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創刊26周年特集:有機フォトクロミズムの新機軸
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特集にあたって
Introduction
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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)
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ジアリールエテン単結晶のフォトクロミズム
Photochromism of Diarylethene Single Crystals
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入江正浩(立教大学 理学部 化学科 教授)
ジアリールエテン単結晶のフォトクロミズム,特にフォトクロミック反応が起こるための条件,溶液フォトクロミズムとの違い,また単結晶のフォトメカニカル機能を解説する。分子レベルでのフォトクロミズムに伴う分子構造変化により,マクロなレベルでの結晶形状変化の誘起されることが初めて見いだされた。
【目次】
1. はじめに
2. 単結晶においてフォトクロミック反応するための条件
3. フォトクロミック反応性は結晶中でのコンフォーメーションに依存する
4. フォトクロミック反応に伴って結晶モルフォロジーが変化する
5. フォトクロミック反応に伴って結晶バルク形状が変化する
6. おわりに
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光運動材料の設計と機能
Designing and Function of Photomobile Polymer Materials
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山田宗紀(東京工業大学 資源化学研究所)
池田富樹(東京工業大学 資源化学研究所 教授)
光は遠隔操作が可能なエネルギーであり,光を駆動源とするアクチュエーターは,光エネルギーを直接運動エネルギーに変換できることから,特に小型化・高性能化が進むデバイス技術の分野において開発が期待される材料の一つである。なかでもフォトクロミック分子を含む架橋液晶高分子(液晶エラストマー)は,光照射による1次元的な伸縮運動だけでなく,より高次な屈曲運動を誘起することができ,有望な光運動材料として注目されている。本報告では,これまでの光運動材料の開発状況,およびアゾベンゼン液晶エラストマー系における光屈曲運動の詳細な検討結果について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. フォトクロミック分子を含む高分子の光変形挙動
3. アゾ゛ベンゼン液晶エラストマーの光変形挙動
4. アゾベンゼン液晶エラストマーフィルムの光屈曲運動
5. おわりに
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ジアリールエテンの不斉フォトクロミズム
Chiral Photochromism of Diarylethenes
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横山泰(横浜国立大学大学院 工学研究院 機能の創生部門 教授)
たった一つの不斉炭素によってヘキサトリエンのらせんを制御し,6π電子環状反応に基づくフォトクロミックな光環化・開環反応を高いジアステレオ選択性で行うことに成功した。このアイデアを拡張して,キラルなヘリセン様構造を光によって生成・消滅させることを行った。その際,大きな旋光度変化を引き起こすには環数の多いヘリセン構造が有効であり,高いジアステレオ選択性を達成するには複素芳香環と置換基のヘテロ原子の間の静電反発が大きな効果を示すことを明らかにした。
【目次】
1. はじめに
2. 不斉要素の導入法
3. われわれの研究
3.1 アリリックストレイン-不斉炭素の配置
3.2 ジアステレオ選択性
3.3 ヘリセン様ジアリールエテン
3.4 ジアステレオ選択性の向上
4. おわりに
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フォトクロミズムを利用した2次元ナノ構造と配向の光制御
Photocontrol of Nanostructures and Orientations in 2D Systems utilizing Photochromism
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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)
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 助教)
高分子設計(合成)によらず,ミクロ相分離構造を人為的な外部刺激で制御しうる系の構築は,技術的にたいへん重要であると考えられるが,研究例は現時点では多くない。フォトクロミック反応は,外部刺激制御の観点から魅力的な方向性を与えてくれる。本稿では,筆者らによって進められている,単分子膜系および薄膜系におけるミクロ相分離によるナノ構造と,配向の光制御に関する研究を紹介する。ナノパターンの構造と配向を意のままに光で制御できれば,これをscaffoldとした各種機能物質の構造形成や,新たな表面機能の創出が期待できる。
【目次】
1. はじめに
2. 2次元材料でのミクロ相分離構造の制御
3. 単分子膜系における光制御
