環境対応型セラミックスの技術と応用
Technologies and Applications of Environmentally-friendly Ceramics
[コードNo.2007T545]

■監修/ 野上正行(名古屋工業大学)
■体裁/ B5判 292ページ
■発行/ 2007年 1月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 68,250円(税込価格)

「セラミックス」の「メッカ」中部地域を中心に先端技術を集約!!
環境低負荷をテーマに、プロセス技術、ハイブリッド材料、応用技術を詳述!!

※ 本書籍はご試読頂けません ※

刊行のねらい
 その昔、大航海時代といわれたように、技術革命を成しえたヨーロッパはアメリカ、アフリカ、そしてアジアへと進出をしていった。また、その遠い将来、過飽和になった地球から他の星への大航海時代があるのであろうか。地球人口が増大する中、全ての人が今の日本人と同レベルの生活環境を維持するには、複数個の地球が必要とされているからである。しかし、答えはNOである。水と空気と太陽という環境を必要とする人間である以上、今の地球以外での存在はありえない。
 地球あっての社会であるとの観点で、環境問題を捉え、様々な議論・提案がなされている。なかでも工学には大きな責任がある。シーズとニーズの効率的な回転を目的とした工学・技術課題に環境というベクトルを組み込んだ新しい展開が必要である。ものづくりを標榜する工学において、この観点が最も重要である。
 様々なものづくり分野で、多くの提案がなされている。その中で、石器、土器、陶器、磁器と進化してきたセラミックスの分野で環境をその視点に捉えるのは、ごく自然な成りゆきである。地球構成物質を成型し直して生活の具にしていたのであるから。しかし、性能追求の観点から、毒性物質の偏析、性能発現のために高温焼成にともなうエネルギー消費とCOガスの大量放出、自然に返すことのできない廃棄物の発生など、多くの問題点を抱えている。オイルを原料にしたサイクルの短い技術を扱うのと異なり、まさに人類の歩みとともに発展させてきたセラミックスにあっては、この時期に発生させた問題点は、その時期に解決し、それに基づいた新しい展望を拓く必要がある。
 本書は、現在進められている環境調和なセラミックス材料とその技術を点検するという意味で、その分野の一線で活躍されている方々にまとめてもらったものである。最前線の材料・技術の現状を理解していただけるものと思う。しかし、前述した課題に対しては、まだまだ不足しており、今後より多くの研究者が、環境調和を軸にした材料開発に転換し、多くの提案と実施をしていただければと願う。その一歩として、本書を捕らえていただければ、編集者として本望である。
「まえがき」より抜粋
2006年11月 野上正行(名古屋工業大学)

執筆者一覧(執筆順)
野上正行名古屋工業大学 ながれ領域 物質工学専攻 教授
渡利広司(独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 先進焼結技術研究グループ グループリーダー
佐藤公泰(独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 先進焼結技術研究グループ 研究員
長岡孝明(独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 先進焼結技術研究グループ 主任研究員
尾崎利彦(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
明渡純(独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 集積加工研究グループ グループ長
渡邉友亮東京工業大学 応用セラミックス研究所 特任講師
吉村昌弘東京工業大学 応用セラミックス研究所 教授
幸塚広光関西大学 工学部 先端マテリアル工学科 教授
増田佳丈(独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 研究員
金村聖志首都大学東京 大学院都市環境科学研究科 環境調和・材料化学専攻 教授
高彦峰武蔵工業大学 総合研究所 助手
河本邦仁名古屋大学大学院 工学研究科 教授
柿本健一名古屋工業大学大学院 工学研究科 助教授
小村賢一岐阜大学 工学部 機能材料工学科 助手
杉義弘岐阜大学 工学部 機能材料工学科 教授
淡野正信(独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 機能モジュール化研究グループ グループ長
藤代芳伸(独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 機能モジュール化研究グループ 主任研究員
鈴木俊男(独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 機能モジュール化研究グループ 研究員
山口十志明(独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 機能モジュール化研究グループ 研究員
濱本孝一(独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 機能モジュール化研究グループ 産総研特別研究員
福田功一郎名古屋工業大学大学院 工学研究科 物質工学専攻 助教授
石田秀輝東北大学 大学院環境科学研究科 教授
渡辺修(株)INAX 総合技術研究所 研究員
前田浩孝東北大学 大学院環境科学研究科 助手
伊藤睦弘富士シリシア化学(株) 機能材料グループ リーダー
藤田悟(株)豊田中央研究所 フロンティア研究部門 研究員
稲垣伸二(株)豊田中央研究所 フロンティア研究部門 主席研究員
太田敏孝名古屋工業大学 セラミックス基盤工学研究センター 教授
武井孝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
春田正毅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
岩本雄二(財)ファインセラミックスセンター 材料技術研究所 研究第一部 ハイブリッドプロセスグループマネージャー 水素分離膜プロジェクトグループリーダー 主席研究員
野浪亨中京大学 生命システム工学部 身体システム工学科 教授
船越邦夫(独)産業技術総合研究所 エネルギー技術研究部門 熱流体システムグループ 特別研究員
橋本忍名古屋工業大学大学院 つくり領域 助教授
笹井亮名古屋大学 エコトピア科学研究所 助手
伊藤秀章名古屋大学 エコトピア科学研究所 教授
増田秀樹名古屋工業大学大学院 工学研究科 物質工学専攻 教授
大畑奈弓名古屋工業大学 プロジェクト助手
奥村健志名古屋工業大学
藤井達也名古屋工業大学

