セラミックス機能化ハンドブック

第1 編　総論
第1 章　セラミックス機能設計
1　はじめに
2　酸化物の特徴をどうとらえるか
3　透明アモルファス酸化物半導体（TAOS）の材料設計
4　おわりに
第2 章　計算機セラミックス設計（安定構造，電子構造，物性）
1　はじめに
2　プログラム
3　第一原理計算とは
4　第一原理計算で何ができるか
5　バンド構造
6　電子構造の可視化：波動関数，電荷密度，静電ポテンシャルなど
7　有効質量と電子物性
8　バンドギャップ問題
9　光学スペクトル
10 材料設計への応用例：予測と確認
11 材料設計への応用例：仮想的な物質の電子構造
12 生成熱など
13 相安定性：圧力誘起相転移を例に
14 状態方程式
15 弾性率
16 構造緩和計算：安定な結晶構造
17 実験で決めがたい構造の決定：固溶体，アモルファス，水素
18 磁気構造
19 不純物，欠陥の安定性
20 界面
21 表面
22 まとめと注意点
第3 章　組織形成設計のシミュレーション
1　はじめに
2　分子動力学法による粒界・界面シミュレーション
3　モンテカルロ法による焼結と粒成長のシミュレーション
4　おわりに
第4 章　地球環境とセラミックス
1　はじめに
2　地球環境問題の歴史的視点
3　セラミックス材料の貢献の可能性
4　おわりに
第2 編　光機能
第1 章　発光，蛍光
第1 節　蛍光セラミックス
1　はじめに
2　遷移金属イオン
3　3 価の希土類イオン
4　2 価の希土類イオン
5　色中心
6　まとめ
第2 節　白色LED用途の結晶化ガラス蛍光体
1　はじめに
2　白色LEDの課題
3　結晶化ガラス蛍光体
4　高演色性結晶化ガラス蛍光体創製
5　まとめ
第3 節　発色・発光・イメージング
1　はじめに
2　光吸収を利用した古来の発色方法
3　セラミックスの発光によるイメージングI:CRT
4　セラミックスの発光によるイメージングII:PDP
5　セラミックスの発光による新たなイメージング：バイオメディカルイメージング
6　むすび
第4 節　光増幅機能と材料開発
1　はじめに
2　光ファイバー増幅器の原理
3　光ファイバー増幅器の研究の経緯
4　各種光ファイバー増幅器
5　誘導散乱による光波制御
6　むすび
第5 節　実用青色蛍光体材料の概要と課題
1　はじめに
2　カソードルミネッセンス蛍光体
3　X線用青色蛍光体
4　フォトルミネッセンス蛍光体
5　まとめ
第2 章　レーザー発振変換
第1 節　レーザー発振材料
1　はじめに
2　単結晶の現状と問題点
3　Nd：YAGセラミックス
4　希土類酸化物セラミックス
5　コンポジットセラミックス
6　その他の光学セラミックス
7　まとめ
第2 節　波長変換機能材料
1　非線形光学による波長変換
2　分極反転波長変換デバイス
3　分極反転構造の作製法
4　分極反転波長変換材料
5　導波路形態への発展
6　まとめ
第3 章　レーザー照射ほか
第1 節　機能性単結晶育成
1　はじめに
2　YAG
3　YVO4 とGdVO4
4　LiYF4
5　Ti:Al2 O3
第2 節　微小ガラスレーザー
1　はじめに─微小ガラスレーザーとは─
2　微小球レーザーの研究の歴史
3　テラス微小球からのレーザー発振
4　光ファイバーカプラによる励起実験
5　まとめ
第3 節　ガラス材料内部へのフェムト秒レーザー照射
1　はじめに
2　フェムト秒レーザー照射による材料内部プロセッシングの特徴
3　ガラス内部への元素分布形成
