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【特集】波長/スペクトル変換材料の最新動向
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高出力波長変換デバイス・材料の開発
Device and Material for High-power Wavelength Conversion
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栗村直((独)物質・材料研究機構 光材料センター 主幹研究員)
半導体デバイスが微細加工で大きく機能を広げたように、レーザーの世界にも微細加工で機能を発現する新たな波長変換デバイスが登場している。分極反転が可能にした高効率、高出力波長変換材料/デバイスに新しい非線形光学の流れをみたい。波長変換は緑色レーザーなど半導体で困難な波長域においても20Wクラスの出力を実現しており、レーザーディスプレイなど新規応用分野に貢献している。
【目次】
1. はじめに
2. レーザーの波長変換デバイス・材料
3. 高出力波長変換デバイス
4. さらなる高出力・高効率をめざして
5. 発展する波長変換デバイス
6. まとめ
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理想的な構造と組成均一性をもつ緑色発光用ニオブ酸リチウム単結晶の開発
Growth of Lithium Niobate with a Perfect Crystal Structure and Homogeneous Composition for the Green Light Emission
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宇田聡(東北大学 金属材料研究所 教授)
本稿では、イギリスの化学者ダルトンにより19 世紀初頭に提唱された「化学量論」の概念の本質を明確にし、あえて欠陥や不純物を結晶に取り込むことにより、光学特性に優れる化学量論構造と均質組成実現に有利な調和融解組成を同時にあわせもつニオブ酸リチウム(cs-MgO : LiNbO3)結晶の開発と波長変換特性について述べる。ここでいう調和融解組成のもとでは、イオン種を含めたあらゆる化学種の固液間平衡分配係数は1 となるので真の調和融解が保証され、結晶の均質性は、従来の調和融解ニオブ酸リチウム(c-LiNbO3)に比べ優れる。また、化学量論構造は、空格子点などの欠陥やMg などの不純物を含めてすべての要素の活量(activity)が1 であるという新しい概念により得ることができ、その結果、化学量論組成は点から線に広がり、化学量論組成と調和融解組成が一致する。cs-MgO : LiNbO3 は、入射光の波長を変える波長変換素子として十分な変換効率をもち、従来にない優れた均質性を示す。
【目次】
1. はじめに
2. ニオブ酸リチウムの化学量論組成と調和融解組成
3. 化学量論組成と調和融解組成が一致する熱力学的条件
3.1 化学量論構造をもつニオブ酸リチウム、cs-MgO : LN
3.2 調和融解性を示すニオブ酸リチウム、cs-MgO : LN
4. cs-MgO : LN の化学量論性と調和融解性の同時実現の実験的検証
5. 化学量論性、調和融解性と平衡分配係数、activity の関係
6. cs-MgO : LN 結晶の育成と同結晶の非線形光学特性と組成均質性
7. まとめ
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非線形光学効果を用いた波長変換材料
The Materials for Frequency Conversion using Nonlinear Optical Effect
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髙橋義典(大阪大学 大学院 工学研究科 電気電子情報工学専攻 特任研究員)
吉村政志(大阪大学 大学院 工学研究科 電気電子情報工学専攻 准教授)
森 勇介(大阪大学 大学院 工学研究科 電気電子情報工学専攻 教授)
佐々木孝友(大阪大学 光科学センター 特任教授)
発振波長の限られる既存のレーザーの波長域を拡げる手法として、非線形光学結晶を用いた波長変換技術が知られている。本稿では、既存の近赤外レーザーを基本波光源とした波長変換のなかでも産業・医療分野で需要の高まっている紫外光の発生、テラヘルツ波の発生に着目し、代表的な非線形光学結晶を挙げ、その特徴を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 波長変換の基礎
3. 紫外光発生用非線形光学結晶
3.1 強誘電体結晶
(1). KTP
(2). LN、LT
3.2 ホウ酸系結晶
(1). BBO
(2). LBO
(3). CBO
(4). CLBO
(5). KBBF
4. THz波発生用非線形光学結晶
4.1 無機結晶
4.2 有機結晶
5. おわりに
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コレステリック液晶を用いた波長変換材料
Cholesteric Liquid Crystals as Wavelength Conversion Materials
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古海誓一((独)物質・材料研究機構 光材料センター 光波動制御グループ 主任研究員;(独)科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業さきがけ「ナノシステムと機能創発」 さきがけ研究者)
