(57)【要約】【課題】生成物の形状の変動および熱的劣化による触媒の活性の低下が少なく、簡便に高い品質を有する酸化マグネシウムナノワイヤーあるいは酸化マグネシウムナノロッドとする。【解決手段】アルミナに保持した酸化鉄、酸化ホウ素およびインジウム化合物からなる混合物を触媒として用い、金属マグネシウムと金属インジウムとを、７００℃から９５０℃の不活性ガス雰囲気中で反応させることにより、酸化マグネシウムナノワイヤーおよびインジウムが内含された酸化マグネシウムナノロッドを生成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナに保持した酸化鉄、酸化ホウ素およびインジウム化合物からなる混合物を触媒として用い、金属マグネシウムと金属インジウムとを、７００℃から９５０℃の不活性ガス雰囲気中で反応させることにより、酸化マグネシウムナノワイヤーおよびインジウムが内含された酸化マグネシウムナノロッドを生成させることを特徴とする酸化マグネシウムナノワイヤーおよび酸化マグネシウムナノロッドの製造方法。
【請求項２】
不活性ガスとしてアルゴンガスを用いることを特徴とする請求項１記載の酸化マグネシウムナノワイヤーおよび酸化マグネシウムナノロッドの製造方法。
【請求項３】
触媒として用いるインジウム化合物の量が、酸化ホウ素およびインジウム化合物からなる混合物全量に対して１重量％から１５重量％であることを特徴とする請求項１記載の酸化マグネシウムナノワイヤーおよび酸化マグネシウムナノロッドの製造方法。
【請求項４】
触媒として用いるインジウム化合物が塩化インジウムであることを特徴とする請求項１記載の酸化マグネシウムナノワイヤーおよび酸化マグネシウムナノロッドの製造方法。
【請求項５】
インジウムが内包されていることを特徴とする酸化マグネシウムナノロッド。
【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、酸化マグネシウムナノワイヤーおよび酸化マグネシウムナノロッド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、マイクロエレクトロニクス部品、高性能セラミックス、オプトエレクトロニクス、触媒等の分野において、耐酸化性コーティング層、絶縁層、反応促進剤等として有用な、均一な径を有する酸化マグネシウムナノワイヤーおよび酸化マグネシウムナノロッドの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ナノワイヤー、ナノロッド、ナノチューブ等の製造方法として、金属触媒を用いた気相−液相−固相成長法が公知である（たとえば非特許文献１）。触媒を用いた気相−液相−固相成長法の利点は、触媒のナノ粒子の大きさに応じて、生成物の直径が制御できることにある。また、主触媒の他にシリカを助触媒として用い、窒化ホウ素ナノチューブ、酸化物ナノワイヤー、窒化物ナノワイヤー等を生成する方法が提案されている（たとえば非特許文献２）。そして、酸化マグネシウムや酸化カルシウムなどのナノスケールの粒子やナノロッドを製造する方法も提案されている（たとえば特許文献１および２）。
【０００３】
このような金属触媒や助触媒を用いたナノ構造体の製造についての検討が進められている状況ではあるが、ナノ構造体の製造とそのための方法については依然として未踏の領域への提案が必要とされており、これまでに報告されている製造方法であっても、効率化や最適化等の点において多くの課題が残されている。
【０００４】
【非文献文献１】
Ｗａｇｎｅｒ，  ほか、アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）４巻、８頁、１９６４年
【非特許文献２】
Ｔａｎｇ．Ｃ．Ｃ，  ほか、アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）７７巻、１９６１頁、２０００年
【特許文献１】
特表平１０−５０５５３８号公報
【特許文献２】