4　ガラス内部でのシリコン析出
5　フェムト秒レーザーホログラフィック3 次元加工
6　おわりに
第3 編　電磁気機能
第1 章　総論─電子状態とセラミック半導体機能
1　電子セラミックス中の欠陥・不純物
2　欠陥・材料物性とプロセス
3　セラミックスと界面・表面
4　電子セラミックスの未来に向けて
第2 章　誘電体
第1 節　誘電体セラミックス
1　はじめに
2　MLCCの小型・大容量化に関する技術動向と課題
3　微細・高結晶BaTiO3 粉体の合成
4　誘電体超薄層化技術の展開と誘電体ナノクリスタル
第2 節　マイクロ波誘電体
1　はじめに
2　マイクロ波誘電体に望まれる特性
3　マイクロ波誘電体の機能の各論
4　特徴的なマイクロ波誘電体材料
5　あとがき
第3 節　非鉛圧電体
1 圧電効果
2 非鉛圧電体の必要性
3 代表的な非鉛圧電材料
4 非鉛圧電体材料の研究動向
第3 章　電子・磁性材料
第1 節　磁性材料
1 はじめに
2 磁性材料
3 磁気の発生機構
4 磁化曲線
5 磁化機構
6 フェライト
第2 節　熱電材料
1 熱電発電
2 酸化物セラミックスは高温熱電材料になりうるか？
3 酸化物セラミックスの熱電特性改善に向けた試み
4 新たな挑戦：ゼーベック係数の電界変調
第3 節　ZnOバリスタ特性
1 はじめに
2 バリスタ特性
3 粒界機能の計測・評価
4 おわりに
第4 章　集積化，多層化
第1 節　集積デバイス
1 はじめに
2 強誘電体メモリ
3 抵抗変化メモリ
4 シリコンMOSFET
5 まとめ
第2 節　低温形成セラミックス（LTCC・エアロゾルデポジション）
1 はじめに
2 将来へ向けてのLTCCの技術開発
3 ポストLTCCの背景
4 ポストLTCCとしてのエアロゾルデポジション（ASD）
5 ASDセラミック膜の開発現状
6 ASDの応用展開
7 おわりに
第3 節　強誘電性・強磁性の複合機能薄膜
1 緒言
2 複合型マルチフェロイック薄膜の分類と作製方法による微構造の変化
3 複合型マルチフェロイック薄膜における相互作用に関する理論的取り扱い
4 複合型マルチフェロイック薄膜における相互作用の実際
5 結論
第5 章　センサ
第1 節　複合センサ
1 はじめに
2 無機有機複合材料の分類
3 ガスセンサ応用
4 圧力センサ応用
5 おわりに
第2 節　化学センサ
1 化学センサ
2 ガスセンサの分類
3 半導体ガスセンサ
4 接触燃焼ガスセンサ
5 MEMS技術による半導体ガスセンサと接触燃焼ガスセンサの小型化
6 トランジスタ式半導体ガスセンサ
7 電気化学式ガスセンサ
8 固体電解質ガスセンサ
第3 節　酵素バイオセンサと分子─固相界面
1 はじめに
2 分子界面
3 固相表面における分子層（分子界面）の形成における新手法
4 さまざまなバイオセンサ
5 バイオセンサ以外の分子素子とその展望
6 まとめ
第4 編　化学・エネルギー機能
第1 章　エネルギー機能
第1 節　太陽電池
1 .色素増感太陽電池
1 色素増感酸化チタン太陽電池の高効率メカニズム
2 色素増感太陽電池に用いるnc─TiO2 電極特性
3 TiO2 ナノチューブ構造体電極を用いた色素増感太陽電池
4 タンデム型色素増感太陽電池
2 .シリコン，Ⅱ─Ⅵ，Ⅲ─Ⅴおよびその他の太陽電池
1 はじめに
2 太陽電池の種類
3 結晶シリコン太陽電池
4 薄膜シリコン太陽電池
5 Ⅱ─Ⅵ族化合物多結晶薄膜太陽電池
6 高効率Ⅲ─Ⅴ族多接合太陽電池
7 集光型太陽電池
