オープニングトーク：固いパンと歯のトラブル
目からウロコの理科ラジオ。。。
めかラジェー!
こんにちは、目からウロコの理科ラジオ、通称めかラジオをお送りします。
パーソナリティは、刺繍病が若干気になる場所がありますって言われたことがあるカリウムと、
黒金型パンっていう固いお菓子を食べたら、フリーレン出てきたあのごとつするパンと同じだなって思ったヒノエフェと、
ポップコーンで歯が欠けたことがある細胞です。
よろしくお願いします。
このラジオは、理系の話題が好きな人が集まる、オンラインコミュニティ、理系とーくラボの3人が、
身近にある科学、科学の時事ネタ、歴史上の出来事を、科学で読み取りたいする番組です。
オープニングトーク、今回はちょっと食べ物とか歯の話になったんですけども、最初に書かれたのがヒエさんの、
固いパンの感触の話をされてたんですけども、黒金型パンっていうのはお菓子なんですか?
お菓子そうですね、缶パンの一種みたいな感じですね。
簡単に原材料が単純で、小麦粉とか砂糖と練乳だけって、あと発泡剤?
うん、一応発泡剤入ってた。
一応入ってますね。
では、ちょっと調べてみたら、
八幡製鉄所で、大正時代に宗教医の栄養補助のために作られたそうです。
これも長く保存できるようにすれば、力力少なくしたそうです。
そして、めちゃくちゃ固くなったと。
なるほどね。そういうやつなのね。保存食だからか。
固パン。
まず、前歯じゃあ噛み、最初の一口も無理ですね。歯が折れるんじゃないかって思いますね。
ちょっと奥の方にいっておくまでカリッと。
固いお菓子って言ったら三重県の方に叩いて割ってから食べなきゃいけないおせんべいみたいなやつがあるよね。
そうなんですか?
うん、ある。
固いものを探してて。
試してみたいってことですか?
そうですそうですそうです。
固い食べ物大好きなんで。
まんま固焼きってやつですかね。
多分それじゃないかな。
本当だ、砕いて食べる。
なんかね、木口がついてるの。小さい木のハンマーが。
それでまず噛んで叩いて、少し破片になった状態で口の中に入れて柔らかくしてくる食べるようなやつだから。
歯の弱い方に出したらイカイやつだと思います。
これが近くで売ってたんですか、たまたま。
普通に気になって知らせてアマゾンで買ってって感じですね。
アマゾンで。
ゴトッとする音がしたっていう。
ゴトッと口の中で。
なかなか面白そうだな。
味はどうでした、練乳って。
それがやっぱ甘くておいしいんですよ。
せめて味ぐらいはね、ちゃんとしてないと。ただ固いのを口の中でふやかしながらなんとか食べるっていうのは大変だろうから。
多分味に関してはフリーで出てくるやつよりはかなり。
あれ、おいしいっていう表現が一切なかったもんね。
なかったですね。
ただなんかもさもさ、とりあえずカロリー補充みたいな。
そう、食べてたの?
あった気がします。
さいぼんさんはポップコーンで歯が欠けたことがある。
あの固いやつがね、たまに入ってたりしますから。
そうなんですよ。
アメリカで結構ミーティングとか行くと、セミナーとか行くとバーっとお菓子が出てるんですけど、
ポップコーンが一番。
ポップコーンとか、チートスとかレイズとかポテチ系の。
レイズは分かる。
レイズっていうポテトチップスがあるんですよ。
結構人気なスタンダードの日本でいうカルビーのポテトチップスみたいな感じ。
ああ、そういう感じなんですね。
大体大人の人の大人の男性、成人男性の手のひらバーって広げたぐらいの、
ちっちゃい個高層のパックが出てたりするんですよね、ミーティングとか行くと。
パックのサイズがそのぐらいなんですね。
で、バーって見て、ポップコーンが一番健康層だったんで、
ポップコーンを選び、食べてた。
そしたらあるじゃないですか、ポップコーンの中に固いやつ。
ポップしてないやつですよね。
破裂し損なってなかったやつ。
そう、不発コーン。不発のやつ。
あれ、ガリッといって、ガリッてポキッて、あっつって。
病院に行きました。
会社に行きました。
折れてますね。
でね、治しました。
もう大変、大変です。
あれからすごい、ちゃんとポップコーン食べるときは優しく噛むように食べてます。
噛むってこう優しく。
なるほど。
ちなみに私の場合は、
会社さんに数ヶ月に一度は行くようにしてるんですよ。
試跡をうまめにとっておいた方がいいからっていうので定期検診で。
そしたら最近行ったときに、
ちょっとここのところ歯茎がやばくなってから、
刺繍病かもしれませんねって、
優しく磨いてあげてくださいって言われて。
刺繍病が気になる年になったかって、
そういうのが言われる年になったかと思って。
