致遠(yuǎn)理工科學(xué)術(shù)頭條分享：每周為你精選、總結(jié)近兩周日本院校、教授、研究室有關(guān)計(jì)算機(jī)、電子電氣、機(jī)械學(xué)等專業(yè)的精選新聞，帶你把握各院校研究室的前沿動(dòng)態(tài)，幫助大家更好完成研究計(jì)劃書以及把握備考方向~由于關(guān)注方向有限，難免存在疏漏，歡迎留言補(bǔ)充～

本周院校：

·東京大學(xué)理學(xué)研究科

·東京工業(yè)大學(xué)工學(xué)院

·大阪大學(xué)理學(xué)研究科工學(xué)系

·九州大學(xué)工學(xué)府

·九州大學(xué)工學(xué)研究科

·東京工業(yè)大學(xué) 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)成研究院

01

東京大學(xué)理學(xué)研究科

東京工業(yè)大學(xué)工學(xué)院

量子漩渦，數(shù)一數(shù)！-利用金剛石量子傳感器進(jìn)行超導(dǎo)研究的新方法

東京大學(xué)大學(xué)院理學(xué)系研究科的大學(xué)院生西村俊亮、大學(xué)院生小林拓、助教佐々木健人、小林研介教授和東京工業(yè)大學(xué)工學(xué)院的大學(xué)院生辻赳行、巖﨑孝之準(zhǔn)教授、波多野睦子教授聯(lián)合的課題組使用金剛石量子傳感器成功地在寬視場(chǎng)內(nèi)對(duì)超導(dǎo)體中的量子渦旋進(jìn)行了成像（可視化）。

超導(dǎo)體中的量子渦旋是宏觀量子現(xiàn)象的表現(xiàn)，同時(shí)為理解超導(dǎo)體的性質(zhì)提供了重要信息。如今各種技術(shù)已應(yīng)用于此可視化。在這項(xiàng)研究中，首次利用金剛石量子傳感器的新技術(shù)成功地對(duì)超導(dǎo)薄膜中的量子渦旋產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行了寬視場(chǎng)高精度成像。

除了設(shè)計(jì)金剛石量子傳感器基板的制造方法外，還開發(fā)了一種新的分析方法來減少其不均勻性的影響，并研究了 YBa2Cu3O7?δ?（YBCO)?薄膜中的量子密度，YBa2Cu3O7?δ?（YBCO)?是量子點(diǎn)之一。

氧化銅高溫超導(dǎo)體對(duì)不同溫度和磁場(chǎng)下的渦流進(jìn)行了成像。通過同時(shí)觀察許多量子渦旋對(duì)其進(jìn)行一一檢查，高精度地證明了量子渦旋的磁通量是量子化的。

此外，獲得的量子渦旋的形狀與理論模型一致，磁場(chǎng)穿透深度的行為與常規(guī)結(jié)果一致，證明了所開發(fā)技術(shù)的準(zhǔn)確性和廣泛的適用性。

成功論證的寬視場(chǎng)成像技術(shù)即使在寬溫、磁場(chǎng)、高壓等極端環(huán)境下也能發(fā)揮作用。未來，將開發(fā)新型超導(dǎo)體，例如將其應(yīng)用于高壓高溫超導(dǎo)體中。

https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/10020/

02

大阪大學(xué)理學(xué)研究科工學(xué)系

成功利用石墨烯有效篩選燃料分子

在依賴于使用甲醇或甲酸進(jìn)行質(zhì)子轉(zhuǎn)移的燃料電池技術(shù)中，石墨烯片被用作質(zhì)子交換膜，通過在其上開小孔并對(duì)孔周圍的區(qū)域進(jìn)行化學(xué)改性，使其體積龐大，成功開發(fā)了一種防止電催化劑通過并抑制電極催化劑失活的技術(shù)。

為了實(shí)現(xiàn)碳中和，人們?cè)絹碓叫枰_發(fā)直接甲醇/甲酸燃料電池技術(shù)，該技術(shù)使用甲醇和甲酸作為合成燃料發(fā)電。它們通過質(zhì)子轉(zhuǎn)移發(fā)電，但對(duì)于傳統(tǒng)的質(zhì)子交換膜，燃料分子本身也在電極之間移動(dòng)并被不必要的氧化，導(dǎo)致“交叉現(xiàn)象”，使電極催化劑失活。

