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ナノメタルの応用開発

(2003年「ナノメタルの最新技術と応用開発」普及版)

商品コード: B0860

  • 監修: 井上明久
  • 発行日: 2008年11月
  • 価格(税込): 4,536 円
  • 体裁: A5判、300ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0033-7

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刊行にあたって

 平成13年度から始まった第二次科学技術基本計画では、5年間で24.4兆円の予算を投入して日本の科学技術力を高め、新規産業を起こし、開発途上国の発展に伴って生じている日本の産業の流出・空洞化を抑制することを目指している。この第二次基本計画では、「ライフサイイエンス」、「情報通信」、「環境」および「ナノテクノロジー・材料」の四分野を重点領域として集中的に資金を投入して発展を図ることが謳われている。
 「ナノテクノロジー・材料」も四重点分野のひとつとして取り上げられているが、国家プロジェクトとしての大型予算の投入状況を眺めた時、資金の大半はナノテクノロジーを中心とした科学技術分野に集中的に投資されており、ナノ材料分野は軽視された状況にあることはほとんどすべての材料科学者が感じている事と思う。
 元来、日本のナノ材料分野は世界の最先端を走っており、世界的視点で高い競争力を有している。この事は、2001年と2003年に発表された材料科学分野における論文の引用数が東北大学が連続して世界第一位となっていることからも裏付けられている。このように文献引用数で連続して日本の大学が世界第一位になった分野は材料科学のみである。また、革新的な物質・材料が見出された場合、社会基盤技術が大きく変化する事例はこれまでにも数多く見られ、高度社会の構築に向けて材料開発の重要性は今後より一層高まるものと考えられる。
 本書では、世界的視点でトップレベルに位置している日本のナノ材料分野の研究の一端を紹介している。シーエムシー出版では、これまで『ナノマテリアルの最新技術』『ナノ粒子の製造・評価・応用・機器の最新技術』『ポリマー系ナノコンポジット最新技術』等、ナノ材料に関する書籍を発行しているが、この本の発行が契機となってナノテクノロジーに大きく片寄っているプロジェクトの予算状況が少しでもナノ材料分野にも振り向けられ、本分野の優位性が今後も維持されることを本書の企画者として切望している。

2003年8月  井上明久

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2003年に『ナノメタルの最新技術と応用開発』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11月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

