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『微細物質空間の創製とその応用』増補改訂版 2003年6月：発行 B5版 550頁 定価 26,000円（税別・送料別） ■刊行主旨■ セラミックス多孔体材料の持つ微細な空間は、分子を識別する機能をもっており、選択吸着や形状選択触媒、触媒担体として広い分野で活用されています。とくに，環境保全や資源・エネルギー問題を考える上で重要な役割を担う材料として脚光を浴びています。最近、新しいコンセプトにもと付く材料設計、合成技術の進展によって、狙った機能をもつことは勿論、耐久性にすぐれ環境にも調和した材料が開発されています。 本書ではこれらの状況を踏まえ、多孔体セラミックスの様々な合成法と細孔の制御方法から応用までを、旧版以降これまでに月刊「マテリアルインテグレーション」で紹介された解説を中心に系統的にまとめ再編集しました。本書によって知見を積み重ねて頂ければ幸甚です。 Contents ■第Ⅰ部■ 微細物質空間の創製 第１章 概説 第1節 微細物質空間の創製と応用 1 はじめに 2 微細物質空間の創製 3 層間架橋多孔体 3.1 粘土層間架橋多孔体の合成と応用 3.2 半導体層間架橋多孔体の合成と応用 4 ヘテロポリ酸塩結晶子集合体がつくるナノ空間 5 化学修飾したメソ多孔シリカのナノ空間による分子認識 第2節 「多孔性セラミックス」の展望 1 はじめに 2 高機能性セラミックス断熱性 3 ミクロポアの分子設計 4 究極のセラミックス多孔体 第3節 ゾル・ゲル法による金属酸化物の構造制御 1 はじめに 2 混合・分散性 3 粒子径制御 4 細孔の制御 5 比表面積 6 金属酸化物の構造制御 第2章 セオライトの構造と合成 第1節 ゼオライト骨格構造が形成する微空間 1 はじめに 2 微空間に関するデータ 3 一次元 4 三次元 5 時にはClathratesのように 第2節 ミクロポーラスマテリアルの構造と合成 1 はじめに 2 ミクロポーラスマテリアルの構造 3 ミクロポーラスマテリアルの合成法 第3節 ゼオライトの合成と単結晶育成 1 はじめに 2 合成法 3 生成機構 4 結晶成長と準安定相 5 単結晶育成 第4節 新しいゼオライト型化合物の構造 1 はじめに 2 高シリカゼオライト 3 アルミノリン酸塩モレキュラーシーブ 4 クローバ石 5 3次元トンネル構造を持つリン酸モリブデン 第5節 シリカの化学蒸着によるゼオライト細孔入口径精密制御 1 はじめに 2 調製課程とシリカの構造 3 CVDゼオライトの機能 3.1 酸素と窒素の分離 3.2 低級オレフィンの分離 3.3 パラフィンの形状選択的分解反応 第3章 層間架橋によるミクロ細孔制御 第1節 層間架橋によるミクロ細孔制御 1 はじめに 2 二次元構造単位の複合化 3 粘土架橋体の合成 4 カードハウス型多孔体 5 吸着特性 第2節 インターカレーション，すき間の材料化学 1 インターカレーションとは 2 分子性とイオン性 3 すき間を作る 4 物性制御 5 デインターカレーション 第3節 インターカレーションのメソポア形成への応用 1 はじめに 2 多孔体合成方法と特徴 2.1 発泡法 2.2 凍結法 2.3 架橋法 2.4 シート折り曲げ/架橋法 第4節 層状粘土鉱物から見たインターカレーションの基礎 1 はじめに 2 層状結晶の特徴 3 インターカレーションの特徴 3.1 特異空間 3.2 積層方向の結合力 3.3 分子形状とインターカレーション 4 インターカレーションの応用 