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【特集】マルチスケール多孔質材料―多様な組成における構造制御と応用展開―
-------------------------------------------------------------------------
特集にあたって
Introduction
-------------------------------------------------------------------------
中西和樹/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 准教授
金森主祥/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 助教
-------------------------------------------------------------------------
多結晶性セラミックスモノリスの階層的多孔構造制御
Controlling Hierarchical Porosity in Polycrystalline Ceramics Monoliths
-------------------------------------------------------------------------
中西和樹/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 准教授
多結晶セラミックス組成をもつ階層的多孔構造モノリスの作製法について,金属アルコ
キシドおよび金属塩を出発物質とした相分離を伴うゾル─ ゲル過程による,いくつかの
酸化物系,リン酸塩系の例を述べた。添加される高分子成分が,相分離誘起剤およびゲル
網目の支持成分として重要な役割を果たす。
【目次】
1.はじめに
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.酸化鉄系への拡張
6.アパタイトおよびリン酸塩系
7.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
有機―無機ハイブリッドエアロゲルの開発と断熱材への応用
Development of Organic-inorganic Hybrid Aerogels and their Application to Thermal Insulators
-------------------------------------------------------------------------
金森主祥/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 助教
中西和樹/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 准教授
エアロゲルは熱伝導率が最も低い固体として知られているが,エネルギー問題が深刻化
する昨今,高性能断熱材としての応用が期待されている。本研究では有機─ 無機ハイブ
リッド組成による簡便なエアロゲルの作製に成功し,従来のシリカエアロゲルや有機高分
子エアロゲルよりも安価で安定した製造・供給の可能性が見えてきた。
【目次】
1.はじめに
2.MSQ エアロゲルの作製
3.得られたMSQ エアロゲルの構造・物性
4.MSQ エアロゲルの機械的特性と常圧乾燥の可能性
5.断熱材としての応用に向けて
6.まとめ
-------------------------------------------------------------------------
電極材料
Materials for Batteries
-------------------------------------------------------------------------
金村聖志/首都大学東京 大学院 都市環境科学研究科 分子応用化学域 教授
電池の電極は細孔を有する多孔質電極であり,この多孔性に依存して電池性能が大きく
変化する。本解説では,燃料電池や蓄電池の電極構造について紹介し,どのようにして実
用電極が作製されるのかについて紹介する。また,多孔性電極を使用することによる問題
点や利点について述べる。
【目次】
1.はじめに
2.電気化学システムの三次元化
3.食塩電解用の電極
4.燃料電池における多孔性電極
5.電池における多孔性電極
5.1 鉛蓄電池
5.2 リチウムイオン電池
6.リチウムイオン電池用材料の多孔性
7.まとめ
-------------------------------------------------------------------------
規則構造性カーボンナノ細孔体
Nano Porous Carbon of Structural Regularity
-------------------------------------------------------------------------
金子克美/信州大学 エキゾチック・ナノカーボン創成と応用プロジェクト拠点
特別特任教授
二村竜祐/信州大学 エキゾチック・ナノカーボン創成と応用プロジェクト拠点
博士研究員
カーボン細孔体は一般に規則構造性がないとされるが,近年カーボンナノチューブを筆
頭に,X 線回折を生ずる規則性カーボン細孔体が知られるようになった。また活性炭素繊
維やカーバイド由来カーボンなどは相当に細孔径分布が狭く,全く規則性がないわけでは
ない。これら細孔性カーボンの特徴と吸着性の原理,および吸着作用について概説する。
【目次】
1.はじめに
2.カーボン細孔体の特徴
3.相互作用ポテンシャル場
4.前吸着分子による吸着増強メカニズム
5.活性炭素繊維とカーバイド由来カーボン
6.鋳型カーボン
7.ミクロおよびメソ細孔性カーボン
8.ナノチューブとナノホーン
-------------------------------------------------------------------------
光機能性を有するメソポーラス有機シリカの合成と応用
Synthesis and Application of Optically-Functionalized Periodic Mesoporous Organosilicas
-------------------------------------------------------------------------
谷 孝夫/(株)豊田中央研究所 総合企画室 主任研究員
稲垣伸二/(株)豊田中央研究所 稲垣特別研究室 室長・シニアフェロー
メソポーラス有機シリカ(PMO)は,有機無機ハイブリッド骨格と規則メソ細孔構造
を有する新規な機能性材料である。骨格に導入する有機分子の機能と,細孔内に固定する
物質の機能を組み合わせることで多彩な機能構築が可能である。本稿では,最近研究の進
展が著しい光機能性PMO について,その設計・合成から物性・応用まで我々の最近の研
究成果を幅広く紹介する。また,光機能以外の最近のPMO 高機能化の事例として,PMO
骨格への金属配位性,電子機能性付与についても触れる。これら機能性PMO は,新規な
