研究内容

非破壊安全性検査と電磁波画像計測（はじめに）

モノの生産が全自動化へと目まぐるしくシフトする今，それらを支える安全保証基盤の確立は不可欠です．電磁波画像計測は，産業製品の欠陥や混入物を非破壊・非接触に同定可能です．中でも当研究室では，電波と光の中間領域電磁波に注目しています．「電波由来の透過性（例：遠隔地間での壁等を超えたスマホ通信）」と「光由来の直進性（例：レーザポインター）」を両立することで，観察対象の内部構造を詳細に可視化します．更には検査物固有の吸収指紋スペクトルを基に，材料組成解析にも多大な貢献を果たします．

非破壊検査にむけた電磁波画像計測の活用

数多の非破壊検査手法において，当研究室では電磁波画像計測に着目しております．電磁波照射の特徴としては多種多様な対象物を表面から内部にかけて観察できる点が挙げられ，また画像計測手法（写真・サーモグラフィ―・レントゲン）が確立されている点も非破壊検査には大きく貢献しております．画像計測とは，言い換えると単点における電磁波特性（吸収・透過・反射・散乱等）が二次元（2D）平面空間上に集約された情報媒体であり，観察物における異常・欠陥の空間的な分布（例：ひび割れの全体像）が可視化され，また各画像の時間軸における重ね合わせ：つまり動画により異常・欠陥に対する空間的な拡がり・移動・変化等をヒトにも分かり易い形で提供します．

　電磁波は周波数により各観察対象材質における特性（吸収・透過・反射・散乱の仕方），また呼称までもが広範に変化します．当研究室では特に，電波と可視光の中間周波数域：ミリ波・テラヘルツ・赤外（MMW, THz, IR）に着目しております．

MMW・THz・IRとは

当研究室ではMMW・THz・IRに対して，非破壊検査応用（社会実装）への期待を込めて，「前人未到な電磁波-光」や「ヒトの視認性を超えた長波長光」として扱っており，周波数としては100 GHz–300 THz程度，波長としては800 nm–3 mm程度と定義しております．

MMW・THz・IRの特徴②：材質同定

高い透過性を有するMMW・THz・IR照射ですが，X線や超音波と比較すると「何から何まで透り抜ける」という訳ではございません．MMW・THz・IR帯での具体的な照射光波長，また光照射対象の材質により透過性は様々に失われます．例としてヒトの眼では透明なガラスは遠赤外計測において不透明であり，同じくヒトの眼では不透明な水も多くのTHz・IR計測では不透明となります．言い換えるとMMW・THz・IR計測の透過性は照射光波長と対象材質により選択的であり，波長毎の透過率・反射率・吸光率等を重ね合わせることで，観察物の材質を同定することができます．

MMW・THz・IR計測の目指す未来と当研究室からのアプローチ

当研究室では，画像計測として高感度・高解像であることを前提のうえ，超広帯域・多波長なMMW・THz・IR計測を推進しております．既にMMW帯，THz帯，IR帯と個別帯域での検査要素技術や分光計測は広く確立されておりますが，より広帯域な計測が広範な非破壊材質同定を司るという点から，当研究室では超広帯域MMW・THz・IR計測に向けた”材料”・”プロセス”・”デバイス”・”システム”というマルチスケールなテーマを推進しております．特にX線計測と比較すると，MMW・THz・IR計測は金属⇔非金属の材質同定，また非金属間での材質同定に特化しております．高分子を主成分とする医薬品，液晶ガラス・プラスチックパッケージ・半導体回路・セラミックコンデンサといった非金属材料を多く擁するスマートフォン等，非金属材料は今日のモノつくりにおいて大きな役割を果たしております．単純にスマートフォン内に隠れた亀裂を透視検知するのではなく，”どの材質で亀裂が生じているか”という観点で材質同定との親和性を生むことにより，具体的な欠陥の原因追及・再発防止にも繋げることが可能となります．

現在進行中の研究テーマをいくつか紹介いたします．過去の取組みに関してはこちらをご覧ください．

• 代表的成果

  1. In-line multi-wavelength non-destructive pharma quality monitoring with ultrabroadband carbon nanotubes photo-thermoelectric imaging scanners, Light: Science & Applications (2025)　プレスリリース

  2. A chemically enriched, repeatedly deformable, and self-recoverable broadband wireless imager sheet, Communications Materials (2025)　プレスリリース

  3. Mechanically alignable and all-dispenser-printable device design platform for carbon nanotube-based soft-deformable photo-thermoelectric broadband imager sheets, npj Flexible Electronics (2025)　プレスリリース

  4. n-type carbon nanotube inks for high-yield printing of ultrabroadband soft photo-imager thin sheets, FlexMat (2025)　selected as Back cover

  5. All-Solution-Processable Hybrid Photothermoelectric Sensors with Carbon Nanotube Absorbers and Bismuth Composite Electrodes for Nondestructive Testing, Small Science (2025)　プレスリリース

  6. Multi Computer Vision-Driven Testing Platform: Structural Reconstruction and Material Identification with Ultrabroadband Carbon Nanotube Imagers, Advanced Materials Technologies (2025)　プレスリリース

  7. Microwave Monitoring by Compact Carbon Nanotube Photo-Thermoelectric Sensors Beyond the Diffraction Limit Toward Ultrabroadband Non-Destructive Inspections, Advanced Sensor Research (2025)　selected as Back cover

  8. Simple Non-Destructive and 3D Multi-Layer Visual Hull Reconstruction with an Ultrabroadband Carbon Nanotubes Photo-Imager, Advanced Optical Materials (2024)　プレスリリース

  9. Ultraflexible Wireless Imager Integrated with Organic Circuits for Broadband Infrared Thermal Analysis, Advanced Materials (2024)　プレスリリース

  10. Broadband photodetectors and imagers in stretchable electronics packaging, Advanced Materials (2024)　selected as Cover picture

  11. Ready-to-transfer two-dimensional materials using tunable adhesive force tapes, Nature Electronics (2024)　プレスリリース

  12. All-screen-coatable photo-thermoelectric imagers for physical and thermal durability enhancement, Advanced Materials Interfaces (2023)　プレスリリース

  13. Stretchable broadband photo-sensor sheets for nonsampling, source-free, and label-free chemical monitoring by simple deformable wrapping, Science Advances (2022)　プレスリリース

  14. Robot-assisted, source-camera-coupled multi-view broadband imagers for ubiquitous sensing platform, Nature Communications (2021)　プレスリリース

  15. A terahertz video camera patch sheet with an adjustable design based on self‐aligned, 2D, suspended sensor array patterning, Advanced Functional Materials (2021)　プレスリリース

  16. Fermi-Level-Controlled Semiconducting-Separated Carbon Nanotube Films for Flexible Terahertz Imagers, ACS Applied Nano Materials (2018)　プレスリリース

  17. A flexible and wearable terahertz scanner, Nature Photonics (2016)　プレスリリース

  18. Carbon Nanotube Terahertz Detector, Nano Letters (2014)　プレスリリース