5 インターカレーションの最前線 5.1 希土類元素イオンのインターカレーション 5.2 光化学ホールバーニング(PHB) 5.3 無機有機交互薄層 5.4 固体電解質 第5節 インターカレーション材料の形態制御 1 はじめに 2 プラズマCVD法によるTiS2微粒子および優先配向薄膜の作製 3 インターカレーション材料における多孔体の作製 4 ハイドロタルサイトを担持した二酸化炭素可逆分離フィルタ 第4章 メソポア多孔体の合成 第1節 スメクタイト系メソポア多孔体の合成と機能 1 はじめに 2 スメクタイトの構造と機能 3 有機物を使用しないSMMの合成 4 SMM，FSM及びMCMの比較 5 SMMの分離特性および触媒活性 第2節 三次元メソポア多孔体の合成と機能 1 はじめに 2 メソポーラスシリカの合成とそのメカニズム 3 MCM-48メソポーラス材料の合成と触媒作用 4 SBA-1メソポーラス材料の合成 第3節 メソ多孔化技術の紹介とトピックス 1 はじめに 2 調湿建材 2.1 調湿建材としてのメソポーラスセラミックス 2.2 自律的調湿建材の開発 3 機能性無機ナノカプセル・ナノチューブの合成 3.1 アロフェン・イモゴライトの特性 3.2 機能性吸着材料の開発 4 有機分子集合体を利用した無機化合物 の構造制御 4.1 均一メソポーラス材料 4.2 均一メソポーラス材料の組成制御 5 エアロゲル多孔質体の修飾と構造制御 5.1 シリカエアロゲルの表面修飾 5.2 シリカエアロゲルの構造制御 6 アパタイト被覆二酸化チタン光触媒 6.1 ナノメートルオーダーのアパタイト結晶<析出させた二酸化チタン光触媒 6.2 アパタイトの被覆方法 第4節 高次構造制御されたメソ多孔質材料の設計と応用 1 はじめに 2 メソ多孔質材料の設計 2.1 シリカ-界面活性剤メソ構造体の合成 2.2 構造の多様化 2.3 組成の多様化 2.4 孔径制御 2.5 形態制御 3 応用 第5節 メソポーラスセラミックス分離膜の開発 1 はじめに 2 メソ多孔体とその膜化の試み 3 共晶分解法によるSIO2系メソ多孔膜の作製 4 共晶分解法の分離膜への応用と今後の課題 第5章 フラーレン物質の形成、チタニアナノチューブの合成 第1節 C-B-Nフラーレン物質の形成と構造 1 はじめに 2 フラーレンクラスター・メテロフラーレン 3 オニオン・インターカレーション 4 ナノチューブ 5 ナノケージ・ナノカプセル 第2節 原子配列調和物質の構造と物性 －自己組織集合体から生命における情報・エネルギー・物質変換へ 1 はじめに 2 高分解能電子顕微鏡による原子配列観察 3 3次元HEREM像と構造最適化 4 元素・ガス内包BN/Cナノチューブ・ケージ 5 原子配列調和物質の将来 第3節 ナノスケール状新物質の構造の不思議 1 はじめに 2 BNナノチューブの創製とその構造 2.1 ダイヤモンドアンビンセルを用いた超高圧力下でのレーザビーム加熱法 2.2 置換反応法 3 BNナノコーンの創製とその構造 4 BNフラーレンの創製とその構造 第4節 チタニアナノチューブの合成 1 はじめに 2 ゾルゲル法による微細なTiO2結晶の作成 3 チタニアナノチューブの生成 第5節 カーボンナノチューブの応用 1 はじめに 2 カーボンナノチューブの物性 2.1 機械的特性 2.2 電子的特性 3 ナノエレクトロニクスへの応用 4 ナノメカニクスへの応用 5 ナノエレクトロメカニクス 6 電界放出電子源とディスプレイデバイス 7 水素貯蔵への利用 第6章 セラミックス多孔体の高強度・多機能化 