(57)【要約】【課題】金属微粒子の生成効率を向上できると共に、金属微粒子の平均粒径及び粒径分布を良好に制御できること。【解決手段】金属または金属化合物からなる反応対象物質１１から金属微粒子ＮＰを生成する金属微粒子生成装置１０において、液相中の反応対象物質にパルスレーザＬを照射して液相中レーザアブレーションを行い、この液相中レーザアブレーションにより反応対象物質から金属プラズマＰを発生させ、この金属プラズマ中の荷電粒子を経て金属微粒子ＮＰを生成するパルスレーザ装置１３と、金属プラズマＰの存在領域に外部磁場Ｂを印加して、金属プラズマ中の荷電粒子の反応を促進する外部磁場発生装置１５と、を有して構成されたものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属または金属化合物からなる反応対象物質から金属微粒子を生成する金属微粒子生成装置において、
液相中の前記反応対象物質にレーザ光を照射して液相中レーザアブレーションを行い、この液相中レーザアブレーションにより前記反応対象物質から金属プラズマを発生させ、この金属プラズマ中の荷電粒子を経て前記金属微粒子を生成するレーザ装置と、
前記金属プラズマの存在領域に磁場を印加して、前記金属プラズマ中の前記荷電粒子の反応を促進する磁場発生装置と、を有して構成されたことを特徴とする金属微粒子生成装置。
【請求項２】
前記液相中に遠心力場による強制渦流を発生させて、生成された金属微粒子を粒径に応じて分級して抽出する分級装置を、更に有することを特徴とする請求項１に記載の金属微粒子生成装置。
【請求項３】
前記反応対象物質にレーザ光を照射することで発生した金属プラズマにより生成された金属微粒子に対してレーザ光を照射する第２のレーザ装置を、更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の金属微粒子生成装置。
【請求項４】
前記反応対象物質は、固体の形態、または微粉末が液相中に分散した懸濁液の形態、または前記固体の形態と前記懸濁液の形態が混合した形態であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の金属微粒子生成装置。
【請求項５】
前記磁場発生装置は、単一のもしくは複数組み合わされた永久磁石、または単一のもしくは複数組み合わされた電磁石、または前記永久磁石と前記電磁石とが組み合わされた磁石により構成され、金属プラズマの存在領域に、時間的に変化しない静的な磁場または時間的に変化する動的な磁場を印加するよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の金属微粒子生成装置。
【請求項６】
前記分級装置は、液相中に配置された撹拌子を備え、この撹拌子の回転速度の調整により強制渦流の形状及び流速の少なくとも一方を調整可能に構成されたことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の金属微粒子生成装置。
【請求項７】
前記磁場発生装置は、磁石の配置位置を変更することで、金属プラズマの存在領域に磁場を印加する前記磁石の磁力線の空間分布を調整可能に構成されたことを特徴とする請求項５または６に記載の金属微粒子生成装置。
【請求項８】
前記磁場発生装置は、電磁石のコイル電流値を変更することで、金属プラズマの存在領域に磁場を印加する前記電磁石の磁力線の空間分布を調整可能に構成されたことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の金属微粒子生成装置。
【請求項９】
前記反応対象物質は、液相中に配置されたＸＹＺ空間移動ステージに設置され、または前記ＸＹＺ空間移動ステージに組み付けられた回転ステージに設置されて、前記反応対象物質に対するレーザ光のレーザ照射位置が変更可能に構成されたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の金属微粒子生成装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の金属微粒子生成装置が複数連結され、それぞれの前記金属微粒子生成装置が連続して運転されることで、金属微粒子を生成するよう構成されたことを特徴とする金属微粒子生成設備。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の金属微粒子生成装置が繰り返し運転されることで、金属微粒子を生成するよう構成されたことを特徴とする金属微粒子生成設備。
【請求項１２】
金属または金属化合物からなる反応対象物質から金属微粒子を生成する金属微粒子生成方法において、
液相中の前記反応対象物質にレーザ光を照射して液相中レーザアブレーションを行い、この液相中レーザアブレーションにより前記反応対象物質から金属プラズマを発生させ、この金属プラズマ中の荷電粒子を経て前記金属微粒子を生成するレーザ照射ステップと、
