：持続可能な酢酸生成拠点の創出
    科学研究費助成事業 挑戦的研究(開拓)
    2019年06月28日 - 2022年03月31日
    岡部 聡; 渡辺 精一; 佐藤 久
    日本学術振興会, 挑戦的研究(開拓), 北海道大学, 19H05582
  • 粒界工学による超環境耐久性フェライト系耐熱鋼の開発－粒界工学の新たな挑戦
    科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    2012年04月01日 - 2016年03月31日
    連川 貞弘; 渡辺 精一; 柴山 環樹; 森園 靖浩; 山室 賢輝
    本研究課題では，優れた環境耐久性を有するフェライト系耐熱鋼の開発を行うことを目的として，ラスマルテンサイト組織を有する9-12Cr系耐熱鋼の粒界制御を試みた。ラスマルテンサイト鋼における特性劣化の優先的なサイトとなる旧オーステナイト粒界の対応粒界頻度を飛躍的に高めることができた。また，粒界制御熱処理によりサブブロック組織が微細化し，その後の焼戻し処理により，M23C6炭化物が微細に分散することを見出した。このような粒界制御材料に対して，高温クリープ試験，高温水蒸気酸化試験，液体金属腐食試験を行ったところ，いずれの特性も粒界制御により著しく向上することが明らかとなった。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 熊本大学, 24246125
  • 高強度チタン合金における内部起点型微小き裂の可視化と超高サイクル疲労機構の解明
    科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    2012年04月01日 - 2015年03月31日
    中村 孝; 柴山 環樹; 塩澤 大輝; 中井 善一; 上杉 健太朗; 小熊 博幸; 渡辺 精一
    超高サイクル域における軸荷重疲労試験が行われ，放射光μCTイメージングにより材料内部に発生する微小き裂が観察された．内部き裂周囲の環境がき裂進展に及ぼす影響を明らかにするため，da/dNと応力拡大係数範囲の関係が測定され，真空中表面き裂のそれと比較された．その結果，内部き裂は1.0E-10m/cycleの極めて低速で進展するのに対し，表面に到達した後のき裂は1.0E-7m/cycle 程度の高速で進展することがわかった．内部き裂の進展速度は真空中表面き裂の進展速度に一致し，内部き裂周囲の真空に類似した環境が超高サイクル疲労における内部き裂進展過程に大きな影響を与えることが明らかとなった．
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 24246024
  • 液中グロー放電の高時間分解その場解析によるナノ粒子・ナノ表面化機構解明
    科学研究費補助金(新学術領域研究(研究領域提案型))
    2012年 - 2013年
    渡辺 精一
    本研究では, 液中陰極グロー放電による弱電離プラズマ中を流れる電流が陰極材料を母材とするナノ粒子を作り出すメカニズムを解明することを最終目的としている。
    平成24年度は放電時の電流ノイズを高時間分解で計測でき同時に電極近傍の発光を画像記録できる実験システムを整備した上で, 先ず電流ノイズの高時間分解データを取得し, 電流ノイズの頻度分布解析・パワースペクトル解析を行った。次に電流測定と同時に液中プラズマ画像を得て画像輝度の時間変化に対するスペクトル解析を行った。さらに, 陰極上に残された放電痕の電子顕微鏡像に対し、画像解析, パワースペクトル解析を行った。
    その結果，パワースペクトル密度のべき乗数αは電気分解領域ではほぼ0で, 電極表面の液相が気相に変わる遷移域では急激に減少し0から-2へと変化すること, またプラズマ領域では-2に近い値を保持することが判った。則ち, 両極間に印加する電圧の上昇と共に陰極周囲の物質相が液相から気相へ更に弱電離プラズマ相へと変わる過程を電流変動成分のスペクトル解析からべき乗数αを用いて統一的に表現可能なことを明らかにした。画像輝度と電流との同時測定からは，両者のパワースペクトル密度が周波数に対し同じべき乗依存性をもつことがわかった。
    また，陰極表面に残された放電痕画像のパワースペクトル解析から放電痕分布が等方的であること,パワースペクトル密度が波数のべき乗(-2乗)分布をもつこと、および放電痕サイズ分布を対数プロットしたグラフから放電痕数がサイズのべき乗(-2乗)分布を持つことを確認した。これらの結果はナノ粒子が産み出される機構が間欠的なアバランシェ放電ないし電流集中に起因するも全体的には時空間にわたる自己相似性を有することを示唆するものであり, 今後より高範囲・高精度な測定による検証が行われる必要がある。
    文部科学省, 新学術領域研究(研究領域提案型), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 24110701
  • 液中グロー放電法による世界最小ステンレス合金ナノボールの創製
    科学研究費補助金(挑戦的萌芽研究)
    2011年 - 2012年
    渡辺 精一; 谷津 茂男
    ステンレス合金のナノボール(ナノメートルサイズの球状粒子)に関して,申請者らが開発した液中グロー放電法を利用して極小化ナノボールを作製するための基礎技術を確立し,最小のステンレス合金ナノボールを得た。また、このステンレス合金ナノボールがデバイス化への応用面の期待ができる光触媒効果を有することを見出した。
    文部科学省, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 23656472
  • ナノ時空間ダイナミクスのその場観察法による物質変換過程の解明
    科学研究費補助金(基盤研究(A))
    2009年 - 2011年
    柴山 環樹; 渡辺 精一; 谷津 茂男; 伊藤 芳浩; 富岡 智; 西山 修輔; 坂口 紀史
    本研究は、これまで透過電子顕微鏡で唯一の課題となっていた画像記録の高速化と長時間化についてピコ秒の現象であるレーザー核融合のターゲット計測に実績がある各種高速カメラを組み合わせたナノ時空間ダイナミクスその場観察システムの技術開発を行うことを目的として平成21年度から平成23年度まで3年計画で実施した。この新しく開発した装置を現有の透過電子顕微鏡に取り付けて、電子線やイオン照射下での接合界面における破壊の起点やマルチクラックの進展経路をこれまでは困難だったナノ時空間で記録しその場観察すると共に高速で発生し進展するマルチクラックとナノサイズ欠陥との相互作用を明らかにした。
    文部科学省, 基盤研究(A), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 21241025
  • 液中プラズマ放電による合金ナノボールの創製と機能性発現のための物性測定
    科学研究費補助金(基盤研究(A))
    2008年 - 2011年
    渡辺 精一; 保田 英洋; 庭瀬 敬右; 西口 規彦; 大笹 憲一; 三浦 誠司; 谷津 茂男; 安住 和久; 坂口 紀史; 黒川 一哉; 秋山 友宏
    本研究は, 申請代表者らが開発したグロー放電による液中プラズマ利用の新規金属ナノボールの製法を活用し,各種金属と合金材料を出発原料としたナノボール創製研究と機能物性発現の物性解析評価,および作製したナノ粒子を利用した新規機能デバイス材料の開発基礎のための材料設計を行なった.
