(57)【要約】【課題】化学的なアプローチによって、分散可能な粒子としての形態を備えた、金属亜鉛ナノ粒子を製造する方法、及び製造された該金属亜鉛ナノ粒子を提供すること。【解決手段】亜鉛の塩、有機化合物からなる保護剤、及び有機溶媒を含む原料溶液を加熱する工程、加熱された原料溶液に還元剤を注入して金属亜鉛ナノ粒子を析出させる工程、を含む金属亜鉛ナノ粒子の製造方法、及びヘキサゴナルプレート状の形態を有する金属亜鉛ナノ粒子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘキサゴナルプレート状の形態を有する、金属亜鉛ナノ粒子。
【請求項２】
ヘキサゴナルプレート状のプレートの厚みが、４ｎｍ〜６０ｎｍの範囲にある、請求項１に記載の金属亜鉛ナノ粒子。
【請求項３】
ヘキサゴナルプレート状のプレートの直径が、５０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲にある、請求項１〜２のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子。
【請求項４】
ヘキサゴナルプレート状の形態が、亜鉛の六方晶の単結晶が成長してなるヘキサゴナルプレート状の形態である、請求項１〜３のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子。
【請求項５】
金属亜鉛ナノ粒子が、ＸＲＤパターンにおいて亜鉛酸化物相が検出されない、請求項１〜４のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子。
【請求項６】
制限視野電子回折（ＳＡＥＤ）パターンが、６回の回折対称性を示す、請求項１〜５のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子。
【請求項７】
次のシェラー式：
ｄ  ＝  Ｋλ／（βｃｏｓθ）            （式１）
（ただし、ｄ［ｎｍ］はナノ粒子の結晶部分の平均サイズ（結晶サイズ）、Ｋは形状因子（無次元）であり、λ［ｎｍ］はＸ線波長、β［ｒａｄ］は最大強度の半分でのピーク幅（ＦＷＨＭ）、θ［ｒａｄ］はピーク位置（ブラッグ角）である。）
において、Ｋ＝０．９、λ＝０．１５４１８ｎｍを使用して得られる平均結晶サイズｄが、１０〜６０ｎｍの範囲にある、請求項１〜６のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子。
【請求項８】
金属亜鉛の表面に、有機化合物からなる保護剤の層が設けられてなる、請求項１〜７のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子。
【請求項９】
保護剤の有機化合物が、炭素数６〜２４の炭化水素骨格の末端に、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ2、又は−ＳＨの基を有している有機化合物から選択された１種以上である、請求項８に記載の金属亜鉛ナノ粒子。
【請求項１０】
保護剤の有機化合物が、炭素数６〜２４である、１−アルキルアミン、１−アルキルチール、１−アルキルカルボン酸から選択された１種以上である、請求項８〜９のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子。
【請求項１１】
耐酸化性を有する、請求項８〜１０のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子。
【請求項１２】
ＵＶ照射による励起によって可視領域の波長に蛍光発光可能である、請求項１〜１１のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子を含んでなる、可視蛍光発光剤。
【請求項１４】
請求項８〜１２のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子が溶媒中に分散されてなる、金属亜鉛ナノ粒子分散液。
【請求項１５】
亜鉛の塩、有機化合物からなる保護剤、及び有機溶媒を含む原料溶液を加熱する工程、
加熱された原料溶液に、還元剤を注入して、金属亜鉛ナノ粒子を析出させる工程、
を含む、金属亜鉛ナノ粒子の製造方法。
【請求項１６】
亜鉛の塩が、塩化亜鉛である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
保護剤の有機化合物が、保護剤の有機化合物が、炭素数６〜２４の炭化水素骨格の末端に、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ3、又は−ＳＨの基を有している有機化合物から選択された１種以上である、請求項１５〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
原料溶液中における、亜鉛の塩：保護剤の有機化合物のモル比が、１：１〜１：６０の範囲にある、請求項１５〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
加熱する工程が、原料溶液を１００〜３００℃の範囲の温度に加熱する工程である、請求項１５〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
還元剤が、水素化トリアルキルホウ素アルカリ金属塩である、請求項１５〜１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
請求項１〜１２のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子を使用して、可視蛍光を発光させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属亜鉛ナノ粒子、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属ナノ粒子は、ナノスケールのサイズや形状に起因する特別な性質を期待されて、種々の研究がなされてきた。この金属ナノ粒子を製造するためのアプローチとして、大別すると物理的なアプローチと化学的なアプローチとがある。
【０００３】
