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ブロック共重合体の自己組織化技術の基礎と応用

  • Self-Assembly of Block Copolymers: Its Science and Technology
★日本初となるブロック共重合体の自己組織化をまとめた日本語による専門書籍!
★リソグラフィーやバイオマテリアルなどの各種応用に向けた研究の発達により近年特に注目されているブロック共重合体!
★自己組織化挙動、薄膜の物理、合成法、解析方法、注目の応用技術などの最新情報を体系的に網羅!

商品コード: T0905

  • 監修: 竹中幹人、長谷川博一
  • 発行日: 2013年7月19日
  • 価格(税込): 69,120 円
  • 体裁: B5版、231ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0803-6

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  • ブロックコポリマー / ミクロ相分離 / 共役高分子 / 配向自己組織化 / 誘導自己組織化 / 自己集合 / 高次構造 / 配向制御 / 構造制御 / 相転移 / 太陽電池 / 液晶 / 薄膜 / リソグラフィー / 半導体 / 微細加工 / ボトムアップ / アニオン重合 / リビングラジカル重合 / フォトニック結晶 / 燃料電池 / 電解質 / DDS / 薬物送達 / ミセル / バイオマテリアル / 精密高分子 / 有機材料 / 機能性高分子 / ナノマテリアル / ナノインプリント / ポリマーアロイ / 分子デバイス / ナノテクノロジー

刊行にあたって

 ブロック共重合体は化学が創り出した全く新しい物理的性質を示す高分子である。ブロック共重合体のナノテクノロジーへの応用の研究が加速され、ブロック共重合体に関する論文は急激に増加している。その研究は高分子物理、ナノテクノロジーばかりではなく、異種モノマーの連結性が重要な意味を持つタンパク質や核酸などの構造や機能を考える上でも、重要である。数多くのブロック共重合体に関する本が出版されているが、日本においてはブロック共重合体についてまとめた日本語の本がこれまで出版されていなかった。こうした背景を踏まえ、ブロック共重合体のモルフォロジーと自己組織化挙動、薄膜の物理、種々の合成法、顕微鏡法および散乱法によるミクロ相分離構造の解析方法に関する最新の情報を含めた知見を体系的にまとめた。大学や研究機関の学術研究者、ブロック共重合体を使われている企業で研究や開発を担当される方のお役に立てれば幸いである。
「はじめに」より抜粋

著者一覧

竹中幹人   京都大学 大学院工学研究科 高分子化学専攻 准教授
長谷川博一   京都大学 大学院工学研究科 学術研究支援センター センター長;シニア・リサーチ・アドミニストレータ
高橋良彰   九州大学 先導物質科学研究所 物質機能評価センター 物質機能評価室 室長;准教授
櫻井伸一   京都工芸繊維大学 大学院工芸科学研究科 バイオベースマテリアル学部門 教授
吉田博史   (株)日立製作所 日立研究所 主管研究員
古賀毅   京都大学 大学院工学研究科 高分子化学専攻 教授
高野敦志   名古屋大学 大学院工学研究科 化学・生物工学専攻 准教授
前田利菜   東京工業大学 大学院理工学研究科 有機・高分子物質専攻 博士研究員
早川晃鏡   東京工業大学 大学院理工学研究科 有機・高分子物質専攻 准教授
山口徹   日本電信電話㈱ NTT物性科学基礎研究所 量子電子物性研究部 主任研究員
陣内浩司   (独)科学技術振興機構(JST) 高原ソフト界面プロジェクト 技術参事(兼)グループリーダー;九州大学 先導物質化学研究所 特任教授
小村元憲   東京工業大学 資源化学研究所 助教
小川紘樹   (公財)高輝度光科学研究センター 利用研究促進部門 研究員
岡本茂   名古屋工業大学 大学院工学研究科 物質工学専攻 准教授
但馬敬介   (独)理化学研究所 創発物性科学研究センター 超分子機能化学部門 創発機能高分子研究チーム チームリーダー
浅川鋼児   (株)東芝 研究開発センター 研究主幹
後藤幸平   後藤技術事務所 代表
櫻井和朗 北九州市立大学 国際環境工学部 教授
秋葉勇   北九州市立大学 国際環境工学部 教授
真田雄介   北九州市立大学 国際環境工学部
村上義彦   東京農工大学 大学院工学研究院 応用化学部門 准教授
野島修一   東京工業大学 大学院理工学研究科 有機・高分子物質専攻 教授
関隆広   名古屋大学 大学院工学研究科 物質制御工学専攻 教授

目次

第1章 ブロックコポリマーの物理

1 ブロックコポリマーの相転移およびそのダイナミックス 
1.1 はじめに
1.2 ブロックコポリマーの分類
1.3 ブロックコポリマーの相転移および相図
1.3.1 秩序無秩序転移
1.3.2 無秩序状態
1.3.3 弱偏斥領域
1.3.4 強偏斥状態
1.3.5 自己無撞着場理論(Self-consistent field theory, SCFT)による相図
1.4 ブロックコポリマーの相転移のダイナミックス
1.4.1 秩序無秩序転移におけるダイナミックス
1.4.2 秩序秩序転移におけるダイナミックス
1.5 まとめ

