(57)【要約】【課題】  液相中の金属原料にレーザー光を照射することで金属粉末を得る、液相レーザーアブレーションを用いた時の、その生成する金属粉末を球状とし、粒径を所定かつ均一に揃えることができる製造技術を提供する。【解決手段】  液相レーザーアブレーションを用いた球状金属粉末の製造において、該液相を構成する溶媒の誘電率を調整することで、球状の金属粉末の粒径を制御する球状金属粉末の粒径制御方法である。溶媒としては例えばエタノールあるいはヘキサンが使用できる。金属原料は粒径１０μｍ以下の微粉末を用いることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相中の金属原料にレーザー光を照射することで金属粉末を得る、液相レーザーアブレーションを用いた金属粉末の製造において、該液相を構成する溶媒の誘電率を調整することで、球状の金属粉末の粒径を制御することを特徴とする球状金属粉末の粒径制御方法。
【請求項２】
溶媒を、エタノールとすることを特徴とする請求項１に記載の球状金属粉末の粒径制御方法。
【請求項３】
溶媒を、ヘキサンとすることを特徴とする請求項１に記載の球状金属粉末の粒径制御方法。
【請求項４】
金属原料を、粒径１０μｍ以下の微粉末とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の球状金属粉末の粒径制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な球状粉末を、その粒径を所定の値で均一に揃えて製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶剤中において微細な球状粉末を得る手法としては、ゾルゲル法やめっき法が用いられてきた。すなわち、化学反応を利用して微細な粉末を溶剤中で得る手法がある。
【０００３】
さらに、溶媒中の金属原料へレーザーを照射することで、金属コロイド溶液を得ることが提案されている。例えば、金属銀コロイド液へレーザーを照射することにより、得られる金属粉末の微細化や粗大化を改善した提案がなされている（非特許文献１参照）。非特許文献１の提案は、溶媒中にて直接的に金属コロイドを得られるという、化学的な析出反応に依らない手法の点で優れている。
【非特許文献１】辻  剛志、“液相レーザーアブレーションによるナノサイズ材料の創製と固−液界面の光物理化学現象の解明”、［online］、平成１５年５月２０日、辻  剛志、［平成１６年２月２６日検索］、インターネット＜URL：http://133.5.181.45/ta-tsuji/Res_Laser_Abl.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方で、微細な金属粉末の球状化は、例えば伝熱性ペースト材といった用途への使用にとって有効であり、均一微細でかつ球状な金属粉末であることが求められる。よって、非特許文献１のような製造技術を用いて、これらを達成できれば、ペースト材中の金属粉末の密度を上げることができ、より高い伝熱性を有する伝熱性ペーストが製造できる。しかしながら、非特許文献１には、レーザーの波長や強度の調整により、得られる金属粉末の粒径が制御できることが開示されるものの、レーザーの波長や強度は微細な粉末の生成効率に影響を及ぼすことから、粒径の制御においては更なる検討の余地があった。
【０００５】
本発明の目的は、液相中の金属原料にレーザー光を照射することで金属粉末を得る液相レーザーアブレーションを用いた時の、その生成する金属粉末を球状とし、粒径を所定かつ均一に揃えることができる製造技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、液相レーザーアブレーションによる金属粉末の作製方法において、その得られる金属粉末の粒径に影響を及ぼしている要因を調査した。その結果、液相に用いる溶媒の種類により粒径が異なることを知見した。そして、その理由を検討することで、粒径の制御が可能であることを見いだし、本発明に到達した。
【０００７】
すなわち本発明は、液相中の金属原料にレーザー光を照射することで金属粉末を得る、液相レーザーアブレーションを用いた金属粉末の製造において、該液相を構成する溶媒の誘電率を調整することで、球状の金属粉末の粒径を制御することを特徴とする球状金属粉末の粒径制御方法である。具体的な溶媒としては例えばエタノールまたはヘキサンが使用できる。金属原料は粒径１０μｍ以下の微粉末を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、制御された粒径の均一性を飛躍的に改善した球状金属粉末を、化学的な析出反応に依らずかつ、高い生成効率で達成することができ、伝熱性ペースト材などの実用化にとって欠くことのできない技術となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
上述したように、本発明の重要な特徴は、液相レーザーアブレーションによる金属粉末の製造においては認識のされていなかった溶媒種の選定を行なうことが、その得られる金属粉末の粒度に大きな影響を及ぼしていることを見いだしたところにある。つまり、照射レーザーの条件に加えて、溶媒への界面活性剤の添加による表面張力作用を利用した、金属粉末の凝集による粒径変化は認められていたところ、本発明は、溶媒の誘電率を調整することを基本手法とすることで、容易に均一粒径への制御が可能である。
