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特集:環境適合性高分子のこれから
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特集にあたって
Introduction
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明石満(大阪大学 大学院 工学研究科 応用化学専攻 教授)
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バイオポリエステル
Biopolyesters
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阿部英喜((独)理化学研究所 化学分析チーム 専任研究員)
土肥義治((独)理化学研究所 理事)
再生可能資源であるバイオマスを原料として微生物により生産でき,自然環境中の微生物により分解・資化される生分解性という機能を併せ持つバイオポリエステルは,次世代の環境適合性高分子材料の一つである。バイオポリエステルの高効率生産,高性能化,寿命制御に向けた研究開発の動向と今後の課題について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. バイオポリエステルの種類と特性
3. バイオポリエステルの高生産性技術の開発
4. バイオポリエステルの高性能化技術の開発
5. バイオポリエステルの生分解性制御技術の開発
6. おわりに
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ポリ乳酸の高性能化
High Performance Poly(lactic acid)
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木村良晴(京都工芸繊維大学 大学院 工芸科学研究科 生体分子工学部門 教授;バイオベースマテリアル研究センター長)
中嶋元(京都工芸繊維大学 大学院 工芸科学研究科 生体分子工学部門)
生体吸収性ポリマー,生分解性ポリマーなどとして特定の範囲に限定されてきたポリ乳酸の応用展開が新たな動きをみせている。バイオベースポリマーとしての開発が進められたことで高性能化が進み,さらにそれらの大規模工業生産が始まろうとしているのである。今回,高性能ポリ乳酸とその展開について紹介する。
【目次】
1. はじめに
1.1 生分解性からバイオベースへ
1.2 ポリ乳酸
2. PLLAの高性能化
2.1 PLLAの大規模実用化への障壁
2.2 PLLAの高結晶化
2.2.1 結晶核剤
(1) 無機-有機複合型
(2) 有機系
2.3 高L組成ポリ乳酸
2.4 クレー-ナノコンポジット系
2.4.1 固体混練法
2.4.2 クレーの有機修飾法によるexfoliationの発生
2.4.3 層間重合法
3. ステレオコンプレックス型ポリ乳酸
3.1 D-乳酸の工業生産
3.2 溶融法によるsc-PLA成形品
3.3 ステレオブロックポリ乳酸の合成方法
4. おわりに
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キチン・キトサンをいかに使いこなすか
How to Fully Utilize the Chitin and Chitosan
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田村裕(関西大学 化学生命工学部 化学・物質工学科 教授)
天然高分子であり生分解性に優れるものの,キチン・キトサンは同類の天然高分子であるセルロースに比べて使用量,実施例ははるかに少ない。それは一般の溶媒に不溶であることが大きな理由である。本稿では筆者らが開発した新たな溶媒,ヒドロゲル化や繊維化を中心に述べ,これらを用いることによる実用化への可能性も含めて論述する。
【目次】
1. はじめに
2. キチンの溶媒
3. キチンの応用
4. キトサンの応用
5. おわりに
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植物油脂由来ポリマー
Plant Oil-based Polymers
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宇山浩(大阪大学 大学院 工学研究科 応用化学専攻 教授)
地球環境保全に貢献できるカーボンニュートラルの材料として,植物油脂を原料とする高性能・高機能高分子新素材が創製された。油脂由来の不飽和カルボン酸を組み込んだ硬化性プレポリマーが開発され,エポキシ化植物油脂からのネットワークポリマーを高分子ナノファイバーやクレーと複合化することで高性能化が達成された。
【目次】
1. はじめに
2. バイオマスを原料とする硬化性プレポリマー
3. エポキシ化植物油脂を用いる複合材料
4. おわりに
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天然由来DNAを基材とした機能材料
Functional Materials based on the Natural DNA
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劉向東(日生バイオ(株) 北海道研究所 主任研究員)
松永政司(日生バイオ(株) 代表取締役)
西則雄(日生バイオ(株) 常務取締役;北海道大学 大学院 工学研究科 客員教授・名誉教授)
DNAは生命科学の中心に位置する遺伝物質であると同時に,自然界に豊富に存在している天然高分子物質である。最近,有害物質に対する特異的な吸着性をはじめとして,DNA特有の二重らせん構造から生まれた機能特性が次々と見いだされ,DNAは材料研究者にとって非常に魅力的な研究対象になりつつある。環境保護材料,エレクトロニクス材料,フォトニクス材料,バイオメディカル材料などさまざまな分野への応用が期待されている。本稿では,天然由来DNAを基材とした機能材料開発の現状について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 環境浄化材料への応用:有害物質のDNA分子への吸着
