(57)【要約】【課題】これまでに知られていない、容易に崩壊し難い、特異な三次元構造を窒化ホウ素ナノ複合構造物として実現する。【解決手段】酸素含有のホウ素窒素化合物を１７００℃以上に加熱し、発生したガスをポリアクリルニトリル系炭素繊維と接触させて加熱を継続することで、主たる茎状部位の外表面に複数の粒子状部または枝状部が配設一体化されている窒化ホウ素ナノ複合構造物を製造する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主たる茎状部の外表面に複数の粒子状部または枝状部が一体化配設されていることを特徴とする窒化ホウ素ナノ複合構造物。
【請求項２】
請求項１の窒化ホウ素ナノ複合構造物の製造方法であって、酸素含有のホウ素窒素化合物を１７００℃以上に加熱し、発生したガスをポリアクリルニトリル系炭素繊維と接触させて加熱を継続することを特徴とする窒化ホウ素ナノ複合構造物の製造方法。
【請求項３】
ホウ素窒素化合物が窒化ホウ素（ＢＮ）粉末であって、酸素含有量が５ｗｔ％〜２０ｗｔ％の範囲であることを特徴とする請求項２の製造方法。
【請求項４】
ホウ素窒素化合物が水酸化ホウ素窒素（Ｂ４Ｎ３Ｏ２Ｈ）であって、酸素含有量が２７ｗｔ％の範囲であることを特徴とする請求項２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、窒化ホウ素ナノ複合構造物とその製造方法に関するもので、さらに詳しくは、主たる茎状部位とその外表面に多数の粒子状または枝状の付着物が一体化されている、特異な形態を有する窒化ホウ素ナノ複合構造物とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、炭素ナノチューブが発見されて以来多くの一次元（１Ｄ）ナノスケール物質が合成されてきた。そして、これらの一次元ナノスケール物質については中空のナノチューブと固いナノワイヤー（もしくはナノロッド）の二つの主要なものに分類することができる。例えば、炭素（Ｃ）や、窒化ホウ素（ＢＮ）のナノチューブ構造物、珪素（Ｓｉ）とゲルマニウム（Ｇｅ）のナノワイヤー、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化ガリウム（ＧａＮ）のナノロッド等が知られている。ところで、一次元ナノスケール物質を他の物質で被覆した複合ナノ構造物もまた新規な三次元化合物の製造や、低温領域の電子発生体としての応用等の広範な分野への適用の可能性を秘めている。
【０００３】
このような三次元のナノ構造物技術の展開は、その新規な機能による適用分野の拡大の観点で注目されるところであるが、近年では、特異な三次元ナノ構造物の構造も報告されている。この構造は、幹から多数の枝が出た様な樹状形態をした構造であって、タングステン酸化物と炭素とによって調製された特異なものである（文献１）。
【０００４】
しかしながら、この報告された構造では、樹状形態の各々は良好に結晶化されたＷＯＸの主要な茎状部および単斜晶系のＷ１８Ｏ４９の分枝部から構成されているが、分枝部がもろくて簡単に崩壊するために、このような特異な構造を実用分野に適用することは困難であるという問題があった。また、タングステン酸化物の場合以外には、特異な構造の三次元複合ナノ構造物であって、しかもその構造において崩壊や脱落が生じ難い一次元ナノスケール物質を他の物質で被覆した複合ナノ構造物は実現されていない。
【０００５】
【文献１】
Ｙ．Ｑ．Ｚｈｕ，  ｅｔ  ａｌ，Ｃｈｅｍ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，３０９（１９９９）３２７
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、窒化ホウ素は、商業的にも重要な非酸化物セラミックの一つであり、耐熱性に優れ、化学的も安定であることから、耐熱材料や構造材料への利用等の広範な用途に有用であることが知られているが、この窒化ホウ素の複合ナノ構造物は半導体装置等の電子デバイスの応用等が期待されるものであって、その三次元構造の新しい展開によって、新規機能の実現や実用分野への適用の拡大が見込まれているものである。
【０００７】
そこで、この出願の発明は、上記のとおりの既報の特異構造等の従来技術の問題点を解消して、これまでに知られていない特異な三次元構造を窒化ホウ素ナノ複合構造物として実現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には、主たる茎状部の外表面に複数の粒子状部または枝状部が一体化配設されていることを特徴とする窒化ホウ素ナノ複合構造物を提供する。
【０００９】
また、この出願の発明は、第２には、上記の窒化ホウ素ナノ複合構造物の製造方法であって、酸素含有のホウ素窒素化合物を１７００℃以上に加熱し、発生したガスをポリアクリルニトリル系炭素繊維と接触させて加熱を継続することを特徴とする窒化ホウ素ナノ複合構造物の製造方法を提供し、第３には、ホウ素窒素化合物が窒化ホウ素（ＢＮ）粉末であって、酸素含有量が５ｗｔ％〜２０ｗｔ％の範囲であることを特徴とする方法を、第４には、ホウ素窒素化合物が水酸化ホウ素窒素（Ｂ４Ｎ３Ｏ２Ｈ）であって、酸素含有量が２７ｗｔ％の範囲であることを特徴とする方法を提供する。
【００１０】
【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。
【００１１】
なによりもまず、この主願の発明において基本とされていることは、これまでに知られていない新規な、特異な形態を有する窒化ホウ素ナノ複合構造物が提供されることである。このものは、主たる茎状部の外表面に複数の粒子状部または枝状部が一体化配設されていること、つまり、その構造は、主たる茎状部の外表面に多数の粒子状または枝状の付着物が付着して根粒状またはモミの木の枝葉状に類した形態を有している。そして、前記茎状部位は結節部と内部に中空部を有する竹形状もしくは瘤部を有する線状形態をなしていて、粒子状物は形状が多面体形状であり、枝状物の形状はチューブ形状をしている。この窒化ホウ素ナノ複合構造物では、茎状部と付着物との固着は高い安定性を有している。実際に、この出願の発明の窒化ホウ素ナノ複合構造物では、たとえば１５分間の超音波の照射においても茎状部と付着物との固着が維持されることが確認されている。