前記金属プラズマの存在領域に磁場を印加して、前記金属プラズマ中の前記荷電粒子の反応を促進する磁場印加ステップと、を有することを特徴とする金属微粒子生成方法。
【請求項１３】
前記液相中に遠心力場による強制渦流を発生させて、生成された金属微粒子を粒径に応じて分級して抽出する分級ステップを、更に有することを特徴とする請求項１２に記載の金属微粒子生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、液相中レーザアブレーションにより金属微粒子を生成する金属微粒子生成装置、及びこの金属微粒子生成装置を備えた金属微粒子生成設備、並びに液相中レーザアブレーションにより金属微粒子を生成する金属微粒子生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属微粒子の生成方法としては、化学的手法以外に、レーザ照射による生成方法が報告されている。そのひとつとして、液相中レーザアブレーションと呼ばれる微粒子生成法がある。この方法は、水溶液中に金属ターゲットを配置し、その表面に強いパルスレーザを集光し照射して、液相中でレーザアブレーションを行い、金属微粒子を生成する方法である。この金属微粒子生成の原理は、真空中でのレーザアブレーションと基本的に同じであり、アブレーションにより生成する金属プラズマの状態（温度、体積、圧力）により、その生成微粒子の平均粒径および粒径分布の広がり幅が決まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８３９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の従来技術のような液相中レーザアブレーションによる金属微粒子生成法では、微粒子の生成効率（収率）を上げようとしても、レーザパルスエネルギーを増加させるだけでは限界があり、収率改善は難しいいう課題があった。また、粒径をできるだけ小さくしようとしてレーザパルスエネルギーを増加しても同様な限界があり、粒径を小さくする制御は難しいという課題があった。更には、その平均粒径を中心値とする粒径分布の広がり幅についても、小さくする制御は同様に難しいという課題があった。
【０００５】
本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、金属微粒子の生成効率を向上できると共に、金属微粒子の平均粒径及び粒径分布を良好に制御できる金属微粒子生成装置、設備及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態における金属微粒子生成装置は、金属または金属化合物からなる反応対象物質から金属微粒子を生成する金属微粒子生成装置において、液相中の前記反応対象物質にレーザ光を照射して液相中レーザアブレーションを行い、この液相中レーザアブレーションにより前記反応対象物質から金属プラズマを発生させ、この金属プラズマ中の荷電粒子を経て前記金属微粒子を生成するレーザ装置と、前記金属プラズマの存在領域に磁場を印加して、前記金属プラズマ中の前記荷電粒子の反応を促進する磁場発生装置と、を有して構成されたことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の実施形態における金属微粒子生成方法、金属または金属化合物からなる反応対象物質から金属微粒子を生成する金属微粒子生成方法において、液相中の前記反応対象物質にレーザ光を照射して液相中レーザアブレーションを行い、この液相中レーザアブレーションにより前記反応対象物質から金属プラズマを発生させ、この金属プラズマ中の荷電粒子を経て前記金属微粒子を生成するレーザ照射ステップと、前記金属プラズマの存在領域に磁場を印加して、前記金属プラズマ中の前記荷電粒子の反応を促進する磁場印加ステップと、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、金属微粒子の生成効率を向上できると共に、金属微粒子の平均粒径及び粒径分布を良好に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る金属微粒子生成装置の構成を、外部磁場発生装置を省略してＹ軸マイナス方向から目視して示すＸ−Ｚ平面断面図。
【図２】図１の金属微粒子生成装置の構成を、分級装置を省略してＸ軸マイナス方向から目視して示すＹ−Ｚ平面断面図。
【図３】図１及び図２のパルスレーザ装置、外部磁場発生装置のそれぞれによるレーザ照射タイミング、外部磁場印加タイミング、及び発生した金属プラズマのプラズマ挙動を示すグラフ。
【図４】（Ａ）が図１及び図２の液相中レーザアブレーションにより生成された金属微粒子の粒径分布を、（Ｂ）が図１及び図２の分級装置により強制渦流の外側で分級されて抽出された金属微粒子の粒径分布を、（Ｃ）が図１及び図２の分級装置により強制渦流の内側で分級されて抽出された金属微粒子の粒径分布をそれぞれ示すグラフ。
