純水中に塩化白金(IV)酸と塩化ニッケルを所定量溶解させ、非イオン性界面活性剤を加えLLC液晶相を形成させた．その後水素化ホウ素ナトリウムを用いて金属を析出させた．最後に，鋳型を除去することでメソポーラスPt-Niを合成した．浴組成を制御することにより，メソポーラス合金の組成を制御することができたが，PtとNiの析出電位の大きな違いにより，Ptリッチに析出した．また，低角度XRDより，Ni含有量の増加と伴にメソポーラス構造の秩序性は低下した．高角度XRDパターンはfcc構造に帰属可能であったが，Ni含有量の増加と伴に，各ピークとも高角度側にシフトした。これは，Ptと比較し原子半径が小さいNiが，Ptと置換固溶したことによると考えられる．

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　我々はこれまでにゾル_-_ゲル法において、酸性条件下で加水分解・重縮合を行ってから、さらに連続して塩基性条件下で加水分解・重縮合を行うことで、無機_-_有機ハイブリッド材料の一つであるポリフェニルシルセスキオキサン微粒子の作製に成功している。しかしながら、得られた微粒子の構造や生成機構について詳しいことはまだわかっていない。そこで本研究では、熱分析測定や分子量測定などから得られた微粒子の構造やその生成プロセスについて検討を行った。また、溶媒として使用したエタノールの添加量を変えて微粒子の作製を行った結果、エタノールの添加量の増加に伴い、得られる微粒子の平均分子量は低下することがわかった。

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ポリシラザン・有機高分子溶液をコーティング液とするスピンコーティングにより、シリカ／有機高分子ハイブリッド薄膜を作製し、薄膜の硬さと弾性率をナノインデンテーションにより評価した。作製した薄膜の硬さ・弾性率を、アルコキシドをシリカ源とする従来のゾル-ゲル法により作製される薄膜のそれらと比較した。

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Hydrophobic silica aerogels were prepared from methyltrimetoxysilane (MTMS) by the two-step sol-gel method using oxalic acid and ammonium hydroxide as catalysts, and characterized. The specific surface area, porosity and pore size distribution depended on the preparation conditions such as concentrations of MTMS and catalysts. The microstructure was observed by TEM. The grain size also depended on the MTMS concentration. The aerogel with the largest surface area and porosity was obtained using methanol (MeOH) solutions of high concentration MTMS, MTMS:MeOH=1:14 in mol. Effects of MTMS concentration and acid concentration on the microstructure of the aerogel have been discussed.

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ゾル-ゲル法によりイブプロフェン含有シリカゲルを合成し、その薬品放出速度と微細構造の関係を検討した。出発物質にテトラエトキシシランを用い、ゾルーゲル過程でイブプロフェンを添加した。議事体液中の薬品放出速度、微細構造は窒素吸着測定およびSEM観察によって評価した。合成条件によって比表面積は500-1100m²g^-1と変化したが、単位表面積あたりの薬品放出初期速度は1.3-3.0x10^-4g m^-2h^-1となり変化が少なかった。この結果より薬品放出機構は拡散によるものと考えられた。さらにゲル表面にメチル基、フェニル基を導入して放出速度を測定して放出機構を検討した。

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シリコン単結晶ウェハにスピンコーティングにより作製したシリカゲル薄膜を一定速度で昇温する過程で面内に発生する応力をその場測定した。ただし、シリカ源としてテトラエトキシシランを用い、溶媒として沸点の異なる種々のアルコールを用いた。アルコールの種類が応力発生に及ぼす効果を調べた。

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ポリシラザンのキシレン溶液をコーティング液とするスピンコーティングによってポリシラザン膜を作製し、これをアンモニア水上に垂下することにより、室温でシリカ薄膜を作製した。このシリカ薄膜の熱処理する過程で発生する応力をその場測定するとともに、熱処理過程での膜の構造変化を赤外吸収スペクトルで追跡し、また、熱処理による屈折率、接触角の変化を調べた。

