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環境対応型セラミックスの技術と応用

  • Technologies and Applications of Environmentally-friendly Ceramics
★ 「セラミックス」の「メッカ」中部地域を中心に先端技術を集約!!
★ 環境低負荷をテーマに、プロセス技術、ハイブリッド材料、応用技術を詳述!!

商品コード: T0545

  • 監修: 野上正行
  • 発行日: 2007年1月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判、292ページ
  • ISBNコード: 978-4-88231-669-5
こちらの書籍については、お問い合わせください。
  • エアゾルデポジション,エネルギーリサイクル,自己組織化,セラミックリアクター,シリカゲル,光触媒,リサイクル

刊行にあたって

 その昔、大航海時代といわれたように、技術革命を成しえたヨーロッパはアメリカ、アフリカ、そしてアジアへと進出をしていった。また、その遠い将来、過飽和になった地球から他の星への大航海時代があるのであろうか。地球人口が増大する中、全ての人が今の日本人と同レベルの生活環境を維持するには、複数個の地球が必要とされているからである。しかし、答えはNOである。水と空気と太陽という環境を必要とする人間である以上、今の地球以外での存在はありえない。
 地球あっての社会であるとの観点で、環境問題を捉え、様々な議論・提案がなされている。なかでも工学には大きな責任がある。シーズとニーズの効率的な回転を目的とした工学・技術課題に環境というベクトルを組み込んだ新しい展開が必要である。ものづくりを標榜する工学において、この観点が最も重要である。
 様々なものづくり分野で、多くの提案がなされている。その中で、石器、土器、陶器、磁器と進化してきたセラミックスの分野で環境をその視点に捉えるのは、ごく自然な成りゆきである。地球構成物質を成型し直して生活の具にしていたのであるから。しかし、性能追求の観点から、毒性物質の偏析、性能発現のために高温焼成にともなうエネルギー消費とCO2ガスの大量放出、自然に返すことのできない廃棄物の発生など、多くの問題点を抱えている。オイルを原料にしたサイクルの短い技術を扱うのと異なり、まさに人類の歩みとともに発展させてきたセラミックスにあっては、この時期に発生させた問題点は、その時期に解決し、それに基づいた新しい展望を拓く必要がある。
 本書は、現在進められている環境調和なセラミックス材料とその技術を点検するという意味で、その分野の一線で活躍されている方々にまとめてもらったものである。最前線の材料・技術の現状を理解していただけるものと思う。しかし、前述した課題に対しては、まだまだ不足しており、今後より多くの研究者が、環境調和を軸にした材料開発に転換し、多くの提案と実施をしていただければと願う。その一歩として、本書を捕らえていただければ、編集者として本望である。
(「まえがき」より抜粋)
2006年11月  野上正行(名古屋工業大学)

