| |
頁 |
| 第１章 序論 |
1 |
| 1.1 ナノテクノロジーの由来 |
1 |
| 1.2 ナノコンポジットのコンセプト |
3 |
| 1.3 ナノコンポジットとは |
4 |
| 1.4 マトリックス相によるナノコンポジットの分類 |
6 |
| 1.4.1 ポリマー系ナノコンポジット |
6 |
| 1.4.2 セラミックス系ナノコンポジット |
16 |
| 1.4.3 金属系ナノコンポジット |
26 |
| 1.4.4 ゴム系ナノコンポジット |
31 |
| 1.4.5 炭素系ナノコンポジット |
39 |
| 1.5 ナノコンポジットに用いるフィラーの動向 |
45 |
| 1.5.1 ナノコンポジットに不可欠なナノ粒子 |
45 |
| 1.5.2 ナノ粒子の合成 |
47 |
| 1.5.3 PPクレイナノコンポジットのフィラー配列制御 |
49 |
| 1.5.4 ナノコンポジットの粒子分散と界面 |
50 |
| 1.5.5 粘土鉱物の結晶構造と分類 |
53 |
| 1.5.6 噴霧法によるナノ粒子の合成例（広島大学） |
57 |
| 1.6 ナノコンポジット化により発現する新機能 |
60 |
| 1.6.1 機械的・熱的新機能の発現 |
60 |
| (1) ポリマーナノコンポジットの機能向上 |
60 |
| (2) 機械的特性、耐候性の発現 |
62 |
| (3) 著しい耐熱性の発現 |
64 |
| (4) 優れたバリア性の発現 |
66 |
| (5) 高い難燃性の発現 |
66 |
| 1.6.2 電気的特性による新機能の発現 |
68 |
| (1) 誘電特性の発現 |
68 |
| (2) 空間電荷特性の発現 |
69 |
| (3) 導電特性の発現 |
69 |
| (4) 短時間絶縁破壊特性の発現 |
70 |
| (5) 長時間絶縁及び電気トリー特性の発現 |
70 |
| 1.6.3 その他の発現機能 |
71 |
| (1) 磁気特性機能の発現 |
71 |
| (2) 電磁波吸収機能の発現 |
72 |
| (3) カーボンナノチューブの電磁波遮蔽機能の発現 |
73 |
| (4) 光で電気を流すナノチューブ機能の発現 |
74 |
| (5) トライボロジー特性による機能発現 |
74 |
| 1.7 世界のナノコンポジット研究概況 |
76 |
| 1.7.1 米国におけるナノコンポジットの研究状況 |
76 |
| (1) 研究は層剥離型ナノコンポジットが主流 |
76 |
| (2) 数少ない基礎的研究 |
77 |
| 1.7.2 欧州におけるナノコンポジットの研究状況 |
80 |
| (1) ナノコンポジット材料の開発動向 |
80 |
| (2) 生分解性プラスチックの開発動向 |
84 |
| (3) ビール用PETボトルの開発動向 |
85 |
| (4) ３世代のスチレン・ブタジエンブロック共重合体 |
85 |
| (5) 伝導性（熱・電気）プラスチックの開発動向 |
85 |
| 1.7.3 わが国におけるナノコンポジットの研究状況 |
85 |
| (1) ナノコンポジット構造材料の開発 |
85 |
| (2) ナノ組織制御・機能材料の開発 |
87 |
| (3) ナノ制御高機能表面界面材料の開発 |
88 |
| (4) 有機・無機融合ナノ構造体の構築に関する研究 |
88 |
| (5) 国内で開発された主なポリマー系ナノコンポジット技術 |
89 |
| 1.8 ナノコンポジットの商品化動向 |
90 |
| 1.8.1 ナノコンポジットの市場規模 |
90 |
| 1.8.2 ナイロン系ナノコンポジットの市場規模 |
92 |
| 1.8.3 最近のポリマー系ナノコンポジットの商品化状況 |
96 |
| (1) 層間挿入法によるもの |
97 |
| (2) ゾル-ゲル法によるもの |
99 |
| (3) ナノ粒子直接分散法によるもの |
99 |