【図５】第２実施形態に係る金属微粒子生成装置のＸＹＺ空間移動ステージ等を示す斜視図。
【図６】第３実施形態に係る金属微粒子生成装置のＸＹＺ空間移動ステージ及び回転ステージ等を示す斜視図。
【図７】第４実施形態に係る金属微粒子生成装置の構成を、外部磁場発生装置を省略してＹ軸マイナス方向から目視して示すＸ−Ｚ平面断面図。
【図８】第６実施形態に係る金属微粒子生成設備における複数台の金属微粒子生成装置の構成を、外部磁場発生装置を省略してＹ軸マイナス方向から目視して示すＸ−Ｚ平面断面図。
【図９】第７実施形態に係る金属微粒子生成設備における１台の金属微粒子生成装置と貯溜タンクの構成を、外部磁場発生装置を省略してＹ軸マイナス方向から目視して示すＸ−Ｚ平面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１〜図４）
図１は、第１実施形態に係る金属微粒子生成装置の構成を、外部磁場発生装置を省略してＹ軸マイナス方向から目視して示すＸ−Ｚ平面断面図である。また、図２は、図１の金属微粒子生成装置の構成を、分級装置を省略してＸ軸マイナス方向から目視して示すＹ−Ｚ平面断面図である。これらの図１及び図２に示す金属微粒子生成装置１０は、金属製の反応対象物質１１から金属微粒子Ｎ Ｐを生成するものであり、パルスレーザ装置１３、外部磁場発生装置１５及び分級装置１７を有して構成される。ここで、外部磁場発生装置１５と分級装置１７は、共に金属微粒子生成装置１０の構成要素であるが、説明の都合上図１、図２の片側にのみ図示している。
【００１１】
反応対象物質１１は、アクリル容器９内に貯溜された液体のプラズマ封じ込め物質１２中に設置される。この反応対象物質１１は、金属または金属化合物からなる固体の形態であって、例えば、金Ａｕの微粒子を生成する場合であれば純金属の金Ａｕ、またはその化合物である三酸化二金Ａｕ２Ｏ３等が用いられる。また、プラズマ封じ込め物質１２は、金属微粒子生成装置１０における液体媒質として用いられ、反応対象物質１１の表面１１ａを覆うものである。このプラズマ封じ込め物質１２は、例えば純水やアルコール類などの液体が用いられる。
【００１２】
パルスレーザ装置１３は、液相（プラズマ封じ込め物質１２）中の反応対象物質１１の表面１１ａに、プラズマ発生用のレーザ光としてのパルスレーザＬをレンズ１４により集光して照射し、反応対象物質１１の表面１１ａに液相中レーザアブレーション行って、この表面１１ａから金属プラズマＰを発生させる。そして、この金属プラズマＰ中の荷電粒子（金属イオンや電子）を経て金属微粒子ＮＰが生成され、金属微粒子ＮＰは液相（プラズマ閉じ込め物質１２）中に拡散する。
【００１３】
このパルスレーザ装置１３は、パルスレーザＬを反応対象物質１１の表面１１ａに適切に伝送し集光して照射するために、レンズ１４以外に、光ファイバ、プリズム、ミラー等の光学素子（図示せず）を備えたものでもよい。また、パルスレーザ装置１３は、信号ケーブル２０ａ(図２)を介して、タイミング調整器１６からのトリガー信号Ｓ１によりパルスレーザＬの照射タイミングが規定される動作モードで使用される。
【００１４】
ここで、パルスレーザＬは、例えばＮｄ：ＹＡＧパルスレーザであり、液体のプラズマ封じ込め物質１２が純水の場合であれば、波長が２倍波（波長５３２ｎｍ）で、パルス時間幅が数ｎｓ〜数１０ｎｓのものが好ましい。このパルスレーザＬのレーザ波長は、プラズマ封じ込め物質１２の光吸収特性に応じて、吸収による透過率の低減効果ができるだけ小さな波長領域の範囲内で適宜選択される。また、パルスレーザＬの繰り返し周波数は、金属微粒子ＮＰの生成効率（収率）を向上させるためには高い方がよく、例えば１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚが好ましい。
【００１５】
外部磁場発生装置１５は、図２に示すように、反応対象物質１１の表面１１ａにパルスレーザ装置１３から照射されたパルスレーザＬにより表面１１ａ近傍に発生した金属プラズマＰの存在領域に外部磁場Ｂを印加して、金属プラズマＰ中の荷電粒子同士の衝突頻度や衝突速度を増加させ、金属プラズマＰの温度及び圧力を上昇させて荷電粒子の反応を促進させる。
【００１６】
つまり、外部磁場発生装置１５は、パルスレーザＬの光軸に対して直交する外部磁場Ｂを印加させるために、導線を巻いたコイル状の電磁石２１ａ、２１ｂが、金属微粒子ＮＰを発生する金属プラズマＰの存在領域を挟み込んで互いに対向し、直列に回路結線されて、パルス電源２２からパルス電流が供給されるよう構成される。このパルス電流の供給により、外部磁場Ｂは時間的に変化する動的な磁場になる。また、パルス電源２２は、信号ケーブル２０ｂを介してタイミング調整器１６からのトリガー信号Ｓ２により、外部磁場Ｂの印加タイミングが規定される動作モードで使用される。
【００１７】