井上明久   東北大学 金属材料研究所 所長 教授
         (現)東北大学 総長
牧野彰宏   (現)東北大学 金属材料研究所 金属ガラス総合研究センター 教授
沈 宝龍   科学技術振興事業団 戦略的創造研究推進事業発展プロジェクト 研究員
福永博俊   (現)長崎大学 工学部 電気電子工学科 教授
大沼繁弘   (現)(財)電気磁気材料研究所 主任研究員
高梨弘毅   東北大学 金属材料研究所 磁性材料学研究部門 教授
森博太郎   (現)大阪大学 超高圧電子顕微鏡センター 教授
山浦真一   東北大学 金属材料研究所 新素材設計開発施設 助手
島田 寛   東北大学 多元物質科学研究所 教授
隅山兼治   (現)名古屋工業大学 大学院 ながれ領域 未来材料創成工学専攻 教授
浅見勝彦   東北大学 金属材料研究所 教授
木村久道   (現)東北大学 金属材料研究所 金属ガラス総合研究センター 准教授
髙木節雄   (現)九州大学 大学院 工学研究院 材料工学部門 教授
飛鷹秀幸   九州大学 大学院 工学研究院 材料工学部門 助手
津﨑兼彰   (現)(独)物質・材料研究機構 新構造材料センター センター長
木村勇次   (現)(独)物質・材料研究機構 新構造材料センター 主任研究員
永井康介   (現)東北大学 金属材料研究所 材料照射工学研究部門 准教授
長谷川雅幸   東北大学 金属材料研究所 材料照射工学研究部門 教授
才田淳治   東北大学 学際科学国際高等研究センター 助教授
         (現)東北大学 学際科学国際高等研究センター 准教授
吉見享祐   東北大学 金属材料研究所 高純度金属材料研究部門 助教授
         (現)東北大学 大学院 環境科学研究科 准教授
喜多和彦   (現)YKK(株) 研究開発センター 金属研究開発グループ 金属材料研究所 所長
長村光造   (現)(財)応用科学研究所 理事・主要研究員
土井 稔   (現)名古屋工業大学 大学院 工学研究科 教授
小池淳一   (現)東北大学 大学院 工学研究科 知能デバイス材料学専攻 教授
松井秀樹   東北大学 金属材料研究所 教授
一色 実   (現)東北大学 多元物質科学研究所 教授
村松淳司   東北大学 多元物質科学研究所 教授
小島 隆   東北大学 多元物質科学研究所 助手
弘津禎彦   大阪大学 産業科学研究所 高次制御材料科学研究部門 教授
進藤大輔   (現)東北大学 多元物質科学研究所 教授
宝野和博   (現)(独)物質・材料研究機構 フェロー
大沼正人   (現)(独)物質・材料研究機構 量子ビームセンター 中性子散乱グループ 主幹研究員
今福宗行   (現)(株)日鐵テクノリサーチ 解析センター 物性Gr リーダー
松原英一郎   (現)京都大学 大学院 工学研究科 材料工学専攻 教授
松村 晶   (現)九州大学 工学研究院 エネルギー量子工学部門 教授
東 健司   (現)大阪府立大学 工学研究科 物質・化学系専攻 マテリアル工学分野 教授
河村能人   (現)熊本大学 大学院 自然科学研究科 教授
相澤龍彦   東京大学 先端科学技術研究センター 教授
         (現)トロント大学 材料工学科 研究教授
木村 博   (現)防衛大学校 システム工学群 機械工学科 教授
早乙女康典   (現)東北大学 金属材料研究所 附属研究施設大阪センター 教授
梅本 実   豊橋技術科学大学 工学部 生産システム工学系 教授
         (現)豊橋技術科学大学 生産システム工学系 教授
山崎 徹   (現)兵庫県立大学 大学院 工学研究科 教授
徳満和人   東京大学 生産技術研究所 助手
村上正紀   (現)立命館大学 立命館グローバル・イノベーション研究機構 教授
吉沢克仁   (現)日立金属(株) 先端エレクトロニクス研究所 主管研究員
広沢 哲   住友特殊金属(株) 開発本部 主席研究員;研究開発センタ マグネット1研究グループ長
         (現)日立金属(株) NEOMAXカンパニー 磁性材料研究所 技師長
里 達雄   (現)東京工業大学 材料工学専攻 教授
大寺克昌   (現)YKK AP(株) 部品グループ 技術開発室長
水嶋隆夫   アルプス電気(株) 磁気デバイス事業部 第1開発部 主任技師
王 新敏   (現)東北大学 金属材料研究所 客員教授
奥村 潔   (現)新東ブレーター(株) 材料技術グループ グループマネージャー
鍛冶俊彦   住友電工焼結合金(株) 製品開発部 アルタフグループ グループ長

 執筆者の所属表記は、注記以外は2003年当時のものを使用しております。

目次

序章 ナノメタルの最新動向
1. はじめに
2. 合金開発の基本概念
3. 鉄基ナノ結晶軟磁性合金
4. ナノ結晶およびナノ準結晶Al基合金
5. ナノ粒径Mg基合金
6. おわりに

第1章 機能材料の構造と物性
1. ナノ結晶軟磁性合金

2. ナノ結晶軟磁性バルク合金
2.1 はじめに
2.2 Fe-Si-B-Nb-Cuナノ結晶軟磁性バルク合金
2.3 Fe-Co-Si-B-Nb-Cuナノ結晶軟磁性バルク合金
2.4 おわりに

3. ナノコンポジット磁石理論
3.1 ナノ構造の必要性
3.2 保磁力・残留磁化・最大エネルギー積
3.2.1 等方性磁石
3.2.2 異方性磁石
3.2.3 ナノコンポジット磁石の現状
3.3 磁化過程
3.3.1 着磁特性
3.3.2 磁化反転過程
3.3.3 温度特性

