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ナノ粒子の最先端
−製法・用途展開・安全性・評価技術−


 

 ナノ粒子ではバルク原子に比べて表面原子の占める割合が大きく、表面の原子は隣接原子を欠くので配位不飽和性が高く、内部のバルク原子よりもエネルギーが高い状態にある。したがって、ナノ金属粒子では結合エネルギーに比べて表面エネルギーを無視できなくなり、バルク金属とは違う物性が現れる。このサイズにともなう物性の変化はサイズ効果と呼ばれ、融点の低下、局在表面プラズモン共鳴の発現、離散的エネルギー準位の発現、化学吸着・反応性の向上(触媒特性の向上)などを発現する。
 このような、ナノ粒子に特有の性質を発現させるための合成法や、異種材料との複合化、さらには、そのサイズ・形状や結晶構造の制御法の研究が活発に行われ、その応用分野は、電子、情報、触媒、電池、医療、建材や衣料分野にまで急速に広がっている。ナノ粒子はその高い表面活性に由来して凝集しやすいため、分散の均一化とその長期にわたる安定性を確保できる技術が求められている。さらには、生体への安全性の確認と、取扱いに細心の注意が必要である。本調査レポートは、ナノ粒子の特性、製造加工分散技術、特性改善と応用、安全性、測定評価技術に関する最新情報を集成したものである。



    □体裁 A4判435ページ
    □価格 本体68,000円+消費税
    □送料 弊社負担
    □発行 2013年1月

章 目 次

 

第1章 ナノ粒子の特性
第2章 ナノ粒子の製造・分散・加工
第3章 ナノ粒子の用途特性改善と応用
第4章 ナノ粒子の安全性
第5章 ナノ粒子の測定・評価技術


詳 細 目 次

 
第1章 ナノ粒子の特性 1
 1.1 ナノ粒子の光学的特性 2
  1.1.1 半導体/金属ナノ粒子の新規な光学現象 2
  1.1.2 金属ナノ粒子の光電気化学反応 4
  1.1.3 導電性ナノ粒子の光学現象の制御 6
  1.1.4 光化学反応の高効率化とナノ粒子の捕捉 8
  1.1.5 金属ナノ粒子界面での光誘起電荷分離 10
  1.1.6 発色光を可変可能なSiナノ粒子 13
  1.1.7 半導体ナノ粒子間のエネルギー移動 15
  1.1.8 ナノ粒子光誘起力による力学的運動制御 15
  1.1.9 高分子/ナノ粒子複合系の分散−凝集転移 19
 1.2 その他の特性 20
  1.2.1 合金ナノ粒子の相平衡 21
  1.2.2 磁性ナノ粒子分散系のレオロジー 23
  1.2.3 ナノ粒子γ-フェライト膜の磁気特性 24
  1.2.4 ナノ化による強度向上効果 26
    