光エネルギー変換材料や電子機能材料として,今後の発展が期待される。
【目次】
1.はじめに
2.光捕集アンテナ機能
3.多色発光性蛍光材料
4.光触媒反応系
4.1 光捕集型光触媒反応系
4.2 ドナー/アクセプタ型光触媒反応系
5.そのほかの機能性PMO
5.1 金属配位性PMO
5.2 電子機能性PMO
6.まとめ
-------------------------------------------------------------------------
メソポーラス構造を有するナノ粒子
Nanoparticles with Mesoporous Structures
-------------------------------------------------------------------------
黒田一幸/早稲田大学 理工学術院 先進理工学研究科 応用化学専攻 教授
山田紘理/早稲田大学 大学院 先進理工学研究科 応用化学専攻
メソポーラス物質は,組成の多様性,種々のメソ構造,容易な形態制御,種々の機能発
現,多彩な応用可能性があり,極めて多くの研究がなされている。最近メソポーラス構造
を有するナノ粒子の研究が盛んになってきている。本稿では,それらの背景,作製方法,
分散性などについて最近の報告例を中心に紹介する。
【目次】
1.メソポーラスシリカ
2.メソポーラスシリカへの有機基の導入
3.メソポーラスシリカナノ粒子の作製
3.1 メソポーラスシリカナノ粒子の粒径制御
3.2 メソポーラスシリカナノ粒子の細孔径制御
4.メソポーラスシリカナノ粒子の分散性
5.メソポーラスナノ粒子の展開
5.1 組成制御
5.2 機能性ナノ粒子の内包
6.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
導電性を有するチタン酸化物モノリス
Conductive Titanium Oxide Monoliths
-------------------------------------------------------------------------
北田 敦/京都大学 大学院 工学研究科 物質エネルギー化学専攻 博士課程
(現在は,工学研究科 材料工学専攻 助教)
長谷川丈二/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 博士課程
(現在は,工学研究科 物質エネルギー化学専攻 博士研究員)
陰山 洋/京都大学 大学院 工学研究科 物質エネルギー化学専攻 教授
多孔性酸化物モノリスは,これまではシリカなどの絶縁体に対する研究例がほとんどで
あった。我々は,絶縁体である多孔性二酸化チタン(TiO2)モノリスに対して,酸素ゲッ
ターを用いる簡便な反応を施すことによって,マクロ多孔性を維持したまま一連のTinO2n-1
(n=2, 3, 4, 6)のモノリスを,それぞれ単相で得ることに成功した。得られたモノリス
試料は高い電子伝導性をもち,細孔特性の精密制御も原理的に可能であるため,種々の電
気化学反応の電極材料として有効であると考えられる。
【目次】
1.なぜチタン酸化物か?
2.既存の多孔性酸化物モノリス
3.前駆体を利用した反応
4.合成方法
5.酸素欠損モノリス
6.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
バイオベースポリマー多孔体
Porous Materials based on Bio-based Polymers
-------------------------------------------------------------------------
宇山 浩/大阪大学 大学院 工学研究科 応用化学専攻 教授
貫通した孔と骨格から構成され,網目状の共連続構造をもつ一体型の多孔体(モノリス)
は高い通気性・通液性,強度,比表面積といった特性を有する次世代多孔材料として注目
されている。本稿ではポリ乳酸,微生物産生ポリエステルといったバイオベースポリマー
を含む様々なポリマーのモノリス作製技術と用途展開について概説する。
【目次】
1.はじめに
2.バイオベースポリマーモノリスの作製
3.機能性モノリスの開発
4.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
Material Report―R&D―
-------------------------------------------------------------------------
超伝導状態になる炭素系フラーレン繊維
Superconducting Fullerene Nanowhiskers
-------------------------------------------------------------------------
竹屋浩幸/(独)物質・材料研究機構 超伝導線材ユニット ナノフロンティア材料グループ 主席研究員
宮澤薫一/(独)物質・材料研究機構 先端材料プロセスユニット フラーレン工学グループ グループリーダー
高野義彦/(独)物質・材料研究機構 超伝導線材ユニット ナノフロンティア材料グループ グループリーダー
フラーレン自体の超伝導は既に1991 年に発見されていたが,今回初めて液─ 液界面析
出法で作成したフラーレンナノウィスカーという髭状の細長いファイバー状のものに,カ
リウムをドープすることにより超伝導になることを実証した。これまでのフラーレンと比
較して,ドープ反応の完結が早く,特性が良いことを中心に解説する。
【目次】
1.はじめに
2.実験に用いた物質と評価の方法
3.1 フラレーンナノウィスカーC60NW のモルフォロジー
3.2 磁化測定および粉末X 線回折によるK ドープ反応の追跡
3.3 臨界電流密度
4.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
Series 生体組織光学―生体分子との相互作用基礎過程から臨床診断・治療まで―(4)
-------------------------------------------------------------------------
生体組織内での光伝搬
Light Distribution in Biological Tissues
-------------------------------------------------------------------------
粟津邦男/大阪大学 大学院 工学研究科 環境・エネルギー工学専攻;
大学院 生命機能研究科;臨床医工学融合研究教育センター 教授
Steven L. Jacques/Oregon Health & Science University Department of Biomedical Engineering and Dermatology Professor
本多典広/大阪大学 大学院 工学研究科
間 久直/大阪大学 大学院 工学研究科 附属高度人材育成センター 助教
生体組織内における光の伝搬を理解することは光を用いた診断・治療において非常に重
要である。前回までに生体組織には吸収物質が含まれ,また,生体組織は散乱体であるこ
とを示した(機能材料4,5,6 月号参照)。この生体組織の吸収のしやすさを吸収係数と
