フロンティアテクノシリーズNo.10
ナノ粒子の創製と応用展開
 
編 集  米澤 徹  東京大学 大学院理学系研究科 准教授 (現:北海道大学 大学院工学系研究科 教授)
ISBN978-4-902410-13-6
■体裁/B5判・322頁 ■価格/59,400円 (本体55,000円+税) ■発行/2008年1月

刊行のねらい

 ナノテクノロジーが多くの分野に新しい可能性 を広げている。その中でも、新しい研究材料としてナノ粒子に関する研究が非常に盛んである。もしかしたらこのような前振りの文章も聞き飽きておられるかも しれない。そうしたナノ・ブーム、ナノ粒子・ブーム中で、このような解説書を今回編集させていただくにあたり、どのような本にするのが一番よいか考えてみ た。
 今やどのような物質でも工夫すればナノ粒子にできるといって過言ではない。金属、金属酸化物、半導体、高分子、低分子などなど。新しいナノ粒子が開発されれば、この物質でもできないか?こういった構造にはならないか?とどんどん新しい可能性の連鎖が広がってくる。
 今回は、その中から、「どのように使っていけ るのか?」ということを少し中心にすえて編集してみた。科学はどんどん進んでいるから、どの時点でも「終わり」ということはないが、ナノ粒子の物性の基本 は、「超微粒子(化学総説)」に多くがまとめられていると筆者は感じており、これは私にとって教科書である。しかし、教科書だけではなく、実際それを使お うとすると様々な難問が待っている。例えば、金属ナノ粒子を使った印刷による配線も盛んに研究されているが、低温焼結性とその伝導度、そして、その耐久性 とは必ずしも同じ方向に研究を進めて解決できるものではない。誰もが、それが近未来の日本のエレクトロニクス産業を支える基盤技術となりうるとは考えてい ても、多くの方向からのアプローチを必要としており、まだ時間がかかるかもしれない。しかし、その研究から副産物的に現われる新しい応用展開も様々であ る。
 ナノテクノロジーは魔法ではなく、突然出てき た救世主でもない。従来の科学から切り離されたものでもない。科学はこれまでも予想しなかったことを発見し、その理由を解明してきた。当然、ナノテクノロ ジーも従来の科学の延長である。ただ、今まで考える必要のなかったことを加えて考える必要はある。そこにどう気づき、どうアプローチするかが肝心である。 そうした視点で本書を紐解いていただければ、みなさんの研究に必ずお役に立てると信じている。
 本書は、現在、ナノ粒子の調製、利用の各分野 の第一線でご活躍されているさまざまな分野の研究者のみなさんにご執筆いただいた玉稿をまとめたものであり、学際的、分野横断的な内容を特徴としている。 執筆者の先生方には、お忙しいところ時間を割いていただきました。心より御礼申し上げます。