    文部科学省, 基盤研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 20246094
  • 材料損傷機構の実験および理論による包括的研究と高エネルギー量子ビーム場用材料開発
    科学研究費補助金(基盤研究(S))
    2007年 - 2010年
    川合 將義; 菊地 賢司; 川崎 亮; 義家 敏正; 渡辺 精一; 栗下 裕明; 粉川 博之; 菊地 賢司; 川崎 亮; 長谷川 晃; 神山 崇; 原 信義; 山村 力; 二川 正敏; 深堀 智生; 斎藤 滋; 前川 克廣; 伊藤 高啓; 後藤 琢也; 佐藤 紘一; 橋本 敏; 寺澤 倫孝; 渡辺 幸信; 徐 超男; 石野 栞; 柴山 環樹; 坂口 紀史; 島川 聡司; 直江 崇; 岩瀬 宏; 兼子 佳久; 岸田 逸平; 竹中 信幸; 仲井 清眞
    高エネルギー高強度陽子ビーム場の材料は、強烈な熱衝撃や放射線によって損傷を受ける。衝撃損傷過程と影響を実験的に調べ、その緩和法を導いた。また放射線損傷を理論的に評価するコードを開発した。さらに、損傷に強い材料として従来の材料に比べて強度の4倍高く室温で延性を持つタングステン材と耐食性が4倍高いステンレス鋼を開発した。衝撃実験における応力発光材を用いた定量的な方法を考案し、実用化の目処を得た。
    文部科学省, 基盤研究(S), 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 連携研究者, 競争的資金, 19106017
  • 超高速一方向共晶凝固と共析分解・球状化熱処理による高靭性耐熱ニオブ基合金の実現
    科学研究費補助金(基盤研究(A))
    2007年 - 2009年
    三浦 誠司; 木村 好里; 毛利 哲夫; 渡辺 精一; 大笹 憲一; 三島 良直; 滝沢 聡; 木村 好里
    凝固速度1500mm/hで高速一方向凝固したNb-18.1Si-1.5Zr合金を熱処理したところ、所期の金属組織が得られた。Nb相の3Dイメージングより、高温材料として有利な巨大サイズNb結晶粒実現が示唆された。この試料は室温で2%の圧縮塑性変形能を示し、50kgでダイヤモンド圧子を押し込んでも、脆い強化相Nb_5Si_3の破壊は周囲の延性Nb母相が抑制する。高温変形特性を決めるNb相の高温強度を向上させるMo、W添加は、Ta添加と組み合わせると組織制御と高強度化を同時に達成できる。
    文部科学省, 基盤研究(A), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 19206071
  • 強加工による形状記億合金の非晶質/ナノ結晶化とその相変態機構の解明
    科学研究費助成事業
    2005年 - 2006年
    土谷 浩一; 田渕 正幸; 渡辺 精一; 戸高 義一; 梅本 実
    TiNi系形状記憶合金は優れた形状記憶・超弾性特性を示し,携帯電話のアンテナ等様々な分野で応用されてきた。特に最近は低侵襲性医療技術の発展に伴い,ガイドワイヤー,ステント等の医療デバイスへの応用が急速に拡大している。TiNiはまた,強加工により固相状態で非晶質化またはナノ結晶化することが知られてきた。その原因としては,転位密度の上昇による弾性エネルギーの増加が重要であると指摘されてきた。本研究では冷間圧延(CR),ショットピーニング(SP),高圧ねじり加工(HPT),冷間線引などの強加工による,非晶質化ノナノ結晶化したTiNiについて,TEMによる組織観察の結果に基づき,その非晶質化機構について考察した。
    その結果,CR, HPTによる非晶質過程は類似しており,加工前の状態がマルテンサイト相(B19'相)であっても加工によりB2相に逆変態し,さらに加工を加えることにより非晶質相へと変化することが明らかになった。また非晶質化の過程で現れるラメラ構造の詳細について調べ,非晶質層をはさんで同じほぼ方位のB2構造層からできていることが明らかになった。このことはマルテンサイト変態の際に格子不変変形として導入される双晶境界が転位の蓄積場所となり優先的に非晶質化することを示唆する。また比較の為に様々な組成のZr・Cu系合金についてHPT加工による非晶質化について調べたところ,マルテンサイト変態を起こすZr_<50>Cu_<50>合金のみで非晶質化することが明らかになった。これはマルテンサイト組織特有の微細な双晶組織が転位の蓄積を促進し非晶質化を起こすことを示す。
    また,非晶質・ナノ結晶TiNi合金の医療デバイスへの応用を視野に,冷間線引で強加工したTiNiについてもその組織と特性を評価した。その結果減面率70%まで線引きしたTiNiで非晶質領域が観察された。また線引き材,線引き加工後低温熱処理した線材について引張り試験により応力歪み曲線を測定したところ,条件によって約2GPaの破断強度と約5%の擬弾性回復ひずみを示すことが明らかになった。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 豊橋技術科学大学, 17360312
  • 衝撃と放射線に強い高機能材料の創製
    科学研究費補助金(基盤研究(A))
    2004年 - 2006年
    川合 將義; 菊地 賢司; 神山 崇; 山村 力; 川崎 亮; 義家 敏正; 原 信義; 粉川 博之; 二川 正敏; 栗下 裕明; 渡辺 精一; 菊地 賢司
    核破砕場と宇宙を対象として、耐衝撃特性と耐放射線損傷の強い材料の開発研究を行った。主要な結果は以下の通りである。(1)核破砕中性子源の固体ターゲット材用に炭化チタン分散型の高靭性タングステンをメカニカルアロイング法により開発し、タングステン材料では世界で初めて超塑性を実現できた。(2)ターゲット等の構造材として重要なステンレス鋼について、耐放射線特性を向上させるため、加工熱処理により多数の焼鈍双晶を導入することによって低エネルギー構造粒界(対応粒界)を高頻度かつ均一分散させた粒界制御したステンレス鋼を創出した。(3)タングステンの腐食と放射化の問題を解決すべく、イオンプレーティングでのPVD法および2重ビーム法、電気化学法によってタングステン板の周囲に安定してCrNの薄膜層を形成できた。(4)水銀ターゲット容器壁やビーム窓のピッティング対策として、高速度ビデオによってバブル形成の機構を明らかにするとともに、(5)ステンレス鋼の表面改質効果を調べ、とりわけ窒化および侵炭法の複合的な表面処理によって、ピッテング損傷の進展を一桁送らせることができた。(6)宇宙材料として、アルミニウム-チタン系の高靭性複合セラミックスを開発した。(7)宇宙塵が衝突した際の亀裂伝播を防止する機能を付与したニオブ-アルミ系の合金を開発した。上記の材料について機械試験や腐食試験を行い、所定の機能を持っていることを評価した。(8)MW級の固体ターゲット用にHIP法(熱間静水圧加圧法)によって開発したタンタル被覆のタングステン薄板を高温からの急冷試験を行い、破損が生じず、冷却水の喪失事故時に対応可能なことが確認できた。(9)陽電子消滅法により、粒界制御の工程がステンレス鋼に損傷を与えない事、材料試験炉での中性子照射損傷効果を明確にした。(10)超高圧電子顕微鏡の電子線および陽子ビームを用いた照射シミューション実験にて、粒界制御材が普通材に比べて放射線損傷に強そうだというデータ、さらにニオブ-アルミ系の合金が期待した中間金属を形成し、亀裂伝播の防止機能を持っていそうだという結果を得た。(11)さらに材料の放射線損傷試験として、スイスの核破砕中性子源施設に送って放射した材料の照射後試験を行った。その結果、日本のステンレス鋼JPCAが、3dpa以上の照射でも伸び特性を持っている事、生成ガスの保持量を明らかにできた。以上で、損傷研究の基礎的な手法が得られた。今後、損傷データの一層の採取と理論的研究を通じてさらなる材料開発研究に展開したい。