4. ナノグラニュラー軟磁性薄膜
4.1 はじめに
4.2 ナノグラニュラー構造磁性膜の作製方法
4.3 Co基ナノグラニュラー軟磁性膜
4.4 今後の展望

5. ナノグラニュラー薄膜の磁気抵抗効果
5.1 はじめに
5.2 金属-金属系ナノグラニュラー薄膜
5.3 金属-絶縁体系ナノグラニュラー薄膜
5.4 応用上の課題

6. ナノ粒子における合金化反応
6.1 はじめに
6.2 ナノ粒子における自発的合金化
6.2.1 自発的合金化とは
6.2.2 電子顕微鏡法による自発的合金化のその場観察
6.2.3 自発的合金化プロセス
6.2.4 ナノ粒子における自発的合金化の普遍性
6.3 ナノ粒子における相平衡

7. ナノ粒子の水素吸蔵
7.1 はじめに
7.2 ナノ組織・ナノ粒子における表面・界面の評価
7.3 ナノ組織化材料の水素吸蔵性
7.4 ナノ粒子化水素吸蔵材料の水素吸蔵性
7.5 おわりに

8. ナノ粒子のハード磁性

9. ナノ粒子集合体の電気伝導
9.1 はじめに
9.2 クラスターの生成・堆積方法、クラスター集合体の特徴とコアシェルクラスターの作製
9.3 クラスター集合体の電気伝導
9.4 おわりに

10. 非晶質合金を前駆体としたナノ金属粒子触媒
10.1 はじめに
10.2 CO2のメタン化触媒
10.3 非晶質および結晶質Ni-Zr合金を前駆体とした触媒の比較
10.4 非晶質Ni-Zr合金を前駆体とした触媒の活性の合金組成依存性
10.5 非晶質Ni-Zr合金を前駆体とした触媒の特徴
10.6 非晶質Ni-Zr-Sm合金を前駆体とした触媒の活性
10.7 おわりに

第2章 構造用材料の構造と物性
1. 高強度軽合金
1.1 はじめに
1.2 非晶質およびナノ粒子分散Al基合金
1.3 ナノ結晶Al基合金P/M材
1.4 非晶質およびナノ粒子分散Mg基合金
1.5 ナノ粒子分散およびナノ結晶Mg基合金P/M材
1.6 おわりに

2. ナノ結晶化した鉄の組織と強度
2.1 はじめに
2.2 ナノ結晶粒の定義とナノ結晶組織の特徴
2.3 鉄のナノ結晶化の手段と組織変化
2.4 ナノ結晶鉄における強度の粒径依存性

3. 高強度マルテンサイト鋼のナノ組織制御と水素脆化特性
3.1 はじめに
3.2 中炭素低合金鋼の焼戻マルテンサイト組織と耐遅れ破壊に優れた理想組織
3.3 加工熱処理による組織制御
3.4 おわりに

4. 原子力材料とナノ銅クラスター
4.1 原子炉圧力容器の照射脆化
4.2 陽電子消滅法
4.3 中性子照射による鉄-銅モデル合金中の空孔-銅原子集合体の形成
4.4 照射後焼鈍によるナノ銅クラスターの形成
4.5 今後の応用

5. ナノ準結晶Al合金
5.1 はじめに
5.2 準結晶Al合金
5.3 ナノ準結晶Al合金
5.4 ナノ準結晶Al合金P/M材
5.5 おわりに

6. ナノ準結晶
6.1 はじめに
6.2 Zr基金属ガラスからのナノ準結晶生成
6.3 ナノ準結晶生成と局所構造の相関
6.4 おわりに

7. ナノ空孔制御
7.1 はじめに
7.2 空孔による材料内部の自己組織化
7.3 過飽和空孔と力学特性
7.4 空孔による材料表面の自己組織化
7.5 おわりに

8. バルク金属ガラス
8.1 創出に至った経緯と材料科学的意義
8.2 合金系の特徴
8.3 安定化機構
8.4 計算科学予測
8.5 主要特性
8.6 粘性流動加工性
8.7 応用と今後の展望

9. 蒸着ナノAl合金
9.1 はじめに
9.2 ナノ結晶Al合金
9.3 高強度・高靭性
9.4 おわりに

10. 固溶体からのナノ粒子析出
10.1 核形成・成長のメカニズム
10.2 ナノ粒子の析出と特性の変化
10.2.1 アルミニウム合金系
10.2.2 鉄合金系
10.3 おわりに