4. 薄膜の光レリーフ形成とミクロ相分離の配向制御
5. 単純な光照射によるミクロ相分離構造の配向制御
6. おわりに
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光応答ミクロフィブリル発生現象と表面機能
Photo-induced Microfibril Formation and the Surface Functions
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内田欣吾(龍谷大学 理工学部 物質化学科 教授)
紫外光を照射すると,ジアリールエテンの結晶もしくはコーティングした薄膜表面に無数のマイクロメートルオーダーのフィブリル(毛状結晶)が発生し,表面は超撥水性を示した。これに可視光を照射するとフィブリルは消え,表面の極性は元に戻る現象を見いだした。この現象の発現機構と応用の可能性について記述する。
【目次】
1. はじめに
2. フォトクロミック発毛現象とそのメカニズム
2.1 発毛現象
2.2 メカニズムの解明
3. 表面機能
4. おわりに
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光応答巨大デンドリマー分子の設計と機能
Design and Function of Photoresponsive Dendritic Giant Molecules
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三浦陽介(筑波大学 大学院 数理物質科学研究科 化学専攻 大学院生)
篠原由寛(筑波大学 研究基盤総合センター 準研究員)
新井達郎(筑波大学 大学院 数理物質科学研究科 化学専攻 教授)
小さな光応答部位を使って巨大な分子全体を自在に動かすことができれば,新しいフォトクロミズム研究への応用につながる。脂溶性の巨大分子デンドリマーの場合は有機溶媒が巨大分子の中まで入り込むが,水溶性置換基を外部にのみ導入した巨大分子では水溶液中で内部に疎水場を提供し,新しい反応場の構築や色素タンパク質のモデルとしても有用である。このような観点から合成巨大分子の光機能に関して解説した。
【目次】
1. はじめに
2. 巨大分子の光化学と光機能
2.1 アゾベンゼンデンドリマー
(1) 脂溶性アゾベンゼンデンドリマー
(2) 水溶性アゾベンゼンデンドリマー
2.2 スチルベンデンドリマー
(1) 脂溶性デンドリマー
(2) ベンゾフェノン置換デンドリマー
(3) 水溶性デンドリマー
2.3 その他のデンドリマー
(1) 水溶性ピレンデンドリマー
(2) HBOデンドリマー
3. おわりに
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光駆動型分子機械
Photochemically Driven Molecular Machine
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玉置信之((独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 研究グループ長)
フォトクロミック反応によって駆動する分子機械は古くから研究がなされてきたが,最近では一分子内に2つ以上の運動可能部位を導入し,それらを連携させることで,これまでにない高度な運動を分子に行わせることができるようになりつつある。本稿では,そのような方法で運動の選択,制御,変換を実現した分子機械について,最近の成果をまとめる。
【目次】
1. はじめに
2. 2つの分子運動の連携
3. 光駆動分子機械における運動の選択
4. 光駆動分子機械における運動の制御
5. 光駆動分子機械における運動の変換
6. おわりに
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Material Report
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R&D
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高柔軟・高密着,近傍電磁界用電磁波吸収シート「λGEL REシリーズ」
Electro-Magnetic Noise Absorbent GEL,Lambda GEL RE Series
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小林達也((株)ジェルテック 機能製品部 技術営業担当課長)
環境負荷物質の使用制限とあわせ,機器の小型軽量,多機能化,意匠性向上に伴い多種多様な弊害が発生し,効率的な解決手法も回路,機構設計者の責務となっている。特に演算素子の高速化による発熱量増加,機器内部の不要放射による信頼性低下は最重要課題である。αGELシリーズは,高柔軟と環境安全性の両立維持の多機能素材である。本稿では主に機器内部の電磁環境安定を目的とした電磁波吸収ゲル状シートについて記述する。
【目次】
1. はじめに
2. αGELの概要と特徴
3. 近傍電磁界の対策方法の概要
4. λGEL REシリーズの特徴
5. REシリーズのメカニズムの概要
6. REシリーズの代表的なデータ
7. REシリーズの選定と使用方法
8. おわりに
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NOVA:高速変形・低温衝撃に耐える新プラスチック
NOVA:A New Plastics standing for High Speed Deformation and Low Temperature Impact
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井上隆(山形大学 工学部 機能高分子工学科 教授)
