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ナノハイブリッド材料の開発と応用

  • Developments and Applications of Nano Hybrid Materials
(2005年『ナノハイブリッド材料の最新技術』普及版)

商品コード: B0981

  • 発行日: 2011年11月
  • 価格(税込): 5,400 円
  • 体裁: A5判,335ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0439-7

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刊行にあたって

 最近,有機材料と無機材料を分子レベルで分散した「ナノハイブリッド材料」ともいえる有機・無機分子複合材料が注目され盛んに研究開発されている。
 背景として,最近のナノテクノロジーの大きな発展がある。すなわち(1)ナノメートルレベルでも精密な分子設計(構造制御)が出来ること,(2)ナノメートルサイズのキャラクタリゼーションが可能な装置が開発されたこと,(3)ナノメートルレベルの領域での光機能,エネルギー移動などの新しいユニークな現象が発見されていること,(4)既存のハイブリッド材料を分子レベルで制御することにより,材料の機能・特性が大きく向上すること,などが最近わかってきた。
 弊社では2000年6月に「有機・無機ハイブリッド材料の開発と応用」を刊行,お陰様で好評を博する事が出来た。今回,前書刊行後5年間で急速に発展し,ナノメートルレベルという新しい段階に入ったハイブリッド材料の技術を最新の知見にもとづいて構成し直し,第一線の先生方にご執筆をお願いした。構成の特徴は,ナノハイブリッド材料を「プロセッシング技術」「材料の機能」「材料の応用」と大きく三つの角度からまとめた。
 本書が,材料開発に携わっている方々,またナノテクノロジー技術を利用した研究開発に携わっている方々のお役に立てば幸甚である。
 最後に,本書のため,多忙なところを短時間で快くご執筆頂いた先生方に深く感謝する次第である。