上記外部磁場Ｂは、電磁石２１ａ、２１ｂのコイルの巻き数、パルス電源２２の内蔵コンデンサの充填電圧、このコンデンサからの放電の時定数等が調整されることで、例えば約０．１〜１０Ｔの範囲に設定されるのが好ましい。また、パルス電源２２から電磁石２１ａ、２１ｂに供給されるパルス電流の電流値（コイル電流値）が変更されることで、または電磁石２１ａ、２１ｂの配置位置が変更されることで、金属プラズマＰの存在領域に外部磁場Ｂを印加する電磁石２１ａ、２１ｂの磁力線Ｊの空間分布が調整される。
【００１８】
なお、外部磁場発生装置１５は、図２の電磁石２１ａ、２１ｂをそれぞれ永久磁石に置き換えて、パルスレーザＬの光軸に直交する外部磁場Ｂを形成するように構成してもよい。あるいは、外部磁場発生装置１５は、軸線をパルスレーザＬの光軸と平行にしてアクリル容器９の外側を覆うように配置されたコイル状の単一の電磁石、またはリング状の単一の永久磁石とし、これらの磁石によりパルスレーザＬの光軸に平行な外部磁場Ｂを印加させるようにしてもよい。また、外部磁場発生装置１５は、永久磁石と電磁石とを組み合わせ対向配置させて構成されてもよい。
【００１９】
これらの外部磁場発生装置の変形形態の場合、外部磁場Ｂは、電磁石を備える外部磁場発生装置では時間的に変化する動的な磁場となり、永久磁石のみを備える外部磁場発生装置では、時間的に変化しない静的な磁場となる。また、これらの変形形態の外部磁場発生装置においても、磁石（永久磁石、電磁石）の配置位置を変更することで、または電磁石のコイル電流を変更することで、金属プラズマＰの存在領域に外部磁場Ｂを印加する磁石の磁力線Ｊの空間分布が調整される。
【００２０】
図２に示すタイミング調整器１６は、金属プラズマＰ発生用のパルスレーザ装置１３の作動タイミングと、金属プラズマＰ中の荷電粒子制御用の外部磁場発生装置１５の作動タイミングとを同期させるものである。つまり、タイミング調整器１６は、図３に示すように、パルスレーザ装置１３によるパルスレーザＬの照射タイミングとしてのレーザ照射開始時点（レーザパルス波形Ｈ１の立ち上がり時刻）Ｔ１と、外部磁場発生装置１５による外部磁場Ｂの印加タイミングとしての磁場印加開始時点（磁場強度波形Ｈ２の立ち上がり時刻）Ｔ２とを同期させる。ここで、図３中の符号Ｍは、金属プラズマＰの発生、成長、消滅等のプラズマ挙動を示す。
【００２１】
タイミング調整器１６は、パルスレーザ装置１３のレーザ照射時間幅Ｕ１と外部磁場発生装置１５の磁場印加時間幅Ｕ２とを適切にオーバーラップさせるために、例えば、図３においてはレーザ照射開始時点Ｔ１と磁場印加開始時点Ｔ２とを一致させ、且つ磁場印加時間幅Ｕ２がレーザ照射時間幅Ｕ１を十分に内包するように設定する。これを実現するために、タイミング調整器１６は、パルスレーザ装置１３のレーザ照射開始時点Ｔ１と外部磁場発生装置１５の磁場印加開始時点Ｔ２との時間差、及び磁場印加時間幅Ｕ２を任意の値に調整して、パルスレーザ装置１３へ信号ケーブル２０ａを介して矩形のパルス信号であるトリガー信号Ｓ１を送信し、外部磁場発生装置１５へ信号ケーブル２０ｂを介して矩形のパルス信号であるトリガー信号Ｓ２を送信する。
【００２２】
レーザ照射開始時点Ｔ１と磁場印加開始時点Ｔ２との時間差を調整するために必要なタイミング調整器１６の時間分解能としては、例えばパルスレーザ装置１３が照射するパルスレーザＬのパルス時間幅を基準にすると、その１／１０程度で十分であり、具体的には０．１〜数ｎｓの分解能である。タイミング調整器１６が上述のようにパルスレーザ装置１３と外部磁場発生装置１５の作動タイミングを調整して、外部磁場発生装置１５が金属プラズマＰ中の荷電粒子制御用の外部磁場Ｂを、反応対象物質１１の表面１１ａ近傍の金属プラズマＰの存在領域に印加することで、金属プラズマＰ中の荷電粒子の反応が促進される。
【００２３】
分級装置１７は、パルスレーザ装置１３及び外部磁場発生装置１５の作動と平行して作動するものであり、液相（プラズマ封じ込め媒質１２）中に遠心力場による分級（分離）用の強制渦流ＴＲを発生させて、金属プラズマＰ中の荷電粒子を経て生成される金属微粒子ＮＰを、その粒径（質量）に応じて分級して抽出する。つまり、分級装置１７は、液相中に遠心力場による分級用の強制渦流ＴＲを発生させるための回転撹拌機構としてのマグネティックスターラ２３及び攪拌子２４と、分級成分抽出機構としての可動型の微粒子抽出管２５とを有する。攪拌子２４は、アクリル容器９内の液相（プラズマ封じ込め媒質１２）中に配置され、マグネティックスターラ２３はアクリル容器９外で攪拌子２４に対応する位置に配置される。
【００２４】
マグネティックスターラ２３からの磁力線により攪拌子２４が回転駆動されて液相（プラズマ封じ込め媒質１２）中に強制渦流ＴＲを発生させると、この液相中で外部磁場Ｂの印加を受けながら液相中レーザアブレーションにより生成された金属微粒子ＮＰは強制渦流ＴＲに巻き込まれ、その質量（粒径）に応じて遠心分離作用を受ける。即ち、金属微粒子ＮＰは、強制渦流ＴＲの中で、その中心から半径方向外方へ向かって質量（粒径）が小さいものから大きいものに分離されて分布する。この分級装置１７では、攪拌子２４の回転速度が２５００ｒｐｍ以上となるようにマグネティックスターラ２３により制御されることで、強制渦流ＴＲの形状及び流速の少なくとも一方を任意に調整することが可能である。ここで、強制渦流ＴＲの形状については、攪拌子２４の回転速度のみならず、アクリル容器９の幾何学的形状の影響も考慮して決定される。
