(57)【要約】【課題】発光材料、赤外線レーザー光源等への応用が期待されるセレン化亜鉛ナノワイヤーの製造方法を提供する。【解決手段】蒸留水に窒素ガスを吹き込んだ気流を通じながら、グラファイト粉末とグラファイト繊維を１５００〜１７００℃に加熱し、セレン化亜鉛粉末を１２００〜１３００℃に加熱することにより、セレン化亜鉛ナノワイヤーを製造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器中において、蒸留水に窒素ガスを吹き込んだ気流を通じながら、グラファイト粉末とグラファイト繊維を、１５００〜１７００℃に、セレン化亜鉛粉末を１２００〜１３００℃に、１〜３時間加熱することを特徴とする単結晶セレン化亜鉛ナノワイヤーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶のセレン化亜鉛ナノワイヤーの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＩ−ＶＩ族の半導体材料として広いバンドギャップを持つセレン化物は、発光デバイス、太陽電池、センサー、光記録材料等の分野でその応用に関して広く検討されている。一次元構造であるセレン化亜鉛ナノワイヤーやナノロッドは、鋳型を用いる方法、溶媒中での加熱による方法、金などの触媒を用いる方法によって製造されている（例えば、非特許文献１、２、３参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】
Ｎ．Ｋｏｕｋｌｉｎ，ほか、アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）７９巻、４４２３頁、２００１年
【非特許文献２】
Ｗ．Ｗａｎｇ，ほか、インオーガニック・ケミカル・コミュニケーションズＩｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．」２巻、８３頁、１９９９年
【非特許文献３】
Ｙ．Ｘｉａ，ほか、アドバンスト・マテリアルズ（Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．）１５巻、３５３頁、２００３年
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の従来の技術に鑑みてなされたもので、鋳型や高価な触媒を使用しないで、安価に、高純度の、発光材料、青緑色レーザーダイオード、中波長赤外線レーザー光源等への応用が期待される単結晶セレン化亜鉛ナノワイヤーを製造することを解決すべき課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
反応容器中において、蒸留水に窒素ガスを吹き込んだ気流をグラファイト粉末およびグラファイト繊維に通じながら、１５００〜１７００℃に加熱するとともに、セレン化亜鉛粉末を１２００〜１３００℃に加熱する。加熱を１〜３時間続けた後、反応容器を室温に冷却すると基板上に生成物である黄色の粉末が得られる。
【０００６】
グラファイト粉末およびグラファイト繊維を、蒸留水に窒素ガスを吹き込んで生じる窒素ガスと水蒸気の混合気流中で、１５００〜１７００℃に加熱する。窒素ガスは、グラファイトと反応させる水蒸気のキャリアガスである。グラファイトの粉末とグラファイトの繊維  を混ぜる理由は、流動床的に、水蒸気との接触を良くするためである。
【０００７】
一方、もう一つの原料であるセレン化亜鉛粉末を１２００〜１３００℃に加熱する。グラファイト粉末およびグラファイト繊維、セレン化亜鉛粉末の加熱温度は、それぞれ上記の範囲が好ましい。これ以上の温度に上げても、反応速度はあまり向上しないし、これ以下の温度の場合は、反応が不十分で、反応性ガスの生成や最終生成物が十分に得られない。反応時間は１〜３時間が好ましく、これ以上時間を延ばしても生成量の向上は望めないし、これ以下の時間では反応が不十分である。
【０００８】
グラファイト粉末、グラファイト繊維、セレン化亜鉛粉末の重量比は１：１：０．５程度が望ましい。この比を変化させても、収量の向上はあまり期待できない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の方法を実施するために使用する縦型高周波誘導加熱炉を概念的に示す。石英管１の周りに加熱コイル２を配した縦型高周波誘導加熱炉３の内部に反応容器としてグラファイト製るつぼ４Ａと４Ｂを離して設置する。グラファイト製るつぼ４Ａと４Ｂは、断熱材のグラファイト繊維６で周囲を包囲したグラファイト製支持台（サセプタ）５によって加熱炉３の中央部に保持する。混合したグラファイト粉末と繊維７を底部に穴を設けたグラファイト製るつぼ４Ａの底部に入れ、さらに、底部に穴を設けたグラファイト製るつぼ４Ｂにセレン化亜鉛粉末９を入れる。