米澤 徹
2007年12月

執筆者一覧(執筆順)
  米澤 徹  東京大学 大学院理学系研究科 化学専攻 准教授
隅山兼治  名古屋工業大学 大学院ながれ領域 物質工学専攻 教授
鳥越幹二郎 東京理科大学 総合研究機構 界面科学研究部門 ポストドクトラル研究員
酒井秀樹  東京理科大学 理工学部 工業化学科 准教授
阿部正彦  東京理科大学 理工学部 工業化学科 教授
新留康郎  九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 准教授
川崎英也  関西大学 化学生命工学部 化学・物質工学科 准教授
村松淳司  東北大学 多元物質科学研究所 多元ナノ材料研究センター 教授
蟹江澄志  東北大学 多元物質科学研究所 多元ナノ材料研究センター 助教
島田敏宏  東京大学 大学院理学系研究科 化学専攻 准教授
B.JEYADEVAN 東北大学 大学院環境科学研究科 教授
白幡直人  (独)物質・材料研究機構 ナノセラミックスセンター 微粒子プロセスグループ 主任研究員
和田雄二  東京工業大学 大学院理工学研究科 応用化学専攻 教授
小山宗孝  京都大学 大学院工学研究科 准教授
佐藤井一  兵庫県立大学 大学院物質理学研究科 助教
佃 達哉  北海道大学 触媒化学研究センター 触媒基礎研究部 教授
尾上 順  東京工業大学 原子炉工学研究所 物質工学部門 准教授
目 義雄  (独)物質・材料研究機構 ナノセラミックスセンター センター長
山中淳平  名古屋市立大学 大学院薬学研究科 創薬生命科学専攻 准教授
本多正樹  名古屋大学 大学院工学研究科 物質制御工学専攻 博士課程
竹岡敬和  名古屋大学 大学院工学研究科 物質制御工学専攻 准教授
関 隆広  名古屋大学 大学院工学研究科 物質制御工学専攻 教授
小川一文  香川大学 工学部 材料創造工学科 教授
栗原一真  (独)産業技術総合研究所 近接場光応用工学研究センター 研究員
中野隆志  (独)産業技術総合研究所 近接場光応用工学研究センター スーパーレンズテクノロジー研究チーム長
安藤昌儀  (独)産業技術総合研究所 関西センター 光技術研究部門 主任研究員
村瀬至洋 (独)産業技術総合研究所 関西センター 光技術研究部門 主任研究員
合田秀樹  荒川化学工業 光電子材料事業部 研究開発部 HBグループリーダー
小林駿介 山口東京理科大学 基礎工学部 電子・情報工学科 教授 , 液晶研究所 所長;
       (有)ナノオプト研究所 取締役
戸嶋直樹 山口東京理科大学 基礎工学部 物質・環境工学科 教授 ,先進材料研究所 所長; 
       (有)ナノオプト研究所 取締役
高頭孝毅 山口東京理科大学 基礎工学部 電子・情報工学科 教授; (有)ナノオプト研究所 技術顧問
木練 透  山口東京理科大学 基礎工学部 物質・環境工学科 准教授; (有)ナノオプト研究所 技術顧問
見山友裕 山口東京理科大学 基礎工学部 電子・情報工学科 准教授; (有)ナノオプト研究所 技術顧問
酒井吉雄 山口東京理科大学 基礎工学部 一般・基礎教育 教授 ;(有)ナノオプト研究所 技術顧問
藤田剛二 (有)ナノオプト研究所 代表取締役
内田武吉  (独)産業技術総合研究所 計測標準研究部門 音響振動科 音響超音波標準研究室 研究員
前之園信也  北陸先端科学技術大学院大学 マテリアルサイエンス研究科 准教授
長澤 浩  潟iノサポート 技術開発本部長
石橋秀夫  日本ペイント ファインプロダクツ事業部 開発部
新留琢郎  九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 准教授
馬場嘉信  名古屋大学 大学院工学研究科 化学・生物工学専攻 教授 ;
       (独)産業技術総合研究所 健康工学研究センター 副センター長
石川 満  (独)産業技術総合研究所 健康工学研究センター チーム長
大庭英樹  (独)産業技術総合研究所 九州センター 主任研究員
赤木隆美  大阪大学 大学院工学研究科 応用化学専攻; (独)科学技術振興機構 研究員
明石 満  大阪大学 大学院工学研究科 応用化学専攻 教授
辻本広行  潟zソカワ粉体技術研究所 美容科学研究所 所長
江口 優  マグナビート 診断材料部 研究第二課 主任研究員
平川和貴  静岡大学 工学部 共通講座(化学) 准教授
白石幸英  山口東京理科大学 基礎工学部 物質・環境工学科 准教授
山本健司  テイカ(株) 岡山研究所 第2グループマネージャー
湯浅 真  東京理科大学 理工学部 工業化学科 教授
丸山 充  鞄津製作所 応用技術部
荒井重勇  名古屋大学 エコトピア科学研究所 超高圧電子顕微鏡施設

構成および内容

第1章 総論−ナノ粒子の創製と応用展開           米澤 徹
1 はじめに
2 ナノ粒子の創製
3 光ナノテクノロジーへの展開
4 ナノエレクトロニクスへの展開
5 配線材料・電極材料への応用展開
6 おわりに

