マテリアル インテグレーション 2002年1月号
特集　21世紀に飛躍する材料(3)新材料とその応用

巻頭言
大阪大学産業科学研究所　教授　新原　晧一
　20 世紀の高度に発展した工業社会は我々人類に、地球環境問題,エネルギー問題,人口増加・老齢化問題,食料問題(水問題を含む)等の緊急に解決すべき諸問題をもたらしました.一方21 世紀に入って,情報通信やバイオ医療に関する科学技術が加速度的に発展を示していることはご存知の通りです.この両面を組み合わせると,21世紀の科学技術を支える重要な工学分野は,「情報通信工学」,「バイオ医療工学」,「環境工学」,「エネルギー工学」,「材料工学」であると考えられます.
　この中で,「材料工学」は,我々人類の緊急課題である環境及びエネルギー問題の解決に新しい材料の開発が不可欠であることを考えると,現在の日本の風潮とは異なり,今後は益々その重要性を増すと予測されます.また,新産業の育成においても新しい構造・機能を有する材料の開発が必須です.しかし,環境・エネルギー問題の解決に繋がる,又は新産業の育成に繋がる材料は,当然のこととして,新しいアイデア・コンセプトに基ずくもので,他を差別化することの出来る材料であることが必要なことは言うまでもありません.
　この様な要求に応えることの出来る材料系の1つとして,私たちは,インターマテリアルをイメージしています.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,材料機能を従来の単機能型から複合機能型へと変革した材料(即ち多機能調和型材料)を意味しています.この様な多機能調和材料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をも更に向上させことを可能にするミクロからナノレベルでの特異な複合構造を実現する方向と,ナノ・分子・原子レベルで2種以上の材料を融合化することによる従来とは全く異なる新機機能材料のイノベーションを指向する方向とが考えられます.前者は,開発した材料を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)であり,後者はシーズ指向の研究に分類できます.
　このような観点から,「21 世紀に飛躍する材料」と題し,2000年4月号では,日本を代表する3人の研究者と中国の研究者に今後の材料研究の展望をまとめて頂きました.それを基礎にして,21世紀に革新的な発展を示すと考えられる材料に関して,「多機能材料」,「新デバイス」「新エネルギー」,「環境保全」,「人間」をキーワードにして,各分野で活躍されている研究者に現状と将来に関して執筆いただきました.続いて2001年4月号では,米国の世界戦略とも関連して,2000年初頭から21世紀の科学技術を支えるナノテクノロジーの基盤となる材料として,ナノ構造制御材料,ナノ及びナノコンポジット材料に関する注目が一段と高まっている状況を踏まえ,インターマテリアルの中心的材料であるナノ材料及びナノコンポジット材料分野の最近の革新的な進展状況を紹介した.本号では,「21世紀に飛躍する材料」特集の第3弾として,「多機能材料」,「環境保全材料」,「バイオ材料」,「エネルギー材料」,「新デバイス」をキーワードにして,将来を嘱望されている日本の若手研究者の最近の成果を「新材料とその応用」と副題を与えて紹介することとしました.
　また,「基礎研究を実用化に結びつける強い社会的要求」,この要求に答えるためには「コストパフォーマンスを考えた新しい実用的なプロセッシングの開発」が重要であることを考え,大型セラミックス部品を安価に製造できるプロセスに関する最近の重要な成果も,本特集で紹介頂くことにしました.
　本特集号が、読者の皆様の今後の研究開発の方向付けの一助になると共に,基礎研究サイドと応用研究サイドの研究者をブリッジングする役割を担えたらと期待します.最後に、多忙の折りにも係わらず,短時間で原稿を作成いただいた著者の方々にこの場を借りて深く感謝します.

