(57)【要約】【課題】高い一様性を有する被膜を備え、優れた力学的あるいは電気的特性を有する炭化ケイ素ナノウイスカーとその製造方法を提供する。【解決手段】窒化ホウ素により被膜された炭化ケイ素からなる。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ホウ素により被膜された炭化ケイ素からなることを特徴とするナノウイスカー。
【請求項２】
長さが５００ｎｍ以下であり、直径が１００ｎｍ以下のナノウイスカーであって、１ｎｍ以上８ｎｍ以下の均一な膜厚を有する窒化ホウ素により被膜された炭化ケイ素からなることを特徴とする請求項１記載のナノウイスカー。
【請求項３】
アルゴンガス中に配置されたホウ素と二酸化ケイ素の混合物を縦型高周波誘導加熱法により１４５０〜１５５０℃の温度で加熱することによりＢ２Ｏ２およびＳｉＯガスを発生させるガス発生工程と、
ガス発生工程において発生したＢ２Ｏ２およびＳｉＯガスを窒化ホウ素からなる管路を通過させることにより表面がニッケルナノ粒子により覆われた高配向性グラファイトシートを備える反応室に導入するガス導入工程と、
反応室内部に窒素を導入した後に縦型高周波誘導加熱法により反応室内部の温度を１３５０〜１４５０℃に保持することにより高配向性グラファイトシート上に窒化ホウ素により被膜された炭化ケイ素ナノウイスカーを析出する炭化ケイ素ナノウイスカー析出工程と
を有することを特徴とする炭化ケイ素ナノウイスカーの製造方法。
【請求項４】
スパッタリング法により高配向性グラファイトシート表面にニッケルを５〜２０ｎｍの厚さに皮膜するニッケル皮膜工程と、
アルゴンガス中において５００℃で１０時間以上継続してアニールすることによりニッケルをナノ粒子化するナノ粒子化工程と
からなることを特徴とする表面がニッケルナノ粒子により覆われた高配向性グラファイトシートの製造方法。
【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、炭化ケイ素ナノウイスカー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、ナノスケールでの電子装置、室温電界放射材料、構造強化材料、複合材料などとして有用な炭化ケイ素ナノウイスカーとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭化ケイ素ウイスカーは、構造材料物質の脆弱性改善に有用な補強材として期待されており、炭化ケイ素ウイスカーを応用した複合材料に関する研究開発が活発に行われている。しかし、炭化ケイ素とマトリックス材料との化学反応により生成される複合物質の強度は、十分に改善されるまでには至っていない。複合材料の強度を改善するためには、マトリックス材料と補強材との界面における相互作用の制御が重要であると考えられている。
【０００３】
直径が数ミクロンである炭化ケイ素ウイスカーにおいては、化学的に安定な窒化ホウ素で被膜することにより、界面の性質が改善されることが知られている。一方、炭化ケイ素ナノウイスカーは、直径が数ミクロンである炭化ケイ素ウイスカーと比較して、機械的強度が約２倍であることが知られており、構造材料の補強材としては、炭化ケイ素ナノウイスカーの方が高い有用性を有するものと期待されている。
【０００４】
また、電気伝導性を持つナノウイスカーを、電気絶縁性物質で被膜した構造を有するナノケーブルにおいては、ナノスケール電子材料として極めて有用であり、このような構造を有するナノスケール材料と、その安価な製造方法の開発が求められている。
【０００５】
これまで、炭化ケイ素ナノウイスカーの製造法としては、カーボンナノチューブ封入法や、触媒または熱フィラメントを用いた化学輸送法などが知られており、また、アーク放電法などの各種方法により生成された非結晶酸化ケイ素、窒化ホウ素ナノチューブ、あるいは、ホウ素−窒素−炭素複合物により被膜されたものが報告されている（文献１−７）。しかし、これらの方法によって行われる被膜の一様性は極めて低く、複合材料の熱的あるいは電気的性質の改善は見られない。
【０００６】
【文献】
【表１】
2004161569.tif 000002
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、高い一様性を有する被膜を備え、優れた力学的あるいは電気的特性を有する炭化ケイ素ナノウイスカーとその製造方法を提供することを課題としている。