物理的なアプローチとしては、例えば、金属の真空蒸着やレーザーアブレーションなどを用いた手法がある。これらは高温あるいは高エネルギーでの物理現象に基づいた手法であり、特別な装置や設備を必要とする。これらの物理的な手法は、特別な装置を使用せずに、低温・常圧で金属ナノ粒子を簡便に量産するという手法ではない。加えて、これらの物理的な手法によって製造された金属ナノ粒子は、多くの場合、金属ナノ粒子が形成されるための固体基板を必要とする。そして、例えば、その固体基板、例えばシリコンウェハーなどの上に、金属が蒸着して成長して、金属ナノ粒子となる。このようにして得られる金属ナノ粒子は、固体基板上に生じたキノコ状の突起であり、通常はこの突起を金属ナノ粒子と称して、研究が行われる。しかし、このような金属ナノ粒子状突起付き固体基板は、現実には粒子ではないのであるから、破壊することなく溶媒に分散させることはできないし、調製した分散液を現実の用途に使用することもできない。
【０００４】
化学的なアプローチとしては、溶液中での合成や電気化学的な析出があり、主として、貴金属、例えば、金、銀、プラチナ、パラジウム及びこれらの合金について、研究が行われてきた。しかし、これらの貴金属による金属ナノ粒子は、貴金属そのものの稀少さと高価さが、現実の用途の制約となる。一方で、酸化される傾向の大きな金属、例えばアルミニウムや亜鉛などは、酸化されやすい液相合成が原理的に困難である。しかし、もし、酸化される傾向が大きいが、比較的に安価なこれらの金属、特に亜鉛によって、化学的なアプローチによる金属亜鉛ナノ粒子を製造できれば、現実の場面で使用可能な用途は非常に広いものとなる。
【０００５】
近年、金属亜鉛ナノ粒子を製造したという報告がなされている（非特許文献１）。しかし、この金属亜鉛ナノ粒子は、物理的なアプローチによるものであって、シリコンウェハー上に真空蒸着によって固体基板上の突起として製造されたものであり、厳密には孤立した粒子として得られたものではない。また、その大きさは、サブミクロンのスケールであり、比較的に大きなものであった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｊ．−Ｈ．  Ｌｉｎ，  Ｙ．−Ｊ．  Ｈｕａｎｇ，  Ｙ．−Ｐ．  Ｓｕ，  Ｃ．−Ａ．  Ｌｉｕ，  Ｒ．  Ｓ．  Ｄｅｖａｎ，  Ｃ．−Ｈ．  Ｈｏ，  Ｙ．−Ｐ．  Ｗａｎｇ，  Ｈ．−Ｗ．  Ｌｅｅ，  Ｃ．−Ｍ．  Ｃｈａｎｇ，  Ｙ．  Ｌｉｏｕ  ａｎｄ  Ｙ．−Ｒ．  Ｍａ，  ＲＳＣ  Ａｄｖ．，  ２０１２，  ２，  ２１２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、化学的なアプローチによって、分散可能な粒子としての形態を備えた、金属亜鉛ナノ粒子を製造する方法、及び製造された該金属亜鉛ナノ粒子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、鋭意研究の結果、亜鉛の塩と保護剤を有機溶媒中で混合して加熱した後に還元剤を添加することで、金属亜鉛ナノ粒子を製造できることを見いだして、本発明に到達した。得られた金属亜鉛ナノ粒子は、粒子として分散可能な粒子であり、サブミクロンのスケールよりも小さいサイズであり、ヘキサゴナルプレート状の形態を有し、耐酸化性を備えた金属亜鉛のナノ粒子であった。さらにこの金属亜鉛ナノ粒子は、可視領域を含む波長範囲で蛍光発光するという特徴を備えていた。
【０００９】
したがって、本発明は次の（１）以下にある。
（１）
ヘキサゴナルプレート状の形態を有する、金属亜鉛ナノ粒子。
（２）
ヘキサゴナルプレート状のプレートの厚みが、４ｎｍ〜６０ｎｍの範囲にある、（１）に記載の金属亜鉛ナノ粒子。
（３）
ヘキサゴナルプレート状のプレートの直径が、５０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲にある、（１）〜（２）のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子。
（４）
ヘキサゴナルプレート状の形態が、亜鉛の六方晶の単結晶が成長してなるヘキサゴナルプレート状の形態である、（１）〜（３）のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子。
（５）
金属亜鉛ナノ粒子が、ＸＲＤパターンにおいて亜鉛酸化物相が検出されない、（１）〜（４）のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子。
（６）
制限視野電子回折（ＳＡＥＤ）パターンが、６回の回折対称性を示す、（１）〜（５）のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子。
（７）
次のシェラー式：
ｄ  ＝  Ｋλ／（βｃｏｓθ）            （式１）
（ただし、ｄ［ｎｍ］はナノ粒子の結晶部分の平均サイズ（結晶サイズ）、Ｋは形状因子（無次元）であり、λ［ｎｍ］はＸ線波長、β［ｒａｄ］は最大強度の半分でのピーク幅（ＦＷＨＭ）、θ［ｒａｄ］はピーク位置（ブラッグ角）である。）
において、Ｋ＝０．９、λ＝０．１５４１８ｎｍを使用して得られる平均結晶サイズｄが、１０〜６０ｎｍの範囲にある、（１）〜（６）のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子。
（８）
金属亜鉛の表面に、有機化合物からなる保護剤の層が設けられてなる、（１）〜（７）のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子。
（９）
保護剤の有機化合物が、炭素数６〜２４の炭化水素骨格の末端に、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ2、又は−ＳＨの基を有している有機化合物から選択された１種以上である、（８）に記載の金属亜鉛ナノ粒子。
（１０）
保護剤の有機化合物が、炭素数６〜２４である、１−アルキルアミン、１−アルキルチール、１−アルキルカルボン酸から選択された１種以上である、（８）〜（９）のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子。
（１１）
耐酸化性を有する、（８）〜（１０）のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子。
（１２）
ＵＶ照射による励起によって可視領域の波長に蛍光発光可能である、（１）〜（１１）のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子。
（１３）
（１）〜（１２）のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子を含んでなる、可視蛍光発光剤。
（１４）