2.1 DNA不溶性フィルム
2.2 DNA固定化ガラスビーズ
2.3 DNA含有ゲルビーズ
2.4 透析膜内へのDNA水溶液封じ込め
2.5 DNAエアフィルター
2.6 タバコ用DNAフィルター
3. DNAエレクトロニクス技術
4. バイオメディカル材料としての応用
5. DNAフォトニクス材料としての応用
6. おわりに
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縮合系ポリエステルの最近の展開
Polyester by Condensation Reaction
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国岡正雄((独)産業技術総合研究所 環境化学技術研究部門 循環型高分子グループ グループリーダー)
縮合系ポリエステルのうち,バイオプラスチックであるポリエステルを概説した。現在日本市場に投入されているポリエステルを紹介し,その生分解性,バイオマス炭素含有率を説明した。加えて,汎用の縮合系ポリエステルであるポリエチレンテレフタレートへのガスバリア性付与,ケミカルリサイクルについて説明した。
【目次】
1. はじめに
2. 現在の市場動向
3. 縮合系ポリエステルにより生分解性高分子材料
4. バイオマスプラスチックへの移行
5. 多層化による機能材料の開発
6. ケミカルリサイクルについて
7. 今後の展望
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バイオベースポリアミド4の特性と循環型生産
Properties of Biobased Polyamide 4 and Feasibility for its Production from Biomass
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相羽誠一((独)産業技術総合研究所 環境化学技術研究部門 バイオベースポリマーグループ 研究グループ長)
二酸化炭素の排出抑制が急務の課題となっている現代,化石資源を用いない環境適合性高分子材料,つまりバイオプラスチックがクローズアップされてきている。今のところポリ乳酸がその代表格であるが,種々の分野に応用することは不可能である。このような欠点を克服する素材としてバイオベースポリアミド4についてここで紹介したい。ポリアミド4はピロリドンの開環重合で容易に高分子量体が得られ,ポリ乳酸,ポリエステル系と比較して融点,強度ともに優れており,エンプラ用途への展開が期待できる。また,原料のピロリドンはバイオマスからグルタミン酸とγ-アミノ酪酸を経由して製造可能で,新規バイオプラスチックとして十分可能性がある。
【目次】
1. はじめに
2. バイオベースポリアミド4の特性
3. バイオマス由来原料からのポリアミド4の製造
4. おわりに
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微生物由来ポリアミノ酸を用いた機能材料の開発
Development of Functional Materials by using Microbial Polyamino Acids
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松﨑典弥(大阪大学 大学院 工学研究科 応用化学専攻 助教)
明石満(大阪大学 大学院 工学研究科 応用化学専攻 教授)
微生物由来ポリアミノ酸であるポリ-γ-グルタミン酸とポリ-ε-リジンは,生分解性と特徴的な機能を併せ持つバイオポリマーとして注目されている。これらのポリアミノ酸の特徴を生かすことで,ポリ乳酸ではなしえなかった生分解性の高機能材料が開発できる可能性があり,今後の展開が期待される。
【目次】
1. はじめに
2. ポリ-γ-グルタミン酸の性質と機能
3. ポリ-γ-グルタミン酸を用いた機能材料
3.1 高吸収性ハイドロゲル
3.2 組織工学材料
3.3 ナノ粒子ワクチン
3.4 感熱応答性材料
4. ポリ-ε-リジンの性質と機能
5. ポリ-ε-リジンを用いた機能材料
5.1 高吸収性ハイドロゲル
5.2 刺激応答性ナノ材料
5.3 感熱応答性材料
6. おわりに
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微生物が産生するセルロース
The Biosynthesis and its Utilization of Cellulose Nanofibers secreted from Bacteria
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笠井稚子(九州大学 バイオアーキテクチャーセンター 日本学術振興会 特別研究員)
近藤哲男(九州大学 バイオアーキテクチャーセンター 教授;大学院 生物資源環境科学府 教授)
セルロースは主に高等植物によって作られるが,微生物の中にもセルロースを作るものが知られている。これらの生物体がセルロースを産生する際には,合成から3次元階層構造形成までが連続的に行われる。これは合成過程と構造形成過程とを分離する人工系プロセスとは対照的である。本稿では,セルロースを産生する生物の中でも,高結晶性ナノファイバーという形態で作り出す酢酸菌に焦点を当て,生合成から構造形成まで概説したのち,現在行われている研究について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. マイクロバイアルセルロースの生合成
3. マイクロバイアルセルロースナノファイバーの産生
4. マイクロバイアルセルロースの応用展開
4.1 医療材料としての利用
4.2 高強度複合材料,繊維補強透明材料の創製
4.3 酢酸菌をナノビルダーとして用いる自動3次元構造体構築
4.4 ペリクルの3次元ネットワークから“ナノセルロース”の創製
5. おわりに
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シリーズ 分子エレクトロニクスの基盤技術
