フロンティアテクノシリーズNo.11
有機・無機・金属ナノチューブ
     −非カーボンナノチューブ系の最新技術と応用展開 -
編 集: 清水敏美  産業技術総合研究所 界面ナノアーキテクトニクス研究センター センター長
            木島 剛  宮崎大学 工学部物質環境化学科 教授
ISBN978-4-902410-14-3
■体裁/B5判・317頁 ■価格/59,400円 (本体55,000円+税) ■発行/2008年3月
刊行のねらい

   1991年、飯島澄男博士は電子顕微鏡下で炭素原子から なる筒状物質を発見し、カーボンナノチューブと命名しました。以来、世界各国で、カーボンナノチューブに関する基礎から応用・開発にわたる戦略的研究が強 力に推進されています。ナノチューブと言えば誰もがカーボンナノチューブを思い出すほど身近で、かつナノテクノロジーを代表するキーワードの一つとなって います。
   一方、1990年代初頭のメソポーラスシリカの発見とそれに続くメソ多孔体の研究は、チタニアナノチューブをはじめ、酸化物系、硫化物系、窒化物系、金 属系など各種の非カーボン系ナノチューブを産みだしました。さらに、両親媒性分子が水中で自己集合してできる脂質ナノチューブはカーボンナノチューブ発見 の7年前、1984年に見つかっています。1990年に米国物理学会の特別シンポジウムで異分野の研究者が一堂に集まり脂質ナノチューブの産業応用に関し て研究討議が行われたことは、非常に興味深い歴史を物語っています。今や、有機溶媒中で自己集積性分子からなるナノチューブ構造体が大量に得られる時代を 迎えています。こうして、現在では主だった元素や物質のすべてでナノチューブが合成されていると言っても過言ではありません。ところが、カーボンナノ チューブの特性や応用に関しては百種類を超える出版物が発行されているのに対し、それ以外のナノチューブを包括的かつ系統的に扱った成書はほとんど見あた りません。その意味で、本書はそれらナノチューブを網羅した我が国初めての成書といえます。
   本書では、フラーレンナノチューブやグラフェン系ナノチューブを含めて、いわゆるカーボンナノチューブの範疇に属さない有機・無機・金属ナノチューブを 対象とし、国内でも有数のナノチューブ研究者に各種ナノチューブ材料の現状と展望、あるいは応用展開に関する執筆をお願いいたしました。第T編はナノ チューブ材料に関する総説であり、第1章では、カーボンナノチューブを除いた有機・高分子系ナノチューブ、および無機・金属系ナノチューブの現状と展望 を、第2章では先行するカーボンナノチューブの現状と展望について述べています。第U編では有機・高分子系ナノチューブを取り上げ、第3章で脂質ナノ チューブの最新技術と応用を、第4章では高分子系ナノチューブの合成と応用について述べています。第V編では無機・金属系ナノチューブを取り上げ、酸化物 系の中でも応用を含めた研究例の多いチタニア系ならびにケイ酸塩と水のナノチューブについては各々独立の章として扱い、第5章以降第11章までの各章で、 チタニア系、酸化物、ケイ酸塩、非酸化物、炭素系、金属、および水の各ナノチューブの合成と応用について述べています。第W編(第12章)はナノチューブ 材料の設計と評価に関するトピックスであり、非カーボンナノチューブ系の設計・計測評価・マニュピレーションを取り上げています。いずれの章も異分野の方 にも理解できるように執筆をいただきました。まさに、この本一冊で現在知られている全てのナノチューブ材料が総覧できる構成となっています。
清水敏美    木島  剛
2008年2 月

執筆者一覧(執筆順)