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自動車用撥水性ガラスは、雨天時におけるドライバーの視認性向上を目的とした予防安全に貢献する商品である。我々は撥水性ガラスの高寿命化、高撥水化、および低コスト化を検討し、下地層と撥水層の形成にそれぞれ反応性の高い材料を使用することで高寿命化と高撥水化を達成した。また、材料の反応性を高めたことで、従来下地膜の緻密化に必要であった高温焼成が不要となり、製造コストの大幅なコストダウンに繋がった。改良された撥水性ガラスは、98年からフロントドア用として生産を開始し、00年以降は年間100万枚以上の生産量に至っている。また、前記技術の水滴の転がり性および耐摩耗性を更に改善することで、01年にはウィンドシールド用撥水性ガラスの実用化にも成功した。

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溶融Siと合成石英基板との濡れ性および反応性に及ぼす効果を真空度、雰囲気、温度に関して検討した。その結果、真空度がＡｒ雰囲気下2Torr以下ではSi液滴の濡れ角は約90°であり、液滴は上下に振動することはなかったが、20Torr以上の雰囲気ではSi液滴は上下に激しく振動し、濡れ角も変化した。石英基板表面に線幅100µmのラインパターンを1mm間隔で形成した場合　液滴はライン間に固定され上下振動は抑制された。液滴振動はSi液滴／石英基板界面でSi+SiO2の反応により発生したSiOガスの膨張とリークの繰り返しが原因であるモデルを提案した。

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生体活性セラミックスは，骨欠損部に埋入されると体液との反応により表面に低結晶性の骨類似アパタイト層を形成し，これを介して骨と直接結合する。このアパタイト形成は，材料からのカルシウムイオンの溶出と材料表面に形成されるシラノール（Si-OH）基により誘起されることが知られている。そこで，これらの無機成分を有機高分子で修飾した有機†無機ハイブリッドは，生体活性と柔軟性を併せ示す新規な骨修復材料として期待される。本研究では，有機高分子として天然多糖類の一つであるデンプンを選択し，Si-OH基を生成するアルコキシシラン化合物とカルシウムイオンを溶出するカルシウム塩の導入により有機†無機ハイブリッドの合成を試みた。さらに，ハイブリッドの組成が擬似体液中でのアパタイト形成能ならびに機械的性質に及ぼす影響を調べた。

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リン酸三カルシウム（β-Ca8(PO4)2; β-TCP）とアルギン酸とを複合化し、メンブレンおよび柔軟性を有する担体を作製した。メンブレンおよび担体中のアルギン酸含有量は33、50および66 mass%、M/G比は0.4、0.65および0.9とした。評価は、アルギン酸含有量、濃度およびM/G比等が及ぼす力学的、生物学的影響について調べた。本素材は複合ペーストを調製することで、任意な形状に成形できた。力学的および生物学的試験から、基礎物性および細胞生育性はアルギン酸の含有条件により傾向を持って変化することが確認された。本素材の持つ優れた操作性および物性の制御性を生かし、今後、目的用途に応じた材料設計を行っていく。

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骨再生医療において、間葉系幹細胞(Messenchymal Stem Cell: MSC)など、細胞を培養するバイオリアクタ用スキャホールドの開発が期待されている。本研究では、セラミックス基板上に、生体親和性に優れる水酸アパタイト(Ca10(PO4)6(OH)2:HA)を水ガラス、炭酸カルシウム(バテライト)を用いる事で簡便に作製できることを報告する。この水ガラス-HAコーティングセラミックスは培地に浸漬時、骨形成を促進すると報告されているSiの溶出が見られ、作製条件により溶出量を制御することができる。また、MSC細胞を播種した際には、良好な親和性が観察された。

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ハイドロキシアパタイト(HAp: Ca10(PO4)6(OH)2)は生体親和性が優れており，骨補填材料として臨床応用されている．この材料を移植した際、初期にタンパク質の吸着が発生し、次いで細胞の接着と増殖が生じる．このため，HAp表面でのタンパク質の吸着挙動を明らかにすることは，生体材料の設計・開発に必要である.これまでに，水晶振動子法(QCM)や表面プラズモン(SPR)法などのバイオセンサーより，材料とタンパク質との相互作用が解析されている．これらの分析方法では，金センサー表面に目的とする材料を薄膜コーティングする必要がある．本研究では，電気泳動堆積法により，金センサー表面に大きさの異なるHApナノ結晶を薄膜コーティングして，QCMセンサーとしての有効性を評価した．