2005年2月  シーエムシー出版 編集部


<普及版の刊行にあたって>

 本書は2005年に『ナノハイブリッド材料の最新技術』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。

2011年11月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

牧島亮男   (現)北陸先端科学技術大学院大学 名誉教授・シニアプロフェッサー
土岐元幸   (現)㈱KRI 技術統括 副社長
原口和敏   (現)(財)川村理化学研究所 所長
多賀谷英幸  (現)山形大学大学院 理工学研究科 教授
山﨑信助   (元)工業技術院 物質工学工業技術研究所
郡司天博   東京理科大学 理工学部 工業化学科 助教授
有光晃二   (現)東京理科大学 理工学部 工業化学科 准教授
阿部芳首   東京理科大学 理工学部 工業化学科 教授
        (現)東京聖栄大学 健康栄養学部 食品学科 教授
宮下徳治   (現)東北大学 多元物質科学研究所 高分子・ハイブリッド材料研究センター センター長・教授
松川公洋   (現)(地独)大阪市立工業研究所 電子材料研究部 ハイブリッド材料研究室長 研究主幹
金森主祥   京都大学大学院 工学研究科 材料化学専攻 無機構造化学研究室 
        (現)京都大学大学院 理学研究科 化学専攻 助教
中西和樹   (現)京都大学大学院 理学研究科 化学専攻 准教授
吉永耕二   (現)長崎大学大学院 工学研究科 物質科学分野 教授
高口 豊   (現)岡山大学大学院 環境学研究科 准教授
佐々木裕   東亞合成㈱ 新製品開発研究所  
増原陽人   東北大学 多元物質科学研究所 助手
        (現)山形大学大学院 理工学研究科 テニュア・トラック助教
笠井 均   (現)東北大学 多元物質科学研究所 准教授
岡田修司   (現)山形大学大学院 理工学研究科 教授
及川英俊   物質・材料研究機構 ナノマテリアル研究所 主席研究員
        (現)東北大学 多元物質科学研究所 高分子・ハイブリッド材料研究センター 副所長・教授
中西八郎   東北大学 多元物質科学研究所 所長 教授
橋詰峰雄   奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 助手
        (現)東京理科大学 工学部第一部 工業化学科 講師
佐々木善浩  (現)東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 准教授
菊池純一   奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 教授
金子達雄   (現)北陸先端科学技術大学院大学 マテリアルサイエンス研究科 准教授
明石 満   (現)大阪大学大学院 工学研究科 応用化学専攻 教授
谷 昌明   (現)㈱豊田中央研究所 有機材料・バイオ研究部 有機材料研究室 主任研究員
髙橋雅英   京都大学 化学研究所 材料機能化学研究系 無機フォトニクス研究領域 助教授;(独)科学技術振興機構 さきがけ研究「光と制御」領域 研究員
        (現)大阪府立大学大学院 工学研究科 物質・化学系専攻 教授
横尾俊信   (現)京都大学 化学研究所 教授
忠永清治   (現)大阪府立大学大学院 工学研究科 准教授
辰巳砂昌弘  大阪府立大学大学院 工学研究科 教授
玉井聡行   (現)(地独)大阪市立工業研究所 電子材料研究部 研究副主幹
篠原宣康   JSR㈱ 筑波研究所 主事
菊川 敬   (現)チッソ石油化学㈱ 五井研究所 研究第2センター 主務
瀬川浩代   東京工業大学大学院 理工学研究科 物質科学専攻 助手
        (現)(独)物質・材料研究機構 環境・エネルギー材料部門 光・電子材料ユニット 光・電子機能グループ 主任研究員
花畑 誠   (現)日産化学工業㈱ 機能性材料事業部 理事・企画開発部長
大澤善次郎  (現)足利工業大学 総合研究センター;群馬大学名誉教授
佐々木一郎  三井化学㈱ 機能材料研究所 情報材料グループ 主席研究員
林 輝幸   (独)産業技術総合研究所 環境化学技術研究部門 精密有機反応制御グループ長
        (現)東京大学大学院 理学系研究科 化学専攻 特任教授
小林敏明   (現)(独)産業技術総合研究所 環境化学技術研究部門 精密有機反応制御グループ 主任研究員
神谷和孝   日本板硝子㈱ 技術研究所 研究開発グループ グループリーダー
大野康晴   (現)東亞合成㈱ R&D総合センター 基盤技術研究所 主査
岸田晶夫   東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 教授
古薗 勉   国立循環器病センター研究所 生体工学部 室長
        (現)近畿大学 生物理工学部 医用工学科 教授
川下将一   (現)東北大学大学院 医工学研究科 准教授
蔵岡孝治   神戸大学 海事科学部 海上輸送システム学課程 助教授
片山真吾   ファインセラミックス技術研究組合 技術部長
        (現)昭栄化学工業㈱ 開発部 部長

執筆者の所属表記は,注記以外は2005年当時のものを使用しております。

目次

序論 ナノハイブリッド材料の開発
1. 原子間結合と材料
2. 複合材,ハイブリッド材とは
3. 無機・セラミックスの構造とハイブリッド
4. ナノハイブリッドマテリアル
5. ナノハイブリッドの構造変化

【ナノハイブリッドプロセッシング技術編】
第1章 ゾル-ゲル法ナノハイブリッド材料
1. 研究動向
2. KRIでの有機無機ハイブリッド材料の取り組み

第2章 In-situ重合法ナノハイブリッド材料
1. はじめに
2. In-situ界面重縮合法によるナノハイブリッド材料
2.1 ナイロン66/ヘクライト系NC
2.2 高無機含有ナイロン66/シリカ系NC
3.  In-situラジカル重合によるナノハイブリッド材料
3.1 ナノコンポジットゲル(NCゲル)の創製
3.2 In-situラジカル重合による有機/無機ネットワークの形成
3.3 NCゲルの特性―力学物性と膨潤/収縮特性―
3.3.1 力学物性
3.3.2 膨潤/収縮特性
4. おわりに

第3章 インターカレーション法ナノハイブリッド材料
1. 有機-無機インターカレーション化合物
2. イオン交換反応による有機-無機インターカレーション化合物の創製
3. 層状複水酸化物をホストとする有機-無機インターカレーション化合物の創製
4. 2価金属と3価以外の金属からなる新規LDHの創製
5. 自己組織化反応による有機-無機インターカレーション化合物の創製
6. 自己組織化反応における複合体の形態制御
7. インターカレーション法によるナノハイブリッド材料の創製

