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ナノカーボンの材料開発と応用

(2003年「ナノカーボン材料開発の新局面―加速する本格実用化―」普及版)

商品コード: B0862

  • 監修: 篠原久典
  • 発行日: 2008年12月
  • 価格(税込): 4,536 円
  • 体裁: A5判,300ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0036-8

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刊行にあたって

 ナノサイエンス,ナノテクノロジーのトップランナーといわれているナノカーボンは,今や電子デバイス,燃料電池,パネルデイスプレイ材料,ガス吸着あるいはMRIの造影剤などへの広範囲の応用・実用化研究が急速に進んでいる。ナノカーボンの研究開発は極めて広範囲にわたるため,これからナノカーボンの研究開発に参画しようとするとき,ナノカーボン研究の基礎と応用・実用研究を概観することが難しいとの声を多く聞く。また,すでにフラーレンやカーボンナノチューブの研究を実際に進めている研究者や技術者にとっても,専門分野以外の最近の発展を把握することが困難になってきている。
 フラーレンやカーボンナノチューブの基礎科学に関しては現在までに,いくつかの優れた内外のモノグラフや解説書が出版されている。ただ残念なことに,これらの本にはナノカーボン研究の応用と実用化に関しての記述がほとんどない。フラーレンやカーボンナノチューブの多量合成法の発見から12年あまり経過した今,ナノカーボンの応用・実用展開は文字どうり日進月歩で展開している。フラーレンやカーボンナノチューブの製品が実際に実用化され市場に出始めている。一冊で最近のナノカーボンの応用・実用研究の全体像を掴むことができるモノグラフがあれば,実際の研究室や開発現場でナノカーボン研究に携わる際に極めて有用であろう。本書はこのような要請に応えるために企画された。
 本書はナノカーボンの応用・実用化研究およびその企業戦略に焦点をしぼったモノグラフである。各章の執筆者は,ナノカーボン研究の各分野の第一線で活躍している,現在考えられる最高の執筆者である。また,フラーレンとカーボンナノチューブに関する基礎的な章を設けたが,ナノカーボン分野の研究の基礎事項を平易に解説してあり,多くの読者にとって非常に参考になるであろう。本書がきっかけとなり,新しいナノカーボンの研究開発が展開されることを切望する。
(「はじめに」より)

2003年8月
名古屋大学大学院 理学研究科 物質理学専攻 教授
名古屋大学 高等研究院
CREST 新技術開発事業団
篠原久典

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2003年に『ナノカーボン材料開発の新局面―加速する本格実用化―』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12月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

