(57)【要約】【課題】ナノ粒子を製造するための方法を提供する。【解決手段】気体から粒子への転換方法によるナノ粒子の製造方法において、前駆体を分解させた後に生成される前駆体の分解産物またはその分解産物の初期凝縮物に気体放電を加えて、前駆体の分解産物またはその分解産物の初期凝縮物に同種の電荷を有させることによって、低分散のナノ粒子に凝縮させる。【選択図】図１
2006143577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体から粒子への転換方法を利用したナノ粒子の製造方法において、前駆体を分解させた後に生成される前駆体の分解産物またはその分解産物の初期凝縮物に気体放電を加えて、前駆体の分解産物またはその分解産物の初期凝縮物に同種の電荷を有させることによって、低分散のナノ粒子に凝縮させることを特徴とするナノ粒子の製造方法。
【請求項２】
前記気体から粒子への転換方法は、レーザアブレーション法、熱分解法、高周波スパッタリング法、またはプラズマプロセシング法であることを特徴とする請求項１に記載のナノ粒子の製造方法。
【請求項３】
ナノ粒子を製造するための前駆体をキャリアガスと共に熱分解反応器に導入して熱分解する前駆体の熱分解ステップと、
前記熱分解反応器内にコロナ放電を加えて前記前駆体の熱分解産物または初期凝縮物が同種の電荷を帯びるようにする電荷導入ステップと、
前記同種の電荷を帯びる熱分解産物または初期凝縮物を中心に電荷を帯びない前駆体の熱分解産物が凝縮してナノ粒子として成長するナノ粒子生成ステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のナノ粒子の製造方法。
【請求項４】
前記電荷導入ステップで、熱分解反応器内に接し、前記コロナ放電が起こる部位を中心とするリングを導入し、そのリングに前記コロナ放電で加える電圧より低い電圧を印加してコロナ放電の中心とリングとの間に電場を生成させることによって、その電場を通過する前駆体の熱分解産物または初期凝縮物が同種の電荷を帯びるようにすることを特徴とする請求項３に記載のナノ粒子の製造方法。
【請求項５】
前記コロナ放電に適用される電圧は、−４ｋＶないし−２０ｋＶであることを特徴とする請求項３または４に記載のナノ粒子の製造方法。
【請求項６】
前記リングに加える電圧は、０ｋＶないし−１０ｋＶであることを特徴とする請求項４に記載のナノ粒子の製造方法。
【請求項７】
金属、合金、セラミック、半導体、または複合化合物のナノ粒子が製造されることを特徴とする請求項１ないし４のうち何れか１項に記載のナノ粒子の製造方法。
【請求項８】
ナノ粒子を製造するための前駆体及びキャリアガス導入部と、
前駆体及びキャリアガスの混合物が導入されて熱分解及び凝縮がなされる熱分解反応器と、
前記熱分解反応器内に位置し、コロナ放電を加えるための、コロナ放電電圧提供部と連結されたコロナ放電部と、を備える熱分解法によってナノ粒子を製造するための装置。
【請求項９】
コロナ放電に加える電圧より低い電圧を印加してコロナ放電部を中心にリング間に電場を生成させるための熱分解反応器内に接し、前記コロナ放電部をリングの中心としてリング電圧提供部に連結されるリングをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の熱分解法によってナノ粒子を製造するための装置。
【請求項１０】
前記コロナ放電の電圧提供部に適用される電圧は、−４ｋＶないし−２０ｋＶであることを特徴とする請求項８または９に記載の熱分解法によってナノ粒子を製造するための装置。
【請求項１１】
前記リング電圧提供部に加える電圧は、０ｋＶないし−１０ｋＶであることを特徴とする請求項９に記載の熱分解法によってナノ粒子を製造するための装置。
【請求項１２】
金属、合金、セラミック、半導体、または複合化合物のナノ粒子が製造されることを特徴とする請求項８ないし１１のうち何れか１項に記載の熱分解法によってナノ粒子を製造するための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ粒子の製造方法及び装置に係り、さらに具体的には、低分子のナノ粒子を製造するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノ粒子は、１ｎｍないし１００ｎｍほどのサイズを有する極微細粒子を称す。このようなナノ粒子は、一般的なバルク物質とは異なる特性を有し、このようなナノ粒子の特性は、粒子のサイズによって大きく変化するので、所望のサイズの短分散ナノ粒子を製造できる製造技術の開発が必要である。