【００１２】
微細な構造について観察すると、たとえば図１（ａ）（ｂ）（ｃ）の走査型電子顕微鏡：ＳＥＭ像、図２（ａ）の高分解能電子顕微鏡：ＨＲＴＥＭ像並びに図２（ｂ）（ｃ）の電子エネルギー損失スペクトル：ＥＥＬＳ、そして図３（ａ）（ｂ）の走査型電子顕微鏡：ＳＥＭ像から以下のことがわかる。
【００１３】
すなわち、前記の根粒状のものについては、たとえば図１（ａ）に示すように、２時間以上（〜４時間）加熱し沈積させると竹形状をした主要な茎状部の表面に多面体の粒子のクラスターが形成され根粒状形態をなしている。また、粒子状の付着物は、図１（ｂ）に示されるように、確かに多面体物質であり、図１（ｃ）において主たる茎状部位が付着物質で被覆されていることが確認できる。更には、図２に示す様に、粒子状付着物質が窒化ホウ素のフラーレンケージに内部が非晶質物質で充填されたものであり、外側のフラーレンケージがホウ素と窒素の元素で窒素に対するホウ素の原子比率が１．０に近いものからなっていて、カプセル化している非晶質の化合物はホウ素および窒素だけでなく他の珪素、カルシウム、酸素の元素が含まれている。一方、モミの木の枝葉状のものについては、図３（ａ）に示す様に、主要な茎状部に多くのナノ分枝が付着した形態をなしている。そして図３（ｂ）に示す様に、当該窒化ホウ素ナノ複合構造物の多くのものが、主要な茎状部は直径が約２００ｎｍであり、分枝は直径が約５０ｎｍで長さが数百ｎｍである。また、窒化ホウ素ナノチューブ（ＢＮ−ＮＴｓ）である分枝の端部には前述の多面体の粒子が付着しているものもあり、該部位はホウ素、窒素、酸素、珪素、カルシウムの類似の化合物である。
【００１４】
たとえば以上のような、この出願の発明の窒化ホウ素ナノ複合構造物の製造には、好適には、化学的気体沈積（ＣＶＤ）方法を用いることができる。たとえば、この出願の発明の製造方法では、酸素含有のホウ素窒素化合物を１７００℃以上に加熱し、発生したガスをポリアクリルニトリル系炭素繊維と接触させて加熱を継続することにより窒化ホウ素ナノ複合構造物を製造する。
【００１５】
この場合のホウ素窒素化合物としては、たとえば窒化ホウ素（ＢＮ）粉末であって、酸素含有量が５ｗｔ％〜２０ｗｔ％の範囲であるや、水酸化ホウ素窒素（Ｂ４Ｎ３Ｏ２Ｈ）であって、酸素含有量が２７ｗｔ％の範囲であるものが好適なものとして例示される。
【００１６】
実際に、たとえば実施例として説明すると、先駆物質として酸素量が約１０ｗｔ％の窒化ホウ素（ＢＮ）粉末または酸素含有量が約２７ｗｔ％の水酸化ホウ素窒素（Ｂ４Ｎ３Ｏ２Ｈ）を用いて、温度を１７００℃以上で加熱し、発生したガスの気流をポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）系の炭素繊維に触れるようにして少なくとも２時間以上加熱を継続することにより、この出願の発明の特異な形態を有する窒化ホウ素ナノ構造物が生成される。生成物については、前記のとおり、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）、並びに図３（ａ）（ｂ）について説明したものが得られている。
【００１７】
もちろん、以上の例に限定されることはない。また、製造に用いられる装置はこの発明の方法の条件のもとで化学的気相成長（ＣＶＤ）方法に使用できる限りにおいて限定されることはない。またポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）系の炭素繊維には主たる不純物として少しの珪素（たとえば０．１ｗｔ％）とカルシウム（たとえば０．０３ｗｔ％）を含有していてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
この出願の発明によれば、容易に崩壊し難い、一次元ナノスケール物質を他の物質で被覆した新規な窒化ホウ素ナノ複合構造物を提供することができる。このものは、半導体装置への応用の高い潜在力を秘めているだけでなく、窒化ホウ素が化学的反応に不活性であるのでその内部にカプセル化された物質のための保護物質として用いることもできる等、広範な分野への応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の窒化ホウ素ナノ複合構造物の根粒形状に類する形態を示す写真である。
（ａ）竹形状の茎状部の表面に粒子状の付着物が付着した状態を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像
（ｂ）粒子状付着物が多面体の粒子であることを示すＳＥＭ像
（ｃ）茎状部が粒子状付着物で完全に被覆されていることを示すＳＥＭ像
【図２】根粒状形態の粒子状付着物の高分解能電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）および電子エネルギー損失スペクトル（ＥＥＬＳ）である。
（ａ）粒子状付着物がフラーレンケージと内部が非晶質物質で充填されていることを示すＨＲＴＥＭ像
（ｂ）外殻が化学量論的窒化ホウ素化合物であることを示すＥＥＬＳ
（ｃ）非晶質含有物がＢ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃａの化合物であることを示すＥＥＬＳ
【図３】窒化ホウ素ナノ複合構造物がモミの木の枝葉状に類する形態を示す写真である。
（ａ）付着物がナノ分枝の集合体であることを示すＳＥＭ像
（ｂ）形態が主要な茎状部とナノチューブ分枝からなることを示すＳＥＭ像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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