(57)【要約】  室温で固体である材料の蒸気を形成して、その蒸気を不活性なガス状輸送媒体に提供することによりナノ粒子（２０）を調製及び捕集するための方法及び装置。ガス状流中でこの材料の少なくともいくらかが凝固される。ガス状流及び材料は、ガス状輸送環境において、ドライメカニカルポンピングシステム中に移動されるか、又はそれを介して移動される。粒子がドライメカニカルポンピングシステム内にある間、又はナノ粒子がドライポンピングシステムを通って移動した後に、気化した材料及びナノ粒子を不活性液体の捕集用媒体（２６）と接触させる。捕集前の中間段階で、ナノ粒子と反応させる反応性蒸気又は液滴にナノ粒子をさらして、反応ナノ粒子を形成することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ粒子の捕集方法であって、室温で固体である固体材料の蒸気を形成して、その蒸気を不活性なガス状輸送媒体に提供すること；該ガス状流中の該固体材料の少なくともいくらかを凝固してナノ粒子を形成すること；ガス状輸送環境中の該ナノ粒子をドライメカニカルポンピングシステムを介して移動させること；及び該ナノ粒子が該ドライメカニカルポンピングシステム内にある間、又は該ナノ粒子が該ドライポンピングシステムを通って移動した後に、該ナノ粒子を不活性液体の捕集用媒体と接触させることを含んで成る、ナノ粒子の捕集方法。
【請求項２】
前記固体材料が、金属、金属酸化物、及び有機材料から成る群より選択された、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記固体材料が金属を含んで成る、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記固体材料が顔料を含んで成る、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記固体金属が、Ａｇ、Ａｌ又はＣｕを含んで成る、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
金属のナノ粒子が、気化温度１００℃〜３０００℃の金属を含んで成る、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の方法を含んで成る反応金属ナノ粒子の捕集方法であって、ガス状輸送環境中の該ナノ粒子を、ドライメカニカルポンピングシステムを介して移動させる前に、該粒子を反応性ガス媒体と結合させる、反応金属ナノ粒子の捕集方法。
【請求項８】
前記反応性材料が、重合して前記粒子の表面上にポリマーコーティングを形成できる重合性モノマーを含んで成る、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記反応性材料が、前記固体材料と反応できるただ１つの化学官能基を有する両官能性化合物を含んで成る、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記反応性材料が、前記粒子の表面上で、銀、アルミニウム又は銅と直接的に化学反応する、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記ナノ粒子が、Ａｇ、Ａｌ又はＣｕを含んで成る、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記金属ナノ粒子が金属を含んで成る、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記不活性液体の捕集用媒体が有機液体を含んで成る、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
前記ドライメカニカルポンピングシステムを出た後、アルミニウム又は銅の粒子が不活性液体の捕集用媒体と接触する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ナノ粒子がまた、物理濾過により捕集される、請求項７に記載の方法。
【請求項１６】
真空システムが、物理濾過によりナノ粒子を捕集するための付加的な推進力を提供するよう設置された、請求項７に記載の方法。
【請求項１７】
前記ナノ粒子がスラリー中で捕集され、続いて圧力反応器コーティングを用いて被覆される、請求項１〜６の何れか１項に記載の方法。
【請求項１８】
平均サイズ０．５〜１００ｎｍの超微細なアルミニウム又は銅粒子の分散体を提供する装置であって、
ａ）メカニカルポンプ及び捕集容器に接続された気化アルミニウム又は銅の源であって、非反応性ガス流を該源から離れて該メカニカルポンプの方へ提供する気化アルミニウム又は銅の源と；
ｂ）該気化アルミニウム又は銅の源へのアルミニウム又は銅の源と；
ｃ）アルミニウム又は銅材料を該メカニカルポンプの方へ運ぶための非反応性ガス源と；
ｄ）固体のアルミニウム又は銅粒子と反応するための反応性蒸気源と；
ｅ）アルミニウム若しくは銅粒子を捕集し、及び／又はアルミニウム若しくは銅の蒸気を凝縮してナノ粒子にする流体のための流体源と；
ｆ）該非反応性ガス、該反応性蒸気、及び該アルミニウム若しくは銅材料、並びにアルミニウム若しくは銅粒子を捕集し、及び／又はアルミニウム若しくは銅の蒸気を凝縮して粒子にする流体を移動させるためのメカニカルポンプと；
ｇ）ｉ）該非反応性ガス及び該アルミニウム又は銅材料、並びにｉｉ）アルミニウム若しくは銅粒子を捕集し、及び／又はアルミニウム若しくは銅の蒸気を凝縮して粒子にする流体のための接触ゾーンと；
を含んで成り、該接触ゾーンが、該メカニカルポンプの内部、又は該メカニカルポンプの後にあり、該アルミニウム又は銅粒子が反応性材料で被覆されるか、又は該反応性材料と反応する、平均サイズ０．５〜１００ｎｍの超微細なアルミニウム又は銅粒子の分散体を提供する装置。
【請求項１９】
アルミニウム又は銅の源と、アルミニウム又は銅粒子の反応を引き起こす反応性ガス流の源とを有する、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記流体が、前記非反応性ガスをアルミニウム又は銅と先ず接触させるよう前記メカニカルポンプに導入される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記ガス中の金属材料濃度を前記流体との接触により低減した後、前記非反応性ガスを前記メカニカルポンプから除去する、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
粒状のアルミニウム又は銅を含有する再循環液が再循環された液体を含んで成るよう、前記メカニカルポンプに液体を戻すための液体再循環システムが提供された、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
液体源が、前記メカニカルポンプに有機液体を提供する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
反応ナノ粒子の捕集方法であって、室温で固体であるアルミニウム又は銅材料の蒸気を形成して、その蒸気を不活性なガス状輸送媒体に提供すること；該ガス状流中の該材料の少なくともいくらかを凝固して銅又はアルミニウム粒子を形成すること；該材料の粒子を反応性ガス媒体と組み合せて、該材料の粒子を該反応性ガス媒体中の少なくとも１つの成分と反応させること；ガス状輸送環境中の該材料のナノ粒子をドライメカニカルポンピングシステムを介して移動させること；並びに該粒子が該ドライメカニカルポンピングシステム内にある間、又は該ナノ粒子が該ドライポンピングシステムを通って移動した後に、該材料のナノ粒子を不活性液体の捕集用媒体と接触させることを含んで成る、反応ナノ粒子の捕集方法。
【請求項２５】
前記反応が、少なくともいくらかの反応性ガス媒体を前記材料ナノ粒子の表面上に凝縮させる物理的な反応を含んで成るか、又は少なくともいくらかの反応性ガス媒体を該材料ナノ粒子の表面上に結合させる化学的な反応を含んで成る、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
ナノ粒子源と、該ナノ粒子源からナノ粒子を搬送するドライポンプと、ナノ粒子捕集システムとを含んで成るナノ粒子の捕集装置であって、ドライポンプ搬送システムが、該ナノ粒子源と該ナノ粒子捕集システムとの間の流動システム中に配置された、ナノ粒子の捕集装置。
【請求項２７】
前記ドライポンプが、スクリュー駆動のドライポンプを含んで成る、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記ナノ粒子捕集システムが、物理フィルタと、静電フィルタとから成る群より選択された、請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
前記ナノ粒子源が、粒子凝縮システム、噴霧乾燥システム、固体の有機粒子、又は被覆粒子を含んで成る、請求項２６に記載の装置。
【請求項３０】
ナノ粒子の捕集方法であって、ガス状輸送媒体中にナノ粒子を形成又は提供すること、ガス状輸送環境中の該ナノ粒子をドライポンピングシステムを介して移動させること、及び該ナノ粒子が該ドライポンピングシステムを通って移動した後に、該ナノ粒子を捕集することを含んで成る、ナノ粒子の捕集方法。
【請求項３１】
前記ナノ粒子が、静電濾過又は物理濾過によって捕集される、請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
粒子、具体的にはアルミニウム又は銅の金属粒子は、充填剤、能動媒質、爆発物、触媒、化学活性材料、吸収剤、化学分析、磁気感受性材料、装飾材料、爆弾識別用添加物、及び反射材料として広範囲に使用されている。本発明は、金属粒子の分野に関し、好ましくはアルミニウム又は銅金属ナノ粒子の製造、及びアルミニウム又は銅ナノ粒子を製造する装置、並びに随意には製造中に反応、具体的には表面反応又は表面被覆を施したアルミニウム又は銅の粒子を製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの方法が、小粒子及び特に小金属粒子の製造に利用可能である。これらの方法は、広範囲の技術に及び、広範囲の効率を示す。乾燥した粒子を製造する方法もあれば、液状分散体中で粒子を製造する方法もある。粒子をコーティングする方法は、通常、溶液中に粒子を浸漬すること、及びこれらの粒子を乾燥させることを含んで成り、又はより最近では、米国特許第５，９６２，０８２号明細書に記載されているように、流動床に粒子を支持すること、及び流動システムに液体を導入して、支持された粒子を被覆することを含んで成る。このようなマクロプロセスは、極めて小さい粒子、特にナノメートル程度の粒子をコーティングするには効果的でない。
【０００３】
ガス蒸発技術を使用して、超微細な金属粉末、特に磁性金属／金属酸化物粉末（しばしば磁性顔料と称される）を製造することが、数多くの参考文献に記載されているようである。これらは、専ら乾式法に言及しており、液体との接触を伴わないようである。ＹａｔｓｕｙａらのＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，１３，７４９（１９７４）は、炭化水素油から成る薄膜上への金属の蒸着（ＶＥＲＯＳ技術）に関し、Ｋｉｍｕｒａ（上記）と類似している。ＮａｋａｔａｎｉらのＪ．Ｍａｇｎ．Ｍａｔｅｒ．，６５，２６１（１９８７）では、界面活性剤により、炭化水素油中に直接気化された強磁性金属（Ｆｅ、Ｃｏ又はＮｉ）の分散体を安定化させ、金属原子技術を用いて強磁性流体を与える方法を記載している。金属原子技術は、個々の金属原子が分散媒の表面上に衝突した後、気相中の第２の種と接触するよう高真空（１０−３ｔｏｒｒ未満の圧力）であることを必要とする。この金属原子法においては、核形成及び粒子成長は、気相中ではなく分散媒中で起こる。したがって、粒度は分散媒に依存し、容易には制御されない。さらに、米国特許第４，５７６，７２５号明細書では、強磁性金属を気化すること、金属蒸気及び不活性ガスを冷却用ノズルに通して断熱膨張させ、金属を凝縮させて金属の小粒子を形成すること、並びにベース液の表面上に高速で粒子を衝突させることを伴う、磁性流体の製造法が記載されている。
【０００４】
Ｋｉｍｕｒａ及びＢａｎｄｏｗのＢｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊａｐａｍ，５６，３５７８（１９８３）では、微細金属粒子の非機械的分散を開示している。非水性媒体中にコロイド状金属の分散体を調製するこの方法もまた、ガス蒸発技術を利用する。超微細金属粒子及びガス蒸発技術に関するＣ．Ｈａｙａｓｈｉの一般的な参考文献を、Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｔｏｄａｙ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １９８７，４４頁、及びＪ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．ａｎｄ Ｔｅｃｈ．，Ａ５，１３７５頁（１９８７）に見出すことができる。
【０００５】
欧州特許出願公開第２０９４０３号明細書（Ｔｏｙａｔｏｍａ）には、ガス蒸発法を用いて有機化合物の乾燥超微細粒子を調製する方法が記載されている。親水性の増した超微細粒子は、水性媒体中に分散可能であることが教示されている。得られる粒度は５００Å〜４μｍである。これらの粒子を超音波により分散させて、当技術分野で公知の実施法である凝集体をばらばらにする機械エネルギーを提供する。その結果得られる分散体は、凝集に対する安定性が改善されている。
【０００６】
ガス流により分散媒に送られる材料の分散に関する他の参考文献には、米国特許第１，５０９，８２４号明細書があり、この明細書では、気化又は微粒化により生成する分子的に分散された材料を加圧ガス流から液状媒体に導入して、分散材料の凝縮が液体中で起こるようにすることが記載されている。それゆえ、粒子成長は、上述のように気相中ではなく分散媒中で起こる。さらに、与えられる例では全ての材料が元素状であり、その全てが室温でかなりの蒸気圧を有する。
【０００７】
米国特許第５，０３０，６６９号明細書では、（ａ）非反応性ガス流の存在下で非元素顔料又はその前駆体を気化して、超微細な非元素顔料粒子又はその前駆体を提供する工程；（ｂ）非元素顔料の前駆体粒子が存在する場合、非元素顔料の超微細な前駆体粒子と反応可能な第２ガスを提供し、該第２ガスと、非元素顔料の超微細な前駆体粒子とを反応させて、超微細な非元素顔料粒子を提供する工程；（ｃ）前記ガス流中の超微細な非元素顔料粒子を分散媒に搬送し、分散媒中に非元素顔料粒子の分散体を提供する工程から本質的に成り、粒子の平均直径サイズが０．１μｍ未満であり、０．００１〜３００ｔｏｒｒの大気より低い圧力下において反応器中で行われる方法が記載されている。
【０００８】
米国特許第５，１０６，５３３号明細書は、有機媒体中に分散された平均サイズ（直径）０．１μｍ未満の顔料粒子を含んで成る非水性分散体を提供している。前記明細書の発明は、水又は水含有媒体中に分散された平均サイズ（直径）０．１μｍ未満の或る特定クラスの無機顔料粒子を含んで成る水性媒体を提供している。この分散体は、製造時間をさほど必要とせず、より安定であり、より均一な粒度分布と、より小さい数平均粒径と、より少ない表面のざらつきとを有し、粉砕用媒体の存在による分散材料の汚染及び機械部品の摩耗といった、微粒子の機械研削を用いる通常の方法により調製された分散体に関して上述されている問題を回避する。さらに、最終分散体中に得られる微細な粒度を達成するために、顔料を化学的に前処理する必要がない。分散体の顔料は、より狭い粒度分布を有することがわかっており（標準偏差は一般に±０．５ｘの範囲にあり、ｘは平均数平均粒径である）、凝集に対してより抵抗性であり（即ち、分散体は安定であり、分散体には沈降粒子が実質的になく、即ち、２５℃で１２時間以上にわたって粒子の１０％が沈降するに過ぎない）、機械的に分散された顔料分散体と比較して、濁りがないこと、透明度が高いこと、及び着色強度が大きいことにより示されるように、優れた全体的安定性と色を示す。さらには、この方法は、凝集体を分解するのに超音波などの機械エネルギーを必要としない。分散媒と接触させる前に乾燥した超微細な顔料粒子が単離されることはないので、凝集体は形成されない。任意の有機若しくは無機顔料の分散体、又は顔料前駆体から生成することができる分散体は、超微細顔料粒子を生成するガス蒸発技術によって調製される。気化が起こるまで、減圧下でバルク顔料が加熱される。顔料はガス流の存在下で気化し、ガスは不活性（非反応性）であることが好ましいが、顔料と反応しない任意のガスを使用することもできる。超微細顔料粒子は、ガス流によって液状分散媒に運ばれ、ガス流を分散媒中にバブリングさせるか、又はガス流を分散媒上に衝突させることにより分散媒に堆積される。
