(57)【要約】  インターカレーション物質の製造方法では、構造の骨格を形成していない第１のイオンを含む第１のイオン源２０とホストとなる第１の被処理体１０とを互いに積層または対向させる。第１の被処理体１０と反対側から第１のイオン源２０に第１のイオンと同符号の第２のイオンを注入することにより、第１のイオン源２０に含まれる第１のイオンをゲストとして第１の被処理体１０に移動させてインターカレーションを行う。例えば、第１の被処理体１０はＴａＳ2 、第１のイオン源２０はガラス基板、第１のイオンはＬｉ+ 等のアルカリ金属イオン、第２のイオンはプロトンである。
2017188204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造の骨格を形成していない第１のイオンを含む第１のイオン源とホストとなる第１の被処理体とを互いに積層または対向させ、上記第１の被処理体と反対側から上記第１のイオン源に上記第１のイオンと同符号の第２のイオンを注入することにより、上記第１のイオン源に含まれる上記第１のイオンをゲストとして上記第１の被処理体に移動させてインターカレーションを行うインターカレーション物質の製造方法。
【請求項２】
上記第２のイオンをコロナ放電により生成する請求項１記載のインターカレーション物質の製造方法。
【請求項３】
針状電極の先端を上記第１の被処理体と反対側から上記第１のイオン源に対向させ、上記第２のイオンの生成用の分子を含む雰囲気において、上記針状電極と上記第１の被処理体との間に電圧を印加してコロナ放電を起こさせることにより上記第２のイオンを生成する請求項２記載のインターカレーション物質の製造方法。
【請求項４】
上記第１のイオン源は固体電解質である請求項１〜３のいずれか一項記載のインターカレーション物質の製造方法。
【請求項５】
上記第１の被処理体は層状物質またはかご状物質からなる請求項１〜４のいずれか一項記載のインターカレーション物質の製造方法。
【請求項６】
上記第１の被処理体の表面または上記第１のイオン源と上記第１の被処理体との間に上記第１のイオンに対して阻止能を有するマスクを設け、このマスクを用いて上記第１の被処理体に選択的に、上記第１のイオン源に含まれる上記第１のイオンを移動させる請求項１〜５のいずれか一項記載のインターカレーション物質の製造方法。
【請求項７】
上記第２のイオンを生成する空間と上記第１の被処理体に上記第１のイオンを移動させる空間とを互いに分離する請求項１〜６のいずれか一項記載のインターカレーション物質の製造方法。
【請求項８】
上記第１のイオン源に上記第１のイオンと同価数の上記第２のイオンを注入する請求項１〜７のいずれか一項記載のインターカレーション物質の製造方法。
【請求項９】
上記第１のイオン源に上記第１のイオンと価数が異なる上記第２のイオンを注入する請求項１〜７のいずれか一項記載のインターカレーション物質の製造方法。
【請求項１０】
上記第１のイオン源の前段に、構造の骨格を形成していない上記第２のイオンを含む第２のイオン源を設け、上記第２のイオン源に上記第２のイオンと同符号の第３のイオンを注入することにより上記第２のイオン源から上記第２のイオンを上記第１のイオン源に注入する請求項９記載のインターカレーション物質の製造方法。
【請求項１１】
処理室を有し、
上記処理室内において、構造の骨格を形成していない第１のイオンを含む第１のイオン源とホストとなる第１の被処理体とを互いに積層または対向させ、上記第１の被処理体と反対側から上記第１のイオン源に上記第１のイオンと同符号の第２のイオンを注入することにより、上記第１のイオン源に含まれる上記第１のイオンをゲストとして上記第１の被処理体に移動させてインターカレーションを行うインターカレーション物質の製造装置。
【請求項１２】
構造の骨格を形成していない第４のイオンを含む第２の被処理体に上記第４のイオンと異なる同符号の第５のイオンを注入することにより、上記第２の被処理体に含まれる上記第４のイオンを上記第５のイオンで置換するイオン置換物質の製造方法。
【請求項１３】
上記第２の被処理体の前段に、構造の骨格を形成していない上記第５のイオンを含む第３のイオン源を設け、上記第３のイオン源に上記第５のイオンと同符号の第６のイオンを注入することにより上記第３のイオン源から上記第５のイオンを上記第２の被処理体に注入する請求項１２記載のイオン置換物質の製造方法。
【請求項１４】
上記第２の被処理体の後段に上記第２の被処理体から放出される上記第４のイオンを吸収するイオン吸収体を設ける請求項１２または１３記載のイオン置換物質の製造方法。
【請求項１５】
処理室を有し、
上記処理室内において、構造の骨格を形成していない第４のイオンを含む第２の被処理体に上記第４のイオンと異なる同符号の第５のイオンを注入することにより、上記第２の被処理体に含まれる上記第４のイオンを上記第５のイオンで置換するイオン置換物質の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、インターカレーション物質の製造方法および製造装置ならびにイオン置換物質の製造方法および製造装置に関し、例えば、ＬｉＴａＳ2 等の各種のインターカレーション物質の製造およびＫ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 等の各種のイオン置換物質の製造に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
インターカレーションは、層状物質の層間や、かご状物質の結晶格子によって作られる空間内に分子やイオンを挿入する手法の総称であり、超伝導材料、電池材料、熱電材料等に幅広く利用されており、新たな電子物性の発現が期待されている。【０００３】
従来のインターカレーション法は、液相法と気相法とに大別される。液相法では、ゲストのイオンや分子を含む溶液中でインターカレーションを行う。具体的には