シリカのナノ粒子

シリカ（二酸化ケイ素）の主な機能と用途

シリカは、ケイ素（Si）の酸化物で「二酸化ケイ素（SiO2）」を指します。ケイ酸や無水ケイ酸、酸化シリコンと呼ばれる場合もあります。シリカは地球上でも最もポピュラーな物質で、地球の表面近くの物質の中では約6割程度を占めると言われています。シリカには大きく分けて2つの構造があり、「結晶性」と「非結晶性」の2つに分類されます。

結晶性のシリカは「石英（クォーツ）」が代表的です。クォーツはシリカが結晶化したもので不純物のないものは六角柱状の透明な結晶です。透明度が高いものは「水晶」と呼ばれます。

水晶は「水晶振動子」として利用されることがあります。水晶のかけらに交流電圧をかけると、精度の高い周波数を発振します。この水晶振動子は、時計やコンピューター、計測機器、無心通信機など、幅広い分野で利用されています。また、デジタルカメラの「ローパスフィルタ」として、光学フィルタにも使われます。

一方で、非結晶性に分類されるシリカには、「シリカゲル」や「珪藻土」などがあげられます。シリカゲルはシリカをゲル化したもので、乾燥剤として利用されます。シリカの工業利用で最も代表的なものと言えるでしょう。シリカゲルは食品などでの利用が最も一般的ですが、建築用の調質材であったり、水田用の肥料であったりと様々な形で利用されています。

珪藻土は、珪藻と呼ばれる藻類の仲間の化石が堆積したものを指し、「ダイアトマイト」と呼ばれることもあります。珪藻土は、バスマットやコースター、壁材といったものに使用されます。珪藻土は、水分や油分を吸収しやすいという特徴があります。この珪藻土は、不純物を濾過する機能を持っており、ビールやみりんなどの醸造物の濾過に使用される場合もあります。

結晶性のシリカ粉末は、発がん性があるとされていますが、非結晶性のシリカは発がん性がないとされています。そのため、非結晶性のシリカは、食品添加物としても利用されており、ふりかけなどの粉状の製品に対し、ダマになるのを防ぐ目的で添加される場合があります。同じく、ファンデーションなどの化粧品でも、吸湿によってダマになるのを防ぐ目的で、シリカの粉末を添加する場合があります。

人体中には非結晶性のシリカが含まれており、免疫力、肌の保湿、骨や髪の毛の維持などに貢献しているとされています。シリカは意識的に摂取する必要は全くなく、玄米やほうれん草、バナナなどに含まれているため、これらの食品を食べるだけで十分補えるとされています。しかし最近では、健康志向からシリカが添加されたミネラルウォーターも販売されています。

結晶性のシリカが水晶になるのに対し、非結晶性のシリカも「オパール」や「黒曜石」といった鉱物になる場合もあります。オパールはシリカと水が混ざりゆっくりと冷えて固まったものです。黒曜石は、マグマが水中などの環境下で急激に冷却されて作られると考えられています。黒曜石は、旧石器時代の頃にナイフや矢じり、槍の穂先として使われていました。

シリカ（二酸化ケイ素）ナノ粒子の主な機能と用途

シリカナノ粒子は、幅広い分野で利用されます。

シリカナノ粒子は、ゴム製品や樹脂製品への添加物として、いずれも強度向上を主目的として添加されています。樹脂製品の成形では、シリカナノ粒子を添加すると、流動性が改善するなどの特徴も見られるようです。

塗料やインク、接着剤などの液体には、増粘剤としてシリカナノ粒子が添加されます。塗料やインクに利用すると、発色性や着色性がよくなったり、つや消し性が向上するなどの変化も確認されています。

シリカナノ粒子の一つである「コロイダルシリカ」は研磨剤として利用され、電子基板やシリコンウェハー、ガラス、サファイアなどの研磨に使われています。