(57)【要約】【課題】高純度の窒化ホウ素ナノチューブを大量に製造する。【解決手段】ホウ素と酸化マグネシウムを１０００℃〜２１００℃の温度域で反応させ、窒化ホウ素前駆物質である酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ２）を形成させ、引き続いて１０００℃〜１５００℃の温度域でアンモニアと反応させる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウ素と酸化マグネシウムを１０００℃〜２１００℃の温度域で反応させ、窒化ホウ素前駆物質である酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ２）を形成させることを特徴とする窒化ホウ素前駆物質の形成方法。
【請求項２】
ホウ素と酸化マグネシウムのモル比を１：１とする請求項１記載の窒化ホウ素前駆物質の形成方法。
【請求項３】
請求項１記載の窒化ホウ素前駆物質が得られた後、引き続いて１０００℃〜１５００℃の温度域でアンモニアと反応させ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４】
反応終了後の生成物を加熱することにより副生成物を蒸発除去する請求項３記載の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、窒化ホウ素前駆物質の形成方法と窒化ホウ素前駆物質を利用した窒化ホウ素ナノチューブ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、高純度の窒化ホウ素ナノチューブを大量に製造することのできる、窒化ホウ素前駆物質の形成方法と窒化ホウ素前駆物質を利用した窒化ホウ素ナノチューブの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭素原子が筒状に並んだナノメートルサイズのカーボンナノチューブが知られている。このカーボンナノチューブは、アーク放電法、レーザー加熱法、化学的気相堆積法等により合成されている。
【０００３】
近年、窒化ホウ素ナノチューブもまた上記と同様な方法により合成されることが知られている。たとえば、ホウ化ニッケル（ＮｉＢ）を触媒に用い、ボラジンを前駆物質として窒化ホウ素ナノチューブを合成する方法が提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｏ．  Ｒ．  Ｌｏｕｒｉｅ，  外５名，ケミカル・マテリアル（Ｃｈｅｍ．  Ｍａｔｅｒ．）  ，２０００年，第１２巻，ｐ．  １８０８
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
窒化ホウ素は、半導体材料、エミッタ−材料、耐熱性充填材料、高強度材料、触媒等に、従来にない特性を有する材料として利用されることが期待されている。
【０００６】
しかしながら、これまでの製造方法については、窒化ホウ素ナノチューブの収率が悪く、少量しか合成することができず、また、炭素等の不純物が混入するため、半導体特性や強度等の物理的性質の測定を十分に行うことができないという問題がある。
【０００７】
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、高純度の窒化ホウ素ナノチューブを大量に製造することのできる、窒化ホウ素前駆物質の形成方法と窒化ホウ素前駆物質を利用した窒化ホウ素ナノチューブ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。
【０００８】
【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、ホウ素と酸化マグネシウムを１０００℃〜２１００℃の温度域で反応させ、窒化ホウ素前駆物質である酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ２）を形成させることを特徴とする窒化ホウ素前駆物質の形成方法（請求項１）を提供する。
【０００９】
上記請求項１に係る発明に関し、この出願の発明は、ホウ素と酸化マグネシウムのモル比を１：１とすること（請求項２）を一形態として提供する。
【００１０】
また、この出願の発明は、請求項１記載の窒化ホウ素前駆物質が得られた後、引き続いて１０００℃〜１５００℃の温度域でアンモニアと反応させ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３）を提供する。
【００１１】
上記請求項３に係る発明に関し、この出願の発明は、反応終了後の生成物を加熱することにより副生成物を蒸発除去すること（請求項４）を一態様として提供する。
【００１２】
以下、実施例を示しつつこの出願の発明の窒化ホウ素前駆物質の形成方法と窒化ホウ素前駆物質を利用した窒化ホウ素ナノチューブの製造方法についてさらに詳しく説明する。
【００１３】