【０００３】
既存の粉体や粉末は、機械的な粉砕法や噴霧などの固体や液体を細分化させる崩壊方法を通じて製造されたが、ナノ粒子は、小さなサイズのために、一般的に、バルク物質を小さくして粒子を作る既存の微小粒子方法とは違って、分子単位から再び粒子を製造する方法を使用する。
【０００４】
ナノ粒子の製造方法は、気相合成法とゾルゲル処理法とに大別されうる。気相合成法には、粒子から粒子への転換方法及び気体から粒子への転換方法がある。粒子から粒子への転換方法とは、キャリアガスに浮遊された前駆体粒子や液滴を、化学反応を利用してサイズを縮めつつ、所望のサイズの化合物粒子を製造する方法である。一方、気体から粒子への転換方法は、前駆体気体の化学反応や蒸発されたバルク物質の凝縮を利用して所望のサイズの粒子を製造する方法である。すなわち、粒子から粒子への転換方法が噴霧された大きい粒子のサイズを縮めつつ、ナノ粒子を製造する方法である一方、気体から粒子への転換方法は、分子の組み合わせを通じてナノサイズの粒子を製造する方法である。
【０００５】
ナノ粒子は、前述したように、ナノ粒子自体の性質やナノ粒子を利用して製造された各種のナノ構造物質の特性がナノ粒子のサイズによって相当部分決定されるため、均一な性質の物質製造のためには、高い短分散度が保証されねばならない。したがって、生成されるナノ粒子の短分散度は、ナノ粒子を製造する装置で最も重要な性能のうちの一つである。
【０００６】
特許文献１によれば、熱分解ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）システムを使用してナノ粒子を製造する装置が開示されている。この方法は、核形成効率が低くて高密度のナノ粒子を製造する場合、高分散のナノ粒子が生成されるという問題点がある。
【０００７】
ＴＳＩ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔに許与された特許文献２は、‘ナノメータエアゾールを測定し、かつ等級化する装置’という題目で、ナノ粒子のサイズによる電気移動性の差によって粒子を分離する装置が開示されている。この装置は、既に生成されたナノ粒子のサイズ分布を測定し、所望のサイズを有する粒子を分離できる。したがって、この装置は、ナノ粒子を低分散で生成するための装置ではなく、既に製造されたナノ粒子を所望のサイズを有する粒子に分離するものである。
【０００８】
特許文献３には、シリコンフィルムを形成する方法及び装置が開示されている。この方法は、最適の粒子サイズを有する固体状態の粉末をコロナ放電によって荷電させ、その荷電された粒子を所望の基板に静電気的に均一に蒸着させて良質の膜を得るための方法である。
【特許文献１】米国特許第６,５８６,７８５号明細書
【特許文献２】米国特許第６,２３０,５７２号明細書
【特許文献３】米国特許第５,０７５,２５７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、均一なサイズを有するナノ粒子、すなわち、低分散のナノ粒子を製造できるナノ粒子の製造方法を提供することである。
【００１０】
また、本発明が解決しようとする課題は、低分散であり、かつ高密度であるナノ粒子を製造する方法を提供することである。
【００１１】
また、本発明が解決しようとする課題は、熱分解法によって、低分散のナノ粒子を製造するための装置を提供することである。
【００１２】
また、本発明が解決しようとする課題は、熱分解法によって、低分散であり、かつ高密度であるナノ粒子を製造するための装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を達成するために、本発明は、気体から粒子への転換方法を利用したナノ粒子の製造方法において、前駆体を分解させた後に生成される前駆体の分解産物またはその分解産物の初期凝縮物に気体放電を加えて、前駆体の分解産物またはその分解産物の初期凝縮物に同種の電荷を有させることによって、低分散のナノ粒子に凝縮させることを特徴とするナノ粒子の製造方法を提供する。
【００１４】