して,また,散乱のしやすさを換算散乱係数として数値化した光学特性値について述べて
きた。ここでは,生体組織中での光の伝搬について,光と吸収物質,および散乱媒質との
相互作用という観点から考察する。
【目次】
1.生体組織内での光の振舞い
2.生体組織内における光の伝搬の時間変化
3.定常状態での生体組織内における光強度分布
4.まとめ 【特集】マルチスケール多孔質材料―多様な組成における構造制御と応用展開―
-------------------------------------------------------------------------
特集にあたって
Introduction
-------------------------------------------------------------------------
中西和樹/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 准教授
金森主祥/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 助教
-------------------------------------------------------------------------
多結晶性セラミックスモノリスの階層的多孔構造制御
Controlling Hierarchical Porosity in Polycrystalline Ceramics Monoliths
-------------------------------------------------------------------------
中西和樹/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 准教授
多結晶セラミックス組成をもつ階層的多孔構造モノリスの作製法について,金属アルコ
キシドおよび金属塩を出発物質とした相分離を伴うゾル─ ゲル過程による,いくつかの
酸化物系,リン酸塩系の例を述べた。添加される高分子成分が,相分離誘起剤およびゲル
網目の支持成分として重要な役割を果たす。
【目次】
1.はじめに
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.酸化鉄系への拡張
6.アパタイトおよびリン酸塩系
7.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
有機―無機ハイブリッドエアロゲルの開発と断熱材への応用
Development of Organic-inorganic Hybrid Aerogels and their Application to Thermal Insulators
-------------------------------------------------------------------------
金森主祥/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 助教
中西和樹/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 准教授
エアロゲルは熱伝導率が最も低い固体として知られているが,エネルギー問題が深刻化
する昨今,高性能断熱材としての応用が期待されている。本研究では有機─ 無機ハイブ
リッド組成による簡便なエアロゲルの作製に成功し,従来のシリカエアロゲルや有機高分
子エアロゲルよりも安価で安定した製造・供給の可能性が見えてきた。
【目次】
1.はじめに
2.MSQ エアロゲルの作製
3.得られたMSQ エアロゲルの構造・物性
4.MSQ エアロゲルの機械的特性と常圧乾燥の可能性
5.断熱材としての応用に向けて
6.まとめ
-------------------------------------------------------------------------
電極材料
Materials for Batteries
-------------------------------------------------------------------------
金村聖志/首都大学東京 大学院 都市環境科学研究科 分子応用化学域 教授
電池の電極は細孔を有する多孔質電極であり,この多孔性に依存して電池性能が大きく
変化する。本解説では,燃料電池や蓄電池の電極構造について紹介し,どのようにして実
用電極が作製されるのかについて紹介する。また,多孔性電極を使用することによる問題
点や利点について述べる。
【目次】
1.はじめに
2.電気化学システムの三次元化
3.食塩電解用の電極
4.燃料電池における多孔性電極
5.電池における多孔性電極
5.1 鉛蓄電池
5.2 リチウムイオン電池
6.リチウムイオン電池用材料の多孔性
7.まとめ
-------------------------------------------------------------------------
規則構造性カーボンナノ細孔体
Nano Porous Carbon of Structural Regularity
-------------------------------------------------------------------------
金子克美/信州大学 エキゾチック・ナノカーボン創成と応用プロジェクト拠点
特別特任教授
二村竜祐/信州大学 エキゾチック・ナノカーボン創成と応用プロジェクト拠点
博士研究員
カーボン細孔体は一般に規則構造性がないとされるが,近年カーボンナノチューブを筆
頭に,X 線回折を生ずる規則性カーボン細孔体が知られるようになった。また活性炭素繊
維やカーバイド由来カーボンなどは相当に細孔径分布が狭く,全く規則性がないわけでは
ない。これら細孔性カーボンの特徴と吸着性の原理,および吸着作用について概説する。
【目次】
1.はじめに
2.カーボン細孔体の特徴
3.相互作用ポテンシャル場
4.前吸着分子による吸着増強メカニズム
5.活性炭素繊維とカーバイド由来カーボン
6.鋳型カーボン
7.ミクロおよびメソ細孔性カーボン
8.ナノチューブとナノホーン
-------------------------------------------------------------------------
光機能性を有するメソポーラス有機シリカの合成と応用
Synthesis and Application of Optically-Functionalized Periodic Mesoporous Organosilicas
-------------------------------------------------------------------------
谷 孝夫/(株)豊田中央研究所 総合企画室 主任研究員
稲垣伸二/(株)豊田中央研究所 稲垣特別研究室 室長・シニアフェロー
メソポーラス有機シリカ(PMO)は,有機無機ハイブリッド骨格と規則メソ細孔構造
を有する新規な機能性材料である。骨格に導入する有機分子の機能と,細孔内に固定する
物質の機能を組み合わせることで多彩な機能構築が可能である。本稿では,最近研究の進
展が著しい光機能性PMO について,その設計・合成から物性・応用まで我々の最近の研
