特集　InterMaterial [2]

巻頭言
　日本のおかれている現在の厳しい経済的・政治的環境を考えると,従来型の材料開発コンセプト並びに姿勢がそのまま許されるとは考え難い.私たち材料研究者は,この様な環境の変化に対応し,材料設計(構造,機能,性能,プロセス,コスト等を含む)コンセプトと研究開発の環境・条件(資金,人員,期間等を含む)を変えていく必要がある.この際に特に要求されるのは,新規産業の育成につながる独創的な新材料の開発を短期間に効率的に推進していく姿勢であり,その為にはMaterials Integration的立場からの材料研究が強く求められる.
　インターマテリアルとは金属,無機,有機,半導体材料を同一種材料或いは異種材料間で複合化・融合化し,今までとは全く異なる構造・機能を付与した高次機能材料,或いは材料機能を単一機能から複合機能へと変革した高次機能調和材料を意味している.この1群の従来材料の範疇をはみ出した新材料は,Materials Integration的材料設計コンセプトで始めて実現できる材料で,近い将来に我々人間が克服すべきエネルギー・地球環境・人工の老齢化問題の解決に威力を発揮すると信じられている.
　今までの材料とは全く異なる高次機能が付与されたインターマテリアルは,金属・無機・有機材料を原子・分子・ナノレベルで融合化することにより実現できると考えられている.この全く新しい高次機能材料の研究は,従来材料の枠を突破した新しい材料科学の構築とそれを基礎にした新産業の育成を最終目標にしている.この様な新材料を創成するためには,言うまでもなく原子・分子レベルから新物質を創成する新しいプロセスの開発が重要で,高機能薄膜材料をイメージしたシーズ指向の研究に分類できる.しかし,この様な基礎研究においても,研究の高効率化を達成するためにはMaterial Integrationを意識した研究が必要なことは言うまでもない.
　一方,高次機能調和型インターマテリアルは,現在我々人類が直面しているエネルギー問題,地球環境問題,人口高齢化問題の解決に関して特に重要な役割を果たすと期待されている.この多機能調和型インターマテリアルを実現するためには,相手材料の弱点を飛躍的に改善しながら一方ではその優れた機能の更なる向上を可能にする,ミクロからナノレベルでの構造制御で特異な複合構造や界面制御構造を実現する必要がある.この材料分野の研究は,特定の目的を達成するためのシステムに必要な複合機能を想定し,それを1つの材料内に如何に組み込むかを考えながらの材料研究(Material Integration Research)であり,目的が明確なニーズ指向の研究に分類できる.
　この高次機能調和型インターマテリアルは,主にバルク材料を目標とし,構造制御に関してはマクロからミクロ,ミクロからナノ,ナノから分子・原子レベルへと展開され,それに伴い研究内容は,現存材料の機能拡張から構造材料と機能材料の融合へと移行すると考えられる.なお,この分野の研究も最終的に,現在人工格子法でしか達成できないと考えられてきた原子・分子レベルで構造制御した全く新しい機能を持つ材料を,バルク材として実現する方向へと研究が移行すると思われる.これが達成できた時点で両インターマテリアルの構造制御は同一レベルになり,両者の合致は金属・無機・有機材料の枠を超える新しい材料科学の構築と,それを基礎にした新産業育成に繋がるはずである.
　本特集号では,この2種類のインターマテリアルの中で後者,即ちミクロからナノレベルの構造制御に強く関係している高次機能調和材料を1月号に引き続き取り上げた.その理由は,この材料はMaterial Integrationを強く意識することにより始めて実現可能で,本月刊誌の目的と合致すると考えられるからで,また日本のおかれている現状を考えると,今後の産業戦略に確実に組み込むことが可能な材料が,現在最も必要とされており,またこの様な立場での展開がより多くの情報を読者に提供可能であると判断したからである.この様な考え方に対して,また本特集号の内容に関して読者の皆様から忌憚のない意見を頂けると幸いである.
　なお,この特集号で取り上げた材料は,“New Interactive Clever Engineered Materials”,“Surface and Interphase Engineered Materials”,“Human Related Engineered Materials”に分類でき,今後もこの分類に基づくInterMaterial特集号を組みたいと考えている.

