Consider energy problems!

Objective

Our laboratory, “Structure-Controlled Functional Materials Laboratory”, was launched on October 17, 2016 at Institute for Materials Research, IMR (KINKEN), Tohoku University. This laboratory aims to research and develop novel materials that exhibit new functions by controlling the microstructure of materials, based on study on various phase transformations that is Professor Tetsu Ichitsubo’s life work, with Associate Professor Norihiko L. Okamoto, Assistant Professors Hiroshi Tanimura, Tomoya Kawaguchi, Hongyi Li (Specially Appointed), and Kohei Shimokawa (@FRIS). We are widely conducting development of structure and functional materials including energy materials for innovative batteries. The current goal of our laboratory is to develop not only basic materials but also materials related to energy issues, such as energy materials for innovative batteries, thermoelectric materials, and thermal storage materials. While feeling the large responsibility of taking charge of one laboratory at IMR and keeping in mind the creation of material seeds that industrial society will surely need, we are enjoying the material science towards the goal of material research and development with an eye on the exit. We are working with Secretaries Ms. Sayaka Kuroki, dealing with various operations of the laboratory. (in JPN) 構造制御機能材料学研究部門は2016年10月17日(発足時:生体材料学研究部門)に東北大学金属材料研究所の一部門として新たにスタートしました.本部門では,市坪が専門とする構造相転移・相変態組織形成学を基軸にし,岡本範彦 准教授(熱電材料,電子顕微鏡),谷村洋 助教(半導体材料,レーザー計測),河口智也 助教(電池材料,放射光測定),李弘毅 特任助教(電気化学,第一原理計算),学際研・下川助教(電気化学)らとともに,材料組織構造を制御することにより新機能を発現する材料を研究開発することを目指します.現時点における当研究室の目標として,基盤材料のみにとどまらず,革新電池用エネルギー材料,熱電材料,蓄熱材料などのエネルギー問題に関する材料開発に重点をおいています. 金研において一つの部門を担当するという重責を感じつつ,社会が必要とするであろう材料のシーズを生み出すことを念頭に,出口を見据えた材料研究・開発を目標に,マテリアルサイエンスを楽しんでいきたいと思います.そして,事務・技術補佐員の黒木清夏とともに,研究室の様々な楽しい運営を行っていきたいと思います.【研究室の様子や実験装置などは,RESEARCHES & TECHNIQUESの中のAtmosphere & apparatuses in our laboratoryをご覧ください】

Members of our team

People

Our laboratory is composed of Professor Tetsu Ichitsubo, Associate Professor Norihiko L. Okamoto, Assitant Professors Hiroshi Tanimura, Tomoya Kawaguchi, Hongyi Li (@Specially Appointed), and Kohei Shimokawa (@FRIS). We are also working with Secretaries Ms. Noriko Kojima and Ms. Sayaka Kuroki, dealing with various fun operations of the laboratory.

  • Professor Tetsu Ichitsubo
    教授 市坪 哲

    Professor,
    Head, Collaborative Research Center on Energy Materials (E-IMR)

    Group Leader (Appointed), Sustainable Functional Materials Science Resaerch Group, Advanced Science Research Center, Japan Atomic Energy Agency
    (ASRC-JAEA)
    日本原子力研究開発機構先端基礎研究センター:耐環境性機能材料科学研究Gr

    Personal web page

    E-IMR web page

    ORCiD

    publons

    Scopus ID

    Researchmap

  • Assoc. Professor Norihiko L. Okamoto
    准教授 岡本 範彦

    Associate Professor
    (S)TEM structure analysis
    Thermoelectric materials
    Personal web page

  • Assist. Professor Hiroshi Tanimura
    助教 谷村 洋

    Assistant Professor
    Ultrafast measurement of phase-change materials by fs-laser
    Relaxation behavior of photo-excited semiconductor by TR-ARPES

  • Assist. Professor Tomoya Kawaguchi
    助教 河口 智也

    Assistant Professor
    Advanced X-ray analysis techniques
    Electrode materials for rechargeable batteries
    Personal web page

  • Appt. Assist. Professor Hongyi Li
    特任助教 李 弘毅(E-IMR専任)

    Research Assistant Professor
    Dual-cation rechargeable battery
    First-principles calculation for rechargeable battery materials

