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ゾル-ゲルテクノロジーの最新動向

  • Current Status of Sol-Gel Technology
  • NEW
★ 進歩・深化するゾル-ゲルテクノロジーシリーズ第5弾!
★ 国内第1線の研究者が執筆!
★ 発光・電池から生体材料まで幅広い分野に展開する応用技術!

商品コード: T1054

  • 監修: 幸塚広光
  • 発行日: 2017年7月28日
  • 価格(税込): 92,880 円
  • 会員価格(税込):
    83,592 円 会員価格について
  • 体裁: B5判、416ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-1258-3

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  • ゾル-ゲル / メタロキサン / シルセスキオキサン / 有機・無機ハイブリッド / 自己組織化 / ナノシート / ナノフレーク / メソ多孔体 / 金属ナノ粒子 / ポーラスシリカ / 超伝導薄膜

刊行にあたって

 本書籍はシーエムシー出版が発行するゾル-ゲル法に関する書籍シリーズの5冊目にあたる。ゾル-ゲル法にかかわる最新の学術・技術情報を提供していただくべく、今回も第一線で活躍しておられる国内の研究者の方々に執筆をお願いした。その結果、大学から31件、企業から7件、公的研究機関から4件(大学との共著1件を含む)、計41件の記事を集録することができた。

 このシリーズの最初の書籍が出版されてからすでに17年が経過している。学会発表や学術雑誌に見られる最近の研究には方向性の類似したものが目につくことが少なくないが、本書の読後感はこれとは逆であり、どのような問題意識のもとで何を制御・開拓しようとしているかという点に「多様性」がまざまざと感じられる。「多様性」は無限の可能性を感じさせてくれ、同じ研究室に所属する複数の研究者に異なるテーマでの執筆を依頼することを可能としてくれたのもこのような状況あってこそのことである。このように、多様性と広がりに支えられたゾル-ゲル法に関わる科学技術の進歩と深化には目を瞠るものがある。

 本書の各記事で紹介されるそれぞれの場面で「何が起こっているか」に注意を向け、勇気をもってゾル-ゲル法(と何となくよばれている)科学技術の分野に飛び込んでいただければと願う。

(「刊行にあたって」より抜粋)

著者一覧

幸塚広光  関西大学
郡司天博  東京理科大学
金子芳郎  鹿児島大学
菅原義之  早稲田大学
中西和樹  京都大学
金森主祥  京都大学
下嶋敦  早稲田大学
黒田一幸  早稲田大学
内山弘章  関西大学
髙橋雅英  大阪府立大学
横井敦史  豊橋技術科学大学
武藤浩行  豊橋技術科学大学
長田実  (国研)物質・材料研究機構
伴隆幸  岐阜大学
徳留靖明  大阪府立大学
赤松佳則  セントラル硝子㈱
犬丸啓  広島大学
金指正言  広島大学
都留稔了  広島大学
平社英之  旭硝子㈱
増田万江美  旭硝子㈱
米田貴重  旭硝子㈱
鈴木一子  ㈱KRI
福井俊巳  ㈱KRI
松川公洋  京都工芸繊維大学
河村剛  豊橋技術科学大学
垣花眞人  東北大学
小林亮  東北大学
加藤英樹  東北大学
冨田恒之  東海大学
佐藤泰史  岡山理科大学
片桐清文  広島大学
村井俊介  京都大学
梶原浩一  首都大学東京
小谷佳範  キヤノン㈱
藤原忍  慶應義塾大学
中島智彦  (国研)産業技術総合研究所
土屋哲男  (国研)産業技術総合研究所
下田達也  北陸先端科学技術大学院大学
伊藤真樹  ダウコーニング(東レ・ダウコーニング)
今井宏明  慶應義塾大学
渡辺洋人  東京都産業技術研究センター
神谷和孝  日本板硝子㈱
忠永清治  北海道大学
大幸裕介  名古屋工業大学
松田厚範  豊橋技術科学大学
長谷川丈二  九州大学
元木貴則  青山学院大学
曽山信幸  三菱マテリアル㈱
坂本渉  名古屋大学
三村憲一  (国研)産業技術総合研究所
加藤一実  (国研)産業技術総合研究所
城﨑由紀  九州工業大学

