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ゾル-ゲルテクノロジーの最新動向    
Current Status of Sol-Gel Technology
[コードNo.2017T054]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 幸塚広光
■体裁/ B5判 416ページ
■発行/ 2017年7月28日 (株)シーエムシー出版
■定価/ 92,880円(税・送料込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-1258-3

 
★ 進歩・深化するゾル-ゲルテクノロジーシリーズ第5弾!
★ 国内第1線の研究者が執筆!
★ 発光・電池から生体材料まで幅広い分野に展開する応用技術!

キーワード

ゾル-ゲル / メタロキサン / シルセスキオキサン / 有機・無機ハイブリッド / 自己組織化 / ナノシート / ナノフレーク / メソ多孔体 / 金属ナノ粒子 / ポーラスシリカ / 超伝導薄膜

刊行にあたって

 本書籍はシーエムシー出版が発行するゾル-ゲル法に関する書籍シリーズの5冊目にあたる。ゾル-ゲル法にかかわる最新の学術・技術情報を提供していただくべく、今回も第一線で活躍しておられる国内の研究者の方々に執筆をお願いした。その結果、大学から31件、企業から7件、公的研究機関から4件(大学との共著1件を含む)、計41件の記事を集録することができた。

 このシリーズの最初の書籍が出版されてからすでに17年が経過している。学会発表や学術雑誌に見られる最近の研究には方向性の類似したものが目につくことが少なくないが、本書の読後感はこれとは逆であり、どのような問題意識のもとで何を制御・開拓しようとしているかという点に「多様性」がまざまざと感じられる。「多様性」は無限の可能性を感じさせてくれ、同じ研究室に所属する複数の研究者に異なるテーマでの執筆を依頼することを可能としてくれたのもこのような状況あってこそのことである。このように、多様性と広がりに支えられたゾル-ゲル法に関わる科学技術の進歩と深化には目を瞠るものがある。

 本書の各記事で紹介されるそれぞれの場面で「何が起こっているか」に注意を向け、勇気をもってゾル-ゲル法(と何となくよばれている)科学技術の分野に飛び込んでいただければと願う。

「刊行にあたって」より抜粋

著者一覧

幸塚広光関西大学
郡司天博東京理科大学
金子芳郎鹿児島大学
菅原義之早稲田大学
中西和樹京都大学
金森主祥京都大学
下嶋敦早稲田大学
黒田一幸早稲田大学
内山弘章関西大学
橋雅英大阪府立大学
横井敦史豊橋技術科学大学
武藤浩行豊橋技術科学大学
長田実(国研)物質・材料研究機構
伴隆幸岐阜大学
徳留靖明大阪府立大学
赤松佳則セントラル硝子(株)
犬丸啓広島大学
金指正言広島大学
都留稔了広島大学
平社英之旭硝子(株)
増田万江美旭硝子(株)
米田貴重旭硝子(株)
鈴木一子(株)KRI
福井俊巳(株)KRI
松川公洋京都工芸繊維大学
河村剛豊橋技術科学大学
垣花眞人東北大学
小林亮東北大学
加藤英樹東北大学
冨田恒之東海大学
佐藤泰史岡山理科大学
片桐清文広島大学
村井俊介京都大学
梶原浩一首都大学東京
小谷佳範キヤノン(株)
藤原忍慶應義塾大学
中島智彦(国研)産業技術総合研究所
土屋哲男(国研)産業技術総合研究所
下田達也北陸先端科学技術大学院大学
伊藤真樹ダウコーニング(東レ・ダウコーニング)
今井宏明慶應義塾大学
渡辺洋人東京都産業技術研究センター
神谷和孝日本板硝子(株)
忠永清治北海道大学
大幸裕介名古屋工業大学
松田厚範豊橋技術科学大学
長谷川丈二九州大学
元木貴則青山学院大学
曽山信幸三菱マテリアル(株)
坂本渉名古屋大学
三村憲一(国研)産業技術総合研究所
加藤一実(国研)産業技術総合研究所
城ア由紀九州工業大学