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ハイドロキシアパタイト(HA)を分極した際、表面に誘起される電荷はイオン、タンパク質や細胞等に選択的相互作用を及ぼすというエレクトロベクトル効果を生み出す。エレクトロベクトル効果は有効利用が期待される反面、生体および生細胞に対する影響は十分解明されていない。また、細胞内にHA粉体が取り込まれた際のエレクトロベクトル効果や粒子の影響は未知である。本研究では、生体内の免疫応答で中心的な役割を果たすマクロファージの分極HAに対する認識、応答機構を検討した結果、HA粉体量およびエレクトロベクトル効果は細胞の生存および形態に影響を及ぼすという現象を確認した。

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リン酸イオンを含むゼラチンゲルとカルシウム溶液を反応させることにより，約2wt%のゼラチンを含むリン酸水素カルシウム二水和物を経由し，網目状の配向したナノ構造を有するリン酸水素カルシウムの板状結晶を調製した．これをアルカリ処理することで，マクロな形態を保持したまま幅約20_から_50nmの繊維状水酸アパタイトから構成される階層的構造体を作製した．この構造体は高比表面積かつ特定の面を多く露出することから，溶解性や物質の吸着能が優れていると考えられ，生体材料をはじめクロマトグラフ材やイオン交換体など様々な機能材料への応用が期待できる．

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再生医療は我々のQOL向上を約束している「高度先進医療」のひとつであり、それには1)細胞、2)細胞の足場となるスキャフォルドおよび3)成長因子が不可欠な要素である。これらの３つの要素のなかでも細胞の足場となる「スキャフォルド」は、その重要性が十分に認識されているものの他の2つに比べて開発が遅れている。これまでに我々は密接な医工連携によりアパタイト単結晶ファイバーを用いて、細胞が高い活性を維持しながら三次元的に培養され、さらにホストに吸収される新しい足場材料（アパタイトファイバースキャフォルド）の開発に成功している。本報告では、そのスキャフォルドを利用した1)骨再生および2)肝再生の研究例を紹介する。

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動物を生かしたまま生体材料の体内吸収過程の評価を試みた。リン酸カルシウム系の骨セメントを大腿骨内および皮下に埋入し、高分解能X線CTにより、同一個体を対象として長期間の継続的な形態変化を３次元で画像化し、定性的・定量解析の評価技術を開発した。 (1) ラット体内に埋入した骨セメント量の経時変化を生かしたまま、1年間以上測定できる。(2)大腿骨内に埋入した場合は、骨セメントの表面は徐々に粗面化し、体積が減少し、12ヶ月後の体内吸収は約８％であった。(3) 皮下に埋入した場合は、セメントの表面状態は変わらず、1ヶ月後に体積が約５％増えた後減少した。 以上の結果から骨修復材料の体内吸収過程を初めて明らかにした。

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ジルコニア(3Y-TZP)の水熱条件下での結晶相安定性に関して、微細組織及び添加物の影響についてラマン分光分析を用いて検討を行った。結晶相安定性の低下に伴い、添加物のスペクトルがシフトすることが確認され、粒界での添加物の状態が結晶相の安定性に影響を与えていることが示唆された。

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水酸アパタイトは六方昌系に属し、そのa面は正、c面は負に帯電した電荷の異なる2つの結晶面をもつ。タンパク質などの生理活性物質の吸着に利用されているが、その結晶面を選択配向させることによりその選択特異性を向上させることができる。a面を多く露出したアパタイトは塩基性タンパク質よりも酸性タンパク質をより多く吸着することが確認されている。我々は炭酸カルシウムとオルトリン酸からなる酸性水溶液を尿素とウレアーゼを用いた酵素反応により板状アパタイト生成の可能性を見出した。本研究では種々の反応条件による生成物の結晶相、形態、配向性について報告する。

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水酸アパタイトを代表とするリン酸カルシウム系の材料は重度の損傷を受けた生体組織を修復する有用な生体活性を有し, 一部臨床応用されている. 特に水酸アパタイトは生体骨の主成分であり, ケミカルに合成すると比較的結晶性のよい安定な材料を得ることができる. しかし実際に生体内では, 骨芽細胞が体液中の余剰カルシウム, 及びリンイオンを用いてアモルファス状のリン酸カルシウムのクラスターを合成する. その後長い時間をかけて歯や骨の材料として沈着, 結晶化すると考えられている.本研究ではこの生体内のプロセスを高濃度SBFを用いて実験室で再現する, 生体模倣な方法で非晶質リン酸カルシウムの合成を試みた.