究成果を幅広く紹介する。また,光機能以外の最近のPMO 高機能化の事例として,PMO
骨格への金属配位性,電子機能性付与についても触れる。これら機能性PMO は,新規な
光エネルギー変換材料や電子機能材料として,今後の発展が期待される。
【目次】
1.はじめに
2.光捕集アンテナ機能
3.多色発光性蛍光材料
4.光触媒反応系
4.1 光捕集型光触媒反応系
4.2 ドナー/アクセプタ型光触媒反応系
5.そのほかの機能性PMO
5.1 金属配位性PMO
5.2 電子機能性PMO
6.まとめ
-------------------------------------------------------------------------
メソポーラス構造を有するナノ粒子
Nanoparticles with Mesoporous Structures
-------------------------------------------------------------------------
黒田一幸/早稲田大学 理工学術院 先進理工学研究科 応用化学専攻 教授
山田紘理/早稲田大学 大学院 先進理工学研究科 応用化学専攻
メソポーラス物質は,組成の多様性,種々のメソ構造,容易な形態制御,種々の機能発
現,多彩な応用可能性があり,極めて多くの研究がなされている。最近メソポーラス構造
を有するナノ粒子の研究が盛んになってきている。本稿では,それらの背景,作製方法,
分散性などについて最近の報告例を中心に紹介する。
【目次】
1.メソポーラスシリカ
2.メソポーラスシリカへの有機基の導入
3.メソポーラスシリカナノ粒子の作製
3.1 メソポーラスシリカナノ粒子の粒径制御
3.2 メソポーラスシリカナノ粒子の細孔径制御
4.メソポーラスシリカナノ粒子の分散性
5.メソポーラスナノ粒子の展開
5.1 組成制御
5.2 機能性ナノ粒子の内包
6.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
導電性を有するチタン酸化物モノリス
Conductive Titanium Oxide Monoliths
-------------------------------------------------------------------------
北田 敦/京都大学 大学院 工学研究科 物質エネルギー化学専攻 博士課程
(現在は,工学研究科 材料工学専攻 助教)
長谷川丈二/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 博士課程
(現在は,工学研究科 物質エネルギー化学専攻 博士研究員)
陰山 洋/京都大学 大学院 工学研究科 物質エネルギー化学専攻 教授
多孔性酸化物モノリスは,これまではシリカなどの絶縁体に対する研究例がほとんどで
あった。我々は,絶縁体である多孔性二酸化チタン(TiO2)モノリスに対して,酸素ゲッ
ターを用いる簡便な反応を施すことによって,マクロ多孔性を維持したまま一連のTinO2n-1
(n=2, 3, 4, 6)のモノリスを,それぞれ単相で得ることに成功した。得られたモノリス
試料は高い電子伝導性をもち,細孔特性の精密制御も原理的に可能であるため,種々の電
気化学反応の電極材料として有効であると考えられる。
【目次】
1.なぜチタン酸化物か?
2.既存の多孔性酸化物モノリス
3.前駆体を利用した反応
4.合成方法
5.酸素欠損モノリス
6.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
バイオベースポリマー多孔体
Porous Materials based on Bio-based Polymers
-------------------------------------------------------------------------
宇山 浩/大阪大学 大学院 工学研究科 応用化学専攻 教授
貫通した孔と骨格から構成され,網目状の共連続構造をもつ一体型の多孔体(モノリス)
は高い通気性・通液性,強度,比表面積といった特性を有する次世代多孔材料として注目
されている。本稿ではポリ乳酸,微生物産生ポリエステルといったバイオベースポリマー
を含む様々なポリマーのモノリス作製技術と用途展開について概説する。
【目次】
1.はじめに
2.バイオベースポリマーモノリスの作製
3.機能性モノリスの開発
4.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
Material Report―R&D―
-------------------------------------------------------------------------
超伝導状態になる炭素系フラーレン繊維
Superconducting Fullerene Nanowhiskers
-------------------------------------------------------------------------
竹屋浩幸/(独)物質・材料研究機構 超伝導線材ユニット ナノフロンティア材料グループ 主席研究員
宮澤薫一/(独)物質・材料研究機構 先端材料プロセスユニット フラーレン工学グループ グループリーダー
高野義彦/(独)物質・材料研究機構 超伝導線材ユニット ナノフロンティア材料グループ グループリーダー
フラーレン自体の超伝導は既に1991 年に発見されていたが,今回初めて液─ 液界面析
出法で作成したフラーレンナノウィスカーという髭状の細長いファイバー状のものに,カ
リウムをドープすることにより超伝導になることを実証した。これまでのフラーレンと比
較して,ドープ反応の完結が早く,特性が良いことを中心に解説する。
【目次】
1.はじめに
2.実験に用いた物質と評価の方法
3.1 フラレーンナノウィスカーC60NW のモルフォロジー
3.2 磁化測定および粉末X 線回折によるK ドープ反応の追跡
3.3 臨界電流密度
4.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
Series 生体組織光学―生体分子との相互作用基礎過程から臨床診断・治療まで―(4)
-------------------------------------------------------------------------
生体組織内での光伝搬
Light Distribution in Biological Tissues
-------------------------------------------------------------------------
粟津邦男/大阪大学 大学院 工学研究科 環境・エネルギー工学専攻;
大学院 生命機能研究科;臨床医工学融合研究教育センター 教授
Steven L. Jacques/Oregon Health & Science University Department of Biomedical Engineering and Dermatology Professor
本多典広/大阪大学 大学院 工学研究科
間 久直/大阪大学 大学院 工学研究科 附属高度人材育成センター 助教
