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キーワード：
<物性と特徴>/<種類と特性>/<製造方法>/<エレクトロニクス分野への応用>/<エネルギー分野への応用>/ボロンナイトライドの応用/ボロンカーバイドの応用/ガラス用途/非晶質薄帯/ホウ化物系セラミックス/超硬質材料/NdFeB系焼結磁石とボンド磁石
刊行にあたって
ホウ素・ホウ化物およびその関連物質は,一般的にはあまりなじみのない物質であるが,薬品としてのホウ酸やホウ珪酸ガラスに代表されるガラス材料,研磨剤としてのB4C等多くの関連物質が日常的に使用されている。中でもNd-Fe-B磁性材料は,その優れた磁気特性から今では小型モータ分野においてなくてはならない材料である。最近ではMgB2が高温超伝導材料の一つとして注目を集めている。
ホウ素は,アルミニウムと同じIII族元素であるが,3中心共有結合という特異な結合を作り,正20面体クラスターを構造単位とする。ホウ素単体は4つの,ホウ化物になると多くの結晶構造を形成する。これらの結晶は,理論的には金属になると考えられる場合でもほとんど半導体となる。ホウ化物中のホウ素含有量が少なくなると,立方8面体,正8面体,蜂の巣格子と様々な構造を取り,金属にもなる。
このようにホウ素・ホウ化物およびその関連物質は,その構造,結合形態,諸特性から非常に興味深く,今後の発展が大いに期待できる材料であるが,ホウ素やホウ化物に関して纏めた本は1970年代に海外で出版されて以来,新たな本は出版されていない。
本企画を頂いた時期は正に,16th International Symposium on Boron,Borides and Related Materials(ISBB'08,第16回ホウ素・ホウ化物および関連物質国際会議)を2008年9月に松江で開催するために組織委員会を立ち上げたのと期を一にする。ISBBは,1959年にアメリカのNew Jersey,Asbury Parkで第1回が開催された後,第2回が1964年にParis,France,第3回が1968年にWarsaw,Polandと続き,最近では3年ごとに開催され,日本での開催は1993年つくばで第11回が開催されて以来2回目の開催となる。本書籍はISBB'08組織委員会の委員が中心となり,主として無機系のホウ素・ホウ化物および関連物質の基礎,実際の応用例および環境への影響について纏める運びとなった。
本書がホウ化物関連材料のさらなる発展,ならびに読者の関心を高める助けとなれば望外の喜びである。
(「はじめに」より)
第16回ホウ素・ホウ化物および関連物質国際会議組織委員会
委員長 髙木研一
著者一覧
宇野良清 日本大学 名誉教授
木村 薫 東京大学 大学院新領域創成科学研究科 教授
白井光雲 大阪大学 産業科学研究所 産業科学ナノテクノロジーセンター 准教授
東以和美 元・千葉工業大学 自然系 教授
田中髙穗 (独)物質・材料研究機構 科学情報室 NIMS特別専門職
森 孝雄 (独)物質・材料研究機構 ナノスケール物質センター 主幹研究員
石沢芳夫 いわき明星大学 科学技術学部 電子情報学科 教授
須田精二郎 (株)水素エネルギー研究所 ICHST部門 代表
中村勝光 日本大学 化学科 教授
伊藤秀章 名古屋大学 エコトピア科学研究所 特任教授
宍戸統悦 東北大学 金属材料研究所 金属ガラス総合研究センター・結晶作製研究ステーション 准教授
岡田 繁 国士舘大学 理工学部 教授
後藤 孝 東北大学 金属材料研究所 教授
熊代幸伸 横浜国立大学 名誉教授
高野義彦 (独)物質・材料研究機構 ナノフロンティア材料グループ グループリーダー
李 海文 東北大学 金属材料研究所 日本学術振興会 外国人特別研究員
松尾元彰 東北大学 金属材料研究所 環境科学研究科 博士課程
中森裕子 東北大学 金属材料研究所 助教
折茂慎一 東北大学 金属材料研究所 准教授
武田雅敏 長岡技術科学大学 機械系 准教授
村中隆弘 青山学院大学 理工学部 物理・数理学科 助教
菅井秀郎 中部大学 工学部 電子情報工学科 教授
川崎 卓 電気化学工業(株) セラミックス研究センター 主任研究員
