Category: サイエンス

ウェアラブルデバイスで便利な世の中に。

超薄型有機太陽電池

理化学研究所の開拓研究本部染谷薄膜素子研究室および、創発物性科学研究センター創発機能高分子研究チームらの研究グループが、変換効率が高く長期保管でも安定する「超薄型有機太陽電池」の開発に成功した、と発表した。
理化学研究所の発表なので、実際の用途として商品化されるまでにはまだまだ時間が必要ではあるが、まず実現する事が重要であり、こうした発表があったという事は、今後登場する可能性が出てくる事を意味する。
有機太陽電池は、有機半導体を光電変換層として用いた太陽電池の事で、塗布プロセスでの量産ができるだけでなく、従来のシリコン型太陽電池に比べて安価に製造でき、また極めて薄い有機半導体薄膜で形作られるため、柔軟性や軽量性に優れ、ウェアラブルセンサーを長時間安定して駆動する電源などに使用される事が期待されている。
基板を含めた全体の厚さを数μmまで薄型化した超薄型有機太陽電池は、衣服や皮膚に直接貼り付けても違和感なく使用出来るという特徴がある。
しかしながら、超薄型有機太陽電池は基板や封止膜にとても薄い高分子フィルムを使用するため、十分なガスバリア性を確保する事が難しく、安定駆動させるための発電層や電荷注入層の境界面を制御する手法が存在しなかった。この事でエネルギー変換効率と長期保管安定性の両立が不十分で、この事が課題とされていた。
今回の発表では、バルクヘテロ接合構造の素子を新たに作成して高エネルギー変換効率と熱安定性を併せ持つように改良、さらに発電層と正孔輸送層の境界面における電荷輸送効率向上の為に素子に対してポストアニールという加熱処理を施し、13％の高変換効率と大気中保管3,000時間で劣化5％以下という長期保管安定性を両立させた。それでいて厚さが3μmという超薄型有機太陽電池だというからスゴイとしか言いようがない。

変換効率1.2倍

今回、開発された超薄型有機太陽電池は、過去のものと比較してエネルギー変換効率が約1.2倍、長期保管安定性は15倍に改善されているという。
この成果により、超薄型有機太陽電池を長期間安定して大電力を供給できるようになり、今後の衣服等に貼り付けて使用する機器(その多くはセンサーだと考えられる)など、ウェアラブルデバイスへの電源利用に使われる事が期待できる。
さらにいえば、このフィルム基板内にBluetooth等の通信デバイスを組み込む事ができれば、スマホ等と連動させる事でヘルスケア分野での応用はいくらでも考えられるようになる。
さらにヘルスケア分野だけではなく、こうした安定電源が身に付けられるようになると、今度は供給する電力量の改良が進むと考えられる為、IoT、つまり情報デバイスへの応用へと繋がっていく。
場合によってはARグラスやMRグラス、それに代わるものへの電力供給が、この超薄型有機太陽電池で賄えるようになり、完全に身に付けるITデバイスへの道が開く事になる。
まさに夢のような未来生活が待っている…かもしれない。

まずは第一歩という研究発表だが、こうした研究が発表され、実際に使用されていくことでその次のステップへと進むことができる。
何ものも実際に使用して次はどうするか？ という課題が見えてきてはじめて進化する。
そういう意味では、今回の発表は実に有意義なものではなかろうか？
身に纏う電子デバイス。夢ではあるが、もう遠い現実という距離感ではなくなってきたのではないだろうか？