【００２５】
微粒子抽出管２５は、強制渦流ＴＲの中で、強制渦流ＴＲの中心から半径方向に沿って移動し任意の位置に配置可能に構成され、その流入口からの液相（金属微粒子ＮＰを含む）の吸入により、質量（粒径）の異なる金属微粒子ＮＰが分離して抽出される。また、微粒子抽出管２５は、強制渦流ＴＲを乱さないように管径を可能な限り、例えば１ｍｍ以下に細径化されている。
【００２６】
分級装置１７は、微粒子抽出管２５による金属微粒子ＮＰを含む液相吸入のために吸入ポンプを備える。分級装置１７は、吸入ポンプを用いて微粒子抽出管２５から金属微粒子ＮＰを含む液相(プラズマ封じ込め物質１２)を微小量吸入し、フィルタ（図示せず）を経て所定の粒径の金属微粒子ＮＰを分級して採取し、残渣となる液相（プラズマ封じ込め媒質１２）成分をアクリル容器９内に還流して、アクリル容器９内の液相の総量が保存されるよう調整する。
【００２７】
次に、上述のように構成された金属微粒子生成装置１０の作用を説明する。
まず、反応対象物質１１の表面１１ａにおけるプラズマ封じ込め物質１２が存在する領域に、パルスレーザ装置１３を用いてパルスレーザＬを照射して、反応対象物質１１の表面１１ａ近傍に金属プラズマＰを生成させるレーザ照射ステップを実施する。
【００２８】
次に、反応対象物質１１の表面１１ａ近傍の金属プラズマＰの存在領域に、この金属プラズマＰ中の荷電粒子の反応を促進する外部磁場Ｂを印加する外部磁場印加ステップを実施する。この外部磁場印加ステップの実施によって、外部磁場Ｂ無しの場合に反応対象物質１１の表面１１ａから高速の初速度で放射状に拡散していた金属プラズマＰ中の荷電粒子、即ち金属イオンと電子は、荷電粒子間のクーロン力だけでなく、外部磁場Ｂによるローレンツ力の作用により運動方向が曲げられて加速されながら、お互いの衝突頻度および相対衝突速度が増加して、長時間封じ込められながら十分に衝突する。
【００２９】
このため、外部磁場Ｂが無い場合に比べて、外部磁場Ｂの印加により金属プラズマＰは加熱されて温度が上昇し圧力が増加する。これにより、金属プラズマＰ中での荷電粒子の反応が促進されて、反応対象物質１１から金属プラズマＰ中の荷電粒子を経て生成される金属微粒子ＮＰは、総量が増加すると共に、より細かい粒径で生成される。
【００３０】
更に、反応対象物質１１へのパルスレーザＬの照射により発生した金属プラズマＰ中の荷電粒子を経て生成される金属微粒子ＮＰが拡散した液相（プラズマ封じ込め媒質１２）に、遠心力場による分級用の強制渦流ＴＲを発生させる分級ステップを、レーザ照射ステップ及び外部磁場印加ステップの実施と平行して実施する。
【００３１】
一般に、反応対象物質１１から生成される金属微粒子ＮＰの粒径分布は、強制渦流ＴＲがなく自然対流の場合には、図４（Ａ）に示すように、平均粒径ＡＯを中心とする広がり幅ＷＯを有する。この広がり幅ＷＯは、例えば粒径分布のピーク値ＫＯの１／２値における分布幅である。このため、反応対象物質１１から生成される金属微粒子ＮＰは、自然対流により拡散する場合、液相のどの位置においても略均一の分散状態になっている。
【００３２】
これに対し、強制渦流ＴＲを発生させる分級ステップを実施することによって、強制渦流ＴＲの外側で抽出された金属微粒子ＮＰの粒径分布では、図４（Ｂ）に示すように、平均粒径ＡＬが自然対流の場合の平均粒径ＡＯよりも大きな金属微粒子ＮＰが濃縮されており、また、粒径分布の広がり幅ＷＬ（粒径分布のピーク値ＫＬの１／２値における分布幅）は、自然対流の広がり幅ＷＯよりも小さくなっている。
【００３３】
また、分級ステップが実施されたときの強制渦流ＴＲの内側で抽出された金属微粒子ＮＰの粒径分布では、図４（Ｃ）に示すように、平均粒径ＡＳが自然対流の場合の平均粒径ＡＯよりも小さな金属微粒子ＮＰが濃縮されており、また、その粒径分布の広がり幅ＷＳ（粒径分布のピーク値ＫＳの１／２値における分布幅）は、自然対流の広がり幅ＷＯよりも小さくなっている。
【００３４】
以上の構成されたことから、本第１実施形態によれば、次の効果（１）及び（２）を奏する。
（１）図１に示すように、金属または金属化合物からなる反応対象物質１１にパルスレーザ装置１３からパルスレーザＬが照射されることで反応対象物１１から液相中レーザアブレーションにより発生した金属プラズマＰは、外部磁場発生装置１５からの外部磁場Ｂの印加により金属プラズマＰ中の荷電粒子の互いの衝突頻度及び衝突速度が増加して、温度及び圧力が上昇し、従って、金属プラズマＰ中の荷電粒子の反応が促進される。この結果、金属プラズマＰ中の荷電粒子を経て生成される金属微粒子ＮＰの生成量が増加して金属微粒子ＮＰの生成効率（収率）を向上できると共に、生成される金属微粒子ＮＰの平均粒径及び粒径分布の広がり幅を小さく制御できる。