前記ナノ粒子の製造方法において、気体から粒子への転換方法としては、レーザアブレーション法、熱分解法、高周波スパッタリング法、プラズマプロセシング法などが使われうるが、これに限定されず、そのうちでも熱分解法が望ましい。
【００１５】
熱分解法による前記ナノ粒子の製造方法は、具体的に、ナノ粒子を製造するための前駆体をキャリアガスと共に熱分解反応器に導入させて熱分解する前駆体の熱分解ステップと、前記熱分解反応器内にコロナ放電を加えて前記前駆体の熱分解産物または初期凝縮物が同種の電荷を帯びるようにする電荷導入ステップと、前記同種の電荷を帯びる熱分解産物または初期凝縮物を中心に電荷を帯びない前駆体の熱分解産物が凝縮してナノ粒子として成長するナノ粒子生成ステップと、を含みうる。
【００１６】
本発明の他の課題を達成するために、前記熱分解法によるナノ粒子の製造方法は、前記電荷導入ステップで、熱分解反応器の内壁に接し、前記コロナ放電が起こる部位を中心とするリングを導入し、そのリングに前記コロナ放電で加える電圧より低い電圧を印加してコロナ放電の中心とリングとの間に電場を生成させることによって、その電場を通過する前駆体の熱分解産物または初期凝縮物が同種の電荷を帯びるようにしうる。このように、熱分解反応器の内壁に接しつつ、コロナ放電が起こる部位を中心とするリングを導入し、そのリングにコロナ放電で加える電圧より低い電圧を印加する方法を採択すれば、熱分解反応器の壁面に電場が生成されず、生成されるナノ粒子の密度を高めうるという利点がある。
【００１７】
前記コロナ放電に適用される電圧は、−４ｋＶないし−２０ｋＶであり、望ましくは、−７ｋＶないし−１０ｋＶである。
【００１８】
前記リングに加える電圧は、０ｋＶないし−１０ｋＶであり、望ましくは、０ｋＶないし−４ｋＶである。
【００１９】
本発明で提供するナノ粒子の製造方法は、金属、合金、セラミック、半導体、または複合化合物に適用してそのナノ粒子を製造できる。
【００２０】
本発明のさらに他の課題を達成するために、本発明は、ナノ粒子を製造するための前駆体及びキャリアガス導入部と、前駆体及びキャリアガスの混合物が導入されて熱分解及び凝縮がなされる熱分解反応器と、前記熱分解反応器内に位置するコロナ放電部とを備える、熱分解法によってナノ粒子を製造するための装置を提供する。
【００２１】
前記ナノ粒子を製造するための装置は、望ましくは、コロナ放電に加える電圧より低い電圧を印加してコロナ放電部を中心にリングの間に電場を生成させるための、熱分解反応器内に接し、前記コロナ放電部をリングの中心とし、リング電圧提供部に連結されるリングをさらに含みうる。このようなリングを導入すれば、コロナ放電部及びリングの間に電場を生成させ、熱分解反応器の内壁に電場が生成されることを遮断することによって、前記装置は、低分散であり、かつ密度の高いナノ粒子を製造できる。
【００２２】
前記コロナ放電電圧提供部に適用される電圧は、−４ｋＶないし−２０ｋＶであり、望ましくは、−７ｋＶないし−１０ｋＶである。
【００２３】
前記リング電圧提供部に加える電圧は、０ｋＶないし−１０ｋＶであり、望ましくは、０ｋＶないし−４ｋＶである。
【００２４】
前記ナノ粒子を製造するための装置は、金属、合金、セラミック、半導体、または複合化合物を利用してそのナノ粒子を生成させうる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、所望のサイズ範囲を有する低分散のナノ粒子を製造でき、追加的なリングの導入によって、密度の高い低分散のナノ粒子を製造できるナノ粒子の製造方法及び製造装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明のナノ粒子の製造方法及び装置を、本発明の一具現例に該当する図面を参照しつつ、さらに詳細に説明する。
【００２７】
本発明が提供するナノ粒子の製造方法は、低分散のナノ粒子を製造するための方法であって、従来の気体から粒子への転換方法によるナノ粒子の製造方法で、前駆体の分解産物や初期凝縮物に気体放電によって電荷を導入することによって、ナノ粒子を製造することを特徴とする。
【００２８】
前記気体から粒子への転換方法によるナノ粒子の製造方法としては、熱分解法が最も望ましいが、前記のように、レーザアブレーション法、熱分解法、高周波スパッタリング法、プラズマプロセシング法などが使われてもよい。すなわち、本発明のナノ粒子の製造方法は、気相で粒子の凝縮によってナノ粒子に成長する方式で製造されるナノ粒子の製造方法に何れも適用可能である。