【０００９】
米国特許第６，２６７，９４２号明細書には、球状シリカ粒子の製造方法が記載されている。アルカリケイ酸塩と酸の混合溶液中に分散されるべきシリカゲル粒子は、平均粒度０．０５〜３．０μｍであることが必要とされる。シリカゲル粒子の平均粒度が０．０５μｍ未満である場合、得られるべき球状シリカ粒子の機械強度が低くなり、不規則な粒子が形成され易く、このようなことは適切ではない。同様に、シリカゲル粒子の平均粒度が３．０μｍを上回る場合も、得られるべき球状シリカ粒子の機械強度が低くなり、不規則な粒子が形成され易く、このようなことは適切ではない。シリカゲル粒子の平均粒度のより好ましい範囲は０．１〜１．０μｍである。
【００１０】
粒子コーティング技術におけるより最近の進歩は、流動床システム、具体的には米国特許第５，９６２，０８２号明細書（Ｈｅｎｄｒｉｃｋｓｏｎら）に示されているような磁性流動床システムの使用である。このシステムでは、磁界によって磁気応答性粒子床が流動化される。流動床に運ばれた磁気応答性粒子及び／又は他の粒子は、流動化環境に提供される材料（例えば、液体）で被覆される。コーティング用組成物は、磁性粒子から非磁性粒子へ転移することもできる。この方法は、コーティング厚に関して優れた制御を提供し、大容積の被覆粒子群を生成することができ、そして他の多くの利点を提供する。しかしながら、この方法は、０．１〜１００ｎｍ程度の超微細粒子に関して用いることができない。
【００１１】
米国特許第５，９５８，３２９号明細書には、高速でナノ粒子（当該明細書では、直径１〜５０ｎｍの粒子と規定されている）を製造する方法及び装置が記載されている。２つのチャンバが狭い管路により隔てられている。原材料が下側チャンバから提供され、そこで、原材料が（例えば気化するまで）加熱され、次いで、上側チャンバに連続的に供給される。上側チャンバにおいて、ナノ粒子が核形成されるが、このナノ粒子は、下側チャンバから供給された蒸気が、上側チャンバ中のガス（不活性又は反応性）と衝突するときに形成される。冷却された付着部位（例えば、フィンガー１０７と規定されている）が粒子を捕集し、次いで、これらの粒子は捕集部位から掻き取られる。これらの粒子は、自然結合流として捕集部位に移動すると述べられている。
【００１２】
米国特許第５，１２８，０８１号明細書には、酸化アルミニウムナノ結晶性セラミック材料を優先的に相分離する方法が記載されている。これらのナノ粒子は、低温表面（２０）の上に捕集される。粒子の酸化に続いて、（粒子が形成される）真空チャンバが排気され、酸化物粒子が、真空並びに選択的には酸素及び／又は空気を有するような種々の雰囲気条件下で捕集され、まとめられる。
【００１３】
これらの粒子製造及び粒子処理法における捕集方法は、扱いにくく、非効率的であり、コストが高く、時間がかかり、そして粒子に損傷を与える。この捕集方法に関しては、チャンバを開けて、堆積表面から粒子を掻き取らなければならない。このことはシステムの長時間の運転停止を必要とする。堆積表面から粒子を掻き取ることで、幾つかの粒子を破砕し、他の粒子を凝集させたままにする。掻き取りはまた、堆積表面を損傷させる場合がある。小さな細長いフィンガー堆積表面は、少量の材料しか生成及び捕集を可能とせず、捕集された粒子の層形成により、表面上への堆積効率が低くなる。粒子のコーティングを行うことはできるが、乾燥しかつ凝集した粒子の再分散体としての粒子にしか行われない。
【００１４】
他の粒子捕集法は濾過である。濾過は、粒子源と、濾過媒体と、真空源とを順序正しく配置することにより実施される。フィルターは２つの面を有し、一方の前面は粒子源に対面し、他方の裏面は真空源に対面している。裏面の圧力を低減することで、前面のより高い圧力が、粒子を捕捉するフィルターに対してガス及び粒子を押し付けることができる。濾過システムは、特にナノ粒子に関して使用される場合にはいくつかの問題を有する。例えば、平均粒径１〜１００ｎｍのナノ粒子を捕集するために、フィルターの最大孔サイズは約１ｎｍ未満でなければならない。粒子の捕集を開始する前でさえ、その濾過表面を横切って効果的な圧力を維持することは難しい。ナノ粒子がフィルター表面上に捕集されるにつれて、ガス流（及び圧力による移動）はより制限的になり、捕集できる粒子が少なくなって、プロセス効率が減少する。粒子により孔が急速に塞がれ、粒子は効率的に捕集されない。
【００１５】
米国特許第５，８５７，８４０号明細書には、真空ポンプと、密閉容器と真空ポンプを接続する配管に設けられた集塵器とを含んで成る、密閉容器を空にするための真空ポンプシステムが記載されており、この配管は、密閉容器と集塵器を接続する第１主配管と、遠心集塵器と真空ポンプを接続する第２主配管とを有する主配管；第１主配管から分岐して真空ポンプに接続された分岐配管；分岐配管上に配置された金属メッシュの集塵器；並びに主配管と分岐配管とを切り換えるための配管切り替え手段を含む。集塵器は、ダスト源と真空ポンプとの中間に設けられており、真空ポンプはドライポンプを含むことができる。
【発明の開示】
【００１６】
ナノ粒子の捕集に関して高捕集効率の粒子製造及び捕集システムは、粒子源、ドライメカニカルポンピングシステム、及び粒子捕集面を提供する。ドライメカニカルポンピングシステムを粒子捕集面の前に、又はそれと同時に配置することにより、粒子を湿らせること及びこれらを凝集させることなく粒子の移動力が維持され、そして捕集効率が２倍も劇的に向上する。
【００１７】
プロセスの製造効率を劇的に高める独自の捕集法とともに用いられる任意の蒸発法によって顔料の小粒子が調製される。このプロセスは、顔料を蒸発させること、気化された顔料材料を非反応性気相と組み合せること、次いで、メカニカルポンプを提供することを含んで成り、このメカニカルポンプは、それを通して気相顔料を液体凝縮−捕集ゾーンへ導くか、又は気相をメカニカルポンプ内の複合液体凝縮−捕集ゾーンに引き込む。液体凝縮／捕集液との接触により顔料材料を凝縮除去した後に残る非顔料のガス状材料を材料流から回収し、一方で、凝縮した顔料粒子を有する液体凝縮相は、既に液相において顔料粒子の分散体であることができ、この液体凝縮相をさらに分離し、液体凝縮相のキャリヤーを除去して、例えば、乾燥粒子として粒子を捕集することができる。公知従来技術の方法と比較して、中間に配置されたメカニカルポンプを使用すること、又はメカニカルポンプと凝縮−捕集ゾーンを同時に使用することによって、このプロセスの捕集／製造効率全体が、少なくとも２５％から１００％以上まで劇的かつ予想外に向上する。
【００１８】
金属ナノ粒子の捕集方法は、室温で固体である金属の蒸気を形成して、その蒸気を不活性なガス状輸送媒体に提供すること；該ガス状流中の該金属の少なくともいくらかを凝固して金属ナノ粒子を形成すること；ガス状輸送環境中の該金属ナノ粒子をドライメカニカルポンピングシステムを介して移動させること；及び該金属ナノ粒子が該ドライメカニカルポンピングシステム内にある間、又は該ナノ粒子が該ドライポンピングシステムを通って移動した後に、該金属ナノ粒子を不活性液体の捕集用媒体と接触させることを含んで成る。この金属は、３０００℃未満の気化温度を有する金属であることが好ましく、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、これら金属の混合物及び合金、並びに所望の場合にはランタニド及びアクチニドですら含む。
【００１９】
反応金属（特にアルミニウム又は銅）粒子と、（アルミニウム又は銅などの）金属粒子、特にナノ粒子の捕集に関して高捕集効率の反応金属（特にアルミニウム又は銅）粒子捕集システムとの組み合せは、アルミニウム又は銅の粒子源と、アルミニウム又は銅粒子のための反応ゾーンと、ドライポンピングシステムと、粒子捕集液又は乾燥捕集面とを含んで成る。反応アルミニウム若しくは銅粒子の捕集液若しくは捕集ゾーンの前に、又は該粒子の捕集液若しくは捕集ゾーンと同時にドライポンピングシステムを配置することにより、粒子を湿らせこれらを凝集させる恐れなくアルミニウム若しくは銅粒子の移動が維持され、捕集効率が向上する。アルミニウム又は銅の粒子源は、通常、蒸発／凝縮システムへの不活性ガスの流入を有する蒸発／凝縮プロセスを含んで成る。その場合、アルミニウム又は銅粒子の少なくとも部分的な凝縮中又は凝縮後に、不活性ガスとともに又は不活性ガスに加えて反応性ガスを導入することにより粒子が反応する。アルミニウム又は銅のナノ粒子表面と緊密に結合又は反応できる蒸気又は液滴として反応体を提供することにより、粒子表面上での現場重合を含む反応の度合い及び均一性に関して優れた制御が大幅に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
室温で固体であるナノ粒子材料、例えば、金属ナノ粒子、金属酸化物ナノ粒子、半金属ナノ粒子、顔料性ナノ粒子材料（例えば、有機材料、金属酸化物）、及び他の顔料の存在は数年来知られているが、既存のプロセスから得られるこれら材料の製造効率は、依然として極めて低い。このことは、高容積のナノ粒子群が必要とされる分野、特に印刷用インク、塗料、ポリマー着色剤、及びトナーの分野の様々な製品において、これら有利な材料の有効性、それゆえ、その利用に関して不利益な結果をもたらしていた。
【００２１】
本発明によるナノ粒子の捕集に関して高捕集効率の粒子捕集システムは、粒子源（特に蒸発源）、メカニカルポンピングシステム、及び粒子捕集面を含む。粒子捕集液媒体の前に、又は粒子捕集液媒体と同時にメカニカルポンピングシステムを配置することにより、早まって粒子を湿らせること及びこれらを凝集させることなく粒子の移動力が維持され、捕集効率が劇的かつ相当に向上する。
【００２２】
捕集ユニットをナノ粒子源と真空ポンプの間に配置することで、システムを真空に維持する上で、及び高い蒸発速度に関連した深刻な問題が生じる。湿式捕集システムはまた、真空環境での操作が困難である。
【００２３】
ナノ粒子源が提供される。顔料源は、粒子が製造されている一次源であることができる（例えば、スパッタリング、噴霧乾燥、蒸発、大気凝縮、及び大気重合など）。さらに、コーティング又は処理プロセスだけのためのナノ粒子源は、粒子が前もって製造され、別個に処理さている二次粒子源であることができる（例えば、コーティング、表面酸化、表面エッチングなど）。これらのナノ粒子は、流れの中で粒子を支持することができるよう十分なガス密度であるガス状媒体に提供される。即ち、ガスが移動する際、粒子を運んでいくよう十分なガスがなければならない。ナノ粒子（例えば１〜１００ｎｍ、好ましくは１〜８０ｎｍ、又は１〜７０ｎｍの数平均直径、及び１〜５０ｎｍほどの小ささの数平均直径を有する粒子）に関しては、０．２５Ｔｏｒｒ、０．４Ｔｏｒｒ、０．６Ｔｏｒｒ、０．７５Ｔｏｒｒ、及び０．９Ｔｏｒｒよりも高い圧力が好ましいが、単に例えば少なくとも０．２５Ｔｏｒｒの低いガス圧が必要とされるにすぎない。
【００２４】
反応したアルミニウム又は銅ナノ粒子の捕集に関して高捕集効率のアルミニウム又は銅の反応粒子捕集システムは、アルミニウム又は銅の粒子源、ドライポンピングシステム、及び粒子捕集面を含む。反応したアルミニウム又は銅の粒子捕集面の前にドライポンピングシステムを配置することにより、粒子を凝集させることなくアルミニウム又は銅粒子の移動力が維持され、捕集効率が向上する。反応性気相を提供することにより、アルミニウム若しくは銅粒子との反応が、気相とアルミニウム若しくは銅粒子表面との間で生じることができるか、又は粒子の分散中に液体が粒子表面を被覆することができ、続いて液体が反応する。アルミニウム又は銅の粒子源は、通常、蒸発／凝縮システムへの少なくとも不活性ガスの流入を有する蒸発／凝縮プロセスを含んで成る。その場合、アルミニウム又は銅粒子の少なくとも部分的な凝縮中又は凝縮後に、不活性ガスとともに又は不活性ガスに加えて反応性ガスを導入することにより粒子が反応する。表面と緊密に結合若しくは反応できる蒸気として、又はアルミニウム若しくは銅の粒子表面を均一に被覆できる液体凝縮物として反応体を提供することにより、粒子表面上での現場重合を含む反応の度合い及び均一性に関して優れた制御が大幅に向上する。
【００２５】
捕集ユニットをアルミニウム又は銅のナノ粒子源と真空ポンプとの間に配置することで、システムを真空に維持する上で、及び高い蒸発速度に関連した深刻な問題が生じることが出願人によって見出された。他の湿式捕集システムは、真空環境での操作が困難であるが、湿式捕集システムの操作は、いくつかの異なる溶剤中にスラリーを提供し、これらのスラリーは、現場重合技術により後処理されて、ナノ粒子を被覆することができる。結果として生じたスラリーは、現場重合法により後処理されて、溶液中の粒子を被覆することができる。結果として生じたスラリー中の粒子は、フルオロポリマー、例えばテフロン及びポリビニリデンジフルオリド（ＰＶｄＦ）で被覆することができる。これは、高圧反応器技術を用いてテフロン又はＰＶｄＦコーティングを提供する以前の作業とは異なる。これは、in-situポリマーコーティング法におけるこれらポリマーの最初に知られた用途である。
【００２６】
凝縮させてアルミニウム又は銅のナノ粒子にすることができる、蒸発したアルミニウム又は銅の金属源が提供される。この金属源は、粒子が製造されている一次源（例えば、スパッタリング、噴霧乾燥、大気凝縮、及び大気重合など）であることができるか、又は好ましくは本発明のプロセス流中で蒸発及び凝縮させることにより提供することができる。ナノ粒子源はまた粒子の二次源であることもでき、この二次源では、粒子が前もって製造され、別個に処理されている（例えば、コーティング、表面酸化、表面エッチングなど）。これらアルミニウム又は銅のナノ粒子は、流れの中で粒子を支持することができるよう十分なガス密度であるガス状媒体に提供される。即ち、ガスが移動する際、粒子を運んでいくよう十分なガスがなければならない。ナノ粒子（例えば０．５若しくは１〜１００ｎｍ、好ましくは１〜８０ｎｍ、又は１〜７０ｎｍの数平均直径、及び１〜５０ｎｍほどの小ささの数平均直径を有する粒子）に関しては、０．２５Ｔｏｒｒ、０．４Ｔｏｒｒ、０．６Ｔｏｒｒ、０．７５Ｔｏｒｒ、及び０．９Ｔｏｒｒよりも高い圧力が好ましいが、単に例えば少なくとも０．２５Ｔｏｒｒの低いガス圧が必要とされるにすぎない。
【００２７】
本発明による分散体を調製することができる方法の限定的でない例は、
ａ）有機、無機金属（後で少なくとも表面酸化される）、金属酸化物、又は顔料若しくは顔料前駆体を、非反応性ガス流又は反応性ガス流の存在下で気化して、超微粒（例えば１〜１００ｎｍの数平均又は質量平均直径）の粒子（特に顔料若しくは顔料前駆体粒子）を提供すること、
ｂ）メカニカルポンプによりガス流中に懸濁された超微粒のナノメートル粒子を液状分散媒に搬送し、例えば、メカニカルポンプは、分散媒の前に配置されているか、又は液状分散媒を含有しており、粒子含有ガスは、分散媒中に流入するか、又は分散媒と緊密に接触しており、これにより媒体中に粒子の分散体を提供すること、
ｃ）（粒子のない）ガスを分散媒から分離すること、並びに
ｄ）分散媒を使用して捕集された顔料粒子を運ぶこと、又は分散媒を随意に顔料粒子から分離して非分散の顔料粒子を提供すること
を含む。
【００２８】
顔料及び有機顔料は当技術分野で周知の材料であり、当業者にとって確立された意味を有する。顔料リスト及び顔料源の有用な概要は、