進野寛則 三洋貿易(株) 東京化学品2部 担当副部長
矢野哲司 東京工業大学 大学院理工学研究科 物質科学専攻 准教授
佐藤有一 新日本製鐵(株) 先端技術研究所 主幹研究員
西山勝廣 諏訪東京理科大学 システム工学部 機械システムデザイン工学科 教授
内海重宜 諏訪東京理科大学 システム工学部 機械システムデザイン工学科 助教
谷口 尚 (独)物質・材料研究機構 ナノ物質ラボ・超高圧グループ グループリーダー
加藤義雄 NPO法人テクノプロス(元・豊田中央研究所)
阿藤忠之 タカタ(株) 技術開発部門
笹井 亮 名古屋大学 大学院工学研究科 化学・生物工学専攻 応用化学分野 講師
板倉 剛 名古屋大学 エコトピア科学研究所 環境システム・リサイクル科学研究部門 特任助教
目次 + クリックで目次を表示
第1章 ホウ素の物性と特徴
1 ホウ素固体の物理的性質
1.1 ホウ素原子などの基礎データ
1.2 結晶構造
1.2.1 α菱面体晶
1.2.2 β菱面体晶
1.2.3 α正方晶
1.2.4 β正方晶
1.3 ホウ素正20面体クラスターの特性
1.4 β菱面体晶の物性
1.4.1 基礎物性
1.4.2 ドーピングサイト(結晶構造の空隙)
1.4.3 電気物性
1.4.4 光物性
1.4.5 磁気特性
1.4.6 メスバウアー効果
1.4.7 バンド構造
1.5 その他の結晶について
1.5.1 α菱面体晶
1.5.2 アモルファス固体
2 ホウ素固体の化学的性質
2.1 ホウ素の原子価
2.2 水素との反応
2.3 ハロゲン元素・ハロゲン化物との反応
2.4 酸素・酸化物との反応
2.5 硫黄,硫化物およびセレンとの反応
2.6 窒素,リン,ヒ素との反応
2.7 金属との反応
3 高圧における固体ホウ素の性質
3.1 はじめに
3.2 ホウ素結晶の性質
3.2.1 ホウ素固体の多形の安定性
3.2.2 弾性的性質
3.2.3 フォノンの性質
3.3 ボロン結晶の高圧での性質
3.3.1 ボロンの相図,相転移
3.3.2 超伝導
第2章 ホウ化物の種類と特性
1 ホウ化物の構造
1.1 二元系金属ホウ化物の構造
1.1.1 はじめに
1.1.2 構造の特徴
1.1.3 金属に富むホウ化物MxBy (y/x≦2)の構造
1.1.4 CrB型構造
1.1.5 AlB2型構造
1.1.6 ThB4型構造
1.1.7 CaB6型構造
1.1.8 UB12型構造
1.1.9 おわりに
1.2 B12正20面体結晶の構造
1.2.1 はじめに
1.2.2 α-菱面体ホウ素
1.2.3 β-菱面体ホウ素
1.2.4 α-正方晶ホウ素
1.2.5 β-正方晶ホウ素
1.2.6 AlB10/AlC4B24
1.2.7 YB66
1.2.8 NaB15
1.2.9 BeB3
1.2.10 B12正20面体結晶中の電子密度分布
1.2.11 おわりに
1.3 三,四元系希土類多ホウ化物の結晶構造
1.3.1 はじめに
1.3.2 YB41Si1.2
1.3.3 ホモロガス希土類多ホウ化物相
1.3.4 Si-Si結合を含む希土類多ホウ化物
1.3.5 Sc-B-C三元系
1.3.6 おわりに
2 ホウ化物の磁性
2.1 はじめに
2.2 金属型ホウ化物
2.2.1 MB2 (M=希土類,遷移金属)
2.2.2 RB2C2
2.2.3 RNi2B2C
2.2.4 RB4
2.2.5 RAlB4 (YCrB4型化合物)
2.2.6 RB6
2.2.7 CaB6 (SrB6)とCaB2C2において報告された高温強磁性
2.2.8 RB12
2.3 絶縁体型ホウ化物
2.3.1 絶縁体ホウ化物の磁性の導入
2.3.2 RB66
2.3.3 RB50 (RB44Si2)
2.3.4 RB25 and RAlB14
2.3.5 ホモロガスなRB15.5CN (RB17CN), RB22C2N, RB28.5C4 (2次元的スピングラス系)
2.3.6 RB18Si5 (R1.8B36C2Si8) 3次元長距離秩序系
2.4 おわりに
3 金属ホウ化物
3.1 はじめに
3.2 金属六ホウ化物
3.2.1 金属六ホウ化物の種類と性質
3.2.2 LaB6の基本的性質
3.3 金属二ホウ化物
3.4 金属四ホウ化物
4 ホウ素水素化物
4.1 はじめに
