(57)【要約】【課題】優れた光学的特性を有する二酸化スズの新しい単結晶ナノ構造体とこれを大量生産可能とする製造方法を提供する。【解決手段】単結晶の二酸化スズからなるナノメートルサイズのテープ状物質であって、１００マイクロメートル以上の長さと、３００〜５００ナノメートルの幅と、３０〜５０ナノメートルの厚さを有する。【選択図】        図１
2004216500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶の二酸化スズからなるナノメートルサイズのテープ状物質であって、１００マイクロメートル以上の長さと、３００〜５００ナノメートルの幅と、３０〜５０ナノメートルの厚さを有することを特徴とする単結晶二酸化スズナノテープ。
【請求項２】
真空中、高温下において、二酸化スズを加熱するとともに、二酸化スズにエキシマレーザーを照射することにより、単結晶の二酸化スズからなるナノメートルサイズのテープ状物質である単結晶二酸化スズナノテープを生成することを特徴とする単結晶二酸化スズナノテープの製造方法。
【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、単結晶二酸化スズナノテープ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、オプトエレクトロニクスデバイス、ガス漏れ検知器、透明導電性電極等として有用な、単結晶二酸化スズナノテープとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
二酸化スズは広いバンドギャップを有するｎ型半導体であり、オプトエレクトロニクスデバイス、ガス漏れ検知器、透明導電性電極等に広く使用されている重要な機能性材料である。このような特徴のある二酸化スズからなるナノワイヤーやナノロッドが、熱酸化法や溶融塩合成法により製造されている（たとえば、文献１および２）。
【０００３】
また、最近、金属酸化物のナノワイヤーの合成方法としてレーザー加熱法が提案されている（たとえば、文献３、４および５）。このレーザー加熱法は、高温反応や複雑な合成プロセスを必要としないので大量生産に適している。
【０００４】
一方、ナノメートルサイズの金属酸化物の構造体として、ベルト状の形態を有するものの生成が報告されて注目されている（文献６および７）。このベルト状のナノ構造体は、ナノワイヤーやナノロッドとは形態が異なるものとして、その応用に新しい展望を拓くものとして期待されている。ｎ型半導体としての基本的機能を有する二酸化スズについても、優れた光学的特性が期待される単結晶体をはじめとして、このようなベルト状、あるいはテープ状、リボン状のナノ構造体を実現することが望まれている。特に、前記のとおりのレーザー加熱法による金属酸化物のナノワイヤーの合成法が実現された現在の状況においては、すでに多様な実用製品の材料としても利用されている二酸化スズのベルト状、リボン状、あるいはテープ状のナノ構造体のレーザー加熱法による製造を実現することが求められている。
【０００５】
【文献】
１：Ｍ．Ｊ．Ｚｈｅｎｇ他、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．、１３巻、３８５９頁、２００１年
２：Ｙ．Ｋ．Ｌｉｕ他、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．、１３巻、１８８３頁、２００１年
３：Ａ．Ｍ．Ｍｏｒａｌｅｓ他、  Ｓｃｌｅｎｃｅ、  ２７９巻、２０８頁、１９９８年
４：Ｙ．Ｈ．Ｔａｎｇ他、  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ、７４巻、３８２４頁、１９９９年
４：Ｘ．Ｆ．Ｄｕａｎ他、  Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．、１２巻、２９８頁、２０００年
６：Ｚ．Ｈ．Ｐａｎ他、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２９１巻、１９４７頁、２００１年
７：Ｚ．Ｒ．Ｄａｉ他、Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ、１０６巻、１２７４頁、２００２年
【０００６】
【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、優れた光学的特性を有する二酸化スズの新しい単結晶ナノ構造体としてのナノテープとこれを大量生産可能とする方法を提供することを課題としている。
【０００７】
【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、単結晶の二酸化スズからなるナノメートルサイズのテープ状物質であって、１００マイクロメートル以上の長さと、３００〜５００ナノメートルの幅と、３０〜５０ナノメートルの厚さを有することを特徴とする単結晶二酸化スズナノテープを提供する。
【０００８】
さらに、この出願の発明は、第２に、真空中、高温下において、二酸化スズを加熱するとともに、二酸化スズにエキシマレーザーを照射することにより、単結晶の二酸化スズからなるナノメートルサイズのテープ状物質である単結晶二酸化スズナノテープを生成することを特徴とする単結晶二酸化スズナノテープの製造方法をも提供するものである。
