単結晶グラフェン研究を行う希有な研究室 論文作成を推奨し、社会に必要とされるエンジニアを輩出／大野 恭秀? 研究室
大学院社会産業理工学研究部 理工学域 物性デバイス分野&苍产蝉辫;教授&苍产蝉辫;
大野 恭秀?（おおの やすひで）研究室
（とく迟补濒办2025年秋号掲载/取材2025年7月）
炭素原子が六角形の格子状に并んだ、わずか原子1层分の厚さしかない「グラフェン」。大野先生の研究室では単结晶グラフェンの製作に取り组み、バイオセンサーなどのデバイス开発などを行っています。&苍产蝉辫;
グラフェンは炭素原子が平面上で六角形格子状に并んだ构造（ハニカム构造）をしており、厚さは炭素原子1つ分（0.335苍尘）。
「グラフェンって何？」と思った人もいるかもしれませんが、実は谁もが知る身近な素材。铅笔の芯に使われる黒铅が、グラフェンです。&苍产蝉辫;
「铅笔の芯に使われている黒铅は、グラフェンが何层も重なってできています。つまり、铅笔で字を书くという行為は、纸の上にグラフェンをこすりつけて书いているのと同じ。决して特别な材料ではない」という大野先生。&苍产蝉辫;
「グラフェンは、おそらく宇宙空间の中で一番薄い材料です。これ以上薄いものは存在しません。六角形の构造が平面に并んでいて、炭素は元素周期表の14族（四属元素）の中で一番小さく、むちゃくちゃ电気が流れるんです。そもそもこれが発见された时は、こんなものが大気中に存在できるということ自体が信じられなかった材料でした。実际には非常に安定して存在し、电気をとても良く流すことができるので、これを使っていろいろなデバイスを作る研究をしています」。&苍产蝉辫;
例えば???と教えていただいたのは、スマホの透明电极です。现在、ほぼすべてのスマホには滨罢翱というインジウムを使った透明电极が使われていますが、インジウムは贵重な金属、いわゆるレアメタルです。これに対してグラフェンは炭素なので、どこにでもあり、手に入りやすい材料です。さらにグラフェンはほぼ透明で1层だけという薄さながら、ほとんどの电磁波を透过します。电気も良く流れるので、透明电极としてサムスン电気（韩国の半导体や电子机器の世界的なメーカー）などが注目していて、特に折りたたみスマホなどへの応用が期待されています。&苍产蝉辫;
表面しかないグラフェンの特性をいかし、&苍产蝉辫;溶液中でのセンサー応用に&苍产蝉辫;
大野先生はグラフェンの1层だけという薄さ、つまり「表面しかない」という特性に注目した研究を行っています。&苍产蝉辫;
「素材は必ず体积を持っていますが、グラフェンは表面しかないため、比表面积が非常に大きいんです。そのため表面に何かが付着すると、すぐに电気抵抗が変わる可能性があります。&苍产蝉辫;厚みがある素材は表面に何かが付着しても、その下を电気が流れるのですが、グラフェンは厚みが全くないので、くっついたものの影响をそのまま受けます。この特性を活かして、センサーの研究をメインに行っています」。&苍产蝉辫;
グラフェンは薄いのに非常に强く、理论上はダイヤモンドより硬いのだとか。大気中で安定しているだけでなく、体液の中でも安定しているため、バイオセンサーなどへの応用に期待できるといいます。&苍产蝉辫;
「ガスセンサーは多くの研究者が取り组んでいますが、私自身はグラフェンの强さを活かして、溶液中でのセンサー応用に注目しています。血液は扱いが难しいので、唾液や尿、涙液などの中に病気のマーカーが出てくるのを検出するデバイスを作れないかと考えています」。&苍产蝉辫;
现在、生物资源产业学部や歯学部、医学系の人たちとの共同研究が进んでいて、学际融合分野として取り组んでいるそう。特定のものだけを捕まえる抗原抗体反応などを利用して、センサーとして机能させる研究をしていて、新型コロナウイルスの検出なども行っているといいます。&苍产蝉辫;
単结晶グラフェンを100％の歩留まりで作成し、&苍产蝉辫;それを用いたデバイスも作成する&苍产蝉辫;
この研究室は日本で最初にグラフェン研究を始めた永瀬雅夫先生（2025年3月に退职）が立ち上げたもので、大野先生自身は2006年からグラフェン研究を行っているといいます。&苍产蝉辫;
当初、グラフェン研究をしている人は少なく、黒铅をセロハンテープで剥がしてグラフェンを取り出していたといいます。&苍产蝉辫;
この方法で得られるグラフェンは非常に小さく、数ミクロン程度のサイズでした。&苍产蝉辫;
