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月刊機能材料 2020年3月号

【特集】ナノ・メソ多孔質材料の構造制御

商品コード: M2003

  • 監修: 髙橋雅英
  • 発行日: 2020年3月7日
  • 価格(税込): 4,400 円
  • 体裁: B5判
  • ISBNコード: 0286-4835

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著者一覧

髙橋雅英  大阪府立大学 
北尾岳史  東京大学
植村卓史  東京大学
内田幸明  大阪大学
佐光貞樹  (国研)物質・材料研究機構
永直文  芝浦工業大学
細野暢彦  東京大学
北川進  京都大学
有安真也  名古屋大学
荘司長三  名古屋大学
吉田昭太郎  東北大学
西澤松彦  東北大学
門前一  近畿大学 

目次

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【特集】ナノ・メソ多孔質材料の構造制御

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特集にあたって
Preface

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ナノ空間制御に基づく共役高分子の新機能開拓
Controlled Assemblies of Conjugated Polymers in Coordination Nanospaces

 多孔性金属錯体(MOF)のナノ細孔を高分子拘束の場として用いることで,高分子が単分子鎖から数本鎖からなる超低次元集積体を作り出すことが可能になる。本稿では,MOFのナノ空間を用いた共役高分子の集積構造制御,および,それによってもたらされる多彩な光電子機能について述べる。

【目次】
1 はじめに
2 MOFに拘束された共役高分子が示す特異な光電子物性
3 MOF/共役高分子ナノハイブリッド材料の創製
4 MOFを鋳型とした共役高分子の集積構造制御
5 おわりに

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穴あきインク鋳型法による規則性多孔体の作製
Perforated Ink Templating Method for Fabrication of Ordered Porous Materials

 ナノサイズの空孔を持つ多孔性の材料は,触媒や分離膜,電気二重層キャパシタ,反射防止膜など,多くの分野の重要な用途に利用できる可能性を持ち,盛んに研究されてきた。一方,ミクロンオーダー以上の大きさの規則的な空孔構造を持つ多孔性材料は,神経細胞システムや組織工学,セルパターニングなどの細胞培養基材として利用できる可能性があるとして,近年急速に注目を集めつつある。本稿では,規則性の空孔の「素」として単分散液滴を硬化性の液体に分散した「穴あきインク」を用いた,ミクロンオーダー以上の空孔構造を持つ規則性多孔体の作製法「穴あきインク鋳型(PIT)法」について紹介する。

【目次】
1 はじめに
2 ソフトテンプレート法
 2.1 柔軟な分子材料の自己組織化
 2.2 零次元材料のソフトテンプレート法
 2.3 一次元材料のソフトテンプレート法
 2.4 二次元材料のソフトテンプレート法
 2.5 三次元材料のソフトテンプレート法
3 エマルションの作製法と自己組織化
 3.1 エマルション
 3.2 マイクロ流体デバイスを用いた単分散エマルションの作製
4 穴あきインク鋳型法
 4.1 エマルション作製
 4.2 硬化
 4.3 内相の除去
5 おわりに

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工業用高分子を原料とした相分離法による高分子メソ多孔体の創製
Fabrication of Mesoporous Structure from Industrial Polymers Using Phase Separation Method

高分子メソ多孔体は軽量かつ柔軟で形状加工性に優れ,セパレーター・分離膜・緩衝材といった高付加価値部材で活躍している。簡便かつ適用範囲が広い相分離法は多孔化プロセスの主流であるが,細孔径の微細化には技術課題があった。本稿では,工業用高分子に利用可能なナノ多孔化技術について,筆者らの研究成果を中心に紹介したい。

【目次】
1 はじめに
2 相分離による多孔化技術
 2.1 高分子溶液の相分離現象
 2.2 相分離による多孔化法
3 急速凍結ナノ結晶化法?溶媒分子のナノ結晶化
 3.1 結晶テンプレート法
 3.2 急速凍結ナノ結晶化法の作製工程
 3.3 メソ多孔質構造と制御パラメータ
4 ゲル前駆体法?高分子のナノ結晶化
 4.1 結晶性高分子の物理ゲル形成と多孔化法
 4.2 ゲル前駆体法の作製工程とメソ多孔構造
 4.3 エンジニアリングプラスチックのメソ多孔体
5 おわりに

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ジョイント-リンカー型多孔質高分子材料の構造制御技術
Molecular Design of Joint-Linker Type Porous Polymers

 近年,重合反応の進行に伴う相分離を利用した多孔質高分子材料が開発され,カラム分離や触媒の担体などに応用されている。多様な分子構造の多孔質高分子材料の簡便な合成方法の開発は,同高分子材料のさらなる実用化の促進,応用範囲の拡大に繋がることが期待される。本稿では,最近筆者らが見出した多官能化合物(ジョイント分子)とその官能基間をつなぐ2官能化合物(リンカー分子)との付加反応により生成するジョイント-リンカー型多孔質高分子の合成例とその特性について概説する。