【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の製造方法では、高純度かつ大量の窒化ホウ素ナノチューブを製造するために、まず、ホウ素と酸化マグネシウムを反応させ、窒化ホウ素前駆物質である酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ２）を形成させる。具体的には、窒化ホウ素製のるつぼにホウ素と酸化マグネシウムの混合物を入れ、るつぼを高周波誘導加熱炉中で高温に加熱する。この時の温度は、１０００℃〜２１００℃の温度域が適当である。１０００℃未満では反応が遅く、２１００℃を超えるとエネルギーの無駄になるからである。好ましくは１１００℃〜１８００℃の温度域である。反応により窒化ホウ素の前駆物質となる気体状の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ２）と金属マグネシウムの蒸気が生成する。
【００１４】
次いで、この出願の発明の窒化ホウ素ナノチューブの製造方法では、上記生成物を、たとえばアルゴンなどの不活性気体を流すことにより反応室へと移動させ、反応室内にアンモニアガスを導入し、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ２）とアンモニアを反応させる。この時の反応温度は１０００℃〜１５００℃が適当である。１０００℃未満では反応が遅く、１５００℃を超えると、窒化ホウ素の板状晶が形成され、チューブ状の形態の維持が難しくなるからである。反応により酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ２）が窒化ホウ素に転換する。反応後に十分加熱することにより副生成物を蒸発除去させると、白色の窒化ホウ素ナノチューブが得られる。
【００１５】
生成した窒化ホウ素ナノチューブは、六方晶系と菱面体晶系の混合相を示し、酸化ホウ素や他の原料に基づく不純物は存在せず、非常に高純度の結晶である。走査型電子顕微鏡で観察すると、直径が数ナノメートル〜約７０ナノメートルで、長さが約１０マイクロメートルのナノチューブであることが確認される。
【００１６】
このように、この出願の発明の窒化ホウ素前駆物質の形成方法と窒化ホウ素前駆物質を用いた窒化ホウ素ナノチューブの製造方法では、原料に炭素を含む化合物を使用しないため、炭素が不純物として混入することはない。また、高純度の窒化ホウ素ナノチューブが大量に製造される。さらに、触媒として高価な遷移金属を使用しないため、この出願の発明の窒化ホウ素前駆物質の形成方法と窒化ホウ素前駆物質を用いた窒化ホウ素ナノチューブの製造方法は、経済的に有利である。
【００１７】
【実施例】
窒化ホウ素製のるつぼに１：１のモル比でホウ素と酸化マグネシウムの混合物を入れ、るつぼを高周波誘導加熱炉で１３００℃に加熱した。ホウ素と酸化マグネシウムは反応し、気体状の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ２）とマグネシウムの蒸気が生成した。この生成物をアルゴンガスにより反応室へ移送し、温度を１１００℃に維持してアンモニアガスを導入した。酸化ホウ素とアンモニアが反応し、窒化ホウ素が生成した。１．５５ｇの混合物を十分に加熱し、副生成物を蒸発させると、反応室の壁から３１０ｍｇの白色の固体が得られた。出発原料のホウ素を基準とする窒化ホウ素への転換率は４０％以上であった。
【００１８】
得られた窒化ホウ素の結晶構造は、Ｘ線回折パターンから六方晶系と菱面体晶系の混合相であった。また、Ｘ線回折パターンからは、原料や反応途中の中間生成物等の結晶形態を示すピークはなく、得られた窒化ホウ素は高純度品であることが確認された。
【００１９】
さらに、得られた窒化ホウ素を走査型電子顕微鏡及び透過型電子顕微鏡で観察した。図１ａは走査型電子顕微鏡写真である。窒化ホウ素は、直径数ナノメートル〜約７０ナノメートルで、長さが約１０マイクロメートルの一次元のナノ構造を有している。そして、互いに絡み合い、曲線的な形態となっている。図１ｂは、透過型電子顕微鏡写真である。直径１０ナノメートルの直線状の窒化ホウ素ナノチューブが確認される。
【００２０】
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。反応条件等の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。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この出願の発明によって、高純度の窒化ホウ素ナノチューブを大量に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ａ、ｂは、それぞれ、実施例で得られた窒化ホウ素の走査型電子顕微鏡写真、透過型電子顕微鏡写真である。
【図１】
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