菅原 義之 (スガハラ ヨシユキ)

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所属

理工学術院 先進理工学部

職名

教授

ホームページ

http://waseda-sugahara-lab.jp/

兼担 【 表示 / 非表示

  • 理工学術院   大学院先進理工学研究科

  • 附属機関・学校   グローバルエデュケーションセンター

  • 理工学術院   大学院創造理工学研究科

学内研究所等 【 表示 / 非表示

  • 2020年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

学歴 【 表示 / 非表示

  • 1983年04月
    -
    1988年03月

    早稲田大学   理工学研究科   応用化学  

  • 1979年04月
    -
    1983年03月

    早稲田大学   理工学部   応用化学  

学位 【 表示 / 非表示

  • 工学修士

  • 早稲田大学   工学博士

経歴 【 表示 / 非表示

  • 2007年09月
     
     

    フランスモンペリエ第二大学招聘教授

  • 2000年04月
    -
     

    早稲田大学教授

  • 1998年05月
    -
    1998年10月

    フランスモンペリエ第二大学訪問研究員

  • 1992年04月
    -
     

    早稲田大学助教授

  • 1990年04月
    -
     

    早稲田大学専任講師

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所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    日本ゾル-ゲル学会

  •  
     
     

    粉体粉末冶金協会

  •  
     
     

    無機高分子研究会(高分子学会研究会)

  •  
     
     

    高分子学会

  •  
     
     

    日本分析化学会

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研究分野 【 表示 / 非表示

  • 無機物質、無機材料化学

  • 無機材料、物性

  • 複合材料、界面

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • Polymer-derived Ceramics

  • 表面修飾

  • 有機-無機ハイブリッド材料

  • 金属酸化物ナノシート

  • 金属酸化物ナノ粒子

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論文 【 表示 / 非表示

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書籍等出版物 【 表示 / 非表示

  • Materials Chemistry of Ceramics

    Ed, J. Hojo

    Springer  2019年

  • New Polymeric Materials Based on Element-Blocks

    Ed, Y. Chujo

    Springer Verlag  2019年

  • ゾル-ゲルテクノロジーの最新動向【基礎編:反応,構造制御,構造形成】

    幸塚広光監修

    シーエムシー出版  2017年

  • ナノ粒子の表面修飾と分析評価技術

    情報機構  2015年

  • 元素ブロック高分子―有機-無機ハイブリッド材料の新概念―

    中條 善樹監修

    シーエムシー出版  2015年

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Misc 【 表示 / 非表示

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産業財産権 【 表示 / 非表示

  • 樹脂組成物、樹脂成形体、及び光学部品

    菅原 義之

    特許権

  • 結晶性シリコチタネートの製造方法

    菅原 義之

    特許権

  • 樹脂組成物、樹脂成形体、及び光学部品

    6311143

    菅原 義之

    特許権

  • 微細パターニング用表面化学処理装置

    5956053

    菅原 義之

    特許権

  • 光増幅器及びその製造方法

    菅原 義之

    特許権

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受賞 【 表示 / 非表示

  • 第5回日本セラミックス協会フェロー

    2019年   日本セラミックス協会  

  • 第57回研究功績賞

    2018年   粉体粉末冶金協会   無機化学と有機化学を融合したセラミックス粉末の化学合成法とナノ粒子・ナノシートの表面処理技術の開発  

  • 第39回化学教育賞

    2014年   日本化学会   化学の普及に資する仕組みの構築と国際化学オリンピックへの貢献  

  • 第67回日本セラミックス協会賞学術賞

    2013年   日本セラミックス協会  

  • 日本セラミックス協会JCerSJ優秀総説賞

    2006年  

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共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • Hierarchical assemblies based on mixtures of graphene oxides and nonionic surfactants liquid crystalline phases

    研究期間:

    2019年04月
    -
    2022年03月
     

  • マイクロリアクターを利用した金属酸化物ナノ粒子・ナノシートの高効率表面修飾

    研究期間:

