NAMRI/SME、第45回NAMRCで製造研究のブレークスルーを表彰

North American Manufacturing Research Institution of SME（NAMRI/SME）が主催する年次North American Manufacturing Research Conference（NAMRC）で、製造分野の学術関係者が、その貢献、寄与、卓越した製造研究で表彰されました。今年の第45回大会はUniversity of Southern Californiaがロサンゼルスで主催しました。

年次授賞式では、研究者、学生、業界プロフェッショナルに21の賞が授与されました。NAMRCは、製造と設計における応用研究と産業応用の最高峰国際フォーラムです。NAMRI/SMEは、世界中の研究者を結集し、離散部品製造の科学的基盤の発展を目的としています。

「製造業は、可能性の限界を押し広げる研究によって推進される、例外的な機会の産業です」と、NAMRI/SME会長のDean Bartles博士（PhD, FSME）。「今日表彰された方々は、今後数十年にわたり違いを生み出す形で、その研究と我々の産業を前進させています。」

2017年NAMRI/SME受賞者には以下が含まれます：

• NAMRI/SME S.M. Wu Research Implementation Award：Ajay Malshe博士（PhD）、アーカンソー州立大学/NanoMech Inc.（アーカンソー州スプリングデール）
• NAMRI/SME Outstanding Lifetime Service Award：Neil Duffie博士（PhD, FSME, CMfgE, PE）、ウィスコンシン大学マディソン校（ウィスコンシン州マディソン）

NAMRI/SME Outstanding Paper Awardは以下の3論文に授与されました：

• 「5軸工作機械の熱誤差補償のための適応学習制御」
• 「工具状態予後のためのバーチャル・センシングベース拡張粒子フィルタ」
• 「ステレオリソグラフィーのための高除去性水サポート」

National Science Foundationの助成による、初のNAMRI/SME David Dornfeld Manufacturing Vision AwardとBlue Sky Competitionも、今年のNAMRCで授与されました。David Dornfeld Manufacturing Vision Awardは、プログラム委員会が決定した最優秀発表に贈られる、真に先見性のある研究と教育の概念を奨励するものです。

「製造業は米国の全民間研究開発の4分の3以上を占めています」と、ノースカロライナ大学シャーロット校教授でNAMRI/SME元会長のScott Smith博士（PhD, FSME）。「このコンペティションは、製造業の未来の限界を押し広げる、根源的で挑戦的なアイデアを求めています。」

National Science Foundationの助成により、初回コンペティションのアブストラクトは、会議での特別「Blue Sky Ideas」トラックの一部でした。投稿は、既存の前提にどれだけ挑戦し、分野の可能性と地平をどれだけ広げるかに基づいて委員会が審査しました。

初回NAMRI/SME Dornfeld Manufacturing Vision Awardは、故カリフォルニア大学バークレー校教授にちなんで命名され、持続可能な製造とスマート・マニュファクチャリングの世界的リーダーと見なされ、製造コミュニティ内での卓越したビジョンとリーダーシップを表彰するものです。「SMEフェローであり元理事、NAMRC創設者でもあるDornfeld教授を表彰できることを光栄に思います」とSmith氏。「彼の遺産は、未来の産業パイオニアと、産業発展への彼らのコミットメントの中に生き続けるでしょう。」

この賞は、Tony Schmitz博士（PhD, FSME）、ノースカロライナ大学シャーロット校に授与されました。発表テーマは「生物模倣製造」。次世代製造イノベーションは、生産環境で生物システムを模倣することによって、部分的に可能になります。発表でSchmitz氏は、生物模倣製造分野の新しい研究を概説しました。

Don Lucca博士（PhD, FSME, CMfgE）、オクラホマ州立大学 Regents Professor 兼 先進材料Herrington Chairが、NAMRI/SME Founders Lecture「超精密加工への道」を行いました。

NAMRC 46は、2018年6月18〜22日、テキサスA&M大学（テキサス州カレッジ・ステーション）で開催予定です。

レーザー技術で木材からグラフェンを作製

Rice University（ヒューストン）の科学者チームが、木材の表面をグラフェン化することで、木材を電気伝導体に変えることに成功しました。

Rice大学の化学者James Tour氏率いる研究チームは、レーザーを使って松のブロックに薄いフィルム・パターンを黒く焼き付けました。このパターンはレーザー誘起グラフェン（LIG）で、2014年にRiceで発見された原子厚の炭素材料の一形態です。

「古来の素材と最新のナノ材料が、単一の複合構造に融合されました」とTour氏は声明で述べています。この材料は生分解性エレクトロニクスに使用可能です。発見の詳細は今月、Advanced Materials誌に掲載（https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201702211/full）。従来のLIGは、安価なプラスチックであるポリイミドのシートをレーザーで加熱して作られていました。平らな六方最密充填炭素原子シートではなく、LIGはグラフェン・シートの泡状構造で、一辺が基板に接し、化学的に活性なエッジが空気に露出しています。

