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機能物質・材料開発と放射光―SPring-8の産業利用 (普及版)

  • R&D of Functional Substances and Materials by Using Synchrotron Radiation―Industrial Application of SPring-8 (Popular Edtion)
2008年刊「機能物質・材料開発と放射光―SPring-8の産業利用」の普及版。世界一の大型放射光施設SPring-8。その産業利用についての広範な利用事例から機能物質・材料開発のほぼ全領域をカバーした高輝度放射光利用のための必読書!

商品コード: B1083

  • 監修: 堀江一之・古宮聰・高田昌樹
  • 発行日: 2014年6月9日
  • 価格(税込): 5,616 円
  • 体裁: B5判、319ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0886-9

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刊行にあたって

 兵庫県の播磨科学公園都市にある大型放射光施設SPring-8は、開かれた研究施設として一般ユーザーへの供用を開始してから、昨年10月で10周年を迎えました。一周1.4kmの蓄積リングをほぼ光の速さでまわる8GeVの電子の流れから取り出された数十本の放射光(ビーム)は、従来のX線源と比べて桁違いの高輝度,高指向性、硬X線から赤外光まで広い波長範囲をカバー、偏光であること、短パルス性、という特徴を持っています。その結果、タンパク質などのX線結晶構造解析を迅速・精密におこなえるようになったのみならず、有機・無機の微小結晶や粉末試料の結晶構造解析と電子密度解析、半導体・電子デバイス・ナノ構造体などの結晶・表面・埋もれた界面の構造と機能評価、触媒研究,ポリマー・有機薄膜・生体系の構造評価とイメージング、さらには科学捜査の極微量分析まで、その利用対象範囲は大きく拡がりつつあります。
 企業や大学、独立行政法人の研究所で物づくりに携わり、当面している課題を解決するための新しい先端的分析・評価技術を求めている研究者の方々に、“SPring-8の活用”という一つの解決策を提供することに本書が役に立てばと考えています。また、本書をきっかけとして、物づくりあるいは材料評価の専門家であるユーザー諸兄と放射光の専門家であるSPring-8のスタッフとの議論が進展し、大型放射光の新しいニーズがますます拡がることで、放射光利用技術もさらに高度化していくことを願っています。
(「はじめに」より抜粋)
2008年4月

編集 堀江一之、古宮聰、高田昌樹


<普及版の刊行にあたって>

 本書は2008年に『機能物質・材料開発と放射光―SPring-8の産業利用―』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6月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