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アパタイトセラミックスは整形外科領域で緻密体・多孔体・顆粒・セメントなどの形状で幅広く利用され、そのなかでアパタイトセメントは任意の形状に加工できるという特長をもつ。従来のセメントは酸性のリン酸水素カルシウムと塩基性のリン酸四カルシウムとを適切な混練液で混ぜてアパタイトを形成させて硬化させる。我々はこのような酸-塩基反応を伴わない全く新しいセメントの開発を進めている。すなわち、生体関連物質のイノシトールリン酸をアパタイト粒子表面に修飾し、そのイノシトールリン酸のキレート能を活用して短時間に硬化するセメントの作製に成功している。本研究では、作製したセメント試料の生体適合性を骨芽細胞様細胞(MC3T3-E1)を用いて評価した結果を報告する。

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ポーラスハイドロキシアパタイト（ポーラスHA）は、ポア内部における新生骨や血管などの形成が期待されるため、骨補填材などの生体材料として臨床応用されている。また、分極HAはその表面誘起電荷により、生体内において新生骨の形成を促進するなど、生体組織に影響を与えることが報告されており、特にエレクトロベクトル効果と呼ばれている。そこで、本研究では擬似体液（SBF）中における、分極および未処理のポーラスHAのポア内部での骨類似アパタイトの結晶成長を観察することにより、ポア内部での分極の効果を検討した。

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生分解性ポリマーは、広く生体材料として用いられているが、分解時に炎症を引き起こす恐れがある。そこで、ポリマーとアパタイトのような生体親和性の良い材料を複合化することが提案されている。我々は、ポリマー表面を炭酸含有アパタイト(HCA)で覆うことを検討している。本研究では、バテライトによるスラリーディッピング法とバイオミメティック法を組み合わせることにより、HCAコーティングを試みた。エタノール溶媒にバテライトを分散させたスラリーを用いて、異なる形状や組成のポリマー表面にバテライト粒子を付着させた。この材料を擬似体液に浸漬することで、形状や組成に関係なくポリマー表面がHCAで覆われた。この方法は、ポリマー表面をHCAコーティングするための簡便な方法と思われる。

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多孔質ハイドロキシアパタイトの作製はスキャホールドとしてその生体活性を利用する場合、また環境用に吸着体として用いる場合にも非常に有用である。このような多孔質材料では特にその気孔特性の制御が重要となる。本研究では出発原料に異方性の高いウィスカーを用い、焼結前の成型体に蒸気養生処理を行い、高温高圧の水蒸気の存在が及ぼす焼結体への影響を考察した。種々の温度で蒸気養生を行った後焼結したハイドロキシアパタイト多孔体は粒子表面がより安定化し丸みを帯びた微細組織が観察された。また蒸気養生の際の温度の違いによりその焼結体はネックの大きさ、気孔径などに影響を与えた。

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超音波噴霧熱分解法により中空球状の水酸アパタイト粒子を調製し、それらの微細構造をTEMによって検討した。0.0167から1.5 mol dm-3 の硝酸カルシウム（Ca(NO3)2）と0.010から1.0 mol dm-3のリン酸水素二アンモニウム（(NH4)2HPO4）をCa/P比が1.67になるように調製したのち、600℃で噴霧熱分解した。得られた粉体の微細構造をTEMによって検討した結果、硝酸カルシウムの濃度が0.05 mol dm-3 、リン酸水素二アンモニウムの濃度が0.03 mol dm-3よりも希薄な水溶液を噴霧熱分解すると、内部充填から中空球状に微細構造が変化することがわかった。