8 太陽電池および太陽光発電の今後の展望
第2 節　燃料電池
1 .セラミックス電極
1 はじめに
2 セラミックス電極
2 .酸化物固体電解質
1 はじめに
2 酸化物中での酸素欠陥導入とイオン伝導
3 安定化ZrO2 における酸化物イオン伝導性と燃料電池
4 ペロブスカイトにおける酸化物イオン伝導性
5 ペロブスカイト類縁化合物の酸化物イオン伝導性
3 .プロトン系固体電解質
1 はじめに
2 含水系固体酸
3 非含水系固体酸
4 ペロブスカイト型酸化物
5 ホスホシリケート系ゲルおよびガラス
6 格子欠陥型リン酸塩
7 その他の無機系プロトン導電体
8 In3 ＋ドープSnP2 O7 電解質を使用した中温燃料電池
9 Y3 ＋ドープBaCeO3 －α電解質を使用した中温燃料電池
10 おわりに
第3 節　リチウム電池
1 .正極材料
1 はじめに
2 Li─M─O3 元系における従来の基本材料設計
3 遷移金属複合層状岩塩型化合物
4 LiMO（2 M＝Mn，Co，Ni）─Li2 M′O（3 M′＝Mn，Ti，Zr）系正極
5 鉄系電極材料のインパクトと開発の難しさ
6 酸素酸塩系（4 元系）材料への展開
7 オリビン型酸素酸塩
8 XIII，XIV族新規オキソ酸塩
9 おわりに
2 .負極材料
1 はじめに
2 炭素系負極
3 黒鉛負極
4 黒鉛負極の電気化学特性
5 黒鉛電極上に生成する表面皮膜
6 ハードカーボン負極
7 PC（炭酸プロピレン）系電解液中での黒鉛負極の電気化学特性
8 おわりに
3 .全固体型電池
1 全固体型電池の特徴
2 薄膜電池
3 バルク型電池
4 全固体型電池の新しい展開
第4 節　次世代大容量キャパシタ
1 はじめに
2 キャパシタの用途拡大
3 キャパシタと電池
4 電気二重層キャパシタの構成，電荷貯蔵原理
5 大容量新規キャパシタ材料
6 エネルギー密度向上と次世代キャパシタ
7 キャパシタの今後の発展性と方向性
第2 章　化学機能
第1 節　光触媒
1 .水分解
1 はじめに
2 光触媒の原理
3 さまざまな光触媒材料
4 可視光応答性金属酸窒化物光触媒
5 おわりに
2 .有害物質分解・可視光応答
1 有害物質分解光触媒とは
2 これまでの可視光応答型酸化チタン光触媒
3 可視光応答型光触媒の新展開
4 まとめ
第2 節　触媒
1 .メソポーラス・ゼオライト触媒
1 ゼオライト概論
2 ゼオライトの酸性と触媒反応への応用
3 メタロシリケートの触媒作用
4 メソポーラス触媒
2 .固体酸触媒
1 はじめに
2 酸化物（単独酸化物，複合酸化物，硫酸化金属酸化物）
3 ヘテロポリ化合物
4 粘土鉱物
5 スルホン酸樹脂
6 その他の固体酸材料
第3 節　吸着・分離・ガス透過・イオン交換・インターカレーション
1 .多孔性配位高分子の分離・吸着能
1 多孔性配位高分子
2 吸着
3 分離
4 多孔性配位高分子の今後の展開
2 .セラミック製高温水素分離膜
1 はじめに
2 多孔質セラミック膜
3 ポリマープレカーサー法を利用した水素分離膜の合成開発
4 おわりに
3 .層状物質，ナノシートによる機能開発
1 はじめに
2 層状ホスト化合物のインターカレーション反応と機能発現
3 層状物質の剥離ナノシート化と機能
4 ナノシート集積による機能デザイン
5 おわりに
第5 編　バイオマテリアル
第1 章　生体調和機能─生体と調和するセラミックス・アパタイト系バイオミネラル（総論）
1 はじめに
2 骨のナノ構造