篠原久典   (現)名古屋大学 理学研究科 教授
宍戸 潔   (現)三菱商事(株) イノベーションセンター 事業開発部 部長
加藤 誠   三井物産(株) ナノテク事業室;(株)カーボン・ナノテク・リサーチ・インスティチュート 代表取締役社長
加藤立久   岡崎国立共同研究機構 分子科学研究所 分子構造研究系 分子動力学部門 助教授
         (現)城西大学 理学部 化学科 教授
丸山茂夫   (現)東京大学大学院 工学系研究科 機械工学専攻 教授
岡﨑俊也   名古屋大学大学院 理学研究科 助手
         (現)(独)産業技術総合研究所 ナノチューブ応用研究センター 主任研究員
村山英樹   フロンティアカーボン(株) 副社長兼開発センター長
         (現)三菱樹脂(株) 産業資材事業本部 炭素繊維事業部 成型品技術グループ グループマネジャー
稲倉秀樹   (現)本荘ケミカル(株) 企画開発部 課長代理
大久保博   (現)東洋炭素(株) 技術開発部 FC事業部 主事研究員
瀧本裕治   東洋炭素(株) 技術開発部 基礎研究開発グループ 研究員
曽我部敏明  東洋炭素(株) 技術開発部
太田直人   東洋炭素(株) 技術開発部 基礎研究開発グループ 次長
東城哲朗   (現)東洋炭素(株) 技術開発本部 取締役 本部長
海下一徳   (株)カーボン・ナノテク・リサーチ・インスティチュート 昭島研究所 研究員
塚田高行   (株)カーボン・ナノテク・リサーチ・インスティチュート 昭島研究所 主幹研究員
西村邦夫   (株)カーボン・ナノテク・リサーチ・インスティチュート 昭島研究所 所長
         (現)NCM技研 代表
スビアントロ   (株)カーボン・ナノテク・リサーチ・インスティチュート 技術営業  
吉川正人   東レ(株) 研究開発企画部 主任部員
         (現)東レ(株) 化成品研究所 ケミカル研究室 室長
菅井俊樹   名古屋大学 物質科学国際研究センター 助手
         (現)東邦大学 理学部 化学科 准教授
大谷朝男   群馬大学大学院 工学研究科 教授
久保佳実   NEC 基礎研究所 CNT応用研究センター センター長
今堀 博   京都大学大学院 工学研究科 分子工学専攻 教授
         (現)京都大学 物質‐細胞統合システム拠点 教授
森 幸恵   科学技術振興事業団 さきがけ研究21 博士研究員
白石誠司   ソニー(株) マテリアル研究所 π電子材料研究グループ π電子デバイス研究チームリーダー
         (現)大阪大学大学院 基礎工学研究科 准教授
横道泰典   大阪ガス(株) 材料事業化プロジェクト部 ナノ材料TBU 課長
粟野祐二   (現)(株)富士通研究所 ナノテクノロジー研究センター 主席研究員
松本和彦   (現)大阪大学 産業科学研究所 教授
森本 剛   旭硝子(株) 中央研究所
         (現)森本技術士事務所 代表
中山喜萬   大阪府立大学大学院 工学研究科 電気・情報系専攻 教授
         (現)大阪大学大学院 工学研究科 機械工学専攻 教授
齋藤弥八   三重大学 工学部 教授
         (現)名古屋大学大学院 工学研究科 量子工学専攻 教授
柳澤 隆   (現)(株)GSIクレオス ナノテクノロジー開発室 室長
横山豊和   (株)ホソカワ粉体技術研究所 研究開発部 粉体工学研究所 所長
         (現)ホソカワミクロン(株) 知財・学術情報部 統括部長

 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 総論
1. ナノカーボン研究とセレンディピティー
2. フラーレンとカーボンナノチューブ
3. 金属内包フラーレンと単層カーボンナノチューブ
4. フラーレンとカーボンナノチューブの融合:ピーポッド
5. 21世紀を担うナノカーボンの研究開発と実用化

【ナノカーボン産業の現状と展望】
第1章 フラーレンを中心としたナノカーボンビジネス事業化への戦略
1. 三菱商事とフラーレンの出会い
2. 三菱商事のR&amp;D+(C)戦略
3. 三菱商事のナノカーボンプロジェクト
3.1 プロジェクトの概要
3.2 特許戦略
3.3 事業化のための2つのアプローチ
3.4 産学官連携への期待

第2章 カーボンナノチューブの事業化
1. はじめに
2. カーボンナノチューブの応用
3. 単繊維とバルク用途
3.1 単繊維の応用開発
3.2 バルク(粉体)の応用開発
4. おわりに

【ナノカーボン材料の基礎科学】
第3章 フラーレン
1. C60分子
2. 高次フラーレン
3. 内包フラーレン
4. おわりに

第4章 カーボンナノチューブ
1. はじめに
2. SWNTの幾何学構造と電子状態
3. 単層カーボンナノチューブの共鳴ラマン散乱
4. レーザーオーブン法・アーク放電法による生成
5. 触媒CVDによる大量合成
6. 基板への単層カーボンナノチューブの生成
7. 吸収と赤外蛍光分光
8. 単層カーボンナノチューブの収率
9. 単層カーボンナノチューブの生成の分子動力学シミュレーション

第5章 ピーポッド
1. これまでの経緯
2. 高収率合成法
3. ピーポッドの内部構造
4. ピーポッドの電子状態
5. ナノリアクターとしてのピーポッド
6. ピーポッドのこれから

【ナノカーボンの合成技術の開発と応用】
第6章 フラーレンの用途開発と大量合成
1. はじめに
2. 用途からみたフラーレンの構造と特徴
3. フラーレンの用途開発
4. フラーレンの工業化
4.1 フラーレン製造プロセス
4.2 大量生産に向けた進捗
5. おわりに

第7章 アーク放電法によるナノカーボン
1. はじめに
2. フラーレン、ナノチューブ
3. ナノカーボンの合成法
4. アーク放電法によるフラーレンの合成
5. アーク放電法によるナノチューブ
6. おわりに

