(57)【要約】  反応チャンバ（１２ａ）を形成するように配置された本体（２０）を含む反応グループ（１２）を含む、３次元状態材料の化学変換のためのシステムであって、少なくとも１つの構成要素（２１）が、化学変換するように配置された３次元状態の１つまたは複数のサンプルを支持するように構成されているシステムが期待される。このシステムは、使用中に所定の温度で反応チャンバ（１２ａ）を加熱するように配置されたオーブン（１５）をさらに含み、ガス供給グループは、第１のガスを反応チャンバ（１２ａ）および／または本体（２０）の内部に含まれるケーシング構成要素内に放出するように配置され、ケーシング構成要素は、使用中に、第２のガスを反応チャンバ（１２ａ）内に放出するのに適した化学薬品を含む。本体（２０）は、使用中に、サンプル（１１）上に第１および／または第２のガスを反応チャンバ（１２ａ）内に集中させるように構成された少なくとも２つのタービンを含む。本発明はまた、３次元状態の材料の化学変換のための方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元状態の材料の化学変換のためのシステムであって、
−第１のガスを反応チャンバ（１２ａ）内に放出するように配置されたガス供給グループ（１４）と、
−反応チャンバ（１２ａ）を形成するように構成された本体（２０）であって、３次元状態で、化学的に変換されるように配置された１つまたは複数のサンプル（１１）を支持するように構成された少なくとも１つの構成要素（２１）、および／または第２のガスを前記反応チャンバ（１２ａ）内に放出するように配置された、化学薬品を含むケーシング構成要素（２６）を含む本体（２０）を含む反応グループ（１２）と、
−前記反応グループ（１２）を含み、前記反応チャンバ（１２ａ）を所定の温度で加熱するように配置されたオーブン（１５）と、
を含み、
前記本体（２０）が、
−使用中に、前記サンプル（１１）上の前記第１および／または前記第２のガスを前記反応チャンバ（１２ａ）内に集中させるように配置された少なくとも２つのタービン（２５）を含むことを特徴とする、システム。
【請求項２】
前記ケーシング構成要素（２６）がある場合は、中に含まれる前記化学薬品が、蒸気を放出するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
−前記サンプル（１１）が酸化カルシウム（ＣａＯ）でできており、
−前記ガス供給グループ（１４）は、二酸化炭素（ＣＯ２）を放出するように構成され、
−前記化学薬品は蒸気（Ｈ２Ｏ）を放出するように配置され、
前記化学変換は、超臨界状態で、蒸気（Ｈ２Ｏ）の存在下で二酸化炭素（ＣＯ２）を介して実行される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
−前記サンプル（１１）は、
−３次元固体酸化物を含む群から選択された材料でできており、
−前記ガス供給グループ（１４）または前記化学薬品はアンモニア（ＮＨ３）を放出するように配置され、
前記化学変換は、アンモニア（ＮＨ３）の存在下で実行される、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項５】
−前記サンプル（１１）は、金属または金属塩を含む群から選択された材料でできており、
−前記ガス供給グループ（１４）または前記化学薬品は蒸気（Ｈ２Ｏ）を放出するように配置され、
前記化学変換は、蒸気（Ｈ２Ｏ）の存在下で実行される、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項６】
−前記サンプル（１１）は、酸化物を含む群から選択された材料でできており、
−前記ガス供給グループ（１４）は、二酸化炭素（ＣＯ２）を放出するように構成され、
−前記化学薬品は、蒸気（Ｈ２Ｏ）を放出するように適合され、
前記化学変換は、二酸化炭素（ＣＯ２）および蒸気（Ｈ２Ｏ）の存在下で実行される、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項７】
３次元状態の材料の化学変換のための方法であって、