【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単結晶二酸化スズナノテープは、単結晶の二酸化スズからなるナノメートルサイズのテープ状物質であり、１００マイクロメートル以上の長さと、３００〜５００ナノメートルの幅と、３０〜５０ナノメートルの厚さを有するものである。
【００１１】
なお、ここで規定する「テープ」は、いわゆるベルト状、リボン状、そしてテープ状と呼ばれる偏平体を総称する意味において用いられている。
【００１２】
この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープは、真空中減圧下に、加熱された二酸化スズに対しエキシマレーザーを照射することにより、生成される。このとき、二酸化スズが置かれる加熱温度は９００℃以上とすることが好適である。また、二酸化スズが置かれる真空の圧力は、１０−２Ｔｏｒｒ以下とすることが好適である。
【００１３】
このようにして生成される単結晶二酸化スズナノテープは、通常の二酸化スズと比較して、光学的特性に優れており、オプトエレクトロニクスデバイス、ガス漏れ検知器、透明導電性電極などへの応用が可能である。
【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】
以下に、この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープの製造方法の一例を、具体的に説明する。
【００１７】
まず、反応系として、アルミナ製の円筒管を高温炉の中に配置し、このアルミナ製の円筒管の中に石英管を設置し、さらに、この石英管の中に、室温でプレスして固めた二酸化スズを入れる。この反応系を、１０−２Ｔｏｒｒ以下の真空とし、高温炉の温度を１０℃／ｍｉｎの昇温速度により、９００℃まで加熱する。この温度で、波長２４８ｎｍ、ビームの面積２２×８ｍｍ２のＫｒＦエキシマレーザービームを、レンズにより集光し、二酸化スズの表面に照射する。レーザーのパルスのエネルギーは２０Ｈｚ、２７ｎｓ間で３７０ｍＪであり、２時間照射を続ける。
【００１８】
照射終了後、炉を室温に冷却して生成物を採取し、Ｘ線粉末回折装置とＸ線エネルギー拡散スペクトロメーターを取り付けた高分解能透過型電子顕微鏡で観察した。Ｘ線回折のパターンから、生成物が、格子定数ａ＝４．７３７オングストロームとｃ＝３．１８６オングストロームを有する正方晶系の二酸化スズのルチル型構造であることが明らかとなった。
【００１９】
図１に、生成物の透過型電子顕微鏡像を示す。図１（ａ）、図１（ｂ）に示したように、生成物はテープ状を有しており、長さが数百マイクロメートル、幅が３００〜５００ナノメートル、厚さが３０〜５０ナノメートルであることが確認された。
【００２０】
図２に、生成物のＸ線エネルギー拡散スペクトルの測定結果を示す。図２から、生成物の化学組成はスズと酸素からなり、その原子比は１：２であることがわかった。なお、銅のピークは透過型電子顕微鏡の測定に用いる銅グリッドに由来するものである。また、高分解能透過型電子顕微鏡像の観察結果から均一な単結晶のルチル型構造の二酸化スズであることがわかった。
【００２１】
図３に、生成物である二酸化スズナノテープおよび二酸化スズ粉末のフォトルミネッセンススペクトルを示す。測定は、室温下で行われ、励起源として、波長３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザーが用いられ、４００〜８００ｎｍの範囲の発光スペクトルが測定された。出発物質として使用した二酸化スズの粉末（スペクトルｂ）と本発明により得られた単結晶ナノテープ（スペクトルａ）の発光スペクトルを比較した結果、ナノテープの発光強度は粉末に比べて数倍高いことが明らかとなった。
【００２２】
【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、優れた光学的特性を有する新しい形態の単結晶二酸化スズナノ構造体と、これを大量生産可能とする製造方法が提供される。
【００２３】
この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープは、優れた特性を有しており、また、この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープの製造方法により、大量生産が容易であることから、オプトエレクトロニクスデバイス、ガス漏れ検知器、透明導電性電極などの様々な製品の材料としての利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープの透過型電子顕微鏡像である。
【図２】この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープのＸ線エネルギー拡散スペクトルについて示したグラフである。
【図３】この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープ、および、比較例である二酸化スズ粉末のフォトルミネッセンスのスペクトルについて示したグラフである。
【図１】
2004216500.tif 000003
【図２】
2004216500.tif 000004
【図３】
2004216500.tif 000005