11. 析出組織とシミュレーション
11.1 相分離と自由エネルギー
11.2 析出形態と自由エネルギー
11.3 組織変化のシミュレーション
11.3.1 Cahn-Hilliardの非線形拡散方程式
11.3.2 Phase field法

12. ナノ組織粒と高強度化
12.1 はじめに
12.2 ホール・ペッチ効果
12.3 逆ホール・ペッチ効果
12.4 おわりに

第3章 高純度材料の構造と物性
1. 高純度鉄の基礎的性質
1.1 高純度鉄とは
1.2 格子欠陥の性質
1.3 水素の効果
1.4 おわりに

2. 高純度金属
2.1 はじめに
2.2 高純度金属の必要性
2.3 高純度化プロセスと要素技術
2.4 銅の陰イオン交換精製の例
2.5 おわりに

3. ゲル-ゾル法ナノ粒子合成
3.1 はじめに
3.2 Stober法シリカ(ゾル-ゲル法)
3.3 ゲル-ゾル法
3.4 単分散チタニアナノ粒子合成

第4章 分析・解析技術
1. 高分解能電子顕微鏡技術
1.1 はじめに
1.2 弱位相物体近似
1.3 結晶構造像
1.4 結晶格子像
1.5 おわりに

2. ローレンツ顕微鏡法と電子線ホログラフィーによる磁区構造解析技術
2.1 はじめに
2.2 ローレンツ顕微鏡法
2.2.1 ディフォーカス法
2.2.2 インフォーカス法
2.3 電子線ホログラフィー
2.4 おわりに

3. アトムプローブによる3次元原子分布解析技術
3.1 はじめに
3.2 3次元アトムプローブ
3.3 応用例

4. X線小角散乱技術
4.1 はじめに
4.2 小角散乱の測定
4.3 小角散乱の原理
4.4 基本的なプロファイル解析法
4.5 粒子の体積分率が大きな場合の解析手法
4.6 異常X線小角散乱・中性子小角散乱

5. サブナノ構造解析法―金属ガラスの局所構造解析への適用事例―
5.1 はじめに
5.2 X線回折法によるサブナノ構造解析
5.3 新サブナノ構造解析法
5.3.1 高温In-situ構造解析法の開発によるZr60Al15Ni25金属ガラスの相変態挙動の解明
5.3.2 In-houseX線異常散乱法の開発とZr60Al15Ni25ガラス合金のサブナノ構造解析への適用
5.4 おわりに

6. 放射光回折・分光法
6.1 はじめに
6.2 元素選択性回折手法
6.3 高エネルギーX線によるRDF解析法

7. 分析電子顕微鏡法
7.1 はじめに
7.2 EELSとXEDSによる解析
7.3 耐熱鋼の粒界構造解析への応用例
7.4 おわりに

第5章 製造技術
1. ナノ組織材料の超塑性
1.1 はじめに
1.2 結晶粒微細化による高速超塑性および低温超塑性の発現
1.3 ナノ超塑性の概念
1.4 今後の課題:「超塑性」から「粒界塑性」へ
1.5 おわりに

2. ナノ組織合金の粉末固化成形技術
2.1 はじめに
2.2 粉末固化成形法
2.2.1 粉末接合
2.2.2 緻密化
2.2.3 固化成形速度
2.3 アモルファス合金粉末のナノ組織固化成形
2.4 おわりに

3. 加工プロセスとナノ組織化
3.1 はじめに
3.2 表面ナノ構造化
3.3 バルクナノ構造化
3.4 おわりに

4. 新しい放電焼結法とバルクナノ結晶合金
4.1 はじめに
4.2 放電焼結の進化
4.3 ナノ結晶制御焼結
4.4 ナノ機能設計
4.5 おわりに

5. ナノ組織合金の微細精密加工
5.1 はじめに
5.2 微細成形性の評価法と特性
5.3 微細精密加工
5.4 金属ガラスの微細精密加工技術

6. 鉄鋼材料のショットピーニング等による表面ナノ結晶化
6.1 はじめに
6.2 ショットピーニングにより形成されたナノ結晶組織
6.3 ナノ結晶材料の特徴
6.4 おわりに