http://www.marketresearch.com/product/display.asp?ProductID=510628&view=tocに見出すことができ、顔料及び染料に関する参考テキストを購入することができる。このリスト及び参考テキストは、その参照により本明細書に含まれる。有機顔料は、発色団、例えば、アゾ型、フタロシアニン型、キナクリドン型、アントラキノン型、ジオキサジン型、インジゴ型、チオインジゴ型、ペリノン型、ペリレン型、イソインドレン型などを含有する顔料を含む。他の例は当業者とって明らかである。有機顔料の代表例は、Ｆ．Ｈ．Ｍｏｓｅｒ及びＡ．Ｌ．Ｔｈｏｍａｓによる「Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ」，Ｒｅｉｎｈｏｌｄ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９６３）に詳細に記載されている金属フタロシアニンを含む。典型的な金属フタロシアニン及びフタロシアニン化合物は、非置換の金属フタロシアニン、アルミニウムフタロシアニン、アルミニウムポリクロロフタロシアニン、アンチモンフタロシアニン、バリウムフタロシアニン、ベリリウムフタロシアニン、カドミウムヘキサデカクロロフタロシアニン、カドミウムフタロシアニン、カルシウムフタロシアニン、セリウムフタロシアニン、クロムフタロシアニン、コバルトフタロシアニン、コバルトクロロフタロシアニン、銅４−アミノフタロシアニン、銅ブロモクロロフタロシアニン、銅４−クロロフタロシアニン、銅４−ニトロフタロシアニン、銅フタロシアニン、銅ポリクロロフタロシアニン、重水素金属フタロシアニン、ジスプロシウムフタロシアニン、エルビウムフタロシアニン、ユウロピウムフタロシアニン、ガドリニウムフタロシアニン、ガリウムフタロシアニン、ゲルマニウムフタロシアニン、ハフニウムフタロシアニン、ハロゲン置換の金属フタロシアニン、ホルミウムフタロシアニン、インジウムフタロシアニン、鉄フタロシアニン、鉄ポリハロフタロシアニン、ランタンフタロシアニン、フェニルフタロシアニン、リチウムフタロシアニン、ルテチウムフタロシアニン、マグネシウムフタロシアニン、マンガンフタロシアニン、水銀フタロシアニン、モリブデンフタロシアニン、ネオジムフタロシアニン、ニッケルフタロシアニン、ニッケルポリハロフタロシアニン、オスミウムフタロシアニン、パラジウムフタロシアニン、パラジウムクロロフタロシアニン、アルコキシ金属フタロシアニン、アルキルアミノ金属フタロシアニン、アルキルメルカプトフタロシアニン、アラルキルアミノ金属フタロシアニン、アリールオキシ金属フタロシアニン、アリールメルカプトフタロシアニン、銅フタロシアニンピペリジン、シクロアルキルアミノ金属フタロシアニン、ジアルキルアミノ金属フタロシアニン、ジアラルキルアミノ金属フタロシアニン、ジシクロアルキルアミノ金属フタロシアニン、ヘキサデカヒドロ金属フタロシアニン、イミドメチルフタロシアニン、オクタアザ金属フタロシアニン、テトラアザ金属フタロシアニン、テトラ−４−アセチルアミノ金属フタロシアニン、テトラ−４−アミノベンゾイル金属フタロシアニン、テトラ−４−アミノ金属フタロシアニン、テトラクロロメチル金属フタロシアニン、テトラジアゾ金属フタロシアニン、テトラ−４，４−ジメチルオクタアザ金属フタロシアニン、��トラ−４，５−ジフェニルオクタアザ金属フタロシアニン、テトラ−（６−メチルベンゾチアゾイル）金属フタロシアニン、テトラ−ｐ−メチルフェニルアミノ金属フタロシアニン、テトラメチル金属フタロシアニン、テトラ−ナフトトリアゾリル金属フタロシアニン、テトラ−４−ナフチル金属フタロシアニン、テトラ−４−ニトロ金属フタロシアニン、テトラ−ペリ−ナフチレン−４，５−オクタアザ金属フタロシアニン、テトラ−２，３−フェニレンオキシド金属フタロシアニン、テトラ−４−フェニルオクタアザ金属フタロシアニン、テトラフェニル金属フタロシアニン、テトラピリジル金属フタロシアニン、テトラ−４−トリフルオロメチルメルカプトフタロシアニン、テトラ−４−トリフルオロメチル金属フタロシアニン、４，５−チオナフテンオクタアザフタロシアニン、白金フタロシアニン、カリウムフタロシアニン、ロジウムフタロシアニン、サマリウムフタロシアニン、銀フタロシアニン、ケイ素フタロシアニン、ナトリウムフタロシアニン、トリウムフタロシアニン、ツリウムフタロシアニン、スズクロロフタロシアニン、スズフタロシアニン、チタンフタロシアニン、ウランフタロシアニン、バナジウムフタロシアニン、バナジルフタロシアニン、イッテルビウムフタロシアニン、亜鉛クロロフタロシアニン、及び亜鉛フタロシアニンを含む。
【００２９】
使用することができ、かつ商業的に入手可能な他の有機顔料の例は、アントラピリミジンイエロー（Ｃ．Ｉ．顔料イエロー１０８）、ジサゾイエローＧＧ（Ｃ．Ｉ．顔料イエロー１２８）、キナクリドンマゼンダＹ（Ｃ．Ｉ．顔料レッド１２２）、フタロブルーβ（Ｃ．Ｉ．顔料ブルー１５：３）、フタロブルーα（Ｃ．Ｉ．顔料ブルー１５：２）、パーマネントレッド２Ｂ（カルシウム）（Ｃ．Ｉ．顔料レッド４８：２）、キナクリドンマゼンダＢ（Ｃ．Ｉ．顔料レッド２０２）、パリオトールＲＴＭ．イエロー１８３（Ｃ．Ｉ．Ｎｏ．なし）、ジアリーリドイエロー（Ｃ．Ｉ．顔料２１１０８）、ウォチュングレッドＢ（Ｃ．Ｉ．顔料レッド４８）、ペリノンオレンジ（Ｃ．Ｉ．顔料オレンジ４３）、テトラクロロイソインドリノンイエローＲ（Ｃ．Ｉ．顔料イエロー１１０）、ペリレンレッドＹ（Ｃ．Ｉ．顔料レッド２２４）、及びペリレンマルーン（Ｃ．Ｉ．顔料レッド１７９）を含む。他の例は当業者にとって明らかであり、Ｌａｍｂｏｕｒｎｅ（下記）などの参考文献に見出すことができる。
【００３０】
顔料分散体を特徴付けするのに利用可能な方法がいくつかある。最も一般的な方法は、所与のサイズ範囲内にある顔料の質量百分率として表される粒度分布に関する。Ｒ．Ｌａｍｂｏｕｒｎｅは、「Ｐａｉｎｔ ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｏａｔｉｎｇｓ」，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，（１９８７），１３２頁において、顔料の２つの主なクラスに関する典型的なサイズ限界を挙げている。即ち、有機顔料：０．０１〜１．００μｍ（１０〜１０００ｎｍ）、無機顔料：０．１０〜５．００μｍ（１００〜５０００ｎｍ）。
【００３１】
これらの値は、通常の分散技術後に典型的に得られる全体的な粒度範囲を示している。粒度分布は、粒子の形成手段に依存している。機械的な粉砕を用いて粒子を粉砕する場合には、極めて幅広い分布が得られる。例えば、欧州特許第１５４４８３９号明細書は、容易に分散される銅フタロシアニンを得るための方法を記載しており、この方法は、純粋な顔料の化学的前処理を伴う。典型的な結果（この参考文献の表３）は、０．０６９μｍ（６９ｎｍ）の質量平均粒径を示し、分布幅が０．４４０μｍ（４４０ｎｍ）である。本発明のガス蒸発技術を用いることにより、はるかにより狭い分布が得られる。
【００３２】
ガス輸送媒体は、アルミニウム若しくは銅粒子と反応性であることができるか、又は反応性であった可能性があり、或いはガス中に幾つかの残留反応性材料を有することができる。主として支持面及び捕集面を保護するためには、（同時又は好ましくは後でフロー流中に提供できる明確な反応性成分とは異なり）最初に接触する気相は、装置環境に対して比較的不活性であることが好ましい。窒素、二酸化炭素、空気などのようなガスが好ましい。
【００３３】
ガス輸送媒体及びアルミニウム又は銅ナノ粒子のための推進システムは、ガス用ドライメカニカルポンピングシステムである。潤滑剤による粒子の汚染を防止するために、ドライポンピングシステムが使用される。これらのガス用ドライポンピングシステムは、空気、微粒子及び蒸気を、ポンプ内で捕集することなしに運搬することで半導体産業においてよく知られている。これらは、オイルレスシールを利用してポンプ入口での真空条件を維持するポンピングシステムである。文献におけるこのようなドライポンプ及びドライ真空ポンプの例は、米国特許第４，４５２，５７２号明細書（Ｒｏｂｅｒｔ Ｅｖａｒｄ）に見出され、このポンプは、通常の真空ポンプに対する付加的な段として作用するときに乾燥真空を作り出す。この文献で言及される管状ダイヤフラムは、ダイヤフラムをポンプチャンバ本体の輪郭に一致させ、そうして上側バルブを介したガスの放出を可能にするようダイヤフラムを横切って圧力差を許容する。米国特許第５，９７１，７１１号明細書には、ルーツ系ポンプに基づくドライポンプを含むポンプのための制御システムが記載されている。
【００３４】
米国特許第６，０５０，７８７号明細書は、磁気応答性の弾性管を含んで成るドライポンプを提供しており、この管は、管の端部又は端部付近に入口及び出口ポートを備えたシャフトの上に伸び、それによりシャフトをシールしている。入口ポートに局在して、密閉本体内に磁界が発生する。この磁界は管に対して実質的に同心であり、次いで、管が磁界に向かって周方向に膨張することにより反応する。これにより、管とシャフトとの間に所定の容積が形成され、磁界の影響範囲外にある管の長さは、シャフト上でシールされたままである。ポンプの軸に沿って磁界が続いて移動することにより、この容積及びその容積内にそのとき包囲されている任意の媒体が、入口ポートから出口ポートに搬送され、磁界が低下すると、容積は消耗する。このサイクルにより、ポンピング作用が生じる。
【００３５】
メカニカルドライポンプの他の一般的な開示は、米国特許第６，０９０，２２２号明細書；同第６，１６１，５７５号明細書;同第５，８４６，０６２号明細書において提供されている（そこでは、二重シャフトを有するスクリュー型ドライ真空ポンプが記載され、それによりプロセスガスは、３つの区画、ガス流入ポンプ区画、中心駆動モーター区画、及びガス排出ポンプ区画を通して搬送される）。ポンプの中心に駆動モーターを配置することにより、一方の端部のみ支持された二重シャフトを有するポンプを設計することが可能になり、したがって、ポンプの自由端にローターを取り付けることが可能になる。これらの自由端は、ポンプ区画を修理するために容易に取り外すことができる端板で閉じられている。磁気カップリングによって二重シャフトポンプを同期的に操作することで、より低い電力消費を可能とし、かつ操作可能な圧力範囲を広げることができる。
【００３６】
アルミニウム又は銅ナノ粒子のための捕集用媒体は、静電表面捕集体、静電フィルター捕集体、多孔質表面（例えば、溶融粒子表面）、遠心捕集体、湿式スクラバー、液状媒体捕集体、及び物理フィルター捕集体を含んで成ることができる。（液体と微粒子が続いて分離される）液状媒体捕集体は、本発明の実施により適している。湿式スクラバーとしても知られるこれらの液状捕集用媒体は、より揮発性の溶剤をナノ粒子の形成チャンバから離して利用できるようにするプロセス及びセーフティファクタによって、この配置により適している。湿式スクラバーはまた、特にフルオロポリマーコーティングの場合に、現場重合によるポリマーコーティング及び後処理に適したスラリーを提供する。この例は、テフロン、ポリビニリデンジフルオリド（ＰＶｄＦ）、及びこれらの各コポリマーである。これは、高圧反応器技術を用いてポリマーコーティングを達成する当該分野における以前の作業とは異なる。この技術は、金属粒子、顔料、酸化物、及び窒化物をコーティングするのに使用できる。これは、in-situポリマーコーティング法におけるこれらポリマーの最初に知られた用途である。
【００３７】
ナノ粒子源、ドライポンプ、及び捕集体の本配列を使用することで、通常の源、フィルターポンプシステムと比較して、同じナノ粒子源が存在し、同じフィルター及び同じポンプが異なる順序で使用される場合でさえ、粒子捕集効率が１００％も向上することが見出された。さらに、ポンピングスキームのこの配列を利用することで、ナノ粒子の捕集に利点を与えることができる。ナノ粒子を含んだガス流とともに低揮発性溶剤をポンプ入口に注入することにより、ドライポンプは、９０％を超える捕集効率で以って湿式スクラバーとして利用することもできる。好適な溶剤は、種々に利用可能なＩｓｏｐａｒ（登録商標）媒体、及びＰｕｒａｓｏｌｖ（登録商標）媒体である。
【００３８】
プロセスの製造効率を劇的に高める独自の捕集及び反応法とともに、蒸発法を用いることによって金属の小粒子が調製される。このプロセスは、金属を蒸発させること、次いで、メカニカルポンプを提供することを含んで成り、このメカニカルポンプは、気相金属を液体凝縮−捕集ゾーンに引き込むか、又はメカニカルポンプ内に液体凝縮−捕集ゾーンを合せもつ。金属材料を凝縮除去した後に残る非金属のガス状材料を材料流から回収し、一方で、凝縮した金属粒子を有する液体凝縮相を分離し、液体凝縮相のキャリヤーを除去して粒子を捕集する。公知従来技術の方法と比較して、中間に配置されたメカニカルポンプを使用すること、又はメカニカルポンプと凝縮−捕集ゾーンを同時に使用することによって、このプロセスの捕集／製造効率全体が、少なくとも２５％向上する。
【００３９】
ナノ粒子材料、例えば、金属、有機材料、金属酸化物、及び他の顔料の存在は数年来知られているが、既存のプロセスから得られるこれら材料の製造は、依然として極めて低い。このことは、特にナノ粒子アルミニウムに関するエネルギー材料の分野の様々な製品において、これら材料の有効性、それゆえ、その利用に関して不利益な結果をもたらしていた。この材料の軍事及び民間用途のうちいくつかは、最終製品に組み込むのに適した、又は研究及び開発作業でこれらの材料を少なくとも検査するのに適した大きな規模でこの材料が供給されないために未達成のままである。
【００４０】
金属などのナノ相材料を形成するのに最も頻繁に用いられる技術は、不活性ガス凝縮法又は動的ガス凝縮法（Ｓｉｅｇｅｌ，Ｒ．Ｗ．及びＥａｓｔｍａｎ，Ｊ．Ａ．のＭａｔｅｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，１３２，３頁，１９８９；並びにＧｒａｎｑｕｉｓｔ，Ｃ．Ｇ．及びＢｕｈｒｍａｎ，Ｊ．のＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，２２００頁，１９７６）である。この技術では、金属を気化して、低圧の不活性ガス流束と接触させることにより再凝縮させる。アルミニウムを溶融及び気化してナノ相金属に変換するのに用いられる典型的な方法は抵抗加熱である。タングステン若しくはタンタルの加熱部材、又は金属間セラミックバーを使用して、材料の高温表面と接触させることによる伝導加熱によりアルミニウムを蒸発させる。アルミニウムは、合金プロセスによりほとんどの金属を侵食することができるので、金属加熱部材に関しては金属間セラミックスの使用が好ましい。これにより、過増幅などによって抵抗回路の短絡が生じる。その結果、アルミニウムの蒸発においては、金属間材料（ＡｌＮ、ＢＮ及びＴｉＢ２）が使用されている。産業的には、アルミニウムは、抵抗加熱された金属間バーを使用することにより、異なる基材（Ｍｙｌａｒ、Ｎｙｌｏｎなど）上に蒸気被覆される（Ｐｌｏｏｓ，Ｓ．，Ｖａｎ Ａｓｔｅｌ，Ｊ．Ｊ．Ａ．及びＫｏｏｉ，Ｅ．のＪ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃ．，１２０，８４０頁，１９７３；Ｒｙｎｅｅ，Ｄ．Ｍ．のＳｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｅｃｈ．，１１，４８頁，１９６８；Ｌｅａｒｎ，Ａ．Ｊ．のＪ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２３（６），８９４頁，１９７６；並びにＬｅａｒｎ，Ａ．Ｊ．のＴｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ ２０，２６１頁，１９７４）。
【００４１】
図１に示すように、本発明の分散体を提供するための装置１０は、炉１２を含んで成る。炉１２はその中に坩堝１４を有し、坩堝１４は、外部電源（図示せず）に接続された電極１５により支持され、かつ気化可能な顔料１６又は顔料前駆体１７を含有する。ガス取り入れ管１８により、非反応性ガス１９を炉１２に導入して微粒子２０を包囲し、その形成を助長して、移送管２２を介した捕集容器２４への粒子の搬送を容易にする。捕集容器２４は液状分散媒２６を含有している。管端部２１を有する移送管２２により、搬送顔料粒子２０及び非反応性ガス１９が、媒体２６中に泡立つことができるか（図１）、又は管端部２３を有する移送管２２を通って搬送される搬送顔料金属粒子２０及び非反応性ガス１９が、媒体２６に衝突することができる。液状媒体２６からのいかなる蒸発液も捕集容器２４へ戻すよう凝縮器３２が設けられている。凝縮器３２はトラップ３８とポンプ４０に接続されている。ポンプ４０は、使用前又は使用中に装置１０全体を排気するために使用される。バイパスバルブ３４とバイパス管３６により、金属１６の蒸発を開始する前の炉１２の簡易な排気が可能になる。バルブ４２及び４４によって、ポンプ４０から装置１０を分離することができる。
【００４２】
本発明の分散体を提供するための他の反応器設計を考えることができる。このような他の反応器は、メカニカルポンプの位置が、気相中に保持される金属粒子の気相を生成するためのシステムの後にあり、かつ凝縮／捕集ゾーンの間にあるか又はこのゾーンと一致している限り、Ｍｅｔａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｉｎ Ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｊ．Ｒ．Ｂｌａｃｋｂｏｒｏｗ及びＤ．Ｙｏｕｎｇ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ），１９７９に記載されているような回転式金属原子反応器、並びにＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，１３，７４９（１９７４）に記載されているような回転式ディスクアセンブリを含む。両タイプの反応器は、金属粒子の分散体を生成するのに使用できる。さらに、直接蒸発させて、離散的な金属分子を生成できる金属をこれらの反応器に使用し、本発明の分散体を調製することができる。
【００４３】
