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機能物質の集積膜と応用展開 (普及版)

  • Assembled and Organized Films of Functional Materials and Their Applications(Popular Edition)
2006年刊「機能物質の集積膜と応用展開」の普及版。多様な機能物質の集積膜を「分子集積編」「高分子集積編」「無機物質・金属・粒子集積編」と3分野で構成!また「表面・界面評価編」にも迫る!

商品コード: B1073

  • 監修: 関隆広
  • 発行日: 2014年3月10日
  • 価格(税込): 5,184 円
  • 体裁: B5判、305ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0876-0

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  • 【分子集積編】自己組織化 / LB膜研究 / 疎水性高分子【高分子集積編】ブロックコポリマー / ポリマーブラシ【無機物質・金属・粒子集積編】金属ナノ粒子 / パターニング【表面・界面評価編】AFM観測 / 熱分析【応用展開編】ハニカム構造高分子フィルム

刊行にあたって

ソフトマテリアル、ハードマテリアルを問わず、新機能や革新的な機能を実現するためには、機能分子、高分子、(金属・半導体・酸化物などの)無機粒子やシートなどをテイラーメードで集積し、ハイブリッド化するアプローチは不可欠である。その意義と重要性をここで改めて強調する必要性はないであろう。物質の特性と個性活かしながら、集合・組織化やハイブリッド化することによって、さらに協同効果や増幅効果が加わり、種々の階層構造をターゲットとした設計や機能の実現が可能となる。集積技術は、対象となる材料系や研究手法が多様で広範であることも特徴である。いわゆる材料ナノテクノロジーにおける主要な領域となるもので、その展開と広がりは近年目を見張るものがある。そして、多くの研究者や技術者が意識しているように、その延長線上には究極のお手本としての生物組織の構造や機能があり、低環境負荷に貢献できる人工システムを構築する観点からも魅力的で夢の広がる世界である。
 しかし、個別の系統の物質系についてまとめられた書物は多いが、多分野の最新動向を“欲張って”総括的に取り上げてようと企画された書物はこれまで少ないように思われる。そして材料システムとして我々が最も利用しやすく重要な形態は“膜”であることから、本書は、種々の機能物質の集積膜が今どのように作製されどのように研究展開されているかを眺めるという切り口で企画された。
 本書の構成としては、まず多様な機能物質の集積膜について眺めることを目的として、「分子集積編」、「高分子集積編」、「無機物質・金属・粒子集積編」を設定した。また、未解決な課題の多い高分子表面や界面に関しては、その理解へ向けた新たな挑戦を扱った「表面・界面評価編」を設け、さらに、生物機能、化学機能、光電子機能への実証・展開の最新動向として「応用展開編」を設けた。典型的な膜形態に限らず、ここではブロック共重合体が自発的に形成するミクロ相分離構造や、基板に支持された状態の高分子グラフト鎖なども、今後大いに期待される膜の範疇として含めている。広い領域を眺めようと思いつつ、編者の興味から、全体を通じて高分子系に偏っていることをご容赦いただきたい。
 多くの第一線でご活躍の研究者の方々に、最新の話題性のとんだ内容をご執筆いただき、魅力的な本としてまとめることができたと考えている。執筆者各位に心からお礼を申し上げたい。
 本書が機能物質の集積技術に関する最新情報の発信源となり、当該技術の交流と発展に貢献する役割を担うことができれば誠に幸甚である。