第2章 ナノ粒子の製造・分散・加工 30
 2.1 気相合成法 30
  2.1.1 プラズマ法によるナノ粒子合成 30
   (1) ナノ粒子の合成とその機能発現 30
   (2) 鉄ナノ粒子の製法 33
   (3) 固体原料からのナノ粒子合成 33
   (4) 新機能性ナノバイオ物質創製 35
   (5) ナノ粒子の製造と加工 37
  2.1.2 蒸着法によるナノ粒子構造体の形成 39
   (1) 金属ナノ微粒子規則配列構造体の形成 39
   (2) 磁性ナノ粒子集合体の調製 41
  2.1.3 単成分ナノ粒子または複合ナノ粒子の作製 42
  2.1.4 カーボンナノチューブの大量製造技術 43
  2.1.5 ガス中蒸発法による独立分散ナノ粒子 44
  2.1.6 紡糸法によるナノワイヤ・ナノチューブ 44
 2.2 液層化学合成法 44
  2.2.1 液相合成へのマイクロ波加熱の利用 45
   (1) 金属ナノ粒子の精密合成 46
   (2) 金属ナノ粒子の連続製造 48
  2.2.2 パルスレーザー光照射による球状粒子調製 48
  2.2.3 光照射による銀ナノ粒子の形態・配向制御 48
  2.2.4 表面保護剤・分散剤利用金属ナノ粒子合成 48
   (1) 低分子表面保護剤を用いたナノ粒子合成 48
   (2) 高分子分散剤を用いたナノ粒子合成 49
   (3) 還元性界面活性剤による金ナノ粒子合成 51
  2.2.5 高分散性ナノ粒子と有機無機複合液晶調製 53
  2.2.6 形状や配列を制御した金属ナノ粒子の調製 55
  2.2.7 グラファイトカーボン被覆磁性ナノ粒子 58
  2.2.8 液相法によるTiCとWCのナノ粒子合成 60
  2.2.9 マイクロミキサーによるPtナノ粒子合成 63
  2.2.10 逆ミセル反応場を用いたナノ粒子合成 66
  2.2.11 マトリックス中での合成 68
   (1) 金属・磁性ナノ粒子複合樹脂の調製 68
   (2) 磁性ナノ粒子/ポリマ複合体の合成 70
   (3) ナノ粒子分散複合ポリマの開発 73
  2.2.12 光造形法によるフォトニック結晶作製 75
  2.2.13 フッ化マグネシウムナノ粒子の合成 76
 2.3 水熱合成法 76
  2.3.1 金属ナノ粒子水熱合成のその場観察 77
  2.3.2 マイクロリアクターによる連続水熱合成 79
   (1) 超臨界水熱合成装置 79
   (2) 酸化物ナノ粒子の連続合成 81
  2.3.3 超臨界水熱法によるナノ粒子連続合成 83
 2.4 電気泳動の利用による組織化 85
  2.4.1 コロイドナノ粒子集積技術 86
  2.4.2 酸化チタンナノ粒子薄膜作製 88
 2.5 自己組織化の利用 89
  2.5.1 自己集合利用有機ナノチューブ製造技術 89
  2.5.2 自己組織化利用ナノ粒子チェーン形成 90
 2.6 噴霧法 93
  2.6.1 2液混合型スプレーによる粒子の調製 93
  2.6.2 噴霧乾燥法を用いたナノ粒子構造体形成 94
  2.6.3 液体噴霧操作を利用した固体微粒子製造 95
  2.6.4 減圧沸騰噴霧を利用したナノ粒子合成 97
  2.6.5 減圧沸騰噴霧による火炎内ナノ粒子合成 99
 2.7 微生物法 102
  2.7.1 還元細菌による金イオンの還元ナノ粒子化 102
 2.8 固相法 104
  2.8.1 結晶性酸化鉄ナノ粒子メカノケミカル合成 104
  2.8.2 メカノケミカル法によるナノ粒子製造 106
 2.9 粉砕・分散 108
  2.9.1 カーボンナノチューブの分散・可溶化技術 108
  2.9.2 噴流を用いた湿式分散 109
   (1) エアノズル利用ジェットミル 110
   (2) ジェットミル 111
   (3) ダメージレス湿式分散装置 113
   (4) 超高圧噴流を用いた微粒化技術 114
  2.9.3 微小ビーズ対応ミルによるナノ粒子の分散 116
  2.9.4 ミル内媒体運動のシミュレーション 118
  2.9.5 バイオナノファイバーの製造と利用 121
 2.10 表面修飾・複合・高機能化 123
  2.10.1 銅ナノ粒子の表面被覆 123
  2.10.2 水系における金ナノ粒子のシリカ被覆 124
  2.10.3 シランカップリングによる表面処理 125
   (1) 有機媒体への分散性改善 125
   (2) シリカを表面に含まない粒子の修飾 127
  2.10.4 シード粒子成長法による機能性微粒子調製 127
  2.10.5 自己組織化による二元金属ナノ粒子の生成 129
  2.10.6 コロイダルシリカの表面処理 130
  2.10.7 ナノ粒子の接合による構造制御と高機能化 132
  2.10.8 ビーズミルによる有機溶媒中での表面修飾 133
  2.10.9 強制薄膜式リアクターによる表面処理 134
  2.10.10 高圧二酸化炭素を用いた表面改質 135
  2.10.11 乾式機械的処理による複合または表面被覆 137
   (1) ナノ粒子の分散と複合化 137
   (2) ナノ粒子への有機物の被覆 138
  2.10.12 乾式グラフトによるナノ粒子の高機能化 140
  2.10.13 熱処理によるポーラス・中空化技術 142
 2.11 成形 143
  2.11.1 電気浸透流利用ナノ粒子配列技術 143
  2.11.2 気相法によるナノ粒子の配列技術 144
  2.11.3 ポリマフィルムのナノホール加工 145
    