3 生命と調和する機能マテリアルの創出
4 物性と構造のTrade─off
5 魚うろこコラーゲン
6 うろこ由来コラーゲンを活用した本当の骨に代わる複合材料
7 軟骨組織を再生させる材料
8 まとめ
第2 章　吸着，分離
第1 節　金属酸化物表面と生体分子の相互作用
1 はじめに
2 水溶性タンパク質と金属酸化物表面の相互作用
3 表面と流体の界面
4 分子動力学とシミュレーション
5 表面付着とタンパク質の選択性
6 生体分子のその場重量センシング
第2 節　生体分子を認識・吸着するセラミックスーアパタイト系・表面界面
1 はじめに
2 水晶振動子マイクロバランス法（quartzcrystalmicrobalance;QCM）
3 水酸アパタイトナノセンサの作製方法と評価
4 アパタイトナノ結晶表面での生体分子の吸着挙動
5 おわりに
第3 章　治療用材料
第1 節　生体組織を治療・再生するセラミックス─総論─
1 はじめに─組織再生─
2 骨の性質
3 骨の再生とバイオセラミックス
4 リン酸カルシウム
5 ティッシュエンジニアリングによる骨の再生誘導
6 ドラッグデリバリー
7 おわりに
第2 節　高機能セラミックスーアパタイト系・複合化
1 はじめに
2 複合化による機械的特性の制御
3 セラミックスとの複合化による機能向上
4 骨部位以外でのヒドロキシアパタイト複合体の利用
5 最後に
第3 節　放射線治療に用いられるセラミック材料
1 はじめに
2 イットリウム含有ガラス微小球
3 レニウム含有ガラス微小球
4 ホルミウム含有ガラス微小球
5 酸化イットリウム微小球
6 リン酸イットリウム微小球
7 おわりに
第4 節　熱を用いた診断材料（非アパタイト系・鉄酸化物系）─温熱治療可能な機能性磁性酸化鉄（マグネタイト）の開発
1 緒言
2 細胞（生体）に対する熱の影響
3 ハイパーサーミアの歴史と発展
4 磁性材料を利用するハイパーサーミア
5 磁性酸化鉄マグネタイト
6 機能性マグネタイト微粒子を利用するハイパーサーミア
7 展望
第4 章　診断用材料
第1 節　バイオ／半導体シグナル変換海面におけるセラミックス薄膜の役割と生体機能計測
1 生体機能センシング
2 シリコンナイトライド膜をゲート材料とする半導体バイオセンシング技術
3 半導体バイオセンシング技術によるさまざまな生体機能計測の可能性
4 まとめ
第2 節　蛍光・磁気共鳴によるバイオイメージング用ナノ粒子材料
1 紫外光励起・可視蛍光ナノ粒子
2 青色光励起・黄色蛍光YAG:Ce3 ＋ナノ粒子
3 近赤外光励起・近赤外蛍光ナノ粒子
4 磁気共鳴イメージング（MRI）用ナノ粒子
5 マルチモーダルイメージング用ナノ粒子
6 まとめ
第3 節　偏光近接場光を用いた微細領域の光学特性評価
1 序論
2 装置
3 偏光近接場光イメージング
4 フェムト秒時間分解イメージング
5 まとめ
第6 編　環境対応
第1 章　イオン交換材料
第1 節　ゼオライト
1 はじめに
2 代表的なゼオライト
3 ゼオライトの利用
第2 節　層状複水酸化物（LDH）材料
1 はじめに
2 層状複水酸化物の構造と特徴
3 陰イオンのインターカレーション
4 陰イオン交換能とその応用
5 まとめ
第2 章　吸着材料
第1 節　ポーラス炭素材料
1 はじめに
2 炭素の細孔構造
3 ガス賦活と薬品賦活
4 鋳型法によるミクロポーラス炭素の製造
5 無機鋳型を用いたメソポーラス炭素の製造
6 有機鋳型を用いたメソポーラス炭素の製造
