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プラズモンナノ材料開発の最前線と応用(普及版)

  • Frontiers in Applications of Plasmonic Nanomaterials(Popular Edition)
  • NEW
2013年刊プラズモンナノ材料開発の最前線と応用の普及版!センシング、太陽電池、デバイスなどへの応用が期待されているプラズモン材料の、ナノメートル領域への光エネルギーの閉じこめなどユニークな特性・機能を解説!!

商品コード: B1301

  • 監修: 山田淳
  • 発行日: 2019年10月10日
  • 価格(税込): 7,370 円
  • 体裁: B5判、278ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-1384-9

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  • ▼内容:ナノ粒子合成 / 周期構造形成 / 加工・組織化技術とプラズモニック機能 / MAIRSスペクトル測定による金属微粒子薄膜の光学異方性解析 / ナノインプリント技術によるLSPRセンサの開発

刊行にあたって

金ナノ粒子の研究を開始してはや15年になる。当初は金ナノ粒子に光を積極的に作用させるという、光(反応)化学の観点からいくつかの学会で発表していたが、あまり芳しい反響は得られなかった。しかし、ナノテクブームの到来がプラズモン関連研究に拍車をかけたことは確実であろう。筆者も、日本化学会年会で特別企画を2002年(金ナノ粒子)と2005年(プラズモニクス)に主催させていただいたのをはじめ、プラズモニクス研究会(2003年発足)、特定領域研究(光-分子強結合反応場:2007-2010年)への立ち上に参画させていただくなど、プラズモニクスの発展にいささかながら貢献できたと考えている。このような背景の最中、シーエムシー出版社からプラズモン関連専門書の監修依頼を受け、『プラズモンナノ材料の設計と応用技術』(2006年)、『プラズモンナノ材料の最新技術』(2009年)の発行に至った。
 
私自身化学が専門であり、表面プラズモン共鳴の理論的理解に悩みつつ研究を進めていた。そういう背景もあり、前書(2006、 2009年)ではあえて表面プラズモン共鳴の基礎的・理論的理解のための章を設けることにした。表面プラズモン共鳴の現象そのものに興味を持たれている方が多いと判断したからでもある。しかし最近、プラズモニクスの専門書が発行されるようになり、多くの方が理解を深めていただける状況になってきた。そこで本書では、プラズモンナノ材料の作製と応用に関する最近の発展に重点を置き、産業化を指向した内容でまとめることにした。いずれにせよ、プラズモニクスは、私の想像をはるかに超えた魅力と無限の可能性を秘めた分野であると確信している。

山田 淳

<普及版の刊行にあたって>

 本書は2013年に『プラズモンナノ材料開発の最前線と応用』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。

2019年10月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

山田淳   九州大学
溝口大剛   大日本塗料(株)
新留康郎   九州大学 
柏木行康   (地独)大阪市立工業研究所 
山本真理   (地独)大阪市立工業研究所 
中許昌美   (地独)大阪市立工業研究所 
寺西利治   京都大学 
林真至   神戸大学
松田直樹   (独)産業技術総合研究所
中島達朗   (独)産業技術総合研究所 
近藤敏彰   (財)神奈川科学技術アカデミー
益田秀樹   首都大学東京 
須川晃資   日本大学 
山田逸成   滋賀県立大学 
西井準治   北海道大学 
上野貢生   北海道大学 
三澤弘明   北海道大学 
藤川茂紀   九州大学 
長岡勉   大阪府立大学 
椎木弘   大阪府立大学 
杉村博之   京都大学
玉田薫   九州大学 
橋本修一   徳島大学 
長谷川健   京都大学 
斉藤真人   大阪大学 
民谷栄一   大阪大学
梶川浩太郎   東京工業大学 
田和圭子   (独)産業技術総合研究所 
新留琢郎   熊本大学 
京基樹   東洋紡(株)
鈴木利明   関西学院大学
尾崎幸洋   関西学院大学
岡本隆之   (独)理化学研究所
秋山毅   滋賀県立大学
池田勝佳   北海道大学 
魚崎浩平   (独)物質・材料研究機構 
髙橋幸奈   九州大学  
馬場暁   新潟大学 
新保一成   新潟大学 
加藤景三   新潟大学 
金子双男   新潟大学
立間徹   東京大学 
藤方潤一   日本電気(株)
岡本晃一   九州大学 
高原淳一   大阪大学 