【００３５】
（２）図１及び図２に示すように、金属微粒子ＮＰが拡散した液相（プラズマ封じ込め媒質１２）中に、分級装置１７により遠心力場による分級用の強制渦流ＴＲを発生させることによって、この強制渦流ＴＲの外側では平均粒径ＡＬの大きな金属微粒子ＮＰが濃縮され、強制渦流ＴＲの内側では平均粒径ＡＳの小さな金属微粒子ＮＰが濃縮される。従って、分級装置１７における微粒子抽出手段２５の位置を適切に選定、特に強制渦流ＴＲの内側に選定することで、平均粒径がより一層小さく、且つ粒径分布の広がり幅が小さな任意の粒径成分の金属微粒子ＮＰを抽出することができる。
【００３６】
［Ｂ］第２実施形態（図５）
図５は、第２実施形態に係る金属微粒子生成装置のＸＹＺ空間移動ステージ等を示す斜視図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００３７】
本第２実施形態の金属微粒子生成装置２６が第１実施形態と異なる点は、反応対象物質１１に対するパルスレーザＬのレーザ照射位置を変更可能とする駆動ステージとしてＸＹＺ空間移動ステージ２７を備えた点である。
【００３８】
反応対象物質１１の表面１１ａ上に、パルスレーザ装置１３からパルスレーザＬを高い繰り返し周波数で照射する場合には、レーザアブレーションにより反応対象物質１１の表面１１ａが削られて、レーザアブレーションを連続的に実施できなくなる恐れがある。これを解消するために、ＸＹＺ空間移動ステージ２７は、反応対象物質１１に対するパルスレーザＬのレーザ照射位置を変更する。
【００３９】
このＸＹＺ空間移動ステージ２７は、アクリル容器９内で液相（プラズマ封じ込め媒質１２）中に配置され、台座部２８と、この台座部２８に設けられたＸＹＺステージ部２９とを有する。ＸＹＺステージ部２９は、Ｘ−Ｙ平面内で移動する図示しないＸＹ平面スキャン機構と、Ｚ方向に移動する図示しないＺ方向スキャン機構とを備える。ＸＹＺステージ部２９のＸＹ平面スキャン機構に、長方形状の表面１１ａを有する反応対象物質１１が設置されて固定される。
【００４０】
ＸＹＺステージ部２９のＸＹ平面スキャン機構は、パルスレーザ装置１３からのパルスレーザＬの照射の際に、Ｘ−Ｙ平面内でジグザグ、または蛇行して移動することで、反応対象物質１１の表面１１ａの全体にレーザアブレーションを実行させる。次に、ＸＹＺステージ部２９のＺ方向スキャン機構を作動させて、反応対象物質１１の表面１１ａが削られた分だけ反応対象物質１１の高さ方向（Ｚ方向）の位置ずれを補正する。その後再び、パルスレーザでの照射時に、ＸＹＺステージ部２９のＸＹ平面スキャン機構により反応対象物質１１をＸ−Ｙ平面内で移動させて、パルスレーザ装置１３からのパルスレーザＬによりレーザアブレーションを行う。
【００４１】
以上のように構成されたことから、本第２実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏するほか、次の効果（３）を奏する。
【００４２】
（３）反応対象物質１１は、液相（プラズマ封じ込め媒質１２）中に配置されたＸＹＺ空間移動ステージ２７のＸＹＺステージ部２９に設置されて、反応対象物質１１に対するパルスレーザＬのレーザ照射位置が変更可能に構成されている。このため、反応対象物質１１への液相中レーザアブレーションを安定して実施でき、金属微粒子ＮＰの生成状態を長時間安定して保持できる。
【００４３】
［Ｃ］第３実施形態（図６）
図６は、第３実施形態に係る金属微粒子生成装置のＸＹＺ空間移動ステージ及び回転ステージ等を示す斜視図である。この第３実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００４４】
本第３実施形態の金属微粒子生成装置３０が第１実施形態と異なる点は、反応対象物質１１に対するパルスレーザＬのレーザ照射位置を変更可能とする駆動ステージとしてＸＹＺ空間移動ステージ３１、及びこのＸＹＺ空間移動ステージ３１に取り付けられた回転ステージ３２を備えた点である。
【００４５】
反応対象物質１１の表面１１ａ上に、パルスレーザ装置１３からパルスレーザＬを高い繰り返し周波数で照射する場合には、レーザアブレーションにより反応対象物質１１の表面１１ａが削られて、レーザアブレーションを連続的に実施できなくなる恐れがある。これを解消するために、ＸＹＺ空間移動ステージ３１及び回転ステージ３２は、反応対象物質１１に対するパルスレーザＬのレーザ照射位置を変更する。
【００４６】
ＸＹＺ空間移動ステージ３１は、アクリル容器９内で液相（プラズマ封じ込め媒質１２）中に配置され、台座部３３と、この台座部３３に設けられたＸＹＺステージ部３４とを有する。ＸＹＺステージ部３４は、Ｘ−Ｙ平面内でＸ方向に移動する図示しないＸ方向スキャン機構と、Ｘ−Ｙ平面内でＹ方向に移動する図示しないＹ方向スキャン機構と、Ｚ方向に移動する図示しないＺ方向スキャン機構と、を備える。また、回転ステージ３２は、ＸＹＺ空間移動ステージ３１のＸＹＺステージ部３４に組み付けられる。回転ステージ３２に、円形状の表面１１ａを有する反応対象物質１１が、反応対象物質１１の中心軸Ｑを回転ステージ３２の回転軸Ｏに一致させて固定して設置される。
