教員のご紹介

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須田 善行 (すだ よしゆき)

所属   電気・電子情報工学系
職名   准教授 
専門分野   プラズマ材料工学/カーボンナノ材料プロセス 
学位   博士(工学) 北海道大学 
所属学会   応用物理学会/フラーレン・ナノチューブ・グラフェン学会/電気学会/電気化学会
メールアドレス   suda@ee
※アドレスの末尾に「.tut.ac.jp」を補完してください
研究室Web   http://pes.ee.tut.ac.jp/
須田 善行
研究紹介
炭素ナノ材料の合成・分析・デバイス応用やプラズマと生体試料との関係について研究しています。炭素ナノ材料は,粒子状(0次元),繊維状(1次元),平面状(2次元),らせん状(3次元)と様々な形状を取ることができるだけなく,電気的・化学的・機械的特性に大変優れるため,注目しています。らせん状炭素繊維の細線化・結晶化ならびに高収率合成法の開発,炭素ナノ材料を触媒担体として用いたエネルギーデバイスの開発に取り組んでいます。また,大気圧でも安定して発生できるプラズマは医療分野への応用が期待されています。プラズマが生体試料に及ぼす影響をモデル物質を使って調べることで,その機構を理解したいと考えています。
テーマ1:カーボンナノコイルを用いたエネルギーデバイスの開発
概要
らせん状の炭素ナノ材料であるカーボンナノコイル(CNC)を化学気相合成法により合成し,その表面に酸化還元反応用触媒金属を担持することで,直接メタノール型燃料電池やスーパーキャパシタ等のエネルギーデバイスを開発しています。これまでに粒径2ナノメートルと極微小な触媒ナノ微粒子を高分散で担持することに成功しました。また,CNC のらせん形状を活かして,電気化学的に活性な領域を広く取れるよう十分な空隙を有する電極を形成し,エネルギーデバイスのさらなる高性能化を目指します。

キーワード: カーボンナノコイル,エネルギーデバイス,燃料電池,電気二重層キャパシタ,触媒担持,ナノ微粒子,触媒活性

カーボンナノコイル(CNC)

テーマ2:ナノマニピュレーションによるカーボンナノコイルの電気・機械的物性評価
概要
カーボンナノコイル(CNC)は長さ数マイクロメートル,直径は1マイクロメートル以下ですが,ナノマニピュレーション技術の進展によって1本のCNCを操作することが可能となりました。集束イオンビーム(FIB)装置を用いて1本のCNCを基板上に固定し,さらにそのCNCを変形させます。CNCを引っ張って破断する様子を観察し,その破断面の構造が自動車等に使われる鉄製のばねと同様であることを明らかにしました。

キーワード: カーボンナノコイル,ナノマニピュレーション,集束イオンビーム, ねじり破断

ナノマニピュレータによってCNCを引っ張り破断する様子

テーマ3:大気圧非平衡プラズマが生体試料に及ぼす影響の検討
概要
大気圧非平衡プラズマは大気圧下でも安定して維持することができ,医療分野への応用,血液凝固や皮膚の消毒・殺菌などが進められています。プラズマが細胞に及ぼす影響やメカニズムを基礎的な立場から解明するために,細胞膜の主要成分である脂質二重膜に誘電体バリア放電(DBD)を照射し,プラズマと細胞膜との相互関係を検討します。

キーワード: 大気圧非平衡プラズマ,誘電体バリア放電,脂質二重膜,気-液界面,プラズマ医療

誘電体バリア放電装置

担当授業科目名(科目コード)
複素関数論(学部3年,1.5単位)
電磁気学序論(学部1年,1.5単位)
数理(修士1年,1.5単位)
回路論(修士1年,1.5単位)
電気応用工学(修士1年,2単位)
先端電気システム特論II(博士1年,2単位)
その他の研究テーマ
(1) カーボンナノコイルの細線化,高結晶化,高収率化
(2) アーク放電によるカーボンナノ微粒子の大量合成と電気二重層キャパシタへの応用
(3) カーボンナノチューブを用いたメモリ動作の研究
(4) 単層カーボンナノチューブを用いたガスセンサの開発
(5) カーボンナノ材料をプロセスするプラズマの診断・解析による材料合成の最適化