目次

【序論】

第1章 統計に見るゾル-ゲルテクノロジーの動向
2 論文に見るゾル-ゲルゲクノロジーの動向
 2.1 論文数全体の動向
 2.2 応用分野別動向
 2.3 形態・態様別動向
3 国内特許に見るゾル-ゲルテクノロジーの動向
 3.1 出願特許件数全体の動向
 3.2 応用分野別動向
 3.3 形態・態様別動向


【基礎編:反応、構造制御、構造形成】

第2章 メタロキサンの合成
2 シロキサン結合の生成反応
3 ゾルの生成とその条件
 3.1 反応モル比
 3.2 溶媒、触媒、反応系の液性(pH)
 3.3 金属アルコキシドの反応性と官能性
4 加水分解重縮合過程の追跡
 4.1 反応のin situ 解析
 4.2 ゾルの誘導体化と単離および構造確認

第3章 構造制御されたイオン性シルセスキオキサンおよび環状シロキサンの創成
2 イオン性ロッド状/ラダー状ポリシルセスキオキサンの合成
 2.1 カチオン性側鎖置換基を有するラダー状ポリシルセスキオキサンの合成
 2.2 アニオン性側鎖置換基を有するラダー状ポリシルセスキオキサンの合成
3 アンモニウム側鎖置換基含有POSS誘導体の合成
 3.1 側鎖にアンモニウム基を有するPOSSの高収率・短時間合成
 3.2 2種のアンモニウム側鎖置換基を有する低結晶性POSSの合成
 3.3 POSS連結型可溶性ポリマーの簡易合成
4 単一構造のアンモニウム基含有環状テトラシロキサンの合成
5 シロキサン骨格を含むイオン液体の合成
 5.1 ランダム型オリゴシルセスキオキサン構造を含むイオン液体の合成
 5.2 POSS構造を含むイオン液体の合成
 5.3 環状オリゴシロキサン構造を含むイオン液体の合成

第4章 架橋型前駆体を用いたゾル-ゲル反応による有機-無機ハイブリッド材料の作製
2 ケイ素系架橋型前駆体からの有機-無機ハイブリッド形成
3 ケイ素系架橋型前駆体からの有機-無機ハイブリッド材料
 3.1 ジホスホン酸から作製される有機-無機ハイブリッド材料の応用

第5章 マルチスケール多孔質材料の構造制御
2 加水分解と縮合・析出反応の制御
3 酸化チタン系
4 酸化アルミニウム系
5 様々な価数をもつ金属酸化物系への拡張
6 リン酸塩系マクロ多孔体の構造制御

第6章 有機-無機ハイブリッドエアロゲルの合成と性質
2 代表的なシリカエアロゲルとその問題点
3 有機-無機ハイブリッドによる高強度・柔軟化
 3.1 ハイブリッド系における設計指針
 3.2 ポリメチルシルセスキオキサン系
 3.3 ポリエチルシルセスキオキサンおよびポリビニルシルセスキオキサン系
 3.4 有機架橋ポリシルセスキオキサン系
 3.5 有機架橋ポリメチルシロキサン系

第7章 自己組織化プロセスによるシロキサン系ナノ構造体の創製
2 有機シラン/シロキサン化合物の自己組織化によるメソ構造体形成
3 オリゴシロキサンの自己組織化と分散によるナノ粒子合成
4 水素結合を利用したかご型シロキサンの配列制御
5 光応答性材料への展開

第8章 ゾル-ゲルディップコーティング膜における自発的な表面パターン形成
2 Bénard-Marangoni対流によるセル状パターンの形成
 2.1 Bénard-Marangoni対流
 2.2 Bénard-Marangoni対流を利用した表面パターニング
 2.3 Bénard-Marangoni対流によって生じるセル状パターンのサイズ制御
3 低速ディップコーティングにおけるストライプパターンの形成
 3.1 低速ディップコーティング
 3.2 スティック―スリップモーションによるパターン形成
 3.3 スティック―スリップモーションによって生じるストライプパターンのサイズ制御