なんだろう、無意識に強く磨いちゃってるときがあったりするから、
それもあるのかなと思って。
私、歯ブラシは力かけすぎると、
歯ブラシ自体がちょっとふにゃって曲がるようなタイプの歯ブラシを使ってるんですよ。
だからそれ以降はそれほどないかなと思ってはいるんだけど、
ちょっと気をつけないといかないと。
できるだけ意識して歯を磨くようにしようと思っております。
無意識に磨くと多分余計な力がかかったりして、
弱ったところが余計よろしくないって話になっちゃうかなと思ったりして。
ということで、こんな感じで今回のメカラジもぜひ最後までお楽しみください。
本編：成膜技術の基本と身近な応用
今回のテーマは比叡さんが担当していただきます。
テーマは静脈技術ということなんですが、どういう話になるんでしょうか。
よろしくお願いします。
ここ最近の私の担当会だったり話すところで、
ちょこちょこエピタキシャル成長がどうのこうの今度説明しますねって話してたと思うんですが、
今回ようやくそれに触れていきたいと思います。
エピタキシャル成長については後ほど説明するんですが、
これに関わってくる大元の技術っていうのが、静脈技術、膜をつける技術になります。
膜というとフィルムとかそっちのイメージもあるかと思うんですけど、
そういう単体のものではなく、どちらかというとそういうフィルムであったり、
半導体でいうとウエハとかですね。
その上に薄い膜をつける技術になります。
もっとあるものに対してさらにコーティングするっていう技術になりますね。
大体ナノメートルとかマイクロメートルの厚さでつけることが多くて、
ミリメートル以上は多分別の技術になるんじゃないかなっていう、別だったりとかあんまない気がしますね。
これだけだと半導体に使われてるくらいであんま身近にないんじゃないかなって思われるかもしれませんが、
めちゃくちゃ身近なところに使われてるので、まずはそっちから説明をしようと思います。
みなさん普段ジュースを飲んだりとかお菓子を食べたりしてますよね。
冒頭の挨拶でもお菓子とかの話をしましたし。
こういう包装容器、例えばペットボトルとかポテチの袋とか、ここに静脈技術が使われてます。
まあそうだろうね。
そうなんです。
例えばまずペットボトル。
これペットボトルの内側ですね。
飲み物が入ってる面。
あそこにはDLCコーティングっていう加工がされてます。
DLC。
ダウンロードコンテンツではないんですね。
確かにDLCなんです。
あれもDLCなんです。
ダウンロードコンテンツじゃなくてダイヤモンドライクカーボンですね。
ダイヤモンドの物性に類似した炭素のことをダイヤモンドライクカーボンと呼んでいます。
ダイヤモンドみたいな。
そうです。なのでダイヤモンドライク。
これ何のためにこういうコーティングしてるかというと、酸素とかの機体分子の出入りを抑制するためにしてます。
入っちゃうと酸化するとかね。
そうです。
湿気ちゃうとかそういう話になっちゃう。
そういうことですね。
ぱっと見ペットボトルとかプラスチックってちゃんと密閉してるように思うじゃないですか。
な気がする。
なんですけど分子レベルで見ると若干通り抜けられる穴がいっぱいあるんですよね。
そういうので保存はできてもすぐ酸化して味が変わっちゃうとか内容量が減っちゃうとかあるんですけど、こういうのを防ぐためにTLGコーティングをしています。
このコーティング方法結構簡単で。
ペットボトルの外側全面と中空状にして電極を用意するんですよ。
その状態で真空引きして、アセチレンガスを投入します。
ペットボトルの中はアセチレンガスで充満してる状態にします。
ここで高周波を流すとアセチレンガスがプラズマ化するんですよね。
そうすると何が起こるか、あちこちに動き回るんですけどペットボトルの表面にぶつかるとそこで膜を形成し始めるので、
そうして膜をつけています。
だいたい40マイクロメートルくらいらしいです。
そういう方法があるんだ。アセチレンガスがプラズマ化して、ぶつかると膜になるっていう。
面白い。
こうやってコーティングすることで、普段飲んでるペットボトルとかは、
賞味期限の間だったら特に何も問題なく飲めたりしますね。
充填保存水の賞味期限は、味の変化ではなく内容量の変化で充填保存って書かれてるので、
実は過ぎてても適切な保管環境下であればちゃんと安全に飲めます。
無菌とかそういうレベルの話。
そうですね、ちゃんと直射日光にあって続けるところに10年置いといたとかじゃなければ。
それはダメだね。それはさすがにダメだと思うけど。
量が変化するっていうのは少し抜けちゃうってこと?