執筆者の所属表記は、2013年当時のものを使用しております。

目次

序章 プラズモンナノ材料関連の最近の発展   
1 金・銀ナノ構造の作製アプローチ
2 プラズモニクス関連の動向

【第Ⅰ編 プラズモニックナノ粒子の最新動向】
第1章 ナノ粒子合成
1 金ロッドと銀プリズム    
1.1 金属ナノ粒子について
1.2 金ナノロッドの特徴と合成方法
1.2.1 金ナノロッドの特徴
1.2.2 合成方法
1.2.3 形状制御
1.2.4 金ナノロッドの各種合成法
1.3 銀プリズムの特徴と合成方法
1.3.1 銀プリズムの特徴
1.3.2 合成方法
1.3.3 形状制御
1.3.4 銀プリズムの合成法

2 金銀コアシェルナノ粒子の調製と物性    
2.1 創世記
2.2 異方性金銀コアシェル粒子:銀シェル金ナノロッド
2.3 金銀コアシェル粒子の応用

3 熱分解法による金属ナノ粒子の大量合成とペースト化    
3.1 熱分解法による金属ナノ粒子の合成
3.1.1 銀ナノ粒子の合成
3.1.2 合金ナノ粒子の合成
3.1.3 酸化物ナノ粒子の合成
3.2 金属ナノ粒子のペースト化

4 ITOナノ粒子とプラズモン特性    
4.1 ITOナノ粒子の液相合成
4.2 ITOナノ粒子のプラズモン特性
4.3 ITOナノ粒子の近赤外LSPRによる電場増強度評価

5 GaP微粒子の近接場増強機能     
5.1 Mie散乱の理論による電場増強効果の予測
5.1.1 近接場効率
5.1.2 銀微粒子とGaP微粒子の
5.2 GaP微粒子の近接場増強効果の観測
5.2.1 ラマン散乱の増強
5.2.2 クエンチ無しの蛍光増強

6 ソリューションプラズマ法による新規な貴金属ナノ粒子分散水溶液調製    
6.1 実験
6.2 結果
6.3 まとめと今後の検討課題

第2章 周期構造形成
1 鋳型合成   
1.1 鋳型材としての陽極酸化ポーラスアルミナ
1.2 金属ナノドットの2次元規則配列
1.3 金属ナノドットの3次元規則配列
1.4 金属ナノ―マイクロ階層構造

2 コロイドリソグラフィーによる金属ナノ構造の構築と応用      
2.1 コロイドリソグラフィー法とは?
2.2 コロイドリソグラフィー法によるナノ構造体の構築
2.2.1 トライアングルアレイ
2.2.2 ハーフシェルアレイ
2.2.3 キャビティアレイ
2.2.4 ナノリング
2.2.5 ナノクレセント

3 干渉露光法    
3.1 二光束干渉の理論
3.2 干渉露光法
3.2.1 レーザーの選択
3.2.2 Lloydミラー干渉露光法
3.2.3 二光束干渉露光法
3.3 フォトレジストへの露光
3.3.1 反射光により生じる定在波の影響
3.3.2 反射防止膜
3.4 周期構造の表面プラズモン回折への応用

4 電子ビームリソグラフィー       
4.1 電子ビームリソグラフィーによる金属ナノ構造体の作製
4.2 ナノギャップを有する金ナノ構造体の作製
4.3 作製した金ナノ構造体の光学特性
4.4 電子ビームリソグラフィー/リフトオフにより作製した金ナノ構造の分解能評価

5 ナノコーティングリソグラフィー:周期的高アスペクト比ナノ構造の形成とその光学応答     
5.1 ナノコーティングリソグラフィー
5.2 高アスペクト比をもつ金ナノフィンの大面積周期的構造の作製とその光学特性
5.3 ナノコーティングリソグラフィーを使った金属ナノギャップ構造の大面積作製

6 エレクトロニクスを志向した金属ナノ粒子/有機薄膜の作製      
6.1 金属ナノ粒子による2次元配列膜の生成原理
6.2 電子材料としての応用
6.3 化学センサ電極としての応用

第3章 加工・組織化技術とプラズモニック機能
1 金ナノ粒子配列構造の作製と微細パターン化:自己集積化単分子膜による界面相互作用の制御   
1.1 酸-塩基相互作用による金ナノ粒子の吸着
1.2 アミノシランSAMのパターニングと2D金ナノ粒子アレイの構築
1.3 ナノプローブ加工による一次元粒子配列の作製
1.4 金ナノ粒子アレイの再構造化

2 多元組織化と光機能   
2.1 銀ナノ微粒子による二次元結晶膜の作製
2.2 銀ナノ微粒子による三次元積層膜の作製

3 無機固体の光加工・改質    
3.1 シリコン基板の表面加工
3.2 ガラス基板表面加工

【第Ⅱ編 計測・センシング応用技術】
第4章 MAIRSスペクトル測定による金属微粒子薄膜の光学異方性解析       
1 吸収分光法と双極子配向解析
2 表面選択律
3 透過・RA組み合わせ法からMAIRS法へ
4 MAIRS法の構築
5 可視MAIRS法と局在プラズモン吸収の解析