マテリアル インテグレーション 2002年1月号
INTER MATERIAL 21世紀に飛躍する材料(3)新材料とその応用

大型セラミックスのプロセス技術
■著者
新東Vセラックス(株)　成形技術部　藤原　徳仁　他

■要約
新東工業(株)の有するVプロセス法は,鋳造分野における代表的な鋳型造型法である.この技術を応用してファインセラミックスが成形できる見通しの得られたことから,その成形原理の追求,原料スラリー調整法の開発,型構造の開発等に取り組み,浸透Vプロセス成形法を確立した.製造できる材質は,現在のところアルミナ99.8%が主体であるがその他の酸化物系あるいは非酸化物系セラミックスにも対応できる.形状は,角板,円板,長尺材,リング状品,異形品など各種のものに対応できる.これまでの試験,試作の結果からこの成形法は大型セラミックスの製造に有利なことがわかったのでここに報告する.


高熱伝導窒化ケイ素の開発
■著者
(独)産業技術総合研究所　シナジーマテリアル研究センター　林　裕之

■要約
窒化ケイ素は高強度,高靭性であり,その単結晶は200W/mK以上の熱伝導率をもつと予測されている.それゆえ窒化ケイ素多結晶体は高い機械特性をもつ高熱伝導率材料として期待されている.本稿では,高熱伝導窒化ケイ素の作製に関するこれまでの研究と成果及び我々研究チームの成果を中心に高熱伝導窒化ケイ素の開発に関する研究を紹介する.


高気孔率セラミックス多孔体の開発
■著者
ファインセラミックス技術研究組合　シナジーセラミックス研究所　別府　義久

■要約
著者は多孔体の研究開発に約3年間従事してきた(それ以前は,溶融耐火物の開発を行っていた).多孔体の研究開発においては,新規な多孔体及びその調整方法の開発が,1つの課題であった.その中で,セラミックス(焼成過程を経て合成した無機物の意味)の気孔率をどこまで上げることができるかという,ある面では素朴な疑問を抱いた.いろいろな思索を巡らし,試作をくりかえし,幸いにも気孔率最高99%のセラミックスを調整することに成功した.本稿では,高気孔率セラミックスの調整方法とその多孔特性について述べる.


電気化学セルによる高温排ガス中のNOx直接分解
■著者
(独)産業技術総合研究所　シナジーマテリアル研究センター　淡野　正信　他

■要約
産業技術総合研究所とファインセラミックス技術研究組合により研究が進められている「シナジーセラミックス」プロジェクトでは,研究テーマの一つとして,「高機能能動材料」の開発を行っている.我々は,環境浄化における省エネルギーの問題を併せて解決を図るために,自動車等の排ガス中に含まれるNOxの浄化を行う際に触媒材料を活性化させるために必要な電気エネルギーを,排ガス自体が有して有効利用されていないエネルギー,すなわち廃熱(及び化学ポテンシャルエネルギー)を利用してエネルギー変換により供給する,自立連続的に作動する材料=デバイスの創製を目指している.ここでは,研究を構成する要素(NOx浄化材料開発・エネルギー変換材料開発・融合化構造形成技術)の内,飛躍的な特性向上を実現したNOx浄化材料の開発について紹介したい.


光触媒で歯をきれいに
■著者
(独)産業技術総合研究所　セラミックス研究部門　野浪　亨

■要約
歯の漂白剤は米国等では盛んに使用されているが,現在日本ではまだ認可されている製品がない現状であり,安全で無害な日本製の漂白材が求められている.また,入れ歯の洗浄材では頑固に付着した歯石やたばこのヤニ等による汚れを安全にきれいに除去できる洗浄剤の開発が待たれている.他にも,入れ歯のレジン(樹脂)やマウスピース,入れ歯安定材に練りこめば臭いや汚れの付着しにくい入れ歯ができるであろう.ここでは,歯の漂白を中心に歯科への光触媒の応用例について紹介する.


生体材料としてのアパタイト粒子分散チタン複合材料
■著者
(独)産業技術総合研究所　基礎素材研究部門　渡津　章

■要約
チタン製インプラントと生体骨との結びつきはバイオセラミックスほど強固ではないため,この接合性を改善することが課題とされている.そのため,バイオセラミックスとチタンの特長を併せ持つ複合体が,プラズマスプレーによるチタンへのアパタイト被覆などで研究されてきた.しかし,プラズマスプレーでは被覆する際に10,000Kほどの高温になるために,アパタイトの結晶構造の変化や熱膨張率の差によるアパタイトの剥離の問題が指摘されている.インプラントは長期的使用を想定しているため,複合体は安定である必要があり,強固な複合状態を作り出すことが患者の負担を軽減することにもつながる.そこで,本稿では,アパタイトが剥がれにくい特徴をもつアパタイト粒子分散チタン複合材料を紹介する.