    
第3章 ナノ粒子の用途特性改善と応用 161
 3.1 電子・電気・情報 161
  3.1.1 トンネル効果を利用した単電子デバイス 161
  3.1.2 二重トンネル接合の抵抗値 163
  3.1.3 エポキシ樹脂ナノコンポジット絶縁材料 164
  3.1.4 銅微粒子応用積層セラミックコンデンサ 166
  3.1.5 熱電発電材料 168
   (1) n型CoSb3化合物熱電半導体の性能改善 168
   (2) 複合金属ナノ粒子分散有機熱電変換材料 170
  3.1.6 光電変換デバイス 171
   (1) 光電気化学電池 171
   (2) 無機化合物からなる光電変換素子 171
   (3) 有機色素分子を用いる光電変換素子 172
   (4) 金属ナノ構造による光電変換系 174
   (5) 量子ドット配列制御による高機能化 176
 3.2 光学 176
  3.2.1 複合半導体ナノ結晶の光学特性制御 176
  3.2.2 半導体ナノ粒子の配列制御による高機能化 179
  3.2.3 半導体ナノ粒子の長期光学的性質 181
  3.2.4 フォトニック光学デバイス 183
   (1) プラズモニック導波路 183
   (2) 表面ラマン散乱(SERS)の増強 184
   (3) テラヘルツ波利用新規センシング技術 184
   (4) フォトニック結晶の反射波長制御 185
  3.2.5 ナノ粒子蛍光体の発光効率の改善 187
  3.2.6 ナノ粒子含有ポリアクリレート薄膜 189
  3.2.7 ハイブリッド金属ナノ粒子分散液晶材料 190
  3.2.8 画像形成材料用新規銀ナノ粒子薄膜 192
  3.2.9 ナノ粒子を用いた高性能反射防止膜 193
  3.2.10 紫外線遮断コーティング技術 195
  3.2.11 微細光学素子形状のSEM測定法の改善 196
 3.3 触媒 197
  3.3.1 炭素ナノ繊維担持金属ナノ粒子触媒 197
  3.3.2 Auナノ粒子の触媒としての応用 198
  3.3.3 Au/Pdコアシェル・ナノ粒子の触媒活性 199
  3.3.4 Agをコアとする二元金属ナノ粒子触媒 200
  3.3.5 触媒活性低下の小さいPtナノ粒子 201
  3.3.6 貴金属担持卑金属酸化物触媒の挙動観察 203
  3.3.7 ベンズイミダゾール合成用Pt/TiO2触媒 204
  3.3.8 磁性酸化チタン光触媒粒子 205
  3.3.9 可視光還元能の高い貴金属担持TiO2光触媒 205
  3.3.10 ナノ粒子による水の光分解触媒 206
  3.3.11 白金/酸化タングステン複合粒子光触媒 209
  3.3.12 自動車排ガス浄化触媒 209
   (1) ディーゼルエンジン用NOx浄化触媒 209
   (2) 自動車排気ガス浄化触媒の長寿命化 211
 3.4 電池 213
  3.4.1 太陽電池 213
   (1) プラズモン共鳴の太陽電池への利用 213
   (2) 半導体量子ドット増感太陽電池 215
   (3) 高効率色素増感太陽電池 218
   (4) 光活性が高く低毒性の薄膜太陽電池 221
   (5) 次世代太陽電池用シリコンナノ粒子合成 222
  3.4.2 燃料電池 223
   (1) 固体高分子型形燃料電池の低白金化技術 223
   (2) 酸化物型燃料電池用ナノ粒子バルク体 225
   (3) 固体酸化物型燃料電池用高性能電極 227
   (4) 固体酸化物型燃料電池の高機能化 231
   (5) 燃料電池酸素極触媒劣化機構の解明 231
  3.4.3 その他の電池 233
   (1) リチウムイオン電池電極材料の性能向上 234
   (2) 電気化学分析用金属ナノ粒子修飾電極 234
 3.5 吸着 236
  3.5.1 金属・合金ナノ粒子の水素吸蔵特性 236
  3.5.2 ナノ粒子による放射性物質の吸着 239
 3.6 アクチュエータ・機械部材 239
  3.6.1 磁性ナノ粒子による力情報伝達デバイス 239
  3.6.2 光電気化学アクチュエータ 240
  3.6.3 ナノダイヤモンド複合めっきによる潤滑化 240
 3.7 色材・インク・印刷・記録媒体 242
  3.7.1 顔料・塗料 242
   (1) 金属ナノ粒子の高彩度・高耐久性色材 242
   (2) 貴金属ナノ粒子濃厚懸濁液使用新規色材 242
   (3) 超音波利用塗料・コーティング剤製造 244
   (4) 強制薄膜式リアクターによる表面処理 245
  3.7.2 インク 246
   (1) 金属ナノ粒子インクのキュア温度低下 247
   (2) 透明導電膜形成用ナノ粒子インク 247
   (3) 種々の色で書き換え可能なナノ粒子材料 249
   (4) 銀ナノロッド利用偏光フォトクロミズム 250
  3.7.3 印刷・パターン形成・記録媒体 250