第4章 反応性ミクロゲルを用いたナノハイブリッドプロセッシング
1. はじめに
2. 反応性ミクロゲルを利用した有機・無機ナノハイブリッド体
2.1 均一系での反応性ミクロゲル・シリカガラスナノハイブリッド体形成と応用
2.1.1 アクリル系反応性ミクロゲル
2.1.2 ハードコート
2.1.3 ゾル溶液の安定化
2.1.4 プライマー
2.1.5 アクリル系反応性ミクロゲルをプライマーとして用いる
2.2 乳化混合法による反応性ミクロゲル・シリカガラスナノハイブリッド体

第5章 共重合体からのナノハイブリッドの調製
1. はじめに
2. Route Aによる有機-無機ナノハイブリッドの調製
3. Route Bによる有機-無機ナノハイブリッドの調製
4. Route Cによる有機-無機ナノハイブリッドの調製

第6章 LB法によるハイブリッド集積体
1. はじめに
2. 高分子ナノシートの作成―Langmuir-Blodgett(LB)法―
3. 高分子ナノシートと金属ナノ粒子による有機-無機ナノハイブリッド集積体の作製
4. 有機-無機ナノハイブリッド集積体の自在集積
5. おわりに

【ナノハイブリッド材料の機能編】
第7章 ナノハイブリッド薄膜の光機能性
1. はじめに
2. ポリシラン-無機ナノハイブリッド薄膜の作製
3. ポリシラン-シリカハイブリッド薄膜の屈折率変調構造
4. ポリシラン-無機ハイブリッド薄膜のナノ表面構造
5. ポリシラン-ジルコニアハイブリッド薄膜のサーモクロミズム抑制効果
6. ポリシラン共重合体の化学吸着と金ナノ粒子の作製
7. おわりに

第8章 三官能性アルコキシシランを用いた有機-無機ハイブリッド多孔体の合成と,濡れ現象による構造異方性の発現
1. はじめに
2. バルク体の構造
3. 微小空間における相分離を伴うゾル-ゲル反応
4. 濡れ転移を利用したコーティング技術
5. おわりに

第9章 ナノハイブリッド微粒子
1. はじめに
2. 粒子表面へのポリマーグラフト
3. 粒子表面での重合
4. ポリマー共存下での無機ナノ粒子のin-situ合成
5. おわりに

第10章 ナノハイブリッドデンドリマー
1. はじめに
2. デンドリマー/炭酸カルシウム複合体の合成
3. デンドリマー/フラーレン複合体の合成
4. デンドリマー/フラーレン複合体の機能
4.1 医薬品への応用
4.2 フラロデンドリマーの光触媒への応用
4.3 複合材料のフラーレン源としての応用
5. フラロデンドリマーを利用したナノ構造制御
6. おわりに

第11章 カチオン硬化型液状ハイブリッド材料
1. 背景
2. カチオン硬化型液状ハイブリッド材料の設計
2.1 サブナノサイズ無機ユニットと有機重合性基を有するモノマー
2.1.1 シルセスキオキサン系
2.1.2 シリケートオリゴマー系
2.1.3 一般的な硬化特性
2.2 ナノサイズ無機微粒子とカチオン重合性材料とのハイブリッド化
3. 応用の可能性
3.1 ハードコーティング材料
3.1.1 液状ハイブリッドモノマーの利用
3.1.2 無機微粒子とカチオン重合性材料とのハイブリッド
3.1.3 OX-SCとシリカゾルとのハイブリッド
3.1.4 ハードコート剤への応用の可能性
3.2 ポッティング剤への応用
3.2.1 OX-SCのアルミ系触媒による熱硬化
3.2.2 OX-SCのアルミ系硬化物特性
3.2.3 ポッティング剤への可能性
4. おわりに

第12章 有機-金属ハイブリッドナノ結晶材料
1. はじめに
2. 有機・高分子ナノ結晶作製法「再沈法」
3. 有機-金属ヘテロ累積多層膜
4. 有機-金属ハイブリッドナノ結晶
5. おわりに

第13章 三次元集積化ナノハイブリッド材料としてのセラソーム
1. はじめに
2. 有機-無機ナノハイブリッドとしてのセラソーム
3. セラソームの構造安定性
4. セラソームの三次元集積化
4.1 溶液中での集積化
4.2 固液界面での集積化
5. セラソームの三次元集積体の機能化
6. おわりに