生体組織内における光の伝搬を理解することは光を用いた診断・治療において非常に重
要である。前回までに生体組織には吸収物質が含まれ,また,生体組織は散乱体であるこ
とを示した(機能材料4,5,6 月号参照)。この生体組織の吸収のしやすさを吸収係数と
して,また,散乱のしやすさを換算散乱係数として数値化した光学特性値について述べて
きた。ここでは,生体組織中での光の伝搬について,光と吸収物質,および散乱媒質との
相互作用という観点から考察する。
【目次】
1.生体組織内での光の振舞い
2.生体組織内における光の伝搬の時間変化
3.定常状態での生体組織内における光強度分布
4.まとめ
-------------------------------------------------------------------------
特集にあたって
Introduction
-------------------------------------------------------------------------
中西和樹/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 准教授
金森主祥/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 助教
-------------------------------------------------------------------------
多結晶性セラミックスモノリスの階層的多孔構造制御
Controlling Hierarchical Porosity in Polycrystalline Ceramics Monoliths
-------------------------------------------------------------------------
中西和樹/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 准教授
多結晶セラミックス組成をもつ階層的多孔構造モノリスの作製法について,金属アルコ
キシドおよび金属塩を出発物質とした相分離を伴うゾル─ ゲル過程による,いくつかの
酸化物系,リン酸塩系の例を述べた。添加される高分子成分が,相分離誘起剤およびゲル
網目の支持成分として重要な役割を果たす。
【目次】
1.はじめに
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.酸化鉄系への拡張
6.アパタイトおよびリン酸塩系
7.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
有機―無機ハイブリッドエアロゲルの開発と断熱材への応用
Development of Organic-inorganic Hybrid Aerogels and their Application to Thermal Insulators
-------------------------------------------------------------------------
金森主祥/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 助教
中西和樹/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 准教授
エアロゲルは熱伝導率が最も低い固体として知られているが,エネルギー問題が深刻化
する昨今,高性能断熱材としての応用が期待されている。本研究では有機─ 無機ハイブ
リッド組成による簡便なエアロゲルの作製に成功し,従来のシリカエアロゲルや有機高分
子エアロゲルよりも安価で安定した製造・供給の可能性が見えてきた。
【目次】
1.はじめに
2.MSQ エアロゲルの作製
3.得られたMSQ エアロゲルの構造・物性
4.MSQ エアロゲルの機械的特性と常圧乾燥の可能性
5.断熱材としての応用に向けて
6.まとめ
-------------------------------------------------------------------------
電極材料
Materials for Batteries
-------------------------------------------------------------------------
金村聖志/首都大学東京 大学院 都市環境科学研究科 分子応用化学域 教授
電池の電極は細孔を有する多孔質電極であり,この多孔性に依存して電池性能が大きく
変化する。本解説では,燃料電池や蓄電池の電極構造について紹介し,どのようにして実
用電極が作製されるのかについて紹介する。また,多孔性電極を使用することによる問題
点や利点について述べる。
【目次】
1.はじめに
2.電気化学システムの三次元化
3.食塩電解用の電極
4.燃料電池における多孔性電極
5.電池における多孔性電極
5.1 鉛蓄電池
5.2 リチウムイオン電池
6.リチウムイオン電池用材料の多孔性
7.まとめ
-------------------------------------------------------------------------
規則構造性カーボンナノ細孔体
Nano Porous Carbon of Structural Regularity
-------------------------------------------------------------------------
金子克美/信州大学 エキゾチック・ナノカーボン創成と応用プロジェクト拠点
特別特任教授
二村竜祐/信州大学 エキゾチック・ナノカーボン創成と応用プロジェクト拠点
博士研究員
カーボン細孔体は一般に規則構造性がないとされるが,近年カーボンナノチューブを筆
頭に,X 線回折を生ずる規則性カーボン細孔体が知られるようになった。また活性炭素繊
維やカーバイド由来カーボンなどは相当に細孔径分布が狭く,全く規則性がないわけでは
ない。これら細孔性カーボンの特徴と吸着性の原理,および吸着作用について概説する。
【目次】
1.はじめに
2.カーボン細孔体の特徴
3.相互作用ポテンシャル場
4.前吸着分子による吸着増強メカニズム
5.活性炭素繊維とカーバイド由来カーボン
6.鋳型カーボン
7.ミクロおよびメソ細孔性カーボン
8.ナノチューブとナノホーン
-------------------------------------------------------------------------
光機能性を有するメソポーラス有機シリカの合成と応用
Synthesis and Application of Optically-Functionalized Periodic Mesoporous Organosilicas
-------------------------------------------------------------------------
谷 孝夫/(株)豊田中央研究所 総合企画室 主任研究員
稲垣伸二/(株)豊田中央研究所 稲垣特別研究室 室長・シニアフェロー
メソポーラス有機シリカ(PMO)は,有機無機ハイブリッド骨格と規則メソ細孔構造
を有する新規な機能性材料である。骨格に導入する有機分子の機能と,細孔内に固定する
