Review
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【特集】 ソフトマター研究の最前線
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特集にあたって
Introduction
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好村滋行(首都大学東京 大学院理工学研究科 准教授)
太田隆夫(京都大学 大学院理学研究科 教授)
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ダイヤモンド格子状構造をもつ高分子ゲルの構造とダイナミクス
Structure and Dynamics of Polymer Gels Having Diamond-like Structure
--------------------------------------------------------------------------------
松永拓郎(東京大学 物性研究所 博士課程3年)
柴山充弘(東京大学 物性研究所 教授)
近年,高力学強度を誇るさまざまなゲルが開発されている。なかでもTetra-PEGゲルは,均一ネットワーク構造をめざして開発され,その優れた力学特性により多くの注目を集める材料である。本稿では,Tetra-PEGゲルの“巨視的な物性”と“ナノオーダーにおける構造とそのダイナミクス”の関係について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 小角中性子散乱法によるTetra-PEGゲルネットワーク構造解析
3. 動的光散乱法を用いたTetra-PEGゲルのダイナミクス
4. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
感熱応答性ブロック共重合体の水溶液中におけるミセル形成の分子機構
Molecular Mechanism of the Micellar Formation of a Thermoresponsive Block Copolymer in Aqueous Solution
--------------------------------------------------------------------------------
佐藤尚弘(大阪大学 大学院 理学研究科 高分子科学専攻 教授)
田中紘平(大阪大学 大学院 理学研究科 高分子科学専攻 大学院生)
遊佐真一(兵庫県立大学 大学院 工学研究科 物質系工学専攻 准教授)
ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)ブロック鎖とポリ(N-ビニルピロリドン)ブロック鎖とからなる感熱応答性ジブロック共重合体は,水溶液中加熱によりミセルを形成する。そのミセル形成の動力学および形成されたミセルのモルフォロジーの温度依存性について,光散乱法により調べた。得られた実験結果に基づき,温度変化に伴うミセル化の分子機構について考察する。
【目次】
1. はじめに
2. 感熱応答性ブロック共重合体のミセル形成
3. ミセル形成の分子機構
3.1 形状因子による考察
3.2 ミセル形成の動力学
3.3 ベシクルの内部構造について
--------------------------------------------------------------------------------
塩の溶媒和効果により誘起された水/有機溶媒混合系における膜構造
Lamellar Membrane Structure in a Mixture of Water,Organic Solvent,and Salt induced by the Antagonistic Solvation Effect
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貞包浩一朗(高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 中性子科学研究系 博士研究員)
瀬戸秀紀(高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 中性子科学研究系 教授)
塩は溶液中で溶媒分子を周囲に引き付け,さまざまな物性変化を起こす。最近われわれは,親水性の陽イオンと疎水性の陰イオンからなる塩を重水と3-メチルピリジンとともに混合すると,数nmの厚さの膜が規則的に重なったラメラ構造を形成し,これが直径10μm程度のタマネギ状の球になる,という現象を発見した。
【目次】
1. はじめに
2. 臨界組成付近でのふるまい
3. 水の多い組成でのふるまい
4. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
会合高分子の構造形成とレオロジー
Structure and Rheology of Associating Polymers
--------------------------------------------------------------------------------
古賀毅(京都大学 大学院 工学研究科 高分子化学専攻 准教授)
田中文彦(京都大学 大学院 工学研究科 高分子化学専攻 教授)
両末端が疎水基で修飾された水溶性高分子(テレケリック会合高分子)の溶液では,末端基の会合によって組み替え可能なネットワークが形成され,特徴的なレオロジー的性質が発現する。筆者らは組み替え網目理論を用いてその分子論的機構を解明し,粘弾性特性の定量的予測を可能とした。本稿では組み替え網目理論の基本的な考え方を解説し,シア・シックニングなどの興味深いレオロジー的性質の分子機構に関する研究結果を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. テレケリック会合高分子