【００４７】
回転ステージ３２は、パルスレーザ装置１３からのパルスレーザＬの照射の際に１回転して、レーザアブレーションを反応対象物質１１の表面１１ａに対して１周実行させる。次に、ＸＹＺ空間移動ステージ３１のＸＹＺステージ部３４の例えばＸ方向スキャン機構により、反応対象物質１１をＸ方向に微小量（パルスレーザＬのレーザビーム直径程度分）だけ水平移動させる。これらを繰り返して、反応対象物質１１の円形状の表面１１ａ全体にレーザアブレーションを実行させる。
【００４８】
その後、ＸＹＺステージ部３４のＺ方向スキャン機構を作動させて、反応対象物質１１の表面１１ａが削られた分だけ反応対象物質１１の高さ方向（Ｚ方向）の位置ずれを補正する。その後再び、パルスレーザＬの照射時に、回転ステージ３２により反応対象物質１１を回転させ、ＸＹＺステージ部３４の例えばＸ方向スキャン機構により反応対象物質１１をＸ方向に微小移動させて、パルスレーザ装置１３からのパルスレーザＬにより反応対象物質１１の表面１１ａにレーザアブレーションを行う。
【００４９】
以上のように構成されから、本第３実施形態によれば、第１実施形態の効果(１）及び（２）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）を奏する。
【００５０】
（４）反応対象物質１１は、液相（プラズマ封じ込め媒質１２）中に配置されたＸＹＺ空間移動ステージ３１のＸＹＺステージ部３４に取り付けられた回転ステージ３２に設置されて、反応対象物質１１に対するパルスレーザＬのレーザ照射位置が変更可能に構成されている。このため、反応対象物質１１への液相中レーザアブレーションを安定して実施でき、金属微粒子ＮＰの生成状態を長時間安定して保持できる。
【００５１】
［Ｄ］第４実施形態（図７）
図７は、第４実施形態に係る金属微粒子生成装置の構成を、外部磁場発生装置を省略してＹ軸マイナス方向から目視して示すＸ−Ｚ平面断面図である。この第４実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００５２】
本第４実施形態の金属微粒子生成装置４０が第１実施形態と異なる点は、パルスレーザ装置１３から反応対象物質１１の表面１１ａにパルスレーザＬを照射することで発生した金属プラズマＰにより生成され且つ液相（プラズマ封じ込め媒質１２）中に拡散された金属微粒子ＮＰに対して、第２のレンズ４１を用いて第２のパルスレーザＬ２を照射する第２のパルスレーザ装置４２が、更に追加して構成された点である。
【００５３】
上述のように構成されたことから、本第４実施形態においても第１実施形態の効果（１）及び(２)と同様な効果を奏するほか、次の効果（５）を奏する。
【００５４】
（５）パルスレーザ装置１３からのパルスレーザＬが反応対象物質１１に照射されることで液相レーザアブレーションにより発生した金属プラズマＰにて生成された金属微粒子ＮＰに対して、第２のパルスレーザ装置４２から第２のパルスレーザＬ２が照射されることで、金属微粒子ＮＰに対して液相レーザアブレーションが再び実行される。この結果、生成される金属微粒子ＮＰの粒径をより一層小さくすることができる。
【００５５】
［Ｅ］第５実施形態（図１参照）
この第５実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００５６】
この第５実施形態の金属微粒子生成装置５０が第１実施形態と異なる点は、図示しない反応対象物質が、化学合成等で予め調整された金属または金属化合物の金属微粉末が液相（プラズマ封じ込め媒質１２）中に分散した懸濁液の形態で構成された点である。
【００５７】
上述の金属微粉末の懸濁液の形態の反応対象物質が拡散した液相（プラズマ封じ込め媒質１２）中に、パルスレーザ装置１３及びレンズ１４を用いてパルスレーザＬが照射され、発生した金属プラズマＰに外部磁場発生装置１５から外部磁場Ｂが印加されることで、金属プラズマＰから粒径の小さな金属微粒子ＮＰが生成される。なお、反応対象物質は、上述の金属微粉末の懸濁液の形態と固体の形態とが混合した形態であってもよい。
【００５８】
このように構成されたことから、本第５実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏する。
【００５９】
［Ｆ］第６実施形態（図８）
図８は、第６実施形態に係る金属微粒子生成設備における複数台の金属微粒子生成装置の構成を、外部磁場発生装置を省略してＹ軸マイナス方向から目視して示すＸ−Ｚ平面断面図である。この第６実施形態において第１及び第４実施形態と同様な部分については、第１及び第４実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００６０】