構成および内容
序論 環境調和で持続可能社会におけるセラミックス技術(野上正行)
1環境保全
2環境規制
3環境技術マップ
4環境対応型材料の設計・技術
【第1編 環境低負荷プロセス技術】
第1章バインダープロセスと省エネ焼成技術(渡利広司、佐藤公泰、長岡孝明、尾崎利彦)
1緒言
2有機バインダープロセスの問題点
3有機バインダー量低減化技術
4無機バインダー技術
5アフターバーナーの低エネルギー化技術
6おわりに
第2章エアロゾルデポジション法(明渡純)
1はじめに
2エアロゾルデポジション法
3常温衝撃固化現象
4膜微細組織
5成膜条件の特徴
5.1基板加熱の影響
5.2原料粉末の影響
6成膜メカニズムの考察
7高硬度、高絶縁アルミナ膜と実用化への試み
8AD法による電子デバイスの高機能化
8.1圧電アクチュエータ・デバイスへの応用
8.2高周波デバイスへの応用
8.3光集積化デバイスへの応用
第3章ソフト溶液プロセス(渡邉友克、吉村昌弘)
1はじめに
2物質と材料の違い
3生物学的生産と人工的生産
3.1地球における物質・エネルギーサイクル
3.2水および水溶液の特色
4ソフト溶液プロセスの実際
4.1ソフト溶液プロセスで作れる材料
4.2フロー式反応装置
4.3対向基板法による製膜
4.4直接パターニング
第4章ゾル-ゲル膜プロセス(幸塚広光)
1はじめに
2広義のゾル-ゲル成膜法
3ゲル膜の作製
4ゲル膜の焼成
5膜厚の制御
6応力と亀裂の発生
7スピンコーティング膜の放射状凹凸
8水溶液をコーティング液とする新しいゾル-ゲル成膜
第5章自己組織化プロセス(増田佳丈)
1はじめに
2コロイドフォトニック結晶
3粒子アセンブリーによるフォトニック結晶作製
4自己組織化単分子膜の作製およびパターニング
5高規則性粒子積層膜(コロイドフォトニック結晶)の2次元パターニング
5.1高規則性粒子積層膜の2次元パターンの作製
5.2高規則性粒子積層膜の2次元パターンの構造評価
5.3パターン精度評価
5.4二層円形粒子膜パターンの集積化過程
5.5プロセスの検討
5.6まとめ
6粒子球状集積体の作製およびパターニング
6.1粒子球状集積体の作製
6.2小さな粒子クラスターの形成過程
6.3球状集積体表面の線欠陥
6.4粒子球状集積体のマイクロパターニング
6.5まとめ
7おわりに
第6章電気泳動プロセス(金村聖志)
1電気泳動プロセスとは
2導電性電極へのセラミックス粒子の堆積
3多孔質基板への粒子の堆積
4多層膜の積層
5イオン伝導性を有する基板
6マイクロ電気泳動
7電極の工夫による光導波路の作製
8多孔体の作製
9その他の応用
10まとめ
第7章バイオインスパイアードプロセス(高彦峰、増田佳丈、河本邦仁)
1はじめに
2生体鉱物化の基本原理
3生体鉱物化の物理化学基礎
3.1溶液化学
3.2表面・界面での物理化学相互作用
4セラミックス薄膜の溶液から直接析出
4.1水溶液からのTiO2膜の直接析出
4.2溶液からZnOの直接製膜
5溶液からのセラミックス析出における有機物の役割
5.1溶液中に均一分散させた有機添加物の結晶成長への影響
5.2有機単分子テンプレート上への無機材料のパターニング
5.2.1バッファー層を用いたPET表面へのCuのパターニング
5.2.2ZrO2前駆体膜のSAM上へのパターニング
6おわりに
