特集　InterMaterial [3]

巻頭言
　今まで全く異なる材料分野として展開され,その間に大きな壁が存在していると考えられてきた金属・無機(セラミックス)・有機材料の垣根を超えて,それらを必要に応じて原子,分子,ナノ,ミクロレベルで複合化・融合化した,従来にない新しい構造を持つ材料系をインターマテリアルと呼んでいる.このインターマテリアルでは,この様な高次構造制御により金属・無機(セラミックス)・有機材料の優れた特性のみをお互いの欠点を出すことなく組み合わせることが可能になるので,21世紀の新産業の核になる,材料工学と情報工学,材料工学と生物工学の一体化(融合化)も可能になると考えられる.それ故,この新しい材料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,人口の超高齢化問題の解決に威力を発揮する多機能調和材料となるのみでなく,今後の新しい産業育成に不可欠な材料の創成をもたらすはずである.
　また,この様な新しい構造・機能を持つ材料を設計するためには,当然のこととして,今まで全く異なると考えられてきた材料の異なる機能を単一材料・システム内に如何に組み込むかを考えながらの材料研究(Material Integration Research)が必須になる.この様なコンセプトに従い,月刊誌“Materials Integration" に1月号と5月号にインターマテリアルを特集した.その際,インターマテリアルがカバーする重要な材料分野を分かりやすく分類する為に,“New Interactive Clever Engineered Materials", “Interface and Interphase Engineered Materials", “Human Related Engineered Materials"の3分野を設定した.本特集号でも,同じようなコンセプトでの分類を採用して特集号を組んだ.その中で,本特集号の特徴はMaterials Integration的な研究・開発に不可欠な視点,即ち今後の開発・応用展開に関して深い洞察が必要な事を考慮して,通商産業省ファインセラミックス室の戸井朗人室長にセラミックス材料の国レベルの研究・開発の現状と将来構想を解説した玉稿を頂いた点である.本特集号のもう1つの特徴は,21世紀の材料開発研究に際して忘れてはならない重要な要素である,“地球環境問題"と“人間中心"の精神を可能な限り取り込むことを意識的に試みたことである.
　この様な企画者の意図を理解し,御執筆いただいた著者にこの紙面を借りて感謝します.また,Materials Intermaterial誌の今後の発展の為にも,読者の忌憚のないご意見やコメントを期待します.

2.New Interactive Clever Engineered Materials
ファインセラミックス産業の現状と新年度施策
■著者
通商産業省生活産業局　ファインセラミックス室　戸井　朗人

■要約
近年,多くの産業が景気の低迷や金融不安等の影響を受けているが,ファインセラミックスに関しては,厳しい状況が見られる製品もあるものの,産業界の技術革新,コスト低減等により比較的堅調に推移している.しかし,社会環境の変化に伴い,従来にも増して産業の持続的成長を可能とする新たな産業技術戦略の策定や技術力向上,試験・評価手法等の標準化,産業のすそ野の拡大等への支援施策の重要性が高まっている.ここでは,ファインセラミックス産業の現状として平成9年における需要動向及び昨年秋に行ったファインセラミックス関連企業ヒアリング結果について述べるとともに,1999年度におけるファインセラミックス関連施策について述べる.


2.New Interactive Clever Engineered Materials
新しい組織構造を持つ超高温セラミックス複合材料の設計　
■著者
(株)超高温材料研究所　プロジェクト部　和久　芳春

■要約
最先端技術が濃縮されている航空機のジェットエンジンや高効率発電ガスタービンにおいて,熱効率の向上のため,より高温における運転が要求されている.それは1%の熱効率の改善が全世界で約1兆円の省エネに寄与すると言われているからである.近年開発された一方向凝固酸化物共晶複合材料(MGC材料:Melt Growth Com-posite)は,三次元ネットワーク構造の単結晶同士からなる新規な組織構造を持っているため従来の材料にない画期的な高温特性を有しており,エネルギー問題や地球環境問題の解決が可能なキーマテリアルとして,その実用化が期待されている.ここでは,MGC材料の製造プロセスと特徴を紹介する.