  清 水 敏 美  (独)産業技術総合研究所 界面ナノアーキテクトニクス研究センター 研究センター長 
木 島  剛   宮崎大学 工学部 物質環境化学科 教授
湯 村 守 雄  (独)産業技術総合研究所 ナノカーボン研究センター 主幹研究員
畠  賢 治   (独)産業技術総合研究所 ナノカーボン研究センター ナノカーボンチーム チーム長
斉 藤  毅   (独)産業技術総合研究所 ナノカーボン研究センター 研究員
亀 田 直 弘  (独)産業技術総合研究所 界面ナノアーキテクトニクス研究センター 高軸比ナノ構造組織化チーム 研究員
増 田 光 俊  (独)産業技術総合研究所 界面ナノアーキテクトニクス研究センター 高軸比ナノ構造組織化チーム 主任研究員
小木曽真樹  (独)産業技術総合研究所 界面ナノアーキテクトニクス研究センター 高軸比ナノ構造組織化チーム 研究員
浅 川 真 澄  (独)産業技術総合研究所 界面ナノアーキテクトニクス研究センター 高軸比ナノ構造組織化チーム 主任研究員
野村慎一郎  東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 有機材料分野 特任講師
秋 吉 一 成  東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 有機材料分野 教授
周     勇 (独)科学技術振興機構 ERATO-SORST 博士研究員
原 田  明   大阪大学 大学院 理学研究科 高分子科学専攻 教授
沼 田 宗 典  立命館大学 総合理工学研究機構 准教授
新 海 征 治  九州大学 大学院 工学研究院 応用化学部門 教授 
小 松 晃 之  早稲田大学 理工学術院 総合研究所 理工学研究所 准教授;(独)科学技術振興機構 さきがけ研究員
関 野  徹   東北大学 多元物質科学研究所 化学プロセス設計研究分野 准教授
小 柳 嗣 雄  触媒化成工業梶@新規事業研究所 所長
宮 内 雅 浩  (独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 ナノ構造制御マテリアルグループ 主任研究員
徳 留 弘 優  東陶機器梶@総合研究所 基礎研究部 研究員
春 日 智 子  中部電力梶@技術開発本部 エネルギー応用研究所 環境技術グループ 研究主査
山 中 伸 介  大阪大学 大学院 工学研究科 環境・エネルギー工学専攻 教授 
板 東 義 雄  (独)物質・材料研究機構 フェロー,若手国際研究拠点 センター長
末 光 眞 希  東北大学 学際科学国際高等研究センター ナノ知能システム研究分野 教授
阿 部 俊 三  東北工業大学 工学部 知能エレクトロニクス学科 准教授
矢 田 光 徳  佐賀大学 理工学部 機能物質化学科 准教授 
馮     旗  香川大学 工学部 材料創造工学科 教授 
井 上 侑 子  佐賀大学 大学院 工学系研究科 博士後期課程 
馬  仁 志   (独)物質・材料研究機構 ナノスケール物質センター ソフトイオニクスグループ 主任研究員  
佐々木高義  (独)物質・材料研究機構 ナノスケール物質センター センター長
英  謙 二   信州大学 大学院 総合工学系研究科 教授 
荻 原 仁 志  東京工業大学 大学院 理工学研究科 物質科学専攻 助教