第14章 バイオ高分子ゲルナノハイブリッド
1. はじめに
2. ナノ空間ハイブリッドゲル
3. 生体分子ナノハイブリッドゲル
4. ナノバイオセラミクスハイブリッドゲル
5. おわりに

第15章 ナノハイブリッド層状高分子材料
1. はじめに
2. 有機/無機ハイブリッド層状高分子の合成
3. 有機/無機ハイブリッド層状高分子の構造
4. 有機/無機ハイブリッド層状高分子の特徴,機能
5. まとめ

第16章 低温溶融性を示す有機-無機ハイブリッドガラス材料
1. はじめに
2. 低温溶融性有機-無機ハイブリッドシロキサン材料
2.1 有機修飾シルセスキオキサンの熱軟化特性
2.2 シロキサン系低温溶融性ガラス材料
3. 無水酸塩基反応を用いた有機-無機ハイブリッド低融点ガラス
3.1 無水酸塩基反応を用いた低温溶融性ハイブリッドガラスの作製法
3.2 無水酸塩基反応によるガラス
3.3 無水酸塩基反応により得られたガラスの応用
4. おわりに

【ナノハイブリッド材料の応用編】
第17章 プロトン伝導性無機-有機ハイブリッド電解質膜
1. はじめに
2. 有機-無機ハイブリッドの電解質への応用
3. ゾル-ゲル法によるプロトン伝導性固体の作製
4. GPTMSをベースとする無機-有機ハイブリッド系プロトン伝導性電解質膜の作製と特性
5. GPTMSをベースとする無機-有機ハイブリッド系プロトン伝導性電解質膜を用いた燃料電池の構築と発電特性
5.1 膜電極複合体(MEA)の形成
5.2 発電特性
6. おわりに

第18章 コーティング材料
1. はじめに
2. ゾル-ゲルプロセスによる有機・無機ハイブリッドコーティング
3. 溶剤系有機・無機ハイブリッドコーティング材料
4. 水系有機・無機ハイブリッドコーティング材料
4.1 水系ハイブリッドコーティング材料の作製
4.2 ラテックスからのフィルム形成過程
4.3 微粒子分散水系ハイブリッドコーティング材料
4.4 ゾル-ゲルプロセスによる水系ハイブリッドコーティング材料
5. UV硬化型有機・無機ハイブリッドコーティング材料
6. おわりに

第19章 UV硬化型有機/無機ハイブリッドハードコート材
1. はじめに
2. 有機系および無機系コート材の特徴
3. ハイブリッド化の試み
4. デソライトUV硬化型有機/無機ハイブリッドハードコート材の特性
4.1 硬度
4.2 耐摩耗性
4.3 密着性
4.4 耐候性
4.5 硬化収縮性
4.6 塗膜の靱性
5. 微粒子分散ハードコートの各種用途への展開
5.1 反射防止膜への応用
5.2 帯電防止コートへの応用
6. おわりに

第20章 導電性材料
1. はじめに
2. プロトン導電性材料の作製と評価
3. おわりに

第21章 ハイブリッド材料を用いた光導波及び導波路型デバイス
1. はじめに
2. スラブ型導波路
3. リッジ型及び埋め込み型導波路
4. 導波路型デバイス
4.1 光分岐・結合器
4.2 光合波・分波器
4.3 光増幅器
5. おわりに

第22章 感光性材料
1. はじめに
2. 無機物質のパターンニングへの応用
2.1 無機物質のパターニング方法
2.2 1層法(感光性ペースト)の課題とそれらの解決策
2.3 感光性有機・無機ハイブリッド材料およびそれを用いた無機パターンの形成方法
2.4 応用例
2.5 感光性有機・無機ハイブリッド材料による無機物質のパターニングのまとめ
3. 半導体製造用レジストへの応用
3.1 リソグラフィー技術とレジスト材料
3.2 感度,解像度を向上させるためのコンセプト
3.3 無機微粒子による耐ドライエッチング性の向上
3.4 シリカゾルへの官能基の付与(修飾)
3.5 シリコン含有レジストとの比較
3.6 I線(365nm)用レジストへの応用
3.7 KrF(248nm)用レジストへの応用
3.8 シリカゾル有機・無機ハイブリッドレジストのまとめ
4. おわりに