4.2 ホウ素水素化物における水素の4状態
4.3 水素化ホウ素化合物の水素貯蔵材料として求められている要件
4.3.1 ボロハイドライドの加水分解による利用
4.3.2 ボロハイドライドの電気化学的な利用
4.3.3 ボロハイドライドの熱分解による利用
4.4 NaBH4の製造法
4.4.1 NaBH4の特徴
4.4.2 NaBH4製造プロセス(従来法)
4.4.3 NaBH4製造プロセス(新プロセス)
4.5 ホウ素水素化物原料としてのホウ砂資源
4.6 “使用済み燃料”としてのメタホウ酸ナトリウムの回収と再生
4.7 おわりに
5 窒化ホウ素
5.1 窒化ホウ素とは
5.2 六方晶窒化ホウ素(Hexagonal Boron Nitride, hBN)
5.2.1 粉末・バルク
5.2.2 hBN薄膜
5.2.3 熱分解窒化ホウ素(Pyrolytic BN, pBN)
5.3 立方晶窒化ホウ素(Cubic Boron Nitride, cBN)
5.3.1 cBN結晶・焼結体
5.3.2 cBN薄膜
5.4 5hBN
5.5 まとめ
6 酸化ホウ素
6.1 はじめに
6.2 酸化ホウ素の種類と一般的性質
6.3 酸化ホウ素の結合様式,結晶構造及び特性
6.3.1 三酸化二ホウ素(B2O3)
6.3.2 酸化ホウ素(BO)x
6.3.3 酸化二ホウ素(B2O)
6.3.4 酸化六ホウ素(B6O)
6.3.5 その他の高ホウ素酸化物
6.4 おわりに
第3章 ホウ素・ホウ化物の製造方法
1 ホウ素の製造方法
1.1 はじめに
1.2 ホウ素鉱物
1.3 各種のホウ素製造法
1.4 ホウ素の純化
1.5 ホウ素同位体の分離抽出
2 ホウ化物の製造方法
2.1 はじめに
2.2 固相反応によるホウ化物合成法
2.2.1 元素同士の直接反応
2.2.2 金属酸化物とホウ素との反応
2.2.3 金属酸化物とホウ素の混合物の炭素共存下による還元
2.2.4 真空下における金属酸化物の炭化ホウ素による還元
2.2.5 金属酸化物と無水ホウ酸の混合物の炭素による還元
2.2.6 メカノケミカル合成と熱処理の組み合わせによる方法
2.3 液相を介するホウ化物合成法
2.3.1 直接溶融法
2.3.2 溶融塩浴からの電析
2.3.3 電解ホウ化物被覆法
2.3.4 浸ホウ処理法
2.3.5 溶融金属フラックス法
2.4 気相を介するホウ化物の合成
2.5 ホウ化物の純化
第2編 応用
第1章 エレクトロニクス分野への応用
1 炭化ホウ素セラミックスの熱電性能
1.1 はじめに
1.2 B4Cの構造と熱電性能
1.3 B4C基共晶コンポジットの微細構造と熱電性能
1.4 おわりに
2 電子材料としてのホウ素化合物半導体薄膜
2.1 はじめに
2.2 電子デバイス材料
2.2.1 Si/BPヘテロ接合
2.2.2 Si/BP/Si二重ヘテロ接合
2.2.3 p・nBP/Si素子
2.2.4 金属—BPショットキー障壁接合
2.3 エネルギー変換材料
2.3.1 光・電気変換材料
2.3.2 熱・電気変換材料
2.4 おわりに
3 熱陰極材料
3.1 電子放射現象
3.2 熱電子放射現象
3.3 ホウ化ランタン(LaB6)熱陰極材料
3.3.1 LaB6単結晶熱陰極の特徴
3.3.2 LaB6単結晶電子銃と用途
4 ホウ素ドープダイヤモンド
4.1 はじめに
4.2 人工合成ダイヤモンド
4.3 半導体としてのダイヤモンド
4.4 金属的性質のダイヤモンド
4.5 超伝導ダイヤモンド
4.6 おわりに
5 放射光軟X線分光素子
5.1 はじめに
5.2 単結晶育成
5.3 分光特性
5.4 まとめ
第2章 エネルギー分野への応用
1 エネルギー利用を目指した水素化ホウ素化合物(ボロハイドライド)
1.1 はじめに
1.2 高密度水素貯蔵材料としての水素化ホウ素化合物
1.2.1 水素貯蔵技術
1.2.2 水素化物を用いた水素貯蔵
1.2.3 水素化ホウ素化合物を用いた水素貯蔵
1.3 水素化ホウ素化合物に対するマイクロ波技術の適用
1.4 水素化ホウ素化合物を用いた中性子遮蔽材料
1.5 まとめと展望
2 熱電変換材料
2.1 はじめに
2.2 熱電特性
2.3 β菱面体晶ホウ素,炭化ホウ素の熱電特性
2.4 金属六ホウ化物の熱電特性