特表２００２−５０２３４７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この出願の発明は、以上のとおりの背景を踏まえてなされたものであり、酸化マグネシウムのナノ構造体に着目し、生成物としての形状の変動および熱的劣化による触媒の活性の低下が少なく、簡便に、高い品質を有するものとすることのできる、新しい酸化マグネシウムナノワイヤー、酸化マグネシウムナノロッドとその製造方法を提供することを課題としている。
【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、第１に、アルミナに保持した酸化鉄、酸化ホウ素およびインジウム化合物からなる混合物を触媒として用い、金属マグネシウムと金属インジウムとを、７００℃から９５０℃の不活性ガス雰囲気中で反応させることにより、酸化マグネシウムナノワイヤーおよびインジウムが内含された酸化マグネシウムナノロッドを生成させることを特徴とする酸化マグネシウムナノワイヤーおよび酸化マグネシウムナノロッドの製造方法を提供する。
【０００７】
また、この出願の発明は、上記の酸化マグネシウムナノワイヤーおよび酸化マグネシウムナノロッドの製造方法として、第２に、不活性ガスとしてアルゴンガスを用いることを特徴とする酸化マグネシウムナノワイヤーおよび酸化マグネシウムナノロッドの製造方法を、第３に、触媒として用いるインジウム化合物の量が、酸化ホウ素およびインジウム化合物からなる混合物全量に対して１重量％から１５重量％であることを特徴とする酸化マグネシウムナノワイヤーおよび酸化マグネシウムナノロッドの製造方法を、さらに、第４に、触媒として用いるインジウム化合物が塩化インジウムであることを特徴とする酸化マグネシウムナノワイヤーおよび酸化マグネシウムナノロッドの製造方法を提供するものである。
【０００８】
さらにこの出願の発明は、第５には、インジウムが内包されていることを特徴とする酸化マグネシウムナノロッドを提供する。
【０００９】
【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。
【００１０】
この出願の発明である酸化マグネシウムナノワイヤーおよび酸化マグネシウムナノロッドの製造方法においては、アルミナに保持した酸化鉄、酸化ホウ素およびインジウム化合物の混合物を触媒として用い、金属マグネシウムと金属インジウムとを、７００℃から９５０℃の不活性ガス雰囲気中で反応させることにより、酸化マグネシウムナノワイヤーおよびインジウムが内含された酸化マグネシウムナノロッドを同時に生成するものである。
【００１１】
さらに具体的には、この出願の発明である酸化マグネシウムナノワイヤーおよび酸化マグネシウムナノロッドの製造方法においては、まず、触媒として使用するアルミナに保持した酸化鉄ナノ粒子を合成しておく。この触媒の合成手順としては、まず、アルミナをメタノール中で撹拌してスラリー状とし、この中に硝酸第二鉄のメタノール溶液を加え、数時間撹拌した後に、ロータリーエバポレーターでメタノールを蒸発させ、次に、１５０℃で一昼夜真空乾燥する。そして、これを粉砕して微粉化することにより、約２０ナノメートルのアルミナに保持された酸化鉄ナノ粒子触媒が生成される。また、酸化ホウ素をボールミルで粉砕し、粉砕処理中に少量のインジウム化合物のメタノール溶液を加える。この酸化ホウ素およびインジウム化合物のメタノール溶液からなる混合物と上記のアルミナに保持された酸化鉄ナノ粒子とを混合し、触媒混合物とする。インジウム化合物の量は、触媒混合物全量に対して１重量％から１５重量％とすることが好適である。また、インジウム化合物としては、例えば、塩化インジウム（三塩化インジウム）が用いられる。
【００１２】
そして、金属マグネシウムと金属インジウムの混合物をアルミナ製るつぼに入れ、この金属混合物を上記の触媒混合物で覆うように配置する。このアルミナるつぼを加熱炉中のアルミナ製の筒状の管の中に配置して、７００℃から９５０℃の不活性ガス雰囲気下で、数時間反応させた後、加熱炉を室温まで冷却する。不活性ガスとしては、例えば、アルゴンガスが用いられる。
【００１３】