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マンガン酸化物は二次電池材料とキャパシタ材料に利用できる物質である．本研究では層状酸化マンガンの微粉末を作製し，インターカレーションを利用したキャパシタ材料への可能性を検討した．層状酸化マンガンは，層状LiMnO2からのLi溶出と熱処理したKMnO4の酸処理により作製した．試料の評価をXRD，XRF，およびXPSで行った．また，試料をペレット状に成形してLiCl溶液中での電気化学特性を調査した．LiMnO2由来の試料は，キャパシタには適さなかった．KMnO4由来の試料は高比表面積の粉末が得られた．電気化学特性を調べたところ，既往の研究の非晶質酸化マンガンと同程度の容量を示した．

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Amorphous manganese oxide applied in electrochemical capacitors as electrodes are cheaper than used traditional metallic oxide, but amorphous structure will cause manganese oxides easily to be dissolved in the electrolyte and the capacitance will lower after using for a period of cycles. For stabilization the characteristic of capacitor, it is necessary to precede heat treatment, but it will induce the decrease in capacitance. A novel synthesis technique which is hydrothermal electrochemical deposition method was used for preparation manganese oxide films by can improve these issues. There are many deposition variables such as concentration of electrolyte, hydrothermal temperature, deposition voltage and deposition times influence the specific capacitance. The optimal the synthesis conditions and each factor contribution to the specific capacitance were approaching by using Taguchi experimental design method. In this study, represented the high concentration of electrolyte and lower deposition temperature showed the optimal specific capacitance of ca. 90.30 mF(cm2)-1. The contribution rate of hydrothermal temperature and electrolyte concentration are 39.45%, 30.82%, respectively. The manganese oxide electrodes surface morphology, crystalline structure synthesized by various conditions were also investigated in this study.

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ナノ粒子状または層状の水和酸化ルテニウムは大容量スーパーキャパシタ用電極材料として期待されている。これら材料の大容量，急速充放電特性は電子・プロトン混合導電性と密接に関連していると考えられている。本研究では，ｉｎ†ｓｉｔｕ電気化学インピーダンス法により，プロトン・電子混合導電性を評価し，スーパーキャパシタ特性との関連性を検討した。その結果，水和酸化ルテニウムナノ構造体の大容量特性は覆水ミクロ細孔または水和層間を反応場として有効に利用していることに起因すると考えられた。一方，電子伝導性は水和量や構造の違いにより大きく変化することがなく，キャパシタ特性は主としてイオン伝導性に支配されると考えられる。

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Mn₂O₃を酸性溶液中で温浸処理することにより、ホランダイト型(α型)、パイロルサイト型(β型)およびエヌスタイト型(γ型)二酸化マンガンが選択的に合成可能であることを見出した。α-MnO₂およびβ-MnO₂は異なる細孔径のトンネル構造を有する。両者試料のリチウムイオン交換特性とリチウム２次電池特性を評価した。α-MnO₂には、化学的にリチウムイオンを挿入することは可能であったが、より小さな細孔サイズを有するβ-MnO₂はイオン交換しなかった。一方、両者とも充放電可能であったが、充放電後、α-MnO₂はホランダイト構造を保持しているが、β-MnO₂は構造が崩壊することが明らかになった。

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我々は固体電解質を用いた全固体型リチウム二次電池の電極抵抗を小さくするために、多孔質なセラミックスの固体電解質を作製し、その孔の内部に電極活物質を充填した複合電極について提案してきた。本研究ではコロイド結晶鋳型法により規則配列多孔体の作成を行った。鋳型として直径3 μmのポリスチレン粒子を用いて結晶化したLi_1.5Al_0.5Ti_1.5(PO₄)₃の規則配列多孔体を作製し、その特性評価を行った。また、規則配列多孔体を用いた全固体型リチウム二次電池の作製法の検討を行った。

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メソ孔とマクロ孔を有する多孔性アナターゼ型酸化チタンのリチウムインターカレーション特性を評価した。多孔質酸化チタンはチタンテトラブトキシドを原料とし、ポリオキシエチレンセチルエーテルを界面活性剤としたゾルゲル法で前駆体を得て、それを500℃で焼成することで合成した。得られた試料は、5_から_9nm程度のメソ孔と0.1_から_0.8μm程度のマクロ孔を有する多孔質のアナターゼ型酸化チタンであった。得られた試料はほぼ可逆的にリチウムインターカレーションが起こり、154mAh/g程度の容量を示した。放電時の電流密度を大きくするにつれ容量は小さくなったが、500mA/gの電流密度において53mAh/gの容量を保持した。