第2章 ナノ粒子(クラスター)の合成と機能化
1 金属クラスター(ナノ粒子)合成法 ― 気相法        隅山謙治
1.1 はじめに
1.2 原料の気化
1.3 クラスター形成
1.4 クラスターの基板堆積初期過程
1.5 クラスター集合体形成
1.6 クラスター集合体の高密度化
1.7 クラスターの合金化と複合化
1.8 大量合成の方法
2 金属ナノ粒子の湿式調製法          鳥越幹二郎、酒井秀樹、阿部正彦
2.1 はじめに
2.2 小さな粒子を作る
2.3 粒子サイズを揃える 
2.4 粒子形状を制御する
2.4.1 棒状粒子 (ナノロッド, ナノワイヤー)
2.4.2 板状粒子 (ナノプレート)
2.4.3 立方体 (ナノキューブ)
2.4.4 その他の形状
3 金ナノロッドの合成と構造                 新留康郎
3.1 はじめに
3.2 金ナノロッドの合成
3.3 金ナノロッドの構造
3.4 金ナノロッドの分光特性
3.5 おわりに
4 金属形状制御 川崎英也
4.1 はじめに
4.2 金属ナノ粒子の形状を決める因子
4.3 ナノキューブ
4.4 ナノロッド・ナノワイヤー
4.5 ナノチューブ
4.6 ナノプレート
4.7 おわりに
5 酸化物                     村松淳司 、蟹江澄志
5.1 はじめに
5.2 液相合成法
5.3 ゾル−ゲル法
5.4 ゲル−ゾル法
5.5 単分散チタニアナノ粒子合成
5.6 アンチモン酸鉄ナノ粒子合成
5.7 単分散ITO粒子合成
6 カルコゲナイド・ナノマテリアルの構造と物性        島田敏宏
6.1 はじめに
6.2 四面体配位・金属カルコゲナイド由来のナノマテリアル
6.2.1 歴史的経緯
6.2.2 四面体配位・金属カルコゲナイドナノクラスターの合成法
6.2.3 多層構造
6.2.4 物性と応用
6.2.5 ナノワイヤ
6.3 層状金属カルコゲナイド由来のナノマテリアル
6.3.1 層状金属カルコゲナイド
6.3.2 ナノクラスター
6.3.3 ナノワイヤ・ナノチューブ
6.3.4 表面上の単一層クラスター
6.4 まとめと展望
7 高保磁力酸化物・合金磁性ナノ粒子の合成と物性      B.JEYADEVAN
7.1 はじめに
7.2 高保磁力酸化物磁性ナノ粒子の合成・物性
7.2.1 コバルトフェライトナノ粒子の合成
7.3 高保磁力合金ナノ粒子の合成・物性
7.3.1 FePtナノ粒子の合成
7.4 まとめ
8 シリコンナノ結晶粒子                  白幡直人
8.1 はじめに
8.2 水素終端化シリコンと量子サイズ効果
8.3 結晶表面の有機単分子修飾
8.4 おわりに
9 マイクロ波駆動化学を用いた金属ナノ粒子合成       和田雄二
9.1 マイクロ波駆動化学
9.2 マイクロ波加熱の原理と特徴
9.3 ナノ粒子合成に適用したときに期待できる特徴
9.4 今までどのようなナノ粒子が合成されたか
9.5 私たちが明らかにした精密制御合成
9.5.1 粒径ならびに粒径分布の精密制御―銀ナノ粒子合成
9.5.2 還元しにくい金属のナノ粒子合成―銅ナノ粒子合成
9.5.3 ナノハイブリッド粒子合成―銅シェル@銀コア構造ナノ粒子合成
9.6 マイクロ波照射下における均一ナノ粒子発生―ラマン分光による直接観察
9.7 おわりに
10 酸化インジウムスズ(ITO)             小山宗孝
10.1 はじめに
10.2 架橋試薬を用いた金属ナノ粒子のITO表面への固定化
10.3 種核成長法による金属ナノ粒子のITO表面での構造成長
10.4 種核成長法によって作製した金属ナノ粒子固定化ITO電極の電気化学測定への応用
10.5 種核成長法によって作製した金属ナノ粒子固定化ITO電極の光学測定への応用
10.6 化学還元法による白金ナノ粒子の固定化
10.7 おわりに