    文部科学省, 基盤研究(A), 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 連携研究者, 競争的資金, 16206097
  • アモルファス合金中の多様体原子クラスター形成と1/f揺らぎ発現機構解明
    科学研究費補助金(基盤研究(C))
    2003年 - 2005年
    渡辺 精一
    研究の目的本研究では、エネルギービーム照射およびアニール過程におけるアモルファス合金中の多様体クラスターの遷移挙動を明らかにし、揺らぎ特性(b:0〜2)を制御した機能性アモルファス材料の開発設計を行うために1/f^α型揺らぎ応答発現の機構解明を行うことを目的とする。研究実施事項:《非晶質(アモルファス)化過程の原子レベル構造評価》高分解能型超高圧電子顕微鏡(1.25MV:分解能0.117nm)による電子線照射誘起アモルファス化過程の原子レベルその場観察を行いデジタル録画。画像処理解析による画像解析(FFTパターンと画像マスク処理、多様体原子クラスター情報の抽出)。照射温度等を変え同様実験。アモルファス化過程における長距離秩序の消滅と短範囲秩序クラスター形成とその時間発展を詳細調査。今年度は、特に揺らぎの原因となる原子オーダーリングの構造変化について調査を行なった。《照射過程と非晶質化各段階でのアニールの分子動力学計算》分子動力学計算は、原子挿入法(EAM)をもちいて既に開発したEAMポテンシャルを用いて、フレンケル欠陥を逐次ランダムに所定照射量になるまで導入する方法を用いる。固有クラスターはボロノイ多面体解析により調査。また原子緩和を計算中に行ない、最後に体積やエネルギー等の系のプロパティーを評価する。各照射量段階での動径分布関数、原子間結合長変化と体積、トータルポテンシャルエネルギー増加評価,電子顕微鏡画像計算、FFT2次元画像処理、電子回折パターン像解析と回折強度分布定量評価。揺らぎの多変量相関性の評価を行なった。
    文部科学省, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 15560569
  • 時空間マルチスケール構造解析に基づく非平衡系材料科学とナノ材料創製 i)非平衡断熱系および非平衡開放系：弱非平衡から強非平衡までの材料統計科学 ii)材料中の照射効果および機能物性に関する微細構造解析研究
    2004年
    競争的資金
  • イオンミキシング法による水素吸蔵合金の表層ナノ構造の改質
    科学研究費助成事業
    2000年 - 2000年
    渡辺 精一; 兜森 俊樹; 谷脇 雅文; 須田 孝徳
    イオンビームを水素吸蔵合金の表面改質に利用した場合、結晶構造の変化、多量の格子欠陥、注入された水素による水素化物の核形成などが期待され、さらには種々の溶質元素をミキシングすることによって、新しい機能を持った合金開発の可能性がある。本研究ではイオン注入やイオンミキシングにより、長寿命化(耐劣化や耐被毒)および活性化の制御などを目指した表面ナノ構造の改質を行うことを目的とした。
    (1)ZrCoおよびZrNi:高温顕微鏡によるその場観察(水素圧1atm、反応温度150℃に200℃)を使用し、水素物形成過程の定量化を試みた。(1)ZrCo:ZrCoでは水素イオン注入による水素化物の成長促進の効果が認められなかった。イオンミキシングの効果については、溶質元素をCoにした場合に顕著であり、成長速度は2倍から3倍に増加することができた。水素化物形成に必要な活性化エネルギーは、未処理の場合が40kJ/mol、イオンミキシングの場合が20〜30kJ/mol程度となった。(2)ZrNi:ZrNiは水素イオン注入をしなければ、水素化が起こらない。イオン注入量が1X1016H2+/cm^2の場合、成長速度が大きくまた水素化開始までの潜伏期も大幅に短くなった。
    (2)TiFe:TiFeは未処理の場合、反応温度400℃、水素圧10MPaにおいても水素化が起こらない。しかし、水素イオン注入(3.6X1016H2+/cm^2)の場合7MPa、アルゴンイオン注入(5X1015Ar+/cm^2)の場合5MPa程度から水素化が開始する。また、LaNi5を溶質としたイオンミキシングを行うと、1X1015Ar+/cm^2では、水素圧1MPaで水素化が起こることがわかった。以上の結果から、イオン注入およびイオンミキジングによる初期水素化挙動に対する効果は、広範に認められることが明らかとなった。
    日本学術振興会, 特定領域研究(A), 北海道大学, 12022201
  • 電子線照射による非平衡下粒界応答反応現象の非対称性に関する研究
    科学研究費補助金(奨励研究(A))
    1999年 - 2000年
    渡辺 精一
    オーステナイト系ステンレス鋼における照射誘起偏析の速度論による定量化・モデリング照射誘起粒界偏析および促進拡散に関し速度論によるモデル化をおこない、定量化に成功した。照射誘起の粒界応答反応、特に照射誘起による偏析が粒界性質(方位とS値)によってどの様に依存性を調べることができ、傾角粒界の場合には明確な依存性があることを確認した。また、粒界性格を境界条件として取り入れた速度論による定量化にも成功した。照射誘起粒界応答反応の粒界性質依存性の実験的確認と定量化モデリングに成功することができた。これらの研究成果をふまえ今後は、各種合金(オーステナイトステンレス鋼、フェライト鋼、ODSフェライト鋼、および結合形式の異なる化合物系合金)における非平衡粒界応答効果に関して電子線照射その場観察実験を行い原子レベルの欠陥形成初期過程から巨視的現象(本研究では数マイクロメータ程度を対象とする)に至るまでの現象の総合的解明を行う。現在まで行ってきた速度論手法はそのままでは原子レベルの実験解析には不向きであるため、離散型の計算手法を取り込みこれと速度論を結合させ、原子レベルから巨視的レベルまでの空間的・時間的マルチスケーリングモデリングによる総合的定量化支援プログラミングを行なう。原子レベルから巨視的レベルまでの空間的・時間的マルチスケーリングモデリングによる総合的定量化支援プログラミングを行なう。当該研究は従来型の照射効果の研究に対して、原子レベル動的観察、マルチスケーリングによる定量化といった新たな視点からの息吹を注入するものであり、非平衡粒界挙動を利用した材料創製に貢献するところ大であると考えられる。