−前記３次元状態の材料でできたサンプル（１１）の前記化学変換を可能にするように構成された反応チャンバ（１２ａ）を提供するステップと、
−前記反応チャンバ（１２ａ）の内部に、前記サンプル（１１）を支持するように構成された構成要素（２１）を提供するステップと、
−前記反応チャンバ（１２ａ）を所定の温度に加熱するように配置されたオーブン（１５）を提供するステップと、
−反応チャンバ（１２ａ）内に、所定の圧力で第１のガスおよび／または第２のガスを放出するステップと、
−少なくとも２つのタービン（２５）を介して、前記反応チャンバ（１２ａ）内に、前記第１および／または前記第２のガスを前記サンプル（１１）上に集中させるステップと、
−前記所定の温度および圧力で、前記３次元状態の材料でできた前記サンプル（１１）上に前記化学変換を実行するステップと、
を含み、
前記化学変換により、初期構造が保持されている、および／または完全にまたは部分的に変換されている３次元材料サンプルを取得できる、方法。
【請求項８】
−前記反応チャンバ（１２ａ）の内部に、前記サンプル（１１）を支持するように構成された構成要素（２１）を提供する前記ステップは、
−酸化カルシウム（ＣａＯ）でできた３次元サンプルを提供するステップを含み、
−第１のガスを放出する前記ステップは、
−二酸化炭素（ＣＯ２）を放出するステップを含み、
−第２のガスを放出する前記ステップは、
−蒸気（Ｈ２Ｏ）を放出するステップを含み、
−前記化学変換を実施する前記ステップは、
−超臨界状態で蒸気（Ｈ２Ｏ）の存在下で、二酸化炭素（ＣＯ２）を介して化学変換を実行するステップと、
−前記初期構造が保持されている、および／または完全にまたは部分的に酸化カルシウム（ＣａＯ）から炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）に変換されている３次元材料サンプルを取得するステップとを含む、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
−前記反応チャンバ（１２ａ）の内部に、前記サンプル（１１）を支持するように構成された構成要素（２１）を提供する前記ステップは、
−３次元固体酸化物を含む群から選択された材料でできた３次元サンプルを提供するステップを含み、
−第１のガスまたは第２のガスを放出する前記ステップは、
−アンモニア（ＮＨ３）を放出するステップを含み、
−前記化学変換を実行する前記ステップは、
−アンモニア（ＮＨ３）の存在下で化学変換を実行するステップと、
−前記初期構造が保持されている、および／または固体酸化物から窒化物に基づく３次元材料に完全にまたは部分的に変換されている３次元材料サンプルを取得するステップとを含む、
請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
−前記反応チャンバ（１２ａ）の内部に、前記サンプル（１１）を支持するように構成された構成要素（２１）を提供する前記ステップは、
−金属または金属塩を含む群から選択された材料でできた３次元サンプルを提供するステップを含み、
−第１のガスまたは第２のガスを放出する前記ステップは、
−蒸気（Ｈ２Ｏ）を放出するステップを含み、
−前記化学変換を実行する前記ステップは、
−蒸気（Ｈ２Ｏ）の存在下で、化学変換を実行するステップと、
−前記初期構造が保持されている、および／または金属または金属塩から金属酸化物に基づく３次元材料に完全にまたは部分的に変換されている３次元材料サンプルを取得するステップとを含む、
請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
−前記反応チャンバ（１２ａ）の内部に、前記１つまたは複数のサンプル（１１）を支持するように構成された構成要素（２１）を提供する前記ステップは、
−酸化カルシウムを含む群から選択された材料でできた３次元サンプルを提供するステップを含み、
−第１のガスを放出する前記ステップは、
−二酸化炭素（ＣＯ２）を放出するステップを含み、
−第２のガスを放出する前記ステップは、
−蒸気（Ｈ２Ｏ）を放出するステップを含み、
−前記化学変換を実行する前記ステップは、
−二酸化炭素（ＣＯ２）および蒸気（Ｈ２Ｏ）の存在下で、化学変換を実行するステップと、