3. 組み替え網目理論
4. 粘性率,法線応力のシックニング
5. せん断開始流
6. 展望と課題
--------------------------------------------------------------------------------
液晶エラストマーの非線形弾性挙動
Nonlinear Elasticity of Liquid Crystal Elastomers
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浦山健治(京都大学 大学院 工学研究科 材料化学専攻 准教授)
液晶とエラストマーのハイブリッドである液晶エラストマーは,ゴムのように可逆的に高伸長でき,同時に液晶分子が伸長方向に再配向するという性質を有している。液晶エラストマー特有のソフトモードの存在により伸長による液晶再配向は小さな力学的仕事で容易に生じ,応力-ひずみ関係には顕著な非線形性が現れる。伸長によってマクロな液晶配向を90度回転させる場合,およびランダム配向した液晶ドメインをマクロ配向させる場合についての研究を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. モノドメインLCEの伸縮による液晶配向スイッチング
3. 配向記憶のないLCEのポリドメイン-モノドメイン転移
4. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
異種固体界面における高分子の熱運動特性
Thermal Molecular Motion of Polymers at Solid Interfaces
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藤井義久(九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 助教)
田中敬二(九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 教授)
ナノテクノロジーの発展とともに材料のスケールダウンが要求されている。ナノサイズの材料では,試料全体積に対する界面の割合が大きくなる。本稿では,界面の存在が高分子材料の分子運動性に与える影響を解説する。ここでの知見は薄膜積層材料や有機・無機ナノコンポジットの熱安定性と密接に関係している。
【目次】
1. はじめに
2. 超薄膜の分子運動特性
3. 固体界面における高分子のガラス転移温度
4. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
導電性高分子ナノファイバーのトポロジー制御と電子性キャリアの輸送現象
Topology Control and Carrier Transport Property of Conducting Polymer Nanofiber
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下村武史(東京農工大学 大学院 工学研究院 准教授)
導電性高分子ポリチオフェンは自己組織化により太さ数nmのナノファイバーを形成する。この形成時に同じ組成をもつ不純物を添加することで,ナノファイバーに分岐を導入し,そのトポロジー制御を行った。また,分岐を導入したナノファイバーにドーピングを施すことで,キャリア輸送の次元が変化することを見いだした。
【目次】
1. はじめに:ソフトマターとしての導電性高分子
2. 導電性高分子ナノファイバー
3. 導電性高分子ナノファイバーへの分岐導入
4. 分岐ナノファイバーのキャリア輸送機能
5. おわりに
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脂質ベシクルの形状安定性と変形ダイナミクス
Morphological Stability and Dynamics of Lipid Vesicles
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濵田勉(北陸先端科学技術大学院大学 マテリアルサイエンス研究科 助教)
ソフトマター界面である細胞膜(脂質膜)は,環境に応じたさまざまな形状や,融合・分裂などの膜変形,膜面上での相分離形成などの多様な挙動を示す。脂質膜の物性および組織化メカニズムの理解は,生命機能の解明や生体模倣材料の開発に役立つことが期待される。ここでは,光学顕微鏡観測により明らかとなった,脂質膜小胞(脂質ベシクル)の形状安定性と変形ダイナミクスについて紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 脂質膜の物性
2.1 膜の自由エネルギー
2.2 多成分膜の相分離形成
3. ベシクル形態の安定性とダイナミクス
3.1 ベシクル形態の安定性
3.2 膜孔形成ダイナミクス
3.3 相分離ドメインからの出芽ダイナミクス
4. 非対称ベシクルへの展開
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屈曲型液晶-棒状液晶混合系におけるナノ相分離構造とそのダイナミクス
Nanostructure and Dynamics in the System composed of Bent-core and Rod-like Liquid Crystals
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髙西陽一(京都大学 大学院 理学研究科 物理学・宇宙物理学専攻 物理学第一分野 准教授)