そうです。さすがに10年ぐらいすると分かるぐらいには減っちゃうので。
数ミリぐらいは減るみたいなイメージかな。
減量法かなんかに引っかかるので、その減量法に引っかからない範囲が賞味期限ってされてるはずですね。
なるほど。
なので内容物の品質には問題ない。
なるほど、商品としてそれができないからそこまでっていうことね。
はい、ということですね。
ただ他のジュースとかはもちろんちょっと変質してしまうので、あれは賞味期限に飲み切ったほうがいいですね。
水は綺麗なもので最初から何もない状態で作ってるけど、飲み物、ジュースなんかは糖分とかいろいろあるから品質の問題も出やすいよね。
そうですね。成分が抜けてくっていうことは酸素とかも若干通ってしまうので。
そうだね、酸化しちゃうね。
年単位で見ると若干酸化して味が落ちちゃうとか。
あとは炭酸水とか炭酸普通に抜けてくので、開封しなくても。
そうだね、それはそうだね。
はい、今家の冷蔵庫に2年ぐらい賞味期限の切れた炭酸水があるんですが、開けるともう悲しいというか普通の水なんですよね。
まあそうなるよね。
ただコーティングしないと多分もっと抜けやすくなりますね。
この技術調べた時に三菱電機のホームページを見たんですけど、10分の1以下に抑えることができたって書かれてたので、
10年保存性は1年しか持たないし、他のジュースも多分1週間かもっと短いぐらいしか持たないみたいになっちゃうので、やっぱりだいぶ効果あるっていう感じですね。
そうか、10分の1になった。10年持つって今言われてるやつが昔の技術だったら1年しか持たんかった。
そうですね。
なるほど。
全部変わるんですね。
さてじゃあもう一つ、ポテチの袋ですね。
こっちは真空浄着っていう加工技術を使ってます。
アルミリウムを表面にコーティングしてます。
この理由も本当にペットボトルと同じで、酸化を防いだりとか、こっちは水分が入ってきて湿気ったりするとかを防ぐためにやってます。
真空浄着、やり方としてはこっちもまず真空にするんですよね。
普通に空気でやっちゃいます。
その真空環境下でアルミリウムを加熱してアルミリウムの蒸気を発生させます。
その蒸気をポテチの袋でいうと印刷面の裏側、ポテチ本体が当たる部分に付着させることでコーティングをやっています。
原理としてはすごい単純な方法ですね。
アルミリウムの蒸気って何度ぐらいになったら出るっていうことなんかしら?
何度でしょう?普通に高熱化、高周波か何か?