不斉炭素原子を有する化合物が液晶中に存在すると、コレステリック液晶相を自発的に形成することがある。このコレステリック液晶は超分子らせん構造を示し、フォトニックバンドギャップに基づいた特異な光学特性を示す。本稿では、コレステリック液晶のフォトニックバンドギャップを利用した光励起レーザー発振と波長チューニングについて解説する。
【目次】
1. はじめに
2. コレステリック液晶の研究動向
3. レーザー発振特性
4. レーザー発振の波長チューニング
5. レーザー発振の光チューニング
6. ガラス性コレステリック液晶によるチューナブルレーザー
7. おわりに
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太陽光スペクトル変換による太陽電池発電効率の向上
Enhancement of Solar Cell Efficiency using Spectral Conversion
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股木宏至(バテルジャパン(株) シニアリサーチリーダー)
太陽光スペクトルと太陽電池分光感度とのミスマッチを補正し、太陽光発電効率を向上させるスペクトルコンバータ開発のアプローチを概観する。また、希土類の励起・発光過程が外界に影響されにくいという特性と相反する特性を付与することを可能にし、スペクトルコンバータ用発光材料として高いポテンシャルを有する「希土類―金属ナノクラスタ」を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 太陽電池のエネルギー変換効率限界と太陽光スペクトル変換
3. スペクトルコンバータ用発光材料
3.1 有機蛍光色素
3.2 希土類発光材料
4. 新規希土類発光材料:希土類―金属ナノクラスタ
5. おわりに
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Material Report R&D
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新しい原子状Pd 触媒の発見と鈴木カップリング反応の高機能化
Formation of the Atomically Dispersed Pd Species and its Application to the Suzuki Coupling Reactions
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奥村和(鳥取大学 大学院 工学研究科 化学・応用生物工学専攻 助教)
Pd をUSY ゼオライトに担持した触媒(Pd/USY)にキシレン中で6 %水素を吹き込むことにより、原子状に高分散したPd が形成されることを見出した。この原子状Pd は鈴木カップリング反応にきわめて高い活性を示し、たとえばブロモベンゼンとフェニルボロン酸による反応ではTOF = 1 × 107 h-1 に達した。
【目次】
1. はじめに
2. 研究の背景と動機
3. USY ゼオライト細孔中でのPd クラスターの形成過程観察
4. o-キシレン溶媒中における水素バブリングによる原子状Pd の形成
5. 原子状Pdによる鈴木カップリング反応
6. USY ゼオライト調製条件の影響
7. おわりに
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Push-pin:部屋の電気スイッチを自由に機能設定できる「賢いスイッチ」
Push-pin : A Smart Programming Interface for Home Appliances
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杉本麻樹((独)科学技術振興機構 ERATO 五十嵐デザインインタフェースプロジェクト;慶應義塾大学 大学院 メディアデザイン研究科 講師)
福地健太郎(明治大学 理工学部 情報科学科 特任准教授)
Charith Fernando((独)科学技術振興機構 ERATO 五十嵐デザインインタフェースプロジェクト;慶應義塾大学 大学院 メディアデザイン研究科 博士課程)
稲見昌彦((独)科学技術振興機構 ERATO 五十嵐デザインインタフェースプロジェクト;慶應義塾大学 大学院 メディアデザイン研究科 教授)
五十嵐健夫((独)科学技術振興機構 ERATO 五十嵐デザインインタフェースプロジェクト;東京大学 大学院 情報理工学系研究科 准教授)
本稿では、家庭環境においてスイッチや家電などの機器の機能連携をユーザーが自在に設定することを可能とするインタフェースPush-pin を紹介する。ケーブル両端の端子に見立てたピン型のタグを使用することで直感的な機器連携の設定を実現するPush-pin のインタフェースについて概念を説明し、ユーザーシナリオおよびプロトタイプシステムの実装について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. Push-pin:「賢いスイッチ」
3. 関連研究
4. バーチャル・ケーブルによる機能設定とStimulus-responseモデル
5. システム概説
5.1 モジュール
5.2 ピン
(1) 外観デザイン
(2) 機能デザイン
5.3 ネットワークと通信プロトコル
6. シナリオ
6.1 帰宅時に照明点灯および掃除機の自動停止
6.2 目覚めのコーヒーと音楽
7. プロトタイプ実装
8. まとめと今後の課題
