(57)【要約】【課題】  簡単かつ安価で、再現性が良く、しかも短時間でセラミックスナノ微粒子を製造することができるナノ微粒子の製造方法を提供すること。【解決手段】  粉末試料と触媒とを混合した状態で耐熱性容器に収容する一方、当該混合物にマイクロ波を照射せしめ、前記触媒から放電せしめたプラズマにより粉末試料を電子励起することによって、当該粉末試料を雰囲気中に含まれる気体成分と結合反応せしめ、板体に付着した化合物粉体を採取可能にするという技術的手段を採用したことによって、ナノ微粒子の製造方法を完成させた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末試料と触媒とを混合した状態で耐熱性容器に収容する一方、当該混合物にマイクロ波を照射せしめ、前記触媒から放電せしめたプラズマにより粉末試料を電子励起することによって、当該粉末試料を雰囲気中に含まれる気体成分と結合反応せしめ、板体に付着した化合物粉体を採取可能であることを特徴とするナノ微粒子の製造方法。
【請求項２】
粉末試料として、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化鉄（ＦｅＳ）、硫化ゲルマニウム（ＧｅＳ）、硫化銅（ＣｕＳ）、硫化ビスマス（Ｂｉ2 Ｓ3 ）、硫化ガリウム（Ｇａ2 Ｓ3 ）のうちから選択される何れかを用いることを特徴とする請求項１記載のナノ微粒子の製造方法。
【請求項３】
触媒として、導電性金属ウールを用いることを特徴とする請求項１または２記載のナノ微粒子の製造方法。
【請求項４】
マイクロ波の波長を２．４５ＧＨｚにすることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載のナノ微粒子の製造方法。
【請求項５】
雰囲気中の酸素と結合して酸化物粉体にすることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載のナノ微粒子の製造方法。
【請求項６】
雰囲気中の窒素と結合して窒化物粉体にすることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載のナノ微粒子の製造方法。
【請求項７】
雰囲気中の硫黄と結合して硫化物粉体にすることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載のナノ微粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ微粒子の製造技術の改良、更に詳しくは、簡単かつ安価で、再現性が良く、しかも短時間でセラミックスナノ微粒子を製造することができるナノ微粒子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノテクノロジー（ナノメートル：１０-9ｍ）が２１世紀を支える新技術として大きな注目を集めており、それらの新技術により誕生したナノ粒子は、同じ物質でありながらバルク体とは大きく異なった反応性や溶解性、電磁気的、光学的あるいは機械的特性などの種々の特異的な性質を持っている。
【０００３】
更には、フラーレンやカーボンナノチューブのように、ナノレベルである特定の形状や構造を有することによって、新規な特性を持った様々な材料が生み出され、優れた新素材としての大きな可能性を提供している。
【０００４】
従来の酸化物、窒化物、硫化物等のセラミックスにおけるナノ・マイクロ微粒子の製造方法としては、Ａ．粉砕法（例えば、特許文献１参照）、Ｂ．気相法（例えば、特許文献２参照）、Ｃ．液相法（例えば、特許文献３参照）が知られている。
【０００５】
しかしながら、上記各方法には、以下のような問題点が挙げられる。
Ａ．粉砕法
（１）長時間を要する。
（２）ナノ微粒子の形状制御が困難である。
Ｂ．気相法
（１）装置が複雑で高価である。
（２）生産効率が良くない。
（３）排気ガスの処理設備が必要である。
Ｃ．液相法
（１）作製工程が多く複雑である。
（２）廃液の処理が必要である。
（３）長時間を要する。
【特許文献１】特開２００６−２７３６２３号公報（第３−６頁）
【特許文献２】特開２００５−１７７９８３号公報（第４−６頁、図１）
【特許文献３】特開２００６−２２３９４号公報（第７−１５頁、図１−３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来の製造方法に上記のような問題があったことに鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、簡単かつ安価で、再現性が良く、しかも短時間でセラミックスナノ微粒子を製造することができるナノ微粒子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者が上記課題を解決するために採用した手段を添付図面を参照して説明すれば次のとおりである。
【０００８】