  • Assist. Professor Kohei Shimokawa
    助教 下川 航平(学際研)

    Assistant Professor
    at The Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences (FRIS)
    FRIS web page

Research direction towards rational materials design

Researches & Techniques

We aim to research and develop novel materials that exhibit new functions by controlling the microstructure of materials based on the microstructure formation theory, crystal structure theory, statistical thermodynamics, microscopic elastic mechanics, electrochemistry and quantum chemistry, by using X-ray structure/spectroscopy analyses, transmission/scanning electron microscopy, femtosecond laser spectroscopy, electromagnetic resonance ultrasound spectroscopy, etc. Please see "LEARN MORE" below, after selecting each category. (In JPN) 材料組織学、結晶構造学、熱・統計熱力学、微視的弾性力学、電気化学,量子化学などの学問に基づき、X線構造・分光解析,透過・走査電子線顕微鏡、フェムト秒レーザー分光、電磁超音波共鳴法などを用いて、「材料組織・構造を制御することにより新機能を発現する材料開発」を目指します.詳細は,以下の各種カテゴリーをクリックで選択後〔緑色に〕,茶色の背景の一番下まで行き"LEARN MORE"を押してください.また,研究室の様子や実験装置などは,最後のタブのAtmosphere & apparatuses in our laboratoryをご覧ください.


Development of electrode materials for realizing innovative storage batteries: When carrier ions are inserted and extracted, a phase transition occurs with significant strain, and therefore we have to develop new electrode materials with robust structures that can be stably used even in such a situation, and we also aim to construct a new battery system itself. By controlling microstructures of oxides and alloys at the atomic structure level and further controlling mesoscale microstructure formation, we aim to change the thermodynamic potential and facilitate diffusion of carrier ions.

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Development of high-performance bulk thermoelectric materials: We aim to develop environmentally friendly thermoelectric conversion materials that can directly convert the huge amount of unused energy (of low-temperature wasted heat below 300 degree C) into electric energy.

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Phase transformation studies of structure materials and biomaterials towards their practical applications: We are investigating the transformation modes of Ti-alloys for biomaterials (omega transformation), Ni-based superalloys for power-plants/aeroplanes blades (rafting phenomenon), etc.

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Various phase transitions induced by vibration, light, electric, stress, magnetic fields: Glass structures actually have heterogeneity at various hierarchical levels. By controlling this non-uniform, i.e., inhomogeneous, structure of glasses, we aim to find glasses exhibiting new physical properties. We also focus on the development of phase change materials that switch the bonding features of electronic systems through the lattice-lattice phase transition.

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Eshelby established the basis of the micromechanics theory for isotropic body. Afterward it has been extended for anisotropic cases by other researchers, and has become more sophisticated theory; for example, one can see more systematized theory in Mura’s book (left), and for the textbook written in Japanese, please see the right book that was written by Professors Toshio Mura and Tsutom Mori.

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Advanced measurement techniques and our apparatuses: We introduce the development of new measurement techniques for materials researches. In addition, we show how to utilize the new techniques or apparatuses to what kind of researches in our laboratory.

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We utilize TEM, STEM, etc. owned by Institute for Meterials Research and The Electron microscopy Center.

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Experiments at the synchrotron radiation facilities (SPring-8, SACLA, etc) are described.

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Advanced measurement techniques and our apparatuses: We introduce the development of new measurement techniques for materials researches. In addition, we show how to utilize the new techniques or apparatuses to what kind of researches in our laboratory.

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We introduce atmosphere of staff/student rooms and apparatuses owned by Ichitsubo laboratory.