そこまで調べきれてはないのですが。
炭素の方の浄着をやったことがあるなと思って。
顕微鏡のサンプルを真空に敷いて炭素の鉛筆の芯みたいなやつを尖らしてそこに電極をガッてやるとバッて光って、
それで炭素がサンプル状に付着することで浄着ってやってたような記憶があるんだけど。
そうですね、それもありますね。うちの職部で毎日やってるやつですね。
顕微鏡扱っているのもあるよね、たぶんね。
それと似たような感じですね。炭素の棒のところがアルミリウムに変わっただけでね。
同じ感じですね。
これポテチの袋だけじゃなくて、結構いろんなところで使われてたりするんですよね。
レトルト食品系とか、あれはアルミリウムのシートを漂着している場合もあるんですけど、浄着でやっている場合もあるみたいですし、
あんまり今もう見なくなったんですけど、ヘリウムの風船。銀色じゃないですか。
あれもゴムだと印刷しにくいからっていうのもあるんですけど、印刷しやすいフィルムを使いつつ、
すぐにヘリウムとか抜けないためにアルミリウムを浄着してっていう感じですね。
でもヘリウムって分子小さいからね。
小さいんですよね。やっぱ抜けちゃうんですよね。
やっぱ抜けるよねと思うんだけど。
そうか、あれも浄着だったわけだ。浄着でもしないと、なかなかプラスチック関係だと難しいよね、そのままでは。
そうですね。高分子の集まりなんですね。
本編：エピタキシャル成長と青色LED開発
高分子だからね。私、浄着っていうと、某ヒーロー物で浄着って言って変身するやつであるよなって思っちゃったんだけど。
ごめんなさい。何ですか、それ。
ギャバンなんだけど、ギャバン。
ギャバン。
最近始まった。宇宙刑事ギャバンっていうのは変身するときに浄着って言うんですよ。
簡単に金属コーティングみたいな鎧っていうのか、変身用のスーツを着るんで、そのときの変身の掛け声が浄着なんですよ。
だからそれ浄着って言葉知ってて、これ変身の言葉にしたんかなっていうふうにずっと思っている。
よかったらギャバンをちょっと調べてみてください。
はい。
それでは、本題のエピタキチャル成長に触れていきましょう。
こっちは、主に半導体の製造プロセスで用いられている技術になります。
まず、これは青色発光ダイオードのノーベル賞受賞理由にも関わってくるので、今回その話を取り上げてから、取り上げた上で説明しちゃおうと思います。
青色発光ダイオードの構造が、まず一番下にサファイアの基板があります。
その上に、窒化アルミニウムのバンファソウと呼ばれる層があって、さらにその上に窒化ガリウムが乗っています。
これらは、まずサファイア基板を用意して、その上に窒化アルミニウムを成長、結晶成長させて、その上に窒化ガリウムを結晶成長させるという工程をしているんですが、この結晶成長のことをエピタキチャル成長と呼んでいます。
単結晶の基板上に新しく単結晶の白膜を成長させることとされています。
こういう風に成長させるには、基板の単結晶と成長させたい物質の単結晶の結晶格子の形とか大きさが近いと良いんですよね。
近くないと綺麗に結晶が成長しないんですよね。
形だったり大きさが違うとそもそも成長しないとか、被晶を躾化するのかなとか、結晶が成長できたとしても欠陥がいっぱい入りまくって、純度の良い結晶ができないとか、そういう感じになってしまいます。
欠陥って言うとちょっとピンとこないと思うので、わかりやすい例で言うと、水晶ですね。
あれ、めちゃくちゃ透明なの少なくて、だいたい中に線だったりとか、ハート型の水晶とかだと真ん中のところに面みたいなやつがあると思うんですけど、ああいうのが全部欠陥ですね。
結晶更新の歪みであったりずれによって、光の透過だったり反射の性質が変わっちゃうので、ああいう風に見えるっていう。
もちろん光がそういう風になるっていうことは電子の動きとかそういうのも変わってきちゃうので、半導体製品としての性能がちゃんと出なくなる。
欠陥は抑制するものとして、半導体の緊急開発においてはかなり重要視されているのですが、当初はバファ素を入れずに成長させようとしてたんですよね。
そうすると、いっぱい欠陥が入って、ダメだこれはどうしようねっていう話になってたんですよ。
そこで途中で差を和らいでできるような物質を導入したらいいんじゃないっていう考えに思い立って、物性の似ている窒化アルミリウムを成長させて、
その上にさらに窒化ガリウムをやったらどうなんかっていうのを実験したのが天野先生ですね。
1年半で1500回ぐらいの実験をしたらしく。
1年で1500回っていうことは1日何回やったんだって気がしちゃうよね。
1年半ですね。それでも相当ですけど。
その末に実現したのが、この窒化アルミリウムの低温バファ素ということですね。
温度下げたら上手くいったっていう。
これ面白いことに温度下げた理由が、わざわざちょっと温度下げてみようじゃなくて、たまたま機械が壊れちゃって設定温度が上がらなかった。