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画像処理学のすすめ―6(最終回)
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カラー情報処理技術
Color Information Processing
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眞鍋佳嗣(千葉大学 大学院 融合科学研究科 教授;奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 客員教授)
見たままに映像を記録することの願望は、濃淡画像からカラー画像に変わってきたことからも明らかである。しかし、色情報はもともと物体固有の分光反射特性と光源の分光放射強度によって決まるものであり、分光画像の計測・表示技術の研究開発が進められている。本稿では、カラー情報処理技術として、入出力デバイスの最新技術を俯瞰し、さらに応用例について解説する。
【目次】
1. はじめに
2. カラー画像計測・再現システム
2.1 RGB カラー
2.2 分光画像
(1) 点計測
(2) 線計測
(3) 面計測
(4) 分光動画像計測
2.3 可視画像と近赤外線画像の同時計測
2.4 表示系について
3. カラー情報処理技術の応用
3.1 物体の形状と色の画像計測
3.2 退色した染色布の原色推定
4. おわりに
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海外‘Niche’ビジネスレポート
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韓国における太陽電池市場の現況
Solar Battery Market in South Korea
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Global IBIS 編集部
【目次】
1. 太陽電池とは
2. 韓国の太陽電池市場
3. 韓国の太陽電池市場参入企業
(1) Shingsung HOLDINGS
(2) MILLINET SOLAR
(3) KPE
(4) 現代重工業
4. 今後の韓国の太陽電池市場
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Market data
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グラフェンの市場動向
Market Trend of Graphene
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【目次】
1. 概要
2. 市場動向
3. 企業動向
(1) 富士通研究所
(2) 米IBM
(3) NTT
(4) 富士電機ホールディングス
(5) インキュベーション・アライアンス
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高出力波長変換デバイス・材料の開発
Device and Material for High-power Wavelength Conversion
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栗村直((独)物質・材料研究機構 光材料センター 主幹研究員)
半導体デバイスが微細加工で大きく機能を広げたように、レーザーの世界にも微細加工で機能を発現する新たな波長変換デバイスが登場している。分極反転が可能にした高効率、高出力波長変換材料/デバイスに新しい非線形光学の流れをみたい。波長変換は緑色レーザーなど半導体で困難な波長域においても20Wクラスの出力を実現しており、レーザーディスプレイなど新規応用分野に貢献している。
【目次】
1. はじめに
2. レーザーの波長変換デバイス・材料
3. 高出力波長変換デバイス
4. さらなる高出力・高効率をめざして
5. 発展する波長変換デバイス
6. まとめ
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理想的な構造と組成均一性をもつ緑色発光用ニオブ酸リチウム単結晶の開発
Growth of Lithium Niobate with a Perfect Crystal Structure and Homogeneous Composition for the Green Light Emission
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宇田聡(東北大学 金属材料研究所 教授)
本稿では、イギリスの化学者ダルトンにより19 世紀初頭に提唱された「化学量論」の概念の本質を明確にし、あえて欠陥や不純物を結晶に取り込むことにより、光学特性に優れる化学量論構造と均質組成実現に有利な調和融解組成を同時にあわせもつニオブ酸リチウム(cs-MgO : LiNbO3)結晶の開発と波長変換特性について述べる。ここでいう調和融解組成のもとでは、イオン種を含めたあらゆる化学種の固液間平衡分配係数は1 となるので真の調和融解が保証され、結晶の均質性は、従来の調和融解ニオブ酸リチウム(c-LiNbO3)に比べ優れる。また、化学量論構造は、空格子点などの欠陥やMg などの不純物を含めてすべての要素の活量(activity)が1 であるという新しい概念により得ることができ、その結果、化学量論組成は点から線に広がり、化学量論組成と調和融解組成が一致する。cs-MgO : LiNbO3 は、入射光の波長を変える波長変換素子として十分な変換効率をもち、従来にない優れた均質性を示す。
【目次】
