【特集】
低温合成による新材料創製
―異分野横断で見える無機化学の可能性―
New Materials Development by Low Temperature Synthesis
― an Interdisciplinary Approach to Inorganic Chemistry ―


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特集にあたって
Introduction

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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

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水を溶媒に用いた機能性酸化物の低温合成のためのグリーンプレカーサーの開発
Development of “Green Precursors” for Low Temperature Synthesis of Functional Oxides using Water as a Solvent

-------------------------------------------------------------------------
小林　亮 / 東北大学　多元物質科学研究所　新機能無機物質探索研究センター　助教
垣花眞人 / 東北大学　多元物質科学研究所　新機能無機物質探索研究センター　センター長;教授

　中性の水を溶媒に用いた酸化物セラミックス材料の低温合成のための、新しいグリーンプレカーサーの開発に関する研究を紹介する。具体的には、難水溶性かつセラミックスの基幹元素であるチタン、タンタル、ビスマスの水溶性錯体、および、開発した各種水溶性錯体を用いたセラミックスの低温合成例について記述する。

【目次】
1. はじめに
2. 水溶性金属錯体の開発
2.1　水溶性チタン錯体
2.2　水溶性タンタル錯体
2.3　水溶性ビスマス錯体
3. 水溶性金属錯体を用いた機能性材料の低温合成
3.1　水溶性錯体を用いた複合酸化物の低温合成
3.2　水溶性チタン錯体を用いた酸化チタンの水熱合成
4. おわりに

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純鉄ナノ粒子の低温化学合成の現状と展望
Current Perspective on Low‒Temperature Synthesis of Fe Nanoparticles

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小川智之 / 東北大学 大学院　工学研究科　電子工学専攻　助教

　高飽和磁化を有し、かつ、ナノサイズの純鉄ナノ粒子は、将来の高品位・高機能デバイスなどへの応用に最適なナノ材料として注目されている。本稿では、低温化学合成による純鉄ナノ粒子の粒径制御技術と飽和磁化について、筆者らの成果を交えながら現状と課題を概観し、今後の展望について述べる。

【目次】
1. はじめに
2. 純鉄ナノ粒子の低温化学合成と粒径制御
3. 低温合成した純鉄ナノ粒子の飽和磁化とその粒径依存性
4. Fe(CO)5 熱分解法における純鉄ナノ粒子の生成・成長過程と高飽和磁化化指針
5. まとめと今後の展望

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原子配列制御による Si‒OH‒Al ブレンステッド酸点の高濃度合成
Synthesis of Concentrated Brønseted Acidic Sites by Controlling the Atomic Arrangement
-------------------------------------------------------------------------
大幸裕介 / 兵庫県立大学　物質系工学専攻　助教

　シリカ―アルミナ複合体はその作製方法によって酸性度が大きく異なり、触媒活性などの向上にはSi‒O(H)‒Al ブレンステッド酸点の濃度を上げることが重要である。酸―塩基反応を利用してSi とAl 原子の配列制御を試みた。シリカ―アルミナ複合体の固体酸としての研究歴史などについても合わせて紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. シリカ―アルミナ複合体
3. 酸―塩基反応法
4.AlCl3とSi(OC2H5)4 の反応
5.X 線光電子分光解析
6.水素ガス応答性
7.おわりに

-------------------------------------------------------------------------

紫外レーザー照射を用いる酸化物材料の低温製膜
―結晶粒成長と配向制御―
Low Temperature Crystal Growth of Oxide Thin Films by using UV Lasers

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中島智彦 / (独)産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門　フレキシブル化学コーティング研究グループ　研究員
篠田健太郎 / (独)産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門　フレキシブル化学コーティング研究グループ　研究員
土屋哲男 / (独)産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門　フレキシブル化学コーティング研究グループ　研究グループ長