2.New Interactive Clever Engineered Materials
高強度・高靭性で高熱伝導性の窒化ケイ素セラミックス
■著者
名古屋工業技術研究所　セラミックス基礎部　鳥山　素弘、平尾　喜代司

■要約
窒化ケイ素セラミックスは,共有結合性の高い非酸化物結晶から成るために,高温強度が高く,ガスタービン等に利用可能な高温構造用材料として研究されてきた.既に,ターボチャージャーやグロープラグ等の自動車部品として実用化されるに至っている.ここでは,通商産業省工業技術院の産業科学研究開発制度の下で実施された「シナジーセラミックスの研究開発」プロジェクトの成果の一部であるセラミックスへの高熱伝導性付与に関する研究を紹介する.


2.New Interactive Clever Engineered Materials
熱伝導制御複合材料
■著者
(株)豊田中央研究所　電磁機材料研究室　神谷　信雄、北條　浩、山田　勝則

■要約
近年,材料の熱伝導率に対する要求が増しつつある.例えば,トランジスタ用の基板には,高熱伝導率化が,エンジン関連の部品あるいは排気管には低熱伝導化が要求されている.筆者らは,均一分散に対し,三次元ネットワーク分散制御は,第2相粒子の選択により,複合材料の熱伝導率を高くも低くもでき,また母相としては,セラミックス,金属のみならず高分子材料の利用も可能であり,適用範囲が広い技術であることを見いだした.ここでは,熱伝導率の向上例としてSi3N4/SiCネットワーク分散複合材料を,熱伝導率低減例としてSUS/ZrO2,気孔ネットワーク分散複合材料について報告する.


2.New Interactive Clever Engineered Materials
新しい双方向ナノコンポジットの設計・開発と応用
■著者
松下電工(株)　ウェル・ラボ　名和　正弘、大阪大学　産業科学研究所　関野　徹、新原　晧一

■要約
近年,ナノメータサイズの微細なセラミック粒子を,焼結過程でセラミックマトリックスの結晶粒内に分散させたナノコンポジットが開発され,飛躍的な高強度化,およびクリープなどの高温特性の改善が可能であることが見いだされている.しかし,靭性の向上はミクロ複合材料に比較して小さく,さらなる特性改善が望まれている. 筆者らは,これまでのナノ複合化による材料設計をさらに進め,新しい``双方向ナノ複合化コンセプト''を構築するとともに,新たなジルコニアナノコンポジットの開発に成功した.ここでは,双方向ナノ複合化コンセプト,および具現化した双方向ナノ複合化組織,ならびに機械的性質について概説するとともに,その材料応用として最近の実用例を紹介する.


3.Surface and Interphase Engineered Materials
3次元2ナノセラミックスの先進粉末冶金
■著者
防衛大学校　機械工学教室　木村　博

■要約
新しいタイプのセラミックスに関する研究は,21世紀の宇宙航空,機械や構造システムを実現する要である.なかでも,ナノセラミックスは次代の材料概念の一つであり,超硬度,超靭性や高速超塑性などの新機能を発現して無機材料研究にブレークスルーをもたらすをことが期待されている.ここでは,ナノセラミックスの外形と内部構造を三次元制御する粉末治金プロセスに関する筆者の研究を紹介する.


3.Surface and Interphase Engineered Materials
新しいコンセプトに基づく人工歯冠表面の抗菌処理プロセス
■著者
名古屋工業大学材料工学科　春日　敏宏、野上　正行、中部大学工学部　阿部　良弘

■要約
歯周病などは,歯と歯肉の間からの感染により進行する.また治療された歯や歯冠の周囲から雑菌が進入し,再度感染することも多い.口腔内は多数の雑菌が存在するが,これらができるだけ治療した歯の周囲に付着しにくくなるような対策が施されれば,感染をかなり防ぐことができる.その意味で抗菌性は生体材料として新しくかつ重要な機能である.筆者らは,最近,抗菌性を付与できる新しい生体用結晶化ガラスの開発を進めている.ここでは簡単に紹介する.


