(57)【要約】【課題】液相中で連続的に安定してレーザーアブレーション処理を施すことができ、液相レーザーアブレーション処理による粒子の製造効率を十分に高度なものとすることが可能な液相レーザーアブレーション装置を提供すること。【解決手段】溶媒１３中のターゲット１４に対してレーザー光Ｌを照射して液相中でレーザーアブレーションを行うために用いる液相レーザーアブレーション装置であって、  レーザー光Ｌを発生させるためのレーザー発振器１０と、レーザー光Ｌが透過可能な底部Ｂを有し且つ溶媒１３を保持するための処理容器１２と、処理容器１２内の底部Ｂ上に配置させたターゲット１４とを備え、且つ、処理容器１２が、ターゲット１４に対して処理容器１２の底部Ｂを透過したレーザー光Ｌが照射されるように配置されていることを特徴とする液相レーザーアブレーション装置。【選択図】図１
2011161379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒中のターゲットに対してレーザー光を照射して液相中でレーザーアブレーションを行うために用いる液相レーザーアブレーション装置であって、
レーザー光を発生させるためのレーザー発振器と、
前記レーザー光が透過可能な底部を有し且つ前記溶媒を保持するための処理容器と、
前記処理容器内の底部上に配置させたターゲットと、
を備え、且つ、前記処理容器が、前記ターゲットに対して前記処理容器の底部を透過したレーザー光が照射されるように配置されていることを特徴とする液相レーザーアブレーション装置。
【請求項２】
レーザー光を発生させるためのレーザー発振器と、前記レーザー光が透過可能な底部を有し且つ溶媒を保持するための処理容器と、前記処理容器内に保持されている溶媒と、前記処理容器内の底部上に配置させたターゲットとを備える液相レーザーアブレーション装置を用い、
前記ターゲットに対して前記レーザー光を前記処理容器の底部を透過させて照射し、前記溶媒中において粒子を形成することを特徴とする液相レーザーアブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液相レーザーアブレーション装置及びそれを用いた液相レーザーアブレーション方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体、絶縁体等の種々の材料に用いるために、微細なナノサイズの粒子が製造されてきており、電子素子、光素子、記録媒体、電池、触媒等に応用されてきた。そして、このようなナノサイズの粒子の製造方法として、液相中のターゲットに対してレーザー光を照射してレーザーアブレーションを施す液相レーザーアブレーション方法が研究されてきた
例えば、２００６年発行の「Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．」のｖｏｌ．１００の１１４９１２（非特許文献１）においては、純水中の白金板をターゲットにしてレーザーアブレーションを施す液相レーザーアブレーション方法が開示されている。また、２００２年発行の「Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．」のｖｏｌ．３５５の１０１〜１０８頁（非特許文献２）や２００６年発行の「Ｊ．Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍ．Ｐｈｏｔｏｉｏｌ．  Ａ」のｖｏｌ．１８２の３３５〜３４１頁（非特許文献３）においては、粉末ターゲットをスターラーで攪拌する等して溶媒中に分散させ、分散させたターゲット粒子に対してレーザーを照射する液相レーザーアブレーション方法が開示されている。また、特開２００９−１１９４９２号公報（特許文献１）においては、固形物を液中に分散させた分散液を保持する流路のレーザー光照射部に、レーザー光源より発振されたレーザー光を照射して、水中の固形物を微細化させるための液中レーザーアブレーション装置を用い、そのレーザー光照射部において中心から螺旋状又は同心円状に分散液を流下させながらレーザーアブレーションを行う液相レーザーアブレーション方法が開示されている。更に、特開２００９−１１９３７９号公報（特許文献２）においては、固形物を液中に分散させた分散液を流動させる流路を備え、前記流路中を流動する前記分散液に対して光源より発振したレーザー光を照射することによりレーザーアブレーションを行う液相レーザーアブレーション方法が開示されている。
【０００３】