【００１０】
次に、蒸留水に窒素ガスを吹き込んだ気流をＮ２＋Ｈ２Ｏ導入口１０から導入し、底部の穴からるつぼ４Ａ内に導入して、混合したグラファイト粉末と繊維７に通じる。この際の流量は窒素ガスが１．５Ｌ／ｍｉｎで、水蒸気は０．３Ｌ／ｍｉｎ程度である。窒素ガスを上部のＮ２導入口１１から補足的に石英管１内に供給してもよい。水蒸気は粉末と繊維を混合したグラファイトと反応し、底部の穴からるつぼ４Ｂ内に入り、セレン化亜鉛粉末と反応する。
【００１１】
この際、加熱コイル２を用いて、Ｇｒａｄｉｅｎｔを利用して、グラファイト粉末と繊維７を１５００〜１７００℃に加熱し、セレン化亜鉛粉末９を１２００〜１３００℃に加熱する。るつぼ４Ａ，４Ｂ内の温度は、プリズム１３を介してパイロメータ１４で測定する。
【００１２】
反応ガスはるつぼ４Ｂの上方から石英管１内に流れ、窒素ガスはＮ２排出口１２から排出される。１〜３時間加熱を続けた後、加熱炉を室温に冷却する。上記の反応は、高周波誘導加熱炉中で行われるが、生成物は、グラファイト繊維６の表面に堆積する。
【００１３】
【実施例】
次に、実施例を示して、さらに詳しく本発明について説明する。
実施例１
図１に示すような縦型高周波誘導加熱炉を用いて、和光純薬（株）製のグラファイト粉末１．０ｇと同社製のグラファイト繊維１．０ｇをグラファイト製るつぼに入れて、グラファイト製のサセプターに取り付け、高周波誘導加熱炉中に設置した。一方、和光純薬（株）製のセレン化亜鉛粉末０．５ｇをグラファイト製るつぼの中に入れ、グラファイト粉末およびグラファイト繊維の入ったるつぼの上方に離して配置した。
【００１４】
蒸留水に窒素ガスを吹き込むことにより、生成する水蒸気を含んだ窒素ガスを１．５Ｌ／ｍｉｎの流速で、グラファイト粉末およびグラファイト繊維に通じた。高周波誘導加熱炉を用いて、グラファイト粉末およびグラファイト繊維を１６００℃に加熱し、セレン化亜鉛粉末を１２５０℃に加熱した。この温度で２時間加熱した後、加熱炉を室温に冷却した。グラファイト製るつぼの外側の断熱材のグラファイト繊維の表面に黄色の粉末が堆積した。
【００１５】
図２に透過型電子顕微鏡を用いて観察した生成物の写真を示した。この結果、長さが１マイクロメートルで、直径が平均４０ナノメートルのナノワイヤーが生成していることが確認できた。
【００１６】
図３にＸ線エネルギー拡散スペクトルの測定結果を示したが、その化学組成は亜鉛とセレンからなり、その原子比は１：１であることが分かった。また、このナノワイヤーの高分解能透過型電子顕微鏡像と電子線回折の測定結果から、格子定数ａ＝０．４０ｎｍ、ｃ＝０．６５ｎｍを有する六方晶相であることが分かった。（１１０）面と（００２）面の面間距離はそれぞれ０．２０ｎｍ、０．３３ｎｍで、セレン化亜鉛ナノワイヤーの成長方向は［００１］方向であり、単結晶構造であることが確認された。
【００１７】
生成したセレン化亜鉛ナノワイヤーのフォトルミネッセンススペクトルを室温で、励起源として３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザーを用いて測定した。その結果を図４に示した。この図４からセレン化亜鉛ナノワイヤーは６１７ｎｍに強いオレンジ色の発光と４４７ｎｍに非常に弱い発光を示すことが分かった。
【００１８】
【発明の効果】
本発明により、発光材料、中波長赤外線レーザー等への応用が期待されるセレン化亜鉛ナノワイヤーが簡単な方法で製造可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の方法を実施するために使用する反応装置の概念図である。
【図２】図２は、実施例１で得られたセレン化亜鉛ナノワイヤーの図面代用の透過型電子顕微鏡像の写真である。
【図３】図３は、実施例１で得られたセレン化亜鉛ナノワイヤーのＸ線エネルギー拡散スペクトルの図である。
【図４】図４は、実施例１で得られたセレン化亜鉛ナノワイヤーのフォトルミネッセンススペクトルの図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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