第9章 金属水酸化物の表面におけるミクロ多孔性金属有機構造体の成長
2 金属有機構造体(MOF)
3 金属水酸化物を前駆体としたMOF薄膜の作製
4 ヘテロエピタキシャル成長による配向性MOF薄膜

第10章 ナノ粒子活用のための複合化開発
2 微構造制御のための粉末デザイン
3 静電吸着複合法
4 集積複合粒子を原料とした機能性複合材料の作製
5 静電吸着複合法の応用展開:エアロゾルデポジション法

第11章 ナノシートの合成と集積化による高機能材料の創成
2 ナノシートの合成
3 ナノシートの集積による高次ナノ構造体の構築

第12章 無機ナノフレークやナノシートのボトムアップ合成
2 金属酸ナノシートのボトムアップ合成反応
3 金属酸ナノシートの形態制御
 3.1 金属錯体を原料とした合成
 3.2 多結晶ナノシートの合成
 3.3 イオン液体中での金属酸ナノフレークのボトムアップ合成
4 ナノシートをビルディングユニットとしたナノ材料作製
 4.1 ゾルゲル薄膜の作製
 4.2 アナターゼ型酸化チタンのナノ材料作製

第13章 層状水酸化物材料の合成と構造制御
2 層状複水酸化物(LDH)とは
3 水酸化物材料の一般的な合成法
4 水酸化物材料のナノ/マクロ構造制御
 4.1 界面・表面への水酸化物結晶の析出
 4.2 水酸化物ナノ材料の合成
 4.3 多孔性水酸化物材料の合成

第14章 ゾル-ゲルコーティングの成膜条件と膜品質「成膜欠陥防止のためのヒント」
2 実用化例(ゾル-ゲル法の有用性)
 2.1 表面形状制御されたシリカ系薄膜
 2.2 低温硬化シリカ厚膜
 2.3 赤外線カットガラス
 2.4 高滑水性ガラス
3 成膜現場における問題点(成膜欠陥について)
4 基板温度が表面形状に及ぼす影響
5 成膜をより安定化させるためには

第15章 樹脂を基板とする酸化物結晶薄膜の作製
2 ウェットプロセスに基づく既存技術
3 筆者らのゾル-ゲル転写技術
4 より高温で焼成した薄膜の転写
5 薄膜と樹脂基板の密着性


【機能編:光、電気、化学、生体関連】

第16章 メソポーラスシリカで結晶粒子を包含したナノ触媒・光触媒の合成と機能
2 酸化チタン粒子をメソポーラスシリカで包含した複合構造と光触媒機能
3 粒子の形の整ったナノ粒子をメソポーラスシリカで包含した複合体:SrTiO3ナノキューブ-メソポーラスシリカ複合体によるCO2還元反応

第17章 シリカ系分子ふるい膜の細孔構造制御と透過特性
2 多孔膜における透過機構
3 ゾル-ゲル法による多孔質シリカ膜
4 アモルファスシリカネットワーク構造制御
 4.1 Si-H基の反応性を用いた細孔構造制御
 4.2 アニオンドープ

第18章 撥水ウィンドウガラス
2 撥水性の発現メカニズム
3 転落性の発現メカニズム
4 撥水ガラスの設計
5 撥水ガラスの実現

第19章 フッ素フリー撥水撥油材料の開発
2 フッ素フリー撥水撥油材料の作製
3 フッ素フリー撥水撥油材料の特徴
 3.1 ナノ相分離構造
 3.2 機械特性
 3.3 耐熱性
 3.4 プライマリーフリーでの成膜性

