分子エレクトロニクスへの探求は単一分子物性測定の開発を促し、これまでに分子トランジスタ、分子スイッチ、分子ワイヤ等の電子回路の部品としての単分子挙動が明らかにされている。分子エレクトロニクス実現のための次ステップとして、それらの部品を単分子状態の性質を損なわずに、ある特定の位置に配置する技術が切望されている。その基盤技術のひとつとして、我々は、三次元樹状構造を有するデンドリマー分子を利用して、表面に固定化された単分子のまわりにナノスペースを構築する技術の開発を行っている。デンドリマーとは、ギリシャ語の“dendra”（樹木）を語源とする、中心コア部と規則正しく分岐した部分（デンドロン）からなる高分子で、有機合成的に分子レベルでサイズ制御が可能な分子である。
　我々の開発した方法は、まず固定化する機能性分子素子をデンドロンの分岐始点に接続する。その際に、外部刺激により解離可能な結合を用いるのが大きな特徴である。それらを金、あるいはシリコン基板上に自己組織化単分子膜として固定化する（図１(1)）。次にデンドロン部分を外部刺激により除去し、固定化された分子素子のまわりにナノスペースを作成して（図１(2)）、単一分子間の電気的、磁気的、機械的相互作用を抑制するものである。なおその際に、より安定に機能性分子素子を固定化するために、マトリックス分子が同時に導入される。
　これまでに、リポ酸とベンジルエーテル型デンドロンをエステル結合により接続したデンドリマーを合成し、上記の方法によりリポ酸を金基板表面上に固定化した。非接触AFM観察により、デンドリマー単分子層（図２(A)、(C)）は、比較的径の大きな曲線を示していたが、アルカリ加水分解によるデンドロン部位除去後（図２(B)、(C)）は、部分的に約6-7nm間隔で配列したリポ酸のAFM像が得られた。この間隔は、ほぼデンドリマーの直径（約5nm）に近い。さらに、表面FTIRスペクトル上でカルボキシル基のC=O伸縮による吸収が1742cm^-1にのみ現われ、リポ酸は水素結合せず単一分子状態で存在することが分かった。
　今後は、デンドリマー単分子膜をより規則正しく配列できる条件を探索するとともに、個々のナノスペースを有する機能性単一分子素子の集合状態を利用した分子回路あるいは分子センサーの構築へと展開していきたいと考えている。

　多孔質セラミックスは、一般的に可燃性物質を原料粉体に添加後、成形・焼結し可燃性物質である気孔形成材を燃焼・除去することで製造する。この方法では気孔形成材の添加量で気孔率を調節できるが、気孔の大きさ・形状を制御することは難しい。また、高気孔体では孔の形状・配列が一定しておらず機械的・機能的信頼性の低下という問題があるほか、高気孔体を作製するには大量の気孔成形材を添加するため、成形体中の粒子同士の接触割合が低くなり高温での焼結が必要となるという欠点もある。
　当研究部門低環境負荷型焼結技術研究グループでは、1）超微粒子は低温焼結反応がおこりやすいこと、2）セラミックス前駆体は加水分解によって超微粒子を形成すること、3）液中で反対の表面電荷を持つ粒子同士は吸着反応を行い被覆粒子が合成可能であること、4）サブミクロン（=10^-7ｍ）以上の大きさの粒子は成形可能であること、5）被覆粒子からコロイド粒子を除去することによりコロイド粒子を鋳型とした多孔質セラミックスの作製が可能であることなどに着目し、コロイド界面技術を利用した高制御多孔質セラミックスの研究開発をスウェーデン表面化学研究所（YKI）と共同で行った。