    文部科学省, 奨励研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 11750564
  • イオン注入による水素吸蔵合金の表層ナノ構造の改質
    科学研究費助成事業
    1998年 - 1998年
    大貫 惣明; 兜森 俊樹; 谷脇 雅文; 須田 孝徳; 渡辺 精一
    水素吸蔵合金の水素化特性を改善する新しい試みとして,イオン注入による表層改質を実施した。吸蔵合金にイオン注入を適用した場合,(1)スパッタリングによる表層清浄化,(2)任意元素の非平衡濃度注入,(3)多量の格子欠陥による拡散促進などの効果が期待できる。本研究の目的は,水素化特性に及ぼすイオン注入の影響を調査し,表層ナノ構造との関係を明確にすることである。
    今年度は,ZrNiの初期活性化について検討した。試料にイオン注入領域と未注入領域を形成し,試料表面の水素化による変化を観察した。また,表層ナノ構造はTEMにより観察した。イオン注入は,水素,ヘリウム,アルゴンイオンを100keV,室温にて行い,注入量を5X10^<15>〜1X10^<17>ions/cm^2とした。
    1.水素イオン注入の影響:注入領域において多数のクラックの発生が見られ,クラックは未注入領域との境界付近で進行が止まった。すなわち,水素イオン注入は合金の初期活性化を明確に促進することが判明した。その原因は,表面近傍において非平衡に濃化した水素が水素化物を形成したため,水素の拡散が促進したものと考えている。2.アルゴンイオン注入の影響二水素イオン注入とは逆に,初期活性を明確に抑制することが判明した。TEM観察から,注入したアルゴンはバブルを形成していない。そのため,表面近傍で高濃度に分散された状態であることが推察される。すなわち,分散したアルゴンが水素の拡散パスを塞いだことが原因であると考えている。3.ヘリウムイオン注入の影響:水素及びアルゴンイオン注入のような明確な影響が現れなかった。しかし,現在の条件より注入量を増加させると,アルゴンと同様な現象が起こると推定できる。
    今後は,イオンミキシングを使った合金改質に進展する予定である。
    日本学術振興会, 特定領域研究(A), 北海道大学, 10148201
  • 高エネルギー粒子線照射環境に適応した機能性鉄鋼材料開発研究
    科学研究費助成事業
    1997年 - 1998年
    高橋 平七郎; 万 発栄; 胡 本芙; 木下 博嗣; 柴山 環樹; 渡辺 精一
    1. 電子線照射によりステンレス鋼中には積層欠陥型転位ループが形成され、照射を継続すると積層欠陥転位ループ内に原子空孔型の積層欠陥四面体が形成された。電子線/Heイオン同時照射では、最初に積層欠陥四面体が形成され、その後この積層欠陥四面体はボイドの核となり、Heがボイド核を安定化されることが判明した。
    2. Fe-(15-16)%Cr-16%Mn-0.2%C-0.2%N鋼の室温の降伏強度は400MPaで、伸びは60%以上の優れた機械的性質を示した。この鋼を473-673K、3dpaまで電子線照射すると、最初に転位ループが形成され、その後、473-573Kではボイドは形成されなかったが、673Kではボイドが核形成した。Mn濃度、24.5%のMn鋼を照射すると、473K-673Kの全ての照射温度範囲で高密度でボイドが核生成した。573Kではマトリックス、結晶粒界とも照射下で相が安定であった。照射温度573K以上では素地のオーステナイト相は変化しなかったが、素地中に微細な炭化物の析出が認められ,高温度では照射により析出物が促進されることが明らかになった。
    3. W,Vを添加した低放射化Fe-Cr-Mn(W,V)合金を電子線/ヘリウムで二重照射した結果、転位ループやボイド等の2次欠陥が形成され、次第にその密度が増大した。特に、高温照射の場合に、ボイドは転位線上に優先的に形成された。また、この鋼ではCr、Mnの粒界シンクにおける偏析は検出されず,照射誘起偏析が抑制されることが明らかになり、W、V添加効果が偏析抑制に有効であることが示唆された。
    4. Fe-Cr-Mn(W,V)合金を527-723Kで10dpaまで電子線照射した結果,(a)ボイドスエリング挙動は溶接熱影響部での耐照射特性は625K照射では優れた特性を示した。さらに高温度で照射すると微細なボイドが核形成し,ボイド抑制効果が顕著でなかった。
    5. 同合金をlOdpaまで照射した後の結晶粒界におけるCr、Niの偏析はW,Vの添加しないFe-Cr-Mn合金と比較し、その偏析量は少ないがNiの濃化とCrの枯渇が認められた。
    6. Fe-(13-16)Cr-(6.5-24.5)Mn-(0.02-0.2)C-0.2N-(0.3-0.5)Si合金について、熱処理及び電子線照射した結果、次のことが明らかになった。
    (a) 低Mn含有のマンガン合金鋼の単一γ相はCr、C、N濃度を制御することによって得られることが明らかにされた。
    (b) 本研究で開発された、15-16wt%Cr-15.5wt%Mn-(0.02-0.2)wt%C-0.2wt%N合金は、高強度で高い伸びを示す良好な機械的性質を有することが確認された。
    (c) ボイド核形成はCrとCの濃度が増大すると抑制され、Fe-16wtCr-15.5wt%Mn-0.2wt%C-0,2wt%N合金鋼では照射温度473-673Kで完全にボイド核形成が抑制された。
    日本学術振興会, 国際学術研究, 北海道大学, 09045042
  • イオン注入法による接合界面の組成・構造変化と接合特性に関する研究
    科学研究費助成事業
    1995年 - 1996年
    高橋 平七郎; 渡辺 精一; 木下 博嗣; 黒川 一哉; 大貫 惣明
    1.MoSi_2/Ti/グラファイト系接合:超高温材料の接合を可能にすると共に表面を改質する目的から、Ti箔を介在させMoSi_2とグラファイトを放電プラズマにより接合実験し、Ti薄膜を接合界面に介在させると界面でのSiC形成を抑制でき、曲げ特性、耐酸性共にの優れた特性の接合ができた。
    2.イオン注入過程での界面組織変化・制御:セラミックス(Al_2O_3),半導体Siに室温で種々のイオンを注入し,ステンレス鋼の粒界界面及び表面構造変化を調べた。各材料においてイオン注入過程で二次欠陥が発達した。中でも、Al_2O_3では注入量の増加に伴い、粒界・界面から非晶質化した。
    3.Mo/Si異種元素材料の界面制御:Mo/Si_2層物質を用いイオンミキシング実験を行い、2層界面の接合界面変化を観察すると共に、相互拡散過程を検討した。イオン照射過程で導入された点欠陥により、低温度で両元素の拡散が促進され、さらにイオンによる押し込み効果による照射促進拡散が起こりこれを利用し低温接合が可能である。