理化学研究所 ニュースリリース
https://www.riken.jp/press/2020/20200310_1/

超大型台風がやってくる。

雨か風か

現在、日本には台風19号という、超大型台風が関東を直撃するコースで近づいている。
おそらく被害がもっとも大きくなるのは、最接近する今夜21時ごろと見られるが、その6時間前から、既に大雨の被害が各地で起きている。
本日はケータイが避難の連絡をバンバン出してきていて、イキナリ大きな音が出る事で驚く事も多々あったワケだが、それも政府…というか国家が非常事態宣言を出しているような状況だからこそなのかもしれない。
私はケースでは、自分の住んでいる地域で今から9時間ほど前に周辺の国道が規定雨量を超え、通行止めとなった。同時にJRも運休、地元路線バスも運休となり、陸の孤島と化したわけだが、それらは雨による被害でそうなっただけで、風の被害というのは全くなかった。
それもこれも、まだ風の影響が出る位置に台風がいなかったから、という事なのだが、実は私の住んでいる地域は、比較的台風被害が小さい事が多い。
もちろん雨による被害がないわけではない。
都会から見れば山間部に属する場所だし、そうなると土砂災害が出るからだ。
だが、私はその山間部でも主要駅が近くにある場所に住んでいるので、土砂災害がよく起きる場所にいるわけではないので、比較的災害が少ないのである。
何故そうなのかというと、山間部であるため、暴風が周辺の山の尾根によって遮られ、直接の風が街に被害をもたらさないからである。
谷間の方向によっては、暴風がマトモに吹いてくるタイミングもあるのだろうが、その時間が圧倒的に短く、比較的風の被害が出ていないのが通例だったりする。
これはある意味幸運な事で、あとは雨の被害をどうにかできれば、台風はやり過ごせる…そんな感じではないかと思う。

海岸沿い

私は生まれが海岸沿いなので、台風が来るとどうなるかという事は小さい頃から知っている。
私の住んでいたところは、自宅のすぐ後ろが防風林だったため、台風が来るとその防風林が風を防いでくれていたおかげで自宅が守られていた。
しかしそれでもいざ台風が来るとなると、ものすごい風が周囲一帯を吹き荒れ、雨が加わればまさに暴風雨が襲ってきた。
その状況から比べれば、今の状況は恵まれている方かも知れない。
だが、恐らく私は今の海岸沿いの状況を本当の意味では理解していないかもしれない。
それは、純粋に台風の強さが昔と今とでは違うからだ。
最近、特に異常気象が増えてきたな、と感じる今の時代の台風は、その脅威が昔の台風とはレベルが全く異なるほどに脅威化している。
何故そうなのか？
私は会社で環境ISOであるISO14001の環境管理責任者を拝命しているので、環境に配慮する必要のある状況を社員に説明したりしなければならない事があり、調べたりするのだが、やはりこの異常気象の猛威化の背景には、間違いなくCO2増加による地球温暖化が関係している。

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ホントに来るのか？ 来るといいなぁ。

パワー半導体

最近、交流電源から直流の電気を生み出すアダプタが妙に小型化してきている事実を知った。
従来、大きな電力を消費する直流機器に使用するACアダプタは、そのワット数が大きくなればなるほど、アダプタ自体が巨大になり、その重量もとんでもなく重いものがほとんどだった。
しかし、時代はモバイルに優しい時代になり、現在のCPUのなどのシリコン系半導体の消費電力は驚くぐらいに小さくなり、稼働時間10時間というノートPCも珍しくなくなってきた。
だが、このノートPCの消費電力の小ささを実現したのはシリコン系半導体の電力効率を活かした省電力性で獲得した機能だが、前述したようにACアダプタが小型化・軽量化しているのは、そうしたシリコン系半導体の成せる業ではない。
それこそが巷でパワー半導体と呼ばれる、電源の制御や供給を担う半導体の仕事であり、ここ最近、そのパワー半導体に変化が起きている。
主なパワー半導体には「ダイオード」「トランジスタ」「IC(集積回路)」があり、それぞれ「電気の整流化」「電気の増幅・スイッチング」「様々な機能を単独で処理する」という機能がある。

酸化ガリウム

こうした機能から、使われるものとして整流化電源や周波数変換機、レギュレータ、インバータなどに使われる事が多いのだが、従来、そうした機器に使われる各部品を構成するパワー半導体にはシリコンを素材とした半導体を用いてきた。
例えば、鉄道車両でもシリコンを使ってきたのだが、ここ最近、シリコンよりも半導体物質としてパフォーマンスが高い炭化ケイ素や窒化ガリウムを使用する開発が進み、その成果を出してきている。
どれぐらいの成果が出ているかというと、シリコンのパワー半導体を用いたインバータと炭化ケイ素を用いたインバータでは、最大40％の省エネ効果を生む事ができるようになったという。
この成果の為かどうかはわからないが、各業界で炭化ケイ素や窒化ガリウムを使用するパワー半導体を用いる動きが活発化してきて、EVや家電などでも大きな成果が出てくる事が予想できるのだが、ここにきてさらに効率を高める事のできる材質が開発された。
それが酸化ガリウムである。
この酸化ガリウム、何がスゴイかというと、シリコンに対する半導体物質の性能を1とすると、前出の炭化ケイ素が340、窒化ガリウムが870となり、これら2物質の性能が段違いに高いことがわかるのだが、酸化ガリウムはさらにその上を行き、3,444という数値になる。実にシリコンの3,444倍の省エネ効果を酸化ガリウムが持っている事になる。
同じ性能の素子であれば、当然省エネの損失が少ないパワー半導体の方がモノを小さく作る事ができる。ACアダプタなどの小型化が期待できるという話は、まさにこの酸化ガリウムでパワー半導体が実現できれば夢の話ではなくなる、という事なのである。