4.Human Related Engineered Materials
アパタイトをベースにした有機-無機複合材料
■著者
大阪大学　産業科学研究所　山口　俊郎

■要約
環境に対して負荷の少ない材料に高い付加価値を加えた高機能材料の開発が関心の的になっている.このような社会的な要請からすれば,生体の硬組織の主成分であるアパタイトは環境に対して負荷の少ない材料であり,いわゆる賢い材料もしくはインターマテリアルとよべる多機能調和材料ができそうである.材料科学においては,材料のバルクの性質を左右する粒子の形状制御(morphology)は基本的な重要課題である.ここでは,ヒドロキシアパタイト粒子の形状制御に関する筆者らのアプローチを紹介する.


4.Human Related Engineered Materials
生体内で自然にアパタイト被膜を形成し,骨と結合する金属
■著者
京都大学工学研究科　小久保　正、金　鉉　敏

■要約
Na2O-CaO-SiO2-P2O5系のBioglass,焼結水酸アパタイト(Ca10(PO4)6(OH)2),アパタイトとウォラストナイト(CaO・SiO2)の微粒子を析出した結晶化ガラスA-Wなどは,生体内で自然に骨と結合するので,生体活性セラミックスと呼ばれ,重要な骨修復材料として使われている.現在,チタン及びその合金に水酸アバタイトをプラズマ溶射法等によりコーティングしたものが,人工股関節の脚部などに使われいるが,問題が残されている.筆者らは,いかにして高い破壊靭性を有する金属自身に,骨と結合する生体活性を付与することができるかを求めてきた.ここでは,その研究を概説する.


4.Human Related Engineered Materials
新しい有機/無機感触センサ
■著者
大阪大学　産業科学研究所　新原　晧一、左　容　昊、マヌワルフセイン　イナバゴム(株)　浜橋　喜幸、河原宏太郎、岡本　吉久、(株)西田エム・イー研究所　所長　西田　弘

■要約
人間は触る或いは触れることで物や生体の種類・形・大きさを認知し,時には心を感知し,それに対して反応する.これらの感覚は主として皮膚を媒介として感知するものであり,人間が生活する上で不可欠なものである.この人間が持つ触覚を材料機能で検知させたいという一群の研究が進んでいる.この様な材料・システムの開発は,高齢化の問題解決の一助になると思われるのみでなく,高度に発達した工業社会の中での様々なストレスにさらされている我々を癒すことが可能ではないかと思われるからである.筆者らは,この様な材料・システムの開発を目指して,人間の皮膚の代理として使用可能な新しいセンサを開発する研究を続けてきた.ここでは,その一部を紹介する.


速報
骨の自己組織化を試験管で実証-身体の外で骨素材をつくる技術に活用-
■著者
科学技術庁　無機材質研究所

■要約
無機材質研究所は,試験管のなかで骨と同じ化学組織と微細構造をもった新しい骨素材「アパタイト/コラーゲン複合体」の開発に成功した.同研究所は,この骨素材を開発する過程で,身体のなかで無機質と有機物がたくみに組織化された骨がどのようなメカニズムによってできるかを科学的に明らかにした.今後,自家骨移植に関わる骨補填材として整形外科領域への応用が期待される.ここでは,その研究の概要を解説する.


解説
鉛クリスタル・カットガラス
■著者
日本山村硝子(株)　ニューガラス研究所　元所長　寺井　良平

■要約
著者は,今回オーストリアのチロル地方に旅して,インスブルックに一泊した折,S社の本社売店に立ち寄った.S社の元の起こりはボヘミアらしく,100年程度前にチロルに転入してきて,宝石加工をはじめたという.ここでのガラスの歴史は古く,特にカットガラスは有名である.ここでは,古いカットガラスの歴史を訪ね,鉛クリスタルガラスの現状と課題を考える.