    4.Si/酸化膜界面構造と欠陥組織:Bイオンを酸化膜/Siの2層界面近傍に注入後の瞬間焼鈍した場合の欠陥分布とそれに及ぼす界面効果を検討した。その結果、界面に発生する応力場が欠陥の界面への拡散流入を促進させ、2次欠陥形成が抑制されることが認められ、界面はイオン注入で導入された点欠陥の優先的なシンクサイトであり、界面接合に対し重要な役割を有することが示唆された。
    以上、超高温材料の接合には耐熱金属を介在させプラズマ放電法により短時間に接合ができると共にイオン照射法により低温接合が可能である。今後、イオン注入法とプラズマ放電法を併用することにより広範囲の特殊材料の接合が可能である。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 07455251
  • 核融合炉用低放射化制御材料に関する基礎研究
    科学研究費助成事業
    1993年 - 1995年
    高橋 平七郎; GELLES David; GARNER Frank; 渡部 精一; 黒川 一哉; 大貫 惣明; EDWARDS D.J.; 木下 博嗣; EDWADS D.J.; DAVID S.Gell; FRANK A.Garn
    今年度は過去3年間の結果の考察と追加実験研究を行った。その結果、低放射化材料の開発に際し検討されるべき事項として、以下のようにまとめられた。
    1)Fe-Cr-Ni系鋼について、照射下で粒界におけるNiの顕著な偏析とCr濃度の低下を同定し、偏析と同時に粒界移動が起こり、これら現象は照射点欠陥の粒界への流入に支配されることを中性子照射および電子線照射実験から明らかにした。また、高速中性子照射により約50dpaで数%のスエリングが生ずることを観察した。これらのことから、改良型316ステンレス鋼は、国際熱核融合実験炉(ITER)のように短期的には照射量(30dpa程度)が少なく、放射化レベルも低い場合には低スエリングのため核融合炉構造材として使用可能である。
    2)各種低放射化オーステナイトFe-Cr-Mn系鋼を200℃で中性子照射後、機械的性質と合金組成の関係を調べ、Fe-10%Cr-(20-25)%Mn-3%AlおよびFe-10%Cr-30%Mn鋼が良好な性質を示し、また、Al添加により照射下における相安定性が向上することを明らかにした。また、Fe-Cr-Mn系改良AMCR合金鋼を高速中性子で420℃、520℃及び600℃で32-36dpaまで照射後、密度測定からスエリングを評価した結果、Fe-12%Cr-11%Mn-0.5%Si-1.4%Wに0.3%Cを添加した鋼が耐スエリング特性に優れているが、相安定性に欠けることを確認し、炭素添加がある程度スエリング抑制および相安定に効果的であることが判明した。以上の結果から、Fe-Cr-Mn系高マンガン鋼の場合は、電磁場、強度等の核融合炉の環境を考慮すると魅力ある材料である。しかし、第一壁材料の様に500℃以上の高温度に曝せれる場合は、相安定性の観点から不適と判断され、核融合、炉のバックアップ材など200℃以下の低温度での構造材料としてのみ利用可能と評価された。
    3)低放射化Fe-(9-12)Cr-2W鋼をFFTFで高速中性子照射後の機械的性質に及ぼすB、Y、Al添加の効果を調べ、スエリング非常に低く100dpaでも問題にならない程度であった。MoやMbに代わってWやV元素の添加により降伏強度や抗張力は十分維持できるが、DBTTが照射で上昇することが明らかにされた。従って、オーステナイト系ステンレス鋼に代わる第一壁材料あるいはブランケット構造材として低放射化フェライト鋼が実証炉等中期的には有望であるがDBTTを改善する必要する必要がある。これまでの実験から、機械的性質、耐照射特性を考慮するとFe-(9-12)%Cr-2%W鋼が最適と判断される。ただし、核変換で生成するヘリウムの靭性-脆性遷移温度(DETT)上昇が大きいためそのヘリウム効果の解決が重要であることが指摘された。
    4)低放射化材料として将来最も期待されている、バナジウム及びバナジウム合金の照射化の合金組成変化として、核変換(n,r)による組成変化が中性子照射により起こることを見い出し、特にバナジウムではCrおよびTiが生成することをEDS分析からはじめて明らかにした。現在、V-4Cr-4Ti合金が耐照射特性に優れている低放射化合金として有望視されてが、長期間の使用中に核変換でCr新たに生成されるため合金成分が変化し、その結果、材料特性が大きく影響される可能性が有ることが明かになり、今後この核変換元素の効果の更なる研究が必要であることが指摘された。
    5)照射現象に関する基礎的知見として、(a)Vと同様に核変換により、WがReさらにOs元素に変化する事が同定され、低放射化フェライト鋼に添加されているWがこの核変換でその性質が大きく影響されること、(b)電子線/Heイオン同時照射実験から、Heは原子空孔と強く相互作用し、空孔型積層欠陥四面体がボイド核生成サイトとなる。また、TiおよびPの微量添加によりスエリング、および粒界偏析が抑制されるが、ボイド数密度は増大すること、さらに(c)ステンレス鋼の粒界は照射中移動と濃度変化が起こり、粒界移動はエピタキシアル的に成長に起因する事を明らかにした。
    日本学術振興会, 国際学術研究, 北海道大学, 05044071
  • 過剰格子欠陥存在下での粒界近傍の溶質拡散ダイナミクス
    科学研究費補助金(奨励研究(A))
    1994年 - 1994年
    渡辺 精一
    高速増殖炉、軽水炉などの核分裂型原子炉や、将来実用化が期待される核融合炉における照射損傷は、炉材料の使用にあたり主要な問題点である。特に相安定性に関わる照射誘起偏析現象は、結晶粒界の溶質の偏析を通して照射脆化に結び付き、またボイド表面での偏析、母相での溶質濃度の変化からボイド形成に影響する可能性が指摘されている。現在までいくつかの偏析モデルが提唱されてきたが、実用材料を念頭とした照射研究に応用された例は少ない。本研究では計算コードを開発し、ステンレス鋼の粒界近傍における過剰点欠陥の容質拡散として照射誘起偏析の定量的予測を行なった。具体的には、本研究室所有の超電圧電子顕微鏡による1MeV電子線照射をおこない材料中(Fe-Cr-Ni)の2次欠陥の密度測定、粒界近傍の濃度分布分析、拡散係数等必要な物性値を見積もる。i)拡散方程式による計算照射下での連立した拡散方程式をたて、これを解くことにより各場所での元素の濃度の経時変化を調べる。この時各元素とさらに点欠陥(原子空孔と格子間原子)の濃度も併せて調べる。非線形の連立微分方程式を数値計算により解く。(逆)カ-ケンドール効果を取り入れた連立速度式によりFe-Cr-Ni合金の粒界近傍での照射誘起偏析のモデル計算を行った。本計算結果は超高圧電子顕微鏡(1MeV)を用いたシュミレーション実験より得られた照射量、温度、損傷速度の変化に伴う誘起偏析の変化と、濃度分布を概ね説明している。中性子照射などの高エネルギー粒子による照射でも、照射誘起偏析によりステンレス鋼の粒子近傍(<〜10^<-1>μm)でNiの濃度とCrの枯渇が起こると考えられる。より確実な相関則を得るためには,実験等による各種パラメータの確認が必要であることを明らかにした。