堀江一之   (財)高輝度光科学研究センター 産業利用推進室 コーディネーター ; 東京大学名誉教授
古宮聰   (財)高輝度光科学研究センター 産業利用推進室 コーディネーター ; 産業利用推進室初代室長(2001~2007)
高田昌樹   (独)理化学研究所 播磨研究所 放射光科学総合研究センター 高田構造科学研究室 主任研究員 ; (財)高輝度光科学研究センター 利用研究促進部門 部門長
吉良爽   (財)高輝度光科学研究センター 理事長
原雅弘   (財)高輝度光科学研究センター 広報室 特別嘱託;広報室元室長(1999~2006)
石川哲也   (独)理化学研究所 播磨研究所 放射光科学総合研究センター センター長
大橋裕二   (財)高輝度光科学研究センター 産業利用推進室 コーディネーター ; 東京工業大学名誉教授
西島和三   持田製薬(株) 医薬開発本部 主事;蛋白質構造解析コンソーシアム幹事長(2001~2007)
加藤健一   (独)理化学研究所 播磨研究所 放射光科学総合研究センター 高田構造科学研究室 研究員
淡路直樹   (株)富士通研究所 基盤技術研究所 主管研究員
木村滋   (財)高輝度光科学研究センター 利用研究促進部門 ナノテクノロジー利用研究推進グループ グループリーダー
竹田晋吾   (財)ひょうご科学技術協会 技術員
酒井朗   大阪大学 大学院基礎工学研究科 システム創成専攻 教授
池田直   岡山大学 自然科学研究科 教授
鈴木基寛   (財)高輝度光科学研究センター 利用研究促進部門 分光物性Iグループ チームリーダー
渡辺義夫   (財)高輝度光科学研究センター 産業利用推進室室長 ; 利用研究促進部門 副部門長
室隆桂之   (財)高輝度光科学研究センター 利用研究促進部門 応用分光物性グループ チームリーダー
田中裕久   ダイハツ工業(株) 先端技術開発部 エグゼクティブ・テクニカル・エキスパート
西畑保雄   (独)日本原子力研究開発機構 量子ビーム応用研究部門 研究主幹
杉浦正洽   (財)高輝度光科学研究センター 産業利用推進室 コーディネーター
二宮利男   (財)高輝度光科学研究センター 産業利用推進室 コーディネーター
橋本保   (財)高輝度光科学研究センター 産業利用推進室 コーディネーター
佐藤眞直   (財)高輝度光科学研究センター 産業利用推進室 副主幹研究員
梅咲則正   (財)高輝度光科学研究センター 産業利用推進室 コーディネーター
酒井隆宏   元 日産化学工業(株) 電子材料研究所 研究員
(現)三菱レイヨン(株) 基礎解析センター 副主任研究員 
池永英司   (財)高輝度光科学研究センター 利用研究促進部門 分光物性IIグループ 研究員
篠原佑也   東京大学大学院 新領域創成科学研究科 物質系専攻 助教
岸本浩通   住友ゴム工業(株) 研究開発本部 課長代理
雨宮慶幸   東京大学大学院 新領域創成科学研究科 物質系専攻 教授
服部正   兵庫県立大学 高度産業科学技術研究所 教授
八木直人   (財)高輝度光科学研究センター 利用研究促進部門 副部門長
八田一郎   (財)高輝度光科学研究センター 産業利用推進室 コーディネーター ; 名古屋大学名誉教授
広沢一郎   (財)高輝度光科学研究センター 産業利用推進室 グループリーダー
佐々木園   (財)高輝度光科学研究センター 利用研究促進部門 構造物性Iグループ チームリーダー

執筆者の所属表記は、2008年当時のものを使用しております。

目次

【総論編】

第1章 大型放射光施設の果たす役割

第2章 SPring-8で何がわかるか―施設の特徴  
1. 放射光とは
2. 大型放射光施設SPring-8
3. 放射光を用いて何ができるか
3.1 屈折コントラストイメージング
3.2 軟X線顕微鏡
3.3 物質の局所構造解析(XAFS、X線吸収微細構造)
3.4 散乱・回折による構造解析
3.5 タンパク質の構造解析
3.6 蛍光X線分析
3.7 光電子分光
3.8 リソグラフィー
3.9 薄膜分析
4. おわりに

第3章 SPring-8産業利用の現状とこれから   
1. はじめに
2. 産業利用の現状
3. 利用事例
3.1 エレクトロニクス
3.2 素材(金属・高分子)
3.3 環境・エネルギー
3.4 製薬・日用品
4. 今後の発展に向けて

第4章 X線自由電子レーザーとナノ3次元構造のイメージング
1. はじめに
2. X線自由電子レーザーの特徴と性能
3. X線自由電子レーザーの利用―ナノ3次元構造のイメージング
4. おわりに


【結晶構造解析編】

第5章 高輝度放射光による有機化合物の結晶構造解析 
1. はじめに
2. 粉末結晶構造解析
2.1 種々の粉末結晶構造解析法の原理
2.2 粉末解析の実例
3. 微小な単結晶の構造解析
3.1 放射光での微小単結晶解析
3.2 多数の重原子を含む微小単結晶
3.3 軽原子のみの結晶の絶対構造
4. 不安定種の時分割構造解析
4.1 放射光を使った時分割測定の特徴
4.2 単結晶による励起構造の解析
4.3 SPring-8における時分割測定
5. おわりに

第6章 創薬におけるSPring-8の利用 
1. はじめに
2. 蛋白コンソの概要
3. SPring-8の創薬プロセスへの貢献
4. SPring-8の利用における現況と今後への期待
5. おわりに