【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、第１に、窒化ホウ素により被膜された炭化ケイ素からなるを特徴とするナノウイスカーを提供する。
【０００９】
また、この出願の発明は、上記のナノウイスカーとして、第２に、長さが５００ｎｍ以下であり、直径が１００ｎｍ以下のナノウイスカーであって、１ｎｍ以上８ｎｍ以下の均一な膜厚を有する窒化ホウ素により被膜された炭化ケイ素からなることを特徴とするナノウイスカーを提供する。
【００１０】
また、この出願の発明は、第３に、アルゴンガス中に配置されたホウ素と二酸化ケイ素の混合物を縦型高周波誘導加熱法により１４５０〜１５５０℃の温度で加熱することによりＢ２Ｏ２およびＳｉＯガスを発生させるガス発生工程と、ガス発生工程において発生したＢ２Ｏ２およびＳｉＯガスを窒化ホウ素からなる管路を通過させることにより表面がニッケルナノ粒子により覆われた高配向性グラファイトシートを備える反応室に導入するガス導入工程と、反応室内部に窒素を導入した後に縦型高周波誘導加熱法により反応室内部の温度を１３５０〜１４５０℃に保持することにより高配向性グラファイトシート上に窒化ホウ素により被膜された炭化ケイ素ナノウイスカーを析出する炭化ケイ素ナノウイスカー析出工程とを有することを特徴とする炭化ケイ素ナノウイスカーの製造方法を提供する。
【００１１】
さらに、この出願の発明は、第４に、スパッタリング法により高配向性グラファイトシート表面にニッケルを５〜２０ｎｍの厚さに皮膜するニッケル皮膜工程と、アルゴンガス中において５００℃で１０時間以上継続してアニールすることによりニッケルをナノ粒子化するナノ粒子化工程とからなることを特徴とする表面がニッケルナノ粒子により覆われた高配向性グラファイトシートの製造方法をも提供するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に、その実施の形態について説明する。
【００１３】
この出願の発明であるナノウイスカーは、窒化ホウ素により被膜された炭化ケイ素からなり、具体的には、長さが５００ｎｍ以下であり、直径が１００ｎｍ以下のナノウイスカーであって、１ｎｍ以上８ｎｍ以下の均一な膜厚を有する窒化ホウ素により被膜されている炭化ケイ素からなるナノウイスカーである。
【００１４】
このナノウイスカーは、ナノワイヤーと呼んでもよい。
【００１５】
この出願の発明であるナノウイスカーは、窒化ホウ素により皮膜されている炭素ケイ素であり、被膜である窒化ホウ素が絶縁体であり、また、内部の炭化ケイ素が半導体であることから、ナノスケールの導線として利用することができる。そして、この出願の発明であるナノウイスカーは、従来の直径が数ミクロンである炭化ケイ素ウイスカーと比較して、化学的な安定性に優れ、また、機械的強度も高いことから、構造材料の補強材として用いることが可能である。
【００１６】
この出願の発明であるナノウイスカーは、以下に説明する炭化ケイ素ナノウイスカー製造方法により製造することができる。すなわち、この出願の発明に係る炭化ケイ素ナノウイスカー製造方法においては、１）ガス発生工程、２）ガス導入工程、および、３）炭化ケイ素ナノウイスカー析出工程の３工程を有している。
【００１７】
ガス発生工程においては、アルゴンガス中に配置されたホウ素と二酸化ケイ素の混合物を、縦型高周波誘導加熱法により１４５０〜１５５０℃に加熱することで、Ｂ２Ｏ２およびＳｉＯガスを発生させる。ガス導入工程においては、ガス発生工程において発生したＢ２Ｏ２およびＳｉＯガスを、窒化ホウ素からなる管路を通過させることで、表面がニッケルナノ粒子により覆われた高配向性グラファイトシートを室内に備える反応室に導入する。そして、炭化ケイ素ナノウイスカー析出工程においては、反応室内部に窒素を導入した後に、縦型高周波誘導加熱法により反応室内部の温度を１３５０〜１４５０℃に保持することで、高配向性グラファイトシート上に、窒化ホウ素により被膜された炭化ケイ素ナノウイスカーを析出する。
【００１８】