触媒で覆われた層の表面に無色の粉末状生成物が生成し、触媒の層の下にはスポンジ状の物質が生成する。無色の粉末状生成物は、面心立方晶系の酸化マグネシウムのナノワイヤーであり、その直径は均一で、約２０ナノメートルであり、長さは数十マイクロメートルである。一方、スポンジ状生成物は、直径が２０から６０ナノメートルまでの範囲にあり、長さは１マイクロメートル以下のナノロッド構造を有する。このスポンジ状生成物は、化学組成がＭｇ、Ｉｎ、および、Ｏからなるインジウムが内含された酸化マグネシウムのナノロッドであり、主に長方形の断面形状を有している。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
【実施例】
以下の実施例により、さらに詳しく、この出願の発明である酸化マグネシウムナノワイヤーおよび酸化マグネシウムナノロッドの製造方法について説明する。
実施例１  触媒の合成
アルミナをメタノール中で撹拌しスラリーを形成した。このスラリーの中に硝酸第二鉄のメタノール溶液を加え、このスラリーを数時間撹拌した後、ロータリーエバポレーターを用いてメタノールを蒸発させ、１５０℃で一昼夜真空乾燥した。
【００１７】
生成物を微粉化することにより、アルミナに保持された直径が約２０ナノメートルの酸化鉄ナノ粒子からなる触媒を得た。一方、酸化ホウ素３ｇをボールミルで６時間かけて、微粉化する。この微粉化処理中に三塩化インジウム（濃度Ｏ．１５モル／Ｌ）のメタノール溶液１５ｍｌを徐々に加えた。この操作によって得られた微粉化した酸化ホウ素と三塩化インジウムにアルミナに保持された酸化鉄１ｇを混合して触媒混合物とした。このインジウムイオンを添加することにより、触媒系のガラス化の温度の低下が促進される。
実施例２  酸化マグネシウムナノワイヤーおよび酸化マグネシウムナノロッドの製造
８：１のモル比で混合された金属マグネシウムと金属インジウムとの混合物１ｇを、アルミナ製のるつぼの中に入れた。この混合物を、上記で合成した触媒混合物４ｇにより覆った。アルミナ製るつぼを加熱炉中に保持された同じくアルミナ製の筒状の管の中に入れ、流速８０ｓｃｃｍのアルゴン気流中で８６５℃、７０分間加熱した。さらに１時間、この条件で反応を続けた後、加熱炉を室温まで冷却した。反応後、生成物には、褐色のガラス状物質の層が観察された。このガラス状物質の表面に無色の粉末状生成物が付着し、ガラス状物質の下側にスポンジ状生成物が見られた。
【００１８】
図１および図２に、走査型電子顕微鏡による無色の粉末状生成物の電子顕微鏡像を示す。図１および図２に示したように、約２０ナノメートルの均一な直径および長さ数十マイクロメートルの曲線的なナノワイヤー型構造をしていることが確認された。
【００１９】
図３に、このナノワイヤー構造体の透過型電子顕微鏡像を示す。また、無色の粉末状生成物の粉末状生成物のエネルギー分散Ｘ線スペクトルを図４に示す。図４より、Ｍｇと０の比が１：１であることが分かった。また、インジウム元素は検出されなかった。したがって、このナノワイヤー型構造を有する無色の粉末状生成物が酸化マグネシウムナノワイヤーであることが確認された。
【００２０】
図５および図６に走査型電子顕微鏡によるスポンジ状生成物の電子顕微鏡像を示す。図５および図６より、ナノロッド型の形状の物質の存在が認められ、このナノロッドは凝集体として放射状に成長していることがわかる。また、１マイクロメートルの長さを有するナノロッド型構造体も観察されたが、大部分は数百ナノメートルの長さを有している。
【００２１】
ナノロッド型構造体の低倍率透過型電子顕微鏡像を図７および図８に示す。図７より、その直径は２０から６０ナノメートルであることが分かった。また、図８より、ナノロッド型構造体の内部に、さらに黒く見えるナノロッド型構造体が存在しているのがはっきりと確認された。この複合したナノロッド型構造体の透過型電子顕微鏡による詳細な像を図９に示す。図９より、内含されているナノロッド型構造体に中空部分が存在すること、また、ナノロッド型構造体の先端が長方形であることがわかる。
【００２２】