目 次

【序論】
第1章統計に見るゾル-ゲルテクノロジーの動向
2論文に見るゾル-ゲルゲクノロジーの動向
2.1論文数全体の動向
2.2応用分野別動向
2.3形態・態様別動向
3国内特許に見るゾル-ゲルテクノロジーの動向
3.1出願特許件数全体の動向
3.2応用分野別動向
3.3形態・態様別動向
【基礎編:反応、構造制御、構造形成】
第2章メタロキサンの合成
2シロキサン結合の生成反応
3ゾルの生成とその条件
3.1反応モル比
3.2溶媒、触媒、反応系の液性(pH)
3.3金属アルコキシドの反応性と官能性
4加水分解重縮合過程の追跡
4.1反応のin situ解析
4.2ゾルの誘導体化と単離および構造確認
第3章構造制御されたイオン性シルセスキオキサンおよび環状シロキサンの創成
2イオン性ロッド状/ラダー状ポリシルセスキオキサンの合成
2.1カチオン性側鎖置換基を有するラダー状ポリシルセスキオキサンの合成
2.2アニオン性側鎖置換基を有するラダー状ポリシルセスキオキサンの合成
3アンモニウム側鎖置換基含有POSS誘導体の合成
3.1側鎖にアンモニウム基を有するPOSSの高収率・短時間合成
3.22種のアンモニウム側鎖置換基を有する低結晶性POSSの合成
3.3POSS連結型可溶性ポリマーの簡易合成
4単一構造のアンモニウム基含有環状テトラシロキサンの合成
5シロキサン骨格を含むイオン液体の合成
5.1ランダム型オリゴシルセスキオキサン構造を含むイオン液体の合成
5.2POSS構造を含むイオン液体の合成
5.3環状オリゴシロキサン構造を含むイオン液体の合成
第4章架橋型前駆体を用いたゾル-ゲル反応による有機-無機ハイブリッド材料の作製
2ケイ素系架橋型前駆体からの有機-無機ハイブリッド形成
3ケイ素系架橋型前駆体からの有機-無機ハイブリッド材料
3.1ジホスホン酸から作製される有機-無機ハイブリッド材料の応用
第5章マルチスケール多孔質材料の構造制御
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様々な価数をもつ金属酸化物系への拡張
6リン酸塩系マクロ多孔体の構造制御
第6章有機-無機ハイブリッドエアロゲルの合成と性質
2代表的なシリカエアロゲルとその問題点
3有機-無機ハイブリッドによる高強度・柔軟化
3.1ハイブリッド系における設計指針
3.2ポリメチルシルセスキオキサン系
3.3ポリエチルシルセスキオキサンおよびポリビニルシルセスキオキサン系
3.4有機架橋ポリシルセスキオキサン系
3.5有機架橋ポリメチルシロキサン系
第7章自己組織化プロセスによるシロキサン系ナノ構造体の創製
2有機シラン/シロキサン化合物の自己組織化によるメソ構造体形成
3オリゴシロキサンの自己組織化と分散によるナノ粒子合成
4水素結合を利用したかご型シロキサンの配列制御
5光応答性材料への展開
第8章ゾル-ゲルディップコーティング膜における自発的な表面パターン形成
2Bénard-Marangoni対流によるセル状パターンの形成
2.1Bénard-Marangoni対流
2.2Bénard-Marangoni対流を利用した表面パターニング
2.3Bénard-Marangoni対流によって生じるセル状パターンのサイズ制御
3低速ディップコーティングにおけるストライプパターンの形成
3.1低速ディップコーティング
3.2スティック―スリップモーションによるパターン形成
3.3スティック―スリップモーションによって生じるストライプパターンのサイズ制御
第9章金属水酸化物の表面におけるミクロ多孔性金属有機構造体の成長
2金属有機構造体(MOF)
3金属水酸化物を前駆体としたMOF薄膜の作製
4ヘテロエピタキシャル成長による配向性MOF薄膜
第10章ナノ粒子活用のための複合化開発
2微構造制御のための粉末デザイン
3静電吸着複合法
4集積複合粒子を原料とした機能性複合材料の作製
5静電吸着複合法の応用展開:エアロゾルデポジション法
第11章ナノシートの合成と集積化による高機能材料の創成
2ナノシートの合成
3ナノシートの集積による高次ナノ構造体の構築
第12章無機ナノフレークやナノシートのボトムアップ合成
2金属酸ナノシートのボトムアップ合成反応
3金属酸ナノシートの形態制御
3.1金属錯体を原料とした合成
3.2多結晶ナノシートの合成
3.3イオン液体中での金属酸ナノフレークのボトムアップ合成
4ナノシートをビルディングユニットとしたナノ材料作製
