成果報告書詳細
管理番号20090000000041
タイトル平成20年度成果報告書 「ダイヤモンド系材料の技術開発と省エネ効果に関する調査」
公開日2009/8/26
報告書年度2008 - 2009
委託先名独立行政法人産業技術総合研究所 ダイヤモンド研究センター
プロジェクト番号Q05012
部署名ナノテクノロジー・材料技術開発部
和文要約ダイヤモンド系材料は多くの物質中最高の数値を有し、機械、光学、電気化学、エレクトロ二クス分野で多くの応用分野を有する。特に最近、技術の進展が著しく、新たな用途展開が進展している。平成19年に経済産業省委託事業として、この技術の俯瞰図調査研究が実施された。その中で、現在喫緊の課題となっている環境・省エネルギーに及ぼす効果の大きい技術について、さらに深く調査をし、今後進むべき方向性を定める必要性が出てきた。そこで今回、新エネルギー・産業技術総合開発機構の委託を受け、産業技術総合研究所が各応用分野におけるニーズ、課題の明確化、各応用分野における技術課題、ボトルネックと解決策マップ、世界的開発競争を制し産業化する対応策の立案、達成時の環境・省エネ効果という内容で、委託研究調査を実施した。今回調査した内容は、既に各種部品に応用され始めている機械・工具応用、今後の省エネルギー推進に期待のかかるパワー半導体デバイス及び単結晶ウェハ、他に比類なき電気分解電極として期待のかかる電気化学応用、その他エレクトロニクスにおける用途の4つである。 パワーデバイスは省エネルギーの根幹を握る重要デバイスであり、ダイヤモンドは、あらゆる観点で検討しても優れた性能指数を有し、自己発熱の高温で冷却せずに高電流密度が期待できる。ウェハに関しても、ダイレクトウェハ化技術の出現で見通しが急に明るくなってきている。大きな省エネ効果が予想され、日本の省エネルギーの新技術として期待される。機械部品も動く機器には必ず用いる重要部品で周動・摩擦などで省エネの重要アイテムである。機械部品については、既に自動車や多くの機械産業において実用が開始され、その効用が認識されている。実用先を大きく広げていくことは、比較的短期でCO2削減効果を生み出す技術として、日本の政策として重要である。電気化学分野では、比類なき特性を持つ電極としてダイヤモンドが期待されており、様々な電気化学反応の利用により、フッ素系温暖化ガスの全廃、水資源の確保など、環境問題解決または環境変動によって変わりつつある水資源確保等で極めて重要な技術である。これらに加えて、熱設計・冷却で苦しむ電子・OA機器、高性能原子力発電などでもより高い安全性を求めてダイヤモンド系材料・デバイスの出番が期待される。この分野の技術確立は、日本の将来の環境・省エネ関連外交に大きなツールをもたらすことが期待される。炭素系材料は、物質中で最も豊富にある元素だけで出来ており、レアメタルを始めとして資源問題に悩む日本にとって恵みの材料であると共に、世界各国への普及においても大いに有利になる。現在の使用量と総資源埋蔵量の関係からあと数十年程度しかもたない材料が多い中で、ほぼ永遠の材料を日本が主導していくことは、歴史的に考えても極めて大きい意味を有する。
英文要約Title:Investigation on diamond based materials and its effect on energy saving FY2008 Final Report Diamond is expected as hopeful candidate for various kind of application such as mechanical, optical, electro-chemical and electronics, due to its super characteristics. Recently, new applications are investigated according to the progress of R & D for this material. Last year the investigation on the whole technologies relates to this material are carried out by METI. Due to the “Cool Earth Program” on earth environment and energy saving by the government, it is necessary to investigate deeply on related technology to find effective candidate. Here, we AIST carried out such an investigation under the NEDO contract, on the requirements from the application side, technical bottlenecks, and ideas to overcome bottlenecks, energy and environmental effect as well as the proposal for the future development. In this report, four items are selected from the METI report such as power electronics, tribological applications, electro-chemistry application and other electronics applications. Firstly, diamond is nominated as the future hopeful candidate for power device application due to its low loss and high temperature operation that can be operated at device self-heated temperature to provide “cooling system free” power module. The wafer technology to support this application, sophisticated “Direct wafer fabrication technology” has been recently developed in Japan and the prospect for large size wafer is fairly positive at this stage. Overall, high energy saving effect is expected for this application. Second, tribological diamond related parts are already been introduced to industrial machines and tools as well as automotive applications. The expansions of this technology to the various types of industries are expected as essentials for CO2 reduction in near future. Another hopeful application is the electro-chemical field that utilizes diamond as the electrodes. Water resources, ozone generation, and F2 gas generation system are the few examples of this field. Especially, F2 gas supply system by diamond have an possibility to abolish totally of fluorine based gases such as SF6 and CF4 which is well known as high GWP gases. This material is based on 100% carbon that is completely free from natural resources problem of Japan. In the sense, energy saving and CO2 reduction technologies based on diamond will introduce perpetual profit on human beings.
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