第3章 ナノ粒子のエレクトロニクス・フォトニクスへの応用
1 シリコンナノ粒子の性質と応用            佐藤井一
1.1 はじめに
1.2 光学的性質
1.3 表面単分子層形成
1.4 今後の課題と将来への期待
2 原子数を制御した金属ナノ粒子・クラスター      佃 達哉
2.1 はじめに
2.2 合成法
2.3 研究事例
2.3.1 チオール保護金クラスターの魔法組成
2.3.2 魔法組成の起源
2.3.3 Cluster-of-clusterの合成
2.3.4 表面修飾による機能化
2.4 おわりに
3 フラーレンを用いたレジスト材料            尾上 順
3.1 はじめに
3.2 フォトレジスト
3.3 電子ビームレジスト
3.4 おわりに
4 電子セラミックス                   目 義雄
4.1 はじめに
4.2 積層コンデンサ
4.3 ナノ粒子の作製
4.4 粒子サイズの影響
4.5 おわりに
5 コロイド結晶とその光学材料への応用           山中淳平
5.1 はじめに
5.2 結晶化の原理
5.2.1 分散系の安定性
5.2.2 非荷電コロイド系
5.2.3 荷電コロイド系
5.3 制御された結晶化
5.3.1 せん断配向
5.3.2 塩基拡散による一方向成長
5.3.3 加熱による一方向成長
5.4 コロイド結晶の固定
5.5 おわりに
6 コロイド結晶を利用した構造色センサー   本多正樹、竹岡敬和、関 隆広
6.1 はじめに
6.2 色とは
6.3 コロイド結晶
6.4 コロイド結晶の構造の保持
6.5 センサーとしての応用
6.6 新たなセンサーシステム
6.7 おわりに
7 ナノ粒子の積層と反射防止膜への応用            小川一文
7.1 はじめに
7.2 単層粒子膜の作製と評価
7.2.1 単層粒子膜の作製原理
7.2.2 反応性単分子膜および単層粒子膜の作製
7.2.3 反応性単分子膜および単層粒子膜の評価
7.2.4 単層粒子膜のSEM評価
7.3 反射防止膜としての可能性
7.4 まとめ
8 ナノ粒子を使った金型作製による反射防止レンズの
安価な生産技術                   栗原一真、中野隆志
8.1 はじめに
8.2 ナノ構造による反射防止機能
8.3 金属微粒子による金型作製
8.4 おわりに
9 半導体ナノ粒子を分散したガラス蛍光体        安藤昌儀、村瀬至生
9.1 はじめに
9.2 半導体ナノ粒子蛍光体の特徴
9.3 溶液中における半導体ナノ粒子の形成過程
9.4 溶液法による半導体ナノ粒子の合成
9.4.1 水分散性の緑色−赤色発光CdTeナノ粒子の合成
9.4.2 水分散性の青色発光ZnSe系ナノ粒子の合成
9.5 単一粒子分光
9.6 半導体ナノ粒子を分散したガラス蛍光体
9.6.1 バルクガラス蛍光体
9.6.2 ガラス薄膜蛍光体
9.6.3 ガラスビーズ蛍光体
9.7 おわりに
10 有機・無機ハイブリッド               合田秀樹
10.1 はじめに
10.2 ゾル−ゲルハイブリッド
10.3 分子ハイブリッドの分子設計
10.4 異なった性質を持つ2種類のシリカ
10.5 融けないプラスチック−エポキシ樹脂系ハイブリッド
10.6 強靭な樹脂−フェノール樹脂系ハイブリッド
10.7 無電解めっき可能なイミド(イミド系ハイブリッド)

11 情報ディスプレイ         小林駿介、戸嶋直樹、高頭孝毅、木練 透、
見山友裕、酒井吉雄、藤田剛二
11.1 はじめに
11.2 情報ディスプレイの分類とナノ粒子
11.3 ナノ粒子の分類
11.4 ナノ蛍光体
11.5 液晶ディスプレイ(LCD)におけるナノ粒子の利用
11.6 おわりに
12 超音波照射によるナノダイヤモンド微粒子の分散と表面改質   内田武吉
12.1 はじめに
12.2 実験システム
12.3 実験条件の検討
12.4 実験結果
12.4.1 水槽内の音場測定
12.4.2 ナノダイヤモンド微粒子の分散および表面改質
12.5 まとめ

第4章 ナノ粒子の記録材料・色材・マイクロファブリケーションへの応用
1 磁気記録媒体                     前之園信也
1.1 はじめに
1.2 FCC-FePtナノ粒子の合成
1.3 孤立状態のL10-FePtナノ粒子の合成
1.4 おわりに
2 金属ナノ粒子を用いたマイクロファブリケーション     長澤 浩
2.1 はじめに
2.2 金属ナノ粒子
2.3 金属ナノ粒子を用いるマイクロファブリケーション
2.4 生産技術におけるマイクロファブリケーションの意義
2.5 配線技術とマイクロ接合におけるマイクロファブリケーション
2.6 金属ナノ粒子インクについて
2.7 印刷技術(インク配置技術)
2.8 金属ナノ粒子を用いるマイクロファブリケーションの意義
3 金属ナノ粒子の色材・意匠材料への応用         石橋秀夫
3.1 はじめに
3.2 金ナノ粒子の発色のメカニズム
3.3 金属ナノ粒子の調製法
3.4 金ナノ粒子の高耐熱性赤色着色剤としての応用
3.5 金、銀ナノ粒子の塗料用着色材料としての応用
3.6 複合金属ナノ粒子の開発による色域の拡大
3.7 金属ナノ粒子の塗布により得られる金属調意匠
3.8 複合金属ナノ粒子による高意匠の発現(リクルゴス酒杯の意匠の再現)
3.9 おわりに

