(57)【要約】【目的】  炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルとテトラポッド状の硫化亜鉛ナノ構造物が接合した炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルを製造可能とする。【構成】  硫化亜鉛粉末と炭素粉末の混合物を窒素気流中で700〜950℃に３０分〜３時間加熱し、炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルを生成させる。また、硫化亜鉛粉末と炭素粉末の混合物を窒素気流中で700〜950℃に３０分〜２時間加熱した後、引き続き、1000〜1200℃に３０分〜２時間加熱し、テトラポッド状の硫化亜鉛ナノ構造物が接合した炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルを生成させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫化亜鉛粉末と炭素粉末の混合物を窒素気流中で700〜950℃に３０分〜３時間加熱し、炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルを生成させることを特徴とする炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法。
【請求項２】
硫化亜鉛粉末と炭素粉末の混合物を窒素気流中で700〜950℃に３０分〜２時間加熱した後、引き続き、1000〜1200℃に３０分〜２時間加熱し、テトラポッド状の硫化亜鉛ナノ構造物が接合した炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルを生成させることを特徴とするテトラポッド状の硫化亜鉛ナノ構造物が接合した炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法ならびにテトラポット状硫化亜鉛ナノ構造物が接合した炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブの中に種々の化合物を充填することは、新規な特性を発現させるのに有効であり、融解状態で毛管法を利用して充填する方法（たとえば、非特許文献１、２参照）や電気化学的な堆積法（たとえば、非特許文献３）等が行われている。カーボンナノチューブの中へ入れる充填物としては、種々の金属、炭化物、ハロゲン化物、酸化物等が検討されている。
【非特許文献１】J.Sloanほか、ケミカル・コミュニケーションズ（Chem.Comm.）、2002年、ｐ．1319
【非特許文献２】P.M.Ajayanほか、ネイチャー（Nature）、1995年、第375巻、ｐ．564
【非特許文献３】J.C.Baoほか、アドバンスト・マテリアルズ（Adv.Mater.）、2002年、第１４巻、ｐ．1483
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、硫化物-カーボンナノチューブのコア-シェル構造物を生成させる従来の製造方法では充填物を均一に挿入することが難しかった。そこで、この問題を解消するために、新規なコア-シェル構造の有効な製造方法の開発が望まれていた。
【０００４】
この出願の発明は、硫化亜鉛ナノワイヤーの外側に均一なカーボンナノチューブが被覆されたコア-シェル構造物である炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブル、ならびにテ
トラポッド状硫化亜鉛ナノ構造物が接合した炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、硫化亜鉛粉末と炭素粉末の混合物を窒素気流中で700〜950℃に３０分〜３時間加熱し、炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルを生成させることを特徴とする炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法を提供する。
【０００６】
この出願の発明は、第２には、硫化亜鉛粉末と炭素粉末の混合物を窒素気流中で700〜950℃に３０分〜２時間加熱した後、引き続き、1000〜1200℃に３０分〜２時間加熱し、テトラポッド状の硫化亜鉛ナノ構造物が接合した炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルを生成させることを特徴とするテトラポッド状の硫化亜鉛ナノ構造物が接合した炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
この出願の発明により、均一な径を有する炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルの製造が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、実施例を示しつつ、この出願の発明の炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法ならびにテトラポット状硫化亜鉛ナノ構造物が接合した炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法についてさらに詳しく説明する。
【０００９】
この出願の発明の炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法を実施するにあたっては、たとえば、硫化亜鉛粉末と炭素粉末の混合物をグラファイト製のボートに入れ、このボートを石英管状炉中のグラファイト円筒管の中央部に設置することができる。そして、窒素ガス等の不活性ガスを流しながら、混合物を700〜950℃に３０分〜３時間加熱する。混合物中の硫化亜鉛粉末と炭素粉末のモル比は５：１〜１：５の範囲が好ましい。この範囲よりも硫化亜鉛粉末の量が多いと、硫化亜鉛ナノワイヤーだけが得られるようになり、炭素膜で覆われた硫化亜鉛ナノワイヤーは得られなくなる。硫化亜鉛粉末の量が上記範囲の下限よりも少ない場合には、硫化亜鉛ナノケーブルは得られなくなる。加熱温度については、950℃よりも高いと、ナノケーブルとテトラポッド状ナノ構造物の混合体に
なり、接合されたナノケーブルは得られない。700℃よりも低いと反応が円滑に進行しな
い。加熱時間については、３時間で十分反応するのでこれ以上の時間は必要ない。３０分よりも短いと、生成物の収量が低下する。窒素ガス等の不活性ガス流量については0.2〜