抵抗加熱に加えて、金属に熱を適用する他の手段を考えることができる。これらの手段は、レーザー加熱、誘導加熱、プラズマジェット、プラズマアーク放電、レーザーフラッシング、スパッタリング、及び当業者に公知の他の手段を含む。
【００４４】
抵抗加熱されたバーは、高真空（＜１０−５Ｔｏｒｒ）中で最大１６００℃の温度に達することができる。図１のデータからアルミニウム金属を「フラッシュ」蒸発させるためには、これらの温度では約５Ｔｏｒｒ以下の圧力が必要とされる。異なる方法（Ｈｏｎｉｇ，Ｒ．，１９７８ Ｊａｎｎａｆ Ｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔａｂｌｅｓ；及びＳｔｕｌｌ，Ｄ．，Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，３９，５１７頁，１９４７）によって計算及び測定されたアルミニウムの蒸気圧曲線から、これら異なる方法の間には幾つかの一致はあるものの、１つの方法によっては高速蒸発が予想されるが、他の方法では予想されない広範囲の操作条件があるということが観測される。これらの領域において試験するしか、高い生産速度で不活性ガスの凝縮システムを操作するための適切なパラメータを検証することはできない。
【００４５】
「フラッシュ」蒸発とは、溶融金属が或る条件下でアルミニウムの沸点を超えて過熱され、瞬時に蒸気に変換される状態である（Ｌｅａｒｎ，Ａ．Ｊ．，Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，２０，２６１頁，１９７４）。高真空システムでは、適量のエネルギーが利用可能であれば、アルミニウムの溶融及び気化の両方を比較的容易に支援することができる。しかしながら、抵抗加熱法の場合、一度に利用可能なエネルギーは、少量の材料を気化するのに十分なものでしかでない。このような理由から、抵抗加熱／気化法とともにワイヤ供給機構がしばしば一般に使用される（Ｒｙｎｅｅ，Ｄ．Ｍ．，Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｅｃｈ．，１１，４８頁，１９６８；Ｌｅａｒｎ，Ａ．Ｊ．，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２３（６），８９４頁，１９７６）。加熱及び気化の伝導方法のように、抵抗加熱法での伝導により伝達されたエネルギーは、ワイヤ供給機構によって供給された少量の材料を連続的に蒸発させる小さな接触面を使用することで最大にされる。ワイヤ供給機構は、抵抗加熱／気化技術の要件に独自に適合しており、その場合、蒸発／生産速度は、伝導方式により蒸発させることのできるアルミニウムの量に適合するが、それを超えないワイヤ供給機構の速度によって決定される。しかしながら、高い電圧及び供給速度でさえ、最終的な生産速度は、アルミニウムナノ粒子を製造するのに産業上適した方法ではない。典型的な抵抗バーは４ボルト及び８３０アンペアで作用し、３３２４ワットの電力を消費する。得られる温度は約１５００℃である。典型的な蒸発速度はバー１本当たり０．１０ｇ／分である。これはかなり低く、蒸気コーティングに適した凝集体の生産速度を形成するために、しばしば数組の抵抗バーが使用される。これは、商業目的のＭｙｌａｒポリエステル及びナイロンのウェブコーティングについて典型的に行われているように、基材を０．２μｍ未満の深さに蒸気コーティングするには十分である。これは蒸気コーティングの操作には十分であるものの、大規模なナノ粒子製造のために規模を拡大できる処置ではない。
【００４６】
抵抗加熱はまた他の欠点も有している。蒸気をナノ粒子に核形成するのに必要な不活性ガスへの暴露の際、温度勾配が対流により抵抗加熱されたバーに生じることが観測された。バーの両端は、アルミニウム金属がバー上に供給される中央よりも高温である。このことは２つの結果をもたらす。第一に、アルミニウム金属を気化するのに必要とされる過剰なエネルギーは、不活性ガス流の対流加熱により失われる。第二に、バーの温度も対流損失によりかなり低下する。この温度低下により、システム全体の操作パラメータ（温度、圧力）が望ましくない領域に入ってしまう。相対比較するならば、望ましくない結果は、水が直接水蒸気に変換される場合、その沸点を超えて水が過熱されるときに生じる急速な蒸発及び水蒸気の発生に対して、水の沸点を下回る水のゆっくりとした蒸発に相当する。
【００４７】
ガス流をシステムに導入することにより生じる付加的な圧力もまた１つのファクタである。最も低い真空ポンプでさえ、ガスをシステムに導入せずに、閉じた真空システムで５０ｍＴｏｒｒ未満の最終圧力に達することができる。真空チャンバにガス流を加えることにより、このベース圧力は相当に変化する。というのも、真空付近での周囲条件ガスの膨張により、システムから放出しなければならより高容積のガスが生成するからである。このベース圧力はまた、システムに真空チャンバ及びトラップがあることで生じるラインの膨張及び収縮によっても上昇する（Ｂｒｕｎｎｅｒ，Ｗ．Ｆ．及びＢａｔｚｅｒ，Ｔ．Ｈ．，「Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｖａｃｕｕｍ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」，Ｋｒｉｅｇｅｒ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９７４；並びにＯ’Ｈａｎｌｏｎ，Ｊ．Ｆ．，「Ａ Ｕｓｅｒ'ｓ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｖａｃｕｕｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」，Ｗｉｌｅｙ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９８０）。
【００４８】
抵抗加熱されたバー上にガスを接触させることで観測される温度低下と結びついたベース圧力のこのような上昇により、システムの操作パラメータは、蒸気圧曲線を下回るものになる。
【００４９】
不活性ガスの凝縮プロセスが妥当な生産速度で作用するためには、システムに適したガスの流量及び圧力特性を維持しながら、システムの高い操作温度を可能とする金属の気化方法、この場合、アルミニウムの気化方法を見出さなければならない。
【００５０】
材料の高い気化速度は、誘導加熱によりもたらすこともできる。金属それ自体に直接結合して金属を加熱及び気化することができるために、誘導加熱は、大規模な生産方法で利用するための明白な技術である。利用可能なエネルギーを金属それ自体に直接入力することができるので、温度及び圧力の点でより大きな操作窓であることもできる。使用される小規模の誘導ユニットは、Ｍａｒｋ ６，１０ｋＨｚ，１５ｋＷ Ｐｉｌｌａｒユニットであることができる。コイル及びライン損失のために、誘導坩堝中の金属装入物への導入に関して１５ｋＷのうち８０％（１２ｋＷ）しか利用できない。アルミニウム金属の反強誘電性挙動により、金属装入物と効果的に結合してそれを加熱及び気化することができるのは、この電力のうち３０〜５０％だけである。このことは、１時間当たりユニットから２〜３ポンドのアルミニウムしか蒸発させることができないことを意味する。この技術と、金属の溶融及び気化とを関連させることは、第２次世界大戦以来相当に確立されている（Ｄａｖｉｅｓ，Ｅ．Ｊ．及びＳｉｍｐｓｏｎ，Ｐ．の「Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｈａｎｄｂｏｏｋ」，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，Ｌｏｎｄｏｎ，１９７９；Ｄａｖｉｅｓ，Ｅ．Ｊ．の「Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ」，Ｐｅｒｅｇｒｉｎｕｓ，Ｌｏｎｄｏｎ，１９９０）。本明細書で使用した１５ｋＷユニットから得られた結果は、注文設計及びこれらのシステムに利用可能な製品に応じて、標準的な６００ｋＷユニット又はより高い電力に規模を拡大することができる。真空チャンバ及び誘導コイルは容易に利用可能であり、又は容易に製造することができる。これは、このプロジェクト中に開発された非公開のシステムの第１部分を含んで成る。システムの第２の部分は真空ポンピングシステムであり、このシステムは、蒸気コーティング及び半導体の産業により十分に確立かつ開発されている。システムの第３の部分は、アルミニウムナノ粒子の捕集、及び液状媒体への該粒子の分散である。システムの最後の部分は、ナノ粒子を保護ポリマーコーティングで被覆して酸化を防止するプロセスのフルオロポリマーコーティング部分である。
【００５１】
アルミニウムナノ粒子の捕集はまた、ナノ微粒子スラリーの製造に関しても問題である。ナノ相材料を製造しようという以前の試みのほとんどは、超低真空条件で金属供給原料を気化すること、並びに熱泳動法により液体窒素のコールドフィンガーシステムに形成されたナノ粒子を捕集すること、又は衝突及び沈降により大容積膨張チャンバの壁上に形成されたナノ粒子を捕集することから成っていた（Ｓｉｅｇｅｌ，Ｒ．Ｗ．及びＥｓｔｍａｎ，Ｊ．Ａ．のＭａｔｅｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，１３２，３頁，１９８９；Ｇｒａｎｑｕｉｓｔ，Ｃ．Ｇ．及びＢｕｈｒｍａｎ，Ｊ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，２２００頁，１９７６）。このことは、固有の未凝集ナノ粒子を形成できないことを含め、捕集において幾つかの不利を有する。平均粒度が１０ｎｍ未満であると主張されているが、これは主に形成された材料結晶子の一次粒度である。これらの結晶子は凝集して、捕集プロセス中にこの平均結晶子サイズよりもはるかに大きな粒度になる。この捕集法はまた、純粋な金属システムに関する酸化の問題を引き起こす。というのも、乾燥した反応性ナノ粒子の表面は、更なる処理の前に何らかの方法で不動態化する必要があるからである。これは典型的には、薄い酸化物層を形成して制御されていない雰囲気中でナノ粒子が燃焼する可能性を排除するよう、酸素をチャンバへ制御した状態で流入することでナノ粒子の外面を酸化して行われる。この酸化は、ナノ粒子のバルク中にある有用な燃料を本質的に破壊する。アルミニウム金属に関する殆どの不動態化層は、深さが最大１０ｎｍである。３０ｎｍ以下の直径の粒子に関しては、この深さは、存在する金属のほとんどを占める。しかしながら、より薄い不動態化酸化物の層は達成が困難であった（Ｇｒａｎｑｕｉｓｔ，Ｃ．Ｇ．及びＢｕｈｒｍａｎ，Ｊ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，２２００頁，１９７６；Ａｕｍａｎｎ，Ｃ．Ｅ．、Ｓｋｏｆｒｏｎｉｃｋ，Ｇ．Ｌ．及びＭａｒｔｉｎ，Ｊ．Ａ．，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｂ，１３（３），１１７８頁，１９９５；Ｄｉｘｏｎ，Ｊ．Ｐ．，Ｍａｒｔｉｎ，Ｊ．Ａ．及びＴｈｏｍｐｓｏｎ，Ｄ．の米国特許第５，７１７，１５９号明細書（１９９７年２月））。
【００５２】
液体中の捕集は２つの利点をもたらす。第一に、このような捕集は、一時的な液体被膜を粒子表面に与えることにより粒子表面を酸化から保護する。第二に、このプロセスは、安全に取り扱うことができるスラリーを提供する。液状分散媒は、溶剤、ポリマー、モノマー、又はプレポリマーであることができる（Ｄｉｘｏｎ，Ｊ．Ｐ．，Ｍａｒｔｉｎ，Ｊ．Ａ．及びＴｈｏｍｐｓｏｎ，Ｄ．の米国特許第５，７１７，１５９号明細書（１９９７年２月）；Ｈｅｎｄｒｉｃｋｓｏｎ，Ｗ．Ａ．，Ｗｒｉｇｈｔ，Ｒ．Ｅ．，Ａｌｌｅｎ，Ｒ．Ｃ．，Ｂａｋｅｒ，Ｊ．Ａ．及びＬａｍａｎｎａ，Ｗ．Ｍ．の米国特許第５，０３０，６６９号明細書）。
【００５３】
蒸発顔料に関する以前の研究において、顔料ナノ粒子を即座に分散することは、捕集液中にナノ粒子の安定な分散を形成するのにしばしば有益であることが見出された。以前利用されていた捕集システムは、捕集液を介してダスト含有ガスを泡立たせ、ガスそれ自体からナノ粒子材料を取り除くスパージユニットであった。
【００５４】
ナノ粒子の酸化を防止するためにフルオロポリマーコーティングが、本プロジェクトの背景となる研究において当初使用された。このコーティングの適用は、初期の試みではＧＥＲシステムにより形成された非水性スラリー中のアルミニウムナノ粒子の上に、コーティングを現場成長させることによって行われた。これは、ポリスチレン、ポリアニリン及び他のコーティングを無機酸化物に適用した研究と類似している。フルオロポリマーの使用は、反応性アルミニウムナノ粒子の外側に、柔軟な、亀裂を生じないコーティングを提供するためのものであった。これにより反応性表面を酸化から保護し、さらにまた、高エネルギー性のアルミニウム／フッ化物反応からシステムをそれ以上に増進させて、三フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）を形成する。フルオロポリマー及びそのコポリマーのこのような形成は、Ｖｉｔｏｎ（登録商標）フルオロポリマー及びＰＶｄＦの製造において数年来行われている。先の粒子コーティング試験とは対照的に、これらの重合反応は、ガス状フルオロモノマーを液化して、重合が妥当な速度で進行できるよう高圧反応器において行うことが必要である。しかしながら、この技術は十分に開発されており、標準的な装置及び部品がこのプロセスに利用可能である。ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）及びそのコポリマーＶｉｔｏｎ（登録商標）などのフルオロポリマーが、１９６０年代初頭から産業的規模で商業生産されている（Ｒｅｘｆｏｒｄ，Ｄ．Ｒ．の米国特許第３，０５１，６７７号明細書；及びＬｏ，Ｅ．Ｓ．の米国特許第３，１７８，３９９号明細書）。
【００５５】
本明細書で利用した本発明による所有権をもったプロセスに関する初期のシステム構成を図１に示す。このプロジェクトにおいては当初、パイロットシステムに関するコイル及び坩堝のサイズを最適化することに力を入れた。これらの最適化は、本発明の実施範囲に関する限定と解釈されることを意図するものではなく、これまで実施された操作の規模の中で本発明を実施する最良の態様に関して有益であるにすぎない。金属及び金属酸化物とともに使用するための最良のパイロットシステム用コイルは、普通の銅管から作製された直径２．７５インチ（７．９ｃｍ）、巻数６、高さ６インチ（１５．２）のコイルであった。このコイルは、直径２〜２．５インチ（５．１〜７．０ｃｍ）、高さ２インチ（５．１ｃｍ）のシステム用坩堝を保持し、坩堝には最大６０グラムの材料を装填することができる。コイルには最初ＳｉＣセメントが被覆され、これにより坩堝を絶縁し、かつアルミニウムの堆積からコイルを保護する。金属窒化物、他の金属炭化物、及びセラミックスなどのような他の無機コーティング、不活性コーティング、非反応性コーティング、熱安定性コーティングをさらに又は代わりとして使用することができる。図２の概略図は、坩堝から核形成された蒸気が、小型の煙突／ファンネルに運ばれ、真空システムからの吸引作用を利用して液体捕集容器にスパージされる初期の真空チャンバ構成を示す。主としてアルミニウムについて上述したが、後でより詳しく述べるように、本発明の実施においては、３０００℃未満の気化温度を有するすべての金属が有用である。
【００５６】
誘導ユニットは、１５００〜１６００℃及び４〜６Ｔｏｒｒで１〜２時間未満においてアルミニウム金属装入物を気化するように考えられるが、従来技術の液体捕集システム（ポンプが凝縮／捕集ゾーンの後に配置されているので、捕集／凝縮ゾーンの遠位に又はそれを越えて配置されたポンプから気相に加えられる低減した圧力により、気相が液体の凝縮用媒体に導入される）が産出する分散体１リットルの濃度は１％未満であることがしばしばあり、粒子として捕集されるべき蒸発材料の５０ｗｔ％に近い収率までしか実験室では最適化されなかった。このプロセスの材料収量は、蒸発されたアルミニウム各６０ｇに関して２〜３g未満であることがしばしばであった。プロセスは、本発明のパイロット構造で利用した抵抗加熱器と同じガスの流量及び温度の一般パラメータで操作したが、材料の捕集は非常に低いままであり、蒸発材料の５０ｗｔ％を超えることは決してなかった。
【００５７】