第23章 プラスチック磁石
1. はじめに
2. フェライト系プラスチック磁石
2.1 Fe系磁粉とマトリックス樹脂の特性
2.2 磁気特性
3. ネオジム系プラスチック磁石
3.1 磁粉の酸化挙動
3.2 表面コーティングの効果
3.3 プラズマ重合膜の効果
4. おわりに

第24章 重合法トナー
1. はじめに
2. トナーの構造と主要構成成分
2.1 概要
2.2 バインダー樹脂
2.3 着色剤
2.4 離型剤
2.5 電荷制御剤
2.6 外添剤
3. トナーへの要求特性
3.1 インクジェット法と電子写真法の比較
3.2 定着性/耐オフセット性
3.3 電子写真プロセスからの要求
3.4 顧客からの要求
4. バインダー樹脂
4.1 重合トナーの現状と今後の動向
4.2 各種バインダー樹脂の特徴
4.3 バインダー樹脂とトナーの定着性/耐オフセット性
5. 重合法トナーの製法
5.1 粉砕法と重合性
5.2 重合トナーのメリット
5.3 重合法の分類
5.4 懸濁法
5.5 エマルション凝集法
6. 今後の重合トナー
6.1 トナー製法の本命
6.2 押出転相法
6.3 結晶性樹脂の活用
7. おわりに

第25章 超耐熱性のケイ素系ポリマー―有機無機ハイブリッドポリマー「T8-ジイン」―
1. はじめに
2. T8-ジインとその関連ポリマー

第26章 撥水コート材
1. はじめに
2. 自動車の窓ガラス用撥水コート材
3. 撥水性と滑水性
3.1 撥水性
3.2 凸凹表面の場合
3.3 滑水性
4. 高耐久撥水コート
5. おわりに

第27章 抗菌・防カビ剤
1. はじめに
2. 防カビ剤のインターカレーション
3. カビノンの各種性能
3.1 物性
3.2 防カビ・抗菌性能
4. カビノンの特長
4.1 耐熱性
4.2 耐候性
4.3 持続性
4.3.1 樹脂中での長期安定性
4.3.2 防カビ効果の持続性
5. カビノンの応用例
5.1 水周り用成形品
5.2 シーリング材
5.3 焼付塗料
5.4 ABS樹脂などの成形品
6. おわりに

第28章 医用高分子(無機・有機ハイブリッド材料)
1. はじめに
2. in situ形成法を用いたハイブリッド化
2.1 生体模倣反応法によるハイドロゲルへのアパタイト複合化
2.2 簡便なアパタイト複合化法:交互浸漬法
2.2.1 アパタイト-ハイドロゲル複合体
2.2.2 アパタイト-高分子集合体
2.3  in situ法のまとめ
3. HApナノ粒子を用いたハイブリッド化
3.1 HApナノ粒子の粒径および形態制御
3.2 HApナノ粒子による高分子表面修飾
3.3 HAp複合体の生物学均特性
3.4 経皮デバイスの加工と動物インプラントによる評価
4. おわりに

第29章 生体活性無機-有機ハイブリッド材料
1. はじめに
2. PDMS-Cao-SiO2-TiO2系生体活性ハイブリッド材料
3. PTMO-Cao-SiO2-TiO2系生体活性ハイブリッド材料
4. PDMS(あるいはPTMO)-TiO2系生体活性ハイブリッド材料
5. ゼラチン(あるいはキトサン)-Cao-SiO2系ハイブリッド
6. MPS系無機-有機ハイブリッド
7. おわりに

第30章 気体分離膜
1. はじめに
2. 酸素分離膜
3. オレフィン分離膜
4. おわりに

第31章 フレキシブルセラミックス
1. はじめに
2. 有機・無機ハイブリッドにおける柔軟性の設計
3. TEOS-PDMS系有機・無機ハイブリッド
4. M(OR)n-PDMS系有機・無機ハイブリッド
5. PDMS系有機・無機ハイブリッド材料の機能付与とその適用
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