自動車や飛行機の軽量化に欠かせない繊維強化プラスチック(FRP)。複数の素材を混合して強度や耐熱性などの特性を高めたコンポジット（複合）材料の一種です。近年では、ナノサイズレベルで精密に物質を混合したナノコンポジット、とりわけ、無機材料と有機材料を合成して各々の特長を引き出すハイブリッド材料が、次世代の機能材料として期待を集めています。層状化合物を軸としてハイブリッド材料を合成し、用途開発研究を進めているのが、応用化学科の菅原義之教授です。

イメージ先行で化学の道へ

高校生時代の私にとって、100以上ある元素を自在に扱い、あらゆるモノを生み出せる（ように思えた）無機化学が魅力的に映りました。「モノづくり」という言葉すらなかった時代ですが、父が化学材料系の研究職に就いていたこともあり、研究が産業につながるイメージを掴みやすかったのです。第1次オイルショックの影響などで、電気や情報系学科の人気が高まりつつあった頃でしたが、「自然界に存在する元素を操る知識を学ぶんだ」、という強い気持ちで応用化学科に入学しました。

実際に様々な教科を学ぶ中で、ヒトの体・生体システムが本当に良くできていることを知り、生化学に強く惹かれましたが、その反面、「自然が作り出したシステムに太刀打ち出来るシステムを人間の手で作り出すことはできないのではないか？」という思いも強くなり、初志貫徹して、無機材料を作り出す無機化学を専門に選びました。

古くて新しい粘土の世界

卒業研究では粘土鉱物を扱っていた加藤忠蔵先生（1992年退職、名誉教授）と黒田一幸先生の研究室に所属しました。粘土は、ケイ素やアルミニウム、酸素などを主要元素として構成されたシートが何層も折り重なった構造を持っています。この粘土層間に有機高分子(炭素、水素を含む分子が多数結合した分子)を導入（インターカレーション反応）、200度ぐらいで蒸し焼きにした後、超高温の窒素やアルゴンガス中で焼いて窒化物や炭化物と呼ばれるセラミックスを作る、というテーマを頂きました。セラミックスは、金属ではない無機材料の総称です。陶器や磁器もこの一種ですから、人類の歴史の中では長い付き合いの物質と言えます。当時、層間に高分子を導入する研究自体ほとんど報告されておらず、さらに高分子を炭素にした上で熱酸素還元反応に利用することは、全く新しい試みでした。例えば、酸化ケイ素SiO₂と炭素Cの粉を混ぜてセラミックスの一種である炭化ケイ素SiCを得る手法は従来から工業的に用いられていましたが、粉を混ぜて焼成するのでは接触面積が少なく、反応効率が悪かったのです。それならば、最初から粘土層間に炭素の"素（もと）"を導入しておけば、反応表面積が広くなり効率が上がるのではないか、というのが研究の発端でした。

1000度レベルで焼成することとは無縁の研究室でしたので、二学年上の先輩と二人で、電気炉を作るところから始めました。条件出しに悪戦苦闘しつつも、次第に結果が出るようになり、かつてない充実感に背中を押されて博士課程へ進学しました。層状物質自体を粘土から変えたり、その粘土層間に導入する高分子材料を新しくしてみたりと、ゼロから立ち上げた研究の幅を少しずつ広げていき、それらをまとめて博士号を取得することができました。