しかしながら、非特許文献１〜３及び特許文献１〜２に記載のような従来の液相レーザーアブレーション方法においては、液中に放出された粒子により照射レーザー光が吸収されたり、あるいは、かかる粒子の再アブレートが起こったりし、放出粒子と照射レーザー光とが相互作用し、ターゲットに対して同じ照射条件で連続的にレーザー光を照射することができず、時間の経過とともにアブレーション効率が低下し、高い収率で粒子を製造することができなかった。また、非特許文献２〜３に記載のような従来の液相レーザーアブレーション方法を採用した場合においては、レーザー光によりスターラーや攪拌翼がアブレーション処理されて不純物が混入するといった問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１９４９２号公報
【特許文献２】特開２００９−１１９３７９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｗ．Ｔ．Ｎｉｃｈｏｌｓ，Ｔ．Ｓａｓａｋｉ，Ｎ．Ｋｏｓｈｉｚａｋｉ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，２００６年発行，ｖｏｌ．１００，１１４９１２
【非特許文献２】Ｍ．Ｔｓｕｊｉ  ｅｔ．ａｌ．，Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，２００２年発行，ｖｏｌ．３５５，１０１〜１０８頁
【非特許文献３】Ｔ．Ｓａｓａｋｉ，Ｙ．Ｓｈｉｍｉｚｕ，Ｎ．Ｋｏｓｈｉｚａｋｉ．，Ｊ．Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍ．Ｐｈｏｔｏｉｏｌ．  Ａ，２００６年発行，ｖｏｌ．１８２，３３５〜３４１頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、液相中で連続的に安定してレーザーアブレーション処理を施すことができ、液相レーザーアブレーション処理による粒子の製造効率を十分に高度なものとすることが可能な液相レーザーアブレーション装置並びにそれを用いた液相レーザーアブレーション方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、溶媒中のターゲットに対してレーザー光を照射して液相中でレーザーアブレーションを行うために用いる液相レーザーアブレーション装置を、レーザー光を発生させるためのレーザー発振器と、前記レーザー光が透過可能な底部を有し且つ前記溶媒を保持するための処理容器と、前記処理容器内の底部上に配置させたターゲットとを備え且つ記処理容器が前記ターゲットに対して前記処理容器の底部を透過したレーザー光が照射されるように配置されたものとし、その装置を用いてレーザーアブレーション処理を施すことにより、液相中で連続的に安定してレーザーアブレーション処理を施すことが可能となり、液相レーザーアブレーション処理による粒子の製造効率を十分に高度なものとすることが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の液相レーザーアブレーション装置は、溶媒中のターゲットに対してレーザー光を照射して液相中でレーザーアブレーションを行うために用いる液相レーザーアブレーション装置であって、
レーザー光を発生させるためのレーザー発振器と、
前記レーザー光が透過可能な底部を有し且つ前記溶媒を保持するための処理容器と、
前記処理容器内の底部上に配置させたターゲットと、
を備え、且つ、前記処理容器が、前記ターゲットに対して前記処理容器の底部を透過したレーザー光が照射されるように配置されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の液相レーザーアブレーション方法は、レーザー光を発生させるためのレーザー発振器と、前記レーザー光が透過可能な底部を有し且つ溶媒を保持するための処理容器と、前記処理容器内に保持されている溶媒と、前記処理容器内の底部上に配置させたターゲットとを備える液相レーザーアブレーション装置を用い、
前記ターゲットに対して前記レーザー光を前記処理容器の底部を透過させて照射し、前記溶媒中において粒子を形成することを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、液相中で連続的に安定してレーザーアブレーション処理を施すことができ、液相レーザーアブレーション処理による粒子の製造効率を十分に高度なものとすることが可能な液相レーザーアブレーション装置並びにそれを用いた液相レーザーアブレーション方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の液相レーザーアブレーション装置の好適な一実施形態を模式的に示す概略縦断面図である。
【図２】比較例１において利用した液相レーザーアブレーション装置を模式的に示す概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の液相レーザーアブレーション装置及び液相レーザーアブレーション方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