第8章 アーク放電法によるフラーレン製造のための炭素ロッド
1. はじめに
2. 一般の炭素ロッドによる空のフラーレン類の合成
2.1 骨材の影響
2.2 炭素ロッドの純度の影響
3. 金属内包フラーレン合成用金属混合炭素ロッド
3.1 希土類元素/炭素混合ロッド
3.2 アルカリ金属/炭素混合ロッド
3.3 遷移金属/炭素混合ロッド
3.4 ボロンおよびシリコン/炭素混合ロッド
4. おわりに

第9章 金属内包フラーレンの量産技術の開発
1. はじめに
2. 金属内包フラーレンの生成法
2.1 一般的な製法
2.2 現状と目標
3. 煤の作成
3.1 金属混合炭素電極
3.1.1 煤の短時間大量生成
3.1.2 金属混合比と金属内包フラーレン濃度
3.1.3 触媒金属混合電極
3.2 アーク放電
4. 抽出・精製工程
4.1 溶媒の選択
4.2 抽出条件
4.3 ろ過
4.4 分離精製工程
5. 今後の課題
6. おわりに

第10章 カーボンナノチューブ量産技術の進展
1. はじめに
2. 気相法炭素繊維(VGCF)から多層カーボンナノチューブの量産化へ
2.1 単層カーボンナノチューブの量産化へ
3. 粉体特性
3.1 MWNT
3.2 SWNT
4. おわりに

第11章 ゼオライト利用CCVD法によるカーボンナノチューブの合成
1. カーボンナノチューブ研究の課題
2. CNTの合成法
2.1 アーク放電法
2.2 レーザー蒸発法
2.3 CVD(化学気相成長)法、CCVD法(触媒化学気相成長法)
3. ゼオライト利用CCVD法
3.1 ゼオライトとは
3.2 ゼオライトを利用したCCVD法のコンセプト
3.2.1 MWNTの合成
3.2.2 SWNTの合成
3.2.3 DWNTの合成
4. おわりに

第12章 パルスアーク放電法による2層ナノチューブの生成
1. はじめに
2. これまでの2層炭素ナノチューブの研究の流れ
2.1 従来の生成手法
2.1.1 直流アーク放電法(SAD)
2.1.2 触媒化学蒸着法(CCVD)
2.1.3 ピーポッド熱緩和法(PPA)
2.1.4 高温レーザー蒸発法(HLV)
2.2 従来の2層ナノチューブの特徴
3. 高温パルスアーク放電法
3.1 高温パルクアーク放電法の性質
3.2 装置
4. 2層ナノチューブ
4.1 2層ナノチューブの生成
4.2 2層ナノチューブの精製
4.3 2層ナノチューブの電界効果型トランジスター特性
5. 将来への展望と課題

第13章 コア/シェル型ポリマー粒子の紡糸によるカーボンナノチューブの調製
1. はじめに
2. 開発の発端
3. 極細炭素繊維の開発
4. カーボンナノチューブへの展開
4.1 繊維からチューブへ
4.2 高速気流中衝撃法によるコア/シェル粒子の調製
4.3 ソープフリー重合法によるコア/シェル型ポリマー粒子の調製
4.4 コア/シェル型ポリマー構造の熱安定性
4.5 本製法の特徴
5. おわりに

【ナノカーボンの実際技術】
第14章 カーボンナノチューブによる燃料電池
1. はじめに
2. モバイル燃料電池の原理と構成
3. カーボンナノチューブの電極応用
4. モバイル燃料電池の試作品
5. 技術課題と今後の展望

第15章 フラーレン誘導体を用いた有機太陽電池
1. はじめに
2. フラーレンの小さな再配列エネルギー
3. バルクヘテロ接合型有機太陽電池
4. 共役系ポリマー・C60誘導体混合薄膜太陽電池
5. C60結合共役系ポリマー薄膜太陽電池
6. ドナー連結C60薄膜太陽電池
7. 今後の展望

第16章 単層カーボンナノチューブ系材料への水素吸着現象
1. はじめに
2. SWNTへの水素吸着機構
3. SWNTおよびpeapod(C60@SWNT)の合成・精製
4. 実験結果と考察
5. 今後の展望

