(57)【要約】【課題】柔軟性及び延性を示す新規な窒化ホウ素ナノチューブを提供する。【解決手段】カーボンナノチューブと、コバルト粒子を堆積させたチタン基板上に配置させた酸化ホウ素とを窒素雰囲気中で１５００Ｋ〜２５００Ｋの温度範囲で反応させ、次いで１７００Ｋ〜２５００Ｋの温度範囲で後加熱を行い、円錐形状が連なったらせん構造を有するとともに、節のない貫通孔を備え、柔軟性及び延性を示す窒化ホウ素ナノチューブを得る。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円錐形状が連なったらせん構造を有するとともに、節のない貫通孔を備え、柔軟性及び延性を示すことを特徴とする窒化ホウ素ナノチューブ。
【請求項２】
カーボンナノチューブと、コバルト粒子を堆積させたチタン基板上に配置させた酸化ホウ素とを窒素雰囲気中で１５００Ｋ〜２５００Ｋの温度範囲で反応させ、次いで１７００Ｋ〜２５００Ｋの温度範囲で後加熱を行い、請求項１記載の窒化ホウ素ナノチューブを製造することを特徴とする窒化ホウ素ナノチューブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、窒化ホウ素ナノチューブとその製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、柔軟性及び延性を示す新規な窒化ホウ素ナノチューブとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カーボン、窒化ホウ素のナノチューブやナノ繊維は、くらげ状、脊柱状、杉の葉状、節のあるスギナや竹状等の多種の形態を有することが知られている。中でも竹状や円錐状の窒化ホウ素ナノチューブは、チューブの通路が節で閉ざされ、チューブ全体が貫通する構造ではなかった（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
Ｒｅｎｚｈｉ  Ｍａ外，Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．，２００２年，第１２４巻，第２６号，ｐ．７６７２
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そのようにチューブ全体が貫通しない節のある窒化ホウ素ナノチューブは、硬い物性を示す。この硬い物性は、窒化ホウ素ナノチューブの一つの特性であり、これを踏まえて実用的な応用を検討することができるが、広範囲の応用を考えると、他の物性も望まれる。
【０００５】
この出願の発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、柔軟性及び延性を示す新規な窒化ホウ素ナノチューブとその製造方法を提供することを解決すべき課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、円錐形状が連なったらせん構造を有するとともに、節のない貫通孔を備え、柔軟性及び延性を示すことを特徴とする窒化ホウ素ナノチューブ（請求項１）を提供する。
【０００７】
また、この出願の発明は、カーボンナノチューブと、コバルト粒子を堆積させたチタン基板上に配置させた酸化ホウ素とを窒素雰囲気中で１５００Ｋ〜２５００Ｋの温度範囲で反応させ、次いで１７００Ｋ〜２５００Ｋの温度範囲で後加熱を行い、請求項１記載の窒化ホウ素ナノチューブを製造することを特徴とする窒化ホウ素ナノチューブの製造方法（請求項２）を提供する。
【０００８】
以下、実施例を示しつつ、この出願の発明の窒化ホウ素ナノチューブとその製造方法についてさらに詳しく説明する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この出願の発明の窒化ホウ素ナノチューブは、円錐形状が連なったらせん構造を有するとともに、節のない貫通孔を備えている。一本のチューブ中に節が存在しないため、この出願の発明の窒化ホウ素ナノチューブは、これまでの無機材料は示さなかった柔軟性及び延性を示す。また、貫通孔を備えているため、チューブ内への各種の物質の充填が妨げられず、チューブ内全体に物質を充填することができる。
【００１０】
このようなこの出願の発明の窒化ホウ素ナノチューブは、カーボンナノチューブと、コバルト粒子を堆積させたチタン基板上に配置させた酸化ホウ素とを窒素雰囲気中で１５００Ｋ〜２５００Ｋの温度範囲で反応させ、次いで１７００Ｋ〜２５００Ｋの温度範囲で後加熱を行うことにより得られる。
【００１１】
カーボンナノチューブと酸化ホウ素の重量比は１：５〜１：１５の範囲が好ましい。１：５よりも酸化ホウ素が少ないとカーボンナノチューブのロスが多くなり、１：１５よりも酸化ホウ素の量が多くなると酸化ホウ素のロスが多くなるからである。
【００１２】