図１は、本発明の液相レーザーアブレーション装置の好適な一実施形態を示す概略縦断面図である。
【００１４】
図１に示す液相レーザーアブレーション装置は、レーザー発振器１０と、ミラー１１と、処理容器１２と、溶媒１３と、ターゲット１４とを備えるものである。なお、図１中、符号Ｂは処理容器１２の底部を示し、符号Ｌはレーザー光を示す。このような液相レーザーアブレーション装置は、レーザー発振器１０から発せられたレーザー光Ｌが、光路上に配置されたミラー１１に反射された後に処理容器１２の底部Ｂを透過し、処理容器１２内に配置されているターゲット１４に照射されるように構成されている。すなわち、このような液相レーザーアブレーション装置において処理容器１２は、ターゲット１４に対して処理容器１２の底部Ｂを透過したレーザー光Ｌが照射されるように配置されている。
【００１５】
レーザー発振器１０は、レーザー光Ｌを発生させることが可能なものであればよく、特に制限されず、パルス幅が８０フェムト秒〜１００ナノ秒のパルスレーザー光を照射できるレーザー光発生装置を好適に用いることができる。また、このようなレーザー光発生装置の中でも、パルス幅が８０フェムト秒〜１００ナノ秒であり、波長が１９ｎｍ〜１０．６μｍ（より好ましくは２４８ｎｍ〜１０．６μｍ）であり、且つ、１パルスあたりのエネルギーが５０ｍＪ〜５Ｊ（より好ましくは２００ｍＪ〜２Ｊ）であるパルスレーザー光を照射できるレーザー光発生装置がより好ましい。このようなレーザー発振器１０は、例えば、ＹＡＧレーザー装置、エキシマレーザー装置によって構成されるものが挙げられ、中でも、ＹＡＧレーザー装置によって構成されるものがより好ましい。
【００１６】
また、ミラー１１は、特に制限されるものではなく、公知の反射板等（例えば鏡等）を適宜用いることができる。また、ミラー１１は、それ自体を回転させることで、その反射面の角度を変えて、ターゲット１４の同じ位置に繰り返し照射されないように、レーザー光Ｌの照射位置を移動させることができる。そのため、ミラー１１は、ターゲットに対して、より均一にレーザー光を照射するという観点から、その反射面の角度を変えることができるように回転可能な状態にして利用してもよい。
【００１７】
また、処理容器１２は、レーザー光Ｌを透過可能な底部Ｂを有する容器である。本発明においては、このように処理容器１２において底部Ｂがレーザー光Ｌを透過可能なものとすることにより、底部Ｂ上に配置されているターゲット１４に対して、底部を透過させたレーザー光を直接照射することを可能とする。なお、従来の液相レーザーアブレーション処理では、容器内のターゲットに対して溶媒を介してレーザー光を照射していた。このような従来の液相レーザーアブレーション処理においては、レーザーアブレーション処理を続けるにつれて溶媒中の放出粒子の濃度が高くなり、放出粒子とレーザー光との相互作用（放出粒子によるレーザー光の吸収や再アブレート等）が無視できなくなる。そのため、従来の液相レーザーアブレーション処理においては、溶媒中において生成された粒子に起因して、長期に亘り安定してアブレーション処理を施すことができなかった。これに対して、本発明においては、溶媒を介してレーザー光を照射することなく、処理容器１２の底部Ｂを透過させたレーザー光を直接ターゲットに照射するため、溶媒中に生成された粒子が放出されても、レーザー光が溶媒１３中に分散されている粒子により吸収、散乱等されることがなく、ターゲットに対して同じ照射条件で連続的にレーザー光を照射することが可能である。
【００１８】
このような処理容器１２は、レーザー光Ｌを透過可能な底部Ｂを有し且つ容器１２内に溶媒１３を保持することが可能なものであればよく、公知の容器を適宜用いることができる。なお、本発明においていう「レーザー光Ｌを透過可能な底部Ｂ」とは、レーザー光Ｌを照射する際において、少なくともレーザー光Ｌの光路となる部分がレーザー光Ｌに対して透明である底部をいう。従って、このような底部Ｂは、その全体がレーザー光Ｌを透過可能な構造となるようにしてもよく、あるいは、底部Ｂのレーザー光Ｌの光路となる部分のみがレーザー光Ｌを透過可能な構造となるようにしてもよい。
【００１９】
このような処理容器１２の形状としては特に制限されず、例えば、図１に示すようなコップ状の形状の他、丸底フラスコ、ナス型のフラスコ、梨型フラスコ等の形状が挙げられる。また、このような処理容器１２において底部Ｂは、少なくともレーザー光Ｌの光路となる部分が利用するレーザー光Ｌが透過可能な材料により形成されていればよい。このような材料としては特に制限されず、例えば、利用するレーザー光に応じてガラス等を適宜用いてもよい。また、処理容器１２としては、底部Ｂの少なくともレーザー光Ｌの光路となる部分がレーザー光に対して透明であればよいため、他の面は適宜異なる材料からなるものとしてもよい。また、処理容器１２としては、その全体が同一の材料（レーザー光Ｌを透過可能な材料）からなるものであってもよい。