　酸化物薄膜の低温製膜法の確立は次世代デバイスを構築していくために欠かせない。光MOD 法は化学溶液法と紫外パルスレーザー照射を組み合わせた手法であり、レーザー照射によって結晶化させることで製膜温度を大幅に低減することに成功している。レーザー照射下の結晶粒成長と配向制御の例を示し、結晶成長機構を概説する。

【目次】
1. はじめに
2. 光MOD 法を用いた酸化物薄膜成長の基本原理
2.1　エピタキシャル成長
2.2　多結晶成長
3. ナノ粒子光反応法
4. 光MOD 法による配向制御

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有機溶媒中でのソルボサーマル法による金属酸化物ナノ結晶の低温合成
Synthesis of Metal Oxide Nanoparticles by Solvothermal Method in Organic Solvents under Mild Condition

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細川三郎 / 京都大学 大学院　工学研究科　物質エネルギー化学専攻　助教

　1,4‒ブタンジオール中でのソルボサーマル法を利用することで、固相法や共沈法において必要不可欠であった焼成を施すことなく、極めて温和な条件で複合酸化物ナノ結晶が合成可能である。本処方は独特の反応機構により酸化物の結晶化および結晶成長が進行するため、新材料および新機能の開発の面で興味深い材料合成法である。

【目次】
1. はじめに
2. ソルボサーマル法による単分散微結晶の低温合成
3. ソルボサーマル法による欠陥構造を豊富に有する複合酸化物ナノ結晶の合成
4. ソルボサーマル法によるナノ蛍光体の合成
5. ソルボサーマル法による触媒材料の合成
6. おわりに

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電位‒pH 図を利用した無機材料液相合成プロセスの設計
Process Designing of Liquid‒Phase Synthesis of Inorganic Materials using Potential‒pH Diagrams

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八木俊介 / 大阪府立大学　21 世紀科学研究機構　ナノ科学・材料研究センター　特別講師

　液相中における無機材料の合成は、高温や真空を要さず低コストかつ環境に優しいプロセスとして古くから注目されてきた。無機材料の液相合成プロセスの設計には、電位‒pH図に代表されるポテンシャル図が非常に有効である。ここでは、いくつかの例を挙げ、実際に電位‒pH 図をプロセスの設計に応用する際の考え方についてご紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 電解法による金属材料の形成
3. 電解法による酸化物材料の形成1
4. 電解法による酸化物材料の形成2
5. 無電解法による薄膜材料の形成
6. 無電解法による金属ナノ粒子の形成
7. おわりに

-------------------------------------------------------------------------

化学溶液堆積法による誘電体薄膜の作製
Preparation of Dielectric Thin Films by Chemical Solution Deposition

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細倉匡 / 村田製作所　技術・事業開発本部　材料開発統括部　材料開発2部　主任研究員

　化学溶液堆積(CSD)法は安価、簡便、低エネルギーの手法で、大量生産を行うには欠かせないプロセスとして様々な膜形成に用いられている。近年、CSD 法を利用した誘電体薄膜の形成においてナノレベルでの制御が可能になってきており、革新的な機能性薄膜作製のキーテクノロジーとして期待されている。本稿ではCSD 法を用いてナノレベルでの制御をした誘電体薄膜作製例について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 機能性セラミックス薄膜の形成方法
3. 電気泳動法による機能性セラミックス薄膜の形成
3.1　電気泳動法によるチタン酸バリウムマイクロ構造体の作製
4. スピンコート法による機能性セラミックス薄膜の形成
4.1　スピンコート法による膜構造と配向性の制御
4.2　スピンコート法による誘電体超格子薄膜の作製
5. おわりに

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溶液に頼らない低温合成:新しい金属酸化物の開拓
Solventless Low Temperature Reactions for Novel Transition Metal Oxides

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山本隆文 / 京都大学 大学院　工学研究科　物質エネルギー化学専攻
小林洋治 / 京都大学 大学院　工学研究科　物質エネルギー化学専攻　助教
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