−前記初期構造が保持されている、および／または酸化カルシウム（ＣａＯ）から炭酸塩に基づく３次元材料に完全にまたは部分的に変換されている３次元材料を取得するステップとを含む、
請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、例えば、３次元状態の材料の化学変換を実現するためシステムに関する。
【０００２】
特に、本発明は、超臨界および／または臨界条件においても、高反応性の３次元無機材料を実現するためのシステムに関する。
【０００３】
さらにより具体的には、本発明は、例えば、固体３次元前駆体と、非常に反応性で均質なガスまたはガス混合物との間の、高温および／または高圧での不均一反応による、構造的階層の変化を伴わない、３次元材料の化学変換のためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００４】
一般に、例えば、リン酸カルシウムベースの材料の合成のための前駆体として使用される、高反応性の、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）に基づく３次元材料の調製のプロセスが既知である。
【０００５】
例えば、このタイプのプロセスは、国際公開第２０１７／０２１８９４号公報から既知である。
【０００６】
既知のプロセスで見つかった問題は、酸化カルシウム（ＣａＯ）から炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）への３次元材料の変換は、一般に、試薬の均一性の欠如によって特に影響を受けることである。
【０００７】
特に、水（Ｈ２Ｏ）が豊富な二酸化炭素（ＣＯ２）の既知のプロセスでの使用の可能性は、初期構造が保存されている、および／または酸化カルシウム（ＣａＯ）から炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）へ完全に変換されている３次元材料を得ることを必ずしも常に保証するわけではないことに出願人は注目した。
【０００８】
また、一般に既知のシステムは、窒化物、金属酸化物、炭酸塩などに基づく３次元材料の場合でさえ、初期構造が完全に保存されている、および／または少なくとも部分的に変換されている３次元材料を得ることを常に保証するわけではないことに出願人らは注目した。
【０００９】
一般に、既知の変換のためのシステムは、前記材料が、その構造に関しては完全に保存されている、および／または少なくとも部分的に化学変換されるように、３次元材料の化学変換を常に保証するように最適化されていないことを出願人らは観察した。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の目的は、先行技術の上記の問題を最適化された方法で解決することである。
【００１１】
そのような目的は、以下の特許請求の範囲に記載された特徴を有する３次元材料の化学変換のためのシステムによって達成される。
【００１２】
本発明はまた、様々な厚さを有する化学的に変換された高反応性の表面層を３次元材料上に実現するための方法に関する。
【００１３】
本発明の以下の総合的な説明は、本発明のいくつかの態様の基本的な理解を提供することを目的として提供される。
この総合的な説明は、拡張された説明ではなく、したがって、本発明の鍵となる要素または重要な要素を識別するのに適している、または本発明の範囲を詳述するのに適切であることを意図していない。その唯一の目的は、以下の詳細な説明のプレビューとして、本発明のいくつかの内容を簡略化された形で紹介することである。
【００１４】
好ましい実施形態の１つの特徴によれば、システムは、１つまたは複数のガスが放出される反応チャンバを含む本体と、使用中に化学的変換をさせる３次元状態の材料サンプル上の１つまたは複数のガスを反応チャンバ内に集中させるように配置された少なくとも２つのタービンとを含む。
【００１５】
別の特徴によれば、システムは、初期構造が保存されている、および／あるいは完全にまたは部分的に変換されている３次元材料が得られるように、３次元状態の材料サンプルを化学的に変換するよう構成される。
【００１６】