【００２０】
また、このような処理容器１２としては、底部Ｂが平面である容器の場合には底面の直径又は底部Ｂが平面でない容器（例えば、梨型フラスコ状の容器など）の場合にはターゲット粉末が堆積している領域の横断面の最大面の直径が、レーザー光の照射光形状の直径とがほぼ同じ直径（より好ましくはレーザー光の照射光形状の直径に対して１．０〜１．５倍程度の直径）であることが好ましい。このような容器を用いることにより、より効率よく、レーザーアブレーションを施すことが可能となる。
【００２１】
溶媒１３としては特に制限されず、液相レーザーアブレーション方法に用いることが可能な公知の溶媒を適宜用いることができる。このような溶媒としては特に制限されないが、例えば、エタノール、イソプロパノール、キシレン、ケロシン、メタノール、水、アセトン、液体窒素等が挙げられる。
【００２２】
ターゲット１４は、レーザー光Ｌの照射により、金属原子及び／又は炭素原子を含む微粒子を発生させることが可能な材料からなるものである。このような材料としては、各種の金属、金属化合物及び炭素からなる群から選択される少なくとも１種を含むものを用いることができる。また、このような金属からなる材料（金属材料）としては、各種の遷移元素金属、典型元素金属、半金属（メタロイド）、又はそれらの合金を用いることができ、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｗ、Ｂｅ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、それらを主成分とする合金等が挙げられ、中でもＣｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｎを含むものがより好ましい。なお、ここにいう金属材料は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、炭化珪素、砒化ガリウム、ＩｎＰ、ＺｎＴｅ等の半導体であってもよい。また、前記金属化合物からなる材料（金属化合物材料）としては、各種の遷移元素金属、典型元素金属又は半金属の酸化物、窒化物、炭化物等が挙げられ、中でも酸化亜鉛、チタニア、アルミナ、マグネシア、ベリリア、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ等の金属元素の炭化物が好ましい。なお、ここにいう金属化合物材料は複数の金属元素を含有していてもよく、更に非金属元素を含んでいてもよい。また、このような炭素からなる材料（炭素材料）としては、各種の無定形炭素、グラファイト、ダイアモンド等が挙げられ、中でもグラファイト、無定形炭素が好ましい。また、このような材料としては、有機物でもよい。さらに、ターゲット１４は、このような金属材料、金属化合物材料、炭素材料の複合材料であってもよい。また、このようなターゲット１４の形状としては特に制限されないが、粉末状のもの（更に好ましくは平均一次粒子径が１００〜７００μｍの粉末状のもの）を用いることが好ましい。なお、このような平均一次粒子径は、１００個以上の一次粒子の粒子径を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により測定して平均化することにより求めることができる。
【００２３】
このようなターゲット１４が粉末である場合において、ターゲット１４の好適な密度は、そのターゲットの材料の種類によっても異なるものであり、しかも、その密度は圧縮により容易に変化するものであるため、一概には言えないが、ターゲット１４の粉末の密度をそのターゲットの材料のバルク体の密度の８割以下とすることが好ましく、６割以下とすることが好ましい。
【００２４】
また、このようなターゲット１４の粉末の密度としては、材料によっても異なるものではあるが、例えば、ターゲット１４の粉末が銅の粉末である場合には、３．０〜７．０ｇ／ｍ３であることが好ましく、４．０〜６．０ｇ／ｍ３であることがより好ましい。なお、このような密度が前記上限を超えると、レーザーアブレーションにより生成された粒子を液相中に放出させることが困難となり、粒子の収率が低下する傾向にあり、他方、前記下限未満では、アブレーションによって生成されるプルームにより加熱される粒子が減少するため、収率が減少する傾向にある。
【００２５】