   (1) 銅系ナノ粒子インクによる配線形成 250
    A. 耐酸化性銅系ナノインクの開発 251
    B. 銅粒子の還元技術とインクへの適用 251
   (2) 焼成不要の電子回路配線技術 253
   (3) ナノめっきのエレクトロニクスへの応用 255
   (4) 印刷と焼成による透明導電膜の製造 257
   (5) ナノ粒子分散系物理ゲル利用直接描画技術 258
   (6) 光触媒利用親水性/疎水性パターニング 259
   (7) ナノ粒子薄膜利用高密度磁気記録媒体 260
 3.8 建材 260
  3.8.1 ナノ粒子利用断熱材 260
   (1) ナノ粒子/繊維複合粒子による断熱材 260
   (2) ナノ粒子による高機能性断熱材 262
  3.8.2 ナノ粒子表面への難燃性付与 262
 3.9 衣料・スポーツ用品 263
  3.9.1 抗インフルエンザウイルス能付与 263
  3.9.2 ナノ粒子のサイズ効果による難燃化 263
  3.9.3 汗で滑らないバレーボール 265
 3.10 医療・バイオ 266
  3.10.1 FePt系磁性ナノ粒子の機能化と応用 266
   (1) FePt磁性ナノ粒子の医療分野での用途 266
   (2) 水溶性高分子保護FePtナノ粒子の合成 268
   (3) FePt/SiO2複合型磁性ナノ粒子の合成 269
  3.10.2 酸化鉄系磁性ナノ粒子の機能化と応用 271
   (1) マグネタイトナノ粒子の合成と応用 271
   (2) 癌温熱療法に適した磁性酸化鉄ナノ粒子 273
   (3) 自己発熱を利用した局所加温温熱療法 274
   (4) マグネタイトナノ粒子を用いた組織工学 276
   (5) 磁性ナノ粒子を用いたiPS細胞の誘導 279
  3.10.3 磁気ナノ微粒子の機能化と応用 281
  3.10.4 熱応答性磁性ナノ粒子の合成と応用 284
  3.10.5 関節軟骨欠損部への幹細胞誘導システム 287
  3.10.6 磁気誘導による癌治療 288
  3.10.7 非磁性医療用ナノ粒子の合成・製剤 290
   (1) 医療用非磁性ナノ粒子の合成 290
   (2) 薬物吸収性を改善したナノ粒子製剤 292
   (3) 多重被覆した刺激応答性放出制御製剤 294
   (4) 薬物ナノ粒子の吸収性改善 294
   (5) 物理架橋ナノゲルの調製 298
   (6) 薬物送達用生分解性ナノ粒子 298
   (7) ナノ粒子の表面特性の細胞への影響 302
   (8) 抗ウイルス活性銀ナノ粒子複合体 303
   (9) アレルゲン不活化、ダニ忌避・増殖抑制 304
   (10) 抗菌性および生物忌避性付与 306
   (11) ナノ粒子封入用ソフトカプセル材料 307
  3.10.8 癌治療 308
   (1) 金ナノロッドによる癌の光熱治療への利用 308
   (2) 金ナノロッドを用いた光熱治療 308
   (3) 光線力学的治療における光過敏症の軽減 311
   (4) TiO2を超音波で励起させる癌治療法 313
   (5) 中空バイオナノ粒子癌治療ナノキャリア 316
   (6) 癌組織環境応答性ナノキャリア 318
   (7) 物理架橋ナノゲルの癌免疫治療への応用 320
   (8) 脂質ナノ粒子製剤利用癌遺伝子治療法 321
   (9) ナノ粒子による癌の中性子捕捉療法 325
  3.10.9 免疫治療、細胞送達、再生医療など 325
   (1) 物理架橋ナノゲル応用経鼻ワクチン 326
   (2) 物理架橋ナノゲルの再生医療への応用 326
   (3) 物理架橋ナノゲル応用細胞内送達 326
   (4) 薬物キャリア機能の高いリポソーム 327
   (5) 金ナノロッド利用遺伝子デリバリー 330
   (6) トキソプラズマのフォトサーマル損傷殺菌 330
  3.10.10 経口送達、経肺送達 330
   (1) ペプチド医薬品の経口送達 330
   (2) ナノ粒子含有マイクロ粒子経肺投与吸入剤 331
   (3) 超臨界二酸化炭素利用微粒子吸入製剤 334
  3.10.11 センシングおよびイメージング 337
   (1) 磁性ナノ粒子利用高分解能画像再構成法 337
   (2) 磁性ナノ粒子のバイオセンシングプロトコル 340
   (3) 金属ナノ粒子応用センサとイメージング 340
   (4) 蛍光性半導体ナノ粒子応用生体イメージング 342
   (5) 金ナノ粒子応用バイオイメージング 345
   (6) 金ナノロッド応用センシングとイメージング 346
   (7) 金属ナノ粒子応用生体物質センシング材料 348
   (8) 金ナノ粒子簡易めっき応用DNAセンシング 350
 3.11 化粧品 351
  3.11.1 高機能付与への粉体テクノロジー 352
  3.11.2 ナノ粒子表面への紫外線吸収性付与 353
    