ナノ粒子の低い生成の原因と考えられる主な理由は、スパージ容器（凝縮／捕集容器）の捕集効率が非常に低いことであった。このタイプのシステムは、ナノ粒子を捕集するための理想的な方法では必ずしもないが、より小さい抵抗システムでは以前は十分に作用していた。真空トラップ及び凝縮器はまた、スパージ液を切り抜けた過剰の材料を含有するようには見えなかった。従来技術の捕集システムの不備を説明するために提案した別の理由は、（アルミニウムなどの）ナノ粒子が、炉における真空吸引に沿って移動せず、遠位又は後ポンピングシステムによって液体捕集システムに搬送されなかったということである。形成したアルミニウムナノ粒子が、真空チャンバの壁及び管の上に、並びに坩堝それ自体の上に溜まると考えた。これらの領域に材料が蓄積することから、このことが、システムからのナノ粒子の低い生成に関する主な原因の１つであると考えた。次いで、図２に示す炉の構成に変更を加えて、ナノ粒子の収率を高め、ナノ粒子をチャンバの外へ搬送するようにした。この新しい炉の構成は、ファンネル捕集システムの代わりに（例えば、その内部が、窒化物、炭化物、又は他の熱的に安定な無機の非反応性（蒸気相に対して）材料、及び特には無機材料で被覆できる）高純度の真直ぐなアルミナ管を使用することから構成された。このアルミナ管は誘導コイル内に収容され、坩堝がアルミナ管内部のセラミックロッドにコイルと同じレベルで吊るされる。さらに、金属蒸発の間、及びナノ粉末、ナノ微粒子の生成プロセスの間、溶融金属の挙動を観察するために、坩堝及びアルミナ管の真上に覗き窓を設けた。これら製造工程の間、坩堝において金属が溶融しかつ蒸発することの第１の観察により、以前に報告されていない２つの事柄が本発明者らに明らかになった。金属はかなり高い速度で蒸発するが、さらには、相当な量の溶融金属（約３０〜４０ｗｔ％）が、チャンバからナノ粒子のスモークを運ぶアルミナ管の壁上にスパッタリングされた。本発明者らによりなされた第２の観察は、生成したアルミニウム蒸気のほとんどが、実際にはセラミックガイド管のより冷えた表面上にすっかりコーティングされているということであった。蒸気のこの高い生成は、不十分なガス流量がシステムに流入した結果であることが発明者らによって見出された。本発明の実施におけるガス流量は、より小さな抵抗蒸発システムにおいて使用されたのと同じレベル（１リットル/分）で当初維持された。これらのパラメータは、より小さなシステムのより低い蒸発速度では良好に機能したが、本発明の実施範囲内であっても、誘導システムにおいてより高い蒸発速度で生成された蒸気の全てを核形成するには不十分であった。それゆえ、蒸発速度が高くなるのに伴って、ガス流量を大きくすることが望ましいとわかり、これらのガス流量は、本発明の実施に応じて最も効率的に提供することができる。低いガス流量で多量の蒸気が形成されるものの、この蒸気は、後に捕集可能なナノ粒子に変換されることはなかった。研究の第２の局面は、これらの誤りを是正すること、及びプロジェクトをさらにスケールアップすることから構成された。
【００５８】
当初、本プロジェクトは、顔料形成作業が最大約２リットル／分の流量で実施される米国特許第５，０３０，６６９号明細書に記載されているような、従来技術の蒸発粒子形成システムからＭＫＳガス流量計を利用した。この流量により、現在の配置にあるポンピングシステムで以って６Ｔｏｒｒ未満の全体チャンバ圧力が得られるが、その圧力は、現在使用されているガス流量によって１５００℃で坩堝から生成される蒸気を核形成するには十分でない。プロセス中に生成する金属スパッタの量は、坩堝の壁厚を増大させて誘導電界と溶融金属との結合を回避することにより排除した。セラミックガイド管を通って流れ、蒸気形成の間、坩堝の周りを巡る窒素又はアルゴン何れかの不活性ガス量を増加させることにより、生成するナノ粒子量がほぼ１００％の変換率に向上した。坩堝の壁厚を増大させて金属スパッタを低減すると、坩堝に装入できる材料の量もまた減少し、蒸発プロセス中に溶融金属をコンスタントに再装入することが必要となる。このプロセスの実施を可能にする手動式のワイヤ供給装置を設置した。アルミニウム蒸気を核形成するのに必要とされる増大したガス量は、０〜１リットル／分のＭＫＳガス流量計のマニホルドを用いて先ず供給したが、これでは不十分であるとわかったので、より大きな０〜２０リットル／分のＭＫＳガス流量計を購入し取り付けた。アルミニウム蒸気を核形成するのに必要な不活性ガスの量は、通常１０〜１２リットル／分の流量であった。アルミニウム蒸気を核形成するのに必要な増大したガス量は、システムの性能パラメータに関して予期せぬ結果をもたらした。所要ガス量が増加すると、システムの全体圧力が約１３〜１５Ｔｏｒｒに上昇した。２７ｍ３／ｈのＡｌｃａｔｅｌ（登録商標）真空ポンプ（１５立方フィート／分［ｃｆｍ］）の代わりに、Ｌｅｙｂｏｌｄ（登録商標）Ｅ−１５０真空ポンプ（１００ｃｆｍ）を使用して、システム全体の圧力をさらに低下させ、増大した所要ガス流に適応させた。アルミニウムナノ粒子用の典型的な捕集液は、Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇ、このプロセスに関する以前の調査で用いた液体トナーの研究において利用される脂肪族炭化水素であった（Ｍａｔｉｊｅｖｉｃ，Ｅ．，Ｃｈｅｍ．Ｍａｔ．，５，４１２頁，１９９３；Ｊｏｈｎｓｏｎ，Ｊ．Ｅ．及びＭａｔｉｊｅｖｉｃ，Ｅ．，Ｃｏｌｌ．Ｐｏｌｙ．Ｓｃｉ．，２７０，３５３頁，１９９２；Ｈｕａｎｇ，Ｃ．，Ｐａｒｔｃｈ，Ｒ．Ｅ．及びＭａｔｉｊｅｖｉｃ，Ｅ．，Ｊ．Ｃｏｌｌ．Ｉｎｔ．Ｓｃｉ．，１７０，２７５頁，１９９５；Ｈｕｎａｎｇ，Ｃ．及びＭａｔｉｊｅｖｉｃ，Ｅ．，Ｊ．Ｍａｔ．Ｒｅｓ．，１０（５），１３２９頁，１９９５；Ｐａｒｔｃｈ，Ｒ．Ｅ．，Ｇａｎｇｏｌｌｉ，Ｓ．ｇ．，Ｍａｔｉｊｅｖｉｃ，Ｅ．，Ｃａｉ，Ｗ．及びＡｒａｊｓ，Ｓ．，Ｊ．Ｃｏｌｌ．Ｉｎｔ．Ｓｃｉ．，１４４，２７頁，１９９１）。
【００５９】
Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇは、それを用いて作業するのに容易でかつ安全な溶剤であるが、コーティングプロセスを実施した後に、被覆されたナノ粒子から除去することは極めて困難である。その後の処理におけるこれらアルミニウムスラリーの利用能力を向上させるために、捕集後に完全に蒸発させて、アルミニウムナノ粒子などのナノ粒子を後に残すことができるヘキサン溶剤などのより揮発性の有機溶剤中で捕集を開始した。高蒸気圧の溶剤は、システム全体の操作圧に不利に影響を及ぼすが、捕集容器をヘプタン／液体窒素スラリー中で冷却することにより、その蒸気圧が無視できる十分な温度までヘキサン溶剤が冷却されることがわかった。さらに、より低い温度を用いることで、可燃性のヘキサン蒸気に関連した危険を排除した。次いで、不活性高分子成分（例えば、フルオロポリマーコーティング）をナノ粒子に適用できる任意の高圧ポリマー反応器において、ヘキサンアルミニウムスラリーを処理した。Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）は、空気への暴露から反応性アルミニウムナノ粒子を保護する非揮発性溶剤であるので、Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇ中のアルミニウムナノ粒子分散体は、本質的に非常に安全であった。それと対照的に、ヘキサン溶剤は、通常の周囲条件への暴露により蒸発し、捕集しかつ再循環させることのできる揮発性溶剤であった。捕集／凝縮ゾーンに変更を加えて、システムからの取り外し後に捕集容器が高圧反応容器として作用するのを可能にすることができる。このことは、２リットルのステンレス鋼反応容器の下半分を使用して行うことができる。この容器は、単なるステンレス鋼の２リットル容器にすぎない。この容器は、２つのボールバルブを取り付けた特注のカバーを備えることができる。ボールバルブを閉じて真空ポンプシステム及び蒸発チャンバから捕集容器を密閉することにより、この改良型捕集／反応容器を従来技術のシステムから取り外すことができる。そうして、この捕集／反応容器を従来技術のシステムから取り外して、不活性雰囲気のグローブボックス中に置くことができた。このグローブボックスにおいて、本システムの取り外し後に高圧反応器の上部を捕集容器の上に置くことができる。次いで、反応容器をグローブボックスから取り出し、反応容器にガス状フルオロモノマーを装入して、コーティングプロセスの進行を可能とすることができる。それまで主として真空ガラス構造であった従来技術のシステムは、現在では、システムの安全性を高めるために（付加的な保護コーティングの有無にかかわらず）ステンレス部品とパイプから構成されている。
【００６０】
さらに、システムの作業温度を高めるために作業を続けた。得られた坩堝の最大温度は約１５００〜１６００℃ではあったが、システムの操作圧力は依然として約１５Ｔｏｒｒであった。システムに対してポンピングをさらに２段階グレードアップすると、フローキャパシティは１分当たり３５０立方フィート（ｃｆｍ）を上回る大きさに増大したものの、蒸発チャンバの圧力は、発生したアルミニウム蒸気をナノ粒子に核形成するのに必要とされる要求流量で約１２Ｔｏｒｒのままであった。誘導ユニットから得られる最大温度は１６００℃のままであったので、期待することのできるこのシステムの最良の蒸発速度は約０．５ｇ／分以下であった。
【００６１】
このシステムは、小規模の試料を製造するのに適したシステムではあるものの、この材料の大規模な製造に関して実施可能な方法とは考えられなかった。出力がこのように小さい場合には、このプロセスを工業生産にスケールアップする見込みはほとんどなかった。１５ｋＷのＰｉｌｌａｒユニットから利用できるエネルギーは、１時間当たり約２〜３ポンドを気化するのに十分ではあったが、実際には、このエネルギーの僅かな部分しか金属の気化に消費されなかった。
【００６２】
相当に改善された真空システムは、誘導ユニットの電力を利用して、アルミニウムをフラッシュ蒸発させるのに適した値までシステムの真空を深めるよう設計された。これにより、システムの生産速度が０．５ｇ／分から約２ｇ／分に向上した。蒸発速度及びこれに対応するナノ粉末の生産速度は相当に向上したが、捕集液を介してダスト含有ガスをスパージすることによるナノ粒子材料の捕集能力はひどく制限された。システムの真空を深めることで生産速度をより高くするために、同様により高いガス流量が生じ、捕集液を介してスパージされるガス量が４倍に増加した。より低い生産速度で流量がより低い場合（約１０リットル／分）、ナノ粉末の捕集は、スパージ捕集容器を使用して約８０〜９０％であった。スパージ容器を通るガスの流量がより高い場合、ナノ粉末の捕集は著しく低下し、ガス流中のスラリーの伴出も問題となった。
【００６３】
フルオロポリマーコーティングプロセス用の反応容器としての役割も兼ねる当初の２リットル捕集容器は、この流量下で任意の量のスラリーを保持するには不十分であった。２リットル容器中のほとんどのスラリー及び捕集液が吹き出され、ポンピングスタック前の入口凝縮器、トラップ及びフィルターを溢れさせた後、真空ポンプに送られた。このことが、結果として２つのポンプ及び２つのブロワの損失を招き、微粒子とＨＴＰＢプレポリマーの混合物で目詰まりが生じた後、洗浄して元に戻すことが必要であった。捕集容器からのこのスラリー流出は、スパージ容器をサイズ拡張して約５ガロンにした後でも、決して止められなかった。この容器サイズは大き過ぎて、ナノアルミニウムのスラリーが存在する場合には、容易に又は安全に取り扱うことができなかった。さらに、捕集容器からスラリーが伴出するのを阻止するため、捕集容器にメッシュパッキンを用いたが、同様にガス流中の液体の伴出を阻止できなかった。加熱せずにメッシュパッキンから捕捉したナノ粒子のアルミニウムを取り除くことも極めて困難であった。ガスに伴出されたスラリーを再循環させて容器に戻すために、サイクロンを取り付けた２ガロンの捕集容器を最終的に用いて、ガスをスパージし、そして液体スラリーを再捕集した。これによって２ガロンの捕集容器中に生成物スラリーを保持することができたが、スパージ捕集ユニットの捕集効率は、発生した合計粉末の２０％にまで低下した。粉末の蓄積によりシステムに与える損失と相俟って、このことは許容できないものであった。捕集効率を改善するために、プロセスライン中に小さなベンチュリスクラバーを使用することも試みた。このスクラバーの使用は、システム全体の操作圧に影響を及ぼすことはなかったが、その捕集効率は、先に利用したスパージ法を上回る有意な改善とはならなかった。
【００６４】
最初の真空システムの再設計を伴う湿式捕集法は全体的に失敗したので、次いで、乾燥したバッフル／ノックアウトポットを利用し、衝突によって乾燥粉末を捕集した。特定の時間システムを運転し、停止して、次いで、材料の乾式捕集を可能とするようノックアウトポットに周囲雰囲気をゆっくりとブリードすることから成る粗い不動態化プロセスを施した。乾式法の捕集効率は４０〜６０％の範囲であり、捕集した乾燥粉末の比表面積は、６０〜８０ｍ２／ｇの範囲にあった。
【００６５】
最大６０ｇの乾燥材料の試料を１〜２時間の運転時間にわたって捕集することができるが、このシステムで不動態化プロセスを制御するのは困難であることが多かった。乾燥したアルミニウム試料は、不動態化プロセス後にしばしば発火する。アルミニウムナノ粒子は、捕集（ノックアウト）容器中で相当な深さに蓄積し、不動態化の間は、ナノ粉末の上層だけしか不動態化されない。このため、その下の材料の大部分が不動態化されないままであり、大気酸素に対して依然として活性なままである。材料の最初の外皮が除去プロセス中に破壊されると、不動態化していない材料が開放空気中でしばしば発火した。ナノ粒子材料を一貫して安全に取り扱いかつ処理するために、改善された液体捕集法が必要とされた。
【００６６】
所有権をもった技術の派生形を利用してこの捕集の問題を克服した。先の作業は、液体中で生成したナノ粒子を捕集し、かつさらに同時に蒸発チャンバに真空を供給するために、高電力アスピレータの使用に達した。これは実験室規模では十分良好に作用したが、顔料以外の材料に関してパイロットプラント規模で実施するのは困難であった。この技術は、現在ではこの用途において相当に改善され、システムの真空を増大させるための幾つかの変形態様を有する。複合型の液体捕集／真空供給システムを使用することにより、高速の蒸発及び液体捕集に対する以前の障害の多くが克服された。システムのこの現在の能力は、蒸発速度１０ｇ／分であり、液体捕集効率は、スクラビングシステムと接触する材料の約９０％である。
【００６７】
アルミニウム金属に関する１０ｇ／分という蒸発速度は、システムにかなりのエネルギー損失があること、及びシステムの総電力のうち２５〜３３％しか材料を気化するのに使用されていないことを示している。これらの損失は、坩堝の加熱、融点及び沸点への低温アルミニウムの加熱、又はシステムのガス流に対する一般的な対流熱損失において生じる場合がある。
【００６８】
１時間当たりの材料の蒸発速度は、５００〜６００ｇ／ｈの範囲にあることができるが、他のファクタがシステムの効率及び生産性に影響を与える。この作用のために坩堝は、約２０ｇの材料を保持する。アルミニウム金属を予熱する際に僅かな時間が損なわれるが、アルミニウム金属は、約２分後にはほとんど気化される。しかしながら、全体の生産速度はまた、それぞれの連続装入が行われた後、坩堝を再び満たすのに必要な時間により影響される。システムで利用された当初のワイヤ供給スプールは、アルミニウム１１００グレード、３／６４インチ直径のワイヤであり、ワイヤ１フィート当たり０．６ｇの重量であった。このため、約４０フィートのワイヤをそれぞれの金属装入に関して坩堝に供給することが必要であった。これにより、アルミニウムの気化操作で通常の機械的なワイヤ供給を利用する場合、３０分を超える時間を要するが、本システムに関する簡単な手動式のメカニズムによって、坩堝への供給時間をその３分の１に低減することができた。
【００６９】
このシステムから材料を大規模生産することはまた、粒度の制御及び材料の腐食の点で影響がある。システム中の不活性フラックスガスの背圧を増大させることによる不活性ガス凝縮法によって形成されるナノ粒子の粒度を調整する能力に関する幾つかの参考文献がある（Ｓｉｅｇｅｌ，Ｒ．Ｗ．及びＥａｓｔｍａｎ，Ｊ．Ａ．，Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，１３２，３頁，１９８９；Ｇｒａｎｑｕｉｓｔ，Ｃ．Ｇ．及びＢｕｈｒｍａｎ，Ｊ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，２２００頁，１９７６；Ａｕｍａｎｎ，Ｃ．Ｅ．，Ｓｋｏｆｒｏｎｉｃｋ，Ｇ．Ｌ．及びＭａｒｔｉｎ，Ｊ．Ａ．，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｂ，１３（３），１１７８頁，１９９５）。
【００７０】