ターゲット１４は、処理容器１２の底部Ｂ上に配置される。このようにターゲット１４を処理容器１２の底部Ｂ上に配置することにより、底部Ｂを透過させたレーザー光Ｌを、溶媒を介することなく、ターゲット１４に対して直接照射することができ、液中に放出された粒子の影響を受けずに、ターゲット１４に対して同じ照射条件で連続的に安定してレーザー光Ｌを照射することが可能である。また、ターゲット１４を処理容器１２の底部Ｂ上に配置する方法は特に制限されず、例えば、溶媒が導入されている処理容器１２内にターゲットの粉末を添加して処理容器１２の底部Ｂ上に沈積（堆積）させて、粉末状のターゲット１４を処理容器１２の底部Ｂ上に配置する方法、粉末状のターゲットを処理容器１２の底部Ｂ上に置いた後、ターゲットの粉末が分散しないようにしながら処理容器内に溶媒を導入して、粉末状のターゲット１４を処理容器１２の底部Ｂ上に配置する方法等が挙げられる。
【００２６】
また、ターゲット１４を処理容器１２の底部Ｂ上に配置する際には、レーザーアブレーションにより生成された粒子が十分に液中に放出されるように、底部Ｂからのターゲット１４の堆積された厚み（高さ）を、ターゲット１４の密度（重さ）に応じて適宜変更することが好ましい。例えば、ターゲット１４が比較的軽い黒鉛やＳｉＣ等である場合においては、最も厚みの厚い箇所の厚み（最大厚み）を比較的厚くしても、レーザーアブレーションにより生成された粒子は比較的容易に放出される傾向にあるが、ターゲット１４が金属等の比較的重い材料からなるものである場合においては、前記最大厚みを比較的厚くすると、レーザーアブレーションにより生成された粒子を放出させることが困難となる傾向にある。このように、底部Ｂからのターゲット１４の堆積された厚み（高さ）に関して、前記最大厚みの好適な値は、ターゲット１４の密度によっても異なるものであり、一概には言えないが、基本的には、その厚さが１０ｍｍ以下（より好ましくは１ｍｍ〜５ｍｍ）となるようにして処理容器１２の底部Ｂ上に配置することが好ましい。このような厚みが１０ｍｍを超えると、粒子の収率が低下する傾向にある。
【００２７】
以下、本発明の液相レーザーアブレーション方法の好適な一実施形態として、図１に示す液相レーザーアブレーション装置を用いてレーザーアブレーション処理を施す方法（液相レーザーアブレーション方法）について説明する。
【００２８】
このような液相レーザーアブレーション方法は、図１に示す液相レーザーアブレーション装置を用い、処理容器１２の底部Ｂ上に配置されているターゲット１４に対して、レーザー光Ｌを処理容器１２の底部Ｂを透過させて照射し、溶媒１３中において粒子を形成する方法である。
【００２９】
このような液相レーザーアブレーション方法においては、先ず、レーザー発振器１０からレーザー光Ｌを出射させた後、そのレーザー光Ｌを光路上に配置されたミラー（反射板）１１により反射させる。次に、ミラー１１を反射したレーザー光Ｌは、処理容器１２の底部Ｂを透過し、これにより処理容器１２内に入射され、処理容器１２の底部Ｂ上に配置されたターゲットに照射される。このようにして、処理容器１２の底部Ｂ上に配置されたターゲット１４に、処理容器１２の底部Ｂを透過したレーザー光Ｌが照射されると、液相内において、ターゲット１４の材料からなるナノメートルサイズ（好ましくは数〜数十ｎｍ）の粒子が形成、放出され、その粒子が溶媒中に分散される。このように、本発明においては、処理容器１２内のターゲット１４に対して底部Ｂを透過させたレーザー光を直接照射するため、処理容器１２内において、溶媒１３中に存在する放出粒子に起因するレーザー光Ｌの散乱や前記放出粒子によるレーザー光Ｌの吸収、前記放出粒子の再アブレート等が起こらない。そのため、本発明によれば、ターゲット１４に対して同じ照射条件で長期に亘り連続的に安定してレーザー光を照射することが可能であり、これにより粒子を安定的に製造することができる。
【００３０】
このようにしてターゲット１４にレーザー光Ｌを照射する際のレーザー光Ｌの照射形状（レンズ等により集光する場合には集光形状）や照射強度条件等は、不純物の混入を防止するために処理容器１２が破損しないような条件とすればよく、特に制限されないが、公知の条件を適宜採用することができ、容器の材料の種類、溶媒の種類、ターゲットの種類等に応じて目的とする粒子を得ることが可能な条件を適宜採用することができる。例えば、ターゲット１４に照射されるレーザー光Ｌの１パルスあたりの照射強度が１０５Ｗ／ｃｍ２〜１０１０Ｗ／ｃｍ２（より好ましくは１０６Ｗ／ｃｍ２〜１０９Ｗ／ｃｍ２）となるようにしてもよく、また、レーザー光Ｌの照射面形状を直径０．５〜５ｍｍ程度となるようにしてもよい。更に、レーザーアブレーション時の温度条件は特に制限されないが、室温（２５℃）程度であることが好ましい。
【００３１】
以上、本発明の液相レーザーアブレーション装置及び液相レーザーアブレーション方法の好適な実施形態について説明したが、本発明の液相レーザーアブレーション装置及び液相レーザーアブレーション方法は上記実施形態に限定されるものではない。