【００２９】
前駆体の分解産物や初期凝縮物に電荷を導入するために適用される気体放電方法としては、プラズマイオン注入及びコロナ放電が使われ、そのうちでもコロナ放電が最も望ましい。
【００３０】
本発明のナノ粒子の製造方法を、コロナ放電を利用して熱分解法によるナノ粒子の製造方法に適用する場合に、本発明のナノ粒子の製造方法は、図１に示したナノ粒子を製造するための装置を利用して具現されうる。
【００３１】
図１は、本願発明の一具現例によるナノ粒子を製造するための装置を示す概略的な断面図である。
【００３２】
以下では、図１のナノ粒子の製造装置を詳細に説明し、本発明の一具現例に該当するコロナ放電を利用する熱分解法によるナノ粒子の製造方法を、図１を参照しつつ説明する。
【００３３】
本発明のナノ粒子の製造装置の概略的な断面図に該当する図１は、前駆体導入部１、キャリアガス導入部２、前駆体及びキャリアガス混合部３、熱分解反応器４、及びコロナ放電部５を備える。
【００３４】
前駆体導入部１及びキャリアガス導入部２は、図１で別途の入口として表示されているが、一つの入口が前駆体導入部及びキャリアガス導入部の役割を何れも行っても良い。
【００３５】
前駆体導入部１及びキャリアガス導入部２に隣接して、前駆体及びキャリアガス混合部３が位置し、前駆体及びキャリアガス混合部は、特定形態を必要とするものではなく、前駆体及びキャリアガスの混合のために、通常的な熱分解法で使われる混合装置が備えられうる。
【００３６】
前駆体及びキャリアガス混合部に隣接して、熱分解反応器４が位置する。熱分解反応器４では、前駆体及びキャリアガス混合部３から流入された前駆体の熱分解及び凝縮が起こる。
【００３７】
熱分解反応器４の内部には、コロナ放電部５が位置し、そのコロナ放電部は、コロナ放電電圧提供部７に連結されている。コロナ放電部５は、熱分解反応器のうちでも熱分解反応器の熱源９が位置する部位の以前に位置することが望ましい。コロナ放電部５は、コロナ電圧提供部７によって電圧が提供されてコロナ放電を起こすことができ、コロナ放電によってナノ粒子を製造するための前駆体の分解産物またはその初期凝縮物が同種の電荷を有する。
【００３８】
熱分解反応器４には、熱分解のための熱源９が存在し、このような熱源の存在によって、熱分解反応器４の温度は、８５０ないし１１５０℃に維持されうる。このような熱分解反応器内では、前記コロナ放電部５の周囲で電荷を付与された熱分解産物または初期凝縮物を中心に電荷を付与されていない前駆体の凝集がなされて、ナノ粒子が生成される。このとき、同じ電荷を付与された凝集の中心となる熱分解産物または初期凝縮物同士は、同じ電荷による反発力によって凝集がなされずにナノ粒子の成長が抑制される。したがって、ナノ粒子の生成と同時に、ナノ粒子のサイズが制御されうる。それにより、図１に示した装置は、微細なナノ粒子を製造でき、粒子のサイズ分布偏差が小さい低分散のナノ粒子を製造できる。
【００３９】
その結果、図１のような本発明のナノ粒子を製造するための装置を利用すれば、従来の方法のように、ナノ粒子の製造工程後に製造された粒子のサイズ分布偏差を小さくする別途の後続工程が不要であり、微細で均一なサイズ分布を有するナノ粒子を製造することがナノ粒子の生成ステップで可能である。
【００４０】
以下では、図１を参照して、本発明のナノ粒子の製造方法の一具現例に該当するコロナ放電を利用して熱分解法によるナノ粒子の製造方法を詳細に説明する。
【００４１】
図１の装置を利用したナノ粒子の製造方法は、ナノ粒子を製造するための前駆体及びキャリアガスをそれぞれ前駆体導入部１及びキャリアガス導入部２を通じて導入するステップと、導入された前駆体及びキャリアガスを前駆体及びキャリアガス混合部３で混合するステップと、前駆体及びキャリアガスの混合物を熱分解反応器４に導入して前駆体を熱分解するステップと、コロナ放電部５で発生するコロナ放電によって前記前駆体の熱分解産物及び熱分解とほぼ同時に生成される初期凝縮物に同種の電荷を付与するステップと、前記同種の電荷が印加された熱分解産物または初期凝縮物を中心に電荷を帯びない前駆体の熱分解産物が凝縮してナノ粒子に成長するナノ粒子生成ステップと、を含みうる。
【００４２】
