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新機能微粒子材料の開発とプロセス技術

  • Development and Processing Technology of New Function Corpuscle Materials
★ 微粒子の設計から加工,そのプロセス,シミュレーション技術を集大成
★ 「微粒子が拓く」新材料,新技術を紹介

商品コード: T0510

  • 監修: 日高重助
  • 発行日: 2006年8月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判,331ページ
  • ISBNコード: 978-4-88231-575-9
こちらの書籍については、お問い合わせください。
  • 微粒子設計/ナノ粒子/配列/構造化/磁性材料/分散・凝集/燃料電池

刊行にあたって

 微粒子は医薬,農薬,電子材料,化粧品,食品や各種化学製品など広い分野で利用されている。我々の日常生活でも小麦粉や砂糖をはじめとする食品あるいは洗剤など身近なところで毎日お世話になっており,なじみ深い小さな固体粒子である。最近,この微粒子が大変脚光を浴びている。
 我々の社会は,ますます健康で,安全,快適,そして一層質の高いものになることを誰もが強く願っている。このような社会を実現するには,これまでに考えられなかったほどの大変高度な機能を持つ材料が必要である。この新しい材料機能を模索する過程で,微粒子研究者は微粒子が持つ素晴らしい可能性に気がつき,新しい魅力的な材料の夢を育んでいる。例えば,微粒子が持つ大きな表面あるいは界面の特異性を利用する分離材料,微粒子化により個々の粒子の均質化を図った高度で安定な新規電磁気特性を発現する材料,微粒子を極めて秩序正しく配列・構造化させた光のスイッチング材料あるいは微粒子コンポジット材料による高強度材料などである。
 さらに,酵素やウイルスなど生体機能をつかさどる基本単位の大きさに匹敵するナノ粒子の表面修飾や複合粒子の作成技術を手に入れるまでになった微粒子技術は,材料創生における大きな夢である自己診断・修復機能を有するスマート材料も視界に入れており,微粒子を利用する新材料開発の夢は膨らむばかりで,今世界的に微粒子研究が大変盛んになっている。
 わが国における微粒子研究のレベルは世界的に高く,化学,化学工学や粉体工学など多くの学問分野でそれぞれの立場からの微粒子研究が活発に展開されており,いくつかの大型研究プロジェクトも立ち上がっている。
 本書は,新しい微粒子材料の創製における主要な技術である微粒子生成技術,微粒子プロセシング技術と微粒子の計測評価技術について,その基礎から応用までを微粒子研究の第一線で活躍しておられる研究者にご執筆いただいたものである。微粒子に関する学術は急速な進展をみせているが,本書により微粒子に関する基礎的事項から最新の研究成果にもとづく微粒子利用材料とそのプロセシングに関する微粒子工学と技術の現状を容易にご理解いただけるものと思う。
 本書を刊行するにあたり,大変ご多忙にもかかわらずスケジュールを調整していただいて原稿をお纏めいただいた執筆者の方々ならびに発刊にご努力いただいた出版社の方々に感謝の意を表します。
(「まえがき」より)