高温で金属蒸気システムを利用することもまた、システムを構成する材料の寿命に予期せぬ影響を及ぼした。坩堝は、アルミニウムの気化に関して典型的に利用されるセラミックス、例えば、窒化ホウ素及びその複合体から機械加工されている（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ，Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，Ｏｈｉｏ）。システムで利用される絶縁体及びセラミック管はしばしば、加熱及び冷却プロセスにおいて多量の熱応力を受ける。加えて、アルミナガイド管の内側に金属が蓄積することは、システムのセラミックスリーブに関してしばしば望ましくない影響を及ぼす。セラミック管の内側に金属が蓄積すると、誘導コイル自体に近くなるので、その固有の電流及び電圧が発生し始める。これにより、誘導コイルと金属の間のセラミックが絶縁破壊することになる。より低い絶縁耐力の材料に関して、金属の蓄積が起こった後、金属の蓄積と誘導コイルとの接続は、かなり容易に作り出すことができる。これにより、２極間で短絡が起こり、続いて運転が停止する。同様に、加熱及び冷却サイクルの間に誘発された熱応力により生じたセラミックライナーの亀裂によって、短絡を引き起こすこともある管内部の金属にコイルがさらされる場合もある。システムを通るガス流を増大させ、金属を管内側に蓄積させないようにすることにより、管内部の材料の蓄積を低減することができる。このことは金属の蓄積に対する真の解決手段にはならないものの、使用されるアルミナ管の寿命を延ばし、さらにシステムの運転時間も延ばす。このような高い操作温度では、この応力亀裂を回避するために、温度の上昇及び低下は、極めてゆっくりでなければならない。このことは、絶縁体を有するアルミナガイド管及び他の高温材料の著しい強化に加えて、アルミナ管の歪みを軽減し、生産工程中の過度の失敗を防止するのを助ける。但し、熱応力及び亀裂のために、周期的な交換は依然として必要である。
【００７１】
不活性ガス凝縮法によって生成することができるナノ粒子金属に関する論文は数多くあるものの、実験室規模以外の量で生成されたこれらの材料には、多くの場合、生産サイズのロットはない。実際、Ａｒｇｏｎｉｄｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（フロリダ州、サンフォード）によって幾つかの試みが為されたにもかかわらず、ナノ相金属の分野で市場を開拓した企業はない。フラッシュ蒸発によって高生産速度を保証するために、金属蒸気圧曲線を上回って操作することの必要性について前述した要点から明らかなように、ナノ相材料の高速生産のためのプロセスを施し易い幾つかの金属がある。
【００７２】
本発明のコーティング及び反応の態様は、３０００℃未満で蒸発し、室温で凝縮して固体にすることができる任意の材料に関して用いることができる。この材料は、金属、有機物、セラミックス、ガラス、無機物などを一般に含むが、本明細書中では主に金属を対象として説明する。システムでの利用が予想される任意の金属の第一要件は融点である。最高温度１６００〜１７００℃にしか達することができないシステムにとっては、耐熱金属、例えば、タンタル、モリブデン及びタングステンは、システムの容量を超えている。高融点金属、例えば、チタン、ジルコニウム及び白金もまた、システムのエネルギー容量を超えている。これら材料のうちいくつかに関する坩堝試験で観測されたように、システムの誘導電界は、これらの金属を主として約１６００℃の温度に加熱する。
【００７３】
強磁性金属、例えば、鉄、コバルト及びニッケルの場合、本技術の利用は可能であるが、これらの融点が高いため、アルミニウムと同じ速度で実施することは難しい。鉄をシステムからフラッシュ蒸発させることができる領域はあるが、必要とされる極めて低い圧力のために、非常に高い容量の真空システムを除く全ての利用が妨げられる。粗引きポンプとともに、他のタイプのポンプ、例えば拡散ポンプが、必要とされる低真空圧を達成するのに使用できるが、これらのタイプのポンプは、気相からナノ粒子を核形成するのに必要なガス流の条件下では作動しない。このポンプは静的真空システムでは好ましい装置であるが、ガス流を加えると使用できなくなる。これら強磁性金属の蒸発は高容量システムなしでは難しく、これらの分散さえ問題をはらむことになる。これらのナノ粒子は、以前の生産システムにおいては非常に低い生産速度で形成されていた（例えば、１〜２ｇ／日）。このことは、誘導システムを用いて作業することの付加的な有益性を或る程度まで示し、そしてシステムの操作圧力及び操作温度では鉄の蒸発が起こりえないことを示している。イオン金属と直接的に結合することから生じる余分なエネルギーにより、何らかの気化がこのシステムで生じることが可能となった。溶液中の磁性粒子の外形寸法は約２．０μｍである。乾燥試料のＴＥＭから、粒子がナノサイズ（約２０ｎｍ）であり、恐らくは、これらナノ粒子が強い磁性モーメントを有するという事実に基づいて凝集していることが観測される。この磁力によって大きな綿毛状の粒子が形成される。これらの金属は、本システムで処理することが可能であるが、妥当な生産速度を達成するのに克服すべきポンピング容量及び粒子安定性の問題が厄介である。
【００７４】
フルスケールシステムは、溶剤又は溶剤／プレポリマーナノ粒子スラリーを生成するために装置の４つの主要部分を有する。装置の４つの主要部分は、１）誘導電力源、２）真空チャンバ及び供給システム、３）真空ポンプ、並びに４）液体捕集システムである。これは、商業ベースで現在作られている最も大きな誘導ユニットである。１５ｋＷのパイロットユニットからこのサイズのユニットへのスケールアップファクタは４０である。実現可能な最高生産速度で、１５ｋＷのユニットは、１時間当たり１ポンドを蒸発させることができ、捕集効率は８０％以上である。これは６００ｋＷのユニットでは３０ポンド／ｈ（６６ｋｇ／ｈ）を僅かに上回る速度に換算される。この速度は、この分野における他の産業用システム、例えば、プラスマ及び火炎燃焼システムから得られる速度に匹敵する。それは１ユニット当たり年間２５０，０００ポンドのナノ相材料を産出する。これは火炎燃焼ユニットから利用可能な数トン／時間の生産レベルではないが、幾つかのユニットからの出力を合せて一連の生産量にすれば、これに匹敵する材料の出力を達成することになる。安全面から、注文設計の極めて大型の１ユニットではなく、複数のより小型のユニットを操作することが実用的な場合もある。事故が発生した場合、小型ユニットが１つだけ破滅的に故障することになり、資産損失及び人身傷害が軽減される。損なわれたのが小型ユニット１つであれば、全体的な生産は停止しないで故障したユニットを修理しながら、設備全体について生産を継続することも可能であろう。
【００７５】
同じ作業ができると供給元が主張する、よりコスト高の他の装置と比較して、このシステムは、本プロジェクトの資本設備に関して極めて低コストである。スケールアップを通じてシステムの生産又は効率を高めることにより、製品材料の価格にかなりの効果を与えることができる。
【００７６】
爆発又は軍事用途に加えて、ナノ粒子、具体的には顔料又は金属ナノ粒子、及び特にアルミニウムナノ粒子、並びにそれらの分散体を製造するための十分に開発されたこのシステムは、塗料、トナー、インク、着色剤システムの顔料分散体の形成、プラスチック／樹脂の着色、コーティングのカラー化、及び薬剤の着色などに有意な販路を見出すことになる。
【００７７】
さらに、乾燥した被覆及び未被覆のナノ粒子顔料試料（５ｇ）を、商業的なプライマー及びトナーに使用するため製造した。印刷用インク及びトナーを製造するための顔料ナノ粒子のインクジェット用インク、並びに他のナノ微粒子顔料分散体の乾燥した未被覆試料を、インクジェット用インクの使用に関して評価した。
【００７８】
ナノ微粒子材料の生産量及び捕集速度の効率は、本発明の実施により大型の生産ロットにスケール拡大できる速度まで相当に向上した。特定の技術分野におけるナノ相金属粒子の利用は、選択される特定液状媒体へのナノ粒子の分散に部分的に依存する場合もある。このプログラムでさらに得られたものは、種々の液状媒体にナノ粒子を捕集及び分散できる改善された能力であった。この液状媒体は、溶剤、キャリヤー、反応性組成物、コーティング溶液、オイル、ポリマーのモノマー若しくはプレポリマー、又はそれらの液体混合物であることができる。向上した捕集／凝縮効率に加えて、この特徴は、この分野で現在利用可能な他のプロセスを上回る本発明のプロセスの更なる利点である。これら種々の液体にこれらのナノ粒子を分散することは、処理を容易にし、さらにまた任意の反応性表面を酸化及び物理的損傷からも保護するのを助ける。
【００７９】
本発明者らにより開発された技術は、特定の金属又は合金の狭い範囲以外にも適用されるが、蒸気の状態で提供でき、かつ液状媒体で冷却することにより凝縮できる任意の金属又は合金に関して一般的に有用である。粒子は、上述のような広く様々な技術分野での使用に関して安定な分散体を形成できる種々の液状媒体において湿式捕集することもできる。
【００８０】
この出願において、
「超微細」とは、平均数平均直径が０．１μｍ未満、好ましくは０．００１〜０．１μｍの範囲、より好ましくは０．００１〜０．０８μｍの範囲、最も好ましくは０．００１〜０．０５μｍの範囲であり、標準偏差が±０．５ｘ（ｘは平均数平均粒径である）の範囲であることを意味し、
「ガス蒸発技術」とは、１つ若しくは複数の金属、又は合金を非反応性ガスの存在下で蒸発させ、超微細な金属又は合金の微粒子を提供することに関する任意の方法を意味する。
【００８１】
本発明は、金属若しくは合金粒子を含んで成る水性若しくは非水性の金属若しくは合金分散体、又はこれら粒子の水性分散体を提供することができ、これら粒子は、０．００１〜０．１μｍ（１〜１００ｎｍ）の平均数平均粒径を有し、好ましくは分散媒に分散されている。好ましくは平均数平均粒径は、０．００１〜０．０８μｍ（１〜８０ｎｍ）、最も好ましくは０．００１〜０．０５μｍ（１〜５０ｎｍ）の範囲にある。これら分散体は、組成物全体の０．００１〜５０ｗｔ％、好ましくは０．００１〜２５ｗｔ％、より好ましくは０．００１〜１０ｗｔ％の顔料を含有できる。平均直径の±２５％又は±１５％未満という狭い粒度分布範囲を形成することもでき、このような粒度分布が望ましい。
【００８２】
本発明による分散体を調製することができる方法の限定的でない例は、
ｅ）１つの金属、複数の金属、若しくは合金を非反応性ガス流又は反応性ガス流の存在下で気化して（或いは気化したガスを非反応性ガス流に導入して）、超微細粒子（特に金属及び合金粒子）を提供すること、
ｆ）反応性材料が提供されない場合には、凝縮した粒子を反応性／コーティング流体用媒体に導入すること、
ｇ）コーティング反応が、液状媒体での粒子の捕集前に必要とされる場合には、（例えば、ＵＶ放射、ＩＲ放射、可視放射又は他の化学放射、熱エネルギー、別の主要な反応性材料との接触などによって）超微細粒子に関するコーティング反応を達成すること、
ｈ）ガス流中に懸濁された超微細な反応／被覆粒子を、メカニカルポンプによって、液状分散媒に搬送し、例えば、メカニカルポンプは、分散媒の前に配置されているか、又は液状分散媒を含有しており、粒子含有ガスは、液状分散媒に強制的に導入されるか、又は分散媒と緊密に接触しており、媒体中に粒子の分散体を（気化された金属が液状分散媒中に凝縮している状態で）提供すること、
ｉ）次いで、（粒子の存在しない）ガスを（例えば、ガスをブリードして、チャンバ内の出口領域まで上昇させることなどにより）分散媒から分離すること、並びに
ｊ）次いで、分散媒を使用し、捕集された金属又は合金粒子を分散体として運ぶこと、又は次いで、分散媒を随意に顔料粒子から分離して非分散の金属又は合金粒子を提供すること、
を含む。
【００８３】
３０００℃未満の気化温度を有する金属が当技術分野で周知であり、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、これら金属の混合物及び合金、並びに所望の場合にはランタニド及びアクチニドですら含む。
【００８４】
粒子分散体を特徴付けするのに利用可能な方法がいくつかある。最も一般的な方法は、所与のサイズ範囲内にある粒子の質量百分率として表される粒度分布に関する。本発明の実施において望ましい金属粒子の典型的なサイズ限界は、約０．０１〜１．００μｍ（１０〜１０００ｎｍ）である。
【００８５】
これらの値は、通常の分散技術後に典型的に得られる全体的な粒度範囲を示している。粒度分布は、粒子の形成手段に依存している。機械的な粉砕を用いて粒子を粉砕する場合には、極めて幅広い分布が得られる。
【００８６】
本発明においては、蒸発粒子の蒸気相及び粒子それ自体は、顔料を昇華させるような任意の蒸発プロセス、又は非反応性ガスの存在下で大気圧より低い圧力、大気圧、又は大気圧より高い圧力で顔料を蒸発させる他の任意のプロセスにより生成して、超微細な金属又は合金粒子を生成することができ、この場合、本明細書で記載されているような分散媒への直接的な導入は、これまで教示されていなかった。「金属」という語が本明細書で使用される場合、それは、金属、金属と合金の混合物を含むものとする。
【００８７】
本発明で有用な分散媒は、任意の液体、（金属が捕集条件において水と急速には反応しない）水性物、又は（ほとんどの金属のための）非水性物を含む。１００，０００Ｐ以上までの粘度を有する流体が有用であると考えられる。好ましい粘度は５０００ｃＰ未満、より好ましくは３０００ｃＰ未満、最も好ましくは１０００ｃＰ未満である。代表的な分散媒は、水、ゼラチン／水エマルション、アルコール／水（例えば、エタノール／水、グリセロール／水などの混合物を含む）、アセトン、２−ブタノン、シクロヘキサノン、２−ウンデカノン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、グリセロール、エチレングリコール、酢酸エチル、アルカン（例えば、ヘキサン、シクロヘキサン）、メチルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、クロロホルム、塩化メチレン、アルキルアルカノールアミン（例えば、２−ジメチルアミノエタノール、１−ジメチルアミノ−２−プロパノール、１−ジエチルアミノ−２−プロパノール、２−ジメチルアミノ−２−メチル−１−プロパノール、及び２−ジブチルアミノエタノールなどの極性有機液体、並びにそれらの組み合せを含む。
【００８８】
有用な非極性有機液体は、ヘキサン、沸点１５６℃〜１７６℃のイソパラフィンシステム炭化水素の混合物（Ｉｓｏｐａｒ Ｇ（登録商標）、エクソン、テキサス州、ヒューストン）、ベンゼン、トルエン、キシレン、スチレン、アルキルベンゼン、及びそれらの組み合せを含む。加えて、液体ポリマー、例えば、ポリジメチルシロキサン（例えば、ＤＣ２００（商標）、ＭＷｎ＝２００、ダウ・ケミカル、ミシガン州、ミッドランド）、ポリジメチル−メチルフェニルシロキサン共重合体（例えば、ＤＣ７０４（商標）、ダウ・ケミカル）、ポリエチレングリコール（例えば、Ｃａｒｂｏｗａｘ（登録商標）２００、Ｃａｒｂｏｗａｘ（登録商標）４００、及びＣａｒｂｏｗａｘ（登録商標）６００、ＭＷｎがそれぞれ２００、４００、及び６００、ユニオン・カーバイド・コーポレーション、コネチカット州、ダンバリー）、ペルフルオロポリエーテルセグメントを含んで成るポリマー（ＬＴＭ（商標）、３Ｍ、ミネソタ州、セントポール）、並びにポリカプロラクトン（Ｐｌａｃｃｅｌ（商標）３０５、３０３、３０８、ＭＷｎ＝３００〜８５０、ダイセル化学工業株式会社、日本、東京）を使用することができる。
【００８９】
さらに、外部の熱を適用して、固体（例えば、ポリマー、ワックス、又はナフタレンのような任意の低融点有機化合物）を溶融し、本発明の使用に好適な液状分散媒を生成することができる。使用できる固体の例は、パラフィンワックス、低分子量ポリエステル（例えば、ＦＡ（商標）−３００、イーストマン・ケミカル社、ニューヨーク州、ロチェスター）、及びポリエチレンを含む。
【００９０】
分散媒は、純粋な液体又は液体の混合物であることができ、無機及び有機の可溶性材料及びそれらの混合物を含めて、付加的な成分を含有することができる。このような添加剤は、界面活性剤、可溶性ポリマー、不溶性微粒子、酸、塩基及び塩を含む。
【００９１】
界面活性剤は、界面に好ましい空間配向を有する添加剤、例えば、親水性の頭基と、疎水性の尾部とを有する大型分子（例えば、ＯＬＯＡ（商標）１２００、シェブロン・コーポレーション、カリフォルニア州、リッチフィールド、及びＡｍｏｃｏ（商標）９２５０、アモコ・ケミカル社、イリノイ州、ネイパービル）を意味する。分散媒に対する界面活性剤の質量パーセントは、０〜２０％、好ましくは０〜１０％、より好ましくは０〜５％であることができる。本発明に有用な他の界面活性剤は、当業者には周知である。
【００９２】