2 ブロックコポリマーの粘弾性挙動
2.1 はじめに
2.2 2元ブロックコポリマーラメラの流動による配向
2.3 2元ブロックコポリマーラメラの溶融状態の粘弾性
2.4 3元ブロック中央鎖のループ/ブリッジ問題
2.5 おわりに

3 ブロックコポリマー薄膜の物理
3.1 ブロックコポリマー薄膜の熱力学
3.2 自由表面のミクロドメイン構造
3.3 薄膜の作製法
3.4 超薄膜のミクロドメイン構造
3.5 シリンダー状ミクロドメイン構造の配向制御
3.6 基板表面の形状の効果

4 ブロックコポリマーの誘導自己組織化

4.1 外場による配向制御の基礎:応力場・電場・温度勾配・表面場の効果 
4.1.1 緒言
4.1.2 応力場による配向制御
4.1.3 電場による配向制御
4.1.4 温度勾配による配向制御
4.1.5 表面場による自発配向
4.1.6 今後の展開

4.2 グラフォエピタキシーとケミカルレジストレーション 
4.2.1 高分子ブロック共重合体リソグラフィー
4.2.2 高分子ブロック共重合体薄膜中におけるミクロドメインの配向制御
4.2.3 グラフォエピタキシー(Graphoepitaxy)
4.2.4 ケミカルレジストレーション(Chemical Registration)

5 ブロック共重合体自己組織化のシミュレーション技術 
5.1 はじめに
5.2 高分子系の階層構造と計算機シミュレーション
5.3 高分子のモデルと計算手法
5.4 自己無撞着場法
5.5 動的シミュレーションへの拡張
5.6 密度汎関数法
5.7 分子シミュレーション法
5.7.1 分子動力学(MD)法
5.7.2 ブラウニアン・ダイナミックス(BD)法
5.7.3 散逸粒子動力学(DPD)法
5.7.4 モンテカルロ(MC)法
5.8 おわりに

第2章 ブロックコポリマーの合成技術および基板創製技術

1 アニオン重合 
1.1 はじめに
1.2 様々なブロック共重合体の合成とそのミクロ相分離構造
1.2.1 線状ブロック共重合体
1.2.2 分岐ブロック共重合体
1.2.3 環状ブロック共重合体
1.3 おわりに

2 リビングラジカル重合 
2.1 はじめに
2.2 リビングラジカル重合の概念
2.3 種々のリビングラジカル重合
2.3.1 ニトロキシドを用いたリビングラジカル重合
2.3.2 遷移金属触媒を用いた重合
2.3.3 チオカルボニル化合物を用いた重合
2.4 リビングラジカル重合によるブロック共重合体の合成
2.4.1 リビングラジカル重合による側鎖型液晶性ブロックコポリマーの合成
2.4.2 リビングラジカル重合で得られたブロックコポリマーの高次構造
2.5 おわりに

3 誘導自己組織化のための基板創製技術 
3.1 誘導自己組織化技術
3.2 グラフォエピタキシ法
3.2.1 埋め込み型ドメインのグラフォエピタキシ
3.2.2 膜貫通型ドメインのグラフォエピタキシ
3.3 化学的エピタキシ法
3.3.1 密度等倍型の化学的エピタキシ法
3.3.2 密度増倍型の化学エピタキシ法
3.4 おわりに

第3章 ブロックコポリマー自己組織化構造の測定技術

1 透過型電子顕微鏡 
1.1 はじめに
1.2 ブロック共重合体の共連続ナノ相分離構造の解析例
1.2.1 SISブロック共重合体の3次元直接観察
1.2.2 共連続構造の結晶構造解析
1.2.3 共連続構造に関する幾何学的な構造情報
1.2.4 ブロック共重合体における構造転移の3次元観察
1.2.5 ブロック共重合体薄膜におけるナノ構造の精密3次元観察

2 原子間力顕微鏡 
2.1 はじめに
2.2 AFMの原理
2.3 形状像のアーティファクトと位相像の解釈
2.4 断面測定
2.5 温度制御型AFMによるin-situ測定
2.6 モアレ像解析
2.7 おわりに