第20章 金属酸化物ナノ粒子分散体の調製と有機無機ハイブリッド透明材料への応用
2 シランカップリング剤によるジルコニアナノ粒子分散体の作製と問題点
3 2段階法によるジルコニアナノ粒子分散体の調製
4 デュアルサイト型シランカップリング剤によるジルコニアナノ粒子分散体の調製
 4.1 ビスフェニルフルオレン誘導体からのデュアルサイト型シランカップリング剤とその適用
 4.2 ジアリルフタレートからのデュアルサイト型シランカップリング剤とその適用

第21章 金属ナノ粒子分散機能性メソ多孔体の創成
2 メソ多孔体中での銀ナノロッドの精密アスペクト比制御
3 異方性メソ多孔体鋳型を用いた1次元金ナノ構造体の配向制御と偏光特性
4 アナターゼを含むメソ多孔体への金ナノ粒子の析出と紫外~近赤外光利用高効率光触媒への応用

第22章 無機クラスターを活用した水溶液プロセスによる蛍光体の合成
2 グリコール修飾シラン(GMS)を活用したケイ酸塩系蛍光体の合成
3 ポリエチレングリコール修飾リン酸エステルを活用したリン酸塩蛍光体の合成
 3.1 水溶性リン酸エステルの製法とその性質
 3.2 水溶性リン酸エステルを用いた蛍光体の合成
4 ケイ酸塩及びリン酸塩系材料の今後の展開

第23章 無機ナノ粒子を用いた機能性複合材料の合成
2 磁性ナノ粒子をコアとするコア-シェル粒子の合成
3 磁性ナノ粒子と多糖ナノゲルのハイブリッド材料のバイオメディカル応用
4 近赤外光による光線力学療法のためのハイブリッドナノクラスター

第24章 プラズモニクスとゾル-ゲル法を利用した新規光機能材料の創成
2 領域I(ナノギャップ領域)
 2.1 大面積ナノギャップ構造作製のためのテンプレート
 2.2 メソポーラスシリカ基板を利用した金メソグレーティング構造作製
 2.3 SERS特性
3 領域II(光回折領域)
 3.1 光回折アレイ
 3.2 光回折アレイによる発光制御
 3.3 メソポーラスシリカ層の屈折率による光回折アレイの共鳴波長制御

第25章 光機能性シリカガラスの合成
2 希土類フッ化物ナノ結晶含有シリカガラス
3 希土類-アルミニウム共ドープシリカガラス
4 希土類オルトリン酸塩ナノ結晶含有ガラス

第26章 ゾル-ゲル法を用いた高性能反射防止膜‘SWC’の開発
2 サブ波長構造による塗布型反射防止膜の製法
3 カメラ用レンズへの適用

第27章 マルチ機能性発光材料
2 磁性と発光
3 光触媒と発光
4 温度センシングと発光
5 化学センシングと発光

第28章 前駆体膜及び結晶化エネルギー投入手法の最適化による電気・光機能性酸化物コーティングの高度化
2 化学溶液法により塗布された前駆体膜の光結晶化
3 ハイブリッド溶液光反応法によるフレキシブル酸化物電気機能性材料の創製
4 ナノ粒子/溶液ハイブリッド分散液を用いた高特性ポーラス光電極の作製

第29章 InO系前駆体ゲルの構造とインプリント成形への応用
2 酸化物の液体プロセス
3 InO系クラスターゲルの紹介
4 InO系(ITO)溶液から作製したゲルの凝集力の評価
5 InO系クラスターゲルのプロセス性

第30章 高輝度LED用シリコーン封止材
2 シリコーンとその特性
3 シリコーンのLED封止材への応用

第31章 スーパーマイクロポーラスシリカの合成と応用
2 背景
 2.1 多孔質シリカ材料
 2.2 メソポーラスシリカ
 2.3 メソポーラスシリカからスーパーマイクロポーラスシリカへ
3 スーパーマイクロポーラスシリカの合成
 3.1 無溶媒合成法
 3.2 スーパーマイクロ孔のサイズ制御
4 スーパーマイクロポーラスシリカの応用1:分子ホスト
 4.1 揮発性有機分子吸着
 4.2 蛍光分子ホスト
5 スーパーマイクロポーラスシリカの応用2:量子ドットの合成と機能開拓
 5.1 量子ドット
 5.2 WO3量子ドットの合成と光触媒能の制御・向上
 5.3 CuO量子ドットの合成とサーモクロミズム
 5.4 In2O3量子ドットの合成と蛍光量子収率の増大

