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ゾル-ゲル法応用の展開

(2000年『ゾル-ゲル法応用技術の新展開』普及版)

商品コード: B0850

  • 監修: 作花済夫
  • 発行日: 2008年7月
  • 価格(税込): 3,240 円
  • 体裁: A5判,208ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0007-8

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刊行にあたって

 ゾル-ゲル法は,溶液から出発し,溶液→ゾル→ゲルの変化に基づいて材料を合成する方法である。低温合成法であり,さまざまな微細構造,形態,機能をもった材料の合成に応用することができる。
 ゾル-ゲル法が材料合成の方法として材料研究者・技術者に注目されはじめたのは,1970年代の初めにショット社が金属アルコキシドからパイレックスガラスを650℃の加熱で作製して以降である。1981年には,ゾル-ゲル法専門の第1回国際会議が開催された。
 わが国でも1970年代からガラス研究者・技術者により,基礎研究や応用開発研究が行われてきたが,1990年代に入って,従来の無機化合物の合成を目的とした研究から,有機無機ハイブリッド材料など新しい微細構造を持った材料の開発を目的とした研究が盛んになり,機能性無機コーティング膜・有機無機ハイブリッドコーティング膜,多孔質バルク体,原料粉末が開発され,実用化されている。
 本書は,監修の福井工業大学教授・作花済夫先生のご指導のもと,ゾル-ゲル法による材料開発技術とその応用展開に焦点を当てて,最新の技術動向を把握できるように編集したレポートである。
 ガラス・セラミックス・ナノコンポジット・ハイブリッド材料など新材料の開発に携わる研究者・技術者の方はもとより,新しい機能材料の開発に携わる方々にも本書をお勧めする。
(「はじめに」より)

2000年5月  (株)シーエムシー 編集部

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2000年に『ゾル-ゲル法応用技術の新展開』として刊行されました。普及版の刊行にあたり,内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので,ご了承ください。

2008年7月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

作花済夫   福井工業大学 教授
         京都大学 名誉教授
平野眞一   名古屋大学 大学院 工学研究科 応用化学専攻 教授
         (現)名古屋大学 総長
余語利信   (現)名古屋大学 エコトピア科学研究所 教授
坂本 渉   名古屋大学 大学院 工学研究科 応用化学専攻 助手
         (現)名古屋大学 エコトピア科学研究所 准教授
山根正之   東京工業大学 大学院 理工学研究科 物質科学専攻 教授
安盛敦雄   (現)東京理科大学 基礎工学部 材料工学科 教授
牧島亮男   東京大学 大学院 工学系研究科 材料学専攻 教授
         (現)北陸先端科学技術大学院大学 副学長
野上正行   (現)名古屋工業大学 環境材料工学科 教授
幸塚広光   (現)関西大学 化学生命工学部 化学・物質工学科 教授
神谷寛一   三重大学 工学部 分子素材工学科 教授
土岐元幸   (現)(株)KRI 全社副技術統括 専務取締役
福井俊巳   (現)(株)KRI ナノ材料研究部 ナノハイブリッド研究室 室長
平島 碩   (現)慶應義塾大学 理工学部 教授
森田祐子   (現)オリンパス(株) 研究開発センター 光学技術部
中西和樹   京都大学 大学院 工学研究科 助教授
         (現)京都大学 大学院 理学研究科 准教授
横山 勝   松下電工(株) ウェル・ラボ 主幹技師
伊藤武夫   (株)東芝DDC社 技監
牧田研介   (現)セントラル硝子(株) 硝子研究所 所長
森本 剛   旭硝子(株) 中央研究所 特別研究員
         (現)森本技術士事務所 代表
真田恭宏   旭硝子(株) 中央研究所 主幹研究員
白倉 昌   キリンビール(株) パッケージング研究所 部長代理
        (現)白倉技術士事務所 代表
吉田宣昭   (現)触媒化成工業(株) ファイン総合研究所 MM研究所 MM第三研究グループ グループマネージャー
横井浩司   (現)日本板硝子(株) GF事業本部 特機材料事業部 開発部 マネージャー
峠  登   近畿大学 理工学部 金属工学科 教授
村澤貞夫   (株)シグナスエンタープライズ 代表取締役
柴田修一   (現)東京工業大学 大学院 理工学研究科 教授
中西洋一郎  (現)静岡大学 電子工学研究所 名誉教授
永井順一   旭硝子(株) 中央研究所 主幹研究員
         (現)ナカン(株) 技術開発本部 開発部長
上野晃史   静岡大学 工学部 物質工学科 教授
坂 志朗   京都大学 大学院 エネルギー科学研究科 エネルギー社会・環境科学専攻 教授
尾坂明義   (現)岡山大学 大学院 自然科学研究科 機能分子工学専攻 教授