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リチウムイオン二次電池に使用されているLiCoO2は層状岩塩型構造を有している。このような層状構造は、リチウムイオン挿入脱離反応に有利であるため、電池電極材料として注目されている。一方、アルカリチタン酸化物は、スピネル型構造を有するLi4Ti5O12などが負極材料として検討されているが、層状構造をとる化合物については、電気化学的特性が不明なものが多い。今回、層状構造をとる三チタン酸塩Na2Ti3O7を出発物質として、層間のナトリウムイオンをリチウム、或いはプロトンとイオン交換することによって作成したLi2Ti3O7およびH2Ti3O7について、電気化学的リチウム挿入・脱離挙動について調べたので報告する。

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種々の炭素繊維と微細に複合化した四チタン酸ナノシートの再積層体の高速充放電特性を試験した。四チタン酸ナノシートは層状構造を持つ針状四チタン酸と水酸化テトラブチルアンモニウムとの反応によって、四チタン酸の層間を剥離することによって得た。ナノシートが分散したコロイドに、さらに炭素繊維を均一に分散させて得た分散液に塩酸を作用させることでナノシートを再積層させ、チタン酸ナノシート再積層体と種々の炭素繊維との複合体を得た。チタン酸の重量あたりに示した容量は170mAh/gであり、バルクのチタン酸のほぼ同程度であったが、2A/gという比較的大きな電流密度で充放電を行ってもその容量はほぼ保たれ、良好なレート特性を示した。

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単分散球状粒子は外部場を用いて集積化を行うと、自己組織化により三次元的に規則配列することが知られており、この構造はオパール構造と呼ばれている。この性質を利用し、球状の電極活物質を用いてオパール構造の電極を作製した場合、活物質が体積あたりに74％充填されるので、従来の塗布電極に比べて、エネルギー密度が向上すると考えられる。また、この電極は粒子間に三次元的に連なった空隙を有する多孔体であるため、電気化学反応界面が大きく、レート特性の向上が期待できる。本報告では、正極活物質であるLiMn₂O₄ の球状粒子を用いて多孔電極を作製し、その電気化学特性を評価した結果について報告する。

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われわれの研究グループでは電気泳動法を用いたマイクロパターニング技術に関する検討を行っている。本発表では、電気泳動プロセスに用いる電場をマイクロスケールで高度に制御するために微小くし形電極と補助電極から構成される3電極式の電気泳動法をマイクロリチウム電池の正極作製プロセスへ適用した結果について報告する。

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メチルトリメトキシシランの加水分解・重縮合反応により、メチルシロキサン網目による新規エアロゲルを一段階合成した。出発組成に適切な界面活性剤と尿素を加えることにより、効果的に相分離を抑制し、透明度の高い均一なゲルを作製することが出来た。この材料は数十ナノメートルの平均細孔径をもつ繊維状組織からなり、一軸圧縮により約２０％まで可逆的に変形した。また、溶媒蒸発による常圧乾燥においても、毛管力による圧縮応力に対して可逆的に収縮・回復し、細孔特性をほぼ保ったまま乾燥することが出来た。これらの力学的挙動は、三官能アルコキシド由来の柔軟な架橋構造と低い表面シラノール基密度に起因すると考えられる。

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近年、安価な太陽電池として色素増感太陽電池（DSC）が注目されている。DSCはTiO₂膜を電極とし、TiO₂膜が優れた導電性、透明性、多孔構造を有するとDSC効率も向上する。通常この膜は焼結法で作製されるが、この手法には導電性の他いくつか問題が存在し、プラスチック化への期待からも低温下での新しい成膜法が求められている。　Aerosol Deposition（AD）法はセラミックスを室温で成膜でき、TiO₂膜もこの方法で得られる。AD法によるTiO₂膜は透明かつ半導性でDSCに適しており、他の酸化物と混合成膜し混合物を溶出することで多孔化も可能となる。本発表ではAD法によるTiO₂膜の基本的な特性と、DSC電極作製の進捗状況について報告する。