第5章 ナノ粒子のバイオ・医療材料への応用
1 医療材料としての金ナノ粒子               新留琢郎
1.1 はじめに
1.2 イムノクロマトグラフィーのための赤色素としての利用
1.3 バイオイメージングのための造影剤としての利用
1.3.1 光散乱イメージング
1.3.2 光吸収イメージング
1.4 フォトサーマル治療
1.5 フォトサーマルDDS
1.6 金ナノ粒子による遺伝子デリバリー
1.7 おわりに
2 ナノバイオセンサー          馬場嘉信、石川 満、大庭英樹
2.1 はじめに
2.2 半導体ナノ粒子(量子ドット)と金属ナノ粒子のセンサー(光学)特性
2.3 量子ドット・金属ナノ粒子によるバイオアッセイ
2.4 量子ドット・金属ナノ粒子による細胞内・動物内分子イメージング
2.5 量子ドット・金属ナノ粒子によるがん診断・治療融合技術への展開
2.6 おわりに
3 抗レトロウイルスワクチン            赤木隆美、明石 満
3.1 はじめに
3.2 高分子ナノ粒子の合成
3.3 ワクチンとは
3.4 HIVワクチンの現状
3.5 ナノ粒子ワクチン
3.6 おわりに
4 PLGAナノ粒子配合機能性化粧品             辻本広行
4.1 はじめに
4.2 PLGAナノ粒子の製法とコンポジット化
4.2.1 PLGAナノ粒子の製法
4.2.2 PLGAナノ粒子のコンポジット化による形態安定化処理
4.3 PLGAナノ粒子の安全性
4.4 PLGAナノ粒子の機能性とスキンケア技術への応用
4.4.1 PLGAナノ粒子の皮膚浸透性とその二次効果
4.4.2 化粧品用PLGAナノコンポジット粒子の例
4.5 PLGAナノ粒子のスキンケア、スカルプケア・育毛技術
4.5.1 スキンケア技術
4.5.2 スカルプケア・育毛技術の開発
4.6 おわりに
5 熱応答性磁性ナノ粒子のバイオ領域への応用       江口 優
5.1 はじめに
5.2 熱応答性磁性ナノ粒子
5.3 熱応答性磁性ナノ粒子へのリガンドの固定化
5.4 熱応答性磁性ナノ粒子の医療診断応用 
5.5 将来展望
6 活性酸素除去                     平川和貴
6.1 はじめに
6.2 活性酸素とは
6.2.1 スーパーオキシドラジカルアニオン
6.2.2 過酸化水素
6.2.3 ヒドロキシルラジカル
6.2.4 一重項酸素
6.3 活性酸素によるDNA損傷と発がん
6.4 貴金属ナノ微粒子
6.5 白金ナノ微粒子による活性酸素除去
6.6 コア−シェル型二元金属ナノ微粒子による活性酸素除去
6.7 おわりに
7 ナノ粒子触媒                     白石幸英
7.1 はじめに
7.2 単独金属ナノ粒子触媒
7.2.1 合 成
7.2.2 水素化触媒作用
7.2.3 酸化触媒作用
7.3 多元金属ナノ粒子触媒
7.3.1 貴金属・遷移金属二元金属ナノ粒子の合成と触媒作用
7.3.2 貴金属二元金属ナノ粒子触媒の合成
7.3.3 貴金属二元金属ナノ粒子の触媒作用
7.4 おわりに

第6章 ナノ粒子のエネルギー・環境材料への応用
1 光触媒用酸化チタン                  山本健司
1.1 はじめに
1.2 光触媒機構
1.3 市場および用途
1.4 光触媒酸化チタンの形態
1.4.1 酸化チタン粉体
1.4.2 チタニアゾル
1.4.3 酸化チタンコーティング剤
1.5 評価方法
1.6 光触媒製品
1.7 今後の課題
2 燃料電池触媒                     湯浅 真
2.1 はじめに
2.2 白金系触媒担持カーボンと金属錯体触媒修飾カーボン
2.3 コバルトポルフィリン錯体修飾カーボン(CoP/C)
2.4 コバルト-ポリピロール錯体修飾カーボン(CoPPy/C)
2.5 おわりに

第7章 ナノ粒子・微粒子の評価
1 ナノ粒子の物性評価                  丸山 充
1.1 はじめに
1.2 粒子径分布
1.2.1 粒子径分布測定手法
1.2.2 レーザ回折・散乱法
1.2.3 動的光散乱法(DLS)
1.3 比表面積・細孔分布
1.3.1 ガス吸着法
1.3.2 水銀圧入法
1.3.3 ガス吸着法と水銀圧入法の比較
2 電子顕微鏡による微粒子のその場観察         荒井 重勇
2.1 はじめに
2.2 ナノ微粒子のその場観察
2.3 自動車排気ガス用触媒のその場観察
2.4 電子顕微鏡による結晶構造像

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