定 金 正 洋  北海道大学 触媒化学研究センター 機能材料設計分野 助教
上 田  渉   北海道大学 触媒化学研究センター 機能材料設計分野 教授
鈴 木 正 哉  (独)産業技術総合研究所 地圏資源環境研究部門 地下環境機能研究グループ 主任研究員
犬 飼 恵 一  (独)産業技術総合研究所 サステナブルマテリアル研究部門 メソポーラスセラミックス研究グループ 主任研究員
高 原  淳   九州大学 先導物質化学研究所 分子集積化学部門 教授 
山 本 和 弥  九州大学 先導物質化学研究所 分子集積化学部門 特任助教 
Daewon Sohn  Hanyang University Department of Chemistry 教授
Dmitri Golberg (独)物質・材料研究機構 ナノスケール物質センター ナノ物質創製・評価グループ グループリーダー 
大 谷 槻 男  岡山理科大学 理学部 化学科 教授
福 島 孝 典  (独)科学技術振興機構 ERATO-SORST ナノ空間プロジェクト グループリーダー
山 本 洋 平  (独)科学技術振興機構 ERATO-SORST ナノ空間プロジェクト 研究員
相 田 卓 三  東京大学 大学院 工学系研究科 化学生命工学専攻 教授;
(独)科学技術振興機構 ERATO-SORST ナノ空間プロジェクト 総括責任者 
宮 澤 薫 一  (独)物質・材料研究機構 ナノ物質ラボ フラーレン工学グループ グループリーダー
魚 田 将 史  宮崎大学 工学部 物質環境化学科 研究員
藤 川 大 輔  宮崎大学 工学部 物質環境化学科 研究員
益 田 秀 樹  首都大学東京 大学院 都市環境科学研究科 環境調和・材料化学専攻 教授
西 尾 和 之  首都大学東京 大学院 都市環境科学研究科 環境調和・材料化学専攻 准教授
中 川  勝   東京工業大学 資源化学研究所 集積分子工学部門 准教授
真 庭  豊   首都大学東京 都市教養学部 教授 
片 浦 弘 道  (独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 自己組織エレクトロニクスグループ グループ長
南 川 博 之  (独)産業技術総合研究所 界面ナノアーキテクトニクス研究センター 高軸比ナノ構造組織化チーム 主任研究員
古 沢  浩   高知工科大学 ナノ創製センター 准教授
新 井 史 人  東北大学 大学院 工学研究科 バイオロボティクス専攻 教授 
遠 藤 稔 明  名古屋大学 大学院 工学研究科 マイクロ・ナノシステム工学専攻
野 川 晃 佑  名古屋大学 大学院 工学研究科 マイクロ・ナノシステム工学専攻 修士課程
福 田 敏 男  名古屋大学 大学院 工学研究科 マイクロ・ナノシステム工学専攻 教授
神 谷 昌 子  (独)産業技術総合研究所 界面ナノアーキテクトニクス研究センター 高軸比ナノ構造組織化チーム 研究員
長谷川  彰  住友化学梶@筑波研究所 主任研究員
Pedro Costa  (独)物質・材料研究機構 ナノスケール物質センター ナノ物質創製・評価グループ ポスドク研究員
三 留 正 則  (独)物質・材料研究機構 ナノスケール物質センター ナノ物質創製・評価グループ 主幹研究員