固体酸化物形燃料電池用電極材料
■著者
(財)ファインセラミックスセンター　試験研究所　大原　智　他

■要約
本稿では,SOFCの発電性能を大きく支配する重要構成材料である電極に関して,高温形から低温形材料について解説する.また,筆者らがこれまでに行ってきたミクロ構造制御による電極の高性能化研究に関しても紹介する.


高配向カーボンナノチューブ膜の電子源の応用
■著者
(財)ファインセラミックスセンター　試験研究所　伊藤　雅章

■要約
電界電子放出を用いた電子源は,放出電流密度が高く,また放出電子のエネルギーがよく揃っているため,輝度の高い電子源として知られており,電子顕微鏡の電子銃等に利用されているが,ディスプレイに応用しようとする研究も盛んである.例えば,シリコンやモリブデンといった金属の先端を尖らせたコーン状のチップを多数個並べて,その1つ1 つから放出された電子を利用して画像を得るField Emission Display(FED)がそれである.しかし,超高真空下でないと駆動できない等,まだ高信頼性を有する電子源の実用化には至っていない.(はじめにより)


Processing of Homogeneous Nanocomposites
■著者
Centre for Advanced Materials Technology、 School of Aerospace、 Mechanical and Mechatronic Engineering、University of Sydney　A.J.Ruys

■要約
Homogeneous zirconia-toughened alumina(ZTA)nanocomposites were fabricated by ananoparticle-microparticle homogenisation pro-cess.Zirconia nanoparticles were precipitatedfrom zirconyl chloride solutions via a ureathermohydrolysis process. A high urea concen-tration,[CO(NH2 )2 =5[ZrOCl2 ,resulted in theprecipitation of a gel regardless of ZrOCl2concen-tration.A low urea concentration,[CO(NH2 )2 =0.5[ZrOCl2 ,resulted in the precipitation ofunagglomerated ZrO2nanoparticles as small as0 nm and as large as 100nm.The parti-cle size was dependent on the zirconyl chlorideconcentration and increased at an exponentiallydecreasing rate with respect to [ZrOCl2 ,bya relationship approximately de ned as D =288 [ZrOCl2 0.7. These nanoparticle suspensions were mixed with alumina powder (500nm aluminaparticle size),homogenised,and the suspensionsdewatered and consolidated into nanocompos-ite specimens. Electron microscopy of sinteredspecimens demonstrated excellent homogeneityof nanoparticle distribution.Fracture toughnesswas found to correlate linearly with nanoparticleconcentration for these specimens within the rangetested,0 to 10 volume% zirconia nanoparticles,increasing linearly from about 3 MPa.m1/2 toabout 5 MPa.m1/2 across this range.


連載
タイ便り(3)タイ・サイエンス・パーク
■著者
Chulalogkorn Univ. Faculty of Science 教授　和田　重孝

■要約
私は“タイで役に立ってみよう”と思ってタイに来た.しかし,“タイの科学・技術レベルは低く,私が貢献したことも,私がいなくなったら元の木阿弥になる”,しかも“そのような状況は当分変わりそうにない”と考えられた.では,どうするか.この疑問には二つの意味があって,一つは,“どうしたらタイの科学・技術レベルを高めることができるのか?”もう一つは“自分はどうしたら良いのだろうか?”であった.タイ便り(1).自分はどうしたらよいのだろうか?に対する私の答えは,尻尾を巻いて日本に帰るのではなく,私はタイの人がして欲しいということをする(Give),私は私のやりたいことをさせてもらう(Take),ということで良いではないか,と割り切ることであった.タイ便り(2).残された課題は“どうしたらタイの科学・技術レベルを高めることができるのか?”である.