第5章 ナノインプリント技術によるLSPRセンサの開発     
1 LSPRバイオセンシング

第6章 光ファイバを利用した表面プラズモンによるバイオセンシング     
1 表面プラズモンバイオセンシング
2 光ファイバ型表面プラズモンバイオセンサ
2.1 光ファイバ
2.2 伝搬型表面プラズモン光ファイババイオセンサ
2.3 局在型表面プラズモン光ファイババイオセンサ

第7章 格子結合型表面プラズモン励起増強蛍光(GC-SPF)法を用いた生体分子検出   
1 プラズモニックチップの作製
2 プラズモニックチップ上の増強蛍光を利用したイムノセンサー
2.1 モデル化合物を用いたセンシング
2.2 イムノアッセイ
3 蛍光顕微鏡下での高感度蛍光イメージング

第8章 生体計測・生体応用    
1 近赤外域に表面プラズモンバンドをもつ金ナノ粒子
2 金ナノ粒子の生体適合化
3 イメージング
3.1 細胞イメージング
3.2 In vivoイメージング
4 フォトサーマル効果による温熱治療
5 金ナノ粒子のフォトサーマル効果を利用した薬物リリースシステム
6 フォトサーマル効果により促進される経皮ワクチンシステム

第9章 SPRイメージング:生体分子解析への応用 
1 SPRイメージングとは
2 SPRイメージング装置の概要
3 SPRイメージングのためのアレイ作製技術
4 生体分子解析への応用(転写因子の解析)
5 真の生体分子解析への課題

第10章 チップ増強ラマン散乱-原理と応用  
1 TERS装置とチップの特性
1.1 装置の光学配置とその特性
1.1.1 倒立型TERS装置
1.1.2 正立型TERS装置
1.1.3 斜め照射型TERS装置
1.2 チップの制御法
1.3 チップの作製法
2 TERSの応用例

【第Ⅲ編 フォトニクスへの応用】
第11章 無機半導体太陽電池への応用      
1 金属ストリップアレー(1次元回折格子)
2 金属ナノ粒子
3 背面反射器:1次元回折格子
4 背面反射器:2 次元回折格子

第12章 シリコン系太陽電池への応用 
1 ナノ粒子を修飾した光導波路構造をもつシリコン光電変換素子
2 pn接合構造の直近にナノ粒子を配置したシリコン太陽電池
3 ナノ粒子を用いる反射防止効果に基づくシリコン太陽電池の効率向上


第13章 有機系太陽電池への応用
1 単分子膜系光電変換  
1.1 プラズモン共鳴と光捕集アンテナ
1.2 平滑な電極表面における伝搬型プラズモンの利用
1.3 ナノ構造化電極表面における局在プラズモン共鳴の利用
1.4 平滑な電極表面における局在プラズモン共鳴の利用

2 金属ナノ粒子の導入  
2.1 プラズモンの効果/プラズモン以外の効果
2.2 シミュレーションの活用
2.3 粒子密度依存性
2.4 色素量依存性
2.5 色素―粒子間の距離依存性

3 有機薄膜太陽電池      
3.1 グレーティングカップリング表面プラズモン共鳴法
3.2 金属格子上有機太陽電池の表面プラズモン共鳴特性
3.3 金属格子上に作製した有機薄膜太陽電池の短絡光電流特性

4 プラズモン誘起電荷分離による光電変換とその応用   
4.1 プラズモン誘起電荷分離
4.2 光電変換への応用
4.3 光触媒への応用
4.4 その他の応用

【第Ⅳ編 デバイス応用技術】
第14章 表面プラズモンアンテナを利用したフォトダイオードの高感度化   
1 表面プラズモンアンテナに関して
1.1 一次元金属スリットアレイ構造による表面プラズモン共鳴効果
1.2 表面プラズモンアンテナによる金属微小開口からの異常透過現象
2 フォトダイオードの高感度化
2.1 面入射型フォトダイオード
2.2 導波路結合型フォトダイオード
2.3 オンチップ光配線への応用

第15章 プラズモニクスの発光素子への応用   
1 プラズモニクスによる赤外発光の高効率化
2 プラズモニクスによる可視発光の高効率化
3 さらなる波長域,材料系への応用
4 デバイス応用の現状と将来展望

第16章 プラズモニック導波路    
1 金属薄膜導波路
2 金属スラブ導波路
3 金属スラブ導波路における選択的励起
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