| (4) その他のナノコンポジット商品化メーカー |
100 |
| 1.8.4 めざましい自動車分野での商品化状況 |
101 |
| (1) 自動車外装部品へのナノコンポジットの応用（GM社） |
101 |
| 1.8.5 その他の分野における商品化状況 |
103 |
| (1) ポリマー系ナノコンポジットの用途展開 |
103 |
| (2) 電力機器分野への用途展開 |
104 |
| (3) 電子機器分野への用途展開 |
105 |
| (4) 繊維分野への用途展開（日清紡績株式会社） |
107 |
| 引用文献 |
108 |
| |
| 第２章 特許出願状況の推移 |
113 |
| 2.1 各国のナノテクノロジー関連特許出願件数の推移 |
113 |
| 2.1.1 日本、米国、ドイツ、フランスの出願件数推移 |
113 |
| 2.1.2 韓国、英国、台湾の出願件数推移 |
115 |
| 2.1.3 オランダ、スイス、イタリア等の出願件数推移 |
116 |
| 2.1.4 北欧諸国とオーストリアの出願件数の推移 |
117 |
| 2.1.5 BRICs諸国とシンガポールの出願件数推移 |
118 |
| 2.1.6 その他の国の出願件数推移 |
119 |
| 2.2 ナノテクノロジー関連研究機関の特許出願件数推移 |
120 |
| 2.2.1 ナノテクノロジー関連研究機関の出願件数ベスト10 |
120 |
| 2.2.2 ナノテクノロジー関連研究機関の特許出願件数の推移 |
122 |
| 2.2.3 ４大特許庁に対する出願件数ベスト10 |
125 |
| 2.2.4 主な研究機関のナノテクノロジー関連特許出願傾向 |
126 |
| 2.3 ナノコンポジット関連特許出願件数の推移 |
127 |
| 2.3.1 わが国におけるナノコンポジット関連特許出願及び論文数 |
127 |
| 2.3.2 ナノコンポジット関連特許に見る特徴的な具体例 |
131 |
| 2.4 わが国における企業及び研究機関のトピックス |
147 |
| 2.4.1 有機・無機ナノコンポジット作製の研究（名古屋大学） |
147 |
| 2.4.2 ナノコンポジットナイロン６（ユニチカ） |
148 |
| 2.4.3 ナノコンポジットナイロン66（旭化成） |
154 |
| 2.4.4 コンパウンド法によるナノコンポジット新技術の開発（東レ） |
155 |
| 2.4.5 有機・無機ナノコンポジット材料の開発（愛知県産業技術研究所） |
156 |
| 2.4.6 有機クレー系粘性調整剤（三洋貿易） |
158 |
| 2.4.7 世界最小サイズの歯車の開発（北川工業ほか） |
158 |
| 2.4.8 放射線によるナノコンポジットの調製（放射線利用振興協会） |
159 |
| 2.4.9 ナノコンポジット粒子（ホソカワ粉体技術研究所） |
161 |
| 2.4.10 ナノ粒子高分散化によるナノコンポジットの開発（寿工業） |
161 |
| 2.4.11 ポリマーナノアロイ・ナノコンポジット材料の設計（山形大学） |
162 |
| 2.4.12 バイオナノファイバーコンポジットの開発（京都大学、パイオニアほか） |
164 |
| 2.4.13 植物油脂を利用したナノコンポジット複合材料（大阪大学） |
165 |
| 2.4.14 ステレオヘッドホンのナノコンポジット振動板（ソニーマーケティング） |
166 |
2.4.15 熱可塑性ポリイミド/カーボンナノチューブによるナノコンポジット
（三井化学） |
167 |
| 2.4.16 ナノテク利用高性能接着剤（大阪市立工業研究所） |
168 |
| 引用文献 |
169 |
| |
| 第３章 ナノコンポジットの製造方法 |
171 |
| 3.1 ナノコンポジット製造方法の分類 |
171 |
| 3.1.1 ポリマー系ナノコンポジット製造法の分類 |
171 |
| (1) 層間挿入法（インターカレーション法） |