【目次】
1 はじめに
2 ジョイント-リンカー型ネットワーク高分子
3 ジョイント-リンカー型多孔質高分子の合成例
 3.1 多官能アミン-ポリエチレングリコールジアクリレート(PEGDA)多孔質高分子
 3.2 多官能チオール-PEGDA多孔質高分子
 3.3 多官能チオール-ジイソシアネート高分子多孔質体 
 3.4 多官能アクリレート-ジアミン,ジチオール高分子多孔質体
 3.5 多官能アクリルアミド-ジアミン,ジチオール高分子多孔質体
 3.6 多官能アジリジン-カルボン酸高分子多孔質体
 3.7 多官能フェノール-ジビニルエーテル高分子多孔質体
4 ジョイント-リンカー型多孔質高分子の特性および応用例
 4.1 高分子多孔質体の光学的特性
 4.2 無電解メッキによる高分子多孔質体の表面金属化
 4.3 分解性高分子多孔質体
5 おわりに

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分子ゲート機構を有する動的多孔性材料の開発
Development of Dynamic Porous Materials with Molecular Gate Functionalities

 多孔性材料への分子吸着を利用したガスの分離や貯蔵は,我々の生活を支える重要な技術である。その分子吸着に至るまでの過程には,材料の細孔内をガス分子が拡散するプロセスが存在する。我々は,多孔性材料のチャネルを動的に設計することで,その拡散プロセスを精密に制御可能であることを見出し,従来の多孔性材料では難しいとされていた高効率ガス分離・常温常圧貯蔵機能を実現させた。本稿では開発に至った経緯と物質の合成法,構造評価,そして得られる機能について解説する。

【目次】
1 はじめに
2 多孔性配位高分子(PCP/MOF)
3 ガスの拡散制御を可能にするPCP/MOFの設計
4 動的PCP/MOFの合成
5 動的PCP/MOFのガス吸着挙動と分離・貯蔵機能
 5.1 1aの吸着メカニズム
 5.2 1aによるガスの分離
 5.3 1aによるガスの常温・常圧貯蔵
6 おわりに

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[ Material Report -R&D- ]

気体資源の有効活用を目指した高圧反応装置の開発
Development of High-Pressure Reactor for Effective Utilization of Gaseous Sources

 メタン,エタン,プロパンなどのガス状アルカンは,化学的に非常に安定であるために,化成品への化学変換が困難である。今回,我々は,高速液体クロマトグラフィーの装置をベースに新規微小高圧反応装置を開発した。本稿では開発した装置の特徴を解説するとともに,酵素による常温でのガス状アルカンのアルコールへの変換について紹介する。

【目次】
1 気体資源の有効活用の課題
2 新規高圧反応装置の開発
3 シトクロムP450BM3による非天然基質の直接水酸化
4 臨床応用に向けた展望
5 おわりに

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[ Material Report -R&D- ]

ハイドロゲルを基材とする生体親和性に優れた頭蓋内有機電極の開発
Hydrogel-Based Organic Electrodes for Biocomfortable Electrocorticography

 本稿では,我々の開発した,炭素繊維と導電性高分子をハイドロゲルに組み合わせたオール有機物の頭蓋内電極について紹介する。てんかん治療の際に用いられている従来の頭蓋内電極に比べ,極めて高い脳への密着性により高精度に脳波を計測することができ,またMRI検査時のアーチファクトが少ないなど優れた特徴を有する。

【目次】
1 序論
2 柔軟性を高めるための頭蓋内ハイドロゲル電極の素材と構造の選択
3 ハイドロゲル電極の脳表への高い密着性
4 脳波計測性能の評価
5 MRIアーチファクトフリー性
6 動物実験による脳波計測性能の実証
7 まとめ

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[ Material Report -R&D- ]

リアルタイム可変型放射線遮蔽材の開発
Development of Real Time Variable Shape Radiation Protection Material

 60℃程度に温めると自由自在に成形でき,室温や体温では形状を維持できる,新規放射線遮蔽材“リアルタイム可変型タングステン含有ゴム(STR)”を開発した。本稿では,STRの物理的な特徴と医学への応用,そして今後の展望について紹介する。

【目次】
1 はじめに
2 リアルタイム可変型タングステン含有ゴム(STR)とは
3 放射線遮蔽効果
 3.1 電子線による放射線治療への応用
 3.2 小線源治療への応用
4 臨床応用に向けた展望
5 さいごに
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