２Ｌ／minが好ましい。この流量範囲を外れると、ナノケーブルは得られなくなる。加熱
終了後、加熱炉を室温にまで冷却すると、グラファイト円筒管の内壁に白色の粉末が堆積する。この白色粉末を分析すると、炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルであることが確認される。
【００１０】
また、この出願の発明のテトラポット状硫化亜鉛ナノ構造物が接合した炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルの製造方法を実施するにあたっては、たとえば、硫化亜鉛粉末と炭素粉末の混合物をグラファイト製ボートに入れ、このボートを石英管状炉中のグラファイト円筒管の中央部に設置することができる。そして、窒素等の不活性ガスを流しながら、700〜950℃に３０分〜２時間加熱する。引き続き、1000〜1200℃で３０分〜２時間加熱する。加熱終了後、加熱炉を室温にまで冷却すると、グラファイト円筒管の内壁に白色の粉末が堆積する。混合物中の硫化亜鉛粉末と炭素粉末のモル比は１０：１〜２：１が好ましい。硫化亜鉛粉末がこの範囲の量よりも多いと、硫化亜鉛ナノワイヤーだけが生成し、炭素膜は生成しなくなる。また、上記範囲よりも硫化亜鉛粉末の量が少ない場合は、硫化亜鉛のテトラポッド状ナノ構造物が生成しなくなる。第一段目の加熱温度については、950℃よりも高いと均一なナノケーブルが得られず、700℃よりも低いと反応が円滑に進行しない。第二段目の加熱温度については、1200℃よりも高いとテトラポット状ナノ構造物が生成せず、1000℃よりも低い場合も、テトラポッド状ナノ構造物が生成しない。第一段目の加熱時間については、２時間を超えると、硫化亜鉛粉末がかなり消費され、このため、テトラポッド状のナノ構造物の生成量が少なくなる。３０分未満では十分な量のナノケーブルが得られない。第二段目の加熱時間については、２時間で十分に反応が完結するので、これ以上の時間をかける必要はない。３０分以下の場合は、十分な収量が得られない。窒素等の不活性ガスの流量は、第一段目、第二段目の加熱のいずれにおいても、0.2〜
２Ｌ／minが好ましく、この範囲を外れると、望ましい形状の生成物は得られなくなる。
【００１１】
得られた白色の生成物は、分析により、硫化亜鉛のテトラポッド状ナノ構造物と、炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルとが接合された構造物であることが確認される。
【実施例１】
【００１２】
アルドリッチ社製の硫化亜鉛粉末（純度99.99%）0.5ｇとアルドリッチ社製の炭素粉末
（純度99.99%）0.5ｇの混合物をグラファイト製のボートに入れ、このボートを石英管状
炉の中のグラファイト円筒管の中央部に取り付けた。加熱炉へ窒素ガスを１Ｌ／minの流
量で流しながら、混合物を900℃に２時間加熱した。加熱終了後、円筒管の内壁に白色の
粉末が0.1ｇ堆積した。
【００１３】
図１に、白色生成物の高分解能走査型電子顕微鏡像の写真を示した。直径数ナノメートル、長さ数百マイクロメートルを有する均一なナノケーブルが得られているのが分かる。
【００１４】
図２に、白色生成物の高分解能透過型電子顕微鏡像の写真を示した。この写真から外側に炭素の薄い層があり、内部が硫化亜鉛層のケーブルであることが分かる。Ｘ線回折のパターンを調べた結果、内部は、格子定数ａ＝5.4Åを有する立方晶系の硫化亜鉛であり、
外側は、高分解能透過型電子顕微鏡像の結果から、面間距離0.34nmを有するグラファイト層であることが分かった。
【実施例２】
【００１５】
アルドリッチ社製の硫化亜鉛粉末（純度99.99%）0.8ｇとアルドリッチ社製の炭素粉末
（純度99.99%）0.5ｇの混合物をグラファイト製のボートに入れ、このボートを石英管状
炉内のグラファイト円筒管の中央部に設置した。加熱炉の中に窒素ガスを１Ｌ／minの流
量で流しながら、900℃に１時間加熱した。引き続き、1100℃に１時間加熱した。加熱終
了後、炉を室温にまで冷却すると、グラファイト円筒管の内壁に白色の粉末が0.2ｇ堆積
した。
【００１６】
図３に、白色生成物の透過型電子顕微鏡像の写真を示した。ナノケーブルとテトラポッド状のナノ構造物が連結した構造物が得られていることが明瞭に確認される。
【００１７】
図４に、１個のテトラポッド状ナノサイズ結晶の透過型電子顕微鏡像を示した。４本に分かれている枝は三角柱から成り立っていることが分かる。電子線回折の結果から、単結晶の閃亜鉛鉱型構造の硫化亜鉛であることが分かった。
【００１８】
図５に、得られた炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルと比較試料の硫化亜鉛のバルク結晶のカソードルミネッセンスのスペクトルを示した。バルク結晶は338nmの弱い発
光と468nmの強い発光を示すのに対し、得られた炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブ
ルは332nmの強い発光と375nm、446nm、508nmに３本の発光バンドがあることが分かった。
【００１９】
もちろん、この出願の発明は、以上の実施例によって限定されるものではない。細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、炭素膜と硫化亜鉛とがヘテロ接
合したナノケーブルが製造可能となり、新規な発光バンド域を有するため、光学デバイスへの応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルの高分解能走査型電子顕微鏡像の図面代用写真である。
【図２】炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルの高分解能透過型電子顕微鏡像の図面代用写真である。
【図３】テトラポッド状硫化亜鉛ナノ構造物が接合した炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルの高分解能透過型電子顕微鏡像の図面代用写真である。
【図４】テトラポッド状硫化亜鉛ナノ構造物の高分解能透過型電子顕微鏡像の図面代用写真である。
【図５】炭素膜で被覆された硫化亜鉛ナノケーブルと硫化亜鉛バルク結晶のカソードルミネッセンスのスペクトルである。
【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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