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Announcements

  • 2022年 12月12日  第5回東北イオ二クスの会 合同ゼミ開催
    2022年12月22日  先端エネルギー材料理工共創研究センター(E-IMR)ワークショップ
    2022年 12月12日  第4回東北イオ二クスの会 合同ゼミ開催
    2022年 12月10日  M1全員・M2譚 中間報告会@東北大マテリアル開発系
    2022年 12月  2日  市坪教授57回金属ガラス部門委員会,2022年度日本材料学会(金属ガラス部門委員会)と粉体粉末冶金協会(金属ガラスナノ結晶材料委員会)の合同研究会に参加
    2022年 12月 1日  市坪教授熊本大学へ出張
    2022年11月28-29日  D3林・D1斉・M2清水・張・戸﨑・本間・安田・葉 第143回金属材料研究所講演会ポスター発表
    2022年11月24日  住友化学株式会社様ご来仙
    2022年11月20-21日  下川助教電気化学会東北支部:第53回セミコンファレンス、第35回東北若手の会にて若手招待講演
    2022年11月15-18日  河口助教MIRAI 2.0 Research and Innovation weekにて招待講演
    2022年11月14日  第3回東北イオ二クスの会 合同ゼミ開催
    2022年11月   4日  第2回東北イオ二クスの会 合同ゼミ開催
    2022年11月   1日  住友化学株式会社様ご来仙
    2022年10月28日  市坪研秋の恒例行事 芋煮会開催
    2022年10月24日  第1回東北イオ二クスの会 合同ゼミ開催
    2022年10月21-22日  市坪教授・李特任助教ALCA-SPRING全体会議に参加
    2022年10月16-18日  市坪教授 JAEA-ASRC 耐環境性機能材料科学研究グループ訪問
    2022年10月15日  マテリアル・開発系駅伝大会に参加 総合10位
    2022年10月14日  市坪研第一期生 現:DOWAメタルテック株式会社 研究員 笠谷さん来所
    2022年 10月12-14日  日本原子力研究開発機構 岡村研究員来所
    2022年 10月 4日  市坪教授 みやぎ県民大学講義「蓄電池電極材料と次世代電池の開発に向けて」
    2022年   9月26-10月7日  D3林日本原子力研究開発機構へインターン参加
    2022年   9月27-30日  日本原子力研究開発機構 田中万也マネージャー来所
    2022年   9月23日  谷村助教 第83回応用物理学会秋季学術講演会にて発表
    2022年   9月21日  岡本准教授 日本鉄鋼協会秋季第184回講演大会にて発表
    2022年   9月21日  M2戸﨑 日本金属学会秋季第171回講演大会にて発表
    2022年   9月13日  M2戸﨑 第6回構造材料研究部会にて発表
    2022年   9月 8日  李特任助教 2022年電気化学秋季大会発表
    2022年   9月 2日  雨澤研木村助教と研究ディスカッション
    2022年   8月30日-9月1日  大学院工学研究科2022年10月入学試験
    2022年   8月19日  住友化学株式会社様ご来仙
    2022年   8月 2日  市坪教授金研夏期講習「蓄電池の基礎と応用:リチウムイオンから最近の研究」
    2022年   7月29日 M2渡辺修士論文審査会
    2022年   7月13-15日 市坪教授熊本大学にて集中講義
    2022年   6月27-7月1日 市坪教授国際会議ICIFMS-19参加・招待講演
    2022年   6月21-22日 市坪教授 ALCA Mg金属電池サブチーム・Li金属負極特別研究ユニット合同会議
    2022年   6月 9-10日 日本原子力研究開発機構 耐環境性機能材料科学研究グループ来所
    2022年   6月 2-3日 日本原子力研究開発機構 中堂博之主任研究員来所
    2022年   5月31日 河口助教国際会議241st ECS meeting講演
    2022年   5月26日 市坪教授第5回構造材料研究部会講演
    2022年   5月13日 岡本准教授加藤研究室所属のGeslin先生と研究ディスカッション
    2022年   5月12日 名古屋工業大学より中山将伸先生の研究グループ来所
    2022年   5月 9-11日 市坪教授 JAEA-ASRC 耐環境性機能材料科学研究グループ訪問
    2022年   4月25-27日 熊本大学より共同利用にて細川伸也先生来所
    2022年   4月21日 市坪教授マグネシウム循環社会推進協議会「Mg-Day in KUMEJIMA」公開ディスカッションにコメンテーターとして参加
    2022年   4月12日 東京大学より八木俊介先生の研究グループ来所
    2022年   4月 4- 8日 市坪教授 JAEA-ASRC 耐環境性機能材料科学研究グループ訪問
    2022年   4月 1日 市坪教授 日本原子力開発研究機構(JAEA)先端基礎研究センター(ASRC) 耐環境性機能材料科学研究グループリーダー就任(兼任)
    2022年   3月30-31日 市坪教授 ALCA 蓄電デバイス全体会議
    2022年   3月23-24日 市坪教授 ALCA マグネシウム蓄電池チーム会議
    2022年   3月  18日 (午後)住友化学 ご来仙
    2022年   3月  18日 (午前)藤田全基先生,前川東北大名誉教授,JAEA-ASRC森マネージャー(斎藤G)とZoomミーティング
    2022年   3月  15日 名工大中山先生とMg蓄電池ALCA Zoomミーティング
    2022年   3月   8日 下川(学際研・先端萌芽)助教 トーキン科学技術賞受賞
    2022年   3月  2-3日 岡本准教授 国際会議「SMS2022 & GIMRT User Meeting 2022」にて招待講演
    2022年   2月22-25日 徳島大学より共同利用にて大石昌嗣先生来所
    2022年   2月21-22日 京都大学より共同利用にて野瀬嘉太郎先生の研究グループ来所
    2022年   2月14-16日 JASRI@SPring-8 筒井智嗣 客員教授 ご来仙
    2022年   2月14-15日 李特任助教 「PCoMSシンポジウム&計算物質科学スーパーコンピュータ共用事業報告会2021」にて講演
    2022年    2月  7日 熊本大学より共同利用にて細川伸也先生来所
    2022年   2月   2日 M2小林,毛塚,卞,西村修士論文審査会
    2022年   1月24日 構造材料研究部会にて金属材料研究所 教授今野先生の独演会を開催
    2022年   1月21日 市坪教授 総合科目「材料科学」の最前線にて蓄電池材料の授業
    2022年   1月18日 D3畠山 博士論文審査最終審査会

