材料が自ら傷を修復!?　「レジリエントな社会」の実現へ向けた、自己治癒セラミックスの開発

高専時代のある経験がきっかけで大学院への進学を決意し、現在は東北大学で鉄鋼製錬や自己治癒材料、耐火物に関する研究を行っている丸岡大佑先生。高専時代の思い出や現在のご研究内容、高専から大学・大学院へ進学するメリットについてお話を伺いました。

高専教員の楽しそうな姿を見て、大学院への進学を決意

―高専に入学したきっかけを教えてください。

中学生の頃は普通科高校にも大学にもあまり行く気はなく、文系の科目が自分には向いていないという気持ちから、工業高校に進学しようと考えていました。

ですが、私の4～5歳上のいとこが高専に進学していたことから、親戚から「高専も選択肢としていいんじゃない？」と言われ、少しずつ興味を持つようになったんです。

そこから阿南高専の進学説明会へ参加し、5年制で寮生活も経験しながら専門的な勉強ができる点に魅力を感じ、進学することを決めました。

―高専での思い出はありますか。

寮生活と部活動の印象が強いです。当時は、1年生が全寮制で、同じクラスの学生がまとまって近くの部屋で生活していたので、授業が終わってからも仲良く話せる環境は楽しかったです。また、放課後はクラブ活動があり、終了後は寮で夕食、入浴もあるので、私の生活パターンでは平日にあまり高専の敷地から出なかったんですよね。だから、１年生の頃は寮生活の思い入れも深いです。

部活は5年間野球部に所属していました。小学校のときに軟式野球をやっていて、高専はそこまで厳しくないだろうと思って入部したものの、ちょうど顧問が違う先生に代わりまして（笑）　かなり本格的に部活動に励んでいたと思います。一時期はロボコン部にも所属していて、掛け持ちしながら活動していました。

その後、高専3年生のときに学科の教員から小学生向けの科学体験教室の運営に誘われたんです。そのとき、教員が楽しそうに仕事をしている姿が印象的で。やっている人が楽しそうな仕事ってすごく魅力的なんじゃないかと思ったんです。調べると「高専教員になるためには博士号が必要だ」と知り、これが大学進学の主なきっかけになりました。

幅広い用途での活用を目指す、自己治癒セラミックスの開発

―大学院時代はどのような研究をされていたのですか。

「セラミック複合材料の自己治癒効果（強度回復機能）」に関する研究です。具体的には、セラミックスの基本素材の１つである「アルミナ（酸化アルミニウム）」という材料に「ニッケル」という金属の粒子を分散させた複合材料を研究対象としていました。

「自己治癒効果」とは、材料が高温で酸化することによって、材料表面の傷などが修復されて強度が回復するという現象です。この現象が私の研究対象であるアルミナとニッケルの複合材料にも発現するのかについて研究していましたね。

傷が酸化物で埋まることは研究室の別の学生が突き止めていたのですが、その後、実際に強度回復が発現することを確認できました。自分の考えた仮説を実証して、その通りになった瞬間は「世界で初めてこの現象を解き明かした」と実感でき、非常に嬉しかったです。その後は、同じ複合材料を用いて「どういう酸化物がどれくらいの速度で生成されることで、どのくらい回復するのか」を調べるための研究をしていました。

博士課程修了後は、学会などでお知り合いになった先生に勧誘いただき、同じような研究をしていた横浜国立大学のグループでポスドクになりましたね。その後、基礎学問分野が近い東北大学に移りました。

―現在はどのような研究を行っているのですか。

使用状況に適した種々の自己治癒セラミックスの開発を目指し、研究を行っています。なんらかの酸化反応を起こして傷を埋めるというのが自己治癒効果の基本的な考え方なのですが、それを応用して社会実装しようとすると、使用用途によって温度や回復までにかかる時間などの要求が異なるため、一筋縄ではいかないんです。

たとえば、私がやっていたアルミナとニッケルの複合材料を、機械工場などで材料を切削加工する際の「チップ」に応用できないか考えていました。チップを使って材料を切ったり削ったりするため、硬い材料でなければならないのですが、硬ければ硬いほど欠けたり割れたりしやすく、その度にすぐに交換しなければならないという問題があったんです。

しかし、自己治癒セラミックスを用いれば、加工する際の高温環境を利用し、自己治癒効果が発現することによって傷が修復され、強度を一定に保つことができます。これによって、より長くチップを使用することができ、工場の負担軽減につながるのではないかと考えました。

また、私が横浜国立大学で所属していたグループでは、繊維強化自己治癒セラミックスを航空機用ジェットエンジンの中のタービン翼に使うための研究が行われています。

この2つの研究は、似ているように見えても温度域が大きく異なっているんです。ジェットエンジンであれば1200～1500℃になりますが、チップなどは高くて600℃ほどです。また、その温度が持続する時間も千差万別です。つまり、1つの材料開発が成功しただけでは、自己治癒効果が求められる全ての状況に応用させることはできません。だからこそ、様々なバリエーションを考えて開発する必要があるわけです。

そこで、将来的には、使用状況に応じた自己治癒セラミックスを開発することで、セラミック材料の課題である強度信頼性を向上させ、それが社会実装されることで、回復力の高い、レジリエントな社会の実現に貢献できると考えています。

自由な校風を最大限に生かして、高専を楽しんでほしい

―高専から大学や大学院に進学するメリットは何だと思いますか。

高専では理系科目を重視した実践的教育が行われており、5年間で技術者として必要な知識や技術力を身に付けることができます。

また、高専5年次に行われる卒業研究をしっかりやれば、どこの大学の学部4年生にも引けを取らないと思います。そのため、進学後には、入試で入学した学生と比較して、専門知識や研究経験に対して強いアドバンテージがあり、よりレベルの高い研究をすることができるのではないでしょうか。

高専は体系化された学問を実習で学び、それらを社会で生かす教育を行っていますが、大学（主に博士課程）では基礎研究や新規材料開発などを通して学問の体系化に寄与できる人材育成をしています。つまり、高専から進学することで、両面の視点を高いレベルで体験できるのです。

―現役の高専生、将来の高専生に向けて、メッセージをお願いします。

高専は、自由な校風だからこそ、知りたいことややりたいことに積極的に取り組める環境が整っています。これが普通の高校とは違う点だと思うので、その良さを最大限に生かしながら就職や進学につなげていって欲しいです。

私自身、自由な学びのスタイルがとても合っていましたし、好きでした。授業も教科書どおりではなく、先生が専門としている内容などに関しては深く教えてくれますし、分からないところはとことん議論することもできます。学びたい意欲を刺激してくれるような授業が多く、充実した学生生活を送ることができるでしょう。

ただ、高専は良くも悪くも特色ある教育機関なので、その環境に合わない人もいるかと思います。自由な校風だからこそ、自立した行動も求められます。ですので、オープンキャンパスに参加したり、OBOGから話を聞くなどして、実際の雰囲気をつかんだうえで進学を検討することが大事かなと思います。そして、自分と高専の教育方針が合っていると感じたら、思う存分高専生活を楽しんでほしいです！

丸岡 大佑氏
Daisuke Maruoka

• 東北大学大学院 環境科学研究科 助教

2006年3月　阿南工業高等専門学校 機械工学科 卒業
2008年3月　長岡技術科学大学 工学部 機械創造工学課程 卒業
2010年3月　長岡技術科学大学大学院 工学研究科 機械創造工学専攻 修士課程 修了
2013年3月　長岡技術科学大学大学院 工学研究科 材料工学専攻 博士課程 修了
2013年4月　横浜国立大学大学院 工学研究院 産学連携研究員
2015年1月より現職