2006年7月  同志社大学 教授 日高重助

著者一覧

日高重助   同志社大学 工学部 物質化学工学科 教授
奥山喜久夫   広島大学 大学院工学研究科 教授
林豊     広島大学 大学院工学研究科 
廣田 健   同志社大学 工学部 機能分子工学科 教授
白川善幸   同志社大学 工学部 物質化学工学科 助教授
横山豊和   (株)ホソカワ粉体技術研究所 管理本部 知財・学術情報部 取締役
森貞好昭   大阪市立工業研究所 加工技術課 軽金属材料研究室 研究員
桜井利隆   (株)イスマン ジェイ 取締役
稲葉稔    同志社大学 工学部 機能分子工学科 教授
髙津淑人   同志社大学 先端科学技術センター 特別研究員
村瀬至生   (独)産業技術総合研究所 光技術研究部門(関西センタ-) 主任研究員
森 康維   同志社大学 工学部 物質化学工学科 教授
丸山充    (株)島津製作所 分析計測事業部 応用技術部 主任   
鷲尾一裕   (株)島津製作所 分析計測事業部 応用技術部 試験計測グループ 主任技師
東谷公    京都大学 工学研究科 化学工学専攻 教授
杤尾達紀   (株)けいはんな 京都府地域結集型共同研究事業 コア研究室 博士研究員
庄司孝    理学電機工業(株) 研究部 課長
福島整    (独)物質材料研究機構 分析支援ステーション 主席研究員
伊藤嘉昭   京都大学 化学研究所 助教授
松坂修二   京都大学 大学院工学研究科 化学工学専攻 助教授
増田弘昭   京都大学 大学院工学研究科 化学工学専攻 教授
中山かほる  (株)堀場製作所 科学事業企画プロジェクト 企画チーム マネジャー
岩井俊昭   東京農工大学 大学院生物システム応用科学府 教授
多田達也   キャノン(株) 電子写真技術開発センター 電子写真22技術開発室 室長
福岡隆夫   (株)けいはんな 京都府地域結集型共同研究事業 コア研究室 雇用研究員
吉門進三   同志社大学 工学部 電子工学科 教授
増田佳丈   (独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 研究員
神谷秀博   東京農工大学 大学院共生科学研究部 教授
福井武久   (株)ホソカワ粉体技術研究所 研究開発本部 執行役員 本部長
不動寺浩   (独)物質・材料研究機構 光材料センター 主任研究員
桐原聡秀   大阪大学 接合科学研究所 助教授
宮本欽生   大阪大学 接合科学研究所 教授
宮原稔    京都大学 大学院工学研究科 化学工学専攻 教授
下坂厚子   同志社大学 工学部 講師
渡邉哲    京都大学 大学院工学研究科 化学工学専攻 助手
吉田幹生   岡山大学 大学院自然科学研究科 機能分子化学専攻 研究員(産業技術)
三尾浩    (株)けいはんな 京都府地域結集型共同研究事業 雇用研究員

目次

序論 微粒子による新材料の開発と微粒子技術
1. 粉体,微粒子そしてナノ粒子
2. 新機能材料創生における微粒子の利用
3. 微粒子が拓く新材料
4. 新機能性材料創製のための微粒子基盤技術研究

【第I編 微粒子の合成,調整技術】
第1章 気相法による微粒子合成
1. はじめに
2. CVD法による微粒子合成
2.1 火災プロセス
2.2 プラズマプロセス
2.3 レーザープロセス
2.4 電気炉加熱プロセス
3. 生成微粒子の構造制御
4. PVD法による微粒子合成 

第2章 液相法による微粒子合成
1. 液相法とは
1.1 粉体合成における液相法(湿式法)の位置づけ
1.2 液相法による粉体合成の分類
1.3 溶液法について
2. 各溶液法の特徴と例
2.1 析出反応を利用した粉体調整法
2.2 加水分解・重縮合反応
2.3 錯体形成反応(錯体重合反応)
3. 液相法(溶液法)の問題点
3.1 均質な溶液の調製
3.1.1 水溶液系の共沈法
3.1.2 非水溶液系のゾル・ゲル法や錯体重合法
3.2 粉体そのものの課題
3.3 溶液からの粉体の分離・乾燥
4. まとめ

第3章 微粒子の形態制御法

第4章 複合微粒子の調整法
1. はじめに
2. 固体微粒子の複合化法
3. 複合ナノ粒子の調整法
3.1 気相法による複合ナノ粒子の作製
3.2 液相法による複合ナノ粒子の作製
4. 乾式機械的粒子複合化法による複合粒子の作製
5. 流動層乾燥造粒法による湿式粒子複合化法
6. おわりに

第5章 機能微粒子調製技術
1. 高電気抵抗磁性粒子
1.1 磁性材料の電気抵抗(電気伝導)について
1.1.1 金属系磁性材料の電気抵抗率ρ
1.1.2 酸化物系磁性材料の電気抵抗率
1.1.3 その他の磁性材料の電気抵抗率
1.2 磁性材料の微粒子粉体調製法