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驚異的な勢力を持つ24号。

縦断する被害台風

2018年は自然災害が非常に多いように思える年でもあるが、台風に限って言えば実は例年と変わらないという話もある。
発生する台風の数や威力、これらは、例年と変わらないというのである。
しかし、実際に起きる災害は昨年よりはずっと大きな爪痕を残しているように思えるし、事実、近隣でも床下浸水したとかいう話は、昨年はなかったにも拘わらず今年は聞くようになったりしているので、これで例年と変わらないと言われても、はて、本当にそうなのか？ と疑問を呈してしまう。
私の住んでいる近隣でも、今日は避難所が開放されたりといろいろと話題が多い状況となった。強風域の広さと暴風域の強さ、そして何より日本を確実に縦断していくというルートを持つ24号は、間違いなく日本という地に被害をばらまいていく。
私の住環境では非常にこのあたりが不安要素となる状況ではあるが、唯一の救いといえば、冠水する事はまずあり得ないという事である。ま、そのかわり風の影響は心配しなければならないワケだが、今回の台風は風、雨ともに強く、正直不安を感じる要素満載だったワケだが、とりあえずどうすることもできないので、台風が過ぎ去るのをひたすら耐え忍ぶしかない。
と言うわけで、今まさにその風が通過している真っ最中である。

水温が高い

では今年の台風は何故被害が大きいと言えるのかというと、どうも日本近海の水温が例年より高いかららしい。
通常、南の海で発生した台風はそのまま環太平洋の島々の流れに乗って北上し、その北上する中で水温が冷たくなる事で得られる水蒸気量が減り、結果として威力が弱まるそうなのだが、今年は日本近海の水温が高い事が影響し、日本に近づいてきても台風の威力そのものが弱まらず、そのままの強さで日本をかすめて通っていくという現象が起きているらしい。
確かに水温が高いと、上昇する水蒸気量は増えるので台風としてはエネルギーの元を常に供給できるのだから、弱まる事はない。
今年はそんな台風ばかりだから、強さそのものは例年通りでも弱まるところで弱まらないという台風で被害が出ているケースが多いようだ。
この水温が高い、という現象も「地球温暖化」の影響と言えるのだが、ここ100年で上昇した気温はというと、平均して1度だという。
1度でこんな影響が出るの？ と思うかも知れないが、これけはあくまでも平均だからであり、部分的にはもっと上昇幅が広いが故に、影響が出ていると言える。
たかが1度、されど1度。
気温上昇はあらゆる所に影響の影を落としている。

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本日は大接近日。

15年ぶりの大接近

2003年、火星が地球に大接近した。
あれから15年の今年、その火星が再び地球に大接近する年だったのだが、本日7月31日、火星がもっとも近づく日だったりする。
その距離5,759万kmと、肉眼でも明るい赤い星が見えるくらいの距離なのだが、元々地球と火星はその公転周期から2年2ヶ月毎に大接近する。その時を会合というのだが、今年の会合はちょっと意味合いが違う。
火星はもともと太陽に対して楕円軌道を取っているため、通常の2年2ヶ月毎の会合では近づくといっても、公転軌道の違いから距離が空いてしまう。その公転軌道を含めた上での大接近は、前述した通り15年に一度であり、今年2018年はスーパーマーズと言われるほど近づく大接近だったりするのである。
この大接近時は、明るさはマイナス2等級を超えるほどの明るさになり、南の空に明るい赤い星を見ることができる。今の時期だと、南の空に見えるという事らしいが…都会に住んでいると街の明るさでハッキリ見えないかもしれない。