7 メソポーラスシリカ細孔表面への炭素被覆
8 おわりに
第2 節　メソポーラス材料
1 メソポーラス材料とは
2 吸着剤としての機能化の形態
3 吸着剤各論
4 今後の展開
第3 章　触媒材料
第1 節　環境触媒
1 ガソリンエンジン用排ガス浄化触媒
2 ディーゼルエンジン用排ガス浄化触媒
第2 節　光触媒
1 酸化チタン光触媒の開発の歴史
2 光触媒の構造設計
3 酸化チタン光触媒による環境対応
4 酸化チタン表面の光誘起親水化反応とその応用
5 おわりに
第4 章　省エネルギー・低炭素材料
第1 節　資源回収を志向した廃液処理技術
1 はじめに
2 凝集沈殿法
3 排水からの資源回収技術
4 地球の機構を利用した排水処理
5 最後に
第2 節　セラミックス系新断熱材料
1 はじめに
2 住宅・ビル等に用いる断熱材
3 熱移動のメカニズムと断熱の方法論
4 マルチセラミックス膜新断熱材料の開発
5 マルチセラミックス膜新断熱材料開発において得られている成果概要（現状）
6 おわりに
第3 節　ヒートアイランド対策材料
1 保水能と徐放能
2 揚水能
第4 節　二酸化炭素吸収材
1 はじめに
2 酸化カルシウム系二酸化炭素吸収材
3 リチウム系複合酸化物
4 バリウム系複合酸化物
5 おわりに
第5 節　撥水材料・親水材料
1 はじめに
2 固体表面のぬれとその評価
3 無機固体表面の特徴
4 無機固体材料表面のぬれ制御
5 おわりに
第5 章　多孔体
第1 節　多孔質材料─レプリカ法
1 はじめに
2 レプリカ法による機能性セラミック多孔体の作製
3 おわりに
第2 節　ゲルキャスティング法
1 はじめに
2 ゲルキャスティング法
3 機能性材料としての応用例
4 おわりに
第7 編　機械的熱的機能
第1 章　総論
第1 節　セラミック構造欠陥制御─総論
1 はじめに
2 構造欠陥の評価
3 大形構造欠陥の形成
4 焼結体の大形欠陥抑止
5 大形欠陥と強度の関係
6 おわりに
第2 節　複合材料の機能化─総論
1 はじめに
2 複合化組織に不敏感な特性
3 組織に敏感な特性の設計方法
4 機能の複合化の利用
第2 章　機械的機能
第1 節　高温構造セラミックスのマクロ・ミクロ構造制御
1 高温摺動特性
2 溶融金属に対するぬれ性
3 耐熱衝撃性
第2 節　耐熱高強度非酸化物系セラミックス
1 はじめに
2 Si3 N4 セラミックス
3 SiCセラミックス
第3 節　表面強化機能─セラミックスコーティング
1 はじめに
2 TBCのコーティングプロセス
3 CVDによる高速コーティング
4 レーザーCVDによる高速コーティング
5 まとめ
第4 節　コーティング工具の薄膜構造制御
1 はじめに
2 コーティング工具の製造方法と特徴
3 CVDコーティング工具における薄膜構造制御
4 PVDコーティング工具における薄膜構造制御
5 まとめ
第5 節　超変形機能
1 はじめに
2 超塑性の特徴と変形機構
3 超塑性セラミックス
4 超塑性の応用
第3 章　熱的機能─高熱伝導窒化ケイ素基板の電気絶縁機能と機械的機能
1 はじめに
2 窒化ケイ素の高熱伝導化と主要特性
3 電気絶縁特性
4 機械的特性
5 おわりに
第4 章　複合機能─原子炉用セラミックの機能化
1 緒言
2 核分裂炉と核燃料サイクル，廃棄物処理・処分の概要
3 磁場閉じこめ型核融合炉の概要
4 放射線と物質の相互作用
5 核分裂炉関連セラミックス
6 核融合炉材料としてのセラミックス
7 まとめ