例えば、着色したフィルムの製造において、本発明の添加剤として有用な可溶性ポリマーは、ポリスチレン、ポリスチレン−ブタジエン共重合体、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（エチルメタクリレート）、ポリ（ブチルアクリレート）、ポリ（４−ビニルピリジン）、ポリ（２−ビニルピリジン）、ポリ（ビニルピロリドン）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリスチレンと４−ビニルピリジンの共重合体、ポリスチレンと２−ビニルピリジンの共重合体、ポリエチレングリコール、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（プロピレンオキシド）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（アクリロニトリル）、ポリ（フェニルビニレンカーボネート）、ポリ（酢酸ビニル）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（ビニルトリフルオロアセテート）、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（エチレン−プロピレンアジペート共重合体）、ポリ（１，４−フェニレンセバケート）、ポリ（３，５−ジメチル−１，４−フェニレンスルホネート）、ポリ（β−アラニン）、ポリ（ヘキサメチレンセバカミド）、ポリ（ビニルシマントレンと４−ビニルピリジンの共重合体）などを含む。分散媒中の可溶性ポリマーの比率は、０〜７０ｗｔ％、好ましくは０〜５０ｗｔ％、より好ましくは０〜３０ｗｔ％、最も好ましくは０〜２５ｗｔ％であることができ、又はそれぞれの範囲は少なくとも０．５ｗｔ％の最小値を有することができる。本発明に有用な他のポリマーは、当業者には周知である。
【００９３】
例えば、着色した複合構造体の製造において、本発明の分散媒中の添加剤として有用な不溶性粒子は、ラテックス粒子、カオリン、アルミナ、ガラス微小球、及び当業者に公知の他の一般的な充填剤を含む。全分散体と比較した充填剤の質量百分率は、０〜８０％、好ましくは０〜６０％、より好ましくは０〜５０％であることができる。高比熱の添加剤は、分散媒の温度を適度にするのを助長できる。
【００９４】
非反応性ガスは、実質的には、実験条件下で金属と反応しない任意のガスであることができる。典型的に選択されるのは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ及びＮ２である。２つ以上の非反応性ガスの混合物を使用することもできる。金属粒子の改質が所望である場合には、反応性ガスは、坩堝中のバルク材料との反応を最小限に抑えて、反応性ガスとガス流中の伴出粒子との完全な混合を可能にし、それによって粒子との反応を起こすことができるよう配置されたガス取り入れ口を介して導入できる。反応性及び非反応性ガスは一般に室温であるが、所望の場合には温度を上昇又は低下させることができる。「反応性」という語は、粒子との直接反応、湿潤、及び吸着を含み、１）金属の場合と同様に、例えば、Ｏ２、ＮＯ、ＮＯ２、ＣＯ２、ＣＯ、ＡｓＨ３、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓｅ、ＮＨ３、トリメチルクロロシラン、メチルアミン、エチレンオキシド、水、ＨＦ、ＨＣｌ若しくはＳＯ２、又はそれらの組み合せを用いて粒子と直接反応させ、対応する酸化物又は他の化合物を形成し；２）英国特許第７３６，５９０号明細書に記載されているように、湿潤により分散性を増加させ、分散媒と同一であることができるか、又は分散媒と混和性であることができる揮発性液体の蒸気に粒子をさらした後、粒子をバルク分散媒に接触させて、粒子をガス流中に懸濁させたまま固体／液体界面を形成するようにし；３）揮発性物質をガス中に導入した後、湿潤の場合と同様に分散媒に接触させる吸着であるが、揮発性物質は、通常の条件下（大気圧及び２５℃）では液体ではなく、分散媒と混和性でなく、或いは超微細な金属粒子の表面を、分散媒又は分散媒中の添加剤から保護するよう作用することを意味する。吸着され得る典型的な物質は、ポリ（メチルメタクリレート）及びポリスチレンなどのポリマー、並びに界面活性剤を含む。
【００９５】
本発明の方法に有用な金属の蒸発温度は、使用される金属のタイプに依存し、一般に２５℃〜約３０００℃である。
【００９６】
本発明の方法に有用な分散媒の温度は、使用される特定の媒体に依存し、一般に−７８℃〜４００℃、好ましくは−５０℃〜３００℃、最も好ましくは０℃〜２００℃である。
【００９７】
本発明の方法に有用な圧力は、約０．００１〜３００ｔｏｒｒ、好ましくは０．０１〜２００ｔｏｒｒ、より好ましくは０．０１〜１００ｔｏｒｒ、最も好ましくは０．１〜５０ｔｏｒｒである。非反応性及び反応性ガス流の組み合せの組成は、約５〜１００％、好ましくは２５〜１００％、より好ましくは５０〜１００％の非反応性ガス又は非反応性ガスの組み合せであることができる。蒸発源から下流の付加的な入口を介して導入される反応性ガスは、０〜約９５％、好ましくは０〜７５％、より好ましくは０〜５０％の範囲の比率でガス流中の成分として存在できる。
【００９８】
超微細な金属粒子の分散体を提供するための装置は、
ａ）捕集容器とメカニカルポンプに接続された炉であって、加熱手段（例えば、抵抗、誘導、ｅ−ビーム、赤外線、レーザー、プラズマジェット）を収容し、かつ少なくとも第１ガス取り入れ管、及び随意には、該第１管から下流側に配置された第２ガス取り入れ管を収容するよう適合され、該メカニカルポンプが、該炉を排気しかつ蒸発した金属粒子を保持する気相を捕集ゾーン又は容器に導くために設けられており、該ゾーン及び／又は容器が分散媒を含有する、捕集容器とメカニカルポンプに接続された炉；
ｂ）金属を前記炉に導入しかつこれを排出するための随意のシステム（例えば、材料を前装填できるか、又は装置の操作中に連続的に若しくはバッチ式に原料供給できるセラミック、プラスチック若しくは金属の坩堝又はスラブであり、或いは電極がその手段であることができる）；
ｃ）第１の非反応性ガス流を、前記第１取り入れ管を介して前記炉に導入するための随意のシステム（例えば、マイクロメータリングバルブ、電子流量調節計、又はガス分散管）；
ｋ）前記金属粒子を蒸発させるか、又は該金属粒子の気相を前記第１ガス流中に生成するための蒸発又は気相生成システム（例えばｅ−ビーム、赤外線、レーザー、誘導、抵抗、又はプラズマジェットによるようなエネルギー入力）；
ｌ）（例えば、コーティングを有する）搬送された粒子を、金属表面へのコーティング又はガスの反応を促進する条件にさらすことができる領域、例えば、粒子流をＵＶ放射、ＩＲ放射、可視放射、ｅ−ビーム、熱エネルギーなどの化学放射にさらし、別の主要な反応体（例えば、気化された触媒）と接触させることができる領域を含んで成る反応性システム
ｍ）前記第１ガス流中の気化された金属粒子の凝縮を可能にして（例えば、温度を下げるか、圧力を上げるか、非反応性ガスの化学的性質を変化させるか、移送管の長さを調節するか、ガス流量を調節するか、又はそれらを組み合せる）、捕集／凝縮ゾーンにおいて分散媒中に該第１ガス流の超微細な金属粒子の分散体を生成するために、蒸発又は気相生成システムの間にあるか、又はこれと一致している捕集／凝縮用媒体；
ｎ）第２の反応性ガス流を、前記第２取り入れ管を介して前記炉に又は該炉の後であるが捕集の前に導入して、前記金属粒子との反応を可能にし、超微細な反応金属粒子を提供するための随意のシステム（例えば、管、バルブ、パイプ、マイクロメータリングバルブ、電子流量調節計、又はガス分配管）；並びに
ｏ）粒子を捕集／凝縮容器に捕集する（例えば、分散媒中へバブリングさせるか、又は分散媒上へ粒子を衝突させる）ためのシステム内の領域
を含んで成る。
【００９９】
反応性材料は、金属と直接的に化学反応するか、或いは金属粒子を被覆し、次いでそれ自体単独で若しくは他の材料とともに、又は特定の活性化によって反応できる化合物、組成物及び材料を含む。このような反応性材料の例は、蒸気形態の材料、例えば、酸、酸化剤、（金属が不所望に酸化されている場合には）還元剤、重合性材料（例えば、蒸気形態のモノマー）、及び分子の一方の端部を金属と反応させることができ、かつ分子のもう一方の端部を別の材料又は表面と反応させるのに利用できる両官能性材料である。
【０１００】
本明細書に記載されている改良は、ａ）より高いレベルの真空に達することを可能にし、ｂ）形成される金属粒子の粒度を低減し、そしてｃ）形成されたナノ粒子の湿式捕集効率を９５％よりも高い程度まで向上させる、システムにおける真空ポンプの再配置に少なくとも関する。これは、顔料粒子の湿式捕集がシステムの真空源より前で行われる従来技術と比べて相当な改善である。従来技術では、湿式捕集効率は、低ガス流量（例えば、２リットル／分）で最大５０％であった。この高くない効率レベルは、システムを通るガス流量が高くなると相当に低下する。本発明は、３リットル／分、５リットル／分、７リットル／分、１０又は２０リットル／分、さらには５０リットル／分を超えるより高い流量を使用することができ、５０％、６０％又は７５％、８０％、幾つかの場合には９０％を超え、さらに他の幾つかの場合には９５％もの高さの捕集効率を提供することができる。
【０１０１】
ガス流中にナノ粒子が存在する場合、オイルシールされたメカニカルポンプは、この変更された処理スキームでは機能しない。ガスパージされる軸受けを利用するドライメカニカルポンプがこの用途には最も好ましい。これらのポンプは、ポンピングされるガス流中に大量の微粒子が存在するのを許容でき、微粒子をポンプの入口から排気部まで運ぶことができる。様々なモデルが、その内部を介して種々の液体及び蒸気を運ぶこともできる。これらのポンプは、半導体産業において幅広く使用されている。この用途に関して、スクロールポンプは、ポンプ内部に粉末を蓄積させずに十分な性能を発揮することはなかった。ドライのローブポンプ及びスクリューポンプは、粉末を蓄積させないで蒸発プロセスに十分な量の真空を提供した。最も好ましいのは、ポンプ機構内に低揮発性液体（Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）、Ｄｏｗａｎａｌ（登録商標）、Ｐｕｒａｓｏｌｖ（登録商標）等）が存在するのを許容できるドライスクリューポンプであった。これらの液体は、真空ポンプの入口に注入でき、形成されたナノ粒子のためのスクラビング／凝縮／捕集用媒体として使用できる。この方法の捕集効率は、真空ポンプに入るナノ微粒子材料の９５％よりも高い。捕集／分散／スクラビング用媒体としてより高い揮発性液体及び粘性液体（例えば、プレポリマー、ポリマー、モノマー）は、真空ポンプの後に配置されるベンチュリスクラバーのような代替の湿式捕集システムを使用することが必要であった。これらのポンプは、１００℃でガス流量が最大５０リットル／分の不活性ガスを利用して、１〜１０Ｔｏｒｒで典型的に操作された。
【０１０２】
記載されている改良は、ａ）より高いレベルの真空に達することを可能にし、ｂ）形成される金属ナノ粒子の粒度を低減し、そしてｃ）形成されたナノ粒子の湿式捕集効率を９５％よりも高い程度まで向上させるための、システムにおける真空ポンプの再配置に関する。これは、湿式捕集がシステムの真空源より前で行われる従来技術と比べて相当な改善である。従来技術では、湿式捕集効率は、低ガス流量で最大５０％であった。この効率は、システムを通るガス流量が高くなると相当に低下する。
【０１０３】
ガス流中にナノ粒子が存在する場合、オイルシールされたメカニカルポンプは、この変更された処理スキームでは機能しない。ガスパージされる軸受けを利用するドライメカニカルポンプがこの用途には最も好ましい。これらのポンプは、ポンピングされるガス流中に大量の微粒子が存在するのを許容でき、微粒子をポンプの入口から排気部まで運ぶことができる。様々なモデルが、その内部を介して種々の液体及び蒸気を運ぶこともできる。これらのポンプは、半導体産業において幅広く使用されている。この用途に関して、スクロールポンプは、ポンプ内部に粉末を蓄積させずに十分な性能を発揮することはなかった。ドライのローブポンプ及びスクリューポンプは、粉末を蓄積させないで蒸発プロセスに十分な量の真空を提供した。最も好ましいのは、ポンプ機構内に低揮発性液体（Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）、Ｄｏｗａｎａｌ（登録商標）、Ｐｕｒａｓｏｌｖ（登録商標）、灯油、ディーゼル燃料等）が存在するのを許容できるドライスクリューポンプであった。これらの液体は、真空ポンプの入口に注入でき、形成されたナノ粒子のためのスクラビング用媒体として使用できる。この方法の捕集効率は、真空ポンプに入るナノ微粒子材料の９５％よりも高い。より高い揮発性液体及び粘性液体（プレポリマー、ポリマー、モノマー）は、真空ポンプの後に配置されるベンチュリスクラバーのような代替の湿式捕集システムを使用することが必要であった。これらのポンプは、１００℃でガス流量が最大５０リットル／分の不活性ガスを利用して、１〜１０Ｔｏｒｒで典型的に操作された。
【０１０４】
１７０ｓｃｆｍ（標準立方フィート／分）のドライスクリュー真空ポンプに取り付けた１．５立方フィートの真空チャンバ内に、１５ｋＷ、１０ｋＨｚの誘導ユニット用コイルを鉛直方向に配置した。このコイルをアルミナ絶縁でポッティングし、チャンバの外へナノ粒子含有ガスを送るのに、窒化ホウ素管又は窒化ホウ素で内部を被覆したアルミナ管の何れかを使用した。窒化ホウ素が、この用途において最も好ましいコーティング又はポッティングであった。コイル及びガイド管の内側に、金属を蒸発させるための坩堝を適切な高さ及び位置で配置した。使用した坩堝は、グラファイトと炭化物を形成しない材料（Ｃｕ、Ａｇ等）を有する金属蒸発のためのグラファイト構造物であった。グラファイトと炭化物を形成する金属（Ａｌ、Ｓｉ等）に関しては、坩堝の外周の窒化ホウ素コーティングに加えて、金属間セラミックライナー（窒化ホウ素−二ホウ化チタン、又は窒化ホウ素−二ホウ化チタン−窒化アルミニウム）を使用して炭化物の形成を防止した。２つの設計の概略を図２に示す。
【０１０５】
各金属装入物が蒸発して、不活性ガス凝縮によりナノ粒子に変換すると、ワイヤ供給機構で坩堝を再び満たした。次いで、ダスト含有ガスをドライスクリュー真空ポンプへ及びそれを介して運び、ダスト含有ガスは、ポンプの入口で（即ち、ポンプチャンバ内で、それゆえポンプへの入口と一致して）低揮発性溶剤の注入により洗浄されるか、又はポンプを通過して（それゆえ、ポンプに入り、それを通過した後）ポンプ後方の湿式捕集ユニットにより洗浄された。そうして、形成したスラリーは、意図した最終製品において使用することができたか、又は形成したナノ粒子の更なる処理のために使用することができた。
【実施例】
【０１０６】
[例１：Ｉｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇ中でのアルミニウムナノ粒子の捕集]
上述のシステムを使用して、アルミニウムワイヤを蒸発させ、このワイヤからナノ粒子を形成した。この例ではアルミニウムを使用したが、単に蒸発温度を調節して分散剤媒体を選択しただけで、顔料（有機及び無機の両方）も使用した。システムの捕集流体としてＩｓｏｐａｒ（登録商標）Ｇを使用し、０．２５〜０．５リットル／分の速度で真空ポンプの入口にこれを注入した。アルゴンガスの流量を２０ｌ／分のレベルに維持して、約８Ｔｏｒｒのバックグラウンド圧力をチャンバ中に与えた。形成したナノ粒子を、一次粒度０．０３μｍで液体スラリー中において捕集効率９５％で捕集した。
【０１０７】
[例２：Ｐｕｒａｓｏｌｖ（登録商標）ＢＬ中での銅ナノ粒子の捕集]
上述のシステムを使用し、銅ワイヤを利用して銅ナノ粒子を形成した。この例では銅を使用したが、単に蒸発温度を調節して分散剤媒体を選択しただけで、顔料（有機及び無機の両方）も使用した。真空ポンプへの注入速度０．２５〜０．５ｌ／分で、捕集用媒体としてＰｕｒａｓｏｌｖ（登録商標）ＢＬを使用した。アルゴンガスの流量を蒸発チャンバ内で１０Ｔｏｒｒのレベルに維持した。形成したナノ粒子を、一次粒度０．０１μｍでドライスクリューポンプにおいて９５％よりも高い効率で捕集した。
【０１０８】
[例３：ＨＴＰＢ／ヘプタン溶液中でのアルミニウムナノ粒子の捕集]
図２で説明したシステムを使用して、アルミニウムワイヤを蒸発させ、アルミニウムナノ粒子を形成し、ヒドロキシを末端基とするポリブタジエン（ＨＴＰＢ）／ヘプタンの混合物中でこれを捕集した。この例ではアルミニウムを使用したが、単に蒸発温度を調節して分散剤媒体を選択しただけで、顔料（有機及び無機の両方）も使用した。形成したアルミニウムナノ粒子を、ドライスクリューポンプを介して運び、ポンプの後方で作用するベンチュリスクラバーにおいて捕集した。ナノ粒子を９０％よりも高い効率で樹脂／溶剤スラリー中に捕集した。形成したアルミニウムナノ粒子の一次粒度は０．０３μｍであった。ヘプタンスラリー中のＨＴＰＢは１０ｗｔ％であった。樹脂：アルミニウムナノ粒子の質量比が３：１の場合、樹脂中の平均凝集体サイズは約０．２５μｍであった。次いで、ヘプタンを蒸発させて樹脂から除去し、使用可能なナノ粒子含有ＨＴＰＢスラリーを得ることができた。