4.1ゾルゲル薄膜の作製
4.2アナターゼ型酸化チタンのナノ材料作製
第13章層状水酸化物材料の合成と構造制御
2層状複水酸化物(LDH)とは
3水酸化物材料の一般的な合成法
4水酸化物材料のナノ/マクロ構造制御
4.1界面・表面への水酸化物結晶の析出
4.2水酸化物ナノ材料の合成
4.3多孔性水酸化物材料の合成
第14章ゾル-ゲルコーティングの成膜条件と膜品質「成膜欠陥防止のためのヒント」
2実用化例(ゾル-ゲル法の有用性)
2.1表面形状制御されたシリカ系薄膜
2.2低温硬化シリカ厚膜
2.3赤外線カットガラス
2.4高滑水性ガラス
3成膜現場における問題点(成膜欠陥について)
4基板温度が表面形状に及ぼす影響
5成膜をより安定化させるためには
第15章樹脂を基板とする酸化物結晶薄膜の作製
2ウェットプロセスに基づく既存技術
3筆者らのゾル-ゲル転写技術
4より高温で焼成した薄膜の転写
5薄膜と樹脂基板の密着性
【機能編:光、電気、化学、生体関連】
第16章メソポーラスシリカで結晶粒子を包含したナノ触媒・光触媒の合成と機能
2酸化チタン粒子をメソポーラスシリカで包含した複合構造と光触媒機能
3粒子の形の整ったナノ粒子をメソポーラスシリカで包含した複合体:SrTiO3ナノキューブ-メソポーラスシリカ複合体によるCO2還元反応
第17章シリカ系分子ふるい膜の細孔構造制御と透過特性
2多孔膜における透過機構
3ゾル-ゲル法による多孔質シリカ膜
4アモルファスシリカネットワーク構造制御
4.1Si-H基の反応性を用いた細孔構造制御
4.2アニオンドープ
第18章撥水ウィンドウガラス
2撥水性の発現メカニズム
3転落性の発現メカニズム
4撥水ガラスの設計
5撥水ガラスの実現
第19章フッ素フリー撥水撥油材料の開発
2フッ素フリー撥水撥油材料の作製
3フッ素フリー撥水撥油材料の特徴
3.1ナノ相分離構造
3.2機械特性
3.3耐熱性
3.4プライマリーフリーでの成膜性
第20章金属酸化物ナノ粒子分散体の調製と有機無機ハイブリッド透明材料への応用
2シランカップリング剤によるジルコニアナノ粒子分散体の作製と問題点
32段階法によるジルコニアナノ粒子分散体の調製
4デュアルサイト型シランカップリング剤によるジルコニアナノ粒子分散体の調製
4.1ビスフェニルフルオレン誘導体からのデュアルサイト型シランカップリング剤とその適用
4.2ジアリルフタレートからのデュアルサイト型シランカップリング剤とその適用
第21章金属ナノ粒子分散機能性メソ多孔体の創成
2メソ多孔体中での銀ナノロッドの精密アスペクト比制御
3異方性メソ多孔体鋳型を用いた1次元金ナノ構造体の配向制御と偏光特性
4アナターゼを含むメソ多孔体への金ナノ粒子の析出と紫外〜近赤外光利用高効率光触媒への応用
第22章無機クラスターを活用した水溶液プロセスによる蛍光体の合成
2グリコール修飾シラン(GMS)を活用したケイ酸塩系蛍光体の合成
3ポリエチレングリコール修飾リン酸エステルを活用したリン酸塩蛍光体の合成
3.1水溶性リン酸エステルの製法とその性質
3.2水溶性リン酸エステルを用いた蛍光体の合成
4ケイ酸塩及びリン酸塩系材料の今後の展開
第23章無機ナノ粒子を用いた機能性複合材料の合成
2磁性ナノ粒子をコアとするコア-シェル粒子の合成
3磁性ナノ粒子と多糖ナノゲルのハイブリッド材料のバイオメディカル応用
4近赤外光による光線力学療法のためのハイブリッドナノクラスター
第24章プラズモニクスとゾル-ゲル法を利用した新規光機能材料の創成
2領域I(ナノギャップ領域)
2.1大面積ナノギャップ構造作製のためのテンプレート
2.2メソポーラスシリカ基板を利用した金メソグレーティング構造作製
2.3SERS特性
3領域II(光回折領域)
3.1光回折アレイ
3.2光回折アレイによる発光制御
3.3メソポーラスシリカ層の屈折率による光回折アレイの共鳴波長制御
第25章光機能性シリカガラスの合成
2希土類フッ化物ナノ結晶含有シリカガラス
3希土類-アルミニウム共ドープシリカガラス
4希土類オルトリン酸塩ナノ結晶含有ガラス
第26章ゾル-ゲル法を用いた高性能反射防止膜‘SWC’の開発
2サブ波長構造による塗布型反射防止膜の製法
3カメラ用レンズへの適用
第27章マルチ機能性発光材料
2磁性と発光
3光触媒と発光
4温度センシングと発光
5化学センシングと発光
第28章前駆体膜及び結晶化エネルギー投入手法の最適化による電気・光機能性酸化物コーティングの高度化