前記ナノ粒子を製造するための前駆体及びキャリアガスは、別途の入口から導入されうるが、一つの同じ入口内から導入されてもよい。導入された前駆体及びキャリアガスは、キャリアガス混合部３で十分に混合させる。十分に混合された前駆体及びキャリアガスの混合物は、前駆体及びキャリアガスの混合部３に隣接する熱分解反応器４に移動する。
【００４３】
熱分解反応器４に導入された前駆体は、熱分解反応が開始される。このとき、コロナ放電部５でなされるコロナ放電によって、前駆体の熱分解産物は、相互同種の電荷を帯びる。前記前駆体に対して熱分解反応がなされれば、それと同時に、熱分解産物の凝縮が起こってナノ粒子として成長する前の初期凝縮物が生成される。このような初期凝縮物も、コロナ放電部５でなされるコロナ放電によって相互同種の電荷を帯びる。それにより形成された同種の電荷が印加された前駆体の熱分解産物及び熱分解産物の初期凝縮物は、熱分解反応器４内で凝縮が起こる。しかし、同種の電荷が印加された前駆体熱分解産物及び熱分解産物の初期凝縮物は、同種の電荷によって互いに反発力が形成されて相互間に凝縮は起こらず、コロナ放電ステップで電荷を付与されていない熱分解産物と凝縮が起こる。このような凝縮によってナノ粒子が生成され、同種の電荷を有する前駆体の熱分解産物及び熱分解産物の初期凝縮物は、互いに凝縮が起こらないため、凝縮による粒子の成長が抑制されうる。したがって、ナノ粒子の生成と同時に、ナノ粒子のサイズが制御されうる。すなわち、前記コロナ放電によって同じ電荷を前駆体分解産物に付与することによって、微細なナノ粒子が製造され、粒子のサイズ分布偏差が小さい低分散のナノ粒子が製造されうる。それにより、本発明のナノ粒子の製造方法は、製造されたナノ粒子のうちで一定の範囲のサイズを有するナノ粒子を選別するための追加の工程を経ずとも、低分散のナノ粒子を製造できる。
【００４４】
本発明が提供するナノ粒子の製造方法の他の具現例は、前記ナノ粒子の製造方法の電荷導入ステップで、熱分解反応器内に接し、前記コロナ放電が起こる部位を中心とするリングを導入し、そのリングに前記コロナ放電で加える電圧より低い電圧を印加してコロナ放電の中心とリングとの間に電場を生成させることによって、その電場を通過する前駆体の熱分解産物または初期凝縮物が同種の電荷を帯びるようにすることを特徴とする。このような本発明のナノ粒子の製造方法のさらに他の具現例は、図２に示したナノ粒子を製造するための装置を利用して具現されうる。
【００４５】
図２は、本発明の他の具現例によるナノ粒子を製造するための装置を示す概略的な断面図である。以下では、図２のナノ粒子の製造装置を詳細に説明し、本発明の他の具現例に該当するコロナ放電部を中心とし、熱分解反応器に隣接するリングを導入したナノ粒子の製造方法を、図２を参照しつつ説明する。
【００４６】
図２に示したナノ粒子を製造するための装置は、図１に示したナノ粒子の製造装置で熱分解反応器４の内壁に接し、コロナ放電部５をリングの中心とし、リング電圧提供部８によって連結されるリング６をさらに備えることを特徴とする。
【００４７】
図２Ａは、ナノ粒子の製造装置の断面図であるので、リング６が単に小さい点で表示されたが、実質的には、熱分解反応器の内壁に接するリング状である。このような形態をさらに明確に表すために、図２Ａのａ及びｂ面を切断した縦断面図を図２Ｂに示した。図２Ｂによれば、熱分解反応器８の内壁１０にリング６が接しており、リング６の中心にコロナ放電部５が位置している。そのコロナ放電部５は、リング６の中心に位置させねばならない。また、リング６が熱分解反応器４の内部の物質のフロー方向に対して必ずしも垂直である必要はないが、垂直に位置させることが電場効果の効率を高めうるので、望ましい。
【００４８】
前記リング６に電圧を提供するための低電圧提供部８に印加するための適切な電圧は、０ｋＶないし−１０ｋＶであり、望ましくは、０ｋＶないし−４ｋＶである。
【００４９】
低電圧提供部８からリング６に連結される部位及びリング６は、タングステンで製造されたワイヤが使われうるが、それに限定されず、電圧が印加されうる導体ならば、何れでも可能である。
【００５０】
前記リング６は、コロナ放電に加える電圧より低い電圧を印加して、コロナ放電を中心に周囲に電場を生成させるためのものである。前記リング６が存在していない場合には、コロナ放電部５でコロナ放電がなされるとき、コロナ放電部５及び熱分解反応器の内壁１０に電位差が発生して、コロナ放電部５を中心に熱分解反応器の内壁に電場が形成される。コロナ放電部５でコロナ放電によって電荷が付与された前駆体の熱分解産物または熱分解産物の凝縮物は、前記電場の影響によって電位差が低い熱分解反応器４の内壁１０側に移動して熱分解反応器４の内壁１０に沈着されうる。このような現象によって、生成されるナノ粒子の密度が低下しうる。リング６は、前記のような点を補完するために導入したものである。