 執筆者の所属表記は、注記以外は2000年当時のものを使用しております。

目次

<総論編>
第1章 ゾル-ゲル法の概要
1. ゾル-ゲル法の発展
2. ゾル-ゲル法のプロセス
3. ゾル-ゲル法の特徴
3.1 ゾル-ゲル法の長所
3.2 ゾル-ゲル法の問題点
4. ゾル-ゲル法によって作られる材料の種類
5. ゾル-ゲル法の将来

<プロセス編>
第2章 ゾルの調製
1. はじめに
2. 出発原料化合物および溶媒の選択
3. 前駆体溶液の調製
4. ゾル溶液中の反応(加水分解・重縮合反応とその制御)
5. 多成分ゾル中の反応および構造制御
6. 前駆体構造と性質・新たな展開

第3章 ゲル化と無機バルク体の形成
1. はじめに
2. ゾルゲル法によるバルク体の作製
3. ゾルゲル法によるシリカゲルの作製
3.1 シリコンアルコキシドの反応とゲルの形成過程
3.2 シリカゲルの多孔体物性
4. 多成分系バルク体の形成
4.1 高融点酸化物を含む二、三成分系バルク状ゲルの作製
4.2 アルカリ、アルカリ土類、鉛等を含む低軟化点多成分けい酸塩ガラスの作製
4.3 CdS微粒子分散ガラス用バルク状ゲルの作製
4.4 屈折率分布レンズ用ゲルの作製

第4章 有機・無機ナノコンポジットの形成
1. 有機分子・有機ナノ粒子ドープ材料の形成
1.1 はじめに
1.2 ゾル-ゲル法による有機・無機複合化物質の合成
1.2.1 有機分子の導入
1.3 ハイブリッド化物質の特性
1.3.1 最近の例
1.3.2 有機色素-非晶質シリカ複合化物質のPHB
1.3.3 固体色素レーザー
1.3.4 ゾル-ゲル法によるその他の複合化材料
1.4 おわりに

2. 無機イオン・ナノ粒子分散材料の形成
2.1 はじめに
2.2  希土類イオンドープガラスの形成
2.2.1 多孔性を利用したSm3+イオンの還元
2.2.2 Sm2+ドープガラスのスペクトルホールバーニング
2.2.3 スペクトルホールバーニング効率への残留水分の利用
2.3 ナノ粒子ドープガラスの形成
2.3.1 化合物半導体ナノ粒子ドープガラスの作製
2.3.2 金属ナノ粒子ドープガラスの作製
2.3.3 ナノ粒子ドープガラスの非線形特性

第5章 膜の形成
1. 膜形成の方法
1.1 ゲル膜の形成
1.1.1 ディップコーティング
1.1.2 スピンコーティング
1.1.3 ラミナーフローコーティング、メニスカスコーティング
1.2 ゲル膜の熱処理
1.3 その他の膜形成法
2. 膜厚とその制御
2.1 膜厚の測定・評価法
2.2 膜厚の制御
3. 亀裂発生と剥離の問題
4. 表面粗さとその制御
5. 膜の細孔特性とその制御
6. 結晶配向の制御

第6章 セラミックス繊維の形成
1. はじめに
2. 繊維調製のためのゾル-ゲル化学
3. 繊維の調製例
3.1 中空糸、メソポーラス繊維
3.2 強誘電体セラミックス繊維
3.3 他の高機能性酸化物繊維
3.4 窒化物、炭化物繊維
4. おわりに

第7章 乾燥
1. ゲルの乾燥過程と微細構造の変化
2. バルク材料の乾燥と亀裂抑制
3. 薄膜の乾燥と改質
3.1 ゾル-ゲル膜の乾燥過程
3.2 厚膜化技術
3.2.1 有機配位化合物適用
3.2.2 有機ポリマーの併用
4. 凍結乾燥法
5. 超臨界乾燥法
5.1 超臨界乾燥法の原理
5.2 ゾル-ゲル法への超臨界乾燥法の応用
5.2.1 シリカ系材料
5.2.2 アルミナ系材料
5.2.3 超臨界乾燥法を用いないエアロゲルの合成法

第8章 焼結
1. はじめに
2. 焼結の理論
2.1 粘性流動焼結
2.2 拡散焼結
3. バルクゲルの焼結
4. 膜の焼結
5.  新しい焼結技術

<応用編>
第9章 ゾル-ゲル法バスク材料の応用
1. 屈折率分布レンズへの応用
1.1 はじめに
1.2 ゾルゲル法によるr-GRIN作製方法
1.3 低分散分布GRINレンズの作製方法
1.3.1 組成構成
1.3.2 作製方法
1.3.3 材料特性
1.4 まとめ

2. 多孔質シリカの液体クロマトグラフィー用カラムへの応用
2.1 はじめに
2.2 重合反応によって誘起される相分離
2.3 ゾル-ゲル転移による構造の凍結
2.4 溶媒置換によるメゾ細孔構造制御
2.5 階層的多孔構造の制御
2.6 二重細孔ゲルのクロマトグラフィーへの応用
2.7 分析例と将来への可能性