2.5 RB50型化合物(ホウケイ化物)
2.6 ホモロガスなR-B-C (N)系
3 ホウ素化合物超伝導材料
3.1 はじめに
3.2 二元素系遷移金属ホウ素化合物の種類と超伝導体
3.3 三元素系遷移金属ホウ素化合物と超伝導体
3.4 MxBy化合物(y/x< 2)
3.5 MxBy化合物(2≦y/x< 6)
3.5.1 構造
3.5.2 超伝導
3.5.3 MgB2のTc上昇へのアプローチ
3.6 MB6,MB12化合物
3.7 おわりに
4 核融合炉材料
4.1 核融合炉におけるプラズマ・壁相互作用の課題
4.2 ボロニゼーションの誕生と普及
4.3 デカボランの採用
4.4 ボロン膜の堆積速度
4.5 ボロン膜の水素濃度
4.6 ボロン薄膜の膜厚分布
第3章 産業用途
1 ボロンナイトライドの応用
1.1 はじめに
1.2 ボロンナイトライドの基本特性
1.2.1 結晶構造
1.2.2 熱的性質
1.2.3 化学的性質
1.2.4 電気的性質
1.3 ボロンナイトライドの実用特性
1.3.1 高温固体潤滑性(固体潤滑剤)
1.3.2 高熱伝導性(高熱伝導性フィラー)
1.3.3 易加工性(各種成形物)
1.4 ボロンナイトライドの使用形態
1.4.1 固体潤滑剤
1.4.2 高熱伝導性フィラー
1.4.3 成形物
1.4.4 その他
2 ボロンカーバイド(B4C)の応用
2.1 B4Cの歴史と製造方法
2.2 物理的な特性
2.3 化学的な特性
2.4 B4Cの用途
2.4.1 耐火物の酸化防止剤
2.4.2 研削材や研磨材として
2.4.3 熱中性子の吸収材
2.4.4 熱処理用薬品
2.4.5 他のホウ化物製造の原料
2.4.6 B4C焼結品の原料
2.4.7 その他の用途
3 ガラス用途
3.1 はじめに
3.2 電気用ガラス
3.3 ハンダガラス(低融ガラス)
3.4 ディスプレイ用ガラス基板
3.5 理化学用ガラス/耐熱ガラス
3.6 光学ガラス
3.7 繊維用ガラス
3.8 放射性廃棄物固化ガラス
3.9 おわりに
4 非晶質薄帯
4.1 はじめに
4.2 非晶質薄帯とは
4.3 非晶質薄帯の主な成分
4.4 非晶質薄帯の製造方法
4.5 非晶質薄帯の主な産業用途
4.5.1 軟磁性材料
4.5.2 液相拡散接合用インサート材
5 ホウ化物系セラミックス
5.1 はじめに
5.2 ホウ化物系セラミックスの種類と性質
5.3 ホウ化物系セラミックスの焼結性
5.4 TiB2およびZrB2
5.5 B4C-TiB2, TiB2-CeB6およびTiB2-W2B5
6 ホウ化物系サーメット材料
6.1 緒言
6.2 反応ホウ化焼結法
6.3 Mo2FeB2三元ホウ化物系サーメット
6.3.1 製造方法
6.3.2 種類および機械的特性
6.3.3 組織
6.3.4 耐摩耗性,耐食性
6.3.5 接合性
6.4 Mo2NiB2三元ホウ化物系サーメット
6.4.1 CrおよびV添加サーメットの機械的特性と組織
6.4.2 Mn添加サーメットの諸特性
6.5 ホウ化物系サーメットの応用例
7 超硬質材料
7.1 はじめに
7.2 立方晶窒化ホウ素(cBN)
7.3 BCN及びB6O
8 NdFeB系焼結磁石とボンド磁石
8.1 はじめに
8.2 焼結磁石の製造方法
8.3 ボンド磁石の製造方法
8.4 磁石の耐熱性
8.5 NdFeB系焼結磁石とボンド磁石の応用例
8.5.1 ハイブリッド車
8.5.2 電動パワーステアリング(EPS: Electric Power Steering)
8.5.3 その他の応用例
8.6 おわりに
9 自動車乗員保護装置
9.1 はじめに
9.2 エアバッグの構造と働き
9.3 インフレータ
9.4 インフレータの構造と作動メカニズム
9.5 点火装置とホウ素化合物
9.6 エアバッグの生産数とホウ素使用量
第3編 環境への配慮
第1章 ホウ素流出規制と排水処理・再資源化技術
1 はじめに
2 ホウ素流出規制の動向
3 ホウ素含有排水の処理動向
3.1 凝集沈殿法
3.2 イオン交換樹脂法
3.3 膜分離法
4 水熱鉱化排水処理法
5 おわりに
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