【００５１】
コロナ放電部に適用される電圧より低い電圧をリング電圧提供部８に印加することによって、リング６には、コロナ放電部５より低い電圧が生成され、これにより、コロナ放電部５とリング６との間に電場が形成され、熱分解反応器の内壁１０には、電場が流れない。それにより、コロナ放電によって同種の電荷を帯びる熱分解産物またはその凝縮物が熱分解反応器４の内壁１０に沈着しない。
【００５２】
それにより、図２に示した本発明のさらに他の具現例のナノ粒子の製造装置は、生成される均一な低分散のナノ粒子を製造しつつも、密度の高いナノ粒子を製造できる装置といえる。
【００５３】
以下では、図２を参照して、本発明のナノ粒子の製造方法の他の具現例に該当するコロナ放電部を中心に、熱分解反応器に接するリング６をさらに導入したナノ粒子の製造方法を詳細に説明する。
【００５４】
このような本発明の他の具現例によるナノ粒子の製造方法は、ナノ粒子を製造するための前駆体及びキャリアガスをそれぞれ前駆体導入部１及びキャリアガス導入部２を通じて導入するステップと、導入された前駆体及びキャリアガスを前駆体及びキャリアガス混合部３で混合するステップと、前駆体及びキャリアガスの混合物を熱分解反応器４に導入して前駆体を熱分解するステップと、熱分解反応器の内壁１０に接し、前記コロナ放電部５を中心とするリング６を導入し、そのリング６に前記コロナ放電で加える電圧より低い電圧を、リング電圧提供部８を通じて印加して、コロナ放電部５とリング６との間に電場を生成させることによって、その電場を通過する前駆体の熱分解産物または初期凝縮物に同種の電荷を付与するステップと、前記同種の電荷が付与された熱分解産物または初期凝縮物を中心に電荷を帯びていない前駆体の熱分解産物が凝縮してナノ粒子として成長するナノ粒子生成ステップと、を含む。
【００５５】
すなわち、前記方法は、熱分解反応器４の内壁に接するリング６を導入し、そのリング６にコロナ放電部５より低い電圧を印加して、コロナ放電部５とリング６との間に電場を生成させることによって、その電場を通過する前駆体の熱分解産物または初期凝縮物に同種の電荷を付与することによって、ナノ粒子を生成させることを特徴とする。
【００５６】
前記リング６に印加される電圧は、０ｋＶないし−１０ｋＶであり、望ましくは、０ｋＶないし−４ｋＶである。リング６に印加される電圧がこの範囲を超える場合、すなわち、コロナ放電部との電圧差が減少する場合、放電電圧による電流発生率（イオン発生）が低下して放電効果が劣る。
【００５７】
前記リング６及びそのリング６をリング電圧提供部８と連結する部位は、タングステンで製造された電線が使われうるが、電圧が印加されうる導体ならば、何れでも可能である。
【００５８】
前記ナノ粒子の製造方法で、電荷導入ステップで熱分解反応器の内壁に接するリング６を導入し、そのリング６にコロナ放電に加える電圧より低い電圧を印加することによって、前駆体の熱分解産物に同種の電荷を導入したことは、熱分解反応器の内壁に電場が生成されることを防止して、電荷が導入された熱分解産物またはその凝縮物が熱分解反応器の内壁１０に沈着されることを防止するためである。
【００５９】
リング６の導入なしに、熱分解反応器内でコロナ放電を起こせば、コロナ放電部５及び熱分解反応器の内壁に電位差が発生して、コロナ放電部５を中心に熱分解反応器の内壁１０に電場が形成される。コロナ放電部５でコロナ放電によって電荷が付与された前駆体の熱分解産物または熱分解産物の凝縮物は、前記電場の影響によって電位差が低い熱分解反応器４の内壁１０側に移動して熱分解反応器４の内壁１０に沈着されうる。このように、電荷が付与された熱分解産物またはその凝縮物が熱分解反応器の内壁に沈着されれば、生成されるナノ粒子の密度が低下しうる。
【００６０】
一方、前記本発明のナノ粒子の製造方法の他の具現例によって、リング６を導入し、そのリング６にコロナ放電部に印加される電圧より低い電圧を印加すれば、コロナ放電部５とリング６との間に電場が生成され、熱分解反応器４の内壁には、電場が生成されない。コロナ放電部５とリング６との間に電場が生成される方向を図３に示した。図３によれば、コロナ放電部５を中心としてコロナ放電部より低い電圧が印加されたリング６の各地点間に電位差が発生して放射状に電場が生成される。