【０１０９】
図１に示すように、本発明の分散体を提供するための装置１０は、炉１２を含んで成る。炉１２はその中に坩堝１４を有し、坩堝１４は、外部電源（図示せず）に接続された電極１５により支持され、かつ気化可能な顔料１６又は顔料前駆体１７を含有する。ガス取り入れ管１８により、非反応性ガス１９を炉１２に導入して微粒子２０を包囲し、その形成を助長して、移送管２２を介した捕集容器２４への粒子の搬送を容易にする。捕集容器２４は液状分散媒２６を含有している。管端部２１を有する移送管２２により、搬送顔料粒子２０及び非反応性ガス１９が、媒体２６中に泡立つことができるか（図１）、又は管端部２３を有する移送管２２を通って搬送される搬送顔料金属粒子２０及び非反応性ガス１９が、媒体２６に衝突することができる。液状媒体２６からのいかなる蒸発液も捕集容器２４へ戻すよう凝縮器３２が設けられている。凝縮器３２はトラップ３８とポンプ４０に接続されている。ポンプ４０は、使用前又は使用中に装置１０全体を排気するために使用される。バイパスバルブ３４とバイパス管３６により、金属１６の蒸発を開始する前の炉１２の簡易な排気が可能になる。バルブ４２及び４４によって、ポンプ４０から装置１０を分離することができる。
【０１１０】
本発明の分散体を提供するための他の反応器設計を考えることができる。このような他の反応器は、メカニカルポンプの位置が、気相中に保持される金属粒子の気相を生成するためのシステムの後にあり、かつ凝縮／捕集ゾーンの間にあるか又はこのゾーンと一致している限り、Ｍｅｔａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｉｎ Ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｊ．Ｒ．Ｂｌａｃｋｂｏｒｏｗ及びＤ．Ｙｏｕｎｇ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ），１９７９に記載されているような回転式金属原子反応器、並びにＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，１３，７４９（１９７４）に記載されているような回転式ディスクアセンブリを含む。両タイプの反応器は、金属粒子の分散体を生成するのに使用できる。さらに、直接蒸発させて、離散的な金属分子を生成できる金属をこれらの反応器に使用し、本発明の分散体を調製することができる。
【０１１１】
抵抗加熱に加えて、金属に熱を適用する他の手段を考えることができる。これらの手段は、レーザー加熱、誘導加熱、プラズマジェット、プラズマアーク放電、レーザーフラッシング、スパッタリング、及び当業者に公知の他の手段を含む。
【０１１２】
好ましい実施態様においては、本発明は、金属ナノ粒子、金属ナノ粒子の分散体を提供し、この金属ナノ粒子は、ポリマー中で金属粒子の固体（即ち、凝固）分散体であり、粒子は０．１μｍ（１００ｎｍ）未満の平均粒度を有する。さらに、粒子は狭い粒度分布を有し、分散体は透明であり、凝集に対して抵抗性である。コーティング中に存在する金属の量は、一般には０．００１〜５０．０ｗｔ％、０．００１〜３０．０ｗｔ％、０．００１〜１０．０ｗｔ％、０．００１〜５．０ｗｔ％、０．００１〜３．０ｗｔ％、０．００１〜１．０ｗｔ％、及びより好ましくは０．００１〜０．１ｗｔ％の範囲にある。一般に、本発明の超微細粒子を使用する場合には、界面活性剤又は他の分散助剤は必要とならない。
【０１１３】
本発明の実施によれば、蒸気の形態で提供して粒子を反応又は被覆できる（コーティングは通常、ガスを液体又は固体の形態に凝縮して行われる）任意の材料を、反応プロセスに使用することができる。反応性蒸気相は、有機又は無機材料であることができ、単に金属粒子を物理的に被覆できるか、粒子上で原子とキレート化することができるか、金属粒子とイオン結合することができるか、又は金属と共有結合することができる。初期反応は、コーティング／反応性材料の全反応能力を使い果たすことができ、又はコーティング／反応性材料は、更なる反応を可能にするか、若しくは反応位置から遠位の分子部分より固有の物理的性質を提供するよう付加的な官能性を有することができる（例えば、エポキシ−シラン、アクリロキシ−シラン、アミノシラン、ペルフルオロアルキルシラン、高フッ素化アルキルシラン等のような両官能性シラン）。反応性部位から遠位の分子部分は、明確な化学作用（例えば、検体反応性、分子キー結合、ＤＮＡマッチング、タンパク質特異結合、化学物質特異結合など）、又は分子の遠位端部の利用可能な部分（例えば、エチレンシステム不飽和基、アクリロイル基、アリル基、エポキシ基、シラン基等のような重合性又は架橋性基）による反応又は機能的能力を与えることができる。
【０１１４】
製造プロセス及び製品において超微細粒子を使用することに関しては、明らかな利点がある。重要な物理的又は化学的性質を提供する医療用機器又は層については、特定の二次的性質の規定レベルに達するのに必要とされる金属粒子の量を最小にすることは、これらの性質を維持するために慎重を要し、したがって、よく分散された金属ナノ粒子が望ましい。超微細な金属粒子の分散体は、より大きなサイズの対応物よりも安定である。液体ポリマーが凝固する前の凝集に対するこの抵抗性により、物品の製造は、制御できない環境要因に対して影響されにくくなる。より小さな粒子は、より大きな粒子よりも安定な分散体／懸濁液を形成する。
【０１１５】
本発明の分散体は、任意のタイプの物品形成、例えば、キャスティング、コーティング、調色、印刷、射出成形法及び押出法を含む成形、回転キャスティングを含むキャスティングなどによって物品を調製するのに使用できる。このような物品には、導電性層、構造部材、爆発物、複合材、電磁気応答性又は抵抗性材料などを含む繊維及び成形物品がある。本発明の被覆分散体は、昇華型熱転写記録媒体のような高品質金属グラフィックアート構築物を調製するのに使用することができ、分散材料が有用である他の任意の用途に使用することができる。コーティングは、バーコーティング、ナイフコーティング、熱量移動、カーテンコーティング、メニスカスコーティング、スロットコーティングなどを含めて、当技術分野で公知の任意の手段によって達成できる。
【０１１６】
広く様々な粒子コーティングプロセスが当技術分野で知られている。例えば、１ｍｍ以上のより大きなサイズの粒子に関して、最も簡単で、最もコスト効率の良いプロセスは、コーティング用組成物（例えば、液体、ゲル、粉末など）の中に粒子を直接浸漬させ、コーティング環境から被覆粒子を取り出すことである（乾燥又は撹拌を伴い、必要に応じてコーティングを定着させ、粒子を分離する）。粒子はコンベヤベルトで運ぶことができ、コーティング用組成物でスプレーするか又は他の方法により被覆することができる。粒子は、コーティングが施される堆積コーティング環境（例えば、スプレーチャンバ、真空堆積チャンバ、静電チャンバなど）に放出することができる。粒子とコーティング用組成物の混合物を混合し、次いでスプレーして、粒子表面のコーティングを定着又は乾燥させることができる。
【０１１７】
図２Ａ及び２Ｂは、本発明の実施において特に有用な坩堝構造を示す。図２Ａに示す坩堝２００は、好ましくはグラファイト又はセラミック材料から作製されたメインフレーム２０２と、坩堝２００内の金属（図示せず）のための支持面２０６の上方に延びるリップ２０４とを有している。
【０１１８】
図２Ｂに示す坩堝システム２２０は、その内部にインサート２２４を有する外側シース２２２を含んで成る。インサート２２４はまた、その支持面２２８の上方に延びるリップ２２６を有している。
【０１１９】
図３は、本発明の一般的な態様を示すフローダイヤグラムである。
【０１２０】
本出願においては、金属分散体を高圧反応器に配置し、適切な圧力及び温度でフルオロモノマーを装入して、金属ナノ粒子を適切なフルオロポリマーで被覆する重合反応を開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の顔料分散体を提供する装置の１つの実施態様を示す概略図である。
【図２Ａ】本発明の実施において特に有用な坩堝構造を示す。
【図２Ｂ】本発明の実施において特に有用な坩堝構造を示す。
【図３】本発明の一般的な態様を示すフローダイヤグラムである。
【図１】
2005513264.tif 000003
2005513264.tif 000004
【図３】
2005513264.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成16年1月26日(2004.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ粒子の捕集方法であって、ガス状輸送媒体中にナノ粒子を形成又は提供すること、ガス状輸送環境中の該ナノ粒子をドライポンピングシステムを介して移動させること、及び該ナノ粒子が該ドライポンピングシステムを通って移動した後に、該ナノ粒子を捕集することを含んで成る、ナノ粒子の捕集方法。
【請求項２】
室温で固体である固体材料の蒸気を形成して、その蒸気を不活性なガス状輸送媒体に提供すること；該ガス状流中の該固体材料の少なくともいくらかを凝固してナノ粒子を形成すること；ガス状輸送環境中の該ナノ粒子をドライメカニカルポンピングシステムを介して移動させること；及び該ナノ粒子が該ドライメカニカルポンピングシステム内にある間、又は該ナノ粒子が該ドライポンピングシステムを通って移動した後に、該ナノ粒子を不活性液体の捕集用媒体と接触させることを含んで成る、請求項１に記載のナノ粒子の捕集方法。
【請求項３】
前記固体材料が、金属、金属酸化物、及び有機材料から成る群より選択された、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記固体材料が金属を含んで成る、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記固体材料が顔料を含んで成る、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記固体材料が、Ａｇ、Ａｌ又はＣｕを含んで成る、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
金属のナノ粒子が、気化温度１００℃〜３０００℃の金属を含んで成る、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
請求項２〜７の何れか１項に記載の方法を含んで成る反応金属ナノ粒子の捕集方法であって、ガス状輸送環境中の該ナノ粒子を、ドライメカニカルポンピングシステムを介して移動させる前に、該粒子を反応性ガス媒体と結合させる、反応金属ナノ粒子の捕集方法。
【請求項９】
前記反応性材料が、重合して前記粒子の表面上にポリマーコーティングを形成できる重合性モノマーを含んで成る、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記反応性材料が、前記固体材料と反応できるただ１つの化学官能基を有する両官能性化合物を含んで成る、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記反応性材料が、前記粒子の表面上で、銀、アルミニウム又は銅と直接的に化学反応する、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記ナノ粒子が、Ａｇ、Ａｌ又はＣｕを含んで成る、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属ナノ粒子が金属を含んで成る、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記不活性液体の捕集用媒体が有機液体を含んで成る、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記ドライメカニカルポンピングシステムを出た後、アルミニウム又は銅の粒子が不活性液体の捕集用媒体と接触する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記ナノ粒子がまた、物理濾過により捕集される、請求項８に記載の方法。
【請求項１７】
真空システムが、物理濾過によりナノ粒子を捕集するための付加的な推進力を提供するよう設置された、請求項８に記載の方法。
【請求項１８】
前記ナノ粒子がスラリー中で捕集され、続いて圧力反応器コーティングを用いて被覆される、請求項２〜７の何れか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記固体材料が、アルミニウム又は銅を含んで成る、請求項２に記載の方法。
【請求項２０】
反応が、少なくともいくらかの反応性ガス媒体を前記材料ナノ粒子の表面上に凝縮させる物理的な反応を含んで成るか、又は少なくともいくらかの反応性ガス媒体を該材料ナノ粒子の表面上に結合させる化学的な反応を含んで成る、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ナノ粒子が、静電濾過及び物理濾過によって捕集される、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
ナノ粒子源と、該ナノ粒子源からナノ粒子を搬送するドライポンプと、ナノ粒子捕集システムとを含んで成るナノ粒子の捕集装置であって、ドライポンプ搬送システムが、該ナノ粒子源と該ナノ粒子捕集システムとの間の流動システム中に配置された、ナノ粒子の捕集装置。
【請求項２３】
前記ドライポンプが、スクリュー駆動のドライポンプを含んで成る、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記ナノ粒子捕集システムが、物理フィルタと、静電フィルタとから成る群より選択された、請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記ナノ粒子源が、粒子凝縮システム、噴霧乾燥システム、固体の有機粒子、又は被覆粒子を含んで成る、請求項２２に記載の装置。
【請求項２６】
平均サイズ０．５〜１００ｎｍの超微細なアルミニウム又は銅粒子の分散体を提供するための請求項２２に記載の装置であって、
ａ）メカニカルポンプ及び捕集容器に接続された気化アルミニウム又は銅の源であって、非反応性ガス流を該源から離れて該メカニカルポンプの方へ提供する気化アルミニウム又は銅の源と；
ｂ）該気化アルミニウム又は銅の源へのアルミニウム又は銅の源と；
ｃ）アルミニウム又は銅材料を該メカニカルポンプの方へ運ぶための非反応性ガス源と；
ｄ）固体のアルミニウム又は銅粒子と反応するための反応性蒸気源と；
ｅ）アルミニウム若しくは銅粒子を捕集し、及び／又はアルミニウム若しくは銅の蒸気を凝縮してナノ粒子にする流体のための流体源と；
ｆ）該非反応性ガス、該反応性蒸気、及び該アルミニウム若しくは銅材料、並びにアルミニウム若しくは銅粒子を捕集し、及び／又はアルミニウム若しくは銅の蒸気を凝縮して粒子にする流体を移動させるためのメカニカルポンプと；
ｇ）ｉ）該非反応性ガス及び該アルミニウム又は銅材料、並びにｉｉ）アルミニウム若しくは銅粒子を捕集し、及び／又はアルミニウム若しくは銅の蒸気を凝縮して粒子にする流体のための接触ゾーンと；
を含んで成り、該接触ゾーンが、該メカニカルポンプの内部、又は該メカニカルポンプの後にあり、該アルミニウム又は銅粒子が反応性材料で被覆されるか、又は該反応性材料と反応する、平均サイズ０．５〜１００ｎｍの超微細なアルミニウム又は銅粒子の分散体を提供する装置。
【請求項２７】
アルミニウム又は銅の源と、アルミニウム又は銅粒子の反応を引き起こす反応性ガス流の源とを有する、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記流体が、前記非反応性ガスをアルミニウム又は銅と先ず接触させるよう前記メカニカルポンプに導入される、請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
前記ガス中の金属材料濃度を前記流体との接触により低減した後、前記非反応性ガスを前記メカニカルポンプから除去する、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
粒状のアルミニウム又は銅を含有する再循環液が再循環された液体を含んで成るよう、前記メカニカルポンプに液体を戻すための液体再循環システムが提供された、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
液体源が、前記メカニカルポンプに有機液体を提供する、請求項３０に記載の装置。
【国際調査報告】
2005513264.tif 000006
2005513264.tif 000007
2005513264.tif 000008