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カーボンナノチューブトランジスタ
Carbon Nanotube Transistors
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日浦英文(日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 主任研究員)
本郷廣生(日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 主任)
石田真彦(日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 主任)
二瓶史行(日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 主任研究員)
落合幸徳(日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 主任研究員)
多田哲也((独)産業技術総合研究所 次世代半導体研究センター 主任研究員)
金山敏彦((独)産業技術総合研究所 次世代半導体研究センター 副研究センター長)
【目次】
1. はじめに
2. カーボンナノチューブの概要
3. カーボンナノチューブトランジスタ
4. カーボンナノチューブトランジスタの作製方法
5. カーボンナノチューブチャネルの位置・直径制御と方向制御
6. 電荷移動ドーピングによるpn伝導制御
7. おわりに
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分子ドット
Molecular Dot
--------------------------------------------------------------------------------
宇野英満(愛媛大学 総合科学研究支援センター 教授)
【目次】
1. はじめに
2. 分子ドット
2.1 フラーレン・カーボンナノチューブ
2.2 オリゴ(フェニレンビニレン)・オリゴ(フェニレンエチニレン)
2.3 金属錯体化合物
3. おわりに
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分子ダイオードおよび分子スイッチング
Molecular Diode and Molecular Switch
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木村俊作(京都大学 大学院 工学研究科 材料化学専攻 教授)
【目次】
1. 数nmの分子コンダクタンスについて
2. 分子ダイオードの研究
3. らせん形成ペプチドの整流性
4. らせん形成ペプチドの単分子観察
5. らせん形成ペプチドの分子コンダクタンス
6. 対称的にレドックス基を導入したらせん形成ペプチドのコンダクタンス
7. 対称的なセットアップでの単分子コンダクタンス測定
8. 分子スイッチング
9. 分子ダイポール工学
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特集にあたって
Introduction
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明石満(大阪大学 大学院 工学研究科 応用化学専攻 教授)
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バイオポリエステル
Biopolyesters
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阿部英喜((独)理化学研究所 化学分析チーム 専任研究員)
土肥義治((独)理化学研究所 理事)
再生可能資源であるバイオマスを原料として微生物により生産でき,自然環境中の微生物により分解・資化される生分解性という機能を併せ持つバイオポリエステルは,次世代の環境適合性高分子材料の一つである。バイオポリエステルの高効率生産,高性能化,寿命制御に向けた研究開発の動向と今後の課題について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. バイオポリエステルの種類と特性
3. バイオポリエステルの高生産性技術の開発
4. バイオポリエステルの高性能化技術の開発
5. バイオポリエステルの生分解性制御技術の開発
6. おわりに
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ポリ乳酸の高性能化
High Performance Poly(lactic acid)
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木村良晴(京都工芸繊維大学 大学院 工芸科学研究科 生体分子工学部門 教授;バイオベースマテリアル研究センター長)
中嶋元(京都工芸繊維大学 大学院 工芸科学研究科 生体分子工学部門)
生体吸収性ポリマー,生分解性ポリマーなどとして特定の範囲に限定されてきたポリ乳酸の応用展開が新たな動きをみせている。バイオベースポリマーとしての開発が進められたことで高性能化が進み,さらにそれらの大規模工業生産が始まろうとしているのである。今回,高性能ポリ乳酸とその展開について紹介する。
【目次】
1. はじめに
1.1 生分解性からバイオベースへ
1.2 ポリ乳酸
2. PLLAの高性能化
2.1 PLLAの大規模実用化への障壁
2.2 PLLAの高結晶化
2.2.1 結晶核剤
(1) 無機-有機複合型
(2) 有機系
2.3 高L組成ポリ乳酸
2.4 クレー-ナノコンポジット系
2.4.1 固体混練法
2.4.2 クレーの有機修飾法によるexfoliationの発生
2.4.3 層間重合法
3. ステレオコンプレックス型ポリ乳酸
3.1 D-乳酸の工業生産
3.2 溶融法によるsc-PLA成形品
3.3 ステレオブロックポリ乳酸の合成方法
4. おわりに