    文部科学省, 奨励研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 06750667
■ 産業財産権
  • ナノ結晶膜の製造方法
    特許権, 足立 修一郎; 北川 雅規; 渡辺 精一; ジェーム メルバート; ▲高▼橋 優樹; 水野 潤一, 株式会社レゾナック, 国立大学法人北海道大学
    特願2019-569627, 2019年02月01日
    特開2023-113610, 2023年08月16日
    特許第7719468号, 2025年07月29日
    202503011298309434
  • ナノ結晶膜の製造方法
    特許権, 足立 修一郎; 北川 雅規; 渡辺 精一; ジェーム メルバート; ▲高▼橋 優樹; 水野 潤一, 株式会社レゾナック, 国立大学法人北海道大学
    特願2019-569627, 2019年02月01日
    特開2023-104929, 2023年07月28日
    特許第7607293号, 2024年12月19日
    202503021273040150
  • 放射線の検知方法、放射線検知液体の製造方法、及び放射線検知デバイス
    特許権, 足立 修一郎; 野尻 剛; 渡辺 精一; 張 麗華; 村上 俊太郎, 株式会社レゾナック, 国立大学法人北海道大学
    特願2021-031480, 2021年03月01日
    特開2022-132807, 2022年09月13日
    特許第7555074号, 2024年09月12日
    202403012858973938
  • ナノ結晶膜の製造方法
    特許権, 足立 修一郎; 北川 雅規; 渡辺 精一; ジェーム メルバート; ▲高▼橋 優樹; 水野 潤一, 株式会社レゾナック, 国立大学法人北海道大学
    JP2019003749, 2019年02月01日
    特許第7329798号, 2023年08月10日
    202303010475690487
  • ナノ結晶の製造方法、及び半導体デバイスの製造方法
    特許権, 足立 修一郎; 北川 雅規; 渡辺 精一; ジェーム メルバート; 西野 史香; ▲高▼橋 優樹, 昭和電工マテリアルズ株式会社, 国立大学法人北海道大学
    JP2017042884, 2017年11月29日
    特許第7029126号, 2022年02月22日
    202203018893969068
  • ナノ結晶の製造方法、及び鋼の製造方法
    特許権, 足立 修一郎; 北川 雅規; 渡辺 精一; 張 麗華; 沖中 憲之; 高井 大, 昭和電工マテリアルズ株式会社, 国立大学法人北海道大学
    JP2017030585, 2017年08月25日
    特許第6989875号, 2021年12月07日
    202203001677964582
  • 機能水の製造方法及び機能水生成器
    特許権, 足立 修一郎; 北川 雅規; 渡辺 精一; 張 麗華; 村上 俊太郎; ▲高▼橋 優樹, 昭和電工マテリアルズ株式会社, 国立大学法人北海道大学
    JP2019008436, 2019年03月04日
    WO2020-059171, 2020年03月26日
    202103009587190697
  • ナノ結晶膜の製造方法
    特許権, 足立 修一郎; 北川 雅規; 渡辺 精一; ジェーム メルバート; ▲高▼橋 優樹; 水野 潤一, 昭和電工マテリアルズ株式会社, 国立大学法人北海道大学
    JP2019003749, 2019年02月01日
    WO/2019/151508
    WO2019-151508, 2019年08月08日
    202103014466892108
  • 光電変換方法、及び光電変換デバイス
    特許権, 足立 修一郎; 北川 雅規; 渡辺 精一; ジェーム メルバート; 高▼橋 優樹; 平岩 健聖, 日立化成株式会社, 国立大学法人北海道大学
    特願2018-016753, 2018年02月01日
    特開2019-134117, 2019年08月08日
    201903017522168770
  • 合金部材、該合金部材の製造方法、および該合金部材を用いた製造物
    特許権, 藤枝 正; 広田 守; 桑原 孝介; 青田 欣也; 加藤 隆彦; 千葉 晶彦; 小泉 雄一郎; 山中 謙太; 渡辺 精一, 日立金属株式会社
    特願2017-566508, 2016年10月25日
    特許第6493568号, 2019年03月15日
    201903005875414725
  • 水素の検知方法、及び水素検知デバイス
    特許権, 足立 修一郎; 北川 雅規; 渡辺 精一; 村上 俊太郎, 日立化成株式会社, 国立大学法人北海道大学
    特願2017-017835, 2017年02月02日
    特開2018-124211, 2018年08月09日
    201803019053610925
  • 水素ガスの製造方法、及び鋼の製造方法
    特許権, 足立 修一郎; 北川 雅規; 渡辺 精一; 張 麗華; 沖中 憲之; 高井 大, 日立化成株式会社, 国立大学法人北海道大学
    JP2017030579, 2017年08月25日
    WO2018-043348, 2018年03月08日
    201903003592355070
  • ナノ結晶の製造方法、及び鋼の製造方法
    特許権, 足立 修一郎; 北川 雅規; 渡辺 精一; 張 麗華; 沖中 憲之; 高井 大, 日立化成株式会社, 国立大学法人北海道大学
    JP2017030585, 2017年08月25日
    WO2018-043351, 2018年03月08日
    201903008712488038
  • 合金部材、該合金部材の製造方法、および該合金部材を用いた製造物
    特許権, 藤枝 正; 広田 守; 桑原 孝介; 青田 欣也; 加藤 隆彦; 千葉 晶彦; 小泉 雄一郎; 山中 謙太; 渡辺 精一, 日立金属株式会社
    JP2016081566, 2016年10月25日
    WO2017-138191, 2017年08月17日
    201903012224107243
  • 鉄鋼材料の表面処理方法
    特許権, 名越 正泰; 佐藤 馨; 渡辺 精一; 吉田 壮貴, JFEスチール株式会社
    特願2012-038554, 2012年02月24日
    特開2013-173977, 2013年09月05日
    特許第5978650号
    201603000510461690
  • 表面処理鋼板の製造方法