【第2編 環境対応型ハイブリッド材料】
第1章鉛フリー圧電セラミックス(柿本健一)
1はじめに
2ニオブ酸カリウム(KNbO3
2.1KNbO3微粒子
2.2KNbO3薄膜
2.3KNbO3焼結体(セラミックス)
3KNbO3固溶体セラミックス
3.1NaNbO3-KNbO3(NKN)系
3.2LiNbO3-NaNbO3-KNbO3(LNKN)系
4おわりに
第2章ゼオライト(小村賢一、杉義弘)
1ゼオライトとは
2ゼオライトの構造
2.1ゼオライトの構造表記
2.2ゼオライトの細孔構造
2.3ゼオライトの骨格構造
3ゼオライトの性質
3.1イオン交換能
3.2吸着能と分子ふるい能
3.3固体酸性の発現
4ゼオライトの用途
5おわりに
第3章セラミックリアクター(淡野正信、藤代芳伸、鈴木俊男、山口十志明、濱本孝一)
1はじめに
2環境浄化用セラミックリアクター
2.1セラミックリアクターによる排ガス中NOxの高効率浄化
2.2NOx/PM同時除去可能なセラミックリアクター
2.3廃熱発電を利用した自立作動型セラミックリアクターの開発
3エネルギー・物質変換用のセラミックリアクター―特にマイクロSOFC開発を中心として―
3.1精緻3D構造モジュール構築プロセス技術(ミクロ集積化)によるセラミックリアクターの創製
3.2マイクロSOFC型リアクターの開発状況
4まとめ
第4章環境調和セメント(福田功一郎)
1セメントの種類と製造方法
2クリンカー鉱物各論
2.1エーライト
2.2ビーライト
2.3フェライト相
2.4アルミネート相
3クリンカー間隙液相の結晶分化作用
3.1フェライト相の化学累帯構造の形成
3.2アルミネート相の晶出と不純物の固定化
4環境保全対策の概要
5セメント産業における廃棄物リサイクルの特徴
6エコセメント
6.1地域循環型社会への貢献
6.2エコセメントの種類
第5章建材(石田秀輝、渡辺修、前田浩孝)
1環境制約因子と開発指針
1.12つの制約因子
1.2エコ・デザインへの移行
1.3エコ・マテリアルへの3つのアプローチ
2セーブからレスを誘発する内外装建材
3内装建材
3.1検討すべき課題
3.2ハイブリッド内装材の材料設計
3.3調湿(およびVOC吸着)性能
4外装建材
4.1ハイブリッド外装建材
4.2防汚建材の設計
4.3親水表面の性能
第6章メソシリカポーラス体(伊藤睦弘)
1シリカゲル
2シリカゲルの製造方法と構造
2.1シリカゲルの製造法
2.1.1シリカゾルの生成とゲル化
2.1.2ゲル化
2.1.3水熱処理と乾燥
2.1.4細孔径制御
2.2シリカゲルの種類
2.2.1粒状シリカゲル
2.2.2球状シリカゲル
2.3シリカゲルの特性
2.3.1シリカゲルの物性と吸着特性
3シリカゲルとのハイブリッド
3.1シリカゲルの選択吸着性能とハイブリッド化
3.1.1シリカゲルの表面
3.1.2表面シラノール基へのハイブリッド化と液体クロマトグラフィー
3.1.3順相クロマトグラフィーのシラノールの影響
3.2有機ガスとのハイブリッド化による吸着
3.3有機高分子とのハイブリッド
3.3.1開始剤沈着重合法
3.3.2水溶性ポリマーとの複合化
3.4無機粉体とのハイブリッド
3.4.1光触媒
4おわりに
第7章有機・無機ハイブリッドメソポーラス物質の合成(藤田悟、稲垣伸二)
1はじめに