1. はじめに
2. ニオブ酸リチウムの化学量論組成と調和融解組成
3. 化学量論組成と調和融解組成が一致する熱力学的条件
3.1 化学量論構造をもつニオブ酸リチウム、cs-MgO : LN
3.2 調和融解性を示すニオブ酸リチウム、cs-MgO : LN
4. cs-MgO : LN の化学量論性と調和融解性の同時実現の実験的検証
5. 化学量論性、調和融解性と平衡分配係数、activity の関係
6. cs-MgO : LN 結晶の育成と同結晶の非線形光学特性と組成均質性
7. まとめ
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非線形光学効果を用いた波長変換材料
The Materials for Frequency Conversion using Nonlinear Optical Effect
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髙橋義典(大阪大学 大学院 工学研究科 電気電子情報工学専攻 特任研究員)
吉村政志(大阪大学 大学院 工学研究科 電気電子情報工学専攻 准教授)
森 勇介(大阪大学 大学院 工学研究科 電気電子情報工学専攻 教授)
佐々木孝友(大阪大学 光科学センター 特任教授)
発振波長の限られる既存のレーザーの波長域を拡げる手法として、非線形光学結晶を用いた波長変換技術が知られている。本稿では、既存の近赤外レーザーを基本波光源とした波長変換のなかでも産業・医療分野で需要の高まっている紫外光の発生、テラヘルツ波の発生に着目し、代表的な非線形光学結晶を挙げ、その特徴を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 波長変換の基礎
3. 紫外光発生用非線形光学結晶
3.1 強誘電体結晶
(1). KTP
(2). LN、LT
3.2 ホウ酸系結晶
(1). BBO
(2). LBO
(3). CBO
(4). CLBO
(5). KBBF
4. THz波発生用非線形光学結晶
4.1 無機結晶
4.2 有機結晶
5. おわりに
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コレステリック液晶を用いた波長変換材料
Cholesteric Liquid Crystals as Wavelength Conversion Materials
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古海誓一((独)物質・材料研究機構 光材料センター 光波動制御グループ 主任研究員;(独)科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業さきがけ「ナノシステムと機能創発」 さきがけ研究者)
不斉炭素原子を有する化合物が液晶中に存在すると、コレステリック液晶相を自発的に形成することがある。このコレステリック液晶は超分子らせん構造を示し、フォトニックバンドギャップに基づいた特異な光学特性を示す。本稿では、コレステリック液晶のフォトニックバンドギャップを利用した光励起レーザー発振と波長チューニングについて解説する。
【目次】
1. はじめに
2. コレステリック液晶の研究動向
3. レーザー発振特性
4. レーザー発振の波長チューニング
5. レーザー発振の光チューニング
6. ガラス性コレステリック液晶によるチューナブルレーザー
7. おわりに
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太陽光スペクトル変換による太陽電池発電効率の向上
Enhancement of Solar Cell Efficiency using Spectral Conversion
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股木宏至(バテルジャパン(株) シニアリサーチリーダー)
太陽光スペクトルと太陽電池分光感度とのミスマッチを補正し、太陽光発電効率を向上させるスペクトルコンバータ開発のアプローチを概観する。また、希土類の励起・発光過程が外界に影響されにくいという特性と相反する特性を付与することを可能にし、スペクトルコンバータ用発光材料として高いポテンシャルを有する「希土類―金属ナノクラスタ」を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 太陽電池のエネルギー変換効率限界と太陽光スペクトル変換
3. スペクトルコンバータ用発光材料
3.1 有機蛍光色素
3.2 希土類発光材料
4. 新規希土類発光材料:希土類―金属ナノクラスタ
5. おわりに
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Material Report R&D
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新しい原子状Pd 触媒の発見と鈴木カップリング反応の高機能化
Formation of the Atomically Dispersed Pd Species and its Application to the Suzuki Coupling Reactions
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奥村和(鳥取大学 大学院 工学研究科 化学・応用生物工学専攻 助教)
Pd をUSY ゼオライトに担持した触媒(Pd/USY)にキシレン中で6 %水素を吹き込むことにより、原子状に高分散したPd が形成されることを見出した。この原子状Pd は鈴木カップリング反応にきわめて高い活性を示し、たとえばブロモベンゼンとフェニルボロン酸による反応ではTOF = 1 × 107 h-1 に達した。