図１０に、外側のナノロッド型構造体のみのエネルギー分散Ｘ線スペクトルを示す。図１０より、外側のナノロッド型構造体にはインジウムは検出されず、Ｍｇと０だけからなり、その比はほぼ１：１であることが分かった。図１１に、外側のナノロッド型構造体と内側のナノロッド型構造体との両方併せた複合物のエネルギー分散Ｘ線スペクトルを示す。図１１より、外側のナノロッド型構造体と内側のナノロッド型構造体との両方併せた複合物は、Ｍｇ、０、および、Ｉｎからなる組成物であることが確認された。さらに、図１０と図１１とを比較することにより、Ｍｇおよび０の強度比が両方のエネルギー分散Ｘ線スペクトルでほとんど一定であり、化学量論的にＭｇＯに対応していることが分かった。したがって、酸化マグネシウムからなる外側のナノロッド型構造体の内部に存在するナノロッド型構造体の成分はインジウム単体であり、酸化物からなる組成物ではないことが明らかとなった。以上のように、生成されるナノロッド型構造体の外側は酸化マグネシウムのナノロッドであり、その内側が金属インジウムからなるナノロッド型構造体で充填されていることが確認された。
【００２３】
【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、生成物の形状の変動および熱的劣化による触媒の活性の低下が少なく、簡便に高い品質を有する酸化マグネシウムナノワイヤーあるいは酸化マグネシウムナノロッドを生成することを実現する、酸化マグネシウムナノワイヤーおよび酸化マグネシウムナノロッドの製造方法が提供される。
【００２４】
この出願の発明の酸化マグネシウムナノワイヤーおよび酸化マグネシウムナノロッドの製造方法により、マイクロエレクトロニクス部品、高性能セラミックス、オプトエレクトロニクス、触媒等の分野において、耐酸化性コーティング層、絶縁層、反応促進剤等としての利用が期待される酸化マグネシウムナノワイヤーおよび酸化マグネシウムナノロッドが、高い品質を持って、簡便に製造されることからその実用化が強く期待される。また、この出願の発明の酸化マグネシウムナノワイヤーおよび酸化マグネシウムナノロッドの製造方法においては、１０００℃以下の温度で反応を完結させることができることから、高温による生成物の品質低下を抑制するだけでなく、加熱に要する熱エネルギー消費を低く抑えることが可能である。
【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生成された無色の粉末状生成物の走査型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生成された無色の粉末状生成物の走査型電子顕微鏡像である。
【図３】この出願の発明の実施例において生成された無色の粉末状生成物を構成するナノワイヤー型構造体の透過型電子顕微鏡像である。
【図４】この出願の発明の実施例において生成された無色の粉末状生成物の粉末状生成物を構成するナノワイヤー型構造体のエネルギー分散Ｘ線スペクトルである。
【図５】この出願の発明の実施例において生成されたスポンジ状生成物の走査型電子顕微鏡像である。
【図６】この出願の発明の実施例において生成されたスポンジ状生成物の走査型電子顕微鏡像である。
【図７】この出願の発明の実施例において生成されたスポンジ状生成物を構成するナノロッド型構造体の透過型電子顕微鏡像である。
【図８】この出願の発明の実施例において生成されたスポンジ状生成物を構成するナノロッド型構造体の透過型電子顕微鏡像である。
【図９】この出願の発明の実施例において生成されたスポンジ状生成物を構成するナノロッド型構造体の透過型電子顕微鏡像である。
【図１０】この出願の発明の実施例において生成されたスポンジ状生成物の粉末状生成物を構成するナノロッド型構造体のエネルギー分散Ｘ線スペクトルである。
【図１１】この出願の発明の実施例において生成されたスポンジ状生成物の粉末状生成物を構成するナノロッド型構造体のエネルギー分散Ｘ線スペクトルである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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