2. 先端炭素材料へのナノSiC被覆とその応用
2.1 はじめに
2.2 ナノSiC被覆法
2.3 ナノSiC被膜生成機構
2.4 ナノSiC被覆炭素材料の耐酸化特性
2.5 ナノSiC被覆ダイヤモンド分散超硬合金
2.6 おわりに

3. 高熱伝導基板材料AlNの燃焼合成
3.1 はじめに
3.2 AINの燃焼合成における反応制御と生成粉の特性
3.2.1 反応ガス中への水素ガス添加による反応制御
3.2.2 水素,フッ化アンモニウム同時添加による反応制御
3.3 焼結体の特性
3.4 まとめ

4. 燃料電池用触媒白金微粒子
4.1 固体高分子形燃料電池とその構成
4.2 白金担持カーボン触媒
4.3 白金触媒の高活性化
4.4 白金触媒の劣化現象

5. 高性能触媒複合粒子
5.1 はじめに
5.2 バイオディーゼル生産用の酸化カルシウム触媒
5.3 排水浄化用の銀ナノ粒子固定化酸化チタン光触媒

6. 結晶析出粒子の形状制御

7. 表示材料用半導体ナノ粒子
7.1 はじめに
7.2 発光する半導体ナノ粒子の一般的性質
7.2.1 バンドギャップエネルギーの元素による違いとサイズ効果
7.2.2 表面の効果
7.3 ナノ粒子の合成法,精製法
7.4 ナノ粒子のガラス中への導入
7.4.1 バルクガラス
7.4.2 薄膜ガラス
7.4.2 ガラスビーズ
7.5 表示材料への応用

【第II編 微粒子計測技術】
第1章 粒子径分布
1. 粒子の大きさ
2. 平均粒子径と粒子径分布
3. 粒子径分布測定法
4. レーザ回折・散乱法
5. 動的光散乱法
6. 小角X線散乱法

第2章 比表面積,細孔分布
1. はじめに
2. ガス吸着法
2.1 吸脱着等温線
2.2 ヒステリシス
2.3 測定手法と前処理
2.4 吸着等温線の解析方法―比表面積,細孔分布の計算
2.4.1 BET法―代表的な比表面積計算法
2.4.2 tプロットとMP法―実験式に基づくマイクロポア評価法
2.4.3 Horvath-Kawazoe法(HK法)他―マイクロポア分布解析法
2.4.4 マイクロポア分布解析法の使い分けと制約
2.4.5 毛管凝縮現象を利用する方法―メソポア,マクロポアの解析方法
2.4.6 DFT法(Desity Functional Theory)
3. 水銀圧入法
4. ガス吸着法と水銀圧入法の比較

第3章 粒子表面特性
1. はじめに
2. 表面のぬれ(親・疎水性)の測定法
3. 粒子の表面電位の測定法と表面荷電の推定
3.1 球形粒子の拡散電気二重層
3.2 粒子の電気泳動
3.3 緩和効果
3.4 ゼータ電位測定法の分類と特徴
4. 表面微細構造の直接観察法,表面関力の測定法―原子間力顕微鏡による方法―
4.1 AFMの概要
4.2 AFM像の操作モードと測定例
4.3 表面関力の操作モードと測定例
4.4 その他の顕微鏡

第4章 精密状態分析
1. 蛍光X線分析法
2. X線光電子分光

第5章 帯電量分布
1. はじめに
2. 粒子の電荷および帯電量
3. 平均帯電量の測定
4. 帯電量分布の測定
4.1 層流場を利用する方法
4.2 重力場を利用する方法
4.3 音響場を利用する方法
5. 粒子のサンプリング
6. おわりに
 
第6章 微粒子観測技術の実際
1. ナノ微粒子粒子径分布の測定
1.1 微粒子の計測法 その動向とニーズ
1.1.1 微粒子の開発と動向
1.1.2 微粒子計測技術の動向
1.2 微粒子の大きさと分布を測る
1.2.1 粒子径計測機の選択
1.2.2 粒子径計測原理とその特長
1.3 微粒子の計測技術の注意すべき点