第17章 アモルファスカーボンナノチューブの水素吸蔵
1. はじめに
2. CNTsの合成
3. アモルファス・カーボンナノチューブ(α-CNTs)の構造
4. アモルファス・カーボンナノチューブ(α-CNTs)の生成機構
5. カーボンナノチューブの水素吸蔵量の測定方法
6. アモルファスカーボンナノチューブ(α-CNTs)の水素吸蔵
7. アモルファスカーボンナノチューブ(α-CNTs)の水素吸蔵機構
8. おわりに

第18章 カーボンナノチューブを使ったLSI配線ビア
1. カーボンナノチューブの金属的性質の利用
2. カーボンナノチューブのLSI配線ビア応用と技術課題
3. 配線応用のためのカーボンナノチューブCVD成長技術
4. プラズマCVDによるカーボンナノチューブの位置・方向制御成長
5. 熱フィラメントCVDによるカーボンナノチューブの構造制御成長
6. カーボンナノチューブのCVD成長と低抵抗コンタクトの同時形成
7. おわりに

第19章 カーボンナノチューブ単一電子トランジスター
1. はじめに
2. カーボンナノチューブの位置、方向制御
3. カーボンナノチューブチャネルトランジスター
4. カーボンナノチューブチャネル単一電子トランジスター
5. おわりに

第20章 金属内包フラーレンによるピーポッドの電子物性とデバイス応用
1. カーボンナノチューブのトランジスター
2. 金属内包フラーレンのピーポッドの新規な電子物性
3. 金属内包フラーレンのピーポッドの電界効果型トランジスター(FET)
4. カーボンナノチューブのデバイス応用の展開と課題

第21章 カーボンナノチューブの電気二重層キャパシターへの応用
1. はじめに
2. 電気二重層キャパシターの原理
3. 電気二重層キャパシター用電極
3.1 活性炭電極
3.2 カーボンナノチューブ電極
3.2.1 単層カーボンナノチューブ(SWCNT)電極
3.2.2 多層カーボンナノチューブ(MWCNT)電極
3.3.3 カーボンナノホーン(SWCNH)電極
4. おわりに

第22章 走査型プローブ顕微鏡探針およびナノピンセットに向けたナノエンジニアリング
1. はじめに
2. カーボンナノチューブの特徴
3. ナノチューブのマニピュレーション
3.1 ナノチューブの電気泳動とナノチューブカートリッジの製作
3.2 ナノファクトリーによるマニピュレーション
4. ナノチューブのナノエンジニアリング
4.1 電子ビーム照射によるCNT先端研磨
4.2 多層ナノチューブの先鋭化
4.3 多層ナノチューブから単層ナノチューブの抽出
4.4 層間の滑り力
5. おわりに

第23章 カーボンナノチューブFED
1. 電界エミッターとしてのカーボンナノチューブの特長
2. 電界放出顕微鏡法による電子放出の研究
2.1 CNTエミッター先端の観察
2.2 エネルギー分布
2.3 電子源としての輝度
3. CNT冷陰極の作製
3.1 スプレイ堆積法
3.2 スクリーン印刷法
3.3 電気泳動法
3.4 化学気相成長法
4. CNTエミッターの寿命と残留ガスの影響
5. ディスプレイデバイスへの応用
5.1 ランプ型デバイス
5.2 フラットパネル型デバイス
5.2.1 パネル大型化への取組み
5.2.2 低電圧駆動と精細化への取組み

第24章 カップ積層型ナノカーボンの構造とその応用
1. はじめに
2. カップ積層型カーボンナノファイバーの構造と特徴
3. カップ積層型カーボンナノファイバーの応用
4. おわりに
 
第25章 カーボンナノチューブを使った導電性樹脂
1. はじめに
2. カーボンナノチューブの種類と特性
3. 樹脂の導電性の評価
4. CNTの導電性フィラーとしての機能と特長
5. 導電性フィラーの添加による樹脂の電気抵抗の変化
6. CNTの樹脂への複合化と分散度の評価
7. メカノケミカルボンディングによるCNTの複合化
8. 環境条件による電気抵抗の変化
8.1 温度による変化
8.2 応力による変化
9. 体積抵抗率と電磁波シールド効果
10. おわりに
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