（８）〜（１２）のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子が溶媒中に分散されてなる、金属亜鉛ナノ粒子分散液。
【００１０】
さらに、本発明は、次の（２１）以下にもある。
（２１）
亜鉛の塩、有機化合物からなる保護剤、及び有機溶媒を含む原料溶液を加熱する工程、
加熱された原料溶液に、還元剤を注入して、金属亜鉛ナノ粒子を析出させる工程、
を含む、金属亜鉛ナノ粒子の製造方法。
（２２）
亜鉛の塩が、塩化亜鉛である、（２１）に記載の方法。
（２３）
保護剤の有機化合物が、保護剤の有機化合物が、炭素数６〜２４の炭化水素骨格の末端に、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ2、又は−ＳＨの基を有している有機化合物から選択された１種以上である、（２１）〜（２２）のいずれかに記載の方法。
（２４）
保護剤の有機化合物が、炭素数６〜２４である、１−アルキルアミン、１−アルキルチール、１−アルキルカルボン酸から選択された１種以上である、（２１）〜（２３）のいずれかに記載の方法。
（２５）
原料溶液中における、亜鉛の塩：保護剤の有機化合物のモル比が、１：１〜１：６０の範囲にある、（２１）〜（２４）のいずれかに記載の方法。
（２６）
加熱する工程が、原料溶液を１００〜３００℃の範囲の温度に加熱する工程である、（２１）〜（２５）のいずれかに記載の方法。
（２７）
還元剤が、水素化トリアルキルホウ素アルカリ金属塩である、（２１）〜（２６）のいずれかに記載の方法。
【００１１】
さらに、本発明は、次の（３１）以下にもある。
（３１）
（１）〜（１２）のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子を使用して、可視蛍光を発光させる方法。
（３２）
（１）〜（１２）のいずれかに記載の金属亜鉛ナノ粒子に、励起光を照射する工程、
励起された金属亜鉛ナノ粒子が、蛍光発光する工程、
を含む、可視蛍光を発光させる方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、分散可能な粒子としての形態を備えた、金属亜鉛ナノ粒子を提供する。本発明の金属亜鉛ナノ粒子は、物理的なアプローチによって得られる固体基板上のナノ突起ではなく、文字通りのナノ粒子である。さらに本発明の金属亜鉛ナノ粒子は、亜鉛酸化物が検出されないような純度を有し、文字通りの金属亜鉛によるナノ粒子である。さらに本発明の金属亜鉛ナノ粒子は、サブミクロンのオーダーのサイズではなく、さらに微小なナノ粒子となっているために、可視波長の領域に蛍光発光のスペクトルを有する。そのために、本発明は、比較的に安価で入手しやすい金属亜鉛による新規な可視蛍光発光剤組成物を提供するものともなっている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は亜鉛ナノ粒子のＳＥＭ及びＴＥＭ画像である。
【図２】図２は亜鉛ナノ粒子のＸＲＤパターンである。
【図３】図３は亜鉛ナノ粒子のＺｎ２ｐ（図３Ａ）とＯ１ｓ（図３Ｂ）のＸＰＳスペクトルである。
【図４】図４は亜鉛ナノ粒子のＨＲＴＥＭ画像（図４Ａ、Ｂ）と電子線回折パターン（図４Ｃ）である。
【図５】図５は亜鉛ナノ粒子のバンド構造を示す説明図である。
【図６】図６は亜鉛ナノ粒子のフォトルミネセンス発光及び励起のスペクトルと蛍光発光の写真である。
【図７】図７は合成条件を変えた亜鉛ナノ粒子のＴＥＭ画像である。
【図８】図８は合成条件を変えた亜鉛ナノ粒子のＴＥＭ画像である。
【図９】図９は合成条件を変えた亜鉛ナノ粒子のＴＥＭ画像である。
【図１０】図１０は空気で部分酸化された亜鉛ナノ粒子のＴＥＭ画像である。
【図１１】図１１は空気で部分酸化された亜鉛ナノ粒子のＺｎ２ｐのＸＰＳスペクトルである。
【図１２】図１２は空気で部分酸化された亜鉛ナノ粒子ＸＲＤパターンである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［金属亜鉛ナノ粒子］
本発明は、ヘキサゴナルプレート状の形態を有する、金属亜鉛ナノ粒子を提供する。この金属亜鉛ナノ粒子は、検出可能な金属酸化物を含んでおらず、そのサイズは後述の通りにサブミクロンサイズよりも小さく、ナノスケールに至る微小な粒子である。おそらくはこれらに起因して、本発明の金属亜鉛ナノ粒子は、優れた可視蛍光発光特性を有する。
【００１５】
［ヘキサゴナルプレート状］
ヘキサゴナルプレート状とは、上面及び底面が略正六角形である略正六角柱であって、高さ（厚み）が小さいために板状となっている形態である。ヘキサゴナルプレート状を、板状正六角柱ということもできる。金属亜鉛が六方晶の単結晶として角柱面方向に選択成長することによって、このような形状となっていると本発明者は考えている。ヘキサゴナルプレート状のプレートの厚みとは、この略正六角柱の高さをいう。ヘキサゴナルプレート状のプレートの直径とは、この上面及び底面の略正六角形の対角線の長さをいう。また、本発明による亜鉛ナノ粒子は、このようなヘキサゴナルプレート状のナノ粒子であるために、亜鉛ＮＨｅｘ、亜鉛ＮＨｅｘｓ、ＺｎＮＨｅｘ、ＺｎＮＨｅｘｓ、ということがある。また、ナノ粒子を単にＮＰ、ＮＰｓということがある。
【００１６】
［プレートの厚み］
好適な実施の態様において、ヘキサゴナルプレート状のプレートの厚みは、例えば、４ｎｍ〜６０ｎｍの範囲、６ｎｍ〜６０ｎｍの範囲、４ｎｍ〜４０ｎｍの範囲、６ｎｍ〜４０ｎｍの範、２０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲とすることができる。
【００１７】
［プレートの直径］
好適な実施の態様において、ヘキサゴナルプレート状のプレートの直径は、例えば、５０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲、６０ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲、６０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲、１００ｎｍ〜２００ｎｍの範囲、１５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲、２００ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲とすることができる。
【００１８】
［プレートの直径と厚み］