【００６１】
熱分解反応器４で熱分解された前駆体は、コロナ放電部５とリング６との間を通過しつつ、同種の電荷が付与され、電荷が付与された熱分解産物及びその凝縮物は、熱分解反応器の内壁に電場が生成されていないため、熱分解反応器の内壁には沈着されない。一方、リング６に生成される低電位によって、電荷が付与された熱分解産物またはその凝縮物が熱分解反応器の内壁１０の代わりにリング６に沈着されることもあるが、リング６は、熱分解反応器の内壁１０に比べて表面積が非常に小さいため、沈着される量が顕著に減少する。
【００６２】
前記リング６を熱分解反応器の内壁１０に接触させるのは、熱分解反応器の内壁１０に接せずに内壁１０とリング６との間に空間があるとすれば、電場が生成されていない空間に熱分解産物またはその凝縮物が通過してしまい、それにより、電荷が付与される比率が低くなって、低分散ののナノ粒子が製造され難くなるためである。
【００６３】
以下、本発明を、実施例を通じてさらに詳細に説明する。しかし、これら実施例は、本発明を例示的に説明するためのものであって、本発明の範囲がこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００６４】
［実施例１］
韓国特許出願２００４−００７０８１８に記載の方法で製作された熱分解法によってナノ粒子を製造する装置に、コロナ放電のためのタングステンワイヤを熱分解反応器の内部に位置させた。
【００６５】
前記装置に前駆体シラン（ＳｉＨ４）を３０ｓｃｃｍ、キャリアガスである窒素（Ｎ２）を３０００ｓｃｃｍで加え、コロナ放電を−８ｋＶの電圧条件で適用させ、熱分解温度を８００ないし１１００℃に変化させつつシリコンナノ粒子を生成させた。コロナ放電は、前記設置されたタングステンワイヤを外側の末端に−８ｋＶの電圧を提供することによって行った。それにより、前記装置によって生成されるナノ粒子の平均サイズ及び標準偏差を測定し、その結果を図４にグラフで示した。
【００６６】
［比較例１］
前記実施例１でコロナ放電を加えないことを除いては、実施例１と同じ方法を利用してナノ粒子を製造した。その結果、生成されたナノ粒子の平均サイズ及び標準偏差を測定し、その結果を図４に実施例１の結果と共にグラフで示した。
【００６７】
［実施例２］
前記実施例１で熱分解温度を９００℃に固定したことを除いては、実施例１と同じ方法を利用してナノ粒子を製造し、その結果、生成されたナノ粒子の粒子サイズによる粒子の密度を測定し、その結果をグラフで示した（図５）。
【００６８】
［比較例２］
前記実施例２でコロナ放電を加えないことを除いては、実施例２と同じ方法を利用してナノ粒子を製造した。その結果、生成された粒子サイズによる粒子の密度を測定し、その結果を図５のグラフに実施例２の結果と共に示した。
【００６９】
［実施例３］
韓国特許出願２００４−００７０８１８に記載の方法で製作された熱分解反応器によってナノ粒子を製造するための装置に、コロナ放電のためのタングステンワイヤを熱分解反応器の内部に位置させた。そして、タングステンワイヤで前記装置の熱分解反応器の内部に接するサイズのリングを生成させ、そのリングを、前記コロナ放電部をリングの中心となるように前記装置の熱分解反応器の内部に装着した。
【００７０】
前記装置にＳｉＨ４を３０ｓｃｃｍ、キャリアガスであるＮ２を３０００ｓｃｃｍで加え、熱分解温度を９００℃に固定させ、コロナ放電を０ｋＶから−１０ｋＶまで変化させつつナノ粒子を生成させた。このとき、熱分解反応器の内部に接しているタングステンワイヤのリングには、０ｋＶを適用した。その結果、コロナ放電に適用された電圧によって生成されたナノ粒子の平均サイズ、密度、及び標準偏差を測定し、その結果を、図６にグラフで示した。
【００７１】
［実施例４］
前記実施例３でコロナ放電を−８ｋＶに固定したことを除いては、実施例３と同じ方法を利用してナノ粒子を製造し、その結果、生成されたナノ粒子の粒子サイズによる粒子の密度を測定した。その結果を、前記実施例２及び比較例２の結果と共に図７に示した。
【００７２】