物質の機能を組み合わせることで多彩な機能構築が可能である。本稿では,最近研究の進
展が著しい光機能性PMO について,その設計・合成から物性・応用まで我々の最近の研
究成果を幅広く紹介する。また,光機能以外の最近のPMO 高機能化の事例として,PMO
骨格への金属配位性,電子機能性付与についても触れる。これら機能性PMO は,新規な
光エネルギー変換材料や電子機能材料として,今後の発展が期待される。
【目次】
1.はじめに
2.光捕集アンテナ機能
3.多色発光性蛍光材料
4.光触媒反応系
4.1 光捕集型光触媒反応系
4.2 ドナー/アクセプタ型光触媒反応系
5.そのほかの機能性PMO
5.1 金属配位性PMO
5.2 電子機能性PMO
6.まとめ
-------------------------------------------------------------------------
メソポーラス構造を有するナノ粒子
Nanoparticles with Mesoporous Structures
-------------------------------------------------------------------------
黒田一幸/早稲田大学 理工学術院 先進理工学研究科 応用化学専攻 教授
山田紘理/早稲田大学 大学院 先進理工学研究科 応用化学専攻
メソポーラス物質は,組成の多様性,種々のメソ構造,容易な形態制御,種々の機能発
現,多彩な応用可能性があり,極めて多くの研究がなされている。最近メソポーラス構造
を有するナノ粒子の研究が盛んになってきている。本稿では,それらの背景,作製方法,
分散性などについて最近の報告例を中心に紹介する。
【目次】
1.メソポーラスシリカ
2.メソポーラスシリカへの有機基の導入
3.メソポーラスシリカナノ粒子の作製
3.1 メソポーラスシリカナノ粒子の粒径制御
3.2 メソポーラスシリカナノ粒子の細孔径制御
4.メソポーラスシリカナノ粒子の分散性
5.メソポーラスナノ粒子の展開
5.1 組成制御
5.2 機能性ナノ粒子の内包
6.おわりに
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導電性を有するチタン酸化物モノリス
Conductive Titanium Oxide Monoliths
-------------------------------------------------------------------------
北田 敦/京都大学 大学院 工学研究科 物質エネルギー化学専攻 博士課程
(現在は,工学研究科 材料工学専攻 助教)
長谷川丈二/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 博士課程
(現在は,工学研究科 物質エネルギー化学専攻 博士研究員)
陰山 洋/京都大学 大学院 工学研究科 物質エネルギー化学専攻 教授
多孔性酸化物モノリスは,これまではシリカなどの絶縁体に対する研究例がほとんどで
あった。我々は,絶縁体である多孔性二酸化チタン(TiO2)モノリスに対して,酸素ゲッ
ターを用いる簡便な反応を施すことによって,マクロ多孔性を維持したまま一連のTinO2n-1
(n=2, 3, 4, 6)のモノリスを,それぞれ単相で得ることに成功した。得られたモノリス
試料は高い電子伝導性をもち,細孔特性の精密制御も原理的に可能であるため,種々の電
気化学反応の電極材料として有効であると考えられる。
【目次】
1.なぜチタン酸化物か?
2.既存の多孔性酸化物モノリス
3.前駆体を利用した反応
4.合成方法
5.酸素欠損モノリス
6.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
バイオベースポリマー多孔体
Porous Materials based on Bio-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
貫通した孔と骨格から構成され,網目状の共連続構造をもつ一体型の多孔体(モノリス)
は高い通気性・通液性,強度,比表面積といった特性を有する次世代多孔材料として注目
されている。本稿ではポリ乳酸,微生物産生ポリエステルといったバイオベースポリマー
を含む様々なポリマーのモノリス作製技術と用途展開について概説する。
【目次】
1.はじめに
2.バイオベースポリマーモノリスの作製
3.機能性モノリスの開発
4.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
Material Report―R&D―
-------------------------------------------------------------------------
超伝導状態になる炭素系フラーレン繊維
Superconducting Fullerene Nanowhiskers
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竹屋浩幸/(独)物質・材料研究機構 超伝導線材ユニット ナノフロンティア材料グループ 主席研究員
宮澤薫一/(独)物質・材料研究機構 先端材料プロセスユニット フラーレン工学グループ グループリーダー
高野義彦/(独)物質・材料研究機構 超伝導線材ユニット ナノフロンティア材料グループ グループリーダー
フラーレン自体の超伝導は既に1991 年に発見されていたが,今回初めて液─ 液界面析
出法で作成したフラーレンナノウィスカーという髭状の細長いファイバー状のものに,カ
リウムをドープすることにより超伝導になることを実証した。これまでのフラーレンと比
較して,ドープ反応の完結が早く,特性が良いことを中心に解説する。
【目次】
1.はじめに
2.実験に用いた物質と評価の方法
3.1 フラレーンナノウィスカーC60NW のモルフォロジー
3.2 磁化測定および粉末X 線回折によるK ドープ反応の追跡
3.3 臨界電流密度
4.おわりに
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Series 生体組織光学―生体分子との相互作用基礎過程から臨床診断・治療まで―(4)
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生体組織内での光伝搬
Light Distribution in Biological Tissues
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粟津邦男/大阪大学 大学院 工学研究科 環境・エネルギー工学専攻;
大学院 生命機能研究科;臨床医工学融合研究教育センター 教授
Steven L. Jacques/Oregon Health & Science University Department of Biomedical Engineering and Dermatology Professor
本多典広/大阪大学 大学院 工学研究科
間 久直/大阪大学 大学院 工学研究科 附属高度人材育成センター 助教
生体組織内における光の伝搬を理解することは光を用いた診断・治療において非常に重