構成および内容
第T編 ナノチューブ総説                           
第1章 非カーボンナノチューブ系の現状と展望 
1  有機・高分子ナノチューブ                                清水敏美
1.1 はじめに
1.2 10nm径のナノチューブ
1.3 脂質ナノチューブとカーボンナノチューブの歴史的な背景
1.4 有機・高分子系ナノチューブの製造法
1.5 ナノ鋳型としての利用とハイブリッド化
1.6 機械的物性と中空シリンダーの特性
1.7 包接機能とナノバイオ応用
1.8 おわりに
2  無機・金属ナノチューブ                                  木島  剛
2.1 はじめに
2.2 無機・金属ナノチューブの構造および生成経路の類型
2.3 構造・寸法・合成経路からみた無機・金属ナノチューブの特徴
2.4 無機・金属ナノチューブの応用
2.5 おわりに

第2章 カーボンナノチューブの現状と展望               湯村守雄、畠 賢治、斉藤 毅
1 はじめに
2 カーボンナノチューブの種類と特徴
3 カーボンナノチューブの合成法
3.1 直噴熱分解法(DIPS法)
3.2 スーパーグロース法
4 おわりに

第U編 有機・高分子系ナノチューブ
第3章 脂質ナノチューブの合成と応用
1 非対称型内外表面をもつ脂質ナノチューブと包接機能            亀田直弘、増田光俊
1.1 はじめに
1.2 くさび形脂質が形成する非対称ナノチューブ
1.3 非対称ナノチューブの包接機能
1.4 非対称ナノチューブの表面修飾による機能化
1.5 包接現象のリアルタイム観察
1.6 チューブ状包接空間での拡散挙動とその特徴
2 金属配位型脂質ナノチューブの合成と応用                          小木曽 真樹
2.1 はじめに
2.2 金属配位型脂質ナノチューブの合成
2.3 金属配位型脂質ナノチューブの構造
2.4 金属配位型脂質ナノチューブの応用
3 脂質ナノチューブの大量製造と技術展開                          浅川真澄
3.1 はじめに
3.2 分子設計・合成
3.3 大量製造法
3.4 シクロデキストリンとリポソーム
3.5 包接機能と包埋機能
3.6 安全性
3.7 将来展望
4 ナノチューブ−リポソームネットワーク                       野村 慎一郎、秋吉一成
4.1 はじめに
4.2 自発的なナノチューブ−ベシクルネットワーク生成
4.3 マニピュレーションによるナノチューブ−ベシクルネットワーク
4.4 おわりに
5 脂質ナノチューブを利用したハイブリッドナノチューブの調製           清水敏美、周 勇
5.1 はじめに
5.2 ナノ鋳型としての特徴とハイブリッド化
5.3 内外表面を鋳型として利用した機能性ナノチューブ
5.4 内外表面を利用した多層ハイブリッドナノチューブ
5.5 膜壁を利用したナノコンポジット系ナノチューブ
5.6 外表面の形態や分子パッキングを反映したらせん状無機ナノ構造体
5.7 中空シリンダー内に制約されたナノ粒子配列
5.8 おわりに

第4章 高分子系ナノチューブの合成と応用                       
1 シクロデキストリンナノチューブの合成と応用                           原田 明
1.1 はじめに
1.2 分子ナノチューブの設計
1.3 シクロデキストリン分子チューブの設計
1.4 分子チューブの性質
1.5 疎水性チューブの合成
1.6 おわりに
2 β-1,3-グルカン系多糖高分子を用いた一次元シリンダーホスト           沼田宗典,新海征治
2.1 はじめに
2.2 β-1,3-グルカン/機能性高分子ナノコンポジットの創製
2.3 β-1,3-グルカン/機能性色素複合体ナノコンポジットの創製
2.4 一次元ホストから一次元反応場へ
2.5 β-1,3-グルカンへの部位特異的な化学修飾を利用した機能性一次元コンポジットの創製
2.6 今後の展望
3 交互積層法によるタンパク質ナノチューブの合成                         小松晃之
3.1 はじめに
3.2 多孔性膜を鋳型としたナノチューブの合成
3.3 アルブミンを用いた機能タンパク質の創製と応用
3.4 アルブミンからなる機能タンパク質ナノチューブの合成
3.5 タンパク質ナノチューブへの期待
4 汎用高分子ナノチューブの合成と応用                                木島 剛・・・・
4.1 はじめに
4.2 鋳型法による高分子多孔体の合成
4.3 鋳型法による汎用高分子ナノチューブの合成と応用
4.4 今後の展望

第V編 無機・金属系ナノチューブ
第5章 チタニア系ナノチューブの合成と応用
1 チタニアナノチューブの合成と機能化                                  関野 徹・・・・
1.1 はじめに
1.2 合成と基礎物性
1.3 ナノチューブの機能
1.4 チタニアナノチューブの将来展望
2 チタニアナノチューブの合成と構造解析およびその応用                      小柳嗣雄
2.1 はじめに
2.2 チタニアナノチューブ(TNT)の合成
2.3 チタニアナノチューブ(TNT)の構造解析
2.4 チタニアナノチューブの応用例
3 チタニアナノチューブの薄膜化と応用                              宮内雅浩,徳留弘優
3.1 はじめに
3.2 交互吸着法によるナノチューブ薄膜とその応用
3.3 垂直方向に配向したナノチューブ薄膜とその応用
3.4 おわりに
4 チタニアナノチューブの生体材料への応用                                春日智子
4.1 はじめに
4.2 セラミックスの生体材料への応用
4.3 Ca2+イオンドープチタネートナノチューブの合成
4.4 Ca-TNTの生体親和性
4.5 Ti金属を用いたナノチューブ合成
4.6 おわりに
5 チタニアナノホールアレイの創製と応用                                  山中伸介
5.1 はじめに
5.2 生成機構と諸物性
5.3 リチウムイオン電池の電極応用
5.4 おわりに