第1節 多機能型多孔質材料 1 はじめに 2 三次元ネットワーク構造を有する多孔質CaZrO3/MgO複合材料 3 多孔質CaZrO3/MgO複合材料によるメタンガス検知 4 白金ナノ粒子分散多孔質CaZrO3/MgO複合材料 第2節 損傷・変形許容性多孔質窒化ケイ素材料 1 はじめに 2 粗大柱状粒子が配向した窒化ケイ素多孔体 3 微細柱状粒子が配向した窒化ケイ素多孔体 4 特性の総合比較と今後の展開 第3節 ヘキサアルミネート質多孔体の開発 1 はじめに 2 多孔体調製のコンセプト 3 多孔体調製のプロセス 4 多孔体の生成機構 5 多孔体の微構造及び多孔特性 第4節 一方向配向型気孔を有するセラミックス多孔体 1 はじめに 2 凍結乾燥法による配向気孔形成プロセス 3 セラミックス多孔体合成への適用例 3.1 アルミナ多孔体 3.2 窒化ケイ素多孔体 第5節 液体ろ過用多孔質窒化ケイ素の開発 1 緒言 2 多孔質Si3N4の特徴 2.1 微細組織 2.2 多孔質Si3N4の諸特性 3 多孔質Si3N4の組織微細化とろ過性能 3.1 組織の微細化 3.2 多孔質Si3N4フィルタのろ過範囲 4 モジュールの構造設計 5 多孔質Si3N4フィルタの排水処理への適用 5.1 CMPプロセス 5.2 CMPスラリーの排水処理 5.3 CMPスラリーに対するろ過性能 第6節 アルミナセラミックス多孔体の破壊挙動 1 はじめに 2 アルミナ多孔体とその特性評価 3 アルミナ多孔体の破壊エネルギー 第7節 HIPによる多孔質セラミックスの作製と特性 1 はじめに 2 HIPによる多孔体作製方法 3 機械的強度 4 流体透過性 5 気孔径 第8節 多孔質セラミックスの機械的特性の向上 1 緒言 2 実験方法 3 結果及び考察 3.1 CFHIPing圧力の効果 3.2 ビトリファイドボンド砥石の機械的強度向上 第7章 ポーラス金属 第1節 ポーラス金属の創製と応用 1 はじめに 2 従来の発泡金属やポーラス金属の作製法 3 ポーラス金属の作製法 4 ポアの核生成と成長機構 4.1 ポアの核生成機構 4.2 ポアの成長機構 5 ポーラス銅の特性評価 5.1 ポーラス銅の機械的性質 5.2 ポーラス銅の内部摩擦と弾性率 6 ポーラス金属合金の応用 第2節 セル構造体とその将来展望 1 緒言 2 セル構造体の基本的な特徴とその用途 3 金属セル構造体の製造法 4 マグネシウムセル構造体 5 アルミナセル構造体 ■第Ⅱ部■ 環境・エネルギー関連への応用 第１章 セラミックフィルター 第1節 分離膜の開発動向 1 はじめに 2 液体系分離膜 2.1 セラミックフィルターの特性 2.2 限外ろ過・精密ろ過膜 2.3 逆浸透・ナノフィルトレーション膜 2.4 浸透気化分離膜 3 気体分離膜 3.1 多孔膜による気体分離の機構 3.2 細孔の表面改質 3.3 気体分離特性 3.4 多孔質膜による気体分離の例 第2節 セラミックフィルターの製造 1 セラミック多孔体の製造 1.1 製造方法 1.2 細孔径の制御 2 高温ガスフィルター 2.1 ハニカムフィルター 2.2 円筒状，板状フィルター 3 限外ろ過・精密濾過用フィルター 3.1 ゾル-ゲル法コート 4 気体分離膜 4.1 水素分離膜 4.2 二酸化炭素分離膜 5 フィルター材料 5.1 ガラス膜 5.2 ゼオラオト膜 第3節 セラミック分離膜の応用 1 液体系分離膜 1.1 化学工業 1.2 食品工業 1.3 バイオ 1.4 機械工業 1.5 水処理 2 気体分離膜 2.1 水素分離膜 2.2 