本発明の別の特徴によれば、反応チャンバは、高度にエネルギーを与えられた１つまたは複数のガスの放出を可能にするように実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、添付の図面の助けを借りて非限定的な例として提供される好ましい実施形態の以下の説明からより明確に図示され、同じまたは類似の参照番号によって示される構成要素は、同じまたは類似の機能および構造を有する要素を示す。
【図１】３次元対象物の化学変換のためのシステムの一般的な機構を示す図である。
【図２】図１のシステムの反応器グループの機構を示す図である。
【図３】図２の反応器グループの部分を示す概略図である。
【図４】図２の反応器グループの詳細の概略図である。
【図５】第１の実施形態による変換のためのシステムにおける温度および圧力の傾向の合成グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本明細書で、本説明の文脈において、システムの様々な構成要素の幾何学的配置に関連する、上位、下位、垂直、および可能な追加の用語は、それらの従来の意味で使用されることが明示される。
【００１９】
図１を参照すると、例えば骨組織の再生のために提供されるサンプル１１の化学変換（システム）１０のためのシステムは、反応グループまたは反応器グループ１２と、ガスを反応器グループ１２内に供給または放出するように配置されたガス供給グループ（ガスグループ）１４とを含む。
【００２０】
好ましい実施形態によれば、ガスグループ１４は、圧力下で反応するガス、例えば二酸化炭素（ＣＯ２）を含む１つまたは複数のガスボンベ４１と、既知の真空ポンプを経由して反応器グループ１２から空気を吸引し、１つまたは複数のガスボンベ４１から来るガスを制御された方法で、反応器グループ１２内に供給するように構成されたガス制御ユニット４２とを含む。
好ましい実施形態によれば、ガス制御ユニット４２は、反応器グループ１２に向かう反応ガスの流れを管理するように構成されている。
好ましくは、ガス制御ユニット４２は、例えば、適切にプログラムされたＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）によって既知の方法で制御される電子圧力調整器または質量流量調整器を介して、反応器グループ１２内へのガスの流れを自動化された方法で制御するように構成される。
好ましくは、ガス制御ユニット４２は、圧力センサ装置４５を含み、温度センサ装置４４（図１〜図４）などの反応器グループ１２に含まれる既知のタイプの装置に接続される。システムは、前記装置４４および４５を介して、例えば、経時的に、システム１０から来る温度および／または圧力のデータ記録を取得し、示すように構成される。
【００２１】
例えば金属タイプの、高温高圧で動作するのに適した反応器グループ１２は、３次元サンプルを酸化カルシウム（ＣａＯ）から炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）に完全かつ均一な方法で変換するように構成されている。
【００２２】
好ましい実施形態では、反応器グループ１２は、チャンバ（反応チャンバ）１２ａを形成するように構成された、好ましくは円筒形の本体２０、および反応器グループ１２の基部に配置され、好ましくは、ガス制御ユニット４２を介して既知の方法でガスボンベ４１、真空ポンプおよび温度センサ装置４４および／または圧力センサ装置４５に接続されるように配置された底部２２、例えば平坦な底部を含む。
【００２３】
本体２０は、好ましくは、上端に、１つまたは複数の既知のタイプのシールを介して反応チャンバ１２ａを密封する際に協働するように配置されたフォルダ２０ａを含む。
【００２４】
本体２０は、好ましくは、頂部構成要素２１、例えば、穴２１ａ、例えば、中央穴を含む頂部キャップをさらに含む。頂部構成要素２１は、好ましくは、使用中に反応チャンバ１２ａを密封し、サンプル１１を支持し、軸２３が中央穴２１ａを通過できるように構成され、軸２３は、使用中に制御された方法で、モータ、例えば、本実施形態によれば、軸２３に固定された固定ブレードまたはタービン２５の２つのグループを介して時計回りまたは反時計回りに回転するように構成される。