本第６実施形態の金属微粒子生成設備６０が第１〜第５実施形態と異なる点は、第１〜第５実施形態の金属微粒子生成装置１０、２６、３０、４０、５０、例えば金属微粒子生成装置４０が微粒子抽出管６１を用いて複数台連結され、これらの金属微粒子生成装置４０が連続運転されて金属微粒子ＮＰを生成するよう構成された点である。
【００６１】
微粒子抽出管６１は、その流入口６１が、上流側の例えば金属微粒子生成装置４０の強制渦流ＴＲの内側に位置づけられ、流出口６３が、下流側の例えば金属微粒子生成装置４０のアクリル容器９内に配置される。また、図８中の符号６４は、プラズマ封じ込め媒質１２の補充用の注入管である。
【００６２】
最上流の例えば金属微粒子生成装置４０には、反応対象物質１１、パルスレーザ装置１３、第２のパルスレーザ装置４２、外部磁場発生装置１５及び分級装置１７を備えるが、下流側の例えば金属微粒子生成装置４０には反応対象物質１１が取り除かれる。下流側の例えば金属微粒子生成装置４０では、微粒子抽出管６１からアクリル容器９内に液相（プラズマ封じ込め媒質１２）と共に流入した粒径の小さな金属微粒子ＮＰに対して、第２のパルスレーザ装置４２のみにより第２のパルスレーザＬ２が、またはパルスレーザ装置１３及び第２のパルスレーザ装置４２により、パルスレーザＬ及び第２のパルスレーザＬ２が、それぞれ照射されて液相中レーザアブレーションが行われ、金属微粒子ＮＰが微細化される。
【００６３】
従って、本第６実施形態の金属微粒子生成設備６０によれば、第１〜第５実施形態の効果（１）〜（５）と同様の効果を奏するほか、生成される金属微粒子ＮＰの粒径をより一層微細化できる。
【００６４】
［Ｇ］第７実施形態（図９）
図９は、第７実施形態に係る金属微粒子生成設備における１台の金属微粒子生成装置と貯溜タンクの構成を、外部磁場発生装置を省略してＹ軸マイナス方向から目視して示すＸ−Ｚ平面断面図である。この第７実施形態において第１及び第４実施形態と同様な部分については、第１及び第４実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００６５】
本第７実施形態の金属微粒子生成設備７０が第１〜第５実施形態と異なる点は、第１〜第５実施形態の金属微粒子生成装置１０、２６、３０、４０、５０のうちの例えば１台の金属微粒子生成装置４０が、微粒子抽出管７１を用いて貯溜タンク７２に連結され、一台の例えば金属微粒子生成装置４０が、運転と停止を交互に行って繰り返し運転されて、金属微粒子ＮＰを生成するよう構成された点である。
【００６６】
微粒子抽出管７１は、その流入口７３が、例えば金属微粒子生成装置４０の強制渦流ＴＲの内側に位置づけられ、流出口７４が貯溜タンク７２内に配置される。この貯溜タンク７２内に、例えば金属微粒子生成装置４０の運転中に粒径の小さな金属微粒子ＮＰが液相（プラズマ封じ込め媒質１２）と共に流入する。
【００６７】
一定時間経過後に例えば金属微粒子生成装置４０を停止して、アクリル容器９内の粒径の大きな金属微粒子ＮＰを液相（プラズマ封じ込め媒質１２）と共に取り除き、同時に反応対象物質１１もアクリル容器９から取り除く。次に、貯溜タンク７２内の粒径の小さな金属微粒子ＮＰを液相（プラズマ封じ込め媒質１２）と共にアクリル容器９内に戻す。このとき、注入管７５から液相（プラズマ封じ込め媒質１２）を補充する。その後、液相中に拡散された粒径の小さな金属微粒子ＮＰに対して、パルスレーザ装置１３及び第２のパルスレーザ装置４２によりパルスレーザＬ１、第２のパルスレーザＬ２を照射して液相中レーザアブレーションを行い、金属微粒子ＮＰを更に微細化する。
【００６８】
従って、本第７実施形態によれば、第１〜第５実施形態の効果（１）〜（５）と同様な効果を奏するほか、生成される金属微粒子ＮＰの粒径を、より一層微細化できる。
【００６９】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７０】
１０…金属微粒子生成装置、１１…反応対象物質、１３…パルスレーザ装置、１５…外部磁場発生装置、１７…分級装置、２１ａ、２１ｂ…電磁石、２４…撹拌子、２５…微粒子抽出管、２６…金属微粒子生成装置、２７…ＸＹＺ空間移動ステージ、２９…ＸＹＺステージ部、３０…金属微粒子生成装置、３１…ＸＹＺ空間移動ステージ、３２…回転ステージ、３４…ＸＹＺステージ部、４０…金属微粒子生成装置、４２…第２のパルスレーザ装置、５０…金属微粒子生成装置、６０…金属微粒子生成設備、６１…微粒子抽出管、７０…金属微粒子生成設備、７１…微粒子抽出管、７２…貯溜タンク、Ｂ…外部磁場、Ｌ…パルスレーザ、Ｌ２…第２のパルスレーザ、Ｊ…磁力線、Ｐ…金属プラズマ、ＮＰ…金属微粒子、ＴＲ…強制渦流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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