　酸化物の合成には一般に高温固相反応法が用いられるが、近年は粒子径や多孔特性の制御、環境への負荷の軽減などの観点から、低温溶液反応をベースとする合成が盛んに用いられている。しかしながら、低温合成は、熱平衡相の壁を超えた“真に”新しい組成、構造を得ることにも威力を発揮する有効な手法である。本稿では、溶液を使わない低温反応、特に金属水素化物を低温還元剤として用いる新しい遷移金属酸化物の開発について、最新の成果を交えながら紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 固体で進行する低温反応
3. 平面四配位をもつ鉄酸化物
4. アナターゼ薄膜への大量電子注入
5. チタン酸バリウムの水素化
6. おわりに

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Material Report―R&D―

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震災復興に貢献する唾液コルチゾール測定器の開発
Salivary Cortisol Sensor for the Diagnosis of the Stress in Disaster

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山口昌樹 / 岩手大学 大学院　工学研究科　バイオ・ロボティクス部門　教授
丹羽大介 / ローム　研究開発本部　ナノバイオニクス研究開発センター　副センター長

　本稿では、経済産業省の国家プロジェクトの一つ「唾液バイオマーカーによるストレス関連疾患評価システムの開発」として進めている唾液コルチゾール測定器について報告する。これは、臨床現場で非侵襲的な即時診断に利用できるストレス関連疾患の評価技術を提供し、被災者のストレス関連疾患の発症を未然に防ぐことを目的としている。

【目次】
1. はじめに
2. 唾液と血液の相関性
3. 唾液コルチゾール測定器
3.1　測定原理
3.2　ストレス関連疾患との関連性
4. おわりに

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機能材料マーケットデータ

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水処理用機能材の市場動向
Market Trend of Functional Material for Water Disposal

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【目次】
1. はじめに
2. イオン交換体(イオン交換膜・イオン交換樹脂・イオン交換繊維)
2.1　イオン交換膜
2.1.1　概要
2.1.2　市場動向
2.2　イオン交換樹脂
2.2.1　概要
2.2.2　市場動向
2.2.3　企業動向
3. 活性炭
3.1　概要
3.2　市場動向
3.3　輸出入動向
3.4　用途動向
3.5　企業動向【特集】
低温合成による新材料創製
―異分野横断で見える無機化学の可能性―
New Materials Development by Low Temperature Synthesis
― an Interdisciplinary Approach to Inorganic Chemistry ―


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特集にあたって
Introduction

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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

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水を溶媒に用いた機能性酸化物の低温合成のためのグリーンプレカーサーの開発
Development of “Green Precursors” for Low Temperature Synthesis of Functional Oxides using Water as a Solvent

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小林　亮 / 東北大学　多元物質科学研究所　新機能無機物質探索研究センター　助教
垣花眞人 / 東北大学　多元物質科学研究所　新機能無機物質探索研究センター　センター長;教授

　中性の水を溶媒に用いた酸化物セラミックス材料の低温合成のための、新しいグリーンプレカーサーの開発に関する研究を紹介する。具体的には、難水溶性かつセラミックスの基幹元素であるチタン、タンタル、ビスマスの水溶性錯体、および、開発した各種水溶性錯体を用いたセラミックスの低温合成例について記述する。

【目次】
1. はじめに
2. 水溶性金属錯体の開発
2.1　水溶性チタン錯体
2.2　水溶性タンタル錯体
2.3　水溶性ビスマス錯体
3. 水溶性金属錯体を用いた機能性材料の低温合成
3.1　水溶性錯体を用いた複合酸化物の低温合成
3.2　水溶性チタン錯体を用いた酸化チタンの水熱合成
4. おわりに

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純鉄ナノ粒子の低温化学合成の現状と展望
Current Perspective on Low‒Temperature Synthesis of Fe Nanoparticles

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小川智之 / 東北大学 大学院　工学研究科　電子工学専攻　助教

　高飽和磁化を有し、かつ、ナノサイズの純鉄ナノ粒子は、将来の高品位・高機能デバイスなどへの応用に最適なナノ材料として注目されている。本稿では、低温化学合成による純鉄ナノ粒子の粒径制御技術と飽和磁化について、筆者らの成果を交えながら現状と課題を概観し、今後の展望について述べる。