こういう時こそNikonのカメラ

さて…こうした天体観測が話題になると、必ず引っ張られるように話題になるのが、高倍率カメラである。
当Blogでも、先日Nikonの「COOLPIX P1000」の話をしたが、倍率125倍のこのカメラなら、結構な天体撮影ができるのではないだろうか？
というか、最近はセンサーサイズが小さくてもそれなりの写真が撮れる時代なので、昔よりずっと天体撮影がやりやすい状況と言える。
望遠鏡と組み合わせて撮影するスタイルが当たり前だった時代からすると、夢のような時代ではないかと思うが、COOLPIX P1000なら、単体で35mm判換算で3,000mm相当の焦点距離撮影が可能なので、今までよりはずっと天体撮影に向いていると言えるように思う。
もっとも、もちろんこれだけの焦点距離だけでは、まだまだ小さい火星しか撮影できないとは思うが、有利な撮影にはなると思う。
もしこれがフルサイズセンサーのカメラだったら…とか考えると、恐ろしいほどのレンズが必要になるだろうし、現実的な話ではなくなってしまう。
そう思うと、今は良い時代になったな、と思ったりもする。

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逆走事件は高速道路だけではなかった…。

異例な台風逆走

台風12号が、いつもとは異なる西進する台風として報道されている。
事実、台風12号は従来の偏西風の影響で東進する台風と異なる道筋を辿り、関東から関西へと進んでいる。
通常、日本へと向かってくる台風は、まず間違いなく東に向かって進んで行く。仮に東でなくとも、北東に向かって進んでいくのが通例である。何故、今回の台風は西に向かうのか？
気象予報会社は、2つの特別な気象条件が原因で西進すると説明している。
一つは、進路近くの東海沖に寒冷渦が存在している事が理由だという。
これは、台風も寒冷渦も反時計回りの渦を持っているため、相互作用で西に進路を取ってしまうかららしい。寒冷渦とは、中心に寒気を持っていて、上空の鯛所にある低気圧の事を言うのだが、地上では低気圧として解析される事がなく、通常の天気図では登場しない。しないが、夏でも所々で発生しているものらしい。
そして理由のもう一つだが、朝鮮半島から北日本方面を覆っている夏の高気圧が相当に強い勢力を維持していて、これが低気圧の塊である台風の進路を妨害した結果、台風が西に向かって進んでいるという。この朝鮮半島から北日本方面を覆っている高気圧だが、コイツが今年の猛暑を生み出している原因でもあるのだが、同時に台風の進路までをもいつもと違う流れにしてしまっている。
巷では高速道路の逆走事件がいろいろと問題になっているが、まさか台風まで逆走する事になるとは…。
世は正に世紀末…じゃないが、ここ最近のゲリラ豪富含めて、異常気象は異常とは言えない時代に突入したのかもしれない。

他にも問題はある

さらに今回の台風は威力を弱めないという事態も起こしている。
通常台風は海上にいる時は勢力を弱めず、上陸すると威力を弱めると言われている。
それは、海上から水蒸気を吸い上げている事が原因なのだが、今年は海水温が異常に高く、27度以上の水温になっている海域が非常に広い。
これにより、水蒸気化しやすい傾向にあり、海上を通過する台風の成長速度が異常であり、その移動速度も異様なまでに速い。
なので西進する台風がちょっとした水域と重なるだけで、台風は一部上陸していたとしてもその威力を弱める事なく進み、結果、台風の威力が弱まらないまま西進するという状況を生み出している。
Twitterなどでは、気象兵器という言葉まで出る始末で、中には「これから地球の自転の向きが変わるんじゃないか？」などという言葉まで出ている。みんな何かを感じ取っているのだろうが、いかに今回の台風12号が異常かという事をそれらは示しているのかもしれない。

とりあえず、我が家は今まさに台風が風の影響が出まくっている状況で、雨も相当量降っている。
ただ、山間部なので土砂災害さえなければ氾濫するという事は考えにくいので、今は静かに過ぎ去るのを待つ状況にある。
とりあえず、今回の台風の被害が大きくならない事を祈る限りだが、この日本、常に災害と向き合ってきた国ではあるものの、ここ最近はその災害の頻度が異常に多いように思えてならない。
これも地球温暖化の影響なのかもしれない。まさに日本は温暖湿潤気候から、亜熱帯気候へと移り変わっている最中なのかもしれない。