特集

ガラス技術と関連したゾル－ゲル法

ガラス関連ゾル－ゲル科学技術の動向：
学術雑誌掲載論文の検索に基づく調査
関西大学

化学生命工学部

幸塚

広光

Hiromitsu Kozuka
Faculty of Chemistry, Materials and Bioengineering, Kansai University

１．はじめに最近，文献検索に基づいてゾル－ゲル科学技術の動向を調査し，記事を書く機会をもった

年代に爆発的に増加した［ 2 ］。そして，その当時， ガ ラ ス 科 学 の 有 力 雑 誌 で あ っ た J. NonCryst. Solids にゾル－ゲル法に関する論文の多くが投稿されるという状況があった。

［1］。ゾル－ゲル法に関連する論文の数についそれでは，最近のゾル－ゲル法とガラスのかて、国・地域別動向を調べるとともに，応用分かわりは学術論文の世界でどうなっているの野・形態別動向についても調べた。ゾル－ゲルか。これを文献検索に基づいて調べることにし関連論文の増加率が全科学技術関連論文のそれた。

よりも大きいこと，その中でも「光学」「電気・電子」「光触媒・太陽電池」に関連する論文が，２．検索方法数の上でも増加傾向の上でも目立つことがわか

Web of ScienceTM Core Collection をデータった。一方，国内出願特許では，「光学」「電気・ベースとして論文を検索した。前著［ 1 ］を執電子」に加え，（「光触媒」ではなく）「触媒」が筆する際に試行錯誤して定めたゾル－ゲル法にトップ 3 に入ることもわかった。

関するキーワードを表 1 に示す。これらのキー

ゾル－ゲル法にかかわる研究者の人口は，シワードを「トピック」として含む論文を検索しリカガラスの低温合成をきっかけとして 1980た。ただし，アルコキシドを前駆体とする CVDに関する論文を排除するためのキーワードも設定した（表 1 ）。

〒 564-8680
吹田市山手町 3-3-35
TEL 06-6368-1121
E-mail：kozuka@kansai-u.ac.jp

次に，これらの論文から，glass* を「タイトル」に含む論文を抽出した。glass* を「トピック」として含むものとせず「タイトル」に含む
3NEW GLASS Vol. 33 No. 124 2018

ものに限定したのは，ガラスを主役としない論論文数が多いまたは増加傾向の著しい図 2

文を排除するためである。なお，glassy carbon（a）の 5 分野について，2013 ～ 2017 年に出版

や metallic glass を排除するためのキーワードされた論文を対象としてさらなる分析を加えも設定した（表 1 ）。

た。表 3 に分析結果を示す。光学関係の論文数は，glass substrate* や on glass* をキーワード

３．検索結果として含むものを除外すると 415 件から 288 件

以上の方法で検索したゾル－ゲル・ガラス関まで減少する。これは，光学に関わるゾル－ゲ連論文の数の 2000 年以降の推移を図 1 に示す。

ル・ガラス関連研究の多くが，ガラスを基板と論文数は増加しており，年間 200 件以上の論文して用いていることを示唆している（図 1 も参が発表されていることがわかる。もっとも，照）。蛍光・発光にかかわるキーワードを含むもglass* を「タイトル」に含む論文に限定していのは 200 件近くあり，一方，屈折率・反射・反るので，関連論文の実数はこれよりもはるかに射防止などのキーワードを含むものは 60 件弱大きいはずである。実際，glass* を「トピック」と相対的に少ない。光ファイバー，非線形光学，として含むものを検索すると，2017 年のヒット

光導波路，透明導電性に関する論文数について件数は 956 件となる。

は表 3 に見られるとおりである。

次に，これらゾル－ゲル・ガラス関連論文の応用分野別推移を図 2 に示す。ただし，表 1 の300キーワードに表 2 のキーワードを掛け合わせて250検索を行った。表 2 のキーワードも，前著［ 1 ］

トータル200

論文数執筆時に試行錯誤して定めたものである。全ての応用分野にかかわるものを 1 つのグラフで表すと見づらくなるため，グラフを 3 つに分けた。

150「ガラス基板」を除いたもの

100

図 2（a）に見られるように，光学関係の論文は従前から数が多く，その状態が 18 年間続いてい50る。一方，医用・生体関係の論文の増加率は著02000

しい。機械的性質，電気・電子，光触媒・太陽電池に関連する論文にも増加が認められる。図2（b）見られるように，磁性，電池，触媒，保（注）glass*を「タイトル」に含むものに限定している

2005

2010

2015

西 暦
図1

護膜に関する論文にも増加傾向が見られる。これらに対し，図 2（c）に見られる分野には増加

表 1 に示すゾル－ゲル関連キーワードを「トピック」として含み，かつガラス関連キーワードを「タイトル」として含む論文の数の推移。ただし，表 1 の右側に挙げたキーワードを含む論文を除外した。