3 小角X線散乱・斜入射X線小角散乱法を用いた高分子ブロック共重合体の構造解析 
3.1 はじめに
3.2 透過型小角X線散乱(SAXS)法
3.2.1 原理について
3.2.2 測定手法について
3.3 小角X線散乱(SAXS)法による高分子ブロック共重合体の構造解明
3.3.1 バルクのミクロ構造の測定と解析
3.3.2 溶液中のミセル構造の測定と解析
3.4 時分割透過型小角X線散乱(SAXS)法によるブロック共重合体の構造転移・構造形成過程の解明
3.4.1 温度ジャンプによる秩序―秩序転移過程の測定
3.5 斜入射小角X線散乱(GISAXS)法
3.5.1 原理について
3.5.2 測定手法について
3.6 GISAXS法によるブロック共重合体薄膜構造の解明
3.6.1 薄膜内部のナノ構造の測定と解析
3.6.2 薄膜内部のラメラ構造の測定と解析
3.7 時分割GISAXS法によるブロック共重合体薄膜の構造転移・構造形成過程の解明
3.7.1 秩序―秩序転移(OOT)温度の測定
3.7.2 飽和蒸気圧下における構造形成過程の測定
3.8 おわりに

第4章 ブロックコポリマーの自己組織化の応用・展望

1 フォトニッククリスタル 
1.1 フォトニック結晶のはじまり
1.2 高分子のフォトニック結晶
1.2.1 屈折率/誘電率の変調
1.2.2 配向の制御と巨大グレイン形成
1.3 今後の展望

2 有機太陽電池への応用に向けた半導体ブロックコポリマーの合成 
2.1 はじめに
2.2 ブロックコポリマーを有機薄膜太陽電池に利用することの利点
2.2.1 ドメインサイズの制御
2.2.2 構造の安定性
2.2.3 結晶性
2.2.4 ホール・電子輸送経路の分離
2.2.5 ドメインの配向
2.2.6 分子の配置・配向
2.3 ブロックコポリマーの設計と合成
2.3.1 半導体(主鎖型ドナー)/絶縁体(側鎖型アクセプター)のブロックコポリマー
2.3.2 半導体(主鎖型ドナー)/半導体(側鎖型アクセプター)のブロックコポリマー
2.3.3 半導体(主鎖型ドナー)/半導体(主鎖型アクセプター)のブロックポリマー
2.4 ナノ構造の構築
2.5 有機太陽電池への応用
2.6 まとめと今後の課題

3 自己組織化リソグラフィの電子・光学デバイスへの応用 
3.1 自己組織化リソグラフィ
3.1.1 ブロック共重合体リソグラフィ
3.1.2 ナノ粒子リソグラフィ
3.2 光デバイスへの応用
3.2.1 光取り出しの方法について
3.2.2 光取り出しの構造の作成法
3.2.3 Moth Eye反射防止構造
3.2.4 LEDの光取り出し
3.2.5 OLEDの光取り出し
3.3 半導体デバイスへの応用

4 ブロック共重合体による燃料電池電解質膜の高分子設計 
4.1 はじめに
4.2 非フッ素系芳香族電解質膜の課題
4.2.1 芳香族膜の開発の経緯
4.2.2 非フッ素系の技術課題
4.3 課題解決のためのブロック共重合体の意義
4.3.1 芳香族系ブロック共重合体のJSR膜の開発の考え方
4.3.2 JSR膜以降のブロック共重合体の進展
4.4 まとめ

5 散乱法による薬物送達用高分子ミセルの精密構造解析
5.1 緒言
5.2 実験項
5.2.1 試料の合成と調製
5.2.2 光散乱(LS)検出器付き流動場分画法(FFF)
5.2.3 放射光SAXS測定
5.2.4 SAXS解析
5.2.5 ASAXS解析
5.3 結果
5.3.1 光散乱付き流動場分画法(FFF-MALS)
5.3.2 小角X線散乱(SAXS)
5.3.3 ASAXS測定
5.4 考察
5.4.1 ミセルの会合数とコアのサイズ
5.4.2 PEG鎖の混み合い
5.4.3 ASAXS
5.5 結論

6 ブロック共重合体のバイオマテリアルへの応用
6.1 ブロック共重合体が形成する構造体のバイオ応用
6.2 バイオマテリアルとしての高分子ミセル
6.3 高分子ミセルを内部に組み込んだゲル状バイオマテリアル
6.4 新規な構造体としての「三層構造」高分子ミセル
6.5 高分子ミセルを内部に組み込んだシート状バイオマテリアル
6.6 ブロック共重合体を表面に組み込んだ粒子状バイオマテリアル
6.7 おわりに

7 結晶性ブロックコポリマー 
7.1 はじめに
7.2 結晶性―非晶性ブロックコポリマーの結晶化:Confined CrystallizationとBreak-out Crystallization
7.3 結晶性―結晶性ブロックコポリマーの結晶化1:2段階結晶化
7.4 結晶性―結晶性ブロックコポリマーの結晶化2:同時結晶化
7.5 おわりに

8 ミクロ相分離構造の光配向制御 
8.1 はじめに
8.2 ブロック共重合体二次元ミクロ相分離の形態と配向の制御
8.3 薄膜におけるブロック共重合体のメソパターン
8.3.1 ミクロ相分離配向の三次元的な光制御
8.3.2 ミクロ相分離の光再配向動的プロセスの観測
8.4 光表面レリーフへの配向ミクロ相分離構造の導入
8.5 おわりに
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