著者一覧

野上正行   名古屋工業大学 ながれ領域 物質工学専攻 教授 
渡利広司   (独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 先進焼結技術研究グループ グループリーダー
佐藤公泰   (独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 先進焼結技術研究グループ 研究員
長岡孝明   (独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 先進焼結技術研究グループ 主任研究員
尾崎利彦   (独)産業技術総合研究所 サステナブルマテリアル研究部門 メソポーラスセラミックス研究グループ 主任研究員
明渡 純   (独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 集積加工研究グループ グループ長
渡邉友亮   東京工業大学 応用セラミックス研究所 特任講師
吉村昌弘   東京工業大学 応用セラミックス研究所 教授
幸塚広光   関西大学 工学部 先端マテリアル工学科 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
金村聖志   首都大学東京 大学院都市環境科学研究科 環境調和・材料化学専攻 教授
高 彦峰   武蔵工業大学 総合研究所 助手
河本邦仁   名古屋大学大学院 工学研究科 教授
柿本健一   名古屋工業大学大学院 工学研究科 助教授
小村賢一   岐阜大学 工学部 機能材料工学科 助手
杉 義弘   岐阜大学 工学部 機能材料工学科 教授
淡野正信   (独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 機能モジュール化研究グループ グループ長
藤代芳伸   (独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 機能モジュール化研究グループ 主任研究員
鈴木俊男   (独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 機能モジュール化研究グループ 研究員
山口十志明   (独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 機能モジュール化研究グループ 研究員
濱本孝一   (独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 機能モジュール化研究グループ 産総研特別研究員
福田功一郎   名古屋工業大学大学院 工学研究科 物質工学専攻 助教授
石田秀輝   東北大学 大学院環境科学研究科 教授
渡辺 修   (株)INAX 総合技術研究所 研究員
前田浩孝   東北大学 大学院環境科学研究科 助手
伊藤睦弘   富士シリシア化学(株) 機能材料グループ リーダー
藤田 悟   (株)豊田中央研究所 フロンティア研究部門 研究員
稲垣伸二   (株)豊田中央研究所 フロンティア研究部門 主席研究員
太田敏孝   名古屋工業大学 セラミックス基盤工学研究センター 教授
武井 孝   首都大学東京大学院 都市環境科学研究科 環境調和・材料化学専攻 准教授
春田正毅   首都大学東京大学院 都市環境科学研究科 環境調和・材料化学専攻 教授
岩本雄二   (財)ファインセラミックスセンター 材料技術研究所 研究第一部 ハイブリッドプロセスグループマネージャー 水素分離膜プロジェクトグループリーダー 主席研究員
野浪 亨   中京大学 生命システム工学部 身体システム工学科 教授
船越邦夫   (独)産業技術総合研究所 エネルギー技術研究部門 熱流体システムグループ 特別研究員
橋本 忍   名古屋工業大学大学院 つくり領域 助教授
笹井 亮   名古屋大学 エコトピア科学研究所 助手
伊藤秀章   名古屋大学 エコトピア科学研究所 教授
増田秀樹   名古屋工業大学大学院 工学研究科 物質工学専攻 教授
大畑奈弓   名古屋工業大学 プロジェクト助手
奥村健志   名古屋工業大学
藤井達也   名古屋工業大学

目次

序論 環境調和で持続可能社会におけるセラミックス技術
1. 環境保全
2. 環境規制
3. 環境技術マップ
4. 環境対応型材料の設計・技術

【第1編 環境低負荷プロセス技術】
第1章 バインダープロセスと省エネ焼成技術
1. 緒言
2. 有機バインダープロセスの問題点
3. 有機バインダー量低減化技術
4. 無機バインダー技術
5. アフターバーナーの低エネルギー化技術
6. おわりに

第2章 エアロゾルデポジション法
1. はじめに
2. エアロゾルデポジション法
3. 常温衝撃固化現象
4. 膜微細組織
5. 成膜条件の特徴
5.1 基板加熱の影響
5.2 原料粉末の影響
6. 成膜メカニズムの考察
7. 高硬度、高絶縁アルミナ膜と実用化への試み
8. AD法による電子デバイスの高機能化
8.1 圧電アクチュエータ・デバイスへの応用
8.2 高周波デバイスへの応用
8.3 光集積化デバイスへの応用

第3章 ソフト溶液プロセス
1. はじめに
2. 物質と材料の違い
3. 生物学的生産と人工的生産
3.1 地球における物質・エネルギーサイクル
3.2 水および水溶液の特色
4. ソフト溶液プロセスの実際
4.1 ソフト溶液プロセスで作れる材料
4.2 フロー式反応装置
4.3 対向基板法による製膜
4.4 直接パターニング

第4章 ゾル-ゲル膜プロセス
1. はじめに
2. 広義のゾル-ゲル成膜法
3. ゲル膜の作製
4. ゲル膜の焼成
5. 膜厚の制御
6. 応力と亀裂の発生
7. スピンコーティング膜の放射状凹凸
8. 水溶液をコーティング液とする新しいゾル-ゲル成膜

第5章 自己組織化プロセス
1. はじめに
2. コロイドフォトニック結晶
3. 粒子アセンブリーによるフォトニック結晶作製
4. 自己組織化単分子膜の作製およびパターニング
5. 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
5.1 高規則性粒子積層膜の2次元パターンの作製
5.2 高規則性粒子積層膜の2次元パターンの構造評価
5.3 パターン精度評価
5.4 二層円形粒子膜パターンの集積化過程
5.5 プロセスの検討
5.6 まとめ
6. 粒子球状集積体の作製およびパターニング
6.1 粒子球状集積体の作製
6.2 小さな粒子クラスターの形成過程
6.3 球状集積体表面の線欠陥
6.4 粒子球状集積体のマイクロパターニング
6.5 まとめ
7. おわりに