【００２５】
好ましくは少なくとも２つのタービン２５は、例えば、軸２３に固定され、互いに間隔を置いて配置され、反応チャンバ１２ａ内に存在する化学物質（ガス）を、タービン２５の間のサンプル１１上に集中させるように配置される。
【００２６】
本体２０はまた、好ましい実施形態によれば、化学薬品、例えば水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）を含むように配置され、使用中に蒸気を反応チャンバ１２ａ内に放出するように配置された例えばケーシング構成要素である下部構成要素２６を含む。下部構成要素またはケーシング構成要素２６は、例えば、複数のバー２６ａを介して頂部構成要素２１に接続され、好ましい実施形態では、化学的に変換されるサンプル１１を支持するように配置された接続部またはフック要素２６ｂを含む。
【００２７】
反応器グループ１２の本体２０は、好ましくはオーブン１５内に含まれ、オーブン１５は、本体２０に対応して配置された、例えば電気抵抗を介して、使用中に制御された方法で、反応器グループ１２の反応チャンバ１２ａを加熱するように配置される。
【００２８】
好ましくは、電気抵抗の近くに、オーブン１５の内部から来る温度のデータ記録を取得し、オーブン制御ユニット５２、例えば既知のタイプのコンピュータに経時的に送信するように構成されたオーブン温度センサ５４が配置される。
【００２９】
使用中、本体２０は、フォルダ２０ａおよび本体２０の頂部構成要素２１を密封するように配置された顎部２９、例えば２つの顎部によって密封され得ることが期待される。
【００３０】
本実施形態によれば、本体２０は、頂部構成要素２１、下部構成要素２６、バー２６ａ、およびフック要素２６ｂなど本体に含まれる構成要素と共に、例えば、垂直方向にオーブン１５から取り出すことができて、酸化カルシウム（ＣａＯ）から炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）への変換の化学反応が付加されるサンプル１１をフック要素２６ｂにフックできることが期待される。
【００３１】
上記のシステムの動作は以下の通りである。
【００３２】
一般に、システム１０は、第１の実施形態によれば、超臨界状態で、反応を触媒するのに適した蒸気（Ｈ２Ｏ）の存在下で、二酸化炭素（ＣＯ２）の化学変換または二酸化炭素（ＣＯ２）との反応によって酸化カルシウム（ＣａＯ）でできた材料サンプル１１上に高温高圧で炭酸化プロセスを実行することを実現した。システムによって実施されたプロセスの最終結果は、ＣａＯでできたサンプル１１と同じ初期マクロおよびミクロ構造をもつ、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）でできたサンプルを取得することである。
【００３３】
言い換えれば、炭酸化反応は次の式１に従って要約され得る。
【化１】
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【００３４】
開始手順
システム１０の開始手順は、ここに列挙されたものとは異なる順序でもあるが、例えば以下のステップ、
−顎部２９が開いたままであり、本体２０およびそれに含まれる構成要素がオーブン１５の外側に保たれるステップ（１１０）と、
−例えば約５０〜５００ｇの範囲に含まれる総重量を有する、ＣａＯでできた様々な数のサンプルが反応チャンバ１２ａの内部に配置され、フック要素２６ｂに固定されるステップ（１２０）であって、好ましくは、サンプルは多孔性（例えば、５０％体積）であり、３次元であり、形状が可変である（例えば、中空シリンダ、平行六面体など）、ステップ（１２０）と、
−反応チャンバ１２ａの下部構成要素２６上に、Ｈ２Ｏの供給源となるように構成された化学成分、例えば、Ｃａ（ＯＨ）２に基づく成分が配置されるステップ（１３０）と、
−タービン２５、例えば、４５°のブレードを備えた２つのタービンが、反応チャンバ１２ａ内の軸２３に沿って配置されるステップ（１４０）であって、好ましくは、タービン２５は、サンプル１１が使用中にタービン２５の間の領域に配置されるように、ブレードが対向する位置に取り付けられることが期待されるステップ（１４０）と、