好適な実施の態様において、ヘキサゴナルプレート状のプレートの厚みと直径とは、それがプレート状（板状）となるように、厚みに比して直径がより大きくなるように、それぞれの範囲のなかから、組み合わせたものである。例えば、直径５０ｎｍ〜１００ｎｍに対して厚み４ｎｍ〜４０ｎｍ、例えば、直径１００ｎｍ〜４００ｎｍに対して厚み４ｎｍ〜６０ｎｍとすることができる。
【００１９】
［金属亜鉛］
上述のように、ヘキサゴナルプレート状の形態は、金属亜鉛が六方晶の単結晶として成長することによって得られるものと考えられ、この金属亜鉛は、亜鉛酸化物がＸＲＤやＸＰＳ等の検出手段によっても検出されない、高純度の金属亜鉛である。後述する優れた蛍光特性は、サイズと、酸化物を含まない高純度の金属亜鉛であることから、もたらされているものと考えられる。また、後述するように、金属亜鉛ナノ粒子は、制限視野電子回折（ＳＡＥＤ）パターンが、６回の回折対称性を示すものとなっており、各粒子は、金属亜鉛が六方晶の単結晶として成長したものであった。
【００２０】
［シェラ−式による評価］
ナノ粒子の評価に広く使用される次のシェラ−式：  
ｄ  ＝  Ｋλ／（βｃｏｓθ）            （式１）
（ただし、ｄ［ｎｍ］はナノ粒子の結晶部分の平均サイズ（結晶サイズ）、Ｋは形状因子（無次元）であり、λ［ｎｍ］はＸ線波長、β［ｒａｄ］は最大強度の半分でのピーク幅（ＦＷＨＭ）、θ［ｒａｄ］はピーク位置（ブラッグ角）である。）
において、Ｋ＝０．９、λ＝０．１５４１８ｎｍを使用して、本発明の金属亜鉛ナノ粒子を評価することができる。好適な実施の態様において、この評価による平均結晶サイズｄは、例えば、１０〜６０ｎｍの範囲、３０〜４０ｎｍの範囲にある。
【００２１】
［保護剤の層］
好適な実施の態様において、金属亜鉛ナノ粒子の金属亜鉛の表面には、有機化合物からなる保護剤の層が設けられている。この保護剤の層の存在によって、金属亜鉛ナノ粒子が耐酸化性を有しているものと、本発明者は考えている。この耐酸化性は、強力なものであり、金属亜鉛ナノ粒子が溶媒中に分散された分散液を、大気にさらして室内に放置した場合に、金属亜鉛ナノ粒子による蛍光発光が観察可能な状態を、３日以上、維持できるものであった。本発明において、耐酸化性とは、金属亜鉛ナノ粒子が溶媒中に分散された分散液を、大気にさらして室内に放置した場合に、３日以上経過後も、金属亜鉛ナノ粒子による蛍光発光が観察可能であることをいう。
【００２２】
［保護剤の有機化合物］
好適な実施の態様において、保護剤の有機化合物が、炭素数６〜２４の炭化水素骨格の末端に、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ2、又は−ＳＨの基を有している有機化合物から選択された１種以上であるものとすることができる。このような有機化合物として、例えば、環式又は非環式の、直鎖又は分枝の、飽和又は不飽和の、炭化水素の酸、炭化水素のアミン、炭化水素のチオール、を挙げることができる。また、好適な実施の態様において、保護剤の有機化合物が、例えば炭素数６〜２４、炭素数１２〜２４、炭素数１４〜２２、炭素数１６〜２０、炭素数１８である、飽和又は不飽和の、直鎖又は分枝の、１−アルキルアミン、１−アルキルチール、１−アルキルカルボン酸から選択された１種以上であるものとすることができる。好ましい有機化合物として、例えば、オレイン酸、オレイルアミン、ドデカンチオール、ステアリン酸、ドデシルアミンなどを挙げることができる。
【００２３】
［溶媒への分散性］
好適な実施の態様において、金属亜鉛ナノ粒子は、保護剤の層によって表面を被覆されており、各粒子が溶媒中に分散可能であり、金属亜鉛ナノ粒子による分散液を製造することができる。分散に適した溶媒は、保護剤の有機化合物の特性に応じて適宜選択することができる。例えば末端にアミノ基、カルボキシル基、チオール基を有する炭素化合物、例えばアルキルアミン、アルカンチオール、脂肪族カルボン酸を保護剤の有機化合物として使用した場合には、これらの炭化水素部分に親和性のある有機溶媒を好適に使用することができる。また、保護剤となる有機化合物をさらに選択して、金属亜鉛ナノ粒子の溶媒側に露出する領域の親和性を選択すれば、さらに所望の溶媒に対して分散させて、分散液を製造することができる。保護剤の層の上に、溶媒親和性のための有機化合物の層を、さらに設けることもできる。金属亜鉛ナノ粒子が所望の溶媒に対して分散されたこのような分散液の製造は、従来の物理的な手法によって固体基板上に蒸着などで成長させて得られた金属ナノ粒子では、不可能なことであった。
【００２４】
［可視蛍光発光］
本発明の金属亜鉛ナノ粒子は、バルクの金属亜鉛においては全く想定されていなかった、蛍光発光の特性を有する。特に、本発明の金属亜鉛ナノ粒子は、おそらくは微小なサイズの金属亜鉛六方晶の単結晶となっていることに起因して、可視光の領域におよぶ優れた蛍光発光のスペクトルを有する。波長約４００ｎｍよりも短波長の光は、紫外光となって不可視であるが、波長約４００ｎｍよりも長波長の光は、可視光の領域に属しており、このような可視光の蛍光発光特性は、ヒトに視認可能であることから、応用範囲が極めて広い。好適な実施の態様において、本発明の金属亜鉛ナノ粒子は、可視領域に広い蛍光発光スペクトルを有するものとすることができ、このような可視蛍光発光特性を有する金属亜鉛ナノ粒子は、今までに得られていない。亜鉛が、比較的に安価で入手しやすい金属であることから、本発明の金属亜鉛ナノ粒子、及び金属亜鉛ナノ粒子の分散液は、可視蛍光発光剤として、好適に使用可能なものである。このような可視蛍光発光剤は、例えばインクジェットプリンタのインキ等の用途にも、好適に使用可能である。可視蛍光の発光のスペクトルは、金属亜鉛ナノ粒子のサイズによって調整することが可能であるので、後述する製造条件を選択することによって、所望の可視光の波長の領域に発光スペクトルを有する可視蛍光発光剤を得ることができる。
【００２５】
［金属亜鉛ナノ粒子の製造方法］
本発明の金属亜鉛ナノ粒子は、亜鉛の塩、有機化合物からなる保護剤、及び有機溶媒を含む原料溶液を加熱する工程、加熱された原料溶液に、還元剤を注入して、亜鉛金属ナノ粒子を析出させる工程、を含む製造方法によって、得ることができる。
【００２６】
［亜鉛の塩］
亜鉛の塩は、使用される溶媒に溶解又は分散可能な塩であれば、使用することができ、例えば、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ2）、二酢酸亜鉛（Ｃ4Ｈ6Ｏ4Ｚｎ）、亜鉛（ＩＩ）アセチルアセトナート（Ｃ10Ｈ14Ｏ4Ｚｎ）を好適に使用できる。
【００２７】
［有機化合物からなる保護剤］