第6章 電気泳動プロセス
1. 電気泳動プロセスとは
2. 導電性電極へのセラミックス粒子の堆積
3. 多孔質基板への粒子の堆積
4. 多層膜の積層
5. イオン伝導性を有する基板
6. マイクロ電気泳動
7. 電極の工夫による光導波路の作製
8. 多孔体の作製
9. その他の応用
10. まとめ

第7章 バイオインスパイアードプロセス
1. はじめに
2. 生体鉱物化の基本原理
3. 生体鉱物化の物理化学基礎
3.1 溶液化学
3.2 表面・界面での物理化学相互作用
4. セラミックス薄膜の溶液から直接析出
4.1 水溶液からのTiO2膜の直接析出
4.2 溶液からZnOの直接製膜
5. 溶液からのセラミックス析出における有機物の役割
5.1 溶液中に均一分散させた有機添加物の結晶成長への影響
5.2 有機単分子テンプレート上への無機材料のパターニング
5.2.1 バッファー層を用いたPET表面へのCuのパターニング
5.2.2 ZrO2前駆体膜のSAM上へのパターニング
6. おわりに

【第2編 環境対応型ハイブリッド材料】
第1章 鉛フリー圧電セラミックス
1. はじめに
2. ニオブ酸カリウム(KNbO3)
2.1 KNbO3微粒子
2.2 KNbO3薄膜
2.3 KNbO3焼結体(セラミックス)
3. KNbO3固溶体セラミックス
3.1 NaNbO3-KNbO3(NKN)系
3.2 LiNbO3-NaNbO3-KNbO3(LNKN)系
4. おわりに

第2章 ゼオライト
1. ゼオライトとは
2. ゼオライトの構造
2.1 ゼオライトの構造表記
2.2 ゼオライトの細孔構造
2.3 ゼオライトの骨格構造
3. ゼオライトの性質
3.1 イオン交換能
3.2 吸着能と分子ふるい能
3.3 固体酸性の発現
4. ゼオライトの用途
5. おわりに

第3章 セラミックリアクター
1. はじめに
2. 環境浄化用セラミックリアクター
2.1 セラミックリアクターによる排ガス中NOxの高効率浄化
2.2 NOx/PM同時除去可能なセラミックリアクター
2.3 廃熱発電を利用した自立作動型セラミックリアクターの開発
3. エネルギー・物質変換用のセラミックリアクター―特にマイクロSOFC開発を中心として―
3.1 精緻3D構造モジュール構築プロセス技術(ミクロ集積化)によるセラミックリアクターの創製
3.2 マイクロSOFC型リアクターの開発状況
4. まとめ

第4章 環境調和セメント
1. セメントの種類と製造方法
2. クリンカー鉱物各論
2.1 エーライト
2.2 ビーライト
2.3 フェライト相
2.4 アルミネート相
3. クリンカー間隙液相の結晶分化作用
3.1 フェライト相の化学累帯構造の形成
3.2 アルミネート相の晶出と不純物の固定化
4. 環境保全対策の概要
5. セメント産業における廃棄物リサイクルの特徴
6. エコセメント
6.1 地域循環型社会への貢献
6.2 エコセメントの種類

第5章 建材
1. 環境制約因子と開発指針
1.1 2つの制約因子
1.2 エコ・デザインへの移行
1.3 エコ・マテリアルへの3つのアプローチ
2. セーブからレスを誘発する内外装建材
3. 内装建材
3.1 検討すべき課題
3.2 ハイブリッド内装材の材料設計
3.3 調湿(およびVOC吸着)性能
4. 外装建材
4.1 ハイブリッド外装建材
4.2 防汚建材の設計
4.3 親水表面の性能

第6章 メソシリカポーラス体
1. シリカゲル
2. シリカゲルの製造方法と構造
2.1 シリカゲルの製造法
2.1.1 シリカゾルの生成とゲル化
2.1.2 ゲル化
2.1.3 水熱処理と乾燥
2.1.4 細孔径制御
2.2 シリカゲルの種類
2.2.1 粒状シリカゲル
2.2.2 球状シリカゲル
2.3 シリカゲルの特性
2.3.1 シリカゲルの物性と吸着特性
3. シリカゲルとのハイブリッド
3.1 シリカゲルの選択吸着性能とハイブリッド化
3.1.1 シリカゲルの表面
3.1.2 表面シラノール基へのハイブリッド化と液体クロマトグラフィー
3.1.3 順相クロマトグラフィーのシラノールの影響
3.2 有機ガスとのハイブリッド化による吸着
3.3 有機高分子とのハイブリッド
3.3.1 開始剤沈着重合法
3.3.2 水溶性ポリマーとの複合化
3.4 無機粉体とのハイブリッド
3.4.1 光触媒
4. おわりに