屈曲型液晶は不斉炭素を有しないにもかかわらず巨視的にキラルな性質が現れる相を示す。この屈曲型液晶と棒状ネマチック液晶分子からなる2成分混合系で安定に出現するキラル液晶構造に関して,これまでの研究成果を踏まえつつ最近の動的光散乱測定による結果を示し,そこから結論づけた系のダイナミクスと液晶-液晶ナノ相分離構造に関して報告する。
【目次】
1. はじめに
2. 屈曲型液晶-棒状系液晶2成分系の初期研究
3. 屈曲型液晶-棒状系液晶2成分系のダイナミクス
4. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
酸化物表面上での脂質二重膜の形状変化・相分離への表面力と光照射の影響
Effect of Solid Substrate and Photo-irradiation on Shape Transformation and Phase Separation of Lipid Bilayer Membranes supported on Oxide Surfaces
--------------------------------------------------------------------------------
手老龍吾(分子科学研究所 生命・錯体分子科学研究領域 助教)
固体基板上に支持された平面脂質二重膜において,脂質膜は常に基板の影響を受けているため,特異な挙動を示すことがある。固体表面や光照射など外場の影響下にある脂質膜の性質を知ることは,膜の構造・物性を人為的に制御するためにも重要である。固体表面と光照射によって発現する局所的な平面膜形成,基板格子構造を反映したドメイン形成,特定脂質の濃縮についての事例を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. ベシクル融合法と領域選択的なSPLB形成
3. 脂質二重膜内の相分離構造への表面周期構造の影響
4. 光照射によるドメイン分布の制御
5. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
連載 人間×環境×マテリアル―ヒューマンアダプティブ・マテリアルの開拓(7)
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電子チャンネリング・コントラスト法による広域転位観察と新しい疲労・破壊の解析法
A New Methodology of Fractography using ECCI and EBSD/SEM Analyses
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橋本敏(大阪市立大学 大学院 工学研究科 名誉教授)
兼子佳久(大阪市立大学 大学院 工学研究科 准教授)
金属の疲労・破壊はきわめて複雑な現象であるが,結晶格子欠陥,とりわけ転位の増殖,配列とその自己組織化の態様を非破壊的かつ広域にわたって調査することにより,現象の本質が解き明かされようとしている。電子チャンネリング・コントラスト法を用いた筆者らの最新の転位組織観察を中心に述べ,次いで疲労破壊の新しい解析技術を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. ECCI法の歴史
3. SEM/ECCI法による疲労組織の観察
3.1 SEM/ECCI法の原理
3.2 自己組織化した転位構造の観察
4. 新しいフラクトグラフィー
4.1 二次電子線による破壊面観察
4.2 新らしい破壊原因の調査方法
--------------------------------------------------------------------------------
シリーズ 計算機による有機電子材料の分子設計(1)
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フラーレンC60から作る新素材―フッ化メチレンフラーレンC60(CF2)n―
New Materials based on Fullerene C60:Difluoromethylene Fullerene C60
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徳永健(工学院大学 工学部共通課程 助教)
川畑弘(広島大学 若手研究人材養成センター 特任教授)
フラーレンC60の化学修飾は,C60の素材としての性質(構造・双極子モーメント・電子移動度など)に大きな変化をもたらす。最近,C60の2つの隣接するC原子をCF2で架橋したフッ化メチレンフラーレンC60(CF2)n(n=1,2)が合成され,C60ともC60(CX2)n(X=Cl,Br,I)とも違う性質を有することが明らかになった。本稿では,C60(CF2)nの構造的・電子的な特徴とともに,その新素材としての可能性を概説する。
【目次】
1. はじめに
2. C60(CF2)nの構造の多様性
3. 薄膜形成と双極子モーメント
4. 電子輸送材料として
4.1 マーカス理論と再配列エネルギー
4.2 再配列エネルギーの計算方法
4.3 C60(CF2)nの再配列エネルギー
4.4 再配列エネルギーと構造緩和
4.5 再配列エネルギーと分子軌道
5. おわりに
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海外‘Niche’ビジネスレポート
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ドイツのオフショア風力発電
Offshore Wind Power Generation of Germany
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Global IBIS 編集部
【目次】
1. ドイツにおける再生可能エネルギーとその法規制