保護剤として使用される有機化合物は、上述した保護剤の有機化合物であって、使用される溶媒に溶解又は分散可能な有機化合物を、好適に使用することができる。
【００２８】
［亜鉛の塩と有機化合物の比率］
好適な実施の態様において、原料溶液中における、亜鉛の塩：保護剤の有機化合物のモル比として、例えば、１：１〜１：６０の範囲、１：１〜１：３０の範囲、１：２〜１：６０の範囲、１：２〜１：３０の範囲、１：２〜１：１０の範囲、１：１０〜１：３０の範囲を、好適に使用することができる。原料溶液中の保護剤の有機化合物に対する亜鉛の塩の割合が小さくなれば、得られる金属亜鉛ナノ粒子のサイズは、小さくなる傾向にある。したがって、この比率を制御することによって、金属亜鉛ナノ粒子のサイズを、所望のサイズへと制御することができる。
【００２９】
［有機溶媒］
好適な実施の態様において、有機溶媒としては、亜鉛の塩と保護剤の有機化合物が溶解又は分散可能な有機溶媒であって、後述する還元剤による還元反応が、好適に実施可能な溶媒であれば、特に制限無く使用することができる。このような有機溶媒として、例えば、エーテル、脂肪族飽和炭化水素、脂肪族不飽和炭化水素、トリオクチルホスフィンを挙げることができる。特に、芳香環を有するエーテル、例えば、ジフェニルエーテルを、好適に使用することができる。
【００３０】
［原料溶液を加熱する工程］
原料溶液は、還元剤の注入に先立って、所定の温度に達するまで、加熱する工程を行う。好適な実施の態様において、この所定の温度として、例えば、１００〜３００℃の範囲、１２０〜２４０℃の範囲、１４０〜２２０℃の範囲、１５０〜２００℃の範囲の温度を、挙げることができる。この温度を高くすると、得られる金属亜鉛ナノ粒子のサイズは、小さくなる傾向にある。したがって、この温度を制御することによって、金属亜鉛ナノ粒子のサイズを、所望のサイズへと制御することができる。
【００３１】
［還元剤］
還元剤を、加熱された原料溶液に注入することによって、亜鉛金属ナノ粒子を析出させることができる。還元剤として、例えば、水素化ホウ素アルカリ金属塩（例えば水素化ホウ素ナトリウム）、ジボラン、ヒドラジン、水素化トリアルキルホウ素アルカリ金属塩（例えば水素化トリエチルホウ素アルカリ金属塩）、多価アルコールを挙げることができる。還元剤は、原料溶液に対して使用可能な還元剤であって、強力な還元剤であることが好ましい。特に好ましい還元剤として、水素化トリエチルホウ素化リチウム（Ｌｉ［ＢＨ（Ｅｔ）3］）を挙げることができ、このＴＨＦ溶液は原料溶液への注入に好適に使用することができる。還元剤は、注入操作の便宜のために、溶媒に溶解させた溶液として、使用することができる。
【００３２】
［後処理］
好適な実施の態様において、還元剤を注入することによって析出した亜鉛金属ナノ粒子は、その後に、所望の後処理を行うことができる。例えば、エタノール等のアルコールによる洗浄の操作を複数回行ってもよく、例えば、その後に乾燥させて、乾燥粉末である金属亜鉛ナノ粒子を得ることもできる。
【実施例】
【００３３】
以下に実施例をあげて、本発明を詳細に説明する。本発明は、以下に例示する実施例に限定されるものではない。なお、金属亜鉛ナノ粒子は、以下では、ナノ粒子、ＮＰｓ、などということがあり、また、ヘキサゴン形状であったことから、ナノヘキサゴン、ＮＨｅｘｓ、金属亜鉛ナノヘキサゴン、などということがある。
【００３４】
［金属亜鉛ナノ粒子の製造］
［材料］
ＺｎＣｌ2（純度９８％）、オレイルアミン（ＯＡＭ、純度７０％）、ジフェニルエーテル（ＰｈＥ、純度９９％）、リチウムトリエチルボロハイドライド（リチウムスーパーヒドリド、［ＬｉＥｔ3］ＢＨ、１Ｍ  ＴＨＦ溶液）、さらに通常の溶媒を、シグマアルドリッチ社から入手したものを別途精製することなく使用した。
【００３５】
［金属亜鉛ナノヘキサゴンの合成］
１ミリモルのＺｎＣｌ2及び３０ミリモルのＯＡＭを、３口フラスコ中の２０ｍＬのＰｈＥに、Ａｒガス下で添加した。このフラスコを開封した状態で１２０℃で２０分間加熱した後に、このフラスコを密閉して２００℃まで加熱した。２００℃に達した時に、リチウムスーパーヒドリドをフラスコ中に（２ミリモル）注入すると、溶液が急速に黒色となった。このフラスコを２００℃で２０分間保持した後に、室温まで急冷した。エタノールをこのＮＰ（ナノ粒子）反応混合物に添加した後に、４５００ｒｐｍで５分間の遠心分離を行って、ＺｉｎｃＮＰｓ（亜鉛ナノ粒子）の沈殿生成を誘導した。エタノールによる洗浄操作を数回行って、乾燥した。精製されたナノ粒子（ＮＰｓ）を回収して、以後の検討に用いた。
【００３６】
［ＴＥＭ、ＨＲＴＥＭ、ＳＥＭ、ＸＲＤ、ＸＰＳ、蛍光分光による測定］
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）及び高分解能ＴＥＭ（ＨＲＴＥＭ）による分析は、日立Ｈ−７６５０型及びＨ−９０００ＮＡＲ型透過型電子顕微鏡を、１００ｋＶ及び３００ｋＶでそれぞれ操作して行った。精製されたＮＨｅｘｓ（ナノヘキサゴン）（金属亜鉛ナノヘキサゴン粒子）を、ＯＡＭ（オレイルアミン）を添加したヘキサン又はトルエン中に分散して、ＮＨｅｘ分散液を調製した。１０μＬのＮＨｅｘ分散液を、カーボン被覆した銅製ＴＥＭマイクログリッド上に滴下して、大気条件で完全に乾燥させた。電界放射型走査型電子顕微鏡（ＦＥＳＥＭ）による測定を、日立Ｓ−４８００型装置で行った。ＥＦＳＥＭ試料は、精製した亜鉛ＮＨｅｘｓをヘキサン中で懸濁し、シリコン基板上にその懸濁液を滴下して大気中で乾燥させることによって、調製した。Ｘ線回折（ＸＲＤ）結晶パターンは、Ｒｉｇａｋｕ  ＳｍａｒｔＬａｂ製のＸ線回折装置を、反射配置（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｇｅｏｍｅｔｒｙ）で室温下でＣｕ  Ｋα  照射（１．５４１８オングストローム（Ａ））によって操作して、得た。Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）は、Ｓｈｉｍａｄｚｕ  Ｋｒａｔｏｓ製のＡＸＩＳ−ＵＬＴＲＡ  ＤＬＤ高性能ＸＰＳ装置によって、行った。光電子は、Ａｌ  Ｋα単色光照射によって励起した。検出は、ディレイライン検出器（ｄｅｌａｙ−ｌｉｎｅ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＤＬＤ）及び同心半球型分析器（ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ  ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ａｎａｌｙｚｅｒ：ＣＨＡ）を使用して行った。このＣＨＡの通過エネルギーは、ナロースキャンスペクトルでは２０ｅＶであった。試料表面の分析エリアは、３００×７００μｍ2であり、照射領域の中心部に位置していた。この装置は、１×１０-8 Ｔｏｒｒのレベルの真空で操作を行った。ＸＰＳ試料は、導電性のカーボンテープ上に、乾燥し精製されたＮＰｓ（ナノ粒子）を吸着させることによって、調製した。フォトルミネセンス（ＰＬ）スペクトルは、Ｊａｓｃｏ製のＦＰ−６３００型蛍光分光装置によって、得た。試料は、このＮＰｓ（ナノ粒子）をトルエンとヘキサン（体積比１：１）の混合物中へと再分散させることによって調製した。
