マテリアル インテグレーション 2005年3月号
特集　いろいろつかえるソノケミカル(1)

巻頭言
特集によせて
九州大学大学院 工学研究院 応用化学部門(機能)　榎本　尚也
最近気づいたトリビアであるが,わが国の誇ったギネス認定最長寿(116才)の本郷かまとさん(通称かまとバァちゃん)の生誕は1887年で,かのEirwin S“Schrodinger”と同じである.彼の方程式以前には,二つの水素原子から水素分子を生ずる理由が明確に説明できなかったことを考えれば,それ以後における科学技術の爆発的発展は今さらながら驚愕に値する.もしも,“Schrodinger”自身が三桁ほどに存命であったら,現代科学の凄まじき進歩をどのように感じ取ったであろうか?
さて,波動方程式発表の翌年(1927),RichardとLoomisによって“The Chemical Effects of High Frequency Sound Waves”という論文がJACS誌に掲載された.これはさまざまな超音波化学現象を多角的に捕らえた画期的なもので,ソノケミストリーの原点的な論文とされている.その頃は天然の水晶振動子しかなく,周辺技術も限られたはずで,天才的な着眼と実験能力に敬服するほかはない.しかしながら,この研究がソノケミストリーの“Schrodinger”であったかといえば否である.
ソノケミストリーの本質は,気泡(バブル)の膨張/収縮運動にある.
波動方程式が電子のふるまいを記述したような,気泡のふるまいを記述するための方程式は1950年に導かれた.この方程式により気泡内部の最高温度が10,000Kにも達することが予言され,その後,多くの実験家によって,局所的かつ瞬間的な高温高圧場の実在が確かめられて,ソノケミストリーは着実に進歩してきた.
科学技術の発展が,「(I) 興味ある現象の発見」→「() それを裏付ける理論の構築」→「( 理論に基づく更なる進化」というステージを辿るものだとすると,ソノケミストリーの歩みを,ポスト波動方程式におけるエレクトロニクスなどの近代科学技術の飛躍的発展と比べるのは,いささか分が悪い.相手が悪すぎるといえばそれまでだが,今,ソノケミストリーはどこにいるのだろう?
実験的には多数存在する気泡同士の相互作用を正しく考慮した運動方程式を導くことは容易でない.この点から,第()ステージは必ずしも確立されていないかもしれない.逆に1980年後半(奇しくも日本のバブル崩壊の頃)になって,シングルバブルの実験的研究が成功し,多くの理論物理学者が興味を示した.この「多くの人が興味を示す」というのがある意味,最重要であり,そのためにはやはり第(I)ステージに立ち戻って,ソノケミカルでしか得られないスーパースターな現象やマテリアルが次から次へと出てきて欲しい(創りたい)と思う.
特集号のタイトルにある通り,ソノケミストリーは実に多様な分野で応用されている.この特集号企画を命じられた当初は,「(固体というニュアンスを含んだ)材料」の話に限るべきか一瞬悩んだが,それではソノケミストリーの一端しか伝えられない.編集部より「本誌は,たまたまセラミックスからスタートしただけで,ソノケミストリーの魅力を引き出せるような企画にして下さい」という言葉に励まされ,マテリアルとは「物質」であるから何でもアリだと解釈して,広い分野の研究者の皆さまに執筆を依頼する運びとなった.さまざまな内容を含んだ本特集号が,さまざまな視点から読まれたときに,何か新しい興味が生まれるようであれば,このうえない喜びである.
ご多忙の中,執筆をご快諾下さった著者の皆さまに厚く感謝申し上げます.

超音波エマルションを利用した機能性無機ナノ粒子の新規合成法
■著者
(独)産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門　超音波プロセス研究グループ長　飯田　康　ほか

■要約
超音波照射によるエマルション形成と,引き続きそのエマルションをマイクロ反応場として用いる新規な無機微粒子合成法について紹介した.その特徴としては,通常のセラミックス材料合成で必要となる高温プロセスを用いることなく,マイクロメートル以下の粒径を持った酸化物微粒子を形成することができること,物理的に大きさの限定された微細水滴内での加水分解反応を進行させることにより,粒成長や初期粒子間の凝集を制御することが可能なこと,また,原料物質に2種類以上の金属イオンを含む溶液を用いることにより多成分系の酸化物微粒子を作成できることなどを挙げることができるものと考えている.


超音波による貴金属/磁性体複合ナノ粒子の合成と磁気分離キャリアへの応用
■著者
大阪府立工業高等専門学校　講師　水越　克彰　ほか

■要約
今後のナノ材料の開発において,複合化がキーワードの一つであることには疑問の余地がない.これまでに種々の複合ナノ材料の合成例が報告されている.特に磁性相に別の機能相を複合化し,誘導・固定・検出・記憶・分離といった磁気機能を併せ持つ複合ナノ粒子材料には,広範な応用が期待できる.我々は,金ナノ粒子と磁性γ-酸化鉄ナノ粒子を複合化し,両方の機能性を併せ持つ粒子材料の開発に取り組み,最近進展が著しいバイオ分野への適用可能性を示す興味ある結果を得ているのでここで紹介する.