2. 再生可能エネルギー法改正の内容
3. ドイツにおける風力発電とオフショア
4. オフショア風力発電のパイロットプロジェクトAlpha Ventus wind farm
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特集にあたって
Introduction
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好村滋行(首都大学東京 大学院理工学研究科 准教授)
太田隆夫(京都大学 大学院理学研究科 教授)
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ダイヤモンド格子状構造をもつ高分子ゲルの構造とダイナミクス
Structure and Dynamics of Polymer Gels Having Diamond-like Structure
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松永拓郎(東京大学 物性研究所 博士課程3年)
柴山充弘(東京大学 物性研究所 教授)
近年,高力学強度を誇るさまざまなゲルが開発されている。なかでもTetra-PEGゲルは,均一ネットワーク構造をめざして開発され,その優れた力学特性により多くの注目を集める材料である。本稿では,Tetra-PEGゲルの“巨視的な物性”と“ナノオーダーにおける構造とそのダイナミクス”の関係について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 小角中性子散乱法によるTetra-PEGゲルネットワーク構造解析
3. 動的光散乱法を用いたTetra-PEGゲルのダイナミクス
4. おわりに
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感熱応答性ブロック共重合体の水溶液中におけるミセル形成の分子機構
Molecular Mechanism of the Micellar Formation of a Thermoresponsive Block Copolymer in Aqueous Solution
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佐藤尚弘(大阪大学 大学院 理学研究科 高分子科学専攻 教授)
田中紘平(大阪大学 大学院 理学研究科 高分子科学専攻 大学院生)
遊佐真一(兵庫県立大学 大学院 工学研究科 物質系工学専攻 准教授)
ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)ブロック鎖とポリ(N-ビニルピロリドン)ブロック鎖とからなる感熱応答性ジブロック共重合体は,水溶液中加熱によりミセルを形成する。そのミセル形成の動力学および形成されたミセルのモルフォロジーの温度依存性について,光散乱法により調べた。得られた実験結果に基づき,温度変化に伴うミセル化の分子機構について考察する。
【目次】
1. はじめに
2. 感熱応答性ブロック共重合体のミセル形成
3. ミセル形成の分子機構
3.1 形状因子による考察
3.2 ミセル形成の動力学
3.3 ベシクルの内部構造について
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塩の溶媒和効果により誘起された水/有機溶媒混合系における膜構造
Lamellar Membrane Structure in a Mixture of Water,Organic Solvent,and Salt induced by the Antagonistic Solvation Effect
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貞包浩一朗(高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 中性子科学研究系 博士研究員)
瀬戸秀紀(高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 中性子科学研究系 教授)
塩は溶液中で溶媒分子を周囲に引き付け,さまざまな物性変化を起こす。最近われわれは,親水性の陽イオンと疎水性の陰イオンからなる塩を重水と3-メチルピリジンとともに混合すると,数nmの厚さの膜が規則的に重なったラメラ構造を形成し,これが直径10μm程度のタマネギ状の球になる,という現象を発見した。
【目次】
1. はじめに
2. 臨界組成付近でのふるまい
3. 水の多い組成でのふるまい
4. おわりに
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会合高分子の構造形成とレオロジー
Structure and Rheology of Associating Polymers
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古賀毅(京都大学 大学院 工学研究科 高分子化学専攻 准教授)
田中文彦(京都大学 大学院 工学研究科 高分子化学専攻 教授)
両末端が疎水基で修飾された水溶性高分子(テレケリック会合高分子)の溶液では,末端基の会合によって組み替え可能なネットワークが形成され,特徴的なレオロジー的性質が発現する。筆者らは組み替え網目理論を用いてその分子論的機構を解明し,粘弾性特性の定量的予測を可能とした。本稿では組み替え網目理論の基本的な考え方を解説し,シア・シックニングなどの興味深いレオロジー的性質の分子機構に関する研究結果を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. テレケリック会合高分子
3. 組み替え網目理論