傾向が見られない。
表1

ゾル－ゲル関連論文を検索するために設定したキーワード。
検索に用いたキーワード排除したキーワード

ゾル－ゲル（広義）（トピック）（表 5 ，表 6 ではタイトル）（トピック）sol-gel* or from-alkoxide-solution* or alkoxide- CVD* or MO-CVD* or chemical-vapor-deposit*
precursor* or alkoxide-derived or wet-process* or metal-organic-CVD or metal-organicor solution-process* or solution-route* or wet- chemical-vapor-deposit*
route* or chemical-solution-deposit* or metalorganic-deposit*
ガラス

4（タイトル）glass*（トピック）
glassy-carbon* or glassy-polymer* or polymerglass* or metallic-glass*NEW GLASS Vol. 33 No. 124 2018
医用・生体

磁性

誘電・圧電

光学

電池

親水・撥水・親油・撥油

機械（硬さ・耐摩耗・破壊）

触媒センサ

電気電子保護膜

イオン伝導

光触媒・太陽電池

論文数120分離膜120(a)120(b)110110110

10010010090909080808070707060606050505040404030303020202010101002000

2005

20102015

02000200520102015(c)

02000200520102015

西 暦
図2

ゾル－ゲル・ガラス関連論文の数の応用分野別推移。ただし，表 1 に示すキーワードに表 2 のキーワードを掛け合わせて検索を行なった。1 つのグラフで表すと見づらくなるため，グラフを 3 つに分けた。

被引用件数が多ければ，その論文が対象とすいが，7 割近くが医用・生体関連のものであるる分野が注目されていると判断できるであろことがわかる（表 3 ）。表 4 には掲載していないう。そこで，2013 ～ 2017 年に出版された論文が，被引用件数トップ 5 の論文うち 3 件が医用・のうち，被引用件数トップ 5 の論文のタイトル生体関連論文であった。

を表 4 に列挙した。光学関係では，5 件のうちそれでは，医用・生体関係の論文において，2 件がガラスを基板とするものであるが，他のゾル－ゲル法によって何が作られているのか。

3 件では，ゾル－ゲル法によってガラス複合体これを調べるために，2013 ～ 2017 年に出版さ（光制限効果），希土類ドープガラス（光導波路），れ，表 1 に示すゾル－ゲル関連キーワードをカルコゲンガラス（光学素子）を作製している。

（「トピックス」でなく）「タイトル」に含む医医用・生体関係の論文では，表 3 に見られる用・生体関連論文を検索した。その結果，124

ように，substrate* や on-glass* をキーワードと件がヒットし，それらのうち被引用件数の多いして含むものを除外しても論文数はあまり減ら

30 件の論文タイトルから，ゾル－ゲル法によっない。そして，生体活性，骨，水酸アパタイトて作られているものを調べた。その結果を表 5に関連する論文，なかでも生体活性に関わる論に示す。表 5 に見られるように，ゾル－ゲル法文が非常に多いことがわかる。被引用件数の多によって作られているのは生体活性材料であい論文（表 4 ）のいずれもが，bioactive というり，約 6 割がガラス，そのほか，結晶化ガラス，言葉をタイトルに含んでいる。機械的性質に関粒子，コーティング膜であることがわかる。

わる論文では，ガラスを基板とするものは少な

電気・電子関連論文では，約 4 割がガラスを5

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基板とするものであり（表 3 ），ゾル－ゲル法に前に爆発的に増加した。それでは，現在，ゾルよって電気・電子機能ガラスを作るという論文－ゲル法によりどのようなガラスが作製されては殆ど見あたらない。被引用件数の多い論文といるのか。これを調べるために，2013 ～ 2017

して，光学材料でもヒットした光リミッターに年に出版され，表 1 に示すゾル－ゲル関連キー関する論文のほか，結晶化ガラス（誘電性），カワードを（「トピックス」でなく）「タイトル」

ルコゲン化物ガラス（光学素子），カーボンドッに含むものを検索した。その結果，285 件の論ト含有ガラス（蛍光）に関するものがヒットす文（ガラス基板関係を除く）がヒットした。そるなど，電気・電子機能というよりは光機能にのうち被引用件数が 10 以上ある 47 件の論文タかかわるものがトップを占める（表 4 ）。

イトルからガラスの種類を読み取った。その結光触媒・太陽電池関連論文では，ガラスを基果を表 6 に示す。半数以上が生体活性ガラスで材とする研究が約 2/3 を占め（表 3 ），被引用件あり，それ以外には，シリカおよびケイ酸塩系数トップ 5 の論文の全てがガラスを基材とするガラス，オキシフルオライド結晶化ガラス，カものであった（表 4 ）。