2.New Interactive Clever Engineered Materials
新しいサイアロン系セラミックスの設計
■著者
オーストラリア　モナッシュ大学材料工学科　Yi-Bing Cheng

■要約
サイアロン(Sialon)は,窒化ケイ素(Si3N4)の固溶体で,Si3N4のSi-N結合がAl-O結合で置換された構造を有しており,窒化ケイ素の場合と同じくサイアロンも重要な2つの結晶構造,即ちα-Sialonとβ-Sialonの構造がある.サイアロン系のセラミックスを製造する際には,一般に酸化物が添加される.この酸化物の添加は,βサイアロンでは主に焼結を促進するためであるが,αサイアロンでは燒結の促進効果以外にα-Sialon構造の安定化にも重要な役割を果たしている.Ca系酸化物の添加は希土類酸化物に比較して幾つかの利点がある.例えば,カルシウム炭酸塩は地球上に豊富に存在し,安価であるために,Ca 系α-Sialonはコストパアフォーマンスに特徴を出す.また,カルシウムアルミ珪酸酸は共晶温度が低いために,緻密化が非常に容易になる.1993以来,オーストラリアのモナッシュ大学ではCa系α-Sialonの研究を精力的に推進してきた.ここでは,その最近の成果を紹介する.


2.New Interactive Clever Engineered Materials
傾斜構造を有するセラミックス系超硬工具材料の設計
■著者
大阪大学　接合科学研究所　再帰循環システム研究センター　林　君山、 宮本　欽生

■要約
近年,傾斜機能材料のコンセプトを用い,格段に優れた寿命と耐摩耗性を示す工具が開発され実用化された.これらの工具材料は,表面層が高硬度相で内部が高靭性相になっており,しかも表面層に強い圧縮応力がかかる構造になっている.ここではセラミックス系工具材料の傾斜機能設計,特に圧縮の残留応力を利用する強靭化について,応用例を交え,実験的,理論的研究を紹介する.


3.Surface and Interphase Engineered Materials
高次構造制御されたメソ多孔質材料の設計と応用
■著者
早稲田大学理工学部応用化学科　滋野　哲郎、黒田一幸

■要約
分離・吸着剤や触媒をはじめとして多孔質材料は多くの分野で利用されている.ゼオライトに代表される従来のミクロ多孔質結晶の細孔には導入できない大きな分子に対応する新規多孔質材料として,均一メソ孔を有するメソ多孔質材料が非常に注目を集めている.メソ多孔質材料とは孔径がメソ領域(2-50nm)の微細な孔を有する材料をいう.メソ多孔質材料は界面活性剤分子集合体を利用して合成され,有機分子集合形態により制御された細孔径や細孔構造を有する.1000m2・g-1前後の大きな比表面積を有し,その細孔に起因する機能を発現する.ここでは,無機と有機の相互作用により構造制御されるメソ多孔質材料に関して,設計と応用の観点から紹介する.


3.Surface and Interphase Engineered Materials
新しいプロセスによる多孔質TiO2薄膜の設計と機能
■著者
工業技術院　名古屋工業技術研究所　加藤　一実

■要約
酸化チタン(TiO2)粉末は,昔から顔料として広く利用されてきた.その理由は,結晶が高い屈折率を有することに起因し,そのため多結晶性粉末が高い白色度や隠蔽性を備えているからである.一方,ここ数年,TiO2への関心は,環境浄化を目的とした光触媒とエネルギー変換効率の向上をねらった色素増感太陽電池としての応用に向けられている.TiO2を環境浄化用光触媒や色素増感太陽電池として応用する場合には,顔料として使用するのに適切な分散した粉末形状よりも,基材の表面に固定化された多孔質コーティング薄膜形状であることが望ましい.ここでは,新しいプロセスによる多孔質TiO2コーティング薄膜の設計,光触媒としての機能,色素増感太陽電池への応用展開に対する期待について述べる.


3.Surface and Interphase Engineered Materials
C-B-Nフラーレン物質の形成と構造-未知のオングストローム空間-
■著者
大阪大学　産業科学研究所　奥 健夫、菅沼 克昭

■要約
宇宙空間で四番目に多い元素である炭素(C)をベースとし,ホウ素(B),窒素(N)も合わせたこれらのC-B-Nフラーレン物質は,人間・地球環境にも大変優しく,金属・無機材料と組み合わせ新規ナノ構造を構築することにより高機能・多機能が期待される.フラーレン物質としては,フラーレン分子,高次フラーレン,バッキーオニオン,固相フラーレン,フラーレン化合物,メタロフラーレン,ナノチューブ・ナノカプセル等があり,超伝導,導伝性,半導体的性質,絶縁性,強磁性,Super-atom(超原子)的性質など非常に多種多様な物性を示す.ここでは,最近筆者らのグループにより合成に成功したC-B-Nフラーレン物質のオングストローム空間を,高分解能電子顕微鏡で観察した最近の結果を紹介する.これらのフラーレン物質を直接的に観察する方法として超高分解能電子顕微鏡は,非常に大きな威力を発揮している.