在這項(xiàng)研究中，大阪大學(xué)的課題組開發(fā)了一種在石墨烯片上有 5-10 nm 孔的新型質(zhì)子交換膜，并用磺?；倌軋F(tuán)對(duì)孔周圍的區(qū)域進(jìn)行了化學(xué)修飾，使其體積龐大。在世界上首次成功地通過阻斷甲醇和甲酸分子的通過來抑制交叉現(xiàn)象。

到目前為止，諸如使膜變厚或夾入二維材料等方法已被用來抑制燃料分子的運(yùn)動(dòng)。然而，這些也會(huì)降低質(zhì)子傳導(dǎo)性。因此，這一次，研究了一種通過電滲阻力和空間位阻抑制燃料分子運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與市售的 Nafion 膜相比，這種硫烷基改性的多孔石墨烯膜很大程度上保持了燃料電池所需的質(zhì)子傳導(dǎo)性，同時(shí)顯著抑制了電極失活。

人們認(rèn)為，簡(jiǎn)單地將這種膜附著在傳統(tǒng)的質(zhì)子交換膜上就可以抑制交叉現(xiàn)象，這項(xiàng)研究的結(jié)果有望使直接燃料電池成為除氫燃料電池之外的新選擇。

https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2023/20230913_2

03

九州大學(xué)工學(xué)府

全球首次開發(fā)并演示了非常規(guī)質(zhì)子導(dǎo)體的高效搜索方法-計(jì)算、數(shù)據(jù)科學(xué)和實(shí)驗(yàn)有機(jī)融合的新材料設(shè)計(jì)指南

九州大學(xué)エネルギー研究教育機(jī)構(gòu)（Q-PIT）、稲盛フロンティア研究中心和大學(xué)院工學(xué)府材料物性工學(xué)専攻修士課程的清水雄太氏、兵頭潤次特任助教、山崎仁丈教授的研究課題組用計(jì)算和數(shù)據(jù)科學(xué)創(chuàng)建了質(zhì)子傳導(dǎo)氧化物的設(shè)計(jì)指南，創(chuàng)建了一次性實(shí)驗(yàn)，成功合成了多種非常規(guī)質(zhì)子傳導(dǎo)氧化物。

通過使用該材料設(shè)計(jì)指南，預(yù)計(jì)質(zhì)子傳導(dǎo)氧化物和使用它們的固體氧化物燃料電池（SOFC）的開發(fā)將取得重大進(jìn)展。此外，通過將開發(fā)的搜索方法應(yīng)用于其他材料，將加速創(chuàng)新材料在各個(gè)領(lǐng)域的開發(fā)。

使用質(zhì)子傳導(dǎo)氧化物開發(fā)SOFC是實(shí)現(xiàn)氫社會(huì)的重要挑戰(zhàn)之一。大多數(shù)已知的質(zhì)子傳導(dǎo)氧化物具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)，具有其他晶體結(jié)構(gòu)的化合物尚未得到廣泛探索。

原因之一是需要大量的受主元素（摻雜劑）組合才能將水蒸氣（質(zhì)子）納入材料中。這是材料探索中的一個(gè)常見挑戰(zhàn)，但到目前為止，很難從無數(shù)候選材料中提取出少數(shù)有前景的材料。

通過使用高通量材料科學(xué)模擬和物理可解釋的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，該研究小組將選擇基礎(chǔ)化合物和摻雜劑的適當(dāng)組合，并制定將質(zhì)子引入材料的材料設(shè)計(jì)指南。

基于該設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，Pb 摻雜 Bi 12 SiO 20和 Sr 摻雜 Bi 4當(dāng)選擇Ge 3 O 12時(shí)，每一種都在一次嘗試中成功合成，并且都被實(shí)驗(yàn)證明是新型質(zhì)子傳導(dǎo)氧化物。

特別是，前者是世界上第一個(gè)質(zhì)子傳導(dǎo)氧化物，既是具有西雷沸石結(jié)構(gòu)的化合物，又是僅由第14族和第15族陽離子組成的化合物?？梢哉f，這項(xiàng)工作為尋找質(zhì)子導(dǎo)體開辟了新的前沿。

這項(xiàng)研究得到了JST戰(zhàn)略創(chuàng)意研究促進(jìn)項(xiàng)目CREST、科學(xué)研究補(bǔ)助金、東京大學(xué)固體物理研究所超級(jí)計(jì)算機(jī)共享使用和富岳成果的支持創(chuàng)造加速計(jì)劃（電池問題、物理化學(xué)項(xiàng)目）和九州大學(xué)能源研究所模塊研究計(jì)劃。

該研究成果于日本時(shí)間2023年9月12日星期二在線發(fā)表在John Wiley & Sons的國際學(xué)術(shù)期刊《Advanced Energy Materials》上。