3. シリカエアロゲルの応用
3.1 概要
3.2 シリカエアロゲルの製法
3.3 シリカエアロゲルの特長
3.3.1 断熱性
3.3.2 透明性
3.3.3 屈折率・誘電率
3.4 代表的用途例
3.5 おわりに

第10章 ゾル-ゲル法薄膜材料の応用
1. 選択吸収フィルター膜のカラーブラウン管への応用
1.1 はじめに
1.2 カラーブラウン管蛍光面構造と選択吸収フィルター膜
1.3 選択吸収フィルター膜の製造
1.4 製品特性と膜特性
1.5 技術の発展

2. 光反射膜の応用
2.1 はじめに
2.2 光反射膜のHUDコンバイナーへの応用
2.2.1 HUDとは
2.2.2 自動車用HUDシステム
2.2.3 コンバイナーの作製
2.2.4 成膜方法
2.2.5 ゾルゲル膜のパターニング
2.2.6 自動車用WSの作製
2.3 おわりに

3. 光反射防止膜の応用
3.1 はじめに
3.2 膜材料の設計及びコート液合成
3.3 着色剤TiO2-x及び導電剤SbドープSnO2超微粒子ゾルの合成
3.4 コート膜特性
3.5 結言

4. リサイクルびん用着色コーティング膜への応用
4.1 はじめに
4.2 着色コーティング材料の概要
4.3 ハイブリッドコート着色ガラスびんの評価
4.4 おわりに

5. 液晶ディスプレイ用ミドルコート絶縁膜への応用
5.1 ミドルコート膜の概説
5.2 ゾル-ゲル膜のミドルコート膜への応用
5.3 ミドルコート材の多機能化

6. 自動車窓ガラス用撥水性膜への応用
6.1 はじめに
6.2 撥水ウインドウの構造
6.3 自動車用撥水ウインドウ
6.4 今後の展開

第11章 ゾル-ゲル法粒子・粉末材料の応用
1. チタニア分散シリカフレークの化粧品用紫外線遮蔽剤への応用
1.1 はじめに
1.2 作製方法
1.3 TSGフレークの特性
1.3.1 形状
1.3.2 光学的特性
1.3.3 色調
1.3.4 光触媒活性
1.4 化粧料への応用
1.5 おわりに

第12章 ゾル-ゲル法応用の新展開
1. ゾル-ゲル薄膜の微細パターニングへの応用
1.1 はじめに
1.2 ゲル膜を用いた微細パターニング技術の分類
1.3 スタンパーを用いるプロセス
1.3.1 通常のゲル膜へのパターニング
1.3.2 有機高分子分散ゲル膜へのパターニング
1.3.3 光重合性ORMOCERへのパターニング
1.4 光アシストプロセス
1.4.1 赤外レーザーの利用
1.4.2 β-ジケトンで化学修飾されたゲル膜の利用
1.4.3 光重合性ORMOCERの利用
1.5 今後の展開

2. GRATZEL型太陽電池
2.1 はじめに
2.2 電気化学的太陽電池
2.3 色素増感型太陽電池
2.4 グレッエル型太陽電池
2.5 酸化チタン電極の製法
2.6 おわりに

3. マイクロレーザー発振素子への応用

4. ゾル-ゲル法の蛍光体への応用
4.1 はじめに
4.2 導電性極薄膜被覆
4.3 発光特性
4.4 寿命特性
4.5 最適被覆量
4.6 おわりに

5. エレクトロクロミック膜への応用
5.1 はじめに
5.2 ゾルゲル法によるエレクトロクロミック膜作製の試み
5.2.1 金属アルコキシドを用いる方法
5.2.2  WO3(アルコキシドを出発原料とする場合)
5.2.3  WO3(アルコキシド以外を出発原料とする方法)
5.2.4 各種EC酸化物
5.3 まとめ

6. 高活性触媒への応用
6.1 はじめに
6.2  耐熱性アルミナの製造
6.3 担持金属微粒子触媒の調製

7. ゾル-ゲル法の木材改質への応用
7.1 寸法安定性
7.2 耐蟻性
7.3 吸水防止性(撥水性)
7.4 難燃性
7.5 防菌・防かび性

8. ゾル-ゲル法の生体(適合)材料開発への応用
8.1 生体適合性・組織融合性材料
8.2 有機-無機複合材料の設計と合成
8.2.1  Ormosil型ハイブリッド
8.2.2  ビニルシラン系ハイブリッド
8.2.3 グラフィティングによる基板の生体活性ハイブリッド膜コーティング
8.3 その他
8.3.1 金属基板上への生体適合性セラミックス被膜の形成
8.3.2 多孔質シリカの医用への応用

第13章 その他の応用
1. はじめに
2. ゾル-ゲル法バルク体製品
3. ゾル-ゲル法ファイバー製品
4. ゾル-ゲル法粒子・粉末製品
5. ゾル-ゲル法コーティング膜製品
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