【目次】
1. はじめに
2. 純鉄ナノ粒子の低温化学合成と粒径制御
3. 低温合成した純鉄ナノ粒子の飽和磁化とその粒径依存性
4. Fe(CO)5 熱分解法における純鉄ナノ粒子の生成・成長過程と高飽和磁化化指針
5. まとめと今後の展望

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原子配列制御による Si‒OH‒Al ブレンステッド酸点の高濃度合成
Synthesis of Concentrated Brønseted Acidic Sites by Controlling the Atomic Arrangement
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大幸裕介 / 兵庫県立大学　物質系工学専攻　助教

　シリカ―アルミナ複合体はその作製方法によって酸性度が大きく異なり、触媒活性などの向上にはSi‒O(H)‒Al ブレンステッド酸点の濃度を上げることが重要である。酸―塩基反応を利用してSi とAl 原子の配列制御を試みた。シリカ―アルミナ複合体の固体酸としての研究歴史などについても合わせて紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. シリカ―アルミナ複合体
3. 酸―塩基反応法
4.AlCl3とSi(OC2H5)4 の反応
5.X 線光電子分光解析
6.水素ガス応答性
7.おわりに

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紫外レーザー照射を用いる酸化物材料の低温製膜
―結晶粒成長と配向制御―
Low Temperature Crystal Growth of Oxide Thin Films by using UV Lasers

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中島智彦 / (独)産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門　フレキシブル化学コーティング研究グループ　研究員
篠田健太郎 / (独)産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門　フレキシブル化学コーティング研究グループ　研究員
土屋哲男 / (独)産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門　フレキシブル化学コーティング研究グループ　研究グループ長

　酸化物薄膜の低温製膜法の確立は次世代デバイスを構築していくために欠かせない。光MOD 法は化学溶液法と紫外パルスレーザー照射を組み合わせた手法であり、レーザー照射によって結晶化させることで製膜温度を大幅に低減することに成功している。レーザー照射下の結晶粒成長と配向制御の例を示し、結晶成長機構を概説する。

【目次】
1. はじめに
2. 光MOD 法を用いた酸化物薄膜成長の基本原理
2.1　エピタキシャル成長
2.2　多結晶成長
3. ナノ粒子光反応法
4. 光MOD 法による配向制御

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有機溶媒中でのソルボサーマル法による金属酸化物ナノ結晶の低温合成
Synthesis of Metal Oxide Nanoparticles by Solvothermal Method in Organic Solvents under Mild Condition

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細川三郎 / 京都大学 大学院　工学研究科　物質エネルギー化学専攻　助教

　1,4‒ブタンジオール中でのソルボサーマル法を利用することで、固相法や共沈法において必要不可欠であった焼成を施すことなく、極めて温和な条件で複合酸化物ナノ結晶が合成可能である。本処方は独特の反応機構により酸化物の結晶化および結晶成長が進行するため、新材料および新機能の開発の面で興味深い材料合成法である。

【目次】
1. はじめに
2. ソルボサーマル法による単分散微結晶の低温合成
3. ソルボサーマル法による欠陥構造を豊富に有する複合酸化物ナノ結晶の合成
4. ソルボサーマル法によるナノ蛍光体の合成
5. ソルボサーマル法による触媒材料の合成
6. おわりに

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電位‒pH 図を利用した無機材料液相合成プロセスの設計
Process Designing of Liquid‒Phase Synthesis of Inorganic Materials using Potential‒pH Diagrams

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八木俊介 / 大阪府立大学　21 世紀科学研究機構　ナノ科学・材料研究センター　特別講師