    2018年04月
    -
    2021年03月
     

     概要を見る

    金属酸化物ナノ粒子や金属酸化物ナノシートなどの金属酸化物ナノ材料は,その大きさが十分小さい場合は,金属酸化物が有する特性に加えて透光性を示すことから,有機高分子を用いた有機-無機ハイブリッド材料のナノフィラーとして広く検討されている.しかし,金属酸化物ナノ材料は凝集してしまうと透光性が失われるため,表面修飾により有機官能基を金属酸化物ナノ材料の表面に固定化し,有機高分子マトリクス中での高分散を達成することが必要となる.そこで本研究では,効率的な金属酸化物ナノ粒子・ナノシートの表面修飾法として,マイクロリアクターを用いた二相流による表面修飾法の開発を目的としている.本年度は,これまで報告されていない液-液二相系による無機ナノシートの表面修飾の条件探索を目的として,mLスケールでの液-液二相系を用いて,無機ナノシートの表面修飾を行った.本年度は,イオン交換性層状ペロブスカイト(HLaNb2O7・xH2O,HLaNb)ナノシートの水分散液とリン酸オレイルを溶解したシクロヘキサンを用い,ガラス容器に液-液二相系を形成させ,界面でのリン酸オレイルによる表面修飾を行った.HLaNbナノシートの水分散液は,テトラブチルアンモニウムイオンを層間に導入した後,超音波を用いた剥離により調製した.二相状態を形成させた後,界面に泡立ちが起きないように水相とシクロヘキサン相をゆっくり撹拌した.最初は水相は白濁し,シクロヘキサン相は透明であったが,徐々に水相は透明となり,シクロヘキサン相は白濁した.シクロヘキサン相の生成物は,ナノシートの表面にリン酸オレイル基が固定化されたものであった.水相のpHが高いと反応が進行しないことから,ナノシート表面のテトラブチルアンモニウムイオンがプロトンと交換されることにより,反応が進行していることが推定された.2018年度の成果は,マイクロリアクターにおける二相流による表面修飾をナノシートに適用するための基礎的検討に相当し,この結果からHLaNbナノシートの水分散液ととリン酸オレイルを溶解したシクロヘキサンを用いたマイクロリアクターにおける二相流による表面修飾へ展開する.mLスケールでの液-液二相系は,金属あるいは金属酸化物のナノ粒子の表面修飾には広く応用されてきた.その際,水相にあるナノ粒子が修飾後に有機相に移動する”相間移動“現象が知られている.2018年度の結果は,”相間移動“がナノシートでも起こることを見出しており,同様の現象がマイクロリアクターの二相流でも期待できる.加えて,2018年度の成果は,新しいナノシートの表面修飾法と考えており,表面修飾技術の発展の観点からも重要な進展であると考える.金属酸化物ナノ粒子については,予備的検討の結果を踏まえ,2019年度はマイクロリアクターを用いた表面修飾の最適条件の探索を予定している.金属酸化物ナノシートについては,2018年度のmLスケールでの液-液二相系の結果と予備的検討結果を踏まえ,マイクロリアクターを用いた表面修飾の条件探索を予定している.金属酸化物ナノ粒子・ナノシートの表面修飾後,生成物の分析を固体高分解能核磁気共鳴分光分析,赤外分光分析,走査型電子顕微鏡,元素分析等により行い,その結果を作製条件にフィードバックすることにより研究を推進する

  • 温度応答性層状ペロブスカイトの創製と動的構造制に基づくタンパク質選択分離

    研究期間:

    2015年04月
    -
    2017年03月
     

     概要を見る

    動的に表面物性や構造を制御できる2次元ナノ構造体の創製とタンパク質分離への応用を目指し、表面開始リビングラジカル重合によりN-isopropylacrylamideと金属配位性モノマーから成るコポリマーを層状ペロブスカイトの層間表面に修飾した後、その層構造を剥離させることで温度応答性ナノシートを合成した。このナノシートを用い、温度変化に伴う相転移挙動や金属イオン配位性、固定化金属イオンへのタンパク質のアクセス性制御を評価した。得られた試料の温度応答特性や金属イオン配位性は示されたが、タンパク質吸着実験については再現性のある結果が得られなかった

  • 元素ブロック高分子材料の創出

    研究期間:

    2012年06月
    -
    2017年03月
     

     概要を見る

    無機元素を含む機能の最小ユニットを「元素ブロック」と呼ぶ。これらを連結、集積することで「元素ブロック材料」と呼べる無機成分の特性を活かした高機能性材料の創出が期待できる。新奇の元素ブロックとそれらの連結・集積・複合化から、様々な高機能性材料が得られてくると期待できる。特に、それらの新素材から従来の高分子では達成できない機能や、一般的な無機材料では乏しいとされる製膜性や機能設計の適用性などを兼ね備えた物性が得られる可能性が多分にある。我々は、この考えの元、様々な元素ブロックを開発し、学理を構築することができた。さらに、多様な高機能性材料を元素ブロックを組み合わせることで生み出すことができた