【００３７】
［ＳＥＭ及びＴＥＭの結果］
精製したＮＰｓ（ナノ粒子）のサイズと形状をＳＥＭとＴＥＭを使用して調べた。この結果を、図１に示す。このＮＰｓは、ヘキサゴナル形状のプレート状形態を示し、直径約２００〜３５０ｎｍで厚さ約２０〜４０ｎｍであった。ＴＥＭ及びＳＥＭ画像から見積もった平均厚みは、それぞれ、４０．０  ±  ２．５  ｎｍ及び１９．７  ±  １．１  ｎｍであった。このＳＥＭ画像（図１Ａ）は、ヘキサゴナル形状のナノプレート群をラージスケールではっきりと示しており、これらのＮＰｓ（ナノ粒子）が均一な形状であることをはっきりと示している。この均一な形状のＮＰ（ＮＰｓ）（ナノ粒子）を、以下に、ナノヘキサゴン（ＮＨｅｘ）（ＮＨｅｘｓ）と記載することがある。ＴＥＭ画像（図１Ｂ及びＣ）では、撮影方向から見て互いに重なった複数のＮＨｅｘｓが撮影されており、プレート状の形状であることを示している。ＮＨｅｘｓの重なりである部分と、重なっていない部分との相対的な明度の違いが、つまり重なりのない独立したＮＨｅｘｓは相対的に明るくなっているのであるが、これらのナノ粒子が極めて薄いことを明瞭に示している。図１Ｃに見いだされるロッド状のＮＰは、ＮＨｅｘ表面に並行に配列した状態から起き上がって、ＮＨｅｘの側面が電子線によって撮影されたものである。さらに、本発明者は、ＺｎＣｌ2とＯＡＭの配合比及び反応温度を変化させることによって、ｚｉｎｃＮＨｅｘｓの直径及び厚みを変化させることができることを見いだした（詳細は後述して説明する図７、図８、図９参照）。これらの結果は、化学合成法によるアプローチが有用であること、さらに単金属性の亜鉛ＮＰｓの光学的性質を大きく改変できることを示すものである。
【００３８】
［ＸＲＤの結果］
図２に示したＸＲＤパターン（上段）は、生成したＮＨｅｘｓから得られたものである。図２の下段には、対応するバルクのヘキサゴナル相亜鉛のパターンを対照として示す（ＪＣＰＤＳ  ｃａｒｄ  ｎｕｍｂｅｒ  ０３−０６５−５９７３）。図２の上段のＸＲＤパターンは、ヘキサゴナル結晶構造を備えた金属性の亜鉛の指標となるピークを示している。この回折ピークは、２θ  ＝  ３６．２，  ３８．９，  ４３．１，  ５４．２  度であり、ヘキサゴナル相の亜鉛の格子面の（００２），  （１００），  （１０１），  （１０２）にそれぞれ対応している。ＸＲＤパターンにおいて、酸化物相が検出されなかったことは特に重要であり、予想外のことであった。なぜなら、亜鉛は酸化する傾向が大きく、これらＮＨｅｘｓは相対的に表面積が大きいのでさらに酸化されやすくなっているはずであるからである。この分析で観察されたＸＲＤピークは、バルクの状態と比べてブロードになっており、これはＮＨｅｘｓの相対的に小さな結晶サイズによるものである。（１０１）格子面のピークがブロードになっていることを、シェラーの式を用いて評価したところ（後述する式１参照）、３７ｎｍの平均結晶サイズであることが明らかになった。この結果は、亜鉛ＮＨｅｘｓの厚みとよく一致する（形状において異方性の粒子であるとの仮定による）。さらに、本発明者は、（１００）ピークの相対強度が、バルクの金属亜鉛のものと比較してやや増加していることを見いだした。これは、バルクの構造の場合と比較してナノ結晶においては（１００）格子面がより支配的になっている、という亜鉛ＮＨｅｘｓの異方性の形状に起因していると推測している。
【００３９】
［ＸＰＳの結果］
図３に示すＸＰＳスペクトルは、亜鉛ＮＨｅｘｓのＺｎ２ｐ（図３のＡ）とＯ１ｓ（図３のＢ）の内殻準位エリアから得られたものであり、亜鉛ＮＨｅｘｓの表面の特性を明らかにするものである。亜鉛２ｐのＸＰＳピークは、対称性があり、ピーク位置は１０２１．１０及び１０４４．０９ｅＶで、ピーク分離は２２．９９ｅＶであった。これは、金属亜鉛において報告されているＺｎ２ｐ3/2及びＺｎ２ｐ1/2ピークの値によく一致している。亜鉛酸化物のシグナル（１０２１．７及び１０４４．８に位置するＺｎ  ２ｐ3/2及び２ｐ1/2  のピーク）は、ＸＰＳスペクトルに見いだされなかった。酸素１ｓエリアは５３１．１１  ｅＶに低い強度で単一のピークを示し、これは試料に偶然に付着した分子から生じたものである。このことは亜鉛ＮＨｅｘｓが非酸化物の状態であることを支持する。
【００４０】
［ＨＲＴＥＭ、ＳＡＥＤの結果］
図４は、単一の亜鉛ＮＨｅｘから得られたＨＲＴＥＭ画像（図４のＡ及びＢ）と電子線回折パターン（図４のＣ）を示している。ナノ結晶の正面に沿った縞模様（ｌａｔｔｉｃｅ  ｆｒｉｎｇｅ）を可視化して、２．３５  Å（オングストローム）の間隔を有すると測定できた。この値は、ヘキサゴナル亜鉛の（１００）格子面に対応する。単一の亜鉛ＮＨｅｘから得られた制限視野電子回折（ＳＡＥＤ）パターンは、６回の回折対称性を明瞭に示しており、この亜鉛ＮＨｅｘｓが単一のヘキサゴナル結晶（六方晶）である事実を反映している。ＳＡＥＤパターンから計算した値は、外側及び内側のスポットがそれぞれ２．１０及び２．４９Å（オングストローム）であった。これは、（１０１）及び（００２）面のリファレンスとなる面間隔ｄの値（それぞれ２．０９２及び２．４７０  Å（オングストローム））の値に対応する。
【００４１】
［ナノ粒子形状の形成］
亜鉛ナノ粒子は六方晶（ヘキサゴナル）の結晶構造を持っており、一般にｈｃｐ結晶の
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角柱面の表面エネルギーは｛０００１｝底面（ｃ軸に垂直方向）の表面エネルギーの約１．５倍ほど高いことが知られている。本発明者は、このような表面エネルギーの相違から、表面エネルギーを下げるために、