ルコゲン化物ガラス，ヨウ化物・硫化物ガラス

ゾル－ゲル法にかかわる研究者の人口はシリなどが見られる。シリカガラスは，ドーピングカガラスの低温合成をきっかけとして 30 数年によって光機能を付与するものが主流である。

表2

応用分野別ゾル－ゲル関連論文を検索するために設定したキーワード。

分野

検索に用いたキーワード（トピック）

光学

optic* or luminescen* or photoluminescen* or refractive or antireflective or reflective or
fluorescen* or phosphorescen* or cathodoluminescen* or photonic*

医用・生体

medica* or bio* or anti-bacterial or dental* or dentist* or bone* or tissue-engineering or
drug* or osteo* or protein or hydroxyapatite or tooth or teeth or enzyme* or cyto*

機械（硬さ・耐摩耗・破壊）（mechanical* or hardness* or hard-coat* or abrasi* or anti-abrasi* or load-bear* or fatigue
or wear* or fracture* or toughness*）not wearable
電気・電子

electric* or electronic* or semiconduct* or transistor* or TFT*

光触媒・太陽電池

photocatal* or photoelectrochem* or photoelectrode* or photodegrad* or water-splitting
or solar-cell* or photovoltaic or solar-energy

電池battery or batteries or fuel-cell* or SOFC or（（electrode* or cathode* or anode* or
electrochemi* or electrolyte* or conductor* or conductivit*）and cell*）or capacitor* or
capacitance not（solar* or dielectric* or ferroelectric* or piezoelectric* or MEMS or
micro-electro-mechanical-system*）

触媒catal* or electrocatal*

磁性magnet*

保護膜

protective-coat* or protective-film* or protective-thin-film* or protective-layer* or
passivat* or corrosi* or anti-corrosi* or anti-oxid*

センサsensor* or sensing* or chemosens*

誘電・圧電・マルチフェロ （dielectric* or capacitor* or capacitance* or ferroelectric* or piezoelectric* or MEMS orイック
micro-electro-mechanical-system* or multiferroic*）not（electrochem* or battery orbatteries or cell*）
イオン伝導proton-conduct* or ionic-conduct* or proton-conduct* or solid-state-electrolyte* or solidelectrolyte* or solid-state-ionic*

親水・撥水・親油・撥油hydrophobic* or super-hydrophobic* or hydrophilic* or super-hydrophilic* or wettabilit*or wetting* or water-repellen* or oil-repellen* or lipophil*

分離膜filtrat* or nanofiltrat* or ultrafiltrat* or microfiltrat* or membrane* or permeat* orpermeab* or reverse-osmosis* or selective-membrane* or barrier-membrane* or gasseparati* or liquid-separati*

6

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表32013 ～ 2017 年に出版され，表 1 と表 2 のキーワードによりヒットする論文のうち，数が多いまたは増加の著しい分野の論文（図 2（a））の分析。特定のキーワードを含むものと含まないものの件数を調べたもの。

分野（表 2 による）

キーワード（トピック）

ヒット件数

光学関係

415
glass-substrate* or on-glass*を含まないもの

309

luminescen* or photoluminescen* or
fluorescen* or phosphorescen* or
cathodoluminescen*

を含むもの

195

refractive or antireflective or reflectiveを含むもの

56

non-linear* or nonlinear*

を含むもの

46

waveguide*を含むもの

25（transparen* and conduct*）or TCO

を含むもの

14

optical-fiber* or fiber-optic*

を含むもの

13

optical-limit*を含むもの

7

医用・生体関係

430
glass-substrate* or on-glass*を含まないもの

421

bioactive*

を含むもの

364

bone* or osteo*を含むもの

261

hydroxyapatiteを含むもの

157

tissue-engineeringを含むもの

85

drug*を含むもの71

dental* or dentist* or tooth or teethを含むもの

50

anti-bacterialを含むもの

3glass-substrate* or on-glass*を含まないもの

163

医用・生体関係キーワードを含むもの

120（hard-coat* or abrasi* or anti-abrasi*
or load-bear* or wear*）not wearable

を含むもの

15

glass-substrate* or on-glass*を含まないもの

機械（硬さ・耐摩耗・破壊）関係

186

電気・電子関係143

光触媒・太陽電池関係

92
121

glass-substrate* or on-glass*

４．おわりにを含まないもの48

まったゾル－ゲル法は，その後目を見張る発展・展開を示したが，医用・生体関係や光学関係のゾル－ゲル・ガラス関連論文を対象とする今分野で「ガラスや結晶化ガラスの製造法」とし回の検索結果において特筆すべきは，ここ 18 年て息づいていることに，今回驚きを覚えた。溶間，光学関係のものが多いこと，医用・生体関融法では作ることのできないさまざまな機能性係のものが著しい増加を示していることであガラスが，今後もゾル－ゲル法により創成される。シリカガラスの低温合成によりブームの始ることを期待する。
7