2有機・無機ハイブリッドメソポーラス物質
3有機・無機ハイブリッドメソポーラスシリカの膜化
4おわりに
第8章生物組織模倣セラミックス(太田敏孝)
1はじめに
2バイオキャスト法によるセラミックスの作製
2.1珊瑚からのPZT圧電セラミックス
2.2ウッドセラミックス
2.3珪化木の人工合成
2.4SiC化木
2.5チタニア化木
2.6アパタイト化木
3おわりに
第9章ナノ粒子触媒(武井孝、春田正毅)
1はじめに
2金属酸化物ナノ粒子触媒
2.1金属酸化物ナノ粒子の調製
2.2金属酸化物ナノ粒子の触媒特性
3貴金属ナノ粒子担持触媒
3.1貴金属触媒の調製
3.2貴金属ナノ粒子触媒の微細構造:金を例として
3.3貴金属触媒における担体効果とサイズ効果
3.4プロピレンオキシドの気相一段合成
4おわりに
【第3編 環境・エネルギーへの応用技術】
第1章ガス分離技術(岩本雄二)
1はじめに
2多孔質セラミック膜
3新たなメソポーラス中間層の合成開発
3.1ポリマープレカーサー法を利用したシリカ系メソポーラス中間層のその場形成
3.2新規陽極酸化法によるメソポーラスアルミナキャピラリー
3.3耐水蒸気性を有するγ-アルミナ複合酸化物系メソポーラス中間層の開発
4おわりに
第2章光触媒(野浪亨、船越邦夫)
1光触媒
1.1光触媒とは
1.2光触媒の高度化・多機能化
2光触媒の応用
2.1セルフクリーニング
2.2防曇
2.3歯科への応用の試み
2.3.1歯の漂白の現状
2.3.2過酸化水素と酸化チタン光触媒による歯の漂白
2.3.3染色紙の漂白実験
2.3.4抜歯の漂白実験
2.3.5漂白材の安全性試験
3光触媒の高機能化の試み
3.1アパタイトとの複合化
3.2アパタイトで酸化チタン光触媒を被覆する
3.3アパタイトを被覆した酸化チタン光触媒の特長
3.4大気中の窒素酸化物の除去
3.5アクリル樹脂への混合
第3章アスベスト対応技術(橋本忍)
1まえがき
2アスベストの特徴
3アスベスト使用の歴史
4アスベスト疾患
5繊維状物質と人体への危険性
6アスベスト輸入量の変遷とこれからのアスベスト廃棄物の問題
7世界および日本のアスベストに対する行政対応
8アスベスト廃棄物の無害化処理技術
8.1溶融法
8.2低温加熱粉砕処理法
9あとがき
第4章セラミックス系廃棄物の無害化・再資源化技術(笹井亮、伊藤秀章)
1はじめに
2無害化処理
2.1鉛含有圧電体・誘電体セラミックス材料からの鉛の選択除去
2.2鉛ガラスからの鉛の非加熱除去プロセス
3再資源化処理
3.1希土類磁石からの希土類元素の選択回収
3.2リチウム二次電池からの低エネルギー資源回収プロセス
4おわりに
第5章触媒技術(増田秀樹、大畑奈弓、奥村健志、藤井達也)
1はじめに
2金属酵素活性部位モデルの精密設計から疑似反応場構築への研究戦略
3単核銅-ヒドロペルオキソ錯体中間体の合成
4銅錯体を用いた分子性触媒の開発戦略
5単核鉄(III)-ヒドロペルオキソ反応中間体の合成
6鉄錯体を用いた錯体触媒の設計戦略
7錯体固定化触媒によるオレフィンの選択的エポキシ化
8Ship-in-bottle法により合成したゼオライト内包型金属錯体の設計戦略と触媒作用
9おわりに

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