秋田大((財)化学技術戦略推進機構 精密高分子技術集中共同研究体 研究員)
スクリューの長さLと直径Dの比が非常に大きい(L/D=100)二軸押出機を用いてナイロン(PA6)と反応性ポリオレフィン(EGMA)をリアクティブブレンドすることにより,約20nmのPA6ドメインを数多く内蔵したEGMA粒子がPA6マトリックス中に分散した構造のポリマーアロイを開発した。本アロイは,変形速度が大きいほど柔軟になるという「非粘弾性特性」を有することがわかった。10km/h程度の高速変形を受けても損傷せず,-30℃の衝撃試験でも非破壊であった。優れたエネルギー吸収材料としての応用が期待されている。
【目次】
1. はじめに
2. 引き込みによるモルフォロジー形成
3. 力学的性質
4. 実用特性
5. おわりに
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連載 SPring-8の産業利用(14)
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燃料電池開発における産業界のSPring-8利用
Industrial Use of SPring-8 in Fuel Cell Development
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杉浦正治((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)
近年,SPring-8の高エネルギー放射光を利用した燃料電池の研究開発が盛んになってきた。その理由は,放射光XAFS,X線回折・散乱,屈折コントラスト法などの新しい分析ツールが開発され,原子・分子レベルでの構造解析・現象解析およびイメージング観察ができるようになったためと考えられる。本稿では,燃料電池とその周辺技術に関する企業研究者らの研究成果を概説する。
【目次】
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
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Market data
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ナノ構造炭素材料の市場動向
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【目次】
1. 概要
1.1 フラーレン
1.2 カーボンナノチューブ
2. 特徴・用途
2.1 フラーレン
2.2 カーボンナノチューブ
3. 市場動向
3.1 市場の現況
3.1.1 フラーレン
3.1.2 カーボンナノチューブ
3.2 市場予測
3.3 ナノテクノロジープログラム
4. 企業動向
(1) 日機装
(2) 昭和電工
(3) 住友商事
(4) バイエル
(5) 日立造船
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特集にあたって
Introduction
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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)
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ジアリールエテン単結晶のフォトクロミズム
Photochromism of Diarylethene Single Crystals
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入江正浩(立教大学 理学部 化学科 教授)
ジアリールエテン単結晶のフォトクロミズム,特にフォトクロミック反応が起こるための条件,溶液フォトクロミズムとの違い,また単結晶のフォトメカニカル機能を解説する。分子レベルでのフォトクロミズムに伴う分子構造変化により,マクロなレベルでの結晶形状変化の誘起されることが初めて見いだされた。
【目次】
1. はじめに
2. 単結晶においてフォトクロミック反応するための条件
3. フォトクロミック反応性は結晶中でのコンフォーメーションに依存する
4. フォトクロミック反応に伴って結晶モルフォロジーが変化する
5. フォトクロミック反応に伴って結晶バルク形状が変化する
6. おわりに
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光運動材料の設計と機能
Designing and Function of Photomobile Polymer Materials
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山田宗紀(東京工業大学 資源化学研究所)
池田富樹(東京工業大学 資源化学研究所 教授)
光は遠隔操作が可能なエネルギーであり,光を駆動源とするアクチュエーターは,光エネルギーを直接運動エネルギーに変換できることから,特に小型化・高性能化が進むデバイス技術の分野において開発が期待される材料の一つである。なかでもフォトクロミック分子を含む架橋液晶高分子(液晶エラストマー)は,光照射による1次元的な伸縮運動だけでなく,より高次な屈曲運動を誘起することができ,有望な光運動材料として注目されている。本報告では,これまでの光運動材料の開発状況,およびアゾベンゼン液晶エラストマー系における光屈曲運動の詳細な検討結果について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. フォトクロミック分子を含む高分子の光変形挙動