2006年6月  関 隆広


<普及版の刊行にあたって>

 本書は2006年に『機能物質の集積膜と応用展開』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。

2014年3月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

原正彦   東京工業大学 大学院総合理工学研究科 物質電子化学専攻 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
清水敏美   (独)産業技術総合研究所 界面ナノアーキテクトニクス研究センター 研究センター長
永野修作   名古屋大学 大学院工学研究科 物質制御工学専攻 助手
横山英明   (独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 主任研究員
木村将弘   東レ(株) フィルム研究所 主任研究員
辻井敬亘   京都大学 化学研究所 助教授
福田猛   京都大学 化学研究所 教授
小林元康   九州大学 先導物質化学研究所 特任助手
高原淳   九州大学 先導物質化学研究所・大学院工学府 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
河本邦仁   名古屋大学 大学院工学研究科 教授
米澤徹   東京大学 大学院理学系研究科 化学専攻 助教授
中川勝   東京工業大学 資源化学研究所 集積分子工学部門 助教授
堀内伸   (独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 主任研究員
熊木治郎   (独)科学技術振興機構 ERATO、八島超構造らせん高分子プロジェクト らせん機能開発グループ グループリーダー
青木裕之   京都大学 大学院工学研究科 高分子化学専攻 助手
久田研次   福井大学 工学部 生物応用化学科 助手
田中敬二   九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 助教授
田坂茂   静岡大学 工学部 物質工学科 教授
木村俊作   京都大学 大学院工学研究科 材料化学専攻 教授
藪浩   北海道大学 電子科学研究所 附属ナノテクノロジー研究センター ナノ材料研究部門 助手
田中賢   北海道大学 電子科学研究所 附属ナノテクノロジー研究センター ナノ材料研究部門 助教授
下村政嗣   北海道大学 電子科学研究所 附属ナノテクノロジー研究センター ナノ材料研究部門 教授
岩崎泰彦   東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 有機材料分野 助教授
秋吉一成   東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 有機材料分野 教授
三ツ石方也   東北大学 多元物質科学研究所 助教授
宮下徳治   東北大学 多元物質科学研究所 教授
竹岡裕子   上智大学 理工学部 化学科 講師
陸川政弘   上智大学 理工学部 化学科 教授
芹澤武   東京大学 先端科学技術研究センター 助教授
明石満   大阪大学 大学院工学研究科 応用化学専攻 教授
渡辺一史   東京工業大学 大学院総合理工学研究科 物質科学創造専攻 博士課程
彌田智一   東京工業大学 資源化学研究所 教授
浅川鋼児   (株)東芝 研究開発センター 先端機能材料ラボラトリー 主任研究員

執筆者の所属表記は、2006年当時のものを使用しております。

目次

【分子集積編】
第1章 自己組織化単分子膜研究の最新動向
1. 自己組織化単分子膜とは
2. 自己組織化単分子膜の概要
3. 有機シリコン誘導体SAMの形成過程
4. アルカンチオールSAMの配列構造と吸着状態
5. バイオインターフェースへの応用

第2章 LB膜研究の最新動向
1. LB膜研究の検索から
1.1 LB膜研究論文数の推移
1.2 交互吸着累積法
1.3 高分子物質とLB法
2. LB11国際会議
3. トピックス
3.1 合成高分子鎖の可視化
3.2 “ナノ溶媒”を介した疎水性高分子の単分子膜調製
3.3 π電子系を最表面に露出させた二次元アレイの構築
3.4 三次元構造体の構築
4. おわりに

第3章 チューブ型ナノ集積構造体
1. はじめに
2. 天然ナノチューブと合成脂質ナノチューブの比較
3. ナノチューブ構造形成のための分子構造要素と集積化様式
4. キラルな分子集積メカニズム
5. ナノチューブ形成における分子集積化の実例
5.1 ペプチド性マイクロチューブ
5.2 糖脂質ナノチューブ
5.3 糖脂質ナノチューブの内径制御
5.4 糖脂質ナノチューブの外径制御
6. 将来展望と今後の課題

第4章 低分子にてアシストされた疎水性高分子の単分子膜展開法
1. はじめに
2. 疎水性高分子の単独水面展開
3. 長鎖脂肪酸との共展開による疎水性高分子の水面展開
4. 液晶分子との共展開による疎水性高分子の単分子膜形成とその多層集積
4.1 液晶分子との共展開による疎水性高分子の広がった単分子膜形成
4.2 疎水性高分子単分子膜の多層集積
4.3 両親媒性ブロックコポリマーの新たな自己集合構造の発現
5. おわりに

【高分子集積編】
第5章 超臨界流体を利用したブロックコポリマーのナノフォーム形成
1. はじめに
2. 背景
3. ナノ発泡の導入
4. ナノ発泡の薄膜への導入
5. 展望

第6章 ブロック共重合体のパターン化
1. はじめに
2. ブロック共重合体のパターン制御技術
3. 表面・界面によるパターン制御
3.1 基材の界面表面制御によるパターン制御技術(〈1〉)
3.2 エピタキシャル成長を利用したパターン制御技術(〈1〉、〈2〉)
3.3 化学的パターン構造を利用したパターン制御技術(〈1〉、〈2〉)
3.4 グラフォエピタキシャルを利用したパターン制御技術(〈1〉、〈2〉)
3.5 温度勾配を利用したパターン制御技術(〈1〉、〈2〉)
4. 外場付与によるパターン制御
4.1 電場を利用したパターン制御技術(〈1〉)
4.2 剪断力を利用したパターン化制御技術(〈1〉、〈2〉)
4.3 溶媒蒸発を利用したパターン制御技術(〈1〉、〈2〉)
4.4 その他
5. 1次構造制御によるパターン化制御技術
6. おわりに