4. 粘性率,法線応力のシックニング
5. せん断開始流
6. 展望と課題
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液晶エラストマーの非線形弾性挙動
Nonlinear Elasticity of Liquid Crystal Elastomers
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浦山健治(京都大学 大学院 工学研究科 材料化学専攻 准教授)
液晶とエラストマーのハイブリッドである液晶エラストマーは,ゴムのように可逆的に高伸長でき,同時に液晶分子が伸長方向に再配向するという性質を有している。液晶エラストマー特有のソフトモードの存在により伸長による液晶再配向は小さな力学的仕事で容易に生じ,応力-ひずみ関係には顕著な非線形性が現れる。伸長によってマクロな液晶配向を90度回転させる場合,およびランダム配向した液晶ドメインをマクロ配向させる場合についての研究を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. モノドメインLCEの伸縮による液晶配向スイッチング
3. 配向記憶のないLCEのポリドメイン-モノドメイン転移
4. おわりに
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異種固体界面における高分子の熱運動特性
Thermal Molecular Motion of Polymers at Solid Interfaces
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藤井義久(九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 助教)
田中敬二(九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 教授)
ナノテクノロジーの発展とともに材料のスケールダウンが要求されている。ナノサイズの材料では,試料全体積に対する界面の割合が大きくなる。本稿では,界面の存在が高分子材料の分子運動性に与える影響を解説する。ここでの知見は薄膜積層材料や有機・無機ナノコンポジットの熱安定性と密接に関係している。
【目次】
1. はじめに
2. 超薄膜の分子運動特性
3. 固体界面における高分子のガラス転移温度
4. おわりに
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導電性高分子ナノファイバーのトポロジー制御と電子性キャリアの輸送現象
Topology Control and Carrier Transport Property of Conducting Polymer Nanofiber
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下村武史(東京農工大学 大学院 工学研究院 准教授)
導電性高分子ポリチオフェンは自己組織化により太さ数nmのナノファイバーを形成する。この形成時に同じ組成をもつ不純物を添加することで,ナノファイバーに分岐を導入し,そのトポロジー制御を行った。また,分岐を導入したナノファイバーにドーピングを施すことで,キャリア輸送の次元が変化することを見いだした。
【目次】
1. はじめに:ソフトマターとしての導電性高分子
2. 導電性高分子ナノファイバー
3. 導電性高分子ナノファイバーへの分岐導入
4. 分岐ナノファイバーのキャリア輸送機能
5. おわりに
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脂質ベシクルの形状安定性と変形ダイナミクス
Morphological Stability and Dynamics of Lipid Vesicles
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濵田勉(北陸先端科学技術大学院大学 マテリアルサイエンス研究科 助教)
ソフトマター界面である細胞膜(脂質膜)は,環境に応じたさまざまな形状や,融合・分裂などの膜変形,膜面上での相分離形成などの多様な挙動を示す。脂質膜の物性および組織化メカニズムの理解は,生命機能の解明や生体模倣材料の開発に役立つことが期待される。ここでは,光学顕微鏡観測により明らかとなった,脂質膜小胞(脂質ベシクル)の形状安定性と変形ダイナミクスについて紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 脂質膜の物性
2.1 膜の自由エネルギー
2.2 多成分膜の相分離形成
3. ベシクル形態の安定性とダイナミクス
3.1 ベシクル形態の安定性
3.2 膜孔形成ダイナミクス
3.3 相分離ドメインからの出芽ダイナミクス
4. 非対称ベシクルへの展開
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屈曲型液晶-棒状液晶混合系におけるナノ相分離構造とそのダイナミクス
Nanostructure and Dynamics in the System composed of Bent-core and Rod-like Liquid Crystals
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髙西陽一(京都大学 大学院 理学研究科 物理学・宇宙物理学専攻 物理学第一分野 准教授)
屈曲型液晶は不斉炭素を有しないにもかかわらず巨視的にキラルな性質が現れる相を示す。この屈曲型液晶と棒状ネマチック液晶分子からなる2成分混合系で安定に出現するキラル液晶構造に関して,これまでの研究成果を踏まえつつ最近の動的光散乱測定による結果を示し,そこから結論づけた系のダイナミクスと液晶-液晶ナノ相分離構造に関して報告する。