　この方法を利用した適用例として、シリカ被覆粒子による高制御気孔を有する多孔質体作製の研究結果を示す。均一径のコロイド球状粒子表面に、テトラエトキシシランから作製したシリカナノ粒子を吸着させ、シリカ被覆粒子を合成した。その被覆粒子を遠心成形し、粒子が充填した成形体を作製した（写真 (a)）。成形体から、コロイド粒子を除去し、その焼結体の組織構造を観察した。その組織の様子を写真(b)(c)に示す。コロイド粒子を除去することにより、焼結体の孔の形状は六角形で、均一径の高制御された気孔を有した高配列の組織構造が観察された。
　このように、孔の形状、大きさ、配列の制御可能な多孔質体を開発できることから、信頼性の有する超軽量セラミックス、セラミックスフィルター、触媒基質、光デバイス、分子認識材料などへの応用が期待できる。
　現段階では、シリカを対象に反応条件の最適化・メカニズムの解明などの研究開発を進めているが、今後は構造・機能性セラミックスに対象を拡げて多機能型の高制御多孔質セラミックスの研究開発を進める予定である。

　建築物や移動体（列車や船など）の窓は光熱の出入りに大変重要な部分であり、居住者または乗客の要求や季節に応じた光熱流量の制御は快適な住居環境作りと冷暖房エネルギーの節約に大きな役割を果たす。このように光熱を制御するためには幾つかの調光窓が提案されていて、物質の相転移を利用して自動的に調光するサーモクロミック（熱色）と呼ばれる窓材料はその中の一つである。しかし、従来の熱色調光窓は、可視光近傍の大きな吸収によって可視光透過率を低下させてしまうという欠点があった。我々は、反射防止設計により可視光透過率を向上させると同時に、反射防止物質の選択によって調光以外の窓の多機能化を目指す研究を実施している。多機能窓の働きの概念を図１に示す。
　調光物質に酸化バナジウムを用い、微量の元素添加により、調光温度を室温付近に正確に設定できた。反射防止層として最適な光学定数と優れた光触媒特性を持つ酸化チタンを選び、各薄膜の光学定数を楕円偏光解析装置により決定した。反射防止理論に基づく光学計算により、可視光透過率を最大にするように構造の最適化を行った。これらの結果に基づき、スパッタ法により試料を作成し、分光光度計により光学特性を評価した。
　光学計算による可視光透過率の反射防止層（2層）の膜厚依存性を図２に示す。光の干渉により幾つかのピーク値が得られ、可視光透過率を最大でほぼ倍増できることが分かる。試料の分光透過特性（実測値）を図３に示す。反射防止により可視光（380〜760nm）の透過率が大きく向上され、実用化できる程度に達していることが分かる。また、反射防止膜として使用されている最外層の酸化チタンを所定の結晶相や構造に制御すれば、環境浄化光触媒としての働きが期待できる。
　以上のように、物質の相転移と光触媒現象をうまく利用することにより、可視光透過機能、自動調光・断熱機能、紫外線カット機能、更に光触媒による環境浄化機能などを兼ね備えた新規窓材料の開発に指針を得ることができ、建築物や移動体などへの多彩な利用が見込まれる。

　摺動面の多くは潤滑油と軟質の軸受け合金との組み合わせ、含油軸受け、あるいは、ベアリングなどの回転軸受け機構を利用している。これに対して、油やベアリングを使用しない固体潤滑は騒音を発せず、真空、高温、極低温の状況下でも使用できる利点があるので、21世紀の摺動面と期待されており、現在はテフロン、黒鉛、セラミックス、DLC（ダイヤモンドライクカーボン）などが用いられている。一方、ダイヤモンドの摩擦係数が0.05程度と非常に小さいことは、単結晶ダイヤモンドによって古くから知られている。しかし、大面積の気相合成ダイヤモンドを鏡面に研磨するには手数がかかることと、鏡面どうしを密着させると大気の圧力や原子間力のために、あまり良くは滑らない。このために気相ダイヤモンドの摺動面への応用はなされていない。