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表4

被引用件数トップ 5 の各分野の論文のタイトル。ただし，2013 ～ 2017 年に出版され，表 1 と表 2 のキーワードによりヒットする論文のうち，数が多いまたは増加の著しい分野の論文（図 2（a））を対象とした。

論文タイトル

被引用件数 文献

光学関係
Giant optical limiting effect in Ormosil gel glasses doped with graphene oxide materials

31

3

Broadband NIR emission in novel sol-gel Er³+-doped SiO₂-Nb₂O₅ glass ceramic planar
waveguides for photonic applications304Sputter deposition of PZT piezoelectric films on thin glass substrates for adjustable x-ray optics

295A review on solution processing of chalcogenide glasses for optical components

27626

7694

848

9Effect of ion substitution on properties of bioactive glasses: A review

4710Preconditioned 70S30C bioactive glass foams promote osteogenesis in vivo

45

1142

12

Giant optical limiting effect in Ormosil gel glasses doped with graphene oxide materials

31

3Dielectric behavior of perovskite glass ceramics

2713A review on solution processing of chalcogenide glasses for optical components

27

14

Nanostructure silver-doped zinc oxide films coating on glass prepared by sol-gel andphotochemical deposition process: Application for removal of mercaptan

26

7

Down- and up-conversion luminescent carbon dot fluid: inkjet printing and gel glass
fabrication

24

15

Nanostructured N-doped TiO₂ coated on glass spheres for the photocatalytic removal oforganic dyes under UV or visible light irradiation

84

16

Feasibility of silver doped TiO₂/glass fiber photocatalyst under visible irradiation as anindoor air germicide

26

17Nanostructure silver-doped zinc oxide films coating on glass prepared by sol-gel andphotochemical deposition process: Application for removal of mercaptan

26

7

Nanostructure silver-doped zinc oxide films coating on glass prepared by sol-gel andphotochemical deposition process: Application for removal of mercaptan
医用・生体関係
Review of bioactive glass: From Hench to hybrids
Magnesium-containing bioactive polycrystalline silicate-based ceramics and glass-ceramics forbiomedical applications

Nano-structured gelatin/bioactive glass hybrid scaffolds for the enhancement of odontogenicdifferentiation of human dental pulp stem cells
電気・電子関係

光触媒・太陽電池関係

Sulfamic acid-catalyzed lead perovskite formation for solar cell fabrication on glass or plasticsubstrates
High performance single layer nano-porous antireflection coatings on glass by sol-gel process
for solar energy applications

8182419

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表5

医用・生体関連論文で 2013 ～ 2017 年に出版され，ゾル－ゲル関連キーワード（表 1 ）を「タイトル」に含むもの 124 件のうち，被引用件数トップ 30 件の論文において，ゾル－ゲル法により作製された材料。

ゾル－ゲル法により作製された材料

論文件数

Bioactive glasses

18

Bioactive particles or nanoparticles

5Bioactive glass-ceramics

4Bioactive coatings3

表6

ゾル－ゲル法により作製されるガラスの種類。
ただし，2013 ～ 2017 年に出版され，タイトルにゾル－ゲル関連キーワードとガラス関連キーワードを（表 1 ）を含み，かつ，ガラス基板にかかわるキーワードをトピックスとして含まな
いもの 285 件のうち，被引用件数を 10 以上もつ論文（ 47 件）を対象とした。

ゾル－ゲル法により作製されたガラス 備考
生体活性ガラス

約 30 件SiO2 ガラス

Yb ドープ，ファイバー

SiO2 ガラス

Ag, Tb ドープ

SiO2 ガラス

EuPbF2 ナノ結晶分散

SiO2 ガラス

色素・Cu ナノ粒子分散

Na2O-B2O3-SiO2 ガラス

Pb ナノ粒子分散

Na2O-B2O3-SiO2 ガラス

CuGaS2 ドット分散

Al2O3-SiO2 ガラス

構造研究

SiO2-Nb2O5 結晶化ガラス

Er ドープ，光導波路

オキシフルオライド結晶化ガラス

Er/Yb 共ドープ LiYF4
ナノ結晶分散カルコゲン化物ガラス

バルク，薄膜

LiI-Li4SnS4 ガラス

超イオン伝導体

文献［1］
幸塚広光 , ゾル－ゲルテクノロジーの最新動向（幸塚広光監修 , シーエムシー出版）（ 2017 ）第 1 章．
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