第6章 酸化物ナノチューブの合成と応用
1 酸化物ナノチューブの合成とナノ温度計への応用                          板東義雄
1.1 はじめに
1.2 ナノ温度計とは
1.3 酸化物ナノチューブの創製とそのナノ温度計への応用
1.4 おわりに                    
2 酸化モリブデン・ナノチューブの合成と応用                           末光真希、阿部俊三
2.1 はじめに
2.2 燃焼炎法による酸化モリブデン・ナノチューブの合成
2.3 酸化モリブデン・ナノチューブにおけるラジカルの寄与
3 希土類化合物ナノチューブの合成と物性                                矢田光徳
3.1 はじめに
3.2 均一沈殿法により生成する希土類化合物ナノチューブの合成と特性
3.3 水熱法を利用した希土類水酸化物及び希土類酸化物ナノチューブの合成と特性
3.4 りん酸セリウムナノチューブの合成と青色発光
3.5 希土類フッ化物ナノチューブ
3.6 陽極酸化アルミナを鋳型とした希土類酸化物ナノチューブの合成
3.7 カーボンナノチューブを鋳型とした希土類酸化物ナノチューブの合成と特性
3.8 おわりに
4 マンガン酸化物ナノチューブの合成と応用                                馮  旗
4.1 はじめに
4.2 マンガン酸化物単結晶ナノチューブ
4.3 マンガン酸化物多結晶ナノチューブ
4.4 おわりに
5 酸化ジルコニウム・酸化ルテニウムナノチューブの合成と特性                 矢田光徳、井上侑子
5.1 酸化ジルコニウムナノチューブ
5.2 酸化ルテニウムナノチューブ
6 酸化物ナノシートのナノチューブへの変換                            馬 仁志,佐々木高義
6.1 ナノシートとナノチューブ
6.2 層状酸化物の剥離反応過程におけるナノシートのナノチューブへの自発的ローリングアップ
6.3 ソフト化学処理によるナノシート/ナノチューブ変換
6.4 おわりに
7 ゾル・ゲル法による酸化ケイ素・酸化タンタル・酸化バナジウム・酸化ニオブナノチューブの合成と応用  英  謙二
7.1 はじめに
7.2 ゲル化剤の働き
7.3 ゾル・ゲル重合によるシリカナノチューブの合成
7.4 チタニアナノチューブ,酸化タンタルナノチューブの合成
7.5 酸化バナジウムナノチューブの合成
7.6 酸化ニオブナノチューブの合成
7.7 おわりに
8 複合酸化物ナノチューブの合成と応用                             荻原仁志,定金正洋,上田  渉
8.1 複合酸化物
8.2 これまでの複合酸化物ナノチューブ合成法
8.3 カーボンナノファイバーをテンプレートに用いた複合酸化物ナノチューブ合成
8.4 テンプレート法を利用したナノ・マクロ構造体材料の合成
8.5 ナノ・マクロ構造体の触媒への応用
8.6 おわりに

第7章 ケイ酸塩ナノチューブの合成と応用
1 イモゴライトナノチューブの合成と応用                                 鈴木正哉、犬飼恵一
1.1 はじめに
1.2 イモゴライトの合成
1.3 イモゴライトの応用
1.4 おわりに
2 イモゴライトナノチューブの構造・特長とポリマーナノコンポジットへの応用      高原  淳、山本和弥、SOHN Daewon
2.1 はじめに
2.2 イモゴライトの構造と性質
2.3 イモゴライトの表面化学修飾と薄膜化
2.4 イモゴライトを用いたポリマーハイブリッド
2.5 イモゴライトを用いたハイブリッドゲル
2.6 おわりに


第8章 非酸化物ナノチューブの合成と応用
1  窒化ホウ素ナノチューブの合成と性質                              板東義雄,Dmitri Golberg
1.1 はじめに
1.2 高純度合成法の開発
1.3 ナノチューブ内への金属の注入
1.4 BNナノチューブの構造
1.5 BNナノチューブの特性
1.6 BNナノチューブとポリマーナノ複合膜作製
1.7 おわりに
2  カルコゲナイドナノチューブの創製                                   大谷槻男
2.1 はじめに
2.2 層状遷移金属ダイカルコゲナイド(MCh2)
2.3 カルコゲナイドナノチューブ(ChNT)