第7章 放射光粉末回折法による新しいナノサイエンス 
1. 粉末X線回折の役割
2. MEMによる回折データのイメージング
3. 放射光粉末回折法
4. ナノマテリアルの電子密度マッピング
4.1 金属内包フラーレンの構造の解明
4.2 ナノ細孔中に配列した酸素分子の直接観察
4.3 Mg金属中に吸蔵された水素を見る
5. おわりに


【半導体・強誘電体・磁性体材料編】

第8章 X線回折・散乱・蛍光による電子材料ナノ薄膜の構造評価 
1. はじめに
2. X線反射率・CTR散乱・動径分布関数によるゲート絶縁膜の評価
3. 斜入射蛍光X線による多層薄膜分析
4. X線小角散乱によるナノ粒子・空孔構造
5. 斜入射X線回折による薄膜結晶配向性評価
6. おわりに

第9章 放射光マイクロX線回折法によるひずみ緩和SiGeバッファー層の評価 
1. はじめに
2. 放射光マイクロX線回折法
3. ひずみ緩和SiGeバッファー層の局所ひずみ測定
4. おわりに

第10章 共鳴散乱で見いだした電子秩序化型誘電体
1. はじめに
2. 共鳴散乱実験について
3. RFe2O4の結晶構造
4. RFe2O4の強誘電体としての特性
5. Fe2+とFe3+の異常分散項
6. RFe2O4の共鳴散乱実験
7. 電子配列を起源とする強誘電体
8. おわりに

第11章 X線磁気円二色性によるナノ構造磁性体の評価 
1. はじめに
2. X線磁気円二色性とは
2.1 何がわかるか
2.2 原理
2.3 硬X線と軟X線MCD
3. ビームライン・実験装置
4. XMCD研究の例
4.1 Co上に成膜された極薄Pt膜中の磁気モーメント分布
4.2 FIBパターニングによるCoPtドットの磁性変化
4.3 軟X線MCDによる研究
5. 今後の展望とまとめ

第12章 軟X線光電子分光・光電子顕微鏡による材料評価と素子開発 
1. はじめに
2. 硬X線用施設での軟X線利用
3. 軟X線光電子分光
3.1 光電子分光の原理
3.2 高分解能の軟X線で見える電子状態
3.3 角度分解光電子分光によるフェルミ準位近傍のバンド構造の観測
3.4 広いエネルギー帯域利用の効用
3.5 共用ビームラインの軟X線光電子分光装置について
4. 光電子顕微鏡
4.1 PEEMSPECTOR
4.2 SPELEEM
5. おわりに


【反応触媒と極微量分析編】
第13章 自動車用インテリジェント触媒の自己再生機能 
1. はじめに
2. 自動車触媒とその課題
3. Pd系インテリジェント触媒の特性と自己再生機能
4. 時分割in situ DXAFSによる析出速度の測定
5. スーパーインテリジェント触媒への発展
6. 将来展望

第14章 燃料電池開発における産業界のSPring-8利用 
1. はじめに
2. 固体高分子型燃料電池(PEFC)
2.1 PEFC用カソード触媒における白金微粒子の反応解析
2.2 PEFC内部の水の観察
3. 固体酸化物型燃料電池(SOFC)
3.1 SOFC用電解質材料の局所構造解析
3.2 SOFC用電極触媒の局所構造解析
3.3 SOFC単セルの残留応力測定
4. 周辺技術
4.1 改質触媒の局所構造解析
4.2 水素貯蔵材料の精密結晶構造解析
5. おわりに

第15章 科学捜査の現状・これからとSPring-8 
1. はじめに
2. 科学捜査の現状
3. 科学捜査のこれからとSPring-8の活用
3.1 乱用薬物
3.2 自動車塗膜用顔料
3.3 医薬品
3.4 ガラス片
3.5 毛髪
4. おわりに


【金属・無機材料編】

第16章 金属材料の高輝度放射光による機能評価とその場観察 
1. はじめに
2. 残留応力分布の測定
2.1 放射光X線応力測定の特徴
2.2 侵入深さ一定sin2ψ法によるレーザーピーニング処理鋼の内部残留応力の測定
2.3 ひずみスキャンニング法による溶接部のひずみ分布の測定
3. 金属の腐食現象解析
3.1 耐候性鋼の表面さびの解析
3.2 微小角入射X線散乱によるステンレス鋼の不働態膜の解析
4. 金属の内部観察
5. その場観察
6. おわりに