−本体２０およびその中に含まれる構成要素が下げられ、オーブン１５内に挿入され、顎部２９が閉じられ、ロックされて、反応チャンバ１２ａを密閉するステップ（１５０）と、
−反応チャンバ１２ａに存在する空気が、ガス制御ユニット４２を介して制御される真空ポンプによって吸引されるステップ（１６０）と、
−反応チャンバ１２ａの内部で、ガスグループ１４から来る所定量のＣＯ２が、ガス制御ユニット４２を通して、経時的に制御された方法で、充填、放出または注入されるステップ（１７０）であって、好ましくは、反応チャンバ１２ａに充填されたガスの量は、例えば、１つまたは複数のガスボンベ４１の下に配置された秤によって量られ、特に、ガスの量は、化学変換プロセス中のサンプルによるＣＯ２の予想される消費、所望の最終圧力、および反応チャンバ１２ａの容積を考慮して、化学量論的に計算される、ステップ（１７０）と、
−予想される量のＣＯ２の充填の終わりに、所定の熱サイクルに従って、オーブン１５の加熱が開始され、温度検出センサ４４および５４、ならびに圧力検出センサ４５が作動される、ステップ（１８０）と、
を含む。
【００３５】
変換手順
変換手順は、反応器グループ１２の内部、すなわち反応チャンバ１２ａの内部に含まれる温度センサ４４によって、および好ましくはガスグループ１４内に含まれる圧力センサ４５によって、かつオーブン１５に含まれる温度センサ４５によって測定される圧力および温度の傾向を経時的にチェックすることによって実行される。好ましくは、圧力センサ４５は、反応チャンバ自体の内部の温度によって影響を受けないように、反応チャンバの外側に配置される。
【００３６】
他の実施形態によれば、オーブンに含まれる温度センサ５４は存在せず、反応チャンバに含まれる温度センサ４４を介して温度を制御するのに十分であると予想される。
【００３７】
好ましくは、温度および圧力の傾向は、コンピュータ上に、例えば、既知の方法でガス制御ユニット４２にやはり接続されているオーブン制御ユニット５２上に表示される。
この説明では、温度および圧力の傾向は図５に示される。
【００３８】
図５に例示されているように、圧力６１（実線−二次軸）の傾向は、充填初期段階の後、例えば室温から始まり、温度上昇（圧力の上昇を引き起こす）と、サンプル１１がそれから作られるＣａＯによるＣＯ２の消費（圧力の低下を引き起こす）との間の妥協により、その後ほぼ線形の傾向で進行することが実験的に検証されている。
出願人は、サンプルがない場合、曲線の傾向が前記傾向よりも大きい勾配で線形になることを実験的に検証した。
【００３９】
実験的に、ＣＯ２が破線６３で区切られた図の領域で、例えば温度Ｔ＞約３１０℃およびＰ＞７２．９ａｔｍで超臨界状態にあることも検証された。
さらにより具体的には、超臨界状態を開始する温度は、充填ガスの量、温度の時間勾配、およびサンプルの数の関数として、少なくともＴ＞２５０°より高い温度値を有することが実験的に検証された。
【００４０】
反応に関連する熱力学的理由により、約３００℃から開始し、ＣＯ２の存在下でのみ、水酸化カルシウムは反応チャンバ内のＨ２Ｏを遊離させることができる。Ｈ２Ｏは、好ましくは相互に対向するタービン２５を介してＣＯ２と混合し、ＣａＯでできたサンプルの炭酸化プロセスを開始し、このプロセスは、それぞれの反応に対応する次の式２および３で表すことができる。
【化２】
2021533981.tif 000004
または、反応２および３の要約式４にもよる。
【化３】
2021533981.tif 000005
【００４１】
式４は、反応器グループ１２、すなわち反応チャンバ１２ａにおいて、混合物ＣＯ２／Ｈ２Ｏとの直接反応が起こっていることを示しており、それによりＣＯ２が予備水和プロセスを受ける必要はない。
【００４２】
有利なことに、システム１０により、説明したように、状況的水和＋炭酸化の理想的な条件が生成される。
実際のところ、記載された実施形態および付随する炭酸化プロセスにおいて、Ｃａ（ＯＨ）２の形成は、プロセスのすべての瞬間において局所的に制限され、実際のところ、新しく生成されたＣａ（ＯＨ）２はＣＯ２とすぐに反応して、ＣａＣＯ３を生成する。
【００４３】