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多成分の元素組成からなる機能性材料を探索しようとすると、元素組成比率の組み合わせ、原料の選択、雰囲気制御、熱処理温度などのパラメータが指数関数的に増大する。これらのプロセスから優れた材料を見出すには、研究室レベルでも産業レベルでも多くの時間を要してしまうため、まずはロボットによる絞込み、すなわち高速スクリーニングを可能にすることが重要であると考えてきた。我々のグループはセラミックスの基本合成手法である固相・液相合成手法に基づいた小型自動合成ロボットシステムを構築してきた。このシステムは四成分以上の多成分系試料群の合成が可能なだけでなく、アタッチメントの交換で粉末や薄膜、液体の試料調整も可能であり、大学研究室のレベルだけでなく、企業での高速材料探索にも扱いやすいシステムである。

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セリア系固体酸化物型燃料電池の発電特性と耐久性

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ZnOは他元素をドープすることで高い熱電特性を持つことが知られている。本研究では、超音波噴霧熱分解法を用いて、CeあるいはLaをドープしたZnO粉末を合成し、その電気的性質を測定した。亜鉛とセリウムないしランタンの硝酸塩を原料として超音波噴霧熱分解法により粉末にし、700℃で2ｈか焼した。CeおよびLaのZnOに対する固溶限界はそれぞれ約0.4および1.5%であった。か焼粉末を1300℃で2ｈ焼結し、得られた焼結体の電気的性質の評価を行ったところ、ドープしなかった試料よりもCeを約0.4%ドープした試料の電気伝導度は向上しその値は450℃で10^3.8S/mであり、Laを1.5%ドープした試料は低下し、900℃で約10²S/mであった。

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大容量，急速充放電可能，長寿命といった特徴を有する酸化ルテニウムを主成分とする電極材料を用いる電気化学スーパーキャパシタは新規なエネルギーデバイスとして注目されている。我々は，ルテニウム系酸化物の微細化，すなわちナノ粒子化，層状化，ナノシート化による抜本的大容量化に取り組んできた。本講演では，各種ルテニウム系酸化物における電荷蓄積メカニズムならびに高付加価値付与について報告する。ルテニウム系酸化物においては，表面近傍での電気二重層容量のほか，表面へのイオンの吸着によるレドックス容量ならびに，粒界での電荷蓄積が関与し，その比率は条件によって大きく異なる。

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疎水場ゾル-ゲル法により合成した層状チタニア/カルボキシラートナノコンポジットを前駆体とし、これをアンモニア水で処理した後、所定の温度で焼成することによって、薄片状の形態を有する窒素ドープ型の酸化チタンを得た。焼成温度、焼成雰囲気を変えることによって可視光吸収の強さが変化した。これらの試料について、可視光照射下での光触媒能を評価したところ、可視光吸収強度と触媒活性は比例しなかった。

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チタニアとヘキサメチレンテトラミン、尿素、炭酸アンモニウムなどの窒素源となる物質を混合し、メカノケミカル処理を行った。残存窒素源試薬は水洗プロセスによって除去し、室温近くの低温プロセスによって、可視光活性を有する窒素ドープチタニア光触媒を調製した。また、調製した窒素ドープチタニアを有機バインダーと混合し、スピンコーターによって、薄膜化を行った。薄膜中の有機バインダーを除去する方法として、酸素プラズマ処理を用い、60^oC以下の低温で実現した。合成した窒素ドープ酸化チタン粉末・薄膜について、可視光照射により、優れたNOx徐去能力を有することを確認した。

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ブルッカイト型TiO2はTiCl3とHClを1:10で混合し、90~96℃で24時間加熱して得られた沈殿物を熱処理合成した。XRDによれば3つの相が混在しており、回折パターンの積分強度比からブルッカイト相の存在比を求めたところ、XRDよりブルッカイト相の含有率は多いもので65%であった。TiO2粉末の単位面積当りの色素分解率を測定し、可視光域ではアナターゼ相、ルチル相ともにほとんど触媒作用がないが、ブルッカイト相を含むTiO2では17.2%の光触媒作用を示すことを明かにした。