    
第4章 ナノ粒子の安全性 377
 4.1 ナノ粒子の安全性に関する動向 377
  4.1.1 ナノ粒子のリスク管理に関する動向 377
  4.1.2 労働環境でのナノ材料の測定と課題 381
  4.1.3 ナノマテリアルの環境測定の動向 384
  4.1.4 in vivo試験による有害性試験の動向 386
 4.2 ナノ粒子の生体への影響 388
  4.2.1 銀、酸化セリウムナノ粒子の生体影響 388
  4.2.2 TiO2、カーボン系材料の生体影響 391
  4.2.3 各種ナノ粒子の細胞特異性 392
  4.2.4 ナノ粒子による酸化的DNA損傷 393
  4.2.5 シリカナノ粒子の溶血性と細胞毒性 394
 4.3 ナノ粒子の安全対策 397
  4.3.1 ナノマテリアル曝露リスク低減対策 397
  4.3.2 防塵マスクのナノ粒子捕集性能 400
  4.3.3 建築および建築付帯設備 402
    
    
第5章 ナノ粒子の測定・評価技術 411
 5.1 粒子寸法、形状、ζ電位、分子量測定 411
  5.1.1 ISO国際標準化の動向 411
   (1) TC(Technical committe)24/SC(Subcommittee)4のエアロゾル関連規格 411
   (2) TC229のエアロゾル関連規格 412
  5.1.2 粒子径分布測定技術 413
  5.1.3 動的光散乱法ナノ粒子解析装置 414
  5.1.4 誘導回折格子法粒子径測定装置 418
  5.1.5 エバネッセント干渉粒子サイズ計測 420
  5.1.6 ナノ粒子物理特性総合解析技術 423
 5.2 キャラクタリゼーション、分散性評価 425
  5.2.1 光学顕微鏡によるキャラクタリゼーション 425
  5.2.2 ナノ粒子/高分子の分散評価方法 426
 5.3 毒性試験 428
  5.3.1 ナノ粒子の有害性評価法 428
  5.3.2 培養細胞を用いたナノ粒子の毒性試験法 430


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