即ち、本発明は、粉末試料と触媒とを混合した状態で耐熱性容器に収容する一方、当該混合物にマイクロ波を照射せしめ、前記触媒から放電せしめたプラズマにより粉末試料を電子励起することによって、当該粉末試料を雰囲気中に含まれる気体成分と結合反応せしめ、板体に付着した化合物粉体を採取可能にするという技術的手段を採用したことによって、ナノ微粒子の製造方法を完成させた。
【０００９】
また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、粉末試料として、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化鉄（ＦｅＳ）、硫化ゲルマニウム（ＧｅＳ）、硫化銅（ＣｕＳ）、硫化ビスマス（Ｂｉ2 Ｓ3 ）、硫化ガリウム（Ｇａ2 Ｓ3 ）のうちから選択される何れかを用いるという技術的手段を採用した。
【００１０】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、触媒として、導電性金属ウールを用いるという技術的手段を採用した。
【００１１】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、マイクロ波の波長を２．４５ＧＨｚにするという技術的手段を採用した。
【００１２】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、雰囲気中の酸素と結合して酸化物粉体にするか、または、雰囲気中の窒素と結合して窒化物粉体にするか、または、雰囲気中の硫黄と結合して硫化物粉体にするという技術的手段を採用した。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にあっては、粉末試料と触媒とを混合した状態で耐熱性容器に収容する一方、当該混合物にマイクロ波を照射せしめ、前記触媒から放電せしめたプラズマにより粉末試料を電子励起することによって、当該粉末試料を雰囲気中に含まれる気体成分と結合反応せしめることによって、板体に付着した化合物粉体を採取することができる。
【００１４】
したがって、本発明の製造方法を採用することによって、簡単かつ安価で、再現性が良く、しかも短時間でセラミックスナノ微粒子を製造することができることから、ナノ微粒子を製造するための方法としての実用的利用価値は頗る高いものがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態を具体的に図示した図面に基づいて更に詳細に説明すると、次のとおりである。
【００１６】
本発明の実施形態を図１から図９に基づいて説明する。本実施形態では、まず、図１に示すように、粉末試料と触媒とを混合した状態で耐熱性容器（ルツボ）に収容する。
【００１７】
そして、当該混合物にマイクロ波を照射せしめ、前記触媒から放電せしめたプラズマにより粉末試料を電子励起させる。
【００１８】
こうすることによって、当該粉末試料を雰囲気中に含まれる気体成分と結合反応せしめる。そして、板体に付着した化合物粉体を採取可能である。
【実施例】
【００１９】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
〔実験材料〕
マイクロ波発生装置：ＳＨＡＲＰオーブンレンジＲＥ−ＷＤ３０
粉末試料：亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）
放電ワイヤー状触媒：スチールウール（Ｆｅ）
耐熱性ルツボ：アルミナセラミックス製
板体：ガラス基板
〔実験手順〕
『第１実施例』
まず、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を製造する方法について以下に説明する。
（１）試料と触媒とを各０．５ｇ計り取り、耐熱性ルツボに入れる。
【００２０】
試料には、亜鉛（Ｚｎ）粉末を用い、触媒には、約０．１ｍｍ径、約５ｃｍ長の金属線材が絡み合うスチールウール（Ｆｅ）またはステンレスウールを用いる。また、耐熱性ルツボにはアルミナセラミックス製のものを採用する。
（２）容器の上端に板体としてのガラス基板を設置する。
【００２１】
このガラス基板には、パイレックスガラスを用いる。
（３）耐熱性ルツボを蓋（アルミナセラミックス製）で閉じる。
（４）耐熱性ルツボを電子レンジでスポットゾーンに設置し、出力１０００Ｗでマイクロ波を１５秒から３０秒照射する。本実施形態では、このマイクロ波の波長を２．４５ＧＨｚにする。マイクロ波とは、波長１ｃｍ以上１ｍ以下（３０ＧＨｚから０．３ＧＨｚ）の帯域電波をいうが、２．４５ＧＨｚは、特に熱源として適しているからである。
（５）照射後、ガラス基板上に付着した化合物粉体を採取する。
【００２２】
「製造された酸化亜鉛（ＺｎＯ）ナノファイバーの性質」
前記（１）〜（５）の手順で、ＺｎＯナノ微粒子を製造するに当たり、スチールウールにマイクロ波を照射することで放電（電子放出）が起こり、この電子が試料粉末を励起したものと考えられる。
【００２３】