2. 低コヒーレンス動的光散乱法による濃厚媒質の粒質計測
2.1 はじめに
2.2 コヒーレンス動的光散乱法
2.3 コヒーレンス動的光散乱法による粒質計測
2.4 おわりに

3. 粉体トナーの帯電量分布測定
3.1 はじめに
3.2 トナーの帯電量分布測定の測定原理
3.3 代表的なトナーの帯電量分布測定装置
3.4 トナーの帯電量分布測定における留意点
3.5 測定データの評価における留意点
3.6 あとがき

4. 土粒子や抹茶微粒子の化学組成分析
4.1 蛍光X線分析装置を用いた化学組成分析
4.2 蛍光X線分析装置
4.3 試料前処理
4.4 定性・定量分析

5. 表面増強ラマン散乱を用いた微粒子表面状態評価
5.1 微粒子プラズモニクス
5.2 表面増強ラマン散乱(SERS)
5.3 SERSに適したナノ構造体
5.4 コロイドの凝集によるSERS基質の特徴と問題点
5.5 自己集合による異方性集合体の合成
5.6 微粒子表面状態のSERS観察
5.7 まとめ

6. 電磁波微粒子材料の電磁気特性
6.1 はじめに
6.2 実験原理
6.3 実験方法
6.4 実験結果および考察
6.4.1 メカニカルミリングによるSiO2粒子の被覆
6.4.2 メカニカルミリングを用いて作製した複合体の複素比透磁率と複素比誘電率
6.4.3 メカニカルミリングを用いて作製した複合体の電磁波吸収特性
6.4.4 MnCO3の添加による複合体の誘電率を改善した試料の電磁気的特性と電磁波吸収特性
6.5 結論

7. 微粒子の流動性
7.1 はじめに
7.2 流動性の評価試験法
7.2.1 容器からの流出試験
7.2.2 安息角の測定
7.3 剪断特性による流動性の評価

【第III編 微粒子プロセス技術】
第1章 供給,分散,分級技術
1. 供給
1.1 ロータリーフィーダー(rotary feeder)
1.2 スクリューフィーダー(screw feeder)
1.3 テーブルフィーダー(table feeder)
1.4 ベルトフィーダー(belt feeder)
1.5 振動フィーダー(vibrating feeder)
1.6 ゲート(gate)
2. 分散
2.1 エジェクター式分散機
2.2 回転翼型分散機
2.3 流動層型分散機
3. 分級
3.1 重力分級法
3.2 遠心分級法
3.3 慣性分級法
3.4 その他の分級法

第2章 微粒子のパターニング
1. はじめに
2. 液相パターニング(Liquid Phase Patterning)
2.1 粒子-SAM間の静電相互作用を用いた液相パターニング
2.2 粒子-SAM間の化学反応を用いた液相パターニング
3. ドライング-パターニング(Drying Patterning)
3.1 コロイド溶液モールド法を用いた粒子集積体パターンの作製
3.2 コロイド溶液気液界面の周期的な挙動を用いた粒子細線アレイの作製
4. 二溶液法による微粒子集積パターニング・3次元構造体作製
4.1 二溶液法
4.2 高規則性粒子積層膜(コロイドフォトニック結晶)の2次元パターニング
4.3 粒子球状集積体の作製
4.4 粒子球状集積体のマイクロパターニング
5. まとめ

第3章 分散と凝集技術
1. はじめに
2. 液中凝集・分散挙動を支配する粒子間相互作用
3. 凝集現象のDLVO理論に基づく解析と評価
4. 非DLVO作用による粒子の凝集分散制御
4.1 高分子分散剤の吸着による分散状態の制御
4.2 カップリング剤,表面グラフト重合などの表面修飾による分散状態の制御
5. ナノ粒子の分散制御
6. おわりに