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    (more…)

    Announcements

  • 講義資料は以下のリンクからダウンロードしてください(パスワード必要).
    (注) 開かない場合には,新しいタブで開く,で開いてください.

    東北大:大学院講義,
    九州大:大学院集中講義

    東北大学大学院工学研究科 マテリアル・開発系
    2020年度
    非平衡物質工学・市坪担当分.pdf
    相変態論(外国人向け英語講義)
    材料科学の最前線 第14回資料
    金研夏期講習会 資料

    九州大学 集中講義「相転移の基礎と応用」
    2020年度
    相転移の基礎と応用1:熱統計編
    相転移の基礎と応用2:組織形成編
    相転移の基礎と応用3:ガラス物理編

    九州大学大学院特別講義について
    題目:相転移の基礎と応用
    講師: 市坪 哲 (東北大学金属材料研究所・教授)

    日時:
    2021年1月18日(月)3〜4限(13:00〜16:20、20分間の休憩含)
    2021年1月19日(火)3〜4限(13:00〜16:20、20分間の休憩含)
    2021年1月20日(水)3〜4限(13:00〜16:20、20分間の休憩含)

    場所:オンライン(zoom)

    概要:
     相転移は相や構造が外的要因で変化する現象である.すなわち,外的要因である温度変化や磁場・応力場などを印加することにより,材料の新たな構造機能特性を生み出したり,向上させたりすることが可能となる.よって,相転移現象を理解し制御することは,材料科学の領域において学問上・工学上において非常に重要となり,そのためには相転移の基礎となる熱力学・統計熱力学の学問体系および手法のスキームを学ぶことが必要不可欠である. (more…)

    Lecture documents 講義資料

  • Collaborations

    詳細は (more) をクリックしてください.開かないときは新しいタブあるいはウィンドウで開いてください.

    ● 住友化学株式会社:リチウムイオン電池負極材料に関する共同研究
    アルミニウム負極に関する最新成果

    ● タテホ化学工業株式会社:マグネシウム蓄電池に関する共同研究(一旦中止)

    Collaborative Researches with companies

Research Highlights

Papers & Press release

We introduce press releases & news related to our laboratory.

  • Publication list

    Achievement
  • 2022/5/21 Press release:
    Multivalent cation additives suppress dendritic growth of alkali metal anodes
    リチウムやナトリウム金属の針状析出発生抑制に成功

    Press_Release
  • 2022/4/12Press release:
    High-entropy oxide cathode for LIBs
    ハイエントロピー酸化物を用いた蓄電池正極材料

    Press_Release
  • 2022/03/17 Press release:
    Water-Intercalation-type heat storage oxide
    水分子の脱挿入が容易な層状構造化合物を発見:新規蓄熱材料へ