以上のような本発明によれば、図４に現れた結果を通じて分かるように、コロナ電圧を加えた実施例１の場合がコロナ電圧を加えない比較例１の場合に比べて、生成されたナノ粒子のサイズが顕著に縮小し、粒子サイズの標準偏差も顕著に小さくなった。したがって、従来の熱分解反応器を利用したナノ粒子の製造方法にコロナ電圧を適用することによってナノ粒子のサイズが制御され、粒子の分散も顕著に低下することが明白に現れた。
【００７３】
また、図５の結果を参照すれば、特定温度で生成されたナノ粒子は、コロナ電圧を加えた実施例２の場合がコロナ電圧を加えない比較例２の場合に比べて、粒子の分散性が顕著に低いということがさらに明白に分かる。
【００７４】
図６は、前記の実施例３の熱分解反応器を利用したナノ粒子の製造装置に、コロナ放電以外にコロナ放電部を中心としたリングを装着し、そのリングに電圧を加える装置を利用してナノ粒子を製造した実施例３の結果を示したものであって、適用されるコロナ電圧の大きさによって生成されるナノ粒子のサイズ、ナノ粒子の密度、及びナノ粒子の分散が調節されうることを確認できる。
【００７５】
図７は、コロナ放電を加えない比較例２、コロナ放電を加えた実施例２、及びコロナ放電を加えて電圧が適用されるリングを装着してナノ粒子を製造した実施例４で生成されたナノ粒子のサイズによる密度を測定してグラフで示したものである。図７の結果によれば、比較例２で生成されたナノ粒子は、分散が非常に高く現れ、実施例２のナノ粒子は、比較例２に比べて分散性が顕著に低くなった。但し、比較例２の場合よりも生成されたナノ粒子の密度は低くなったが、主に不要なサイズのナノ粒子の数が減少しただけである。これは、図７に示したグラフを参照すれば、明確に分かる。
【００７６】
図７に示した電圧が適用されるリングを装着してナノ粒子を製造した実施例４の結果は、実施例２に比べて産業分野で主に必要とするサイズ範囲のナノ粒子の密度が上昇したことを表した。このような結果から熱分解反応器を利用したナノ粒子の製造方法において、コロナ放電以外に電圧が適用されるリングを装着すれば、産業分野で主に必要とするサイズ範囲のナノ粒子を高い密度で製造できるということが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、ナノ粒子関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本願発明の一具現例による熱分解法によってナノ粒子を製造するための装置を示す概略的な断面図である。
【図２Ａ】図１の装置で、リングが追加的に導入されたナノ粒子を製造するための装置を示す概略的な断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａで、リングが位置するａないしｂの断面に沿って切断する場合に現れる縦断面図である。
【図３】図２Ａの装置で、コロナ放電部とリングとの間に電場が形成される方向を図式的に示す図面である。
【図４】コロナ放電を加えた実施例１及びコロナ電圧を加えない比較例１で、熱分解反応器の温度の変化によって生成されたナノ粒子のサイズ及び標準偏差をグラフで示した図面である。
【図５】コロナ電圧を加えた実施例２及びコロナ電圧を加えない比較例２で、一定の熱分解反応器の温度で生成されたナノ粒子をそのサイズによる密度を測定してグラフで示した図面である。
【図６】熱分解反応器にコロナ放電及び電圧が印加されるリングを装着してコロナ放電を加える電圧のサイズを変化させつつ、ナノ粒子を生成させ、電圧の大きさによって生成されたナノ粒子のサイズ、標準偏差、及び密度をグラフで示した図面である。
【図７】コロナ放電を加えない比較例２、コロナ放電を加えた実施例２、及びコロナ放電を加えて電圧が印加されるリングを装着してナノ粒子を製造した実施例４で生成されたナノ粒子を、そのサイズによる密度を測定してその結果をグラフで示した図面である。
【符号の説明】
【００７９】
１    前駆体導入部、
２    キャリアガス導入部、
３    前駆体及びキャリアガス混合部、
４    熱分解反応器、
５    コロナ放電部、
６    リング、
７    コロナ放電電圧提供部、
８    リング電圧提供部、
９    熱源、
１０    熱分解反応器の内壁。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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