171 |
| (2) モノマー挿入後重合法 |
173 |
| (3) ポリマー挿入後重合法（溶融混練法） |
176 |
| (4) In-Situフィラー形成法（ゾル-ゲル法） |
178 |
| (5) In-Situ重合法 |
179 |
| (6) モレキュラーコンポジット形成法 |
179 |
| (7) 超微粒子直接分散法 |
180 |
| (8) メカノフュージョンシステム法 |
180 |
| (9) 中空粒子利用法 |
181 |
| 3.1.2 ポリマー系ナノコンポジット製造方法の進展動向 |
181 |
| (1) ポリマー系ナノコンポジット製造方法の進展経緯 |
181 |
| (2) ポリマー系ナノコンポジット製造方法の進展動向 |
183 |
| (3) 均質なポリマーナノ粒子の製造方法（株式会社KRI） |
186 |
| 3.2 ナノコンポジットの基本的製造方法 |
189 |
| 3.2.1 層間挿入法（インターカレーション法） |
189 |
| 3.2.2 モノマー挿入後重合法 |
190 |
| (1) ナイロン６の層間重合（豊田中央研究所） |
190 |
| (2) モノマーとの共重合（豊田中央研究所） |
192 |
| (3) ナイロン６/合成雲母インターカレーション化合物の合成（ユニチカ） |
193 |
| 3.2.3 ポリマー挿入法（溶融混練法、コンパウンド法） |
196 |
| (1) クレーへのナイロン、ポリオレフィンの挿入（豊田中央研究所） |
197 |
| (2) PVA系ナノコンポジット（神戸大学） |
198 |
| (3) ポリ乳酸系ナノコンポジット（豊田工業大学） |
199 |
| (4) 雲母粘土鉱物を使ったポリマーナノコンポジット（物質・材料研究機構） |
203 |
| (5) ポリプロピレンナノコンポジットの開発（埼玉県産業技術総合センターほか） |
206 |
| (6) 溶融混練によるナノコンポジットの製造研究（アクロン大学など） |
209 |
| (7) PP、PSポリマーナノコンポジットの製造研究（オハイオ州立大学） |
213 |
| (8) ナノコンポジットのコンパウンディングの研究（Coperion
Corp.） |
215 |
| 3.2.4 In-Situフィラー形成法（ゾル-ゲル法） |
217 |
| (1) 有機−無機ポリマーハイブリッドの製造（京都大学） |
217 |
(2) ゾル-ゲル法によるPMMA-シリカハイブリッドの合成
（名古屋工業大学テクノイノベーションセンター） |
220 |
| (3) エポキシ樹脂−シリカハイブリッドの製造（荒川化学工業） |
223 |
| (4) ゾル-ゲル法によるポリマー系ナノコンポジットの製造法 |
227 |
| (5) ゾル-ゲル法によるポリマー系ナノコンポジットの将来性 |
230 |
| 3.2.5 In-Situ重合法 |
232 |
(1) In-Situ重合法によるPMMA-シリカナノコンポジットの合成
（名古屋工業大学） |
232 |
| (2) In-Situ法による有機-無機ポリマーハイブリッド（京都大学） |
235 |
| (3) In-Situ重合法によるPMMA-シリカハイブリッドの合成 |
236 |
| 3.2.6 超微粒子直接分散法 |
238 |
| (1) ナノ粒子直接分散法 |
238 |
| (2) 超微粒子直接分散法コンポジット |
239 |
| (3) ナノチューブ分散ポリイミド材料の開発（産業技術総合研究所ほか） |
241 |
| (4) ポリエチレン/層状粘土鉱物系ナノコンポジットの調製（信州大学） |
242 |
| 3.2.7 メカノフュージョンシステム法（ホソカワ粉体技術研究所） |
247 |
| 3.2.8 メカニカルシステムによる粉体の複合化法 |
252 |
| (1) 機械式粉体表面処理装置（アーステクニカ） |
252 |
| (2) ハイスピードミキサ（深江パウテック） |
