マテリアル インテグレーション 2000年11月号
特集　新しいナノプロセッシングとナノマテリアルの創生

巻頭言
　米国の世界戦略とも関連して,最近,世界中でソフト産業が急速な活力を得つつあります.極東の或国を例にしますと,過去1年間で8,000件以上のベンチャービジネス会社が創立されていますが,その80%はソフト産業関係で有るとの情報もあります.この様な傾向とも関連して,日本の戦後の偉大な発展を支えてきたハード産業が,日本のみでなく世界中で活力を失いつつあり,特にハード産業の進展を支える筈の新しい構造・機能を持った材料開発に関する意欲は極端に失われつつあります.
　しかし一方では,20世紀の高度に発展した工業社会がもたらした,我々人類が緊急に解決すべき諸問題,「地球環境問題,エネルギー問題,人口増加問題,食料問題(水問題を含む)等」,を解決するために,新しい構造・機能を持つ材料の開発が不可欠で有るとの認識も高まりつつあります.
　このような新材料開発の必要性に関する異なる見方/期待を同時に突破する為には,言うまでもなく,材料設計・開発に関する新しいコンセプトが必要なことは言うまでもありません.即ち,21世紀に飛躍的に進展すると考えられるIT産業/バイオ・医療産業を支えるとともに,同時に,我々人類が緊急に解決すべき環境/エネルギー/食料/人口問題の解決にも繋がる,新しい材料開発コンセプトの構築が必要不可欠であると認識されます.
　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.新しい概念に基づく,このインターマテリアルの基本的な考え方は,Material Integration 誌の1999年1月号,5月号,8月号,11月号と2000年1月号,5月号に紹介済みでありますので,詳細は其方を参考にして頂きたいが,簡単に述べると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.
　本特集号では,インターマテリアル開発の根幹となると共に,21世紀の科学技術および新産業育成の核となると思われる,原子・分子・ナノレベルの構造を効率よく制御する新しいプロセッシングに関する研究,並びにクラスターからナノレベルの構造を制御した新しい機能材料の創生に関する研究に焦点を当て,角界で活躍されている方々に執筆を依頼しました.なお,これらの革新的な新プロセスと新機能材料に関する解説記事は,"New Clever Engineered Nanoprocessing", "New Clever Functionalised Nanomaterials ","New Clever Sensing Nanomaterials","New Nanostructure Related Engineered Materials", に分類して収録しました.更に,本特集号では,本年8月に仙台で開催されたナノ構造材料に関する国際会議を"New Perspective of Nanomaterials in Nano 2000"と題し報告いただき今後の展望を試みました.
　読者諸兄の,忌憚の無い意見を賜れば幸いです.

New Clever Engineered Nanoprocessing
ナノコンポジットの強化機構
■著者
名古屋工業技術研究所 構造プロセス部 超変形機能研究室長　大司　達樹

■要約
セラミックスには種々の強化方法があるが,通常,ある一つの特性を強化,向上させる時,他の特性が損なわれる場合が多い.ナノメーターサイズのセラミックス粒子をセラミックスのマトリックスや粒界に分散させた場合,強度,破壊靭性,クリープ特性などの多くの機械的特性が同時に向上することが知られており,これらの材料は,一般にセラミックスナノコンポジットと呼ばれている.シナジーセラミックスの研究開発の第1期においては,これらセラミックスナノコンポジットにおけるナノ粒子による強化機構を,強度・靭性の発現機構(強靭化機構)とクリープ抵抗の強化機構とに分けて解析を行った.本稿では,それら解析・評価手法と結果について述べる.


New Clever Engineered Nanoprocessing
常圧焼結及び焼結/HIPingによるSi3 N4 /SiC複合材料の作製と機械的特性
■著者
大阪大学産業科学研究所　楊　達鋒、新原　晧一

■要約
窒化ケイ素(Si3 N4 )セラミックスは,その優れた機械的性質(高強度,高靭性,高硬度)から高温構造材料としての応用が進められている.最近,微細な,特にナノSiC粒子をSi3 N4 マトリックスの粒内と粒界に分散させることによりSi3 N4 の機械的特性が大幅に改善された.このナノ複合化では,Si3 N4 セラミックスに比べ,室温特性が改善されるだけではなく,高温特性も大幅に改善される.複合体作製にはホットプレスやHIPといった加圧焼結が用いられるが,実用化を考えた場合,常圧焼結での作製が重要である.加圧焼結のかわりに,常圧焼結の後に,post-HIPingで処理する方法でも,機械的特性を向上させることが可能である.本稿では,Si3 N4 /SiCナノ複合材料の実用化を促進するために,高純度のSi3 N4 粉末と焼結助剤を用いて,常圧焼結および焼結/Post HIPingによるSi3 N4 /SiC複合材料の作製を試み,その機械的特性を評価する.