要である。前回までに生体組織には吸収物質が含まれ,また,生体組織は散乱体であるこ
とを示した(機能材料4,5,6 月号参照)。この生体組織の吸収のしやすさを吸収係数と
して,また,散乱のしやすさを換算散乱係数として数値化した光学特性値について述べて
きた。ここでは,生体組織中での光の伝搬について,光と吸収物質,および散乱媒質との
相互作用という観点から考察する。
【目次】
1.生体組織内での光の振舞い
2.生体組織内における光の伝搬の時間変化
3.定常状態での生体組織内における光強度分布
4.まとめ 【特集】マルチスケール多孔質材料―多様な組成における構造制御と応用展開―
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特集にあたって
Introduction
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中西和樹/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 准教授
金森主祥/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 助教
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多結晶性セラミックスモノリスの階層的多孔構造制御
Controlling Hierarchical Porosity in Polycrystalline Ceramics Monoliths
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中西和樹/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 准教授
多結晶セラミックス組成をもつ階層的多孔構造モノリスの作製法について,金属アルコ
キシドおよび金属塩を出発物質とした相分離を伴うゾル─ ゲル過程による,いくつかの
酸化物系,リン酸塩系の例を述べた。添加される高分子成分が,相分離誘起剤およびゲル
網目の支持成分として重要な役割を果たす。
【目次】
1.はじめに
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.酸化鉄系への拡張
6.アパタイトおよびリン酸塩系
7.おわりに
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有機―無機ハイブリッドエアロゲルの開発と断熱材への応用
Development of Organic-inorganic Hybrid Aerogels and their Application to Thermal Insulators
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金森主祥/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 助教
中西和樹/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 准教授
エアロゲルは熱伝導率が最も低い固体として知られているが,エネルギー問題が深刻化
する昨今,高性能断熱材としての応用が期待されている。本研究では有機─ 無機ハイブ
リッド組成による簡便なエアロゲルの作製に成功し,従来のシリカエアロゲルや有機高分
子エアロゲルよりも安価で安定した製造・供給の可能性が見えてきた。
【目次】
1.はじめに
2.MSQ エアロゲルの作製
3.得られたMSQ エアロゲルの構造・物性
4.MSQ エアロゲルの機械的特性と常圧乾燥の可能性
5.断熱材としての応用に向けて
6.まとめ
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電極材料
Materials for Batteries
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金村聖志/首都大学東京 大学院 都市環境科学研究科 分子応用化学域 教授
電池の電極は細孔を有する多孔質電極であり,この多孔性に依存して電池性能が大きく
変化する。本解説では,燃料電池や蓄電池の電極構造について紹介し,どのようにして実
用電極が作製されるのかについて紹介する。また,多孔性電極を使用することによる問題
点や利点について述べる。
【目次】
1.はじめに
2.電気化学システムの三次元化
3.食塩電解用の電極
4.燃料電池における多孔性電極
5.電池における多孔性電極
5.1 鉛蓄電池
5.2 リチウムイオン電池
6.リチウムイオン電池用材料の多孔性
7.まとめ
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規則構造性カーボンナノ細孔体
Nano Porous Carbon of Structural Regularity
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金子克美/信州大学 エキゾチック・ナノカーボン創成と応用プロジェクト拠点
特別特任教授
二村竜祐/信州大学 エキゾチック・ナノカーボン創成と応用プロジェクト拠点
博士研究員
カーボン細孔体は一般に規則構造性がないとされるが,近年カーボンナノチューブを筆
頭に,X 線回折を生ずる規則性カーボン細孔体が知られるようになった。また活性炭素繊
維やカーバイド由来カーボンなどは相当に細孔径分布が狭く,全く規則性がないわけでは
ない。これら細孔性カーボンの特徴と吸着性の原理,および吸着作用について概説する。
【目次】
1.はじめに
2.カーボン細孔体の特徴
3.相互作用ポテンシャル場
4.前吸着分子による吸着増強メカニズム
5.活性炭素繊維とカーバイド由来カーボン
6.鋳型カーボン
7.ミクロおよびメソ細孔性カーボン
8.ナノチューブとナノホーン
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光機能性を有するメソポーラス有機シリカの合成と応用
Synthesis and Application of Optically-Functionalized Periodic Mesoporous Organosilicas
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谷 孝夫/(株)豊田中央研究所 総合企画室 主任研究員
稲垣伸二/(株)豊田中央研究所 稲垣特別研究室 室長・シニアフェロー
メソポーラス有機シリカ(PMO)は,有機無機ハイブリッド骨格と規則メソ細孔構造
を有する新規な機能性材料である。骨格に導入する有機分子の機能と,細孔内に固定する
物質の機能を組み合わせることで多彩な機能構築が可能である。本稿では,最近研究の進
展が著しい光機能性PMO について,その設計・合成から物性・応用まで我々の最近の研
究成果を幅広く紹介する。また,光機能以外の最近のPMO 高機能化の事例として,PMO
骨格への金属配位性,電子機能性付与についても触れる。これら機能性PMO は,新規な
光エネルギー変換材料や電子機能材料として,今後の発展が期待される。
【目次】
1.はじめに