4.Human Related Engineered Materials
新しい化学センサとその応用
■著者
大阪大学　産業科学研究所岩崎　裕、原田　哲郎、Abu Bakar Md. Ismail、吉信　達夫

■要約
近年,酸性雨に代表される環境問題などにおいて,汚染物質の特定や廃水の性質検査などに,化学センサが多く用いられるようになった.中でも,pHセンサは最も重要なセンサの一つであり,これまでその開発は多種に及んでいる.例えば,半導体素子である金属・酸化物・半導体電界効果トランジスタをイオンセンサとして応用したものに,ISFET(Ion Sensitive FET)がある.溶液と感応膜との界面電位の分だけゲート閾値電圧が変化することを利用したpHセンサである.ISFET とは異なり,半導体のフラットバンド電圧シフトをEIS(電解質/絶縁体/半導体)構造間の交流光電流によって測定するセンサ,LAPS (Light-Addressable Poten-tionmetric Sensor) がある.ここでは,LAPS及び,筆者らが開発したLAPSの特性を活かして走査型ビームで局所的なpHをマトリクス状に測定しながら二次元的なマッピングを実現した,化学イメージセンサについて述べる.


4.Human Related Engineered Materials
単分散半導体ナノ粒子の調製とその応用
■著者
大阪大学大学院　工学研究科　鳥本　司、桑畑　進、米山　宏

■要約
量子サイズ効果を有する半導体ナノ粒子は,単結晶あるいは,バルク半導体と分子の遷移領域に位置し,いずれとも異なった特性を示すことから,光触媒・光?電気エネルギー変換素子・非線形光学材料・単電子デバイスなどへの応用が期待され,現在,活発に研究されている.半導体ナノ粒子においては,量子サイズ効果の発現により粒径減少とともにエネルギーギャップが増大する.ここでは,単分散半導体ナノ粒子の調製と得られた半導体ナノ粒子の光電気化学特性に焦点を当て,主に最近の研究について紹介する.


4.Human Related Engineered Materials
新しい感触センサの設計と実用化
■著者
大阪大学　産業科学研究所　左　容昊、マヌワル　フセイン、新原　晧一

■要約
本月刊誌の5月号で,イナバゴム(株)と(株)エム・イー研究所との異分野共同研究として推進してきた,人間の皮膚感覚を材料機能で具現しようとする研究の一端を紹介した.その成果の一部が,最近インターネットを通してソニーから発売され多くの話題を集めている,人や環境との接触を通して,感情を表現し,学習し,成長していく自立型のペットロボット(AIBO)用のセンサとして,その頭部に搭載された.この新しい機能を目標にしたセンサは,今年の2月初旬に姿形が見え始めたもので,ごく短時間(約2ヶ月)で実用化に成功した,極めて珍しい研究開発例である.開発時間がごく短時間であったこともあり,本月刊誌の5月号で紹介した内容は多くの点で不十分であったので,本解説で再度取り上げ,その詳細を紹介する.


連載特集
セラミックス開発の新兵器:TG-MS [3]スキマー方式TG-MSによる金属化合物蒸気の分析:常圧ヘリウム雰囲気における塩化鉛の蒸発挙動
■著者
ネッチゲレイテバウ東京事務所　松井　照夫

■要約
本解説では,スキマー方式と呼ばれるガスインターフェイスのTG-MSを紹介する.これはキャピラリーを一切使用しないネッチゲレイテバウ社独自の方式で,凝縮性ガスを発生する試料のMS分析に特に有効で,例えば金属の蒸気,金属酸化物の蒸気,金属を含む化合物の蒸気(CVD原料など)あるいは高分子の分析などに有利である.スキマー方式のコンセプトは古く,同社では長年の改良を重ねて来ており,欧米では多くのユーザーから評価されている.