超音波効果を利用する導電性高分子材料の構造制御型合成
■著者
東京工業大学　大学院総合理工学研究科　講師　跡部　真人　ほか

■要約
本稿では構造制御型合成手法の開発を念頭に置き,著者らが実施した超音波効果を利用する導電性高分子膜の電解合成,導電性高分子コロイドの合成ならびに導電性高分子とカーボンファイバーの複合材料の合成について紹介する.


ソノケミストリーのコンピュータシミュレーション
■著者
(独)産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門　安井　久一　ほか

■要約
単一気泡ソノルミネッセンスの研究の進展とともに,ソノケミストリ-におけるコンピュータシミュレーションの為の理論モデルが発達した.その結果,現在
では,単一気泡におけるOHラジカル生成量の実験値とコンピュータシミュレーションによって計算されたOHラジカル生成量が一致するまでに至った.そして,コンピュータシミュレーションによって,ソノケミストリーにおける素過程の一つ一つが解明され始めている.コンピュータシミュレーションは,計算結果をもたらす主要因を容易に特定できる為,今後も,種々の要因が絡み合った複雑な現象であるソノケミカル反応の素過程を解明してゆく有力な手段となる.


水の超音波化学反応とその展開
■著者
明星大学理工学部化学科・大学院理工学研究科化学専攻　教授　原田　久志　ほか

■要約
最近,化学の分野ではグリーンケミストリー(Green chemistry)やサステイナブルケミストリー(Sustainable chemistry)の考え方が重要になってきた.その背景としては,「今のまま」を続けてゆくといずれ破綻するという懸念があり,また環境に優しい技術開発に対する社会の要請がある.前世紀に顕在化したエネルギー・食料・環境といった諸問題を緩和するということは,例えば大気中の二酸化炭素濃度増加問題のように,必ずしも有害物でなくとも問題視しなければならないなど一筋縄でいかない面もある.しかし,次世代に対する私たちの責任として解決への道筋をつけておかなければならないであろう.本稿ではこのような考え方を基本として,水に超音波を照射したときに起こる反応または生成物を軸にどのような展開が考えられるかについて解説した.


二酸化チタンへの超音波照射によって発生するラジカルの応用
■著者
金沢大学自然計測応用研究センター　人間計測制御研究部門　教授　清水　宣明　ほか

■要約
本稿では,二酸化チタンへの超音波照射によるOHラジカルの生成,塩基性色素メチレンブルーの脱色,内分泌撹乱物質ビスフェノールAおよびダイオキシン類と化学構造が類似のペンタクロロフェノールの分解,\MARU4 大腸菌の殺菌効果などについて筆者らの研究成果を中心に概説する.


超音波を用いた木材からの有機塩素化合物の除去
■著者
名古屋大学　廃棄物処理施設　助教授　安田　啓司　ほか

■要約
本研究では木材の溶剤洗浄に超音波を適用し,細孔内の有機塩素化合物の除去に及ぼす超音波の影響を検討するとともに,木材内部より有機塩素化合物を効果的に除去する手法を考察した.


超音波による遺伝子導入　-遺伝子治療をめざした検討-
■著者
富山医科薬科大学　医学部放射線基礎医学講座　講師　小川　良平　ほか

■要約
著者らの教室では超音波の生物影響研究の一つとして,超音波による遺伝子導入の研究を進めている.現在はその機構解析を通して導入効率の向上を目指した基礎的な検討を行っている段階であるが,将来的には治療に結びつけたいと考えている.本稿では,超音波による遺伝子治療研究における最近の知見に,著者らの研究成果をまじえて紹介する.


連載
タイ便り(その28)終わりの始まり
■著者
Chulalongkorn Univ. Faculty of Science 教授　和田　重孝

■要約
この「タイ便り」を書き始めてから足掛け4年になる.途中で2度ほどもう止めようと思ったことがあったが,編集長ほかの方に励まされてここまで続けてしまった.一方,書くこととは別に,この4年間,いつも自分の今後の生き方について考えていた.そして,最近,一つの結論に達したので,今回はそのことを書かせてもらいます.


連載
近代日本のセラミックス産業と科学・技術の発展に尽力した偉人,怪人,異能,努力の人々(16)無機化学と有機化学を組合せてSiCの連続繊維という無機化合物の合成に成功した天才的な異能の研究者,東北大学　矢島聖使教授
■著者
宗宮　重行


連載
第2次世界大戦後の日本のセラミックス科学の発達に友好や親善に尽力した世界の大学教授 (13) スシ,鰻のかば焼その他日本料理が大好物で,日本の事物に詳しく,日本の学生の世話をよくし,日本的に妻の親を世話している,珍しいアメリカ人,アラバマ大学Alton N. Scott Professorship　第1号所有者金属,材料工学科長　Professor of Materials Engineering Richard C. (Dick) Bradt教授
■著者
宗宮　重行