ただそこで機械壊れちゃった、やめようじゃなくて、将来的に低温の方がいいから1回やってみるかってやったみたいなんですよ。
なるほどね。
そしたらぱっと見何もついてないものができて、失敗したかなみたいな感じで調べてみたら、めちゃくちゃ透明で均一な窒化アルミリウムの膜ができてて成功したっていう。
思わぬ失敗が成功につながるっていう、よく言うセレンビリティの例ですね。
田中浩一さんのノーベル賞のやつも確か1回失敗して、とりあえずその失敗したやつ使ってみようかって言ったら上手くいったって話だから、わりとそういうもんなのかもしれない。
そうですね。意外と失敗から生まれること多いので。
通常やらない条件っていうのがむしろいいかもしれないっていう。
面白いのがその通常やらない条件を思い立てたやつじゃなくて、偶然なんか生まれた条件っていうのが面白いですね。
そうですね。
というので本題に戻すと、これ実現したっていうことで、当初は20世紀中には不可能とまで言われてたのが、20世紀中に実現したっていうのがやっぱ大きいブレイクするポイントで、リノーベル賞の受賞理由の1つにもなっています。
はい。じゃあこれさっきの機械が壊れたっていう話にもつながるんですけど、どうやって静脈をしていたかというと、MOVP法、有機金属起走成長法っていう方法を使っています。
ざっくり言うと、有機金属材料、チッカルミウムとかですね、静脈したい原料、金属とかのガスを基板に吹き付けることで、その基板上で結晶が成長してくれるんですよ。
そういうふうにして、結晶成長をさせるっていう方法を使っています。上のチッカルミウムと確か似たような方法ですね。
もちろん細かい原理だったりとか、清除の方法とか、きれいに静脈したりとか、狙った薄さにやるとか、パラメーターとかもちろん変わってくるんですが、そこまで説明するには私が理解できなかったので、ちょっと説明させてもらいます。
ちょっと難しかったですね。
こういうふうな感じで、エピタキシャル成長をさせて半導体を製造させています。
ちょっと長くなったのかな。静脈の話は以上になります。
実は、他にもいろいろ静脈の方法があるので、気になった方は調べてみると面白いかもしれないです。
補足：金メッキと水銀アマルガムメッキ
例えば、金メッキのメッキ技術も、あれも静脈技術の一つですね。
まあね、確かに。コーティングするってことね。
コーティングなので、静脈ですね。
あとは、概要欄に静脈の基礎という紹介記事を載せておくので、よかったらご覧ください。
金メッキの話をされていたんだけど、最近奈良県に一泊二日で旅行に行ったんですけど、
その時に平城級跡をいろいろ再建しているところがあったので、そこを見に行ったんですよ。
できるだけ古代のものをうまく再現するために、一部金でメッキされた金具とかを使うところがあったんだけど、
それを普通にアンマルガムで作っていると書いてありました。水銀アンマルガム砲で金メッキ。
やるんだ、今でもそれをやるんだって。
それをしないと古代のものを再現することができないからってことだと思うんだけど、
もちろん当時と同じようなやばい環境下じゃなくて、ちゃんと管理されたところでやってたんだと思うんですけどね。
水銀使うんだって思いました。だって最近ニュースでもちゃんと出ましたけど、
蛍光灯は水銀入ってないからもう作ってないですよって話してましたからね。
そうですね。水銀に関しては輸出も禁止されていたはずですし、国内の水銀は70人くらい前に計算していますし、
残留しているやつは国内在庫しかないはずなので、どうやって手に入れるのが大変だっただろうなっていうのと、
待機中に放出する量も生出中に流出する量もPPMレベルでおかしいぐらいにバチバチな規制がかかっているので、
実験環境を整えるのも大変だっただろうなってちょっと思いました。
そこまで細かいことはその場のパネルには載ってなかったのでわかんないんだけども。
多分載せないはず。
そうでしょうね。そういうことがあったので、これはなかなか大変なことをやったんだなと思いました。
ということを思い出しました。ありがとうございました。
CMとエンディング
はい、ここでCMです。
科学の話ができる話し相手が欲しいけど家族は付き合ってくれないし、職場で話し合う人もいないなと思ったことありませんか。
他に大学院に進学したはいいけど同期はほとんど卒業してしまって、他にしゃべれる人はあまりいないんですけど。
それならオンラインコミュニティの理系トークラブはいかがですか。理系の話をしたい人たちが集まっています。
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詳しくは概要欄のリンクをご覧ください。
これどう思いますか。普通のお便りもお待ちしています。お気軽に投稿してください。
ということで今回のメカラジオはここまでです。お聞きくださりありがとうございました。
お相手は理系トークラブラジオ部、メカラジオ部のひのえひえと、
細胞と、
カリウムでした。
さようなら。
次回もお楽しみに。