第7章 有機・無機ハイブリッドメソポーラス物質の合成
1. はじめに
2. 有機・無機ハイブリッドメソポーラス物質
3. 有機・無機ハイブリッドメソポーラスシリカの膜化
4. おわりに

第8章 生物組織模倣セラミックス
1. はじめに
2. バイオキャスト法によるセラミックスの作製
2.1 珊瑚からのPZT圧電セラミックス
2.2 ウッドセラミックス
2.3 珪化木の人工合成
2.4 SiC化木
2.5 チタニア化木
2.6 アパタイト化木
3. おわりに

第9章 ナノ粒子触媒
1. はじめに
2. 金属酸化物ナノ粒子触媒
2.1 金属酸化物ナノ粒子の調製
2.2 金属酸化物ナノ粒子の触媒特性
3. 貴金属ナノ粒子担持触媒
3.1 貴金属触媒の調製
3.2 貴金属ナノ粒子触媒の微細構造:金を例として
3.3 貴金属触媒における担体効果とサイズ効果
3.4 プロピレンオキシドの気相一段合成
4. おわりに

【第3編 環境・エネルギーへの応用技術】
第1章 ガス分離技術
1. はじめに
2. 多孔質セラミック膜
3. 新たなメソポーラス中間層の合成開発
3.1 ポリマープレカーサー法を利用したシリカ系メソポーラス中間層のその場形成
3.2 新規陽極酸化法によるメソポーラスアルミナキャピラリー
3.3 耐水蒸気性を有するγ-アルミナ複合酸化物系メソポーラス中間層の開発
4. おわりに

第2章 光触媒
1. 光触媒
1.1 光触媒とは
1.2 光触媒の高度化・多機能化
2. 光触媒の応用
2.1 セルフクリーニング
2.2 防曇
2.3 歯科への応用の試み
2.3.1 歯の漂白の現状
2.3.2 過酸化水素と酸化チタン光触媒による歯の漂白
2.3.3 染色紙の漂白実験
2.3.4 抜歯の漂白実験
2.3.5 漂白材の安全性試験
3. 光触媒の高機能化の試み
3.1 アパタイトとの複合化
3.2 アパタイトで酸化チタン光触媒を被覆する
3.3 アパタイトを被覆した酸化チタン光触媒の特長
3.4 大気中の窒素酸化物の除去
3.5 アクリル樹脂への混合

第3章 アスベスト対応技術
1. まえがき
2. アスベストの特徴
3. アスベスト使用の歴史
4. アスベスト疾患
5. 繊維状物質と人体への危険性
6. アスベスト輸入量の変遷とこれからのアスベスト廃棄物の問題
7. 世界および日本のアスベストに対する行政対応
8. アスベスト廃棄物の無害化処理技術
8.1 溶融法
8.2 低温加熱粉砕処理法
9. あとがき

第4章 セラミックス系廃棄物の無害化・再資源化技術
1. はじめに
2. 無害化処理
2.1 鉛含有圧電体・誘電体セラミックス材料からの鉛の選択除去
2.2 鉛ガラスからの鉛の非加熱除去プロセス
3. 再資源化処理
3.1 希土類磁石からの希土類元素の選択回収
3.2 リチウム二次電池からの低エネルギー資源回収プロセス
4. おわりに

第5章 触媒技術
1. はじめに
2. 金属酵素活性部位モデルの精密設計から疑似反応場構築への研究戦略
3. 単核銅-ヒドロペルオキソ錯体中間体の合成
4. 銅錯体を用いた分子性触媒の開発戦略
5. 単核鉄(III)-ヒドロペルオキソ反応中間体の合成
6. 鉄錯体を用いた錯体触媒の設計戦略
7. 錯体固定化触媒によるオレフィンの選択的エポキシ化
8. Ship-in-bottle法により合成したゼオライト内包型金属錯体の設計戦略と触媒作用
9. おわりに
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