反応室内に設置された表面がニッケルナノ粒子により覆われた高配向性グラファイトシートは、以下に説明する１）ニッケル皮膜工程および２）ナノ粒子化工程の２工程からなる製造方法により製造される。ニッケル皮膜工程においては、スパッタリング法により高配向性グラファイトシート表面にニッケルを５〜２０ｎｍの厚さに皮膜する。続くナノ粒子化工程においては、アルゴンガス中において５００℃で１０時間以上継続してアニールすることによりニッケルをナノ粒子化する。以上の工程を経て、ニッケルナノ粒子が表面に一様に分散した高配向性グラファイトシートが得られる。この高配向性グラファイトシートは、反応室内に設置され、この出願の発明であるナノウイスカー製造方法における炭化ケイ素ナノウイスカー析出工程において触媒として作用する。
【００１９】
以上は、この出願の発明における形態の一例であり、この出願の発明がこれらに限定されることはなく、その細部について様々な形態をとりうることが考慮されるべきであることは言うまでもない。
【００２０】
この出願の発明は、以上の特徴を持つものであるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明する。
【００２１】
【実施例】
洗浄された高配向性グラファイトシート表面に、スパッタリング法によりニッケルを５〜２０ｎｍの厚さに皮膜した。次いで、アルゴンガス中において５００℃で一晩（１０時間以上）継続してアニールを行い、ニッケルをナノ粒子化し、ニッケルナノ粒子が表面に一様に分散した高配向性グラファイトシートを得た。
【００２２】
ホウ素と二酸化ケイ素とをモル比１：１で混合した混合原料１ｇを、６時間かけボールミルにより粉砕したものを出発原料とした。この出発原料を窒化ホウ素製のルツボに入れ、アルゴン気流中において、縦型高周波誘導加熱法により１５００℃に加熱した。これにより発生したＢ２Ｏ２ガスおよびＳｉＯガスを、反応室に導入した。反応室内部においては、触媒として、上記のとおりの、ニッケルナノ粒子が表面に一様に分散した高配向性グラファイトシートが設置されており、窒素気流中、１４００℃に保持されており、２時間に渡り処理が行われた。
【００２３】
その結果、高配向性グラファイトシート表面に灰色の物質が析出した。この灰色の析出物を、高配向性グラファイトシートから剥がし、空気中７００℃で加熱処理を行い、不純物としての炭素を除去した。
【００２４】
炭素が除去された析出物を試料として、Ｘ線回折法により構造解析を行った結果、β型の炭化ケイ素と６方晶型の窒化ホウ素が確認された。また、この試料を透過型電子顕微鏡で観察した結果、図１に示すとおり、長さが数百ｎｍ以下、直径が１００ｎｍ以下のウイスカーであった。
【００２５】
さらに、これらのウイスカーを電子エネルギー損失分光法により分析した結果、図２に示すとおり、Ｓｉ、Ｃ、Ｂ、Ｎによるピークのみが観測された。これらのピーク値から計算したＳｉ／ＣおよびＢ／Ｎの値は、誤差の範囲内で、ほぼ１であった。
【００２６】
これらの試料を、高分解能分析電子顕微鏡で観察した結果、図３に示すように、ウイスカーが炭化ケイ素の周囲を窒化ホウ素が被膜している構造を持つことが確認された。中心部（軸心部）の炭化ケイ素の直径は、数ｎｍ〜８０ｎｍの範囲で広く分布していた。一方、被膜部分の窒化ホウ素の膜厚は、中心部の炭化ケイ素の直径とは無関係であり、２〜４ｎｍであった。
【００２７】
【発明の効果】
この出願の発明によって、以上詳しく説明したとおり、高い一様性を有する被膜を備え、優れた力学的あるいは電気的特性を有する炭化ケイ素ナノウイスカーとその製造方法が提供される。
【００２８】
この出願の発明であるナノウイスカー電気的に絶縁性である窒化ホウ素により被膜された炭化ケイ素ナノウイスカーであり、ナノスケールでの電子回路用導線として用いられることが期待される。また、構造材料物質の強度を補強するための添加剤としての応用が期待される。
【００２９】
また、この出願の発明より、上記の優れた特性を有する炭化ケイ素ナノウイスカーが簡便かつ安価に製造可能となり、ナノテクノロジー用材料開発の発展に寄与するものと期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の実施例において、試料を透過型電子顕微鏡で観察した結果得られた電子顕微鏡像である。
【図２】この出願の発明の実施例において、ウイスカーを電子エネルギー損失分光法により分析した結果得られたグラフである。
【図３】この出願の発明の実施例において、ウイスカーを高分解能分析電子顕微鏡で観察した結果得られた電子顕微鏡像である。
【図１】
2004161569.tif 000003
【図２】
2004161569.tif 000004
【図３】
2004161569.tif 000005