7. 電解析出法によるナノ結晶材料の作製と性質
7.1 はじめに
7.2 電析ナノ結晶材料の機械的特性
7.3 高強度Ni-Wナノ結晶電析合金の作製
7.4 ナノ結晶合金における高強度・高靭性発現のための材料組織学的条件
7.5 おわりに

8. ナノ複合微粒子の作製
8.1 はじめに
8.2 復相型複合粒子の作製
8.2.1 融液アトマイズ法
8.2.2 融液急冷凝固法
8.2.3 機械的合金化法(メカニカルアロイング法)
8.3 被覆型複合粒子の作製法
8.3.1 ガス中蒸発法
8.3.2 メッキ法
8.3.3 機械的複合化法
8.3.4 高周波熱プラズマ法
8.4 おわりに

9. ナノ蒸着オーム性電極材の形成技術
9.1 オーム性電極材とは
9.2 オーム性電極材形成指針
9.3 理想的なオーム性電極材の形成概念

第6章 ナノメタルの応用
1. ナノ結晶軟磁性材料「ファインメット(R)」の特性と応用
1.1 はじめに
1.2 「ファインメット(R)」の特性
1.3 応用例
1.3.1 ノイズ対策部品
1.3.2 電源部品
1.3.3 パルスパワー関連部品
1.3.4 通信関連部品
1.3.5 電磁気シールド・電磁波吸収シート
1.3.6 電流センサ
1.4 おわりに

2. ナノコンポジット磁石
2.1 はじめに
2.2 ナノコンポジット磁石の実例
2.2.1 α-Fe/Nd2Fe14B系等方性ナノコンポジット磁石
2.2.2 Fe-B/Nd2Fe14B系
2.2.3 α-Fe/Sm-Fe-C、α-Fe/Sm-Fe-N、またはSm-Co基のナノコンポジット磁石
2.2.4 異方性ナノコンポジット薄膜磁石
2.3 ナノコンポジット磁石の用途
2.4 おわりに

3. 時効析出アルミニウム合金のナノ組織
3.1 はじめに
3.2 時効析出合金および時効析出過程
3.3 ナノアルミニウム
3.3.1 研究展開
3.3.2 ナノクラスタとナノマルチ組織
3.3.3 熱処理プロセス
3.3.4 マイクロアロイング元素の効果
3.4 おわりに

4. 超微細結晶粒組織「ギガス」
4.1 「ギガス」開発の経緯
4.2 「ギガス」開発と製造方法
4.3 「ギガス」の開発事例
4.4 今後期待される用途

5. リカロイ(R)
5.1 はじめに
5.2 リカロイ(R)チョークコイルの作製
5.3 静特性評価
5.4 動特性評価

6. ナノバイオソフトチタン
6.1 はじめに
6.1.1 バイオマテリアルとその中のチタン合金
6.1.2 バイオソフトチタンの定義
6.1.3 バイオソフトチタンの力学特性への期待
6.2 バイオソフトチタンの構成元素と発見機構
6.3 バイオソフトチタンの結晶粒微細化
6.3.1 結晶粒微細化と材料の塑性
6.3.2 結晶粒微細化の組織と機械的性質
6.4 バイオソフトチタンの生体用材料への応用
6.4.1 生体用ワイヤーの用途
6.4.2 バイオソフトチタンワイヤー
6.4.3 その他の用途
6.5 おわりに

7. ピーニング用高硬度投射材
7.1 はじめに
7.2 目的
7.3 組成探査
7.4 粒子特性
7.5 ピーニング特性
7.6 今後の展望

8. 高靭性ナノアルミニウム合金
8.1 はじめに
8.2 合金開発指針
8.2.1 靭性確保の指針
8.2.2 強度確保の指針
8.2.3 微細結晶粒の実現
8.3 粉末固化法開発
8.4 開発合金の特性
(1) 引張特性
(2) 耐熱性
(3) 疲労特性
(4) クリープ特性
8.5 おわりに

9. メゾアライトアルミニウム合金
9.1 高強度アルミニウム材料の現状
9.2 メゾアライト合金の開発
9.3 強化機構
9.4 おわりに
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