　今回開発した新しい摺動面は、気相合成ダイヤモンドの成膜条件と研磨条件を制御すると同時に、部分的な研磨を行い鏡面部分と微細な凹凸を摺動表面に混在させたもので、テフロンより低い摩擦係数を発現させることに成功した。これはダイヤモンドの固体潤滑と、介在する空気による流体潤滑が組み合わされた混合潤滑の状態になっているためと考えられる。つまり、気相合成ダイヤモンド膜を部分的に鏡面研磨することで、きわめて滑らかな滑りが実現できたのである。なお、本技術は以下のような特徴、すなわち、切削できるセラミックスにも気相ダイヤモンドを成膜できること、平面にも曲面にもダイヤモンドコーティングと研磨が可能であること、を併せ持っている。
　写真１はステンレスレール上の鏡面ダイヤモンド摺動面を示す。軽く滑らせると両端で跳ね返ってゆっくり1〜2往復する。また、今回の研究の結果、切削可能なチタンシリコン炭化物をダイヤモンドコーティングの基板として利用することが可能になった。写真２にパルス通電焼結した直径5cmの基板と、旋盤で切削したネジを示す。これらの表面に、熱フィラメント法やマイクロ波CVD法によって気相ダイヤモンドを成膜することができる。
　従来は気相ダイヤモンド基板として利用できる材料は脆いシリコンか、難加工性の炭化ケイ素、チッ化ケイ素、あるいは重く難加工性の超硬合金に限定されており、気相合成ダイヤモンドの利用は平面の基板か工具コーティングに限定されていたが、今後は任意形状の摺動面を作ることが可能である。

　現在、新たなオゾンブームが到来している。オゾンホールの発見以来、オゾンというキーワードが世間に定着したことに加えて、オゾンの優れた特性（強い酸化力、分解すると酸素になる環境適合性など）が、水処理や半導体プロセスなど幅広い産業分野で利用され始めたことがその契機となっている。
　オゾン（O₃）の特性を最大限に引き出す上では、供給ガス濃度が高いことが望ましい。オゾンは酸素ガスを含む気体を放電させて作るのが主流であり、高濃度化に向けて現在も各社がしのぎを削っている。現在の開発目標値は、大気圧で200g/m³程度のオゾン発生（体積オゾン濃度にして約9%程度）である。
　我々は、上記の動きと異なり、「100%のオゾン濃度発生」を目標とした。但し、大気圧の高濃度オゾンは爆発の危険性を伴うため、減圧環境での目標実現からスタートした。真空装置を扱っていた経験から、減圧でも純度・濃度が高ければ利用価値が高いとの判断からである。このため、オゾン・酸素混合ガスから純液体オゾンを分溜し、純液体オゾンの気化により100%オゾンを発生する方式¹⁾を採用した。
　図は、これまでの開発の歴史を簡単にまとめたものである。１号機でオゾン濃度は80%を超えたが、供給ガス圧力は10^-4Pa程度（蓄積液体オゾン量は0.5ml以下）に制限した。装置の安全設計値から、万が一の場合のオゾン爆発に対しても危険を回避することを最優先したためである。
　１号機は特に真空環境下での酸化剤供給装置として技術指導により商品化され、一定の役割を果たした。その後、小型オゾン装置を作製・製品化するなど、超高濃度オゾンハンドリングの経験を積み重ねた。その過程で供給圧力と液体オゾンの蓄積量を徐々に高め、供給オゾン濃度ほぼ100%（供給ラインで分解した酸素が若干含まれる）、供給圧力2000Pa、液体オゾン蓄積量5mlを実現した。この開発には、当研究ラボメンバーの尽力と共に、共同研究契約を結んで産総研側に常駐研究者を派遣して頂いた、株式会社明電舎の貢献が大きい。写真は、同社より商品として発売された装置の概観である。商品として洗練された外観を見て、真空部品を買って組み立てた1号機を思い出すと、隔世の感がある。
　シリコン酸化膜の作製におけるオゾン酸化の優れた特性は、既に本誌でも紹介した²⁾。今後も、あらゆる酸化プロセスをオゾン酸化で置き換える意気込みで、研究開発・装置開発を進めたい。