【００３２】
例えば、図１に示す実施形態（上記実施形態）においてはミラー１１を用いているが、本発明の液相レーザーアブレーション装置においては、レーザー光を発生させるためのレーザー発振器と、前記レーザー光が透過可能な底部を有し且つ前記溶媒を保持するための処理容器と、前記処理容器内の底部上に配置させたターゲットとを備え、且つ、前記処理容器が、前記ターゲットに対して前記処理容器の底部を透過したレーザー光が照射されるように配置されていればよく、ミラー１１を用いなくてもよく、この場合には、直接レーザー光が処理容器の底部を透過するように、レーザー発振器１０と処理容器１２とを配置すればよい。
【００３３】
また、上記実施形態においては集光レンズを用いていないが、レーザー光を照射する際により高い照射強度を得る等といった観点等から、レーザー光の光路上に集光レンズを配置してもよい。なお、このような集光レンズとしては特に制限されず、公知の集光レンズを適宜利用することができ、中でも、ターゲット１４に照射されるパルスレーザー光Ｌの照射強度を１０５Ｗ／ｃｍ２〜１０１０Ｗ／ｃｍ２とすることを可能とする集光レンズを好適に利用することができ、１０６Ｗ／ｃｍ２〜１０９Ｗ／ｃｍ２とすることが可能な集光レンズをより好適に利用することができる。なお、処理容器１２の材質によっては、レーザー光のフルエンスが大きくなりすぎると容器が破損して不純物の混入や溶媒の漏れが起こる場合もあるため、これを防止するために処理容器の材質等に応じて集光レンズの設計やその使用の有無等を適宜変更すればよい。
【００３４】
また、図１に示す実施形態においては、処理容器１２の底部Ｂの断面が直線状のものとなっているが、かかる底部Ｂの形状は特に制限されるものではない。なお、このような処理容器１２の底部Ｂの形状としては、より効率よくレーザーアブレーションを施すという観点から、底部Ｂのレーザー光Ｌが照射される領域にターゲットが集まるような形状とすること（例えば底部Ｂの形状を丸底とすること等が挙げられる：これにより丸底の最下部に向かって重力により粉末状のターゲットが自然に集まるようにすることが可能となる。）が好ましい。このような底部Ｂのレーザー光Ｌが照射される領域にターゲットが集まるような形状としては、例えば、処理容器１２の底部Ｂの縦断面の形状がＵ字型、Ｖ字型、短辺が最下部側となる台形型等となるような形状が挙げられる。処理容器１２の底部Ｂの形状を、底部Ｂのレーザー光Ｌが照射される領域にターゲットが集まるような形状とすることにより、レーザー光Ｌの照射によってターゲットから粒子が放出される際に、かかる放出粒子によりターゲットの粉末が押しのけられて移動したとしても、レーザー光Ｌの照射される領域にターゲットの粉末が重力等により集まるため、より高い効率でターゲットに対してレーザーアブレーション処理を施すことが可能となる。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３６】
（実施例１）
図１に示すような液相レーザーアブレーション装置を用いて、液相レーザーアブレーション処理を施した。すなわち、先ず、レーザー発振器１０としてＮｄ：ＹＡＧレーザー装置を用い、処理容器１２としてガラス製の瓶（直径：５．５ｃｍ、高さ：９．５ｃｍのコップ状の容器）を用い、溶媒１３としては純水（１００ｍＬ）を用いた。また、ターゲット１４としてはパラジウムの粉末（密度２．０６ｇ／ｍ３、平均一次粒子径１μｍ：ＳＥＭにより確認）を１．０ｇ用いた。また、このようなパラジウム粉末は、先ず、処理容器１２内に純水を導入した後に添加することにより、処理容器１２の底部Ｂ上に堆積させた。なお、処理容器１２の底部Ｂからのパラジウム粉末の厚みは最大で３ｍｍであった。
【００３７】
また、液相レーザーアブレーション処理に際しては、上述のような装置を用いて、レーザー発振器１０からＮｄ：ＹＡＧレーザーの２倍高周波の波長５３２ｎｍのレーザー光Ｌを４００ｍＪ／ｐｕｌｓｅ，１０Ｈｚの条件で発振し、ターゲット１４に対して、レーザー光Ｌを処理容器１２の底部Ｂを透過させて照射した。なお、ターゲット１４へのレーザー光の照射光形状のサイズは直径１０ｍｍであった。また、レーザー光Ｌはフルエンスに換算すると０．５１Ｊ／ｃｍ２であった。このようにして、処理容器１２の底部Ｂ上に配置された粉末状のターゲット１４にレーザー光Ｌを６０分間照射してレーザーアブレーションを施してコロイドを得た。
【００３８】
次に、得られたコロイドをガラス皿に移し替えて溶媒１３（純水）を加熱蒸発させて、粒子を回収した。このようにして回収された粒子は平均粒子径が１０ｎｍのナノメートルサイズの粒子であった。また、このような粒子の質量を測定して１時間あたりの粒子の収率を求めたところ、収率は平均１５．２ｍｇ／ｈであった。
【００３９】
（実施例２）