【目次】
1. はじめに
2. 研究の背景と動機
3. USY ゼオライト細孔中でのPd クラスターの形成過程観察
4. o-キシレン溶媒中における水素バブリングによる原子状Pd の形成
5. 原子状Pdによる鈴木カップリング反応
6. USY ゼオライト調製条件の影響
7. おわりに
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Push-pin:部屋の電気スイッチを自由に機能設定できる「賢いスイッチ」
Push-pin : A Smart Programming Interface for Home Appliances
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杉本麻樹((独)科学技術振興機構 ERATO 五十嵐デザインインタフェースプロジェクト;慶應義塾大学 大学院 メディアデザイン研究科 講師)
福地健太郎(明治大学 理工学部 情報科学科 特任准教授)
Charith Fernando((独)科学技術振興機構 ERATO 五十嵐デザインインタフェースプロジェクト;慶應義塾大学 大学院 メディアデザイン研究科 博士課程)
稲見昌彦((独)科学技術振興機構 ERATO 五十嵐デザインインタフェースプロジェクト;慶應義塾大学 大学院 メディアデザイン研究科 教授)
五十嵐健夫((独)科学技術振興機構 ERATO 五十嵐デザインインタフェースプロジェクト;東京大学 大学院 情報理工学系研究科 准教授)
本稿では、家庭環境においてスイッチや家電などの機器の機能連携をユーザーが自在に設定することを可能とするインタフェースPush-pin を紹介する。ケーブル両端の端子に見立てたピン型のタグを使用することで直感的な機器連携の設定を実現するPush-pin のインタフェースについて概念を説明し、ユーザーシナリオおよびプロトタイプシステムの実装について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. Push-pin:「賢いスイッチ」
3. 関連研究
4. バーチャル・ケーブルによる機能設定とStimulus-responseモデル
5. システム概説
5.1 モジュール
5.2 ピン
(1) 外観デザイン
(2) 機能デザイン
5.3 ネットワークと通信プロトコル
6. シナリオ
6.1 帰宅時に照明点灯および掃除機の自動停止
6.2 目覚めのコーヒーと音楽
7. プロトタイプ実装
8. まとめと今後の課題
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画像処理学のすすめ―6(最終回)
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カラー情報処理技術
Color Information Processing
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眞鍋佳嗣(千葉大学 大学院 融合科学研究科 教授;奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 客員教授)
見たままに映像を記録することの願望は、濃淡画像からカラー画像に変わってきたことからも明らかである。しかし、色情報はもともと物体固有の分光反射特性と光源の分光放射強度によって決まるものであり、分光画像の計測・表示技術の研究開発が進められている。本稿では、カラー情報処理技術として、入出力デバイスの最新技術を俯瞰し、さらに応用例について解説する。
【目次】
1. はじめに
2. カラー画像計測・再現システム
2.1 RGB カラー
2.2 分光画像
(1) 点計測
(2) 線計測
(3) 面計測
(4) 分光動画像計測
2.3 可視画像と近赤外線画像の同時計測
2.4 表示系について
3. カラー情報処理技術の応用
3.1 物体の形状と色の画像計測
3.2 退色した染色布の原色推定
4. おわりに
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海外‘Niche’ビジネスレポート
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韓国における太陽電池市場の現況
Solar Battery Market in South Korea
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Global IBIS 編集部
【目次】
1. 太陽電池とは
2. 韓国の太陽電池市場
3. 韓国の太陽電池市場参入企業
(1) Shingsung HOLDINGS
(2) MILLINET SOLAR
(3) KPE
(4) 現代重工業
4. 今後の韓国の太陽電池市場
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Market data
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グラフェンの市場動向
Market Trend of Graphene
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【目次】
1. 概要
2. 市場動向
3. 企業動向
(1) 富士通研究所
(2) 米IBM
(3) NTT
(4) 富士電機ホールディングス
(5) インキュベーション・アライアンス