システム１０、特に、反応チャンバ１２ａに存在する物質をサンプル１１の近くで振とうし、含むように配置された複数のブレードまたはタービン２５を含む反応器グループ１２の導入により、同じ反応チャンバ１２ａ内で、炭酸化中に、均質で、制御され、反応性の高いＣＯ２／Ｈ２Ｏ混合物を生成することが可能であり、炭酸化プロセスの前にＣＯ２の水和プロセスを必要としないことを出願人は実験によって検証した。
【００４４】
要約すると、システム、特に説明された反応器グループ１２は、酸化カルシウム（ＣａＯ）から炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）に完全に変換されたサンプルを常に保証するように配置されており、炭酸化プロセスの前にＣＯ２の水和プロセスを必要としない。
【００４５】
このシステムは、様々な形状のＣａＯ内に多孔性サンプルを提供することによって説明される。
好ましくは出願人が、φ＝３０ｍｍから１０ｍｍの直径、６０ｍｍから１０ｍｍの長さ、３５ｇから２ｇの重量を有する円筒形状のサンプルの炭酸化を実現した限りでは、説明され、特許請求されたものの範囲から逸脱することなく、サンプルが、異なる形状および反応チャンバのサイズの関数として示されるものよりもさらに大きいサイズおよび重量で有り得ることを当業者は容易に理解できる。
【００４６】
同様に、サンプルは、説明および特許請求されている範囲から逸脱することなく、多孔性または高密度でない可能性がある。
【００４７】
他の実施形態によれば、特にサンプルの配置、形状、サイズ、重量、多孔性または密度の関数として、反応チャンバ内のガス乱流のタイプを変更するために、軸に沿ったタービンの数または配置、あるいはタービンの形状を変更することが予想される。
高密度サンプルの場合、ＣａＯからＣａＣＯ３への変換プロセスの侵入深さはサンプルの密度の関数であると予想される。
【００４８】
いくつかのさらなる実施形態によれば、ＣａＯの炭酸化の開始を予測するために、例えば、カルシウムに関して代替の水酸化物、例えば、水酸化ストロンチウム（Ｔ＞１００℃でのＨ２Ｏの放出）またはマグネシウム（Ｔ＞２００℃でのＨ２Ｏの放出）を反応チャンバ内に導入することが期待される。
【００４９】
他の実施形態によれば、説明されたシステムおよび方法は、例えば、３次元酸化性材料および非酸化性材料と、ガスまたは窒素（例：アンモニア（ＮＨ３）、窒素（Ｎ２）など）を含むガス混合物との反応に続いて、例えば、以下の窒化物に基づく３次元材料の製造に使用されることが期待される：
−窒化物（例えば、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）など）。
【００５０】
この場合、ガスグループ１４は、圧力下での反応ガスとして、窒素（例えば、アンモニア（ＮＨ３）、窒素（Ｎ２）など）を含む１つまたは複数のガスボンベを含み、反応器グループ１２は、好ましい実施形態に説明されたものと実質的に同じであるが、唯一の可能な変形形態として、下部構成要素２６は、蒸気を放出するのに適した化学薬品を含まないが、しかし存在する場合、サンプル１１を引っ掛けることができるように頂部構成要素２１に接続される。下部構成要素２６がない場合、頂部構成要素だけが、サンプルを反応器グループ１２に引っ掛けることができる。
【００５１】
窒化物の場合のシステム１０の動作は、例えばガスグループ１４または下部構成要素２６から来る、ＮＨ３の存在下で３次元固体酸化物および／またはＮＨ３−Ｈ２Ｏ混合物の間で化学反応が起こることを必要とする（例えば、窒素を含む劣化塩にさらされることから始まる反応性ＮＨ３の生成による）。
【００５２】
化学変換は、例えば、それぞれ次のように表すことができる。
【化４】
2021533981.tif 000006
式中、・・・は、当業者が容易に理解できるように、二次生成物を説明する。
【００５３】
窒化プロセスに加えて、例えば、ＮＨ３＋ＣＯ２混合物の存在下での金属炭化窒素化プロセス、またはＮＨ３＋Ｈ２Ｏ混合物の存在下での金属オキシ炭酸化プロセスもまた、説明されるようにシステム１０の目的に含まれると期待できる。
【００５４】
さらなる実施形態によれば、記載されたシステムおよび方法は、例えば、以下の金属酸化物、