    特許権, 馬場 和彦; 名越 正泰; 大塚 真司; 渡辺 精一; 吉田 壮貴, JFEスチール株式会社
    特願2012-038559, 2012年02月24日
    特開2013-173979, 2013年09月05日
    特許第5891845号
    201603000377469039
  • 亜鉛めっき鋼板の製造方法及び亜鉛めっき鋼板
    特許権, 名越 正泰; 馬場 和彦; 野呂 寿人; 渡辺 精一; 吉田 壮貴, JFEスチール株式会社
    特願2012-038558, 2012年02月24日
    特開2013-173978, 2013年09月05日
    特許第5874437号
    201603009516097114
  • 金属材料の表面処理方法
    特許権, 名越 正泰; 佐藤 馨; 馬場 和彦; 野呂 寿人; 渡辺 精一; 吉田 壮貴, JFEスチール株式会社
    特願2014-500932, 2013年02月21日
    特許第5835455号
    201603006205222846
  • 金属材料、金属材料の製造方法、金属材料を基材とした撥水材料の製造方法、金属材料の製造装置、および金属材料の製造方法
    特許権, 名越 正泰; 佐藤 馨; 野呂 寿人; 馬場 和彦; 渡辺 精一; 吉田 壮貴, JFEスチール株式会社
    特願2014-500933, 2013年02月21日
    特許第5817907号
    201503002016756764
  • 3次元表面構造を有する炭素材料
    特許権, 加藤 隆彦; 吉田 誠人; 足立 修一郎; 住谷 圭二; 渡辺 精一, 株式会社日立製作所
    特願2012-022269, 2012年02月03日
    特開2013-159519, 2013年08月19日
    特許第5797125号
    201503005928938331
  • 表面処理金属材料の製造方法
    特許権, 名越 正泰; 佐藤 馨; 渡辺 精一; 吉田 壮貴, JFEスチール株式会社
    特願2010-262208, 2010年11月25日
    特開2012-111998, 2012年06月14日
    特許第5696447号
    201503066845263543
  • レーザー誘起表面ナノ配列構造の作製方法及びそれを用いて作製したデバイス構造
    特許権, 加藤 隆彦; 渡辺 精一; 谷津 茂男; 萱島 知; 西口 規彦; 三澤 弘明; 朝倉 清高, 株式会社日立製作所
    特願2009-125233, 2009年05月25日
    特開2010-269435, 2010年12月02日
    特許第5674285号
    201503098763728849
  • ナノピラー及びその形成方法並びに当該ナノピラーを用いた接合材料、電池、炭酸ガス回収・貯留装置及び電力変換機器用モジュール
    特許権, 加藤 隆彦; 渡辺 精一; 岩崎 富生; 宝蔵寺 裕之, 株式会社日立製作所
    特願2013-013905, 2013年01月29日
    特開2014-145105, 2014年08月14日
    201403023804776325
  • 表面改質された導電性材料の製造方法
    特許権, 名越 正泰; 佐藤 馨; 渡辺 精一; 吉田 壮貴, JFEスチール株式会社
    特願2010-189962, 2010年08月26日
    特開2012-045489, 2012年03月08日
    特許第5569259号
    201403088927634759
  • Cu−Al−Co系合金の電極・配線を具備した電子部品及びCu−Al−Co系合金の電極・配線用材料ならびにそれを用いた電極・配線用ペースト材料
    特許権, 加藤 隆彦; 内藤 孝; 山本 浩貴; 青柳 拓也; 渡辺 精一; 三浦 誠司; 坂口 紀史; 青島 一貴; 大久保 賢二, 株式会社日立製作所
    特願2011-508252, 2010年04月08日
    特許第5474936号
    201403043265443342
  • 亜鉛めっき鋼板の製造方法及び亜鉛めっき鋼板
    特許権, 名越 正泰; 馬場 和彦; 野呂 寿人; 渡辺 精一; 吉田 壮貴, JFEスチール株式会社
    特願2012-038558, 2012年02月24日
    特開2013-173978, 2013年09月05日
    201303008842750635
  • 金属材料の表面処理方法および金属材料
    特許権, 名越 正泰; 佐藤 馨; 渡辺 精一; 吉田 壮貴, JFEスチール株式会社
    特願2012-038554, 2012年02月24日
    特開2013-173977, 2013年09月05日
    201303016516320267
  • 表面処理鋼板の製造方法
    特許権, 馬場 和彦; 名越 正泰; 大塚 真司; 渡辺 精一; 吉田 壮貴, JFEスチール株式会社
    特願2012-038559, 2012年02月24日
    特開2013-173979, 2013年09月05日
    201303067731958446
  • 金属材料、表面処理方法及び装置
    特許権, 名越 正泰; 佐藤 馨; 野呂 寿人; 馬場 和彦; 渡辺 精一; 吉田 壮貴, JFEスチール株式会社
    JP2013054413, 2013年02月21日
    WO2013-125658, 2013年08月29日
    201503001305883980
  • 金属材料の表面処理方法、および金属材料
    特許権, 名越 正泰; 佐藤 馨; 馬場 和彦; 野呂 寿人; 渡辺 精一; 吉田 壮貴, JFEスチール株式会社
    JP2013054412, 2013年02月21日
    WO2013-125657, 2013年08月29日
    201503001487256714
  • 3次元表面構造を有する炭素材料
    特許権, 加藤 隆彦; 吉田 誠人; 足立 修一郎; 住谷 圭二; 渡辺 精一, 株式会社日立製作所
    特願2012-022269, 2012年02月03日
    特開2013-159519, 2013年08月19日
    201303047793945013
  • 導体微粒子を製造する方法
    特許権, 渡辺 精一; 鳥谷部 祐; 谷津 茂男; 柴山 環樹; 水野 忠彦, 環境エンジニアリング株式会社
    特願2008-558014, 2008年02月15日
    特許第5254811号
    201303009226200636
  • 粒界制御型耐照射性SUS316相当鋼およびその製造方法
    特許権, 山下 真一郎; 矢野 康英; 渡辺 精一; 坂口 紀史; 谷川 隆亮; 粉川 博之; 宮城 雅徳; 佐藤 信也, 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 国立大学法人北海道大学, 国立大学法人東北大学