電子は大きなエネルギーを持っており（熱１００００Ｋ相当）、Ｚｎ試料に電子が衝突することでＺｎ同士の結合が切れ、励起されてＺｎの電荷を持ったものが生成する。電荷を有するＺｎの気体が空気中の酸素（Ｏ2 ）と結合することによって酸化亜鉛（ＺｎＯ）になると考えられる。
【００２４】
図２にＸ線回折パターンを示す。このＸ線回折パターンから堆積物は酸化亜鉛（ＺｎＯ）であることが確認された。
【００２５】
更に、ＺｎＯの形状および大きさを確認するためにＳＥＭ（Scanning-Electron-Microscope）観察を行い、図３（ａ）〜図３（ｃ）に製造したＺｎＯのＳＥＭ像を示す。ＺｎＯは、直径約５０ｎｍ、長さ１μｍのファイバー状をしていることが確認された。
【００２６】
また、一部分テトラピック状粒子も観察された。図４に元素分析の結果を示す。元素分析の結果、亜鉛と酸素の比は１：０．８０であった。このことから、製造したＺｎＯナノファイバーには、酸素欠陥が存在すると思われる。また、不純物としてわずかにケイ素（Ｓｉ）が検出されたが、これはガラス基板のケイ素であると考えられる。
【００２７】
また、図５に製造されたＺｎＯの粒度分布を示す。５０〜１００ｎｍのものが多いのが確認された。
『第２実施例』
「製造された酸化マグネシウム（ＭｇＯ）ナノファイバーの性質」
前記（１）〜（５）と同様の手順で、ＭｇＯナノ微粒子を製造し、図６にＸ線回折パターンを示す。このＸ線回折パターンから堆積物は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）であることが確認された。
【００２８】
更に、ＭｇＯの形状および大きさを確認するためにＳＥＭ観察を行い、図７（ａ）〜図７（ｃ）に製造した酸化マグネシウムのＳＥＭ像を示す。ＭｇＯは、直径約２００ｎｍの立方体をしていることが確認された。
【００２９】
また、図８に元素分析の結果を示す。元素分析の結果、マグネシウムと酸素の比は１：０．８６であった。このことから、製造したＭｇＯナノファイバーには、酸素欠陥が存在すると思われる。また、不純物は検出されなかった。
【００３０】
また、図９に製造されたＭｇＯの粒度分布を示す。２００〜３００ｎｍのものが多いのが確認された。
【００３１】
本発明は概ね上記のように構成されるが、図示の実施形態に限定されるものでは決してなく、「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能であって、例えば、使用する粉末試料は、亜鉛（Ｚｎ）やマグネシウム（Ｍｇ）に限らず、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化鉄（ＦｅＳ）、硫化ゲルマニウム（ＧｅＳ）、硫化銅（ＣｕＳ）、硫化ビスマス（Ｂｉ2 Ｓ3 ）、硫化ガリウム（Ｇａ2 Ｓ3 ）などを用いることができる。
【００３２】
また、本実施形態では、雰囲気中の酸素と結合して酸化物粉体にするけれども、必要に応じて、雰囲気中の窒素と結合して窒化物粉体にしたり、硫黄と結合して硫化物粉体にすることもでき、これら何れのものも、本発明の技術的範囲に属する。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明による製造方法は、ナノ微粒子の応用が既に展開され始めている研磨材（金属材料、ガラス用研磨材）、化粧品（紫外線遮断材料）、触媒（ダイオキシン分解触媒、ケミカルヒートポンプ原材料）、発光材料（紫外線発光素子）分野への貢献が可能である。また、製造時における各パラメータを制御することによって化合物粉体の形状を制御することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態の実験装置を表わす概略図である。
【図２】本発明の第１実施例のＸ線回折パターンを表すグラフである。
【図３（ａ）】本発明の第１実施例のＳＥＭ像を表す写真である。
【図３（ｂ）】本発明の第１実施例のＳＥＭ像を表す写真である。
【図３（ｃ）】本発明の第１実施例のＳＥＭ像を表す写真である。
【図４】本発明の第１実施例の元素分析を表すグラフである。
【図５】本発明の第１実施例の粒度分布を表すグラフである。
【図６】本発明の第２実施例のＸ線回折パターンを表すグラフである。
【図７（ａ）】本発明の第２実施例のＳＥＭ像を表す写真である。
【図７（ｂ）】本発明の第２実施例のＳＥＭ像を表す写真である。
【図７（ｃ）】本発明の第２実施例のＳＥＭ像を表す写真である。
【図８】本発明の第２実施例の元素分析を表すグラフである。
【図９】本発明の第２実施例の粒度分布を表すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図７（ｃ）】
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【図８】
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【図９】
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