New Clever Engineered Nanoprocessing
金属間化合物系ナノコンポジットの開発
■著者
名古屋工業技術研究所 シナジーセラミックス特別研究室　鈴木　義和

■要約
筆者らは,代表的な高融点遷移金属シリサイドであるMoSi2 (融点:2020℃)に対してセラミックス的なアプローチによる機械的特性の改善を試み,シリサイド系材料としては従来に例を見ない,飛躍的に高い破壊強度(曲げ強度:1.2GPa 以上)を持つMoSi2 系材料の開発に成功した.本稿では,(1)ナノ複合化,および,(2)粒界ガラス相の結晶化という2つのアプローチを用いた研究内容について紹介する.


New Clever Engineered Nanoprocessing
電気泳動法によるセラミックスの成形および積層化
■著者
科学技術庁 金属材料技術研究所 プロセス制御研究部　打越　哲朗

■要約
電気泳動堆積(Electrophoretic Deposition:EPD)法は,緻密な薄膜からバルクまで厚さの制御された堆積層の作製が容易である,異なる数種のサスペンションを用い交互に粒子を堆積させることで新規な層状構造のセラミックスを合成できる,サスペンションの組成を連続的に変化させることにより傾斜組成材料の作成が可能であるなどの特徴を持ち,様々な構造または機能性セラミックスのプロセッシングに応用できる手法として期待されている.本稿では,まず,セラミックスのコロイドプロセッシングについて簡単に紹介し,EPD法のメカニズムや実際のプロセス上必要な諸因子について概説する.また,EPDプロセスを用いたセラミックス積層材料の作製に関する最近の研究を紹介する.


New Clever Functinalized Nanomaterials
高強度・高耐久性圧電ナノコンポジットの設計
■著者
名古屋技術研究所 セラミックス基礎部　黄　海鎮、大阪大学産業科学研究所　新原　晧一

■要約
近年,圧電デバイスの高周波・高出力領域への利用等使用条件の過酷化に伴う素材の破損や劣化が問題となっており,圧電セラミックスにおける機械的信頼性の向上がますます重要視されるようになってきている.誘電特性や圧電特性に優れる機能性セラミックスにナノ粒子を分散したナノコンポジットは,機能性と力学的特性を高度に調和した材料として注目されている.圧電セラミックスの粒界および粒内にナノサイズのセラミックス粒子または金属粒子の分散は,高い破壊強度と破壊靱性の発現以外に,・圧電体特有のドメイン構造の制御,・有効誘電場に起因する誘電率の上昇,・強誘電相と常誘電相間の構造相転移制御等,新規圧電セラミックスの開発に有効なプロセスである.本稿では,PZTセラミックスをマトリックスとし,金属銀または白金粒子を分散させたナノコンポジットの作製プロセスとその特性について述べる.特に,微量の白金粒子を分散させたナノコンポジットは,長時間の繰り返し電界に対し,優れた耐疲労特性を示すことを見い出しているので,ここで紹介する.


New Clever Functinalized Nanomaterials
セラミックス構造材料の知能機能化と金属間化合物
■著者
茨城大学工学部超塑性工学研究センター　阿部　修実

■要約
セラミック材料に信頼性を持たせる取り組みとしては,・微細な欠陥を検出できる非破壊検査法の確立,・破壊挙動の解析による保証試験法の確立,・分散強化,繊維強化,積層化などの複合化による靱性の改善,などの方向性があるが,未だに充分な信頼性を保証するに至っていない.そこで,第四の方法として,・材料自身に損傷の診断と寿命予告を可能にする知的な機能を持たせて信頼性保証の一助としようという知能化の考え方がある.本稿では,主に高温・酸化性の雰囲気で使用することを念頭において,エンジニアリング・セラミックスの信頼性を確保するという観点から知能化の概念を整理し,特異な化学反応性や電磁気的機能を示す金属間化合物を知能化に利用する可能性について考える.