  • 遷移金属酸化物ナノ粒子を利用した元素ブロックの創製

    研究期間:

    2012年06月
    -
    2017年03月
     

     概要を見る

    新材料として期待される元素ブロック高分子材料においてモノマーとして位置づけられる、多彩な元素群で構成される元素ブロックの新しい合成戦略として、遷移金属酸化物ナノ構造を用いた元素ブロックの合成手法を発展させた。チタニアナノ粒子の作製手法とチタニアナノ粒子の表面修飾による元素ブロックへの変換に関する研究を展開するとともに、酸化物ナノシートのグラフト反応による元素ブロックへの変換についても研究を実施した

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特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • Hf-N系前駆体を用いた立方晶窒化ハフニウムとその固溶体の高圧合成とその特性評価

    2019年   谷口尚, 川村史朗, ゲガンレジス

     概要を見る

    切削工具等へ応用されている超硬材料として期待される立方晶窒化ハフニウム(Hf3N4)の合成には高温・高圧が必要である。立方晶窒化ハフニウムは、これまで10 GPaを超える圧力で合成されてきたが、提案されている相図からはより低い圧力で合成できる可能性が考えられる。そこで本研究では、立方晶窒化ハフニウムの新たな合成法を探索するため、ベルト型高圧装置を用い、ハフニウム-窒素結合を有する非晶質固体からの5.5-7.7 GPaでの立方晶窒化ハフニウムの合成を試みた。種々の温度で合成を試みたが、今回の実験条件では、立方晶窒化ハフニウムの生成は認められなかった。

  • 二層構造ナノシートをナノ容器とした色素の固定化と色素/ポリマーハイブリッドの作製

    2017年  

     概要を見る

     本研究は、二層構造ナノシート層間に色素を凝集させることなく固定化するとともに外部表面からポリマー鎖を生長させ、さらに二層構造ナノシートをポリマーマトリクス中に分散させて、色素/ポリマーハイブリッドを作製することを目的とした。二層構造ナノシートの合成は、反応性の異なる2種類の層間が交互に存在している構造を有する層状六ニオブ酸三水和物を用いて行い、色素にはトリスビピリジルルテニウム錯体を用いた。ドデシルアンモニウムイオンイオンを層間Iと層間IIの両方にイオン交換反応で導入して中間体とし、トリス(2,2'-ビピリジル)ルテニウム(II)錯体とのイオン交換を試みたが、適切な条件を見出すことはできなかった。

  • チタニアナノ粒子と有機高分子との複合化による高屈折率ハイブリッド材料の作製

    2012年   斉藤 ひとみ, Bruno Boury, 松川 公洋

     概要を見る

     二酸化チタンは高い屈折率を示すため、二酸化チタンナノ粒子は高屈折率有機―無機ハイブリッド材料の作製に応用されている酸化物である。そこで、二酸化チタンナノ粒子を用い、表面修飾による表面への有機基の導入と、得られた有機修飾ナノ粒子のエポキシ樹脂への添加を試みた。二酸化チタンナノ粒子は、一般には水分散液として入手できる。しかしながら、水分散液を用いると、有機基の導入反応が難しいことに加え、表面にある程度有機基が導入された時点で沈殿するため、有機基の導入には水分散液は適さないと考えられる。また、二酸化チタン表面はそれほど反応性が高くないので、有機基の導入には還流操作が必要になる。 そこで本研究では、反応活性基を二酸化チタン表面に導入し、これを用いて有機基の導入を行うことを試みた。様々な合成法の中で、非水ゾル-ゲル法を利用すると、表面に反応活性なCl 基やO-i-Pr 基を有する二酸化チタンナノ粒子の合成が可能となる。そこで出発物質に四塩化チタンを用い、ジイソプロピルエーテルを酸素ドナーとしてソルボサーマル条件で二酸化チタンナノ粒子の合成を行った。得られた二酸化チタンナノ粒子は粒径10 nm以下の球形粒子であった。またX線回折分析から、生成物は非晶質であることがわかった。 二酸化チタンナノ粒子のジクロロメタン分散液とn-オクチルホスホン酸の反応を、室温で24時間処理することにより行った。生成物の赤外吸収スペクトルでは、n-オクチル基による吸収帯が現れており、生成物中にn-オクチル基が存在することが示された。生成物の固体31P NMR測定では、21 ppmと27 ppmにシグナルが現れており、2種類の環境が存在することが示唆された。熱重量分析では、2段階の重量減少が観測され、2段目の200℃以上の約22%の重量減少はオクチル基の分解によると思われた。 n-オクチルホスホン酸で修飾した二酸化チタンナノ粒子をエポキシ樹脂に導入したところ、いずれの組成でも透明な有機―無機ハイブリッドフィルムを得ることができた。633 nmでの屈折率はポリマー単独の値(1.51)から増加し、62.4 mass%の二酸化チタン添加では、1.66となった。