炭酸ガス分離膜 2.3 除湿膜 2.4 有機蒸気脱水膜 2.5 有機蒸気分離膜 2.6 窒素富化膜 第2章 ゼオライトとその応用 第1節 ゼオライト膜による気体分離 1 はじめに 2 支持基材と膜の強度 3 MFI型ゼオライト膜 4 FAU型ゼオライト膜 5 その他のゼオライト膜 第2節 人工ゼオライトを用いるゼロエミッション新技術 1 はじめに 2 石炭灰の人工ゼオライト転換と有効利用 によるゼロエミッション 2.1 石炭灰の人工的なゼオライトへの転換 2.2 吸着機能を活用する有効利用法 2.3 イオン交換機能を活用する利用方法 3 人工ゼオライトのゼロエミッション型循環資源としての一般的な有効利用 4 地球的規模及び地質的時間スパンでのゼロエミッション資源「人工ゼオライト」 第3節 呼吸するゼオライト建材 1 はじめに 2 ゼオライトパネル 3 パネルの性能 4 内壁使用 5 健康環境とゼオライトパネル 第4節 ゼオライト膜による液体混合物の分離 1 はじめに 2 ゼオライト膜の結晶粒界 3 液体混合物の浸透気化分離 3.1 シリカライト膜による有機物/水系の分離 3.2 A型ゼオライト膜による水/有機物系の分離 3.3 フェリエライト及びモルデナイト膜による有機液体混合物の分離 4 ゼオライト膜の表面改質及び結晶粒界制御 4.1 シリル化処理 4.2 加圧ゾルーゲル処理 5 計算シミュレーションによる分離過程の検討 第5節 ゼオライトの成形とその触媒反応への応用 1 はじめに 2 支持体付きゼオライト成形体の合成法 3 支持体無しゼオライト成形体の合成法 4 触媒反応 第6節 ゼオライト微空間と触媒作用 1 はじめに 2 ゼオライトの固体酸性 3 固体酸性を決める因子 4 固体塩基としてのゼオライト 5 チタノシリケートを触媒とする酸化反応 6 ゼオライト微空間で起こる選択的触媒反応 第7節 耐熱性多孔質触媒としてのリン酸塩モレキュラーシーブ 1 はじめに 2 AlPO4-nの固体酸特性と触媒反応 3 耐熱性多孔質触媒材料としてのシリコアルミノホスフェート 第8節 ゼオライトハニカムの成形とその用途 1 はじめに 2 ゼオライトハニカムの成形 3 ゼオライトハニカムの性質と用途 第9節 ゼオライトヒートポンプの開発と可能性 1 はじめに 2 ゼオライトとは 2.1 ゼオライトは地球表面の物質 2.2 材料としてのゼオライトの性質 3 アモルファス系との違い 4 ゼオライト水と熱 4.1 ゼオライトの熱交換能力 4.2 ゼオライトヒートポンプの動作 4.3 ゼオライト水と蒸気圧 5 ゼオライト水の熱力学的性質 6 カルノー効率を上げる方法としての ゼオライト水の利用 第3章 インターカレーション材料とその応用 第1節 インターカレーションと電気化学 1 電位とインターカレーション 2 酸化・還元剤による（ディ）インターカレーション 3 電気化学的酸化による酸素ドープ 第2節 各種インターカレーション化合物と電池正極への応用 1 はじめに 2 遷移金属硫化物 3 遷移金属酸化物 4 新たなインターカレーション材料 第3節 リチウムイオン電池と炭素負極におけるインターカレーション現象 1 まえがき 2 負極用炭素材料 3 グラファイト層間化合物と負極の挙動 4 Li貯蔵モデル 第4節 層間化合物中での光化学反応と分子配向 1 はじめに 2 粘土鉱物 3 光二量化反応 4 分子配向 4.1 電気直線二色性(ELD)法 4.2 スチルベン-4-カルボン酸ナトリウムの配向構造 4.3 ハイドロタルサイト存在下での光反応と配向モデルとの相関 第4章 