【目次】
1. はじめに
2. 屈曲型液晶-棒状系液晶2成分系の初期研究
3. 屈曲型液晶-棒状系液晶2成分系のダイナミクス
4. おわりに
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酸化物表面上での脂質二重膜の形状変化・相分離への表面力と光照射の影響
Effect of Solid Substrate and Photo-irradiation on Shape Transformation and Phase Separation of Lipid Bilayer Membranes supported on Oxide Surfaces
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手老龍吾(分子科学研究所 生命・錯体分子科学研究領域 助教)
固体基板上に支持された平面脂質二重膜において,脂質膜は常に基板の影響を受けているため,特異な挙動を示すことがある。固体表面や光照射など外場の影響下にある脂質膜の性質を知ることは,膜の構造・物性を人為的に制御するためにも重要である。固体表面と光照射によって発現する局所的な平面膜形成,基板格子構造を反映したドメイン形成,特定脂質の濃縮についての事例を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. ベシクル融合法と領域選択的なSPLB形成
3. 脂質二重膜内の相分離構造への表面周期構造の影響
4. 光照射によるドメイン分布の制御
5. おわりに
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連載 人間×環境×マテリアル―ヒューマンアダプティブ・マテリアルの開拓(7)
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電子チャンネリング・コントラスト法による広域転位観察と新しい疲労・破壊の解析法
A New Methodology of Fractography using ECCI and EBSD/SEM Analyses
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橋本敏(大阪市立大学 大学院 工学研究科 名誉教授)
兼子佳久(大阪市立大学 大学院 工学研究科 准教授)
金属の疲労・破壊はきわめて複雑な現象であるが,結晶格子欠陥,とりわけ転位の増殖,配列とその自己組織化の態様を非破壊的かつ広域にわたって調査することにより,現象の本質が解き明かされようとしている。電子チャンネリング・コントラスト法を用いた筆者らの最新の転位組織観察を中心に述べ,次いで疲労破壊の新しい解析技術を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. ECCI法の歴史
3. SEM/ECCI法による疲労組織の観察
3.1 SEM/ECCI法の原理
3.2 自己組織化した転位構造の観察
4. 新しいフラクトグラフィー
4.1 二次電子線による破壊面観察
4.2 新らしい破壊原因の調査方法
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シリーズ 計算機による有機電子材料の分子設計(1)
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フラーレンC60から作る新素材―フッ化メチレンフラーレンC60(CF2)n―
New Materials based on Fullerene C60:Difluoromethylene Fullerene C60
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徳永健(工学院大学 工学部共通課程 助教)
川畑弘(広島大学 若手研究人材養成センター 特任教授)
フラーレンC60の化学修飾は,C60の素材としての性質(構造・双極子モーメント・電子移動度など)に大きな変化をもたらす。最近,C60の2つの隣接するC原子をCF2で架橋したフッ化メチレンフラーレンC60(CF2)n(n=1,2)が合成され,C60ともC60(CX2)n(X=Cl,Br,I)とも違う性質を有することが明らかになった。本稿では,C60(CF2)nの構造的・電子的な特徴とともに,その新素材としての可能性を概説する。
【目次】
1. はじめに
2. C60(CF2)nの構造の多様性
3. 薄膜形成と双極子モーメント
4. 電子輸送材料として
4.1 マーカス理論と再配列エネルギー
4.2 再配列エネルギーの計算方法
4.3 C60(CF2)nの再配列エネルギー
4.4 再配列エネルギーと構造緩和
4.5 再配列エネルギーと分子軌道
5. おわりに
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海外‘Niche’ビジネスレポート
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ドイツのオフショア風力発電
Offshore Wind Power Generation of Germany
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Global IBIS 編集部
【目次】
1. ドイツにおける再生可能エネルギーとその法規制
2. 再生可能エネルギー法改正の内容
3. ドイツにおける風力発電とオフショア
4. オフショア風力発電のパイロットプロジェクトAlpha Ventus wind farm
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