ガラス製の瓶の代わりにガラス製の梨型フラスコ（容量１００ｍＬ）を処理容器１２として用いた以外は実施例１と同様にして液相レーザーアブレーション処理を施して、コロイドを得た。なお、処理容器１２の底部Ｂの最下部からのパラジウム粉末の厚みは、３ｍｍであった。
【００４０】
次に、得られたコロイドをガラス皿に移し替えて溶媒１３（純水）を加熱蒸発させて、粒子を回収した。このようにして回収された粒子は平均粒子径が１０ｎｍのナノメートルサイズの粒子であった。また、このような粒子の質量を測定して１時間あたりの粒子の収率を求めたところ、収率は２３．７ｍｇ／ｈであった。
【００４１】
（実施例３）
パラジウムの粉末の代わりに銅の粉末（密度５．０９ｇ／ｍ３、平均一次粒子径６０μｍ：ＳＥＭにより確認）を１．６ｇ用いた以外は実施例２と同様にして液相レーザーアブレーション処理を施して、コロイドを得た。なお、処理容器１２の底部Ｂの最下部からの銅粉末の厚みは、４ｍｍであった。
【００４２】
次に、得られたコロイドをガラス皿に移し替えて溶媒１３（純水）を加熱蒸発させて、粒子を回収した。このようにして回収された粒子は平均粒子径が１ｎｍのナノメートルサイズの粒子であった。また、このような粒子の質量を測定して１時間あたりの粒子の収率を求めたところ、収率は２３．８ｍｇ／ｈであった。
【００４３】
（実施例４）
パラジウムの粉末の代わりにＳｉＣの粉末（密度０．０７０ｇ／ｍ３、平均一次粒子径１．２μｍ：ＳＥＭにより確認）を１ｇ用いた以外は実施例２と同様にして液相レーザーアブレーション処理を施して、コロイドを得た。なお、処理容器１２の底部Ｂの最下部からのＳｉＣの厚みは、１１ｍｍであった。
【００４４】
次に、得られたコロイドをガラス皿に移し替えて溶媒１３（純水）を加熱蒸発させて、粒子を回収した。このようにして回収された粒子は平均粒子径が５ｎｍのナノメートルサイズの粒子であった。また、このような粒子の質量を測定して１時間あたりの粒子の収率を求めたところ、収率は１０９ｍｇ／ｈであった。
【００４５】
（実施例５）
パラジウムの粉末の代わりに黒鉛の粉末（密度０．２７９ｇ／ｍ３、平均一次粒子径１００μｍ：ＳＥＭにより確認）を１ｇ用いた以外は実施例２と同様にして液相レーザーアブレーション処理を施して、コロイドを得た。なお、処理容器１２の底部Ｂの最下部からの黒鉛粉末の厚みは、１２ｍｍであった。
【００４６】
次に、得られたコロイドをガラス皿に移し替えて溶媒１３（純水）を加熱蒸発させて、粒子を回収した。このようにして回収された粒子は平均粒子径が５ｎｍのナノメートルサイズの粒子であった。また、このような粒子の質量を測定して１時間あたりの粒子の収率を求めたところ、収率は１０９ｍｇ／ｈであった。
【００４７】
（比較例１）
図２に示す液相レーザーアブレーション装置を用いて、液相レーザーアブレーション処理を施した。図２に示す液相レーザーアブレーション装置は、基本的に、レーザー発振器１０と、レーザー光Ｌの光路上に配置されたミラー１１と、集光レンズ２１と、石英製の窓Ｗを備える密封型の処理容器１２と、溶媒１３と、処理容器１２に保持されたターゲット１４とを備える。
【００４８】
このような液相レーザーアブレーション装置においては、レーザー発振器１０としてＮｄ：ＹＡＧレーザー装置を用い、集光レンズ２１として焦点距離が１００ｍｍの合成石英レンズを用いた。なお、ターゲット１４の表面上の集光サイズが直径１．２ｍｍとなるように、集光レンズ２１は処理容器１２の窓Ｗに密着させるようにして配置した。また、処理容器１２としては、石英製の窓Ｗが設置される面及びターゲット１４が保持される面が円形であり、且つ、長さが１００ｍｍの円筒状の容器（容器内の円形の面の内径が８０ｍｍ）を用いた。また、このような処理容器１２はアクリル樹脂製のものとし、窓Ｗは直径４０ｍｍ、厚み８ｍｍの石英製のものとした。また、溶媒１３としては純水を用い、容器１２内を溶媒１３で満たした。また、ターゲット１４としては直径４０．０ｍｍ、厚み１．０ｍｍのパラジウム製の円盤を用いた。
【００４９】
そして、液相レーザーアブレーション処理に際しては、かかる装置を用いて、レーザー発振器１０からＮｄ：ＹＡＧレーザーの２倍高周波の波長５３２ｎｍのレーザー光Ｌを４００ｍＪ／ｐｕｌｓｅ，１０Ｈｚの条件で発振し、集光レンズ１２により、ターゲット１４の表面上の集光サイズが直径１．２ｍｍとなるようにして、純水中においてレーザー光Ｌをターゲットに照射した。なお、このようにして照射したレーザー光Ｌはフルエンスに換算すると３５．４Ｊ／ｃｍ２であった。また、このようなレーザー光Ｌの照射時間は６０分間とした。なお、レーザー光Ｌの照射の際には、ターゲット１４の表面の同じ位置に繰り返しレーザー光Ｌが照射されて穴が開ないように、ミラー１１を適宜回転させながらレーザー光Ｌを照射した。
【００５０】