2化学溶液法により塗布された前駆体膜の光結晶化
3ハイブリッド溶液光反応法によるフレキシブル酸化物電気機能性材料の創製
4ナノ粒子/溶液ハイブリッド分散液を用いた高特性ポーラス光電極の作製
第29章InO系前駆体ゲルの構造とインプリント成形への応用
2酸化物の液体プロセス
3InO系クラスターゲルの紹介
4InO系(ITO)溶液から作製したゲルの凝集力の評価
5InO系クラスターゲルのプロセス性
第30章高輝度LED用シリコーン封止材
2シリコーンとその特性
3シリコーンのLED封止材への応用
第31章スーパーマイクロポーラスシリカの合成と応用
2背景
2.1多孔質シリカ材料
2.2メソポーラスシリカ
2.3メソポーラスシリカからスーパーマイクロポーラスシリカへ
3スーパーマイクロポーラスシリカの合成
3.1無溶媒合成法
3.2スーパーマイクロ孔のサイズ制御
4スーパーマイクロポーラスシリカの応用1:分子ホスト
4.1揮発性有機分子吸着
4.2蛍光分子ホスト
5スーパーマイクロポーラスシリカの応用2:量子ドットの合成と機能開拓
5.1量子ドット
5.2WO3量子ドットの合成と光触媒能の制御・向上
5.3CuO量子ドットの合成とサーモクロミズム
5.4In2O3量子ドットの合成と蛍光量子収率の増大
第32章自動車用熱線カットガラス
2熱線カットガラスの目標性能
2.1熱線カット性能
2.2電波透過性
2.3熱線カット材料
3課題
4アプローチ
5熱線カットガラス
第33章電池材料合成における液相法の利用
2電池材料における液相合成法について
3リチウムイオン二次電池用材料の合成
4リチウムイオン二次電池材料への表面コーティング
5リチウムイオン伝導性固体電解質の合成
6電気化学キャパシタ用材料
第34章プロトン伝導性と表面水酸基の結合状態
2溶融法で作製したガラスのプロトン伝導性
3ゾル-ゲル法で作製したガラスのプロトン伝導性
4水素との反応によって生成するOH基
5重水素を利用したOH基の活性評価
6ゾル-ゲル法を用いたプロトン伝導体の作製例
7ゾル-ゲル法で作製したH+放出エミッターを用いた室温大気圧H+放出
第35章イオン伝導性複合体
2プロトン伝導体の作製と燃料電池への応用
3水酸化物イオン伝導体の作製と金属空気電池への適用
4リチウムイオン伝導体の作製と全固体リチウムイオン電池の構築
第36章カーボン材料の設計と電気化学特性評価
2カーボン材料の作製
3多孔性カーボンモノリスの作製と細孔構造制御
4多孔性カーボンモノリスへのヘテロ原子の導入
5モノリス型カーボン電極
6電気二重層キャパシタ
7ナトリウムイオン二次電池
第37章超伝導薄膜
2超伝導薄膜について
3溶液法による超伝導層の成膜
3.1TFA-MOD法における動向
3.2フッ素フリーMOD法における動向
3.3水溶液を用いた溶液法の動向
4溶液法を用いた金属基板や中間層への展開
第38章強誘電体材料・強誘電体薄膜の開発
2ゾルゲル法による強誘電体薄膜の形成とMEMS分野適用への課題
3圧電MEMS用厚膜形成用PZTゾルゲル液の開発
4大型基板への工業用成膜技術の開発
5ドーピング技術による膜特性の改善
第39章無鉛圧電セラミックス薄膜の開発
2無鉛圧電セラミックス材料と薄膜化プロセス、圧電セラミックス薄膜の応用分野
3ニオブ酸アルカリ化合物系無鉛圧電セラミックス薄膜の化学溶液法による作製
3.1ニオブ酸アルカリ系無鉛圧電セラミックス薄膜作製のための前駆体コーティング溶液の調製と前駆体の解析
3.2ペロブスカイトニオブ酸アルカリ系薄膜作製における揮発性元素に関する組成制御
3.3ニオブ酸アルカリ系薄膜への機能元素ドープによる電気的特性向上
3.4ニオブ酸アルカリ系薄膜の配向制御による高機能化
3.5ニオブ酸アルカリ系薄膜の微細加工と圧電セラミックス薄膜作製に関する将来展望
第40章次世代デバイス用誘電体単結晶ナノキューブ三次元規則配列集積体
2ペロブスカイト型誘電体酸化物単結晶ナノキューブの水熱合成
3チタン酸バリウムナノキューブ三次元規則配列構造の作製
4チタン酸バリウム系ナノキューブ三次元規則配列構造体の電気特性
第41章シリカおよびシロキサンを含む有機-無機複合材料の生体応答性
2ケイ素の生体内における役割
3バイオガラスから溶出するケイ酸種と骨形成
4シリカ、シリケートおよびシロキサン結合を含む有機-無機複合体



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