256 |
| 3.2.9 噴霧乾燥式流動層造粒法（岐阜薬科大学ほか） |
261 |
| (1) ポリ乳酸グリコール酸ナノコンポジット |
261 |
| (2) 噴霧乾燥式流動層造粒装置によるPLGAナノコンポジットの調製 |
261 |
| (3) 噴霧乾燥式流動層造粒法で得られたPLGAナノコンポジット粒子の構造 |
262 |
| (4) コンポジット粒子中のPLGAナノスフェアの再分散性 |
264 |
| 3.2.10 メカノケミカル重合法（山形大学） |
264 |
| 3.2.11 ガス中蒸発法 |
269 |
| (1) 気相合成法によるシングルナノコンポジットの合成（大阪大学） |
269 |
| (2) ガス中蒸発法を応用したナノ複合粒子の作製（岐阜高等専門学校） |
272 |
| 3.2.12 液相凝固法（東北大学） |
279 |
| (1) 液相凝固法によるナノコンポジット合金開発の指針 |
279 |
| (2) ナノコンポジット合金の組織と特性 |
281 |
| 3.2.13 FCM（Flush
Creation）法（ホソカワ粉体技術研究所） |
284 |
| (1) FCMの原理 |
284 |
| (2) ナノ複合粒子の作製 |
285 |
| 3.2.14 ナノ粒子を接合材とする方法（大阪大学） |
286 |
| (1) 複合型銀ナノ粒子 |
286 |
| (2) 複合型銀ナノ粒子の熱特性と焼成挙動 |
287 |
| (3) 複合型銀ナノ粒子を用いた銅の接合 |
289 |
| 3.2.15 プラズマ異方性CVD法（九州大学） |
291 |
| 3.2.16 粉末冶金法（東京都立産業技術研究所ほか） |
295 |
| 3.2.17 ヘテロ凝集作用による法（東北大学、日産自動車ほか） |
300 |
| 引用文献 |
303 |
| |
| 第４章 ナノコンポジットの機能発現と応用 |
307 |
| 4.1 最近のナノコンポジット技術 |
307 |
| 4.1.1 ナノコンポジット応用技術の最新動向 |
307 |
4.1.2 航空宇宙システムにおけるナノコンポジット応用技術の動向
（宇宙航空研究開発機構） |
309 |
| (1) 炭素繊維強化複合材料（CFRP） |
309 |
| (2) カーボンナノチューブ（ファイバ）の応用技術 |
311 |
| (3) CNF分散ナノコンポジット |
312 |
| (4) 航空宇宙輸送システムへのナノコンポジットの応用 |
314 |
| 4.2 電気特性の発現と応用 |
315 |
4.2.1 ナノコンポジット材料における諸現象
（ナノコンポジット材料の誘電・絶縁応用技術専門委員会） |
315 |
| 4.2.2 フレキシブル電波吸収体の特性と応用（大同特殊鋼） |
321 |
| (1) EMC（Electromagnetic
Compatibility） |
321 |
| (2) フレキシブル電波吸収体材料DPRの製造方法 |
323 |
| (3) DPRの諸特性 |
324 |
| (4) DPRの応用例 |
327 |
| 4.2.3 高分子ナノコンポジットの耐部分放電性評価（早稲田大学） |
329 |
| (1) ポリアミド/シリケートナノコンポジットの例 |
329 |
| (2) エポキシ/酸化チタンナノコンポジットの例 |
332 |
| 4.2.4 強誘電体ナノ粒子における巨大誘電特性（東京工業大学） |
333 |
| (1) 誘電体ナノ粒子の合成方法 |
334 |
| (2) 巨大誘電率の発現 |
336 |
| 4.2.5 ITO-ポリピロールナノコンポジット導電膜（KRI） |
337 |
| (1) 新規透明導電材料 |
337 |
| (2) 新規透明導電材料の設計 |
337 |
| (3) ITO-ポリピロールナノコンポジット膜の作製 |
338 |
| (4) 導電性 |
339 |