どのポリイミドでもLIGが生成されるわけではないとTour氏。Rice大学院生のRuquan Ye氏とYieu Chyan氏率いる研究チームは、樺とオークを試しましたが、松の架橋リグノセルロース構造が、リグニン含有量の少ない木材よりも高品質グラフェン生成に適していることを発見。リグニンは木材の細胞壁を形成する複雑な有機高分子です。

Ye氏によると、木材をグラフェン化することで、ポリイミド以外の素材からLIGを合成する新たな道が開けます。「立体グラフェン印刷など一部の用途では、ポリイミドは理想的な基板ではない可能性があります」と氏。「さらに、木材は豊富で再生可能です。」

ポリイミドと同様、プロセスは標準的な産業用レーザーで、室温・常圧、不活性アルゴンまたは水素雰囲気下で進行。酸素がないため、レーザーの熱で松が燃えるのではなく、表面がグラフェンのしわのあるフレークに変換され、木材表面に泡状に結合します。レーザー出力を変えると、生成LIGの化学組成と熱安定性も変化。70%出力で最高品質の「P-LIG」（Pは「pine＝松」の意）が得られました。

研究室は発見をさらに進め、P-LIGを水を水素と酸素に分解する電極と、エネルギー貯蔵用スーパーキャパシタに転用。前者では、コバルトとリン、またはニッケルと鉄の層をP-LIGに堆積させ、高表面積を持つ一対の電気触媒を作製し、耐久性と有効性を実証。

P-LIGにポリアニリンを堆積させると、実用的な性能指標を持つエネルギー貯蔵スーパーキャパシタになりました。「探求すべき用途はさらにあります」とYe氏。「例えば、光合成のための太陽エネルギー統合にP-LIGを使用できるかもしれません。この発見が、天然資源をより機能的な材料にエンジニアリングする方法について、科学者たちに考えるきっかけになると信じています。」このプロセスは生分解性エレクトロニクスも創出します。

共著者は、Rice大学院生のJibo ZhangとYilun Li、Riceで名誉職を持ち北京航空航天大学大学院生のXiao Han、Rice研究科学者のCarter Kittrell。Tour氏はT.T. and W.F. Chao Chair in Chemistry、およびコンピュータ・サイエンス、材料科学、ナノ工学の教授。

Air Force Office of Scientific Research Multidisciplinary University Research Initiativeと、NSF Nanosystems Engineering Research Center for Nanotechnology-Enabled Water Treatmentが研究を支援。

新ナノ材料が未来の電子デバイス構築に道

シカゴ大学とArgonne国立研究所の研究者たちが、ナノ材料をパターン化する新手法を開発し、新しい電子デバイス創造の道を開きました。

この研究はScience誌に掲載（https://science.sciencemag.org/content/357/6349/385）され、LEDディスプレイ、携帯電話、光検出器、太陽電池など、あらゆる用途でこれらの材料をより容易に利用可能にする可能性があります。ナノ材料は将来のデバイスに有望ですが、それらを複雑な構造に組み込む手法はこれまで限られ、小規模でした。

「量子ドットや他の多くのナノ材料を、概念実証実験から実用技術へ移すために必要なステップです」と、共著者のDmitri Talapin氏（シカゴ大学化学教授、Argonne Center for Nanoscale Materials科学者）。「本当に地平を広げます。」

現代コンピューティングの基盤であるトランジスタは、フォトリソグラフィと呼ばれるプロセスで数十億個作られる極小スイッチです。このプロセスは、有機高分子層からステンシルを作り、パターン化された「マスク」を敷き、紫外光で照射します。新材料を堆積させた後、ポリマー・ステンシルを剥がしてパターンを露出。こうしたパターニングを複数回繰り返して微小トランジスタを材料上に構築します。

フォトリソグラフィには限界があります。この方法でパターン化できる材料は限られます。元々シリコン向けに開発された手法ですが、シリコンの半世紀にわたるエレクトロニクス支配が終わりに近づく中、科学者たちは次の材料を模索しています。その一つがナノ材料—金属や半導体の微小結晶です。このスケールでは独自の有用な特性を示しますが、デバイス製造は困難でした。

DOLFINと呼ばれる新技術は、様々なナノ材料を直接「インク」にし、ポリマー・ステンシルを敷く必要を回避します。Talapin氏とチームは、個々の粒子に化学コーティングを設計。これらのコーティングは光と反応するため、パターン化マスクを通して光を照射すると、光がナノ粒子層に直接パターンを転写し、それらを有用なデバイスに配線します。

「パターンの品質が、最先端技術で作られたものと同等であることを発見しました」と、筆頭著者のYuanyuan Wang氏（シカゴ大学ポスドク研究者）。「半導体、金属、酸化物、磁性材料など、エレクトロニクス製造で一般的な幅広い材料に使用可能です。」

研究チームは、シカゴ大学のPolsky Center for Entrepreneurship and Innovationと協力して、DOLFIN技術の商業化に取り組んでいます。

Tech Frontはシニア・エディターPatrick Waurzyniakが編集；pwaurzyniak@sme.org.