第17章 機能性ガラスの構造を調べる
1. はじめに
2. ガラスなどのランダム系物質の構造を理解するための方法
3. ガラス構造を調べる
3.1 X線回折現象を用いてガラス構造を調べる方法
3.2 高エネルギーX線回折の応用
3.3 XAFS分光法で調べる
4. 放射光を用いてガラスの構造を調べる
4.1 ホウ酸ガラスの構造を調べる
4.2 ガラスの薄膜構造を調べる
4.3 ガラス中の微量元素の局所構造を調べる
4.4 X線回折とXAFSを組み合わせて構造を調べる
5. おわりに


【有機薄膜・高分子・ソフトマター編】

第18章 X線でみる有機ナノ薄膜・液晶配向膜の表面 
1. はじめに
2. 液晶配向膜とは
3. 液晶配向と液晶配向膜
4. 液晶配向性と結晶性
5. 結晶性評価法
6. 実験
7. 膜全体の結晶性
8. 膜表面
9. 液晶配向膜の表面結晶性と液晶配向
10. ピークと構造相関
11. 分子配向異方性
12. ラビング処理後の膜表面異方性
13. 熱処理の影響
14. おわりに

第19章 硬X線光電子分光とハードディスク用有機潤滑膜への応用
1. はじめに
2. 硬X線光電子分光
2.1 硬X線励起による光電子分光法
2.2 実験
3. 基本性能と特性
3.1 分解能とスループット
3.2 バルクプローブ特性
3.3 界面プローブとしてのHAXPES
4. 有機潤滑膜への応用
5. おわりに

第20章 フィラー充填ゴムのX線小角散乱
1. はじめに
2. X線小角散乱でわかること
3. 極小角X線・小角X線散乱
3.1 実験方法
3.2 実験結果
4. コヒーレントなX線の利用
5. おわりに

第21章 LIGAプロセスによる微細加工とその産業への応用
1. はじめに
2. 産業界からのマイクロ3次元構造体加工技術の要求とその動向
3. LIGAプロセス
4. デバイスへの展開
4.1 カンチレバー型樹脂製光学スイッチの開発
4.2 3D-LIGAプロセスによる立体マイクロコイルの試作
5. おわりに

第22章 高輝度放射光によるイメージング―生体から材料へ 
1. はじめに
2. 単純投影撮影
3. 屈折コントラストイメージング
4. 屈折コントラストイメージングの例
5. 屈折コントラストCT
6. 材料科学への展開

第23章 ヘルスケア製品の機能評価 
1. はじめに
2. SPring-8におけるヘルスケア課題の実施例
3. 両親媒性脂質分子集合体の熱力学と構造
4. 毛髪のマイクロビーム小角/広角X線回折実験
5. 皮膚角層の小角/広角X線回折実験
6. おわりに

第24章 高分子・有機薄膜研究における大型放射光の利用
1. はじめに
2. SPring-8利用データベース
3. ポリマーの形態による分類別の利用研究の動向
3.1 バルクポリマー(結晶化、構造変化、XD、SAXS)
3.2 ポリマーフィルム(表面、埋もれた界面、GIXD、GISAXS、XR)
3.3 繊維(単繊維、紡糸過程、XD、SAXS)
3.4 相分離ポリマー(ブロックコポリマー、ブレンド、SAXS、XCT)
3.5 ゴム(天然ゴム、充填剤添加系、XD、SAXS、XI、XAFS)
3.6 コンポジット(有機/無機系、多孔質ポリマー、配位ポリマー、XD、SAXS)
3.7 ポリマー溶液(SAXS)
3.8 ゲル・分散系(有機ゲル、ポリマーゲル、ポリマーミセル、SAXS)
3.9 生体高分子(XD、SAXS)
3.10 超分子・液晶(XD、SAXS)
3.11 有機薄膜(単分子膜、有機TFT膜、GIXD、XPS)
4. おわりに

索引
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