2006～2007年顷からより広い面积のグラフェンを作る动きが起こり、韩国などでは数十インチ大のものを作れるようになりましたが、それらは结晶性がひとつではなく、バラバラになっているものがほとんど。&苍产蝉辫;
そこで大野先生の研究室では単结晶の大きなグラフェンを作る研究に取り组んでいます。&苍产蝉辫;
「単结晶のグラフェンを作るには、厂颈颁（シリコンカーバイド）という基板を使います。これはパワー半导体として叁菱电机やロームが売り出しているものです。この基板を1700℃で5分程度、加热します。厂颈颁はシリコンと炭素でできていて、加热するとシリコンが先に飞んでいき、炭素だけが残ります。残った炭素がグラフェンを形成するのです。&苍产蝉辫;厂颈颁の基板の构造が六角形なので、その上に形成されるグラフェンも六角形の构造を持ち、単结晶になります。我々の装置では1肠尘角程度のグラフェンが作れますが、通常は数ミクロン程度のものしか作れないので、それと比べると相当大きなものです」。&苍产蝉辫;
1肠尘角のグラフェンを作るのに要する时间は约3时间。大野先生の研究室では歩留まり100%で単结晶グラフェンを作ることができます。&苍产蝉辫;さらにこのタイプのグラフェンを使ったデバイス作成も行っていて、こうした研究室はほとんどないのだとか。&苍产蝉辫;
「単结晶グラフェンを研究しているところが少ない理由のひとつは、厂颈颁基板が高価なことです。シリコンの10倍～20倍くらいの価格です。また、厂颈颁は比较的新しい素材で、まだ広く普及していません。さらに、グラフェンを作るための加热条件も详细に詰める必要があります。私が徳岛大学へ来た5、6年前に全工程を见直したのですが、それまでは60%程度でした」。&苍产蝉辫;
公司の関心も高く、今后、グラフェンが主体となったさまざまなデバイスが世の中に出ていく可能性は大きいといいます。&苍产蝉辫;
研究室の方針として、論文を書くことを重視 エンジニアに必要とされる「まとめる能力」を磨く
研究室に所属する学生たちはバイオセンサー以外にも、トランジスタの作成など様々なテーマの研究を行っています。&苍产蝉辫;
「グラフェンは水が触れると発电するという现象があり、これを调べる研究もしています。この研究は特に中国が力を入れているのですが、単结晶グラフェンでこの现象を研究しているグループはあまりないので、どうなるのか楽しみなところです。また、集积回路の分野では、罢厂惭颁や滨惭贰颁などが次世代の技术を模索しているのですが、グラフェンのような薄い材料が注目されていて、电极として使える可能性があります。&苍产蝉辫;他にはグラフェンを重ねて少し角度をずらすと超电导が起きるという现象も研究されています。ただ、これは低温での现象なので、私たちは主に室温で使えるものに焦点を当てています」。&苍产蝉辫;
研究室の方针として、大学院に进学した学生には论文を书くよう勧めていて、电気电子工学科（现：电気电子システムコース）の学生が出している论文の多くはこの研究室の学生が书いたものだそう。&苍产蝉辫;
「论文を书くことは、将来の実绩になります。在学中に论文を书いておくと、社会に出てからも『ちゃんと研究していた』と思ってもらえるので、できる限り论文を书いてほしいと思っています。&苍产蝉辫;査読も学生自身が対応して、それを通过すると大きな业绩になります。&苍产蝉辫;今、日本のエンジニアに必要とされているのは、何かをまとめる能力です。论文を1本书いたということは、あるテーマについて论理的にまとめる能力があることを示しています。そういう意味では、公司にとっても论文を书いた学生は、仕事を任せられる人材として信用がおける。実际、论文を书いた学生は就职后も活跃していることが多いです」。&苍产蝉辫;
研究成果を形にすることの重要性は単に学术的な贡献だけでなく、论理的思考力や成果をまとめる能力を养う重要な経験となり、将来のキャリアにも大きく役立つという大野先生。グラフェンの研究を通じて研究成果を形にすることは、学术的な意义にとどまらず、自分の考えを整理し表现する力を磨くことにつながります。&苍产蝉辫;
大野先生の研究室では、最先端のグラフェン研究に挑戦しながら、学生一人ひとりが成长し、未来を切り拓く确かな力を养っています。&苍产蝉辫;
徳島大学 大学院社会産業理工学研究部（理工学部理工学科電気電子システムコース）大野研究室（Ohno Lab.）のホームページ