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Yoshiyuki Suda

Affiliation   Electrical and Electronic Information Engineering
Professor   Associate Professor
Affiliation   Plasma Materials Engineering/Carbon Nanomaterials Processing
Affiliation   Dr. Eng. (Hokkaido University)
Affiliation   The Japan Society of Applied Physics/The Fullerenes, Nanotubes and Graphene Research Society/The Institute of Electrical Engineers of Japan/The Electrochemical Society of Japan
Affiliation   suda@ee
Please append ".tut.ac.jp" to the end of the address above.
Research
Research themes:
(1) Synthesis of carbon nanomaterials: nanoparticle, nanofiber, graphene, helical nanofiber by chemical vapor deposition (CVD) and plasma processing
(2) Development of quantity synthesis technique of carbon nanocoils with controlled diameter and high crystallinity.
(3) Application of carbon nanomaterials to energy devices: fuel cell and electric double layer capacitor (EDLC)
(4) Irradiation of atmospheric pressure non-equilibrium plasma to living cell model and observation of its lateral diffusion
(5) Synthesis of multi-walled carbon nanocoil and its 3D-imaging with transmission electron microscopy tomography system

Theme1:Development of energy devices using carbon nanocoils
Research Outline

PtRu catalysts for fuel cell were supported on five types of carbon nanomaterials of various shapes, sizes, and graphitic properties and the catalyst supports evaluated. The carbon nanomaterial used included three types of nanoparticles: Arc Black (AcB), Vulcan XC-72 (Vulcan) and graphene oxide (GO), and two types of nanofibers: carbon nanocoil (CNC) and carbon nanotube (CNT). The metal catalyst loading was confirmed by thermo-gravimetric analysis (TGA), electron microscopy, and X-ray diffraction (XRD). Transmission electron microscopy (TEM) and XRD revealed that the diameter of PtRu catalyst nanoparticles loaded on reduced GO (rGO) and AcB were ~2 nm and was the smallest among all the samples. Shifts in Pt (111) XRD peaks of CNC and CNT were larger than those of AcB, Vulcan, and rGO. These results suggest that the diameters of catalyst nanoparticles became smaller by loading on the carbon nanoparticles with a large surface area including rGO, AcB, and Vulcan. Loading onto the carbon nanofibers enhanced the degree of PtRu alloying.


Keyword:: Carbon nanocoil (CNC), energy devices, fuel cell, electric double layer capacitor (EDLC), catalyst loading, nanoparticle, catalytic activity

Theme2:Electrical and mechanical properties of carbon nanocoils using nano-manipulation technique
Research Outline

CNC is several micrometers long and less than 1 micrometer diameter. By developing nano-manipulation technique, it is now possible to handle one CNC. We fix a CNC on a substrate in a focused ion beam (FIB) instrument, and then facture the CNC with a tensile load. Using the CNC spring index, we estimate the maximum to average stress ratio on the fractured surface to range from 1.3 to 1.7, indicating stress concentration on the coil wire inner edge. Scanning electron microscopy (SEM) confirms a hollow region on the inner edge of all fractured surfaces. The fracture mechanism is the same for macroscopic coil springs (used for automobiles) and CNCs.


Keyword:: Carbon nanocoil (CNC), nano-manipulation, focused ion beam (FIB), torsion fracture

Theme3:Influence of atmospheric non-equilibrium plasma on living cell model
Research Outline

Plasma medicine has been studied for the applications of blood coagulation and skin sterilization because of its non-contact medical treatment. This study aims to elucidate the interaction between plasma and cell membrane by treating artificial lipid bilayer of cell membrane by dielectric barrier discharge (DBD) and by observing the behavior of the lipid bilayer.


Keyword:: Atmospheric non-equilibrium plasma, dielectric barrier discharge (DBD), lipid bilayer, gas-liquid interface, plasma medicine

Subject Title(Subject Code)
Complex Function Theory
Introduction to Electromagnetism
Practical Mathematics
Practical Circuit Theory
Applications of Electrical Engineering
Advanced Electrical Systems 2

Other
(1) Synthesis of thin carbon nanocoils (CNCs) with high crystallinity and yield
(2) Quantity synthesis of carbon nanoparticles by an arc discharge and their application to electric double layer capacitor (EDLC)
(3) Development of memory devices using carbon nanotube (CNT)
(4) Development of gas sensors using single-walled carbon nanotube (SWCNT)
(5) Optimization of carbon nanomaterials processing by diagnostics and analysis of plasma
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