第7章 二次元相分離パターンの形成と光制御
1. はじめに
2. 二次元束縛状態でのミクロ相分離
2.1 超薄膜におけるミクロ相分離挙動
2.2 水面展開を利用したミクロ相分離形成
3. 単分子膜におけるミクロ相分離構造の光制御
4. 超薄膜状態における相分離構造の光配向制御
5. おわりに

第8章 濃厚ポリマーブラシの調製と特性
1. はじめに
2. ポリマーブラシの精密合成―表面開始リビング重合
2.1 リビングイオン重合・リビング開環重合
2.2 リビングラジカル重合
3. 濃厚ポリマーブラシの特性
4. 濃厚ポリマーブラシによる精密表面設計
5. おわりに

第9章 高密度ポリマーブラシ薄膜による摩擦・摩耗特性の制御

【無機物質・金属・粒子集積編】
第10章 無機材料・粒子の表面テンプレート集積
1. はじめに
2. 自己組織化単分子膜(SAM:Self-assembled monolayer)
2.1 SAMによる基材(基板、粒子、ファイバー等の固体表面)の化学修飾
2.2 SAMのナノ・マイクロパターニング
3. アモルファスTiO2シードレイヤーを用いたアナターゼTiO2結晶薄膜のパターニング
4. 領域選択浸漬法を用いたアナターゼTiO2結晶薄膜のパターニング
5. PETポリマーフィルム上へのアナターゼTiO2結晶薄膜パターニング
6. BaTiO3グリーンシート上へのNi微粒子電極層のパターニング
7. PETポリマーフィルム上への金属銅薄膜のパターニング
8. 微粒子の自己組織化およびパターニング
8.1 微粒子の自己組織化およびパターニング
8.2 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
9. おわりに

第11章 金属ナノ粒子精密集積
1. はじめに
2. 1次元集積法
3. 2次元集積法
4. 3次元集積法
5. おわりに

第12章 高分子組織体表面への金属集積
1. はじめに
2. 単層状高分子吸着膜への金属化
2.1 静電相互作用による微粒子の位置選択的な吸着
2.2 選択的な吸着現象を利用した無電解めっきによる金属パターン形成
3. 繊維状分子集合体への金属化
3.1 NiPマイクロチューブの形体制御とNiP被膜の形成機構
4. おわりに

第13章 高分子膜中への金属ナノ粒子の集積
1. はじめに
2. 高分子の金属錯体に対する還元作用
3. 高分子フィルム内部への金属ナノ粒子の集積化・パターニング
3.1 金属ナノ粒子の3次元ナノ周期配列
3.2 金属ナノ粒子の2次元ナノ周期配列
3.3 フォトリソグラフィーによる金属ナノ粒子のパターニング
4. 金属ナノ粒子の集積化による発現機能
4.1 高分子ナノコンポジット材料―高分子の熱分解抑制効果
4.2 無電解メッキによる金属・金属酸化物のパターニング
4.3 耐プラズマエッチング性―ナノリソグラフィー、3Dリソグラフィー
5. おわりに

【表面・界面評価編】
第14章 高分子鎖のAFM観測
1. はじめに
2. 合成高分子単分子鎖の観察
3. Molecular Dance―固体基板上での高分子単分子鎖の運動観察―
4. 2次元折りたたみ鎖の結晶の観察
5. 合成らせん高分子のらせん構造観察
6. おわりに

第15章 光を利用した高分子ナノ構造観測
1. はじめに
2. 分光学的手法によるナノ構造評価
2.1 蛍光プローブ法
2.2 エネルギー移動法による高分子LB膜の層構造解析
3. 顕微鏡によるナノ構造評価
3.1 近接場光学顕微鏡
3.2 単分子膜中の単一高分子膜の形態
3.3 高分子単分子膜の相分離構造評価
4. おわりに