微空間制御材料と光触媒反応の利用 第1節 インターカレーション材料の合成と光化学特性 1 はじめに 2 半導体の層間包接 3 層間包接半導体クラスタのナノ構造とバンドギャップエネルギー 4 層状化合物/半導体ナノ複合体の光触媒活性 5 ゲスト→ホスト電子移動 第2節 チタン・ニオブ層状複合酸化物系光触媒の創製 1 はじめに 2 K[Ca2Nan-3NbnO3n+1]層状複合酸化物 3 助触媒の利用 4 チタン・ニオブ層状複合酸化物 5 層間修飾した層状複合酸化物による水の分解 6 光触媒による水素生成の経時変化 第3節 次世代酸化チタン太陽電池の課題 1 はじめに 2 長期安定性と信頼性の確立 3 電解質の固体化 4 凝固体化方法 5 ホール輸送特性を有する電子電導性固体 6 低価格化の課題 7 色素増感型太陽電池の新市場と材料 第4節 層状化合物を利用した可視光反応型光触媒の創製 1 はじめに 2 可視光励起型半導体の層間包接 3 層状化合物への遷移金属の付活 第5節 光触媒によるエネルギー変換 1 はじめに 2 固体光触媒による水の分解 2.1 層状光触媒 2.2 NaTaO3 3 水の可視光全分解への試み 4 チタン系オキシナイトライドLaTiNO2の光触媒活性と安定性 第6節 新しいプロセスによる多孔質TiO2薄膜の設計と機能 1 はじめに 2 多孔質TiO2コーティング薄膜の設計 3 多孔質TiO2コーティング薄膜の合成 3.1 コーティング膜用前駆体溶液の調整 3.2 結晶構造の制御とサブミクロン気孔の形成 3.3 ナノ構造（ナノ気孔・ナノ配向粒子)の形成 4 多孔質TiO2コーティング薄膜の機能と応用展開 4.1 光触媒機能 4.2 色素増感太陽電池への応用展開 第7節 光触媒機能を有するガラス膜の開発 1 はじめに 2 多孔質ガラス膜の調整 3 チタニアの担持法 4 膜の光酸化能の光分解のメカニズム 5 適用分野 第5章 生体組織への応用 第1節 アパタイトをベースにした有機－無機複合材料 1 はじめに 2 ヒドロキシアパタイト粒子の形状制御 3 有機-アパタイト複合材料 3.1 表面相互作用型 3.2 表面置換型 3.3 インターカレーション型 第2節 セラミックス多孔体を用いた骨再生 1 はじめに 2 新鮮骨髄と種々生体インプラントとのハイブリッﾄﾞによる生体内での骨形成能 3 ハイドロキシアパタイト(HA)上での骨形成過程の生化学的分析 4 ハイドロキシアパタイト(HA)上での骨形成過程の遺伝子発現の解析 5 骨髄細胞によるIn Vitro骨形成 第6章 自動車排ガス 第1節 ディーゼルパティキュレートフィルタ 1 はじめに 2 DPFシステムの機能 2.1 黒煙微粒子 2.2 システムの機能 2.3 DPFの形式 2.4 再生方式 3 DPFの適用分野 3.1 都市バス 3.2 フォークリスト 3.3 建設機械 第2節 トヨタにおける最近の自動車排ガス触媒技術 1 はじめに 2 触媒構造 3 低エミッション車のための触媒 3.1 ウォームアップ触媒 3.2 床下触媒 4 希薄燃焼エンジン用NOx吸蔵還元型触媒 4.1 NOx吸蔵還元型触媒発見までの経緯 4.2 新しいコンセプトの触媒とその反応メカニズム 5 ディーゼルエンジン用触媒 5.1 ディーゼルエンジン特有の触媒への課題 5.2 触媒の低温活性向上-吸着材料の活用 5.3 SO2の酸化，及び被毒劣化の抑制 第7章 往復動燃焼熱電発電 1 はじめに 2 往復動燃焼による多孔構造体熱電発電 3 多孔体熱電変換素子の開発 4 燃焼・発電実験 5 熱電発電システムの概念設計 |