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キチン・キトサンをいかに使いこなすか
How to Fully Utilize the Chitin and Chitosan
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田村裕(関西大学 化学生命工学部 化学・物質工学科 教授)
天然高分子であり生分解性に優れるものの,キチン・キトサンは同類の天然高分子であるセルロースに比べて使用量,実施例ははるかに少ない。それは一般の溶媒に不溶であることが大きな理由である。本稿では筆者らが開発した新たな溶媒,ヒドロゲル化や繊維化を中心に述べ,これらを用いることによる実用化への可能性も含めて論述する。
【目次】
1. はじめに
2. キチンの溶媒
3. キチンの応用
4. キトサンの応用
5. おわりに
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植物油脂由来ポリマー
Plant Oil-based Polymers
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宇山浩(大阪大学 大学院 工学研究科 応用化学専攻 教授)
地球環境保全に貢献できるカーボンニュートラルの材料として,植物油脂を原料とする高性能・高機能高分子新素材が創製された。油脂由来の不飽和カルボン酸を組み込んだ硬化性プレポリマーが開発され,エポキシ化植物油脂からのネットワークポリマーを高分子ナノファイバーやクレーと複合化することで高性能化が達成された。
【目次】
1. はじめに
2. バイオマスを原料とする硬化性プレポリマー
3. エポキシ化植物油脂を用いる複合材料
4. おわりに
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天然由来DNAを基材とした機能材料
Functional Materials based on the Natural DNA
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劉向東(日生バイオ(株) 北海道研究所 主任研究員)
松永政司(日生バイオ(株) 代表取締役)
西則雄(日生バイオ(株) 常務取締役;北海道大学 大学院 工学研究科 客員教授・名誉教授)
DNAは生命科学の中心に位置する遺伝物質であると同時に,自然界に豊富に存在している天然高分子物質である。最近,有害物質に対する特異的な吸着性をはじめとして,DNA特有の二重らせん構造から生まれた機能特性が次々と見いだされ,DNAは材料研究者にとって非常に魅力的な研究対象になりつつある。環境保護材料,エレクトロニクス材料,フォトニクス材料,バイオメディカル材料などさまざまな分野への応用が期待されている。本稿では,天然由来DNAを基材とした機能材料開発の現状について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 環境浄化材料への応用:有害物質のDNA分子への吸着
2.1 DNA不溶性フィルム
2.2 DNA固定化ガラスビーズ
2.3 DNA含有ゲルビーズ
2.4 透析膜内へのDNA水溶液封じ込め
2.5 DNAエアフィルター
2.6 タバコ用DNAフィルター
3. DNAエレクトロニクス技術
4. バイオメディカル材料としての応用
5. DNAフォトニクス材料としての応用
6. おわりに
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縮合系ポリエステルの最近の展開
Polyester by Condensation Reaction
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国岡正雄((独)産業技術総合研究所 環境化学技術研究部門 循環型高分子グループ グループリーダー)
縮合系ポリエステルのうち,バイオプラスチックであるポリエステルを概説した。現在日本市場に投入されているポリエステルを紹介し,その生分解性,バイオマス炭素含有率を説明した。加えて,汎用の縮合系ポリエステルであるポリエチレンテレフタレートへのガスバリア性付与,ケミカルリサイクルについて説明した。
【目次】
1. はじめに
2. 現在の市場動向
3. 縮合系ポリエステルにより生分解性高分子材料
4. バイオマスプラスチックへの移行
5. 多層化による機能材料の開発
6. ケミカルリサイクルについて
7. 今後の展望
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バイオベースポリアミド4の特性と循環型生産
Properties of Biobased Polyamide 4 and Feasibility for its Production from Biomass
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相羽誠一((独)産業技術総合研究所 環境化学技術研究部門 バイオベースポリマーグループ 研究グループ長)
二酸化炭素の排出抑制が急務の課題となっている現代,化石資源を用いない環境適合性高分子材料,つまりバイオプラスチックがクローズアップされてきている。今のところポリ乳酸がその代表格であるが,種々の分野に応用することは不可能である。このような欠点を克服する素材としてバイオベースポリアミド4についてここで紹介したい。ポリアミド4はピロリドンの開環重合で容易に高分子量体が得られ,ポリ乳酸,ポリエステル系と比較して融点,強度ともに優れており,エンプラ用途への展開が期待できる。また,原料のピロリドンはバイオマスからグルタミン酸とγ-アミノ酪酸を経由して製造可能で,新規バイオプラスチックとして十分可能性がある。
【目次】
1. はじめに
2. バイオベースポリアミド4の特性
3. バイオマス由来原料からのポリアミド4の製造
4. おわりに
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微生物由来ポリアミノ酸を用いた機能材料の開発