第16章 分子膜のトライボロジー
1. はじめに
2. 分子膜のトライボロジー
3. フッ化炭素潤滑膜の潤滑特性
4. 分子鎖傾き角に依存した摩擦力異方性および摩擦力非対称性
5. 水平力顕微鏡におけるカンチレバーの検定
6. 分子動力学シミュレーション
7. おわりに

第17章 表面の高分子鎖ダイナミクス評価
1. はじめに
2. 測定手法
2.1 走査粘弾性顕微鏡
2.2 水平力顕微鏡
3. 室温での表面分子運動特性
4. 表面ガラス転移温度
5. 表面αa緩和の活性化エネルギー
6. おわりに

第18章 熱分析による高分子の表面・界面測定
1. 表面DSCのための試料作製
2. 界面測定のためのDSC試料作製
2.1 サンドイッチ積層膜
2.2 金属・無機微粒子コーティング
3. 測定例
4. 対応する物性
4.1 誘電率
4.2 TSCと焦電率
5. 界面構造が形成される要因

【応用展開編】
第19章 らせん形成ペプチドの自己組織化膜と長距離電子移動
1. はじめに
2. 溶液中での電子メディエート
3. ペプチド単分子膜
4. 基板上でのペプチド分子の自己組織化
5. らせん形成ペプチド自己組織化膜の表面電位
6. らせん形成ペプチドを通しての電子移動
7. 単分子測定による分子コンダクタンス
8. らせん形成ペプチドを用いる分子デバイス

第20章 ハニカム構造高分子フィルムの形成と細胞接着
1. はじめに―形は機能―
2. ハニカム構造フィルムの作製
3. 二次加工による構造の多様化
4. ハニカム構造フィルムのバイオメディカル応用

第21章 MPCポリマーグラフト表面とバイオインターフェイス構築
1. はじめに
2. MPCポリマーグラフト表面の設計とバイオインターフェイス構築
2.1 リン脂質傾斜表面
2.2 血小板機能を保持するMPCポリマーグラフト表面
2.3 潤滑性に優れたMPCポリマー表面
3. MPCポリマーグラフト表面のナノ設計
4. おわりに

第22章 金属ナノ粒子の精密集積と光機能
1. はじめに
2. 金属ナノ粒子の光機能材料としての魅力
3. 金属ナノ粒子の固体基板上への集積技術
4. 光吸収を利用したセンサーへの応用
5. 金属ナノ粒子表面の電場増強を利用した色素の発光増強
6. 金属ナノ粒子を含む集積膜の光電変換素子への応用
7. 金属ナノ粒子集積膜の非線形光学効果への応用
8. 将来展望

第23章 半導体-有機層状複合体と光学機能
1. はじめに
2. 半導体-有機層状複合体の作製
2.1 薄膜試料の作製
2.1.1 スピンコート法
2.1.2 Self-intercalation法
2.1.3 Self-assembly法
2.2 層状ペロブスカイト型化合物の応用例
3. 新規半導体-有機層状複合体の創出(有機層への機能性配位子の導入)
4. おわりに

第24章 逐次積層膜を利用したテンプレート重合
1. はじめに
2. ステレオコンプレックス超薄膜の調製
3. テンプレートナノスペースの調製
4. ナノスペースを利用したテンプレート重合

第25章 高秩序ナノシリンダーアレイ構造薄膜の構築と光電気化学機能
1. はじめに
2. 両親媒性ブロック共重合体薄膜の垂直配向ナノシリンダーアレイ構造
3. 高秩序ナノシリンダーアレイ構造薄膜の大面積化と構造信頼性
4. ナノシリンダー構造テンプレートの転写・複合化プロセス
5. 高秩序ナノシリンダーアレイ構造とアゾベンゼン分子の配向
6. 高秩序ナノシリンダーアレイ構造の光配向制御
7. 垂直配向PEOナノシリンダー構造薄膜の電気化学特性
8. おわりに―高秩序ナノシリンダー構造薄膜の展開―

第26章 ブロックポリマーの自己組織化によるナノリソグラフィーと電子材料への応用
1. はじめに
2. ブロックコポリマー材料
3. ブロックコポリマーリソグラフィー
4. ブロックコポリマーリソグラフィーの特徴と課題
5. ブロックコポリマーリソグラフィーの応用分野
5.1 ハードディスク用記録媒体
5.2 フラッシュメモリ
5.3 高輝度LED
5.4 紫外線用偏光素子
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