第32章 自動車用熱線カットガラス
2 熱線カットガラスの目標性能
 2.1 熱線カット性能
 2.2 電波透過性
 2.3 熱線カット材料
3 課題
4 アプローチ
5 熱線カットガラス

第33章 電池材料合成における液相法の利用
2 電池材料における液相合成法について
3 リチウムイオン二次電池用材料の合成
4 リチウムイオン二次電池材料への表面コーティング
5 リチウムイオン伝導性固体電解質の合成
6 電気化学キャパシタ用材料

第34章 プロトン伝導性と表面水酸基の結合状態
2 溶融法で作製したガラスのプロトン伝導性
3 ゾル-ゲル法で作製したガラスのプロトン伝導性
4 水素との反応によって生成するOH基
5 重水素を利用したOH基の活性評価
6 ゾル-ゲル法を用いたプロトン伝導体の作製例
7 ゾル-ゲル法で作製したH+放出エミッターを用いた室温大気圧H+放出

第35章 イオン伝導性複合体
2 プロトン伝導体の作製と燃料電池への応用
3 水酸化物イオン伝導体の作製と金属空気電池への適用
4 リチウムイオン伝導体の作製と全固体リチウムイオン電池の構築

第36章 カーボン材料の設計と電気化学特性評価
2 カーボン材料の作製
3 多孔性カーボンモノリスの作製と細孔構造制御
4 多孔性カーボンモノリスへのヘテロ原子の導入
5 モノリス型カーボン電極
6 電気二重層キャパシタ
7 ナトリウムイオン二次電池

第37章 超伝導薄膜
2 超伝導薄膜について
3 溶液法による超伝導層の成膜
 3.1 TFA-MOD法における動向
 3.2 フッ素フリーMOD法における動向
 3.3 水溶液を用いた溶液法の動向
4 溶液法を用いた金属基板や中間層への展開

第38章 強誘電体材料・強誘電体薄膜の開発
2 ゾルゲル法による強誘電体薄膜の形成とMEMS分野適用への課題
3 圧電MEMS用厚膜形成用PZTゾルゲル液の開発
4 大型基板への工業用成膜技術の開発
5 ドーピング技術による膜特性の改善

第39章 無鉛圧電セラミックス薄膜の開発
2 無鉛圧電セラミックス材料と薄膜化プロセス、圧電セラミックス薄膜の応用分野
3 ニオブ酸アルカリ化合物系無鉛圧電セラミックス薄膜の化学溶液法による作製
 3.1 ニオブ酸アルカリ系無鉛圧電セラミックス薄膜作製のための前駆体コーティング溶液の調製と前駆体の解析
 3.2 ペロブスカイトニオブ酸アルカリ系薄膜作製における揮発性元素に関する組成制御
 3.3 ニオブ酸アルカリ系薄膜への機能元素ドープによる電気的特性向上
 3.4 ニオブ酸アルカリ系薄膜の配向制御による高機能化
 3.5 ニオブ酸アルカリ系薄膜の微細加工と圧電セラミックス薄膜作製に関する将来展望

第40章 次世代デバイス用誘電体単結晶ナノキューブ三次元規則配列集積体
2 ペロブスカイト型誘電体酸化物単結晶ナノキューブの水熱合成
3 チタン酸バリウムナノキューブ三次元規則配列構造の作製
4 チタン酸バリウム系ナノキューブ三次元規則配列構造体の電気特性

第41章 シリカおよびシロキサンを含む有機-無機複合材料の生体応答性
2 ケイ素の生体内における役割
3 バイオガラスから溶出するケイ酸種と骨形成
4 シリカ、シリケートおよびシロキサン結合を含む有機-無機複合体
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