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方向の結晶成長速度が大きくなるために、ｃ軸方向に垂直な方向に結晶が選択成長し、結果として六角板状（ヘキサゴナルプレート状）のＺｎナノ粒子が得られたのではないかと考えている。今回合成した亜鉛ＮＨｅｘｓ（亜鉛ナノヘキサゴナル）の場合、このような現象が起こり、亜鉛ＮＨｅｘｓは角柱面に垂直な方向（ｃ軸に直角の方向）へ優先的に成長し、ヘキサゴナルプレート状のものとなったと考えられる。また、このような成長の原理からは、キャッピング分子の存在下では、亜鉛ＮＨｅｘｓの表面はさらに安定化され、さらに薄いプレート状の形態となることが促進されることが説明できる。
【００４２】
［光学的性質］
図５に、非特許文献１（ＲＳＣ  Ａｄｖ．，  ２０１２，  ２，  ２１２３）から引用した、亜鉛ヘキサゴナルプレートのバンド構造を示す説明図を示す。グラフの低エネルギー側（縦軸下側）の約１／３を占める連続した部分は３ｄバンドを表す。グラフ中の略Ｍ字型の曲線は、ｓｐバンドを表す。グラフの高エネルギー側（縦軸上側）の約１／３の部分にある横軸に平行な点線は、フェルミ準位を表す。
【００４３】
近年、亜鉛サブミクロンヘキサゴナルプレートが、フォトルミネセンススペクトルにおいて３１２〜７００ｎｍの範囲の波長で発光することが見いだされた（非特許文献１）。亜鉛ヘキサゴナルプレートに対する実験的及び計算的な結果から、そのサイズと形状がもたらす電子構造上の２つの特別な特徴が示唆されている：  第一に、３ｄバンドのフェルミ準位とそれより上の準位の間のエネルギーオフセット（ＥF-3d）がバルクの金属亜鉛のそれよりも小さいこと、第二に、ｓｐバンドそれ自体が、離散化していて、バンド内ギャップ（Ｅg(sp)  〜  ２．７  ｅＶ）を図５で示されるようにＭ点付近で形成している。バルクのそれと比べて亜鉛サブミクロンプレートのＥF-3dは相対的に小さいので、３ｄ-ｓｐのバンド内遷移を経て励起された電子は（図５で左側の約１／４の範囲にある、３ｄバンドからｓｐバンドに伸びている、３本の上向きの矢印参照）、基底状態へ緩和して、ＵＶから青の範囲で発光する。一方で、バルクの金属亜鉛は可視光を発光しない。ｓｐ-ｓｐのバンド内遷移（図５で右側の約１／３の範囲にある、ｓｐバンドからｓｐバンドへ伸びている、３本の上向きの矢印参照）によって励起した電子は、緑から赤の範囲の波長の光を緩和の際に発光する。一方で、バルクの金属亜鉛にはこのような発光も観察されない。
【００４４】
［蛍光分光の結果］
図６は、亜鉛ＮＨｅｘｓのフォトルミネセンス発光（３７０ｎｍから５５０ｎｍの範囲にある曲線）、及び励起（３１０ｎｍから４１０ｎｍの範囲にある曲線）のスペクトルを示す。さらに、酸化された亜鉛ＮＨｅｘｓのスペクトル（３７０ｎｍから５５０ｎｍの範囲にある、横軸に略平行な点線）が記載されている。発光スペクトルに使用された励起波長は３１０ｎｍであった。励起スペクトルに使用された発光波長は、４３６ｎｍであった。図の右上にある差し込み図は、ヘキサン／トルエン  １：１（体積／体積）中への亜鉛ＮＨｅｘｓの分散液（左）、ヘキサン／トルエン  １：１（体積／体積）中への酸化された亜鉛ＮＨｅｘｓの分散液（中央）、ヘキサン／トルエン  １：１（体積／体積）そのもの（右）、を、容器中に入れて、ＵＶ照射しないもの（上段）及びＵＶ照射したもの（下段）の写真である。差し込み図において、亜鉛ＮＨｅｘｓの分散液にＵＶ照射したもの（下段左側）のみに、蛍光発光が観察されている。一方、酸化された亜鉛ＮＨｅｘｓの分散液にＵＶ照射したもの（下段中央）には、蛍光発光は観察されない。
【００４５】
図６に示される合成された亜鉛ＮＨｅｘｓの励起と発光のスペクトルのうち、亜鉛ＮＨｅｘｓの発光スペクトルにおいて、３１０ｎｍの波長での励起によって、可視光の発光が３９０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲（図６の右側の曲線参照）に観察される。このピークは４０８ｎｍ、４３２ｎｍ及び４５６ｎｍに位置し、それぞれ３．０ｅＶ、２．９ｅＶ及び２．７ｅＶに対応する。薄い亜鉛サブミクロンプレート（直径５２０ｎｍ以上、厚さ１４０ｎｍ以上）について報告されているデータでは、発光ピークは、３６２ｎｍ、４００ｎｍ及び４５８ｎｍに位置し、これはそれぞれ３．４ｅＶ、３．１ｅＶ及び２．７ｅＶに対応する。３．４ｅＶ及び３．１ｅＶの発光ピークはいずれも、３ｄ-ｓｐバンド内遷移によって励起された電子の緩和に帰属し、一方、２．７ｅＶの発光は、ｓｐ-ｓｐバンド内遷移によって励起された電子の緩和に帰属する。本発明の場合のそれぞれのピークの起源と、亜鉛サブミクロンプレートについて報告のあるデータと比較した本発明のフォトルミネセンスピーク位置の相違とを説明するためには、以下の事実を考慮する必要がある：  （ｉ）亜鉛ＮＨｅｘｓ（例えば厚さ約２０〜４０ｎｍ）が、亜鉛サブミクロンプレート（厚さ１００ｎｍ以上）と比べて、さらに薄いこと、（ｉｉ）計算的及び実験的な結果が、金属亜鉛のサイズがバルクの程度からナノサイズの程度に減少すると、ＥF-3dが減少することを示していること。これらを考慮すると、本発明のフォトルミネセンススペクトルにおける発光ピークの起源には３つの可能性があると、本発明者は考えている。第一には、４０８ｎｍ（３．０ｅＶ）及び４３２ｎｍ（２．９ｅＶ）を中心とするピークは、３ｄ-ｓｐバンド内遷移（図５で３ｄバンドからｓｐバンドに伸びている上向きの矢印参照）を経て励起された電子の緩和に由来し、一方で、４５６ｎｍ（２．７ｅＶ）及び４９０ｎｍ（２．５ｅＶ）のピークがｓｐ-ｓｐ分子内遷移（図５でｓｐバンドからｓｐバンドへ伸びている上向きの矢印参照）を経て励起された電子の緩和に起源をもつ可能性である。第二には、３．０ｅＶ、２．９ｅＶ及び２．７ｅＶの３つの発光ピークが、亜鉛サブミクロンプレートと比較して小さな本発明のＥF-3dによる３ｄ-ｓｐバンド内遷移から、生じ、一方で、２．５ｅＶにある最小のエネルギーピークが、ｓｐ-ｓｐバンド内遷移を経て励起された電子の緩和から、生じている可能性である。第三には、４つの全ての発光ピークが、亜鉛サブミクロンプレートと比較して小さな本発明のＥF-3dによる３ｄ-ｓｐバンド内遷移から、生じている可能性である。いずれにせよ、この亜鉛ＮＨｅｘｓは、サブミクロンサイズの亜鉛プレートと比べて長波長側で蛍光発光を示しており、亜鉛サブミクロンプレートよりも実用的な用途において高度な利用可能性を備えている。
【００４６】
［酸化の効果］