    Press_Release
  • 2021/08/23 PRESS RELEASE:
    Accelerated Kinetics Revealing Metastable Pathways of Magnesiation-Induced Transformations in MnO2 Polymorphs
    ポスト・リチウム蓄電池の開発に前進 マグネシウム蓄電池正極材料開発に向けてMnO₂を使いこなす

    @EnergyMater
  • 2021/07/27 PRESS RELEASE:
    Liquid-sulfur/sulfide composite cathodes toward high-rate magnesium rechargeable batteries
    液体硫黄を活用した高速充放電可能なマグネシウム電池用正極複合材料の開発に成功

    @EnergyMater
  • 2021/07/13 PRESS RELEASE:
    Strain effect on Pt-Ni catalysts revealed by BCDI
    燃料電池などで使われる酸素還元用合金触媒の 高性能化機構を解明

    @EnergyMater
  • 2021/01/19 PRESS RELEASE:
    Structure design for Mg-battery cathode active materials
    マグネシウム蓄電池正極活物質の構造設計指針

    @EnergyMater
  • 2020/06/08 PRESS RELEASE:
    Lifetime observation of nonthermal processes in a photoexcited semiconductor
    光励起された半導体の非熱的過程観測~超高速作動光メモリの原理解明に期待~

    @Ultrafast_Phenomenon
  • 2020/04/27 PRESS RELEASE:
    Succeeded in circumventing huge volume strain due to lithiation of Al anode in Lithium batteries
    リチウム合金化に伴う巨大体積歪の回避に成功

    @EnergyMater
  • 2019/12/16 PRESS RELEASE:
    Imaging compositional change inside alloy nanoparticle during catalytic reaction
    反応中の合金触媒の多様な組成変化を可視化

    @EnergyMater
  • 2019/04/17 PRESS RELEASE:
    Discovered new phase transition mode in titanium alloys
    チタン合金の新たな相転移機構の発見

    @Metal/Alloys
  • 2018/08/10 PRESS RELEASE:
    Discovered the promotion phenomenon of multivalent-ion diffusion caused by concerted motion
    協奏的動きがもたらす多価イオン拡散の促進現象を発見

    @EnergyMater
  • 2018/05/21 PRESS RELEASE:
    Established the local structure model of amorphous in phase change materials
    アモルファス相変化記録材料の局所構造をモデル化

    @Glass/Amorphous
  • PRESS RELEASE(@Kyoto Univ):
    Mechanism of ultrafast phase change in the materials used for DVD/Blu-ray discs
    DVD/ブルーレイディスク材料合金が超高速で相変化するメカニズム

    @Ultrafast_Phenomenon
  • PRESS RELEASE(@Kyoto Univ):
    Developed long-life, high specific capacity silicon negative electrode for lithium-ion batteries
    長寿命高比容量のリチウムイオン蓄電池負極を開発

    @EnergyMater
What we want to announce to everyone

Blog & Information

市坪研恒例行事:芋煮会開催

令和4年10月28日,市坪研恒例の芋煮会を行いました🍲 最高の秋晴れ☀ この日は、市坪教授のバースデーパーティーも同時開催しました!  

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金研フットサルに出場

令和4年10月26日、金研フットサル大会の決勝リーグが行われました! 市坪研としては、負傷者が2名出ており、万全のメンバー体制ではありませんでしたが、第3位と健闘しました⚽ (準決勝は、試合結果は0-0で、ジャンケンに負けて決勝にすすめませんでした) 市坪教授は、第1回大会でたたき出した総得点14点を上回る、16得点を決めました!ブラボー! 来年こそは、優勝目指していきましょう!!!(ジャンケンの練習も必要かもしれません…笑)

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マテリアル・開発系 駅伝大会に参加!

令和4年10月15日快晴、マテリアル・開発系の駅伝大会が2年ぶりに行われ、我々も金研代表として参加しました! 1区 本間 2区 岡本先生 3区 戸﨑 4区 清水 5区 皆瀬 6区 市坪先生 7区 吉迫 7名が「たすき」を繋ぎました! 結果は総合10位! 個人のタイムとしては、市坪教授は40代の部第2位,岡本准教授は40代の部第1位という輝かしい成績を残しました!   1区本間君(走りがきれいですね!)    2区岡本先生(安定感あります)   3区戸﨑くん(ファイトー!!!)     4区清水君(陸上部です)       

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