3. アゾ゛ベンゼン液晶エラストマーの光変形挙動
4. アゾベンゼン液晶エラストマーフィルムの光屈曲運動
5. おわりに
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ジアリールエテンの不斉フォトクロミズム
Chiral Photochromism of Diarylethenes
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横山泰(横浜国立大学大学院 工学研究院 機能の創生部門 教授)
たった一つの不斉炭素によってヘキサトリエンのらせんを制御し,6π電子環状反応に基づくフォトクロミックな光環化・開環反応を高いジアステレオ選択性で行うことに成功した。このアイデアを拡張して,キラルなヘリセン様構造を光によって生成・消滅させることを行った。その際,大きな旋光度変化を引き起こすには環数の多いヘリセン構造が有効であり,高いジアステレオ選択性を達成するには複素芳香環と置換基のヘテロ原子の間の静電反発が大きな効果を示すことを明らかにした。
【目次】
1. はじめに
2. 不斉要素の導入法
3. われわれの研究
3.1 アリリックストレイン-不斉炭素の配置
3.2 ジアステレオ選択性
3.3 ヘリセン様ジアリールエテン
3.4 ジアステレオ選択性の向上
4. おわりに
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フォトクロミズムを利用した2次元ナノ構造と配向の光制御
Photocontrol of Nanostructures and Orientations in 2D Systems utilizing Photochromism
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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)
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 助教)
高分子設計(合成)によらず,ミクロ相分離構造を人為的な外部刺激で制御しうる系の構築は,技術的にたいへん重要であると考えられるが,研究例は現時点では多くない。フォトクロミック反応は,外部刺激制御の観点から魅力的な方向性を与えてくれる。本稿では,筆者らによって進められている,単分子膜系および薄膜系におけるミクロ相分離によるナノ構造と,配向の光制御に関する研究を紹介する。ナノパターンの構造と配向を意のままに光で制御できれば,これをscaffoldとした各種機能物質の構造形成や,新たな表面機能の創出が期待できる。
【目次】
1. はじめに
2. 2次元材料でのミクロ相分離構造の制御
3. 単分子膜系における光制御
4. 薄膜の光レリーフ形成とミクロ相分離の配向制御
5. 単純な光照射によるミクロ相分離構造の配向制御
6. おわりに
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光応答ミクロフィブリル発生現象と表面機能
Photo-induced Microfibril Formation and the Surface Functions
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内田欣吾(龍谷大学 理工学部 物質化学科 教授)
紫外光を照射すると,ジアリールエテンの結晶もしくはコーティングした薄膜表面に無数のマイクロメートルオーダーのフィブリル(毛状結晶)が発生し,表面は超撥水性を示した。これに可視光を照射するとフィブリルは消え,表面の極性は元に戻る現象を見いだした。この現象の発現機構と応用の可能性について記述する。
【目次】
1. はじめに
2. フォトクロミック発毛現象とそのメカニズム
2.1 発毛現象
2.2 メカニズムの解明
3. 表面機能
4. おわりに
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光応答巨大デンドリマー分子の設計と機能
Design and Function of Photoresponsive Dendritic Giant Molecules
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三浦陽介(筑波大学 大学院 数理物質科学研究科 化学専攻 大学院生)
篠原由寛(筑波大学 研究基盤総合センター 準研究員)
新井達郎(筑波大学 大学院 数理物質科学研究科 化学専攻 教授)
小さな光応答部位を使って巨大な分子全体を自在に動かすことができれば,新しいフォトクロミズム研究への応用につながる。脂溶性の巨大分子デンドリマーの場合は有機溶媒が巨大分子の中まで入り込むが,水溶性置換基を外部にのみ導入した巨大分子では水溶液中で内部に疎水場を提供し,新しい反応場の構築や色素タンパク質のモデルとしても有用である。このような観点から合成巨大分子の光機能に関して解説した。
【目次】
1. はじめに
2. 巨大分子の光化学と光機能
2.1 アゾベンゼンデンドリマー
(1) 脂溶性アゾベンゼンデンドリマー
(2) 水溶性アゾベンゼンデンドリマー
2.2 スチルベンデンドリマー
(1) 脂溶性デンドリマー
(2) ベンゾフェノン置換デンドリマー
(3) 水溶性デンドリマー
2.3 その他のデンドリマー
(1) 水溶性ピレンデンドリマー
(2) HBOデンドリマー
3. おわりに
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光駆動型分子機械
Photochemically Driven Molecular Machine