　液相中における無機材料の合成は、高温や真空を要さず低コストかつ環境に優しいプロセスとして古くから注目されてきた。無機材料の液相合成プロセスの設計には、電位‒pH図に代表されるポテンシャル図が非常に有効である。ここでは、いくつかの例を挙げ、実際に電位‒pH 図をプロセスの設計に応用する際の考え方についてご紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 電解法による金属材料の形成
3. 電解法による酸化物材料の形成1
4. 電解法による酸化物材料の形成2
5. 無電解法による薄膜材料の形成
6. 無電解法による金属ナノ粒子の形成
7. おわりに

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化学溶液堆積法による誘電体薄膜の作製
Preparation of Dielectric Thin Films by Chemical Solution Deposition

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細倉匡 / 村田製作所　技術・事業開発本部　材料開発統括部　材料開発2部　主任研究員

　化学溶液堆積(CSD)法は安価、簡便、低エネルギーの手法で、大量生産を行うには欠かせないプロセスとして様々な膜形成に用いられている。近年、CSD 法を利用した誘電体薄膜の形成においてナノレベルでの制御が可能になってきており、革新的な機能性薄膜作製のキーテクノロジーとして期待されている。本稿ではCSD 法を用いてナノレベルでの制御をした誘電体薄膜作製例について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 機能性セラミックス薄膜の形成方法
3. 電気泳動法による機能性セラミックス薄膜の形成
3.1　電気泳動法によるチタン酸バリウムマイクロ構造体の作製
4. スピンコート法による機能性セラミックス薄膜の形成
4.1　スピンコート法による膜構造と配向性の制御
4.2　スピンコート法による誘電体超格子薄膜の作製
5. おわりに

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溶液に頼らない低温合成:新しい金属酸化物の開拓
Solventless Low Temperature Reactions for Novel Transition Metal Oxides

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山本隆文 / 京都大学 大学院　工学研究科　物質エネルギー化学専攻
小林洋治 / 京都大学 大学院　工学研究科　物質エネルギー化学専攻　助教
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

　酸化物の合成には一般に高温固相反応法が用いられるが、近年は粒子径や多孔特性の制御、環境への負荷の軽減などの観点から、低温溶液反応をベースとする合成が盛んに用いられている。しかしながら、低温合成は、熱平衡相の壁を超えた“真に”新しい組成、構造を得ることにも威力を発揮する有効な手法である。本稿では、溶液を使わない低温反応、特に金属水素化物を低温還元剤として用いる新しい遷移金属酸化物の開発について、最新の成果を交えながら紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 固体で進行する低温反応
3. 平面四配位をもつ鉄酸化物
4. アナターゼ薄膜への大量電子注入
5. チタン酸バリウムの水素化
6. おわりに

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Material Report―R&D―

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震災復興に貢献する唾液コルチゾール測定器の開発
Salivary Cortisol Sensor for the Diagnosis of the Stress in Disaster

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山口昌樹 / 岩手大学 大学院　工学研究科　バイオ・ロボティクス部門　教授
丹羽大介 / ローム　研究開発本部　ナノバイオニクス研究開発センター　副センター長

　本稿では、経済産業省の国家プロジェクトの一つ「唾液バイオマーカーによるストレス関連疾患評価システムの開発」として進めている唾液コルチゾール測定器について報告する。これは、臨床現場で非侵襲的な即時診断に利用できるストレス関連疾患の評価技術を提供し、被災者のストレス関連疾患の発症を未然に防ぐことを目的としている。

【目次】
1. はじめに
2. 唾液と血液の相関性
3. 唾液コルチゾール測定器
3.1　測定原理
3.2　ストレス関連疾患との関連性
4. おわりに

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機能材料マーケットデータ

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水処理用機能材の市場動向
Market Trend of Functional Material for Water Disposal

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【目次】
1. はじめに
2. イオン交換体(イオン交換膜・イオン交換樹脂・イオン交換繊維)
2.1　イオン交換膜
2.1.1　概要
2.1.2　市場動向
2.2　イオン交換樹脂
2.2.1　概要
2.2.2　市場動向
2.2.3　企業動向
3. 活性炭
3.1　概要
3.2　市場動向
3.3　輸出入動向
3.4　用途動向
3.5　企業動向