Development of Functional Materials by using Microbial Polyamino Acids
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松﨑典弥(大阪大学 大学院 工学研究科 応用化学専攻 助教)
明石満(大阪大学 大学院 工学研究科 応用化学専攻 教授)
微生物由来ポリアミノ酸であるポリ-γ-グルタミン酸とポリ-ε-リジンは,生分解性と特徴的な機能を併せ持つバイオポリマーとして注目されている。これらのポリアミノ酸の特徴を生かすことで,ポリ乳酸ではなしえなかった生分解性の高機能材料が開発できる可能性があり,今後の展開が期待される。
【目次】
1. はじめに
2. ポリ-γ-グルタミン酸の性質と機能
3. ポリ-γ-グルタミン酸を用いた機能材料
3.1 高吸収性ハイドロゲル
3.2 組織工学材料
3.3 ナノ粒子ワクチン
3.4 感熱応答性材料
4. ポリ-ε-リジンの性質と機能
5. ポリ-ε-リジンを用いた機能材料
5.1 高吸収性ハイドロゲル
5.2 刺激応答性ナノ材料
5.3 感熱応答性材料
6. おわりに
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微生物が産生するセルロース
The Biosynthesis and its Utilization of Cellulose Nanofibers secreted from Bacteria
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笠井稚子(九州大学 バイオアーキテクチャーセンター 日本学術振興会 特別研究員)
近藤哲男(九州大学 バイオアーキテクチャーセンター 教授;大学院 生物資源環境科学府 教授)
セルロースは主に高等植物によって作られるが,微生物の中にもセルロースを作るものが知られている。これらの生物体がセルロースを産生する際には,合成から3次元階層構造形成までが連続的に行われる。これは合成過程と構造形成過程とを分離する人工系プロセスとは対照的である。本稿では,セルロースを産生する生物の中でも,高結晶性ナノファイバーという形態で作り出す酢酸菌に焦点を当て,生合成から構造形成まで概説したのち,現在行われている研究について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. マイクロバイアルセルロースの生合成
3. マイクロバイアルセルロースナノファイバーの産生
4. マイクロバイアルセルロースの応用展開
4.1 医療材料としての利用
4.2 高強度複合材料,繊維補強透明材料の創製
4.3 酢酸菌をナノビルダーとして用いる自動3次元構造体構築
4.4 ペリクルの3次元ネットワークから“ナノセルロース”の創製
5. おわりに
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シリーズ 分子エレクトロニクスの基盤技術
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カーボンナノチューブトランジスタ
Carbon Nanotube Transistors
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日浦英文(日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 主任研究員)
本郷廣生(日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 主任)
石田真彦(日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 主任)
二瓶史行(日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 主任研究員)
落合幸徳(日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 主任研究員)
多田哲也((独)産業技術総合研究所 次世代半導体研究センター 主任研究員)
金山敏彦((独)産業技術総合研究所 次世代半導体研究センター 副研究センター長)
【目次】
1. はじめに
2. カーボンナノチューブの概要
3. カーボンナノチューブトランジスタ
4. カーボンナノチューブトランジスタの作製方法
5. カーボンナノチューブチャネルの位置・直径制御と方向制御
6. 電荷移動ドーピングによるpn伝導制御
7. おわりに
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分子ドット
Molecular Dot
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宇野英満(愛媛大学 総合科学研究支援センター 教授)
【目次】
1. はじめに
2. 分子ドット
2.1 フラーレン・カーボンナノチューブ
2.2 オリゴ(フェニレンビニレン)・オリゴ(フェニレンエチニレン)
2.3 金属錯体化合物
3. おわりに
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分子ダイオードおよび分子スイッチング
Molecular Diode and Molecular Switch
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木村俊作(京都大学 大学院 工学研究科 材料化学専攻 教授)
【目次】
1. 数nmの分子コンダクタンスについて
2. 分子ダイオードの研究
3. らせん形成ペプチドの整流性
4. らせん形成ペプチドの単分子観察
5. らせん形成ペプチドの分子コンダクタンス
6. 対称的にレドックス基を導入したらせん形成ペプチドのコンダクタンス
7. 対称的なセットアップでの単分子コンダクタンス測定
8. 分子スイッチング
9. 分子ダイポール工学
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