次に、得られたコロイドをガラス皿に移し替えて溶媒１３（純水）を加熱蒸発させて、粒子を回収した。このようにして回収された粒子は平均粒子径が１５ｎｍのナノメートルサイズの粒子であった。また、このような粒子の質量を測定して１時間あたりの粒子の収率を求めたところ、収率は０．７５ｍｇ／ｈであった。
【００５１】
（比較例２）
直径４０．０ｍｍ、厚み１．０ｍｍのパラジウム製の円盤の代わりに、ターゲットとして直径４０．０ｍｍ、厚み１．０ｍｍの銅製の円盤を用いた以外は比較例１と同様にして液相レーザーアブレーション処理を施して、コロイドを得た。
【００５２】
次に、得られたコロイドをガラス皿に移し替えて溶媒１３（純水）を加熱蒸発させて、粒子を回収した。このようにして回収された粒子は平均粒子径が１０ｎｍのナノメートルサイズの粒子であった。また、このような粒子の質量を測定して１時間あたりの粒子の収率を求めたところ、収率は５．５ｍｇ／ｈであった。
【００５３】
（比較例３）
先ず、実施例１で用いたものと同様の処理容器（ガラス製の瓶）を用い、その処理容器中に溶媒としての純水（１００ｍＬ）を導入した。次に、処理容器中にターゲットとしての銅の粉末（密度５．０９ｇ／ｍ３、平均一次粒子径６０μｍ：ＳＥＭにより確認）を１ｇ添加し、処理容器の底部上にターッゲットの粉末を堆積させた。次に、処理容器内の純水をマグネチックスターラーを用いて回転速度１２００ｒｐｍで撹拌して純水中にターゲットを分散させながら、実施例１で用いたものと同様のレーザー発振器を用いて、処理容器の上部（開口部）側から溶媒にレーザー光を入射させることにより、溶媒を介してターゲットに対してレーザー光を照射した。そして、このようなレーザー光の照射に際して、レーザー光の照射条件や照射時間は実施例１と同様にし、これによりコロイドを得た。
【００５４】
次に、得られたコロイドをガラス皿に移し替えて溶媒１３（純水）を加熱蒸発させて、粒子を回収した。このようにして回収された粒子は平均粒子径が１０ｎｍのナノメートルサイズの粒子であった。また、このような粒子の質量を測定して１時間あたりの粒子の収率を求めたところ、収率は平均６ｍｇ／ｈであった。
【００５５】
（比較例４）
マグネチックスターラーを用いず、処理容器の底部上にターッゲットの粉末を堆積させたままの状態で、処理容器の上部（開口部）側から溶媒にレーザー光を入射させて、溶媒を介してターゲットにレーザー光を照射した以外は、比較例３と同様にして液相レーザーアブレーション処理を施して、コロイドを得た。
【００５６】
次に、得られたコロイドをガラス皿に移し替えて溶媒１３（純水）を加熱蒸発させて、粒子を回収した。このようにして回収された粒子は平均粒子径が１０ｎｍのナノメートルサイズの粒子であった。また、このような粒子の質量を測定して１時間あたりの粒子の収率を求めたところ、収率は０．５ｍｇ／ｈであった。
【００５７】
このような結果から、本発明（実施例１〜５）によれば、液相レーザーアブレーション処理による粒子の製造効率が十分に向上することが確認された。なお、実施例１と実施例２の結果から、実施例２において収率がより向上した理由を検討したところ、梨型フラスコを用いてアブレーションを行った場合、処理容器１２の形状から、アブレートして生成された粒子が液中に放出される際に周囲のターゲット粉末が押しのけたとしても、そのターゲット粉末が重力により底部Ｂに向かって自然に沈降して集まること、並びに、本実施例においては処理容器１２の底部Ｂにおいてターゲット粉末が堆積している領域の横断面の最大面の直径が概ね１２ｍｍであり、その大きさがレーザー光の照射面形状とほとんど同じサイズであることから、より高い効率でアブレーションを行うことが可能でったこと等に起因するものと推察される。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上説明したように、本発明によれば、液相中で連続的に安定してレーザーアブレーション処理を施すことができ、液相レーザーアブレーション処理による粒子の製造効率を十分に高度なものとすることが可能な液相レーザーアブレーション装置並びにそれを用いた液相レーザーアブレーション方法を提供することが可能となる。従って、本発明の液相レーザーアブレーション装置及び液相レーザーアブレーション方法は、電子素子、光素子、記録媒体、電池、触媒等に用いるナノメートルサイズの微粒子を製造するための装置及び方法として特に有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１０…レーザー発振器、１１…ミラー、１２…処理容器、１３…溶媒、１４…ターゲット、Ｌ…レーザー光、Ｂ…処理容器の底部、２１…集光レンズ、Ｗ…窓。
【図１】
2011161379.tif 000003
【図２】
2011161379.tif 000004