【００１０】
まず、液相レーザーアブレーションによる溶媒中の金属粉末の生成挙動について検討したところ、その粒径の決定因子には「溶媒分子による安定化の程度」が大きく作用しているものと推測される。つまり、溶媒中の金属原料にレーザー照射を行うと、レーザーのエネルギーによって金属原料は瞬時に気化し、そして周囲の溶媒によって冷却され微粒子化する一方で、溶媒中ではその微粒子同士が凝集し溶融される現象も同時に進行していると考えられる。そして、この相反する微細化作用と融合化作用は、所定時間のレーザー照射で平衡状態に達し、結果として、溶媒中に生成される金属粉末は一定の粒径の球状を呈することとなる。
【００１１】
そこで、本発明者は、この平衡状態の決定に大きく作用している条件因子を調査したところ、それが溶媒自体の誘電率にあることを知見した。すなわち、一定のレーザーアブレーション条件のもとで、その溶媒に誘電率の高いものを使用すれば、微細化した金属粒子の電荷との間で静電的相互作用が高まり、微粉末の凝集が抑制されると推測されることから、得られる金属粒子の粒径が小さくなる。この場合、有効な溶媒の誘電率としては、比誘電率として４０程度までの条件を知見しており、その容易な取扱い性も考慮すると、例えばメタノール（比誘電率：３２．６）やエタノール（比誘電率：２４．５）、ヘキサン（比誘電率：１．８）である。これは、特に本発明の想定する粒径１０μｍ以下の球状金属粉末を得るためにも好ましい。このように、本発明では、溶媒の誘電率を変えることで様々かつ均一の粒径を有する球状金属粉末が得られることになる。
【００１２】
また、液相レーザーアブレーションを用いての、本発明の球状金属粉末の粒径制御方法においては、上記の微細化作用そして、融合化作用を効率よく進めるために、最初の金属原料を微粉末化しておくことが有効である。好ましくは、金属原料の粒径を１０μｍ以下の微粉末としておくことであり、これは本発明の特に狙いとする粒径１０μｍ以下の球状化された金属粉末を得るためにも好ましい。この粒径に調整された金属原料微粉末を得る手法としては、特に限定されないが、例えば原料を高温の熱プラズマ中に導入して蒸発・気化させ、それを冷却、回収する、熱プラズマ法を用いることが、生産効率の上でも有利である。
【実施例】
【００１３】
溶媒に混合する原材料の金属粉末としては、熱プラズマ炎に投入して蒸発させ、気相で冷却、回収した、熱プラズマ法によるルテニウム微粉末を準備した。図３は、このルテニウム微粉末の走査型電子顕微鏡像であるが、粒径が１０μmに比して十分に微粉化されている、超微粒子の凝集体であることがわかる。そして、このルテニウム原料微粉末２００ｍｇをヘキサンおよびエタノールの２種の溶媒１０ｍｌに混合し、以下の条件でレーザー照射を行った。
【００１４】
溶媒        ：ヘキサン（比誘電率１．８），エタノール（比誘電率２４．５）
レーザー波長：１０６４ｎｍ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザー基本波）
パルス幅    ：６ｎｓ
繰返し周波数：１０Ｈｚ
照射時間    ：６０分
【００１５】
上記の液相レーザーアブレーションにより得られたルテニウム粉末の形態を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した。すなわち、溶媒を揮発させて得られたルテニウム粉末を少量採取し、それらをカーボンテープに付着させ、そして、カーボンテープ上のルテニウム粉末をＳＥＭで観察した。なお、一旦乾燥させたルテニウム粉末は、凝集体として観察される。
【００１６】
得られたルテニウム粉末のＳＥＭ像を、その溶媒をエタノールとしたものは図１に、ヘキサンとしたものは図２に示す。また、これらのＳＥＭ像から画像処理を行なうことで複数のルテニウム粉末の投影面積を求め、その面積の円形相当の直径から平均粒径を算出した。その結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
これらの結果より、得られたルテニウム粉末は、図３の原料粉末から粒径が変化した均一な球状形態を呈している。そして、比誘電率の高いエタノール溶媒を用いて得た図１のルテニウム粉末は、比誘電率の低いヘキサン溶媒による図２のものに比べて、粒径が微細に調整されていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
金属粉末の粒径を均一かつ所定の大きさに制御が可能な本発明の手法は、さらに好ましくは粉末の成分組成をも最適化することによって、触媒や金属インクの用途にも有効に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の効果の一例を説明する電子顕微鏡像である。
【図２】本発明の効果の一例を説明する電子顕微鏡像である。
【図３】本発明に用いる金属原料の一例を示す電子顕微鏡像である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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