亜鉛ＮＨｅｘｓの酸化耐性と、蛍光特性に対する酸化の効果を確認するために、亜鉛ＮＨｅｘｓの表面に、二週間にわたって空気を曝露させて酸化した。これによって得られた亜鉛ＮＨｅｘｓを、ＴＥＭ、ＸＰＳ及びＸＲＤ（詳細は、後述して説明する図１０、図１１、図１２参照）によって分析した。すると、この酸化の処理の後で亜鉛ＮＨｅｘｓの表面が部分的に酸化されていたことが判明した。このように酸化した亜鉛ＮＨｅｘｓは検査した全範囲にわたって蛍光発光を全く示さなかった（図６の点線参照）。このことは、亜鉛ＮＨｅｘｓ表面の酸化が、表面状態を非発光性結合中心として作用するよう誘導していることを示していると本発明者は考えている。図６の挿入部分は、ヘキサン／トルエン  １／１（体積／体積）への亜鉛ＮＨｅｘｓ分散液（写真左）、ヘキサン／トルエン  １／１（体積／体積）への酸化処理した亜鉛ＮＨｅｘｓ分散液（写真中央）、ヘキサン／トルエン  １／１（体積／体積）溶液そのもの（写真右）を、室内光（上段）及びＵＶ照射（下段）で撮影した写真である。亜鉛ＮＨｅｘｓが、ＵＶ照射下では青色光を発光すること、一方で、酸化処理した亜鉛ＮＨｅｘｓが発光しないこと、が明らかである。このフォトルミネセンス特性は興味深いものであり、新しい光学デバイスや用途を切り開くものである。
【００４７】
［結果のまとめ］
上記のように、本発明者は、２００〜３５０ｎｍの平均直径及び２０〜４０ｎｍの厚みを有する、純粋な亜鉛ヘキサゴン（ＮＨｅｘｓ）を化学合成する手法を開発した。この合成された亜鉛ＮＨｅｘｓは、酸化に対して顕著な耐性がある。このことは、バルクの亜鉛が大気中で容易に酸化するという事実や、今回製造された材料が、相対的に大きな表面積を有しているという事実からすれば、驚くべきことである。この耐酸化性は、この亜鉛ＮＨｅｘｓは、異方性ＮＰｓ（ナノ粒子）のユニークな結晶表面特性と、特定の表面を保護するキャッピング分子から、生じているものと考えている。この亜鉛ＮＨｅｘｓは、金属性及び半導体特性の両方を備えており、そのために、青色蛍光発光を呈する。この青色蛍光発光は、光学分野、及び／又は光電子工学分野などの応用に使用される潜在性がある。さらに合成条件を検討すれば、ＮＰｓのサイズ、形状、その他の特性に対する広汎な制御を行うことができると考えられる。特に、ＮＰｓの形態を制御することによって、蛍光の量子収率、蛍光寿命、亜鉛ＮＨｅｘｓのサイズの均一性の改良をさらに改良できるであろう。
【００４８】
［サイズ及び厚みの異なる亜鉛ナノヘキサゴンのＴＥＭ］
亜鉛ナノヘキサゴンの相対的なサイズ及び厚みは、反応温度、及び／又は亜鉛前駆体とキャッピングリガンド（オレイルアミン、ＯＡＭ）の供給モル比を変えることによって、操作することができる。図７、図８及び図９のＴＥＭ画像は、それぞれ異なった反応条件下で得られた、粒子のサイズと形状の変化を示している。
【００４９】
図７は、Ｚｎ：ＯＡＭ  ＝  １：４  の供給モル比で２００℃で合成した、亜鉛ナノヘキサゴン（厚さ６０ｎｍで直径６０〜１８０ｎｍ以下）のＴＥＭ画像である。
【００５０】
図８は、Ｚｎ：ＯＡＭ  ＝  １：２  の供給モル比で２００℃で合成した、亜鉛ナノヘキサゴン（直径１５０〜２００ｎｍ以下）のＴＥＭ画像である。
【００５１】
図９は、Ｚｎ：ＯＡＭ  ＝  １：２０  の供給モル比で１５０℃で合成した、亜鉛ナノヘキサゴン（厚さ６ｎｍ以下で直径６０ｎｍ以下）のＴＥＭ画像である。
【００５２】
［シェラー式による結晶サイズの算出］
上記行ったシェラーの式による評価は、結晶サイズとＸＲＤピークのブロード化に関するシェラー式：
ｄ  ＝  Ｋλ／（βｃｏｓθ）            （式１）
（ただし、ｄ［ｎｍ］はナノ粒子の結晶部分の平均サイズ（結晶サイズ）、Ｋは形状因子（無次元）であり典型的な値は０．９（ただし、ナノ粒子の形状に依存する）、λ［ｎｍ］はＸ線波長、β［ｒａｄ］は最大強度の半分でのピーク幅（ＦＷＨＭ）、θ［ｒａｄ］はピーク位置（ブラッグ角）である。）
において、Ｋ＝０．９、λ＝０．１５４１８ｎｍを使用して、亜鉛ナノヘキサゴンの平均結晶サイズ（ｄ）を算出して行った。
【００５３】
［空気への曝露による亜鉛ナノヘキサゴンの部分酸化］
亜鉛ナノヘキサゴンを、大気中に二週間曝露させた。図１０は、長時間、大気に曝露した後に、部分酸化されている亜鉛ナノヘキサゴンのＴＥＭ画像である。得られたＴＥＭ画像（図１０）では、ナノヘキサゴンの表面上に小さな粒子が数個見いだされた。
【００５４】
図１１は、大気に曝露した後に部分酸化されている亜鉛ナノヘキサゴンの、Ｚｎ２ｐ領域のＸＰＳスペクトルである。１０１９．３５ｅＶ及び１０４２．２５ｅＶのピークは金属亜鉛に帰属し、高結合エネルギーにある２つのピーク（１０２２．５５ｅＶ及び１０４５．５５ｅＶ）は、亜鉛酸化物に由来する。また、部分酸化された亜鉛ナノヘキサゴンのピークパラメータを、酸化されていない亜鉛ナノヘキサゴンと対比して、次の表１に示す。
【００５５】
【表１】
2014240512.tif 000005
【００５６】
図１２は、大気に２週間曝露した、亜鉛ナノヘキサゴンのＸＲＤパターンである。このピークは、ヘキサゴナル相亜鉛に帰属する（ＪＣＰＤＳ  Ｎｏ．  ０３−０６５−５９７３）。
【００５７】
表面の部分酸化が、ＸＰＳスペクトル（図１１）のＺｎ２ｐ領域で明確に観察されたが、ＸＲＤパターンでは、酸化物のピークは検出されなかった（図１２）。これらの結果は、この亜鉛酸化物がアモルファスな構造を有しているか、あるいはピークが非常にブロード化するような非常に微小な結晶サイズを有していてＸＲＤでは観察できないか、のいずれか又は両方を示している。この亜鉛ナノヘキサゴンの部分酸化は、上述したように、フォトルミネセンス発光を抑制するものとなっている。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、優れた蛍光発光特性を備えた、金属亜鉛ナノ粒子を提供する。本発明は、産業上有用な発明である。
【図２】
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【図３】
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【図１２】
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【図１】
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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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【図１０】
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【図１１】
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