  • トリアルキルホスフィンオキシドのインターカレーションによる層状酸化物の酸性点評価

    2010年  

     概要を見る

     積層しているナノシートからなる層状遷移金属酸化物は、層間のイオンをプロトンで交換する事により固体酸となる。プロトン交換された層状遷移金属酸化物は、ナノシートを剥離させて高表面積を持つ構造に変換することにより、固体酸触媒として応用できる。一方、これらの層状遷移金属酸化物は、層間にイオンや分子をインターカレートする事が可能である。従って、層間にプローブ分子を導入する事ができれば、剥離させる事なく、固体酸としての評価を簡単に行う事ができる。そこで本研究では、層状固体酸であるH型層状ペロブスカイト[HLaNb2O7・xH2O (HLaNb)、HCa2Nb3O10・xH2O (HCaNb)]の固体酸性を、トリアルキルホスフィンオキシド(TEPO)を層間に導入する事により評価した。H型層状ペロブスカイトへのインターカレーション反応はn-デコキシ基修飾体を中間体に用いて少量の水とともにTEPOと150˚Cで5日間反応させることにより進行させた。反応は層構造を保持したまま進行した。層間内におけるTEPOの存在状態は固体31P MAS NMR、IRから評価した。31P MAS NMRでは物理吸着したTEPO (50 ppm)からそれぞれ低磁場シフトした単一のシグナルを観測した(TEPO-HLaNb:94 ppm、TEPO-HCaNb: 93 ppm)。したがって、TEPOは酸点に配位しており、その配位環境はそれぞれ単一であると考えられる。IRスペクトルにおいても、ν(P=O)の吸収帯がTEPOの1157 cm-1からTEPO-HLaNbでは81 cm-1、TEPO-HCaNbでは71 cm-1低波数側へシフトしており、31P MAS NMR結果を支持していた。以上の結果から、TEPOはn-デコキシ基の加水分解と同時に生じた層表面のBrønsted酸点であるOH基に配位して存在していると考えられる。

  • 層状遷移金属酸化物へのオルガノホスホン酸のグラフト反応を利用した層表面修飾

    2009年  

     概要を見る

    イオン交換性層状ペロブスカイトは, Ruddlesden-Popper相と交換性陽イオンの密度がRuddlesden-Popper相の半分となっているDion-Jacobson相がある.これらの化合物を酸処理すると,層間のアルカリ金属イオンがプロトンに置き換わったH型層状ペロブスカイトが得られる.そこで本研究では,Dion-Jacobson型層状ペロブスカイトであるHLaNb2O7・xH2O(HLaNb)を用い,有機ホスホン酸による層表面修飾を検討した.HLaNbのデコキシ基誘導体(C10-HLaNb)とフェニルホスホン酸(PPA)またはアルキルホスホン酸[CnP (nは炭素数)]をモル比1 : 4で加え,溶媒として2-ブタノン20 mL(含水量1 mass %)とともにアンプル封入し80℃,48 h反応させ,生成物を得た(PPA/C10-HLaNb,CnP/C10-HLaNb).これを遠心分離し,アセトンで洗浄した後,風乾したものを試料とした.反応後,XRDパターンにおいて,C10-HLaNbのペロブスカイト層と垂直方向の規則性を示す(001)面による回折線が消失し,新規回折線が出現した.それらの回折線のd値はPPA/C10-HLaNbでは2.31 nm, CnP/C10-HLaNb では2.09~5.26 nmであった.反応生成物の31P MAS NMR測定では,PPA/C10-HLaNbでは13 ppm, CnP/C10-HLaNbでは28~30 ppmにそれぞれ1本のブロードなシグナルを観測した.これらの値はそれぞれのホスホン酸のケミカルシフトから2~11 ppm高磁場へシフトしたものであり,P-O-Nb結合の生成が示唆される.これらの結果から,有機ホスホン酸が層表面にグラフトしたことが明らかとなった.

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現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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