第9章 炭素系ナノチューブの合成と応用
1 グラフェン系ナノチューブの構築と機能                            福島孝典,山本洋平,相田卓三
1.1 はじめに
1.2 自己組織化グラファイトナノチューブの形成
1.3 一方巻きヘリカルキラリティを有するグラファイトナノチューブの形成
1.4 光電導性グラファイトナノチューブ
1.5 アニオン捕捉能を有する水分散性グラファイトナノチューブ
1.6 おわりに
2 液−液界面析出法によるフラーレンナノチューブの合成と応用                宮澤薫一
2.1 はじめに
2.2 液−液界面析出法
2.3 フラーレンナノチューブの合成
2.4 おわりに

第10章 金属ナノチューブの合成と応用
1 貴金属ナノチューブの合成と応用                             木島 剛、魚田将史、藤川大輔
1.1 はじめに
1.2 卑金属ナノチューブの合成
1.3 固体鋳型法による貴金属ナノチューブの合成
1.4 分子鋳型法による貴金属ナノチューブの合成
1.5 貴金属ナノチューブの応用
1.6 おわりに
2 金属ナノホールアレイの創製と応用                             益田秀樹,西尾和之
2.1 はじめに
2.2 陽極酸化ポーラスアルミナを鋳型とする金属ナノホールアレイ
2.3 半導体ナノホールアレイの作製
2.4 高アスペクト比ナノホールアレイ
2.5 金属ナノホールアレイの応用
2.6 おわりに
3 磁性金属ナノチューブの合成と応用                               中川  勝
3.1 はじめに
3.2 無電解めっきによるニッケル含有ナノチューブの合成
3.3 異方導電性フィルム・異方導電シート
3.4 ナノチューブ配向型異方導電高分子シート
3.5 おわりに

第11章 水のナノチューブの合成と応用                            真庭 豊,片浦弘道
1 はじめに
2 水内包カーボンナノチューブ(H2O@CNT)
3 アイスナノチューブの形成
4 アイスナノチューブの計算機シミュレーション
5 水内包SWCNTの物性と応用

第W編 ナノチューブの設計・評価
第12章 非カーボンナノチューブ系の設計・計測評価・マニピュレーション
1 脂質ナノチューブの形成理論                                    南川博之
1.1 はじめに
1.2 導入:脂質分子の分子パッキングとその周辺
1.3 サーモトロピック液晶の弾性体理論と簡単な幾何
1.4 脂質ナノチューブ形成の代表的な理論:20年間の発展
1.5 まとめ及び今後の課題
2 脂質ナノチューブのナノ物性と計測                                古沢 浩
2.1 はじめに
2.2 光と電気による1本の操作と計測
2.3 曲げ弾性率の温度依存性
2.4 おわりに
3 脂質ナノチューブの三次元マニピュレーション    新井史人、遠藤稔明、野川晃佑、福田敏男、清水敏美、神谷昌子
3.1 はじめに
3.2 脂質ナノチューブの操作方法
3.3 光ピンセットによる非接触操作
3.4 マイクロマニピュレータによる機械的操作
3.5 おわりに
4 チタニアナノチューブの設計と合成                                長谷川 彰
4.1 はじめに
4.2 結晶構造モデルと電子構造モデル計算
4.3 ナノチューブの高機能化(導電性付与=低抵抗化)
4.4 酸化チタンの結晶構造と導電特性
4.5 チタニアナノチューブの合成
4.6 おわりに
5-A In-situ TEM electrical and mechanical probing of individual multi walled Boron Nitride nanotubes
Dmitri Golberg, Pedro M.F.J.Costa, 三留正則 ,板東義雄
5.1 Introduction
5.2 Electrical probing experiments
5.3 Mechanical probing of BN nanotubes
5.4 Summary
5-B 電子顕微鏡内での多層BNナノチューブの電気・機械特性のその場測定        (要約:木島 剛)
(「In-situ TEM electrical and mechanical probing of individual multi walled Boron Nitride nanotubes」要旨)
5.1 はじめに
5.2 電気測定
5.3 BNナノチューブの機械測定
5.4 まとめ
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