−例えば、金属および非金属の３次元材料と、水（Ｈ２Ｏ）との反応に続いて、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３など）などの金属酸化物、
−例えば、酸化性および非酸化性の３次元材料と、水（Ｈ２Ｏ）との反応および存在する可能性がある異なる性質の前駆体との反応に続いて、チタン酸塩（例えば、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ３など）など）、ジルコネート（例えば、ＳｒＺｒＯ３など）、ケイ酸塩（例えば、ＣａＳｉＯ３など）、アルミン酸塩（例えば、ＭｇＡｌ２Ｏ４など）などの混合金属酸化物
に基づく３次元材料の製造のために使用されることが期待される。
【００５５】
この場合、ガスグループ１４は存在しない可能性があり、反応器グループ１２は、好ましい実施形態に説明されたものと実質的に同じである。
【００５６】
金属酸化物の場合のシステム１０の動作は、以下に示すように化学反応が実現されることを提供する。
【化５】
2021533981.tif 000007
式中、・・・は、当業者が容易に理解できるように、二次生成物を説明する。
【００５７】
別のさらなる実施形態によれば、記載されたシステムおよび方法が、例えば、以下の炭酸塩
−例えば、酸化性および非酸化性の３次元材料と、水（Ｈ２Ｏ）および二酸化炭素（ＣＯ２）との反応に続いて、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）、混合炭酸塩（例えば、ＣａＭｇ（ＣＯ３）２、Ｃｏ２（ＯＨ）２ＣＯ３など）などの炭酸塩、
−例えば、酸化性および非酸化性の３次元材料と、水（Ｈ２Ｏ）および硫黄酸化物（ＳＯ３）との反応に続いて、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）などの硫酸塩
に基づく３次元材料の製造のために使用されることが提供される。
【００５８】
この場合、反応器グループ１２は、第１の好ましい実施形態について説明されたものと実質的に同じである。
【００５９】
炭酸塩の場合のシステム１０の動作は、以下に示すように化学反応が実現されることを提供する。
【化６】
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式中、・・・は、当業者が容易に理解できるように、二次生成物を説明する。
【００６０】
有利には、すべての実施形態において、例示的な実施形態による、例えば、固定ブレードまたはタービン２５の少なくとも２つのグループの存在が、軸２３に提供されることが理解されるであろう。
ブレードまたはタービン２５のグループは、好ましくは、軸２３に固定され、サンプルが含まれる反応チャンバ１２ａの内部に存在する物質をショベルまたはタービン２５のグループの間に集中させるように配置される。
【００６１】
炭酸化プロセスの例
説明を完全にするために、天然の多孔性構造から開始してヒドロキシアパタイトでできた３次元サンプルを生成するために配置されたより複雑なプロセスの中間ステップを実現するために使用される炭酸化プロセスの例を以下に示す。
−反応チャンバ１２ａに約１００ｇのＣａＯでできたサンプル１１を導入するステップと、
−反応チャンバに約１００ｇのＣａ（ＯＨ）２を導入するステップと、
−利用可能な容量で約１３００ｇのＣＯ２を約１５リットルの反応チャンバ内に充填するステップを、
以下の条件：
−３００℃で、モル比ＣＯ２：Ｈ２Ｏ＝１０：１、
−反応中のＣＯ２モル消費量は最初に充填されたすべてのＣＯ２の約１０％、
−７３５分で約２０〜６２０℃の熱サイクル、
−約１２０〜１３０バールの範囲の最終圧力
で行う。
【００６２】
もちろん、寸法、形状、材料、構成要素および接続、ならびに説明された構成および操作方法の詳細に関して、上記の開示に対する明らかな変更および／または変形が、以下の特許請求の範囲に規定される本発明の範囲から逸脱することなく可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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