第4章 材料プロセシング応用技術
1. 半導体ナノ粒子の分散制御と蛍光特性
1.1 逆ミセル法
1.2 有機溶媒中での表面修飾法(ホットソープ法)
1.3 水溶液中での表面修飾法

2. 微粒子分散型複合型固体電解質材料

3. 微粒子による燃料電池電極材料
3.1 はじめに
3.2 微粒子構造制御によるSOFC電極開発の概念
3.3 LSM-YSZ複合微粒子を用いた空気極の微細製造制御
3.4 機械的粒子複合化によるNi-YSZサーメット燃料極の微細構造制御
3.5 まとめ

4. コロイド結晶の構造色を利用するセンシング材料
4.1 はじめに
4.2 コロイド結晶の分類
4.3 構造色が変化するオパール型コロイド結晶
4.3.1 膨潤による構造色変化
4.3.2 機械応力による構造色変化
4.4 おわりに

5. セラミックス微粒子を分散した高分子材料の光造形とフォトニッククリスタルおよびフラクタルの開発
5.1 はじめに
5.2 三次元光造形法の原理
5.3 フォトニッククリスタルの開発
5.4 フォトニックフラクタルの開発
5.5 セラミック構造体の自由造形
5.6 セラミック製マイクロ構造とその応用
5.7 おわりに

【第IV編 微粒子シミュレーション技術】
第1章 分子シミュレーション

第2章 微粒子挙動シミュレーション
1. はじめに
2. 時間・空間スケールマッピング
2.1 メゾの空白
2.2 メゾをつなぐ階層構造の一例
2.2.1 ブラウン動力学
2.2.2 ランジュバン動力学
3. メゾ領域の手法と特徴
3.1 ランジュバン動力学
3.2 ブラウン動力学(慣性項を無視したLD)
3.3 流体力学的効果を含むブラウン動力学
4. 流体を組み込んだ最近の手法
4.1 散逸粒子動力学(DPD:Disspative Particle Dynamics)
4.2 流体粒子動力学(FPD:Fluid Particle Dynamics)
4.3 格子ボルツマン法(LBM:Lattice Boltzmann Method)
4.4 Smoothed Profile(SP)法
5. おわりに

第3章 粉体挙動シミュレーション
1. 離散要素法
2. DEMを用いた粉体挙動のシミュレーション
2.1 金型への粒子充填シミュレーション
2.2 粒子群干渉沈降挙動のシミュレーション
2.3 電場における帯電粒子の付着挙動シミュレーション

第4章 材料微構造の設計シミュレーション
1. はじめに
2. 誘電セラミックス材料の微構造設計
2.1 誘電率推算モデル
2.1.1 微構造の構成要素―単位セル―
2.2 誘電率の推算
2.3 微構造の設計
3. 磁性セラミックスの微構造設計
3.1 磁気特性推算モデル
3.2 磁気特性と微構造
4. おわりに

第5章 シミュレーション利用技術
1. 微粒子集積操作の設計
1.1 はじめに
1.2 対象とする系
1.3 シミュレーション手法
1.3.1 ブラウン動力学法
1.3.2 DLVOポテンシャル
1.3.3 シミュレーションセル
1.4 結果と考察
1.4.1 秩序化決定因子とそのUniversalityに関する検討
1.4.2 秩序構造形成の確率速度過程のモデル化
1.5 検討結果まとめ

2. 粉体トナー帯電設計
2.1 はじめに
2.2 高分子-金属の帯電量推算式の導出
2.2.1 単一粒子衝突帯電実験
2.2.2 高分子粒子の帯電量推算式
2.3 高分子物質の帯電機構の検討
2.3.1 第一原理分子軌道法
2.3.2 ダングリングボンドに基づく帯電機構
2.4 まとめ

3. 電子写真システムにおける現像システムの設計
3.1 はじめに
3.2 シミュレーション法
3.3 一成分現像システム
3.4 二成分現像システム
3.5 おわりに

4. セラミックスプロセスの精密設計
4.1 焼結プロセス
4.2 成形プロセス

5. メカノケミカル法によるアモルファス物質の設計
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