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1,4-dioxaneは発がん性物質の疑いの持たれる有機溶媒である。この物質は水と類似した性質を持ち(d = 1.03 b.p. = 101oC )生分解性のないことから、水から除去することが難しく現在早急な対応が必要とされている。本研究では酸化チタン皮膜電極に電圧をかけることにより、水中の1,4-dioxaneを酸化チタン表面に引き込み、迅速に分解することを検討した。電極は、ステンレスメッシュ上に酸化チタン粒子を電気泳動堆積法（EPD）法でコーティングものを使用した。また、電圧を一定時間で反転させることで対極に吸着する性質を持つ分解中間体の分解を促進することを検討した。

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チタニアを高濃度の水酸化ナトリウム水溶液で所定時間、水熱処理することにより得られるチタネート系ナノチューブは高比表面積を有することに加え、チューブ構造を有することにより、高活性光触媒およびチューブ構造をいかした機能性材料への応用が期待されている。本研究グループでは、このチタネート系ナノチューブの材料応用に関する研究を進めてきた。本研究では、光触媒への応用を目指し、貴金属分散型チタネートナノチューブ合成、またナノチューブ材料本来の操作性向上のため、様々な方法によりチタネートナノチューブ粉末のバルク化の可能性も同時に検討した。

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低温用液化学プロセスにより酸化チタンナノチューブがテンプレートなどを一切用いずに自己組織化反応を用いて合成されている。この材料は外径8-10nmでオープンエンド型構造を持つ典型的なナノチューブであり、光触媒性能に優れるアナターゼ型チタニアに類似のTiO6多面体から構成されている。本研究では、こうした酸化チタンナノチューブの紫外線照射による光触媒性をメチレンブルー分解能として評価した。また、ナノチューブの有機分子吸着特性について詳細に評価、解析した結果を報告する。

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　粒径6nmの単分散TiO2粒子懸濁液から長さ7_から_10cm、平均繊維幅130μmのTiO2繊維を調製した。得られたTiO2繊維を300_から_1000℃で1時間熱処理した。TiO2繊維はナノ粒子から成り、ミクロ孔およびメソ孔を有するため大きな比表面積をもつ。XRDによると、TiO2繊維は900℃までアナタース型単相で、その結晶性は熱処理温度の上昇に伴って向上した。そして、1000℃で100％ルチル型に相転移した。各温度で熱処理したTiO2繊維の光触媒活性を流通系におけるMB分解反応により評価した。

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これまでの研究により、分相_-_選択溶解法で作製した多孔質チタニアワイヤの光触媒反応を用いて、硬度や化学安定性が高いポリイミド膜表面が分解できることを報告している。一方、自己組織化膜は、材料表面の保護膜としてだけでなく、膜上に異種の有機分子や生体分子を配列・操作させることにも活用できる。例えば、タンパク質などの生体分子を特定のパターンに配置できるため、生体分子の2次元的な配列の制御やパターン化を活用したセンサ、DNAチップ、タンパク分析チップなど、広い分野での応用が期待できる。そこで本研究では、多孔質チタニアワイヤを用いて、ポリイミド膜に比べて光触媒分解反応が容易であると思われる自己組織化膜に対する局所的な分解加工を行い、加工後の試料表面を調査した。

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二酸化チタンTiO₂は、ルチル型、アナターゼ型などが知られており、光触媒、顔料、化粧品等として、幅広い研究が行われている。この中で、ラムスデライト型結晶構造を有するTiO₂(R)は、温度変化に伴う結晶構造、電子構造変化について、これまで報告されていない。そこで、本研究ではTiO₂(R)粉末試料の結晶構造変化を調べ、吸収スペクトルを測定した。UV-Vis吸収スペクトルからバンド幅を推定した結果、TiO₂(R)は約3.34eV、ルチル型TiO2は約3.00eVとなった。また、第一原理計算法により計算した結果、TiO₂(R)は2.4eV、ルチル型TiO₂は1.8eVとなり、定性的に実験値と良い一致を示した。

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