2.光捕集アンテナ機能
3.多色発光性蛍光材料
4.光触媒反応系
4.1 光捕集型光触媒反応系
4.2 ドナー/アクセプタ型光触媒反応系
5.そのほかの機能性PMO
5.1 金属配位性PMO
5.2 電子機能性PMO
6.まとめ
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メソポーラス構造を有するナノ粒子
Nanoparticles with Mesoporous Structures
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黒田一幸/早稲田大学 理工学術院 先進理工学研究科 応用化学専攻 教授
山田紘理/早稲田大学 大学院 先進理工学研究科 応用化学専攻
メソポーラス物質は,組成の多様性,種々のメソ構造,容易な形態制御,種々の機能発
現,多彩な応用可能性があり,極めて多くの研究がなされている。最近メソポーラス構造
を有するナノ粒子の研究が盛んになってきている。本稿では,それらの背景,作製方法,
分散性などについて最近の報告例を中心に紹介する。
【目次】
1.メソポーラスシリカ
2.メソポーラスシリカへの有機基の導入
3.メソポーラスシリカナノ粒子の作製
3.1 メソポーラスシリカナノ粒子の粒径制御
3.2 メソポーラスシリカナノ粒子の細孔径制御
4.メソポーラスシリカナノ粒子の分散性
5.メソポーラスナノ粒子の展開
5.1 組成制御
5.2 機能性ナノ粒子の内包
6.おわりに
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導電性を有するチタン酸化物モノリス
Conductive Titanium Oxide Monoliths
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北田 敦/京都大学 大学院 工学研究科 物質エネルギー化学専攻 博士課程
(現在は,工学研究科 材料工学専攻 助教)
長谷川丈二/京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 博士課程
(現在は,工学研究科 物質エネルギー化学専攻 博士研究員)
陰山 洋/京都大学 大学院 工学研究科 物質エネルギー化学専攻 教授
多孔性酸化物モノリスは,これまではシリカなどの絶縁体に対する研究例がほとんどで
あった。我々は,絶縁体である多孔性二酸化チタン(TiO2)モノリスに対して,酸素ゲッ
ターを用いる簡便な反応を施すことによって,マクロ多孔性を維持したまま一連のTinO2n-1
(n=2, 3, 4, 6)のモノリスを,それぞれ単相で得ることに成功した。得られたモノリス
試料は高い電子伝導性をもち,細孔特性の精密制御も原理的に可能であるため,種々の電
気化学反応の電極材料として有効であると考えられる。
【目次】
1.なぜチタン酸化物か?
2.既存の多孔性酸化物モノリス
3.前駆体を利用した反応
4.合成方法
5.酸素欠損モノリス
6.おわりに
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バイオベースポリマー多孔体
Porous Materials based on Bio-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
貫通した孔と骨格から構成され,網目状の共連続構造をもつ一体型の多孔体(モノリス)
は高い通気性・通液性,強度,比表面積といった特性を有する次世代多孔材料として注目
されている。本稿ではポリ乳酸,微生物産生ポリエステルといったバイオベースポリマー
を含む様々なポリマーのモノリス作製技術と用途展開について概説する。
【目次】
1.はじめに
2.バイオベースポリマーモノリスの作製
3.機能性モノリスの開発
4.おわりに
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Material Report―R&D―
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超伝導状態になる炭素系フラーレン繊維
Superconducting Fullerene Nanowhiskers
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竹屋浩幸/(独)物質・材料研究機構 超伝導線材ユニット ナノフロンティア材料グループ 主席研究員
宮澤薫一/(独)物質・材料研究機構 先端材料プロセスユニット フラーレン工学グループ グループリーダー
高野義彦/(独)物質・材料研究機構 超伝導線材ユニット ナノフロンティア材料グループ グループリーダー
フラーレン自体の超伝導は既に1991 年に発見されていたが,今回初めて液─ 液界面析
出法で作成したフラーレンナノウィスカーという髭状の細長いファイバー状のものに,カ
リウムをドープすることにより超伝導になることを実証した。これまでのフラーレンと比
較して,ドープ反応の完結が早く,特性が良いことを中心に解説する。
【目次】
1.はじめに
2.実験に用いた物質と評価の方法
3.1 フラレーンナノウィスカーC60NW のモルフォロジー
3.2 磁化測定および粉末X 線回折によるK ドープ反応の追跡
3.3 臨界電流密度
4.おわりに
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Series 生体組織光学―生体分子との相互作用基礎過程から臨床診断・治療まで―(4)
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生体組織内での光伝搬
Light Distribution in Biological Tissues
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粟津邦男/大阪大学 大学院 工学研究科 環境・エネルギー工学専攻;
大学院 生命機能研究科;臨床医工学融合研究教育センター 教授
Steven L. Jacques/Oregon Health & Science University Department of Biomedical Engineering and Dermatology Professor
本多典広/大阪大学 大学院 工学研究科
間 久直/大阪大学 大学院 工学研究科 附属高度人材育成センター 助教
生体組織内における光の伝搬を理解することは光を用いた診断・治療において非常に重
要である。前回までに生体組織には吸収物質が含まれ,また,生体組織は散乱体であるこ
とを示した(機能材料4,5,6 月号参照)。この生体組織の吸収のしやすさを吸収係数と
して,また,散乱のしやすさを換算散乱係数として数値化した光学特性値について述べて
きた。ここでは,生体組織中での光の伝搬について,光と吸収物質,および散乱媒質との
相互作用という観点から考察する。
【目次】
1.生体組織内での光の振舞い
2.生体組織内における光の伝搬の時間変化
3.定常状態での生体組織内における光強度分布
4.まとめ
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