New Clever Sensing Nanomaterials
自己組織化膜による分子配列制御 -分子性機能材料の創製のために-
■著者
東京大学大学院理学系研究科　近藤　寛

■要約
最近,プリミティブな実験ではあるが,自己組織化膜を鋳型にしてその上に多層膜を形成することでその配向を高度に制御できることを見い出した.このような分子の配向制御は,微妙な配向角の違いで電界応答性が変化する液晶系や,配向性の違いが光電流特性に著しい影響を与える光応答材料など,分子性機能材料を創製していくうえで重要な要素技術になると考えられる.本稿では,はじめに自己組織化膜がどのような配列を示すかについて典型的な例を幾つか紹介し,それによる多層膜の配向制御について述べる.さらに,光応答基としてポルフィリン環を導入した自己組織化膜における配向制御と光応答特性の関係について紹介する.


New Clever Sensing Nanomaterials
金属微粒子分散ガラスの超高速非線形光学応答
■著者
筑波大学 物理工学系　井上　英幸、京都大学大学院　理学研究科　田中　耕一郎、京都大学大学院　工学研究科　平尾　一之

■要約
金属微粒子分散系における光学特性は古くから研究が行われてきた.特に近年,超短パルスレーザが登場してからは,その吸収ピークにおいて,三次の非線形感受率>Xi>(3)がナノ秒(ns, 10-9秒)光パルスを用いた測定において10-7esuという大きな値を示し,非線形応答速度が数ピコ秒(ps, 10-12秒)であることが観測されて以来,基礎と応用の両面から精力的に研究が行われている.本稿では,主に金微粒子分散ガラスにおける超高速応答に関して紹介するとともにそのメカニズムに関しての解説を行う.


New Perspective of Nanomaterials in Nano 2000
ナノ構造に起因した新機能の発現
■著者
大阪大学産業科学研究所　中山　忠親、新原　晧一

■要約
本年8月20日から25日の6日間に渡り,宮城県仙台市にて第5回NanostructuredMaterial国際会議(NANO 2000)が開催された.この会議は2年ごとに開催されており,今回がちょうど5回目を迎える.本年は2000年と言うこともあり,このような節目の年に本会議が日本で開催されたことは,この分野における日本の先進性を表しているといえる.本稿においては,同国際会議において発表された幾つかの結果を報告することを通して,ナノ構造に起因した新機能の発現について紹介する.


New Perspective of Nanomaterials in Nano 2000
ナノ材料における力学的特性の革新的改善
■著者
大阪大学産業科学研究所　関野　徹

■要約
本年8月に仙台にて開催されたナノ構造材料に関する国際会議(International Conference on Nanostructured Materials)は,特に材料工学分野におけるナノテクノロジー研究の成果公表討論としての先駆的な国際会議であり,今回で5回目を迎えている.第1回目がメキシコのカンクーンで1992年に開催されたのを始めとし,その後2年ごとに世界各地(ドイツ シュツットガルト(1994),アメリカ ハワイ州コナ(1996),スウェーデン ストックホルム(1998))で開催されている.この会議の発表件数は回を重ねるごとに増え,今回は14のカテゴリにおいて460件余りの発表が口頭およびポスターにて行われた.本稿では,この会議(NANO2000)において発表された成果から,主に材料の力学的性質に関して議論したものを紹介し,最近のナノ材料における力学的機能改善についての研究動向を示す.


連載
入門:ジルコニアの道(未知)-Part 10- ジルコニアの基本物性および結晶構造(2)
■著者
ZrO2ファンクラブ

■要約
本連載は,著者がこれまでの研究にもとづいてまとめた,ジルコニアの基礎を連載で解説したものである.対象を専門の技術者より,むしろ営業関係や新人技術者,技術系でもセラミックス外の技術者とし,可能な限り学術文献から逸脱することを留意しまとめている.今回は,前回に続きジルコニアに関して研究・開発する上で重要なジルコニアの基本物性や特性,結晶構造についてまとめているが,特に安定化ジルコニアを中心とする複合酸化物を中心に述べる.


連載特集
セラミックス開発の新兵器:TG-MS [18]電子材料における微量発生気体分析
■著者
東レリサーチセンター 材料物性研究部 第二研究室　谷川　幸登、石切山　一彦

■要約
近年,電子デバイスをはじめとするエレクトロニクス分野では,小型・軽量化に伴い,従来は問題視されなかった極微量の発生気体が問題となっており,発生気体の種類,量,発生温度域を把握したいというニ-ズが高まっている.そこで東レリサーチセンターでは,このような要請に応えるために,様々な特殊測定専用治具を新たに開発し,加熱時の発生気体を高感度で分析する手法を確立した.本稿では,該法を電子関連部材に適用した結果について紹介する.