反応温度については、１５００Ｋより低いと、反応速度が遅くなり、十分に反応が進行しなくなる。２５００Ｋを超えると、カーボンナノチューブの蒸発逸散が速く、チューブ状窒化ホウ素の収率が悪くなる。反応時間としては３０分〜２時間の範囲が好ましく例示される。その理由は、３０分未満では反応が十分に進行しにくく、２時間を超えても反応に特に目立った変化は見られないからである。
【００１３】
後加熱は、反応生成物からカーボンを除去するための工程であり、温度が１７００Ｋ未満ではカーボンが残留することとなり、２５００Ｋを超えてもカーボンの除去効果はさほど向上しない。後加熱の時間は、１時間〜５時間の範囲が好ましく例示される。１時間未満ではカーボンの除去が不十分になりやすく、５時間でほぼ除去効果は飽和するからである。
【００１４】
【実施例】
出発物質として使用する鋳型となる多層カーボンナノチューブをまず合成した。ステンレススチール製の研磨したウエハーを基板として使用し、搬送ガスとして窒素ガス（純度９９．９９９％）を、炭素ナノチューブを生成させるためのガスとして水素ガス（純度９９．９９９％）及びメタンガス（純度９９．９％）を用い、水素ガスの流量を８０ｓｃｃｍ、メタンガスの流量を２０ｓｃｃｍとしてプラズマＣＶＤ法により、基板温度７７３Ｋで反応させて基板上に多層カーボンナノチューブを堆積させた。
【００１５】
次いで、コバルト粒子をスパッターにより堆積させたチタン製基板上に配置させた酸化ホウ素粉末と、得られた多層カーボンナノチューブとを高周波誘導加熱炉中において窒素雰囲気下に１９７３Ｋで３０分間反応させた。このときのカーボンナノチューブと酸化ホウ素の重量比は１：８とした。
【００１６】
反応終了後、窒素雰囲気中２０７３Ｋで後加熱した。
【００１７】
生成物を走査型電子顕微鏡を用いて観察した結果、図１ａに示したように、直径が平均で１００ｎｍ、長さが１００μｍ以上のらせん状の繊維状物質が高収率で得られている。図１ａの右側に示した走査型電子顕微鏡像と図１ｂに示した透過型電子顕微鏡像から、生成物は節のない貫通孔を備えたチューブ状の形態を有し、チューブ壁の厚さが２０ｎｍであることが確認される。また、図１ｂより、チューブ壁はチューブの軸に対して斜めに傾いて形成されていることが確認され、図１ｂの左側に示した回折パターンから、チューブは円錐状に配向していることが確認される。さらに、Ｘ線回折パターンと図２に示した電子エネルギー損失スペクトル分析の結果から、格子定数がａ＝０．２５０２ｎｍ、ｃ＝０．３３３３ｎｍであり、ホウ素原子と窒素原子とからなる組成であることが確認される。
【００１８】
図３ａは透過型電子顕微鏡像であり、図３ｂは図３ａ中の枠で囲った部分の拡大像である。図３ｂ図中に矢印で示した部分に電子線を照射すると、図３ｃに示したように、大きく屈曲することが観察された。図３ｄはその断面形状を示した拡大像であるが、チューブは１８０°折れ曲がっている。図３ｅは電子線の照射位置をずらした時の像である。屈曲はさらに大きくなっているが、破断はしていない。
【００１９】
図３ｆは電子線の強度を下げたときの透過型電子顕微鏡像であり、図中の枠で囲った部分の拡大像が図３ｇである。これら図３ｆ、図３ｇから確認されるように、屈曲が小さくなり、図３ａ、図３ｂに示した像と同程度の屈曲に回復した。
【００２０】
なお、図３ｂ、図３ｇ中の挿入図は、それぞれ、電子線の照射前後の回折パターンを示しているが、電子線を照射する前には円錐の先端角は５２°であり、照射後には３５°となった。このことは、電子線の照射によりチューブが伸ばされたことを物語っている。
【００２１】
以上から明らかであるように、この出願の発明の窒化ホウ素ナノチューブは、柔軟性及び延性を示す。無機材料は脆いことが短所となっていたが、柔軟性及び延性を示すこの出願の発明の窒化ホウ素ナノチューブは、その意味においてきわめて画期的なものといえる。
【００２２】
もちろん、この出願の発明は、以上の実施形態及び実施例によって限定されるものではない。細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、柔軟性及び延性を示す新規な窒化ホウ素ナノチューブが提供される。この出願の発明の窒化ホウ素ナノチューブは、マイクロエレクトロニクス部品、水素吸蔵材料、オプトエレクトロニクス部品、複合材料の強化材、各種物質を内含するチューブ材料等として広範囲の応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ａ、ｂは、それぞれ、実施例で得られた生成物の走査型電子顕微鏡像とその拡大像、透過型電子顕微鏡像と回折パターンである。
【図２】実施例で得られた生成物の電子エネルギー損失スペクトル分析図である。
【図３】ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、それぞれ、透過型電子顕微鏡像であり、図中の挿入図は回折パターンである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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