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玉置信之((独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 研究グループ長)
フォトクロミック反応によって駆動する分子機械は古くから研究がなされてきたが,最近では一分子内に2つ以上の運動可能部位を導入し,それらを連携させることで,これまでにない高度な運動を分子に行わせることができるようになりつつある。本稿では,そのような方法で運動の選択,制御,変換を実現した分子機械について,最近の成果をまとめる。
【目次】
1. はじめに
2. 2つの分子運動の連携
3. 光駆動分子機械における運動の選択
4. 光駆動分子機械における運動の制御
5. 光駆動分子機械における運動の変換
6. おわりに
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Material Report
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R&D
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高柔軟・高密着,近傍電磁界用電磁波吸収シート「λGEL REシリーズ」
Electro-Magnetic Noise Absorbent GEL,Lambda GEL RE Series
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小林達也((株)ジェルテック 機能製品部 技術営業担当課長)
環境負荷物質の使用制限とあわせ,機器の小型軽量,多機能化,意匠性向上に伴い多種多様な弊害が発生し,効率的な解決手法も回路,機構設計者の責務となっている。特に演算素子の高速化による発熱量増加,機器内部の不要放射による信頼性低下は最重要課題である。αGELシリーズは,高柔軟と環境安全性の両立維持の多機能素材である。本稿では主に機器内部の電磁環境安定を目的とした電磁波吸収ゲル状シートについて記述する。
【目次】
1. はじめに
2. αGELの概要と特徴
3. 近傍電磁界の対策方法の概要
4. λGEL REシリーズの特徴
5. REシリーズのメカニズムの概要
6. REシリーズの代表的なデータ
7. REシリーズの選定と使用方法
8. おわりに
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NOVA:高速変形・低温衝撃に耐える新プラスチック
NOVA:A New Plastics standing for High Speed Deformation and Low Temperature Impact
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井上隆(山形大学 工学部 機能高分子工学科 教授)
秋田大((財)化学技術戦略推進機構 精密高分子技術集中共同研究体 研究員)
スクリューの長さLと直径Dの比が非常に大きい(L/D=100)二軸押出機を用いてナイロン(PA6)と反応性ポリオレフィン(EGMA)をリアクティブブレンドすることにより,約20nmのPA6ドメインを数多く内蔵したEGMA粒子がPA6マトリックス中に分散した構造のポリマーアロイを開発した。本アロイは,変形速度が大きいほど柔軟になるという「非粘弾性特性」を有することがわかった。10km/h程度の高速変形を受けても損傷せず,-30℃の衝撃試験でも非破壊であった。優れたエネルギー吸収材料としての応用が期待されている。
【目次】
1. はじめに
2. 引き込みによるモルフォロジー形成
3. 力学的性質
4. 実用特性
5. おわりに
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連載 SPring-8の産業利用(14)
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燃料電池開発における産業界のSPring-8利用
Industrial Use of SPring-8 in Fuel Cell Development
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杉浦正治((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)
近年,SPring-8の高エネルギー放射光を利用した燃料電池の研究開発が盛んになってきた。その理由は,放射光XAFS,X線回折・散乱,屈折コントラスト法などの新しい分析ツールが開発され,原子・分子レベルでの構造解析・現象解析およびイメージング観察ができるようになったためと考えられる。本稿では,燃料電池とその周辺技術に関する企業研究者らの研究成果を概説する。
【目次】
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
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Market data
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ナノ構造炭素材料の市場動向
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【目次】
1. 概要
1.1 フラーレン
1.2 カーボンナノチューブ
2. 特徴・用途
2.1 フラーレン
2.2 カーボンナノチューブ
3. 市場動向
3.1 市場の現況
3.1.1 フラーレン
3.1.2 カーボンナノチューブ
3.2 市場予測
3.3 ナノテクノロジープログラム
4. 企業動向
(1) 日機装
(2) 昭和電工
(3) 住友商事
(4) バイエル
(5) 日立造船