| 4.2.6 VGCF/ポリフルオレンナノコンポジットの電気特性（日本ケミコン） |
341 |
| (1) 気相成長炭素繊維/ポリフルオレンナノコンポジット電極 |
341 |
| (2) 実験 |
342 |
| (3) 結果と考察 |
343 |
| 4.3 光学特性の発現と応用 |
348 |
| 4.3.1 ゾル-ゲルプロセスによる光機能性材料（東京工業大学） |
348 |
4.3.2 SnO2/ZnOナノコンポジット電極の光音響・光電気化学特性
（電気通信大学） |
356 |
| (1) 色素増感太陽電池 |
356 |
| (2) SnO2/ZnOナノコンポジット電極の作製 |
357 |
| (3) 測定系 |
358 |
| (4) 測定結果と考察 |
360 |
| 4.3.3 ナノコンポジット有機太陽電池（松下電工） |
362 |
| (1) ナノコンポジット有機太陽電池 |
362 |
| (2) 化合物半導体ナノ結晶の生成 |
362 |
| (3) ナノコンポジット太陽電池の特徴 |
364 |
| (4) 有機太陽電池の課題 |
365 |
| 4.3.4 可視光応答型ナノコンポジット電極（産業技術総合研究所） |
366 |
| (1) Pt/TiO2ナノコンポジットの調製 |
366 |
| (2) 光電極特性の測定と観測 |
366 |
| 4.3.5 有機無機ナノ複合光学材料の開発（KRI） |
368 |
| (1) 有機無機ナノ複合光学材料の概念 |
368 |
| (2) 希土類含有ナノクラスター |
369 |
| (3) 分光吸収特性 |
370 |
| (4) 発光特性 |
371 |
| (5) 有機無機ナノ複合材料の作製と特性評価 |
373 |
| 4.4 磁気特性の発現と応用 |
375 |
| 4.4.1 Nd-Fe-Bナノコンポジット磁石の磁気特性（山梨大学） |
375 |
| 4.4.2 熱間加工によるナノコンポジット磁石の異方化（大同特殊鋼） |
384 |
| (1) ナノコンポジット磁石の異方化方法の探索 |
384 |
| (2) Nd-Fe-B系磁石材料の熱間加工による異方化機構 |
385 |
| (3) ナノコンポジット磁石の作製と評価方法 |
388 |
| (4) α-Fe/Nd2Fe14B系ナノコンポジット磁石の熱間加工による異方化 |
389 |
| 4.4.3 次世代磁気記録材料FePtナノ粒子（物質・材料研究機構） |
393 |
| (1) 磁気記録の高密度化と材料開発 |
393 |
| (2) 規則化過程 |
394 |
| (3) 規則化のサイズ効果 |
395 |
| (4) 界面不規則化による異方性制御 |
396 |
| 4.4.4 磁性ナノコンポジットの応力-磁化特性（産業技術総合研究所） |
398 |
| 4.4.5 熱応答性磁性ナノ粒子の開発（チッソ石油化学、神戸大学） |
402 |
| (1) 従来の磁気ビーズ |
402 |
| (2) 熱応答性磁性ナノ粒子 |
403 |
| (3) Therma-Maxとは |
405 |
| (4) 細胞分離・アッセイへの応用 |
406 |
| 4.4.6 高性能GHz領域対応電磁波吸収材料（日立製作所） |
407 |
| (1) 軟磁性金属/高電気抵抗率ナノコンポジット粒子 |
407 |
| (2) ナノコンポジット粒子の製造方法 |
408 |
| (3) ナノコンポジット粒子の微細構造 |
408 |
| (4) 高周波電磁気特性へのナノコンポジット化の効果 |
410 |
| (5) 電磁波吸収特性へのナノコンポジット化の効果 |
412 |
| 4.4.7 ナノコンポジット磁石の急冷凝固組織制御（住友特殊金属） |
413 |
| (1) 残留磁束密度の向上と結晶組織制御 |
413 |
| (2) ナノコンポジット磁石に求められる組織 |
414 |
| (3) 非晶質または過冷却液体からの２相結晶化 |
414 |