04

九州大學(xué)工學(xué)研究科

實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的碳減排：綠色塑料供應(yīng)鏈-適當(dāng)使用生物材料和再生材料以及更有效的塑料回收

九州大學(xué)的アンドリューチャップマン準(zhǔn)教授（カーボンニュートラル?エネルギー國際研究所）和Sotas株式會(huì)社的共同研究。在這項(xiàng)研究中，使用成本/碳減排潛力、質(zhì)量和可回收性等多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查了轉(zhuǎn)向再生塑料和生物塑料的碳減排成本。

結(jié)果表明，制造商和消費(fèi)者對(duì)質(zhì)量的需求和認(rèn)知很重要，根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重不同，可以獲得不同的結(jié)果。

在日本，超過 70% 的收集塑料經(jīng)過熱回收，其中大部分來自產(chǎn)品的過度包裝。鑒于目前的情況，減少不斷增加的二氧化碳排放源還有空間。

此外，發(fā)現(xiàn)一些消費(fèi)者愿意為環(huán)境效益更高的產(chǎn)品支付溢價(jià)，仔細(xì)的政策審查將有助于塑料制造商滿足消費(fèi)者的需求，同時(shí)確保塑料制造商能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。

該研究結(jié)果于2023年9月4日發(fā)表在國際期刊《Sustainability》上。

https://www.kyushu-u.ac.jp/ja/researches/view/970

05

東京工業(yè)大學(xué) 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)成研究院

將糖引入共價(jià)有機(jī)骨架，打造150℃左右余熱固體蓄熱材料，解決傳統(tǒng)過冷問題

-環(huán)境影響低、僅由豐富的輕元素組成的下一代固體蓄熱材料

東京工業(yè)大學(xué) 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)成研究院 ゼロカーボンエネルギー研究所的村上陽一教授的課題組，通過引入共價(jià)有機(jī)骨架，即納米多孔材料，創(chuàng)造了一種可在150℃左右溫度下使用的固體儲(chǔ)熱材料，并解決了與儲(chǔ)熱材料相關(guān)的各種問題。迄今為止尚未解決的糖醇問題。

糖醇價(jià)格便宜、安全、豐富且對(duì)環(huán)境影響較小，但其冰點(diǎn)（提取熱量的溫度）比熔點(diǎn)（儲(chǔ)存熱量的溫度）低約 50 至 100°C，并且它們凝結(jié)的溫度是隨機(jī)的。

存在一個(gè)問題，即很難預(yù)測(cè)可以提取熱量的溫度（=過冷問題）。根據(jù)“溫度越高，熱能質(zhì)量越高”的原理，這種“強(qiáng)過冷”會(huì)顯著惡化儲(chǔ)存熱能的質(zhì)量。這是一個(gè)需要解決的問題。

此外，許多相變儲(chǔ)熱材料的一個(gè)常見問題是它們?cè)谌埸c(diǎn)時(shí)失去形狀（它們失去顆粒形狀并在凝固后變成大塊），這不僅是處理方面的問題，而且在性能方面也存在問題。熱量從材料內(nèi)部散失到表面。這也是一個(gè)問題，因?yàn)樗黾恿藗鲗?dǎo)距離并減慢了熱交換。

為了解決這個(gè)長期存在的問題，提出了用甘露醇（一種糖醇）浸漬具有共價(jià)有機(jī)骨架的結(jié)晶粉末的想法，創(chuàng)造了新一代固體蓄熱材料，無資源限制，對(duì)環(huán)境影響小。

結(jié)果，之前未解決的糖醇過冷問題得到了解決，并創(chuàng)造了一種創(chuàng)新的固體儲(chǔ)熱材料，該材料不會(huì)降低儲(chǔ)存熱能的質(zhì)量。這一結(jié)果有助于廢熱的先進(jìn)利用，從而有助于減少社會(huì)的CO 2排放。

此外，由于共價(jià)有機(jī)骨架的類型有無限多種，這一結(jié)果預(yù)示著一個(gè)具有進(jìn)一步發(fā)展?jié)摿Φ幕靖拍畹膭?chuàng)建。該成果于8月14日在線發(fā)表在英國皇家化學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)期刊《Materials Horizons 》上。

https://www.titech.ac.jp/news/2023/067454

以上就是今天給大家整理翻譯的在8月14日-9月12日期間的日本理工研究相關(guān)新聞動(dòng)態(tài)，希望可以幫助小伙伴們快速了解日本理工研究的最新動(dòng)態(tài)，我們下期見！