    特願2008-024422, 2008年02月04日
    特開2009-185313, 2009年08月20日
    特許第5205577号
    201303001474036469
  • 表面処理金属材料の製造方法
    特許権, 名越 正泰; 佐藤 馨; 渡辺 精一; 吉田 壮貴, JFEスチール株式会社, 国立大学法人北海道大学
    特願2010-262208, 2010年11月25日
    特開2012-111998, 2012年06月14日
    201203085475163482
  • レーザー誘起表面層を有する3次元構造体及びその製造方法
    特許権, 加藤 隆彦; 渡辺 精一; 吉田 裕, 株式会社日立製作所, 国立大学法人北海道大学
    特願2010-190345, 2010年08月27日
    特開2012-045672, 2012年03月08日
    201203002348897008
  • 表面改質された導電性材料の製造方法
    特許権, 名越 正泰; 佐藤 馨; 渡辺 精一; 吉田 壮貴, JFEスチール株式会社
    特願2010-189962, 2010年08月26日
    特開2012-045489, 2012年03月08日
    201203084496267605
  • レーザー誘起表面ナノ配列構造の作製方法及びそれを用いて作製したデバイス構造
    特許権, 加藤 隆彦; 渡辺 精一; 谷津 茂男; 萱島 知; 西口 規彦; 三澤 弘明; 朝倉 清高, 株式会社日立製作所, 国立大学法人北海道大学
    特願2009-125233, 2009年05月25日
    特開2010-269435, 2010年12月02日
    201003078597366944
  • 機能性ステンレスナノボール及びステンレスナノボール触媒
    特許権, 渡辺 精一; 谷津 茂男; 坂口 紀史; 高橋 正志; 佐々木 仁, 国立大学法人北海道大学, 合同会社札幌NBT
    特願2009-094442, 2009年04月08日
    特開2010-242193, 2010年10月28日
    201003084898770872
  • 粒界制御型耐照射性SUS316相当鋼およびその製造方法
    特許権, 山下 真一郎; 矢野 康英; 渡辺 精一; 坂口 紀史; 谷川 隆亮; 粉川 博之; 宮城 雅徳; 佐藤 信也, 独立行政法人 日本原子力研究開発機構, 渡辺 精一, 粉川 博之
    特願2008-024422, 2008年02月04日
    特開2009-185313, 2009年08月20日
    200903066471976136
  • 細孔を有する金多孔質体およびその製造方法
    特許権, 三浦 誠司; 渡辺 精一; 須田 孝徳; 毛利 哲夫; 大久保 賢二, 国立大学法人 北海道大学
    特願2006-103364, 2006年04月04日
    特開2007-277613, 2007年10月25日
    200903011949560047
  • 導体微粒子を製造する方法
    特許権, 渡辺精一; 鳥谷部裕; 谷津茂男; 柴山環樹; 水野忠彦
    PCT/JP2008/000240
    WO/2008/099618
    EP2008710394
  • 導体微粒子を製造する方法
    特許権, 渡辺精一; 鳥谷部裕; 谷津茂男; 柴山環樹; 水野忠彦
    PCT/JP2008/000240
    WO/2008/099618
    US08343253
  • Ｃｕ−Ａｌ−Ｃｏ系合金の電極・配線を具備した電子部品
    特許権, 加藤隆彦; 内藤孝; 山本浩貴; 青柳拓也; 渡辺精一; 三浦誠司; 坂口紀史; 青島一貴; 大久保賢二
    PCT/JP2010/002573
    WO/2010/116746
    US08790549
  • レーザー誘起表面ナノ配列構造の作製方法及びそれを用いて作製したデバイス構造
    特許権, 加藤隆彦; 渡辺精一; 谷津茂男; 萱島 知; 西口規彦; 三澤弘明; 朝倉清高
    PCT/JP2010/003491
    WO/2010/137297
  • レーザー誘起表面層を有する３次元構造体及びその製造方法
    特許権, 加藤隆彦; 渡辺精一; 吉田 裕
    PCT/JP2011/068552
    WO/2012/026359
  • 表面改質された導電性材料の製造方法
    特許権, 名越正泰; 佐藤 馨; 渡辺精一; 吉田壮貴
    PCT/JP2011/069974
    WO/2012/026624
    US09034148
  • 表面処理金属材料の製造方法
    特許権, 名越正泰; 佐藤 馨; 渡辺精一; 吉田壮貴
    PCT/JP2011/077735
    WO/2012/070687
    EP2011843018
  • 表面処理金属材料の製造方法
    特許権, 名越正泰; 佐藤 馨; 渡辺精一; 吉田壮貴
    PCT/JP2011/077735
    WO/2012/070687
    US13988848
  • ナノピラー及びその形成方法並びに当該ナノピラーを用いた接合材料、電池、炭酸ガス回収・貯留装置及び電力変換機器用モジュール
    特許権, 加藤隆彦; 渡辺精一; 岩崎富生; 宝蔵寺裕之
    PCT/JP2014/051064
    WO/2014/119421
  • ナノ結晶の製造方法、及び鋼の製造方法
    特許権, 足立修一郎; 北川雅規; 渡辺精一; 張麗華; 沖中憲之; 高井大
    PCT/JP2017/030585
    WO/2018/043351
  • 水素ガスの製造方法、及び鋼の製造方法
    特許権, 足立修一郎; 北川雅規; 渡辺精一; 張麗華; 沖中憲之; 高井大
    PCT/JP2017/030579
    WO/2018/043348
  • 合金部材、該合金部材の製造方法、および該合金部材を用いた製造物
    特許権, 藤枝 正; 広田 守; 桑原 孝介; 青田 欣也; 加藤 隆彦; 千葉 晶彦; 小泉 雄一郎; 山中 謙太; 渡辺 精一
    PCT/JP2016/081566
    WO/2017/138191
  • 水素ガスの製造方法、及び半導体デバイスの製造方法
    特許権, 足立修一郎; 北川雅規; 渡辺精一; ジーム メルバート; 西野史香; 高橋優樹
    PCT/JP2017/042879
    WO/2018/135144
  • 水素の検知方法、及び水素検知デバイス
    特許権, 足立修一郎; 北川雅規; 渡辺精一; ジーム メルバート; 西野史香; 高橋優樹
    PCT/JP2017/042884
    WO/2018/135145

研究シーズ集

■ 研究シーズ