| (4) 添加元素による急冷凝固組織制御 |
415 |
| (5) 超急冷過程の実測と臨界冷却速度の推定 |
416 |
| (6) ナノコンポジット磁石の展望 |
419 |
| 4.5 触媒特性の発現と応用 |
420 |
| 4.5.1 層間ナノコンポジットの光触媒作用（東北大学） |
420 |
| 4.5.2 ナノ複合技術と分子選択的光触媒（広島大学） |
426 |
| (1) ナノ構造と物質機能の複合方法 |
427 |
| (2) 酸化チタン微粒子-メソポーラスシリカ複合体の合成と構造 |
428 |
| (3) 複合体触媒の分子選択的光触媒作用 |
429 |
| 4.5.3 光触媒コーティング用ナノコンポジットの開発（関西ペイント） |
431 |
| (1) PTAと層状珪酸塩の複合化 |
431 |
| (2) TiO2/粘土鉱物複合体の合成実験 |
431 |
| (3) 複合体の結晶構造 |
432 |
| (4) TiO2/粘土鉱物複合体の光触媒活性 |
435 |
| (5) 光触媒活性の高活性化 |
436 |
4.5.4 貴金属バイメタル粒子・デンドリマーナノ複合体の触媒活性
（東京理科大学） |
438 |
| (1) デンドリマー単一金属ナノ粒子コンポジットの調製と触媒活性 |
438 |
| (2) デンドリマー合金ナノ粒子コンポジットの調製と評価 |
440 |
| (3) デンドリマー合金ナノ粒子複合体の触媒活性 |
442 |
| 4.5.5 Pdナノ粒子触媒のサイズ・形状制御（大阪大学） |
444 |
| (1) 4核Pd錯体を前駆体とするPdナノ粒子触媒 |
444 |
| (2) Tetrahedron型Pdナノ粒子の調製 |
445 |
| (3) Pdナノ粒子形状の観察 |
445 |
| (4) Tetrahedron型Pdナノ粒子のサイズ制御 |
446 |
| (5) Tetrahedron型Pdナノ粒子の触媒作用 |
447 |
| 4.6 センサー機能の発現と応用 |
448 |
| 4.6.1 感触センサーとしてのゴム系ナノコンポジット（大阪大学） |
448 |
| (1) 有機/無機ナノコンポジット型の感圧導電性ゴム |
448 |
| (2) 感触ゴムセンサーのナノ複合化指針 |
449 |
| (3) 実験方法 |
450 |
| (4) パーコレーション体積 |
450 |
| (5) 経時変化と応答性 |
451 |
| (6) 環境による特性変化 |
452 |
| (7) 耐久性と機械的特性 |
453 |
| 4.6.2 有機-無機ハイブリッドナノデバイス（名古屋工業大学） |
455 |
| (1) 固体表面への機能性分子の自己組織化 |
455 |
| (2) 分子認識能を有するSAM |
456 |
| (3) シデロフォア機能を利用した細胞センサーSAM |
458 |
| 4.6.3 Ru-Cナノコンポジット膜による酸素センサー（東北大学） |
460 |
| 4.7 機械的特性の発現と応用 |
462 |
4.7.1 カーボンナノチューブ添加銅基複合材料の機械特性
（東京都立産業技術研究所、ほか） |
462 |
| 4.7.2 TiSiNコーティングによる工具強度の向上（日立ツール） |
469 |
| 4.7.3 MgB2/Al複合材料の超伝導と熱的特性（富山大学、ほか） |
475 |
| 4.7.4 EVAナノコンポジットの難燃性（京都工芸繊維大学、ほか） |
484 |
| 4.7.5 粘土鉱物ナノコンポジット接着剤（大阪市立工業研究所） |
492 |
| (1) IPN高分子とモンモリロナイトの複合化 |
492 |
| (2) 従来のエポキシ樹脂系接着剤 |
493 |
| (3) アクリレート/エポキシ樹脂系IPN |
493 |
| (4) IPN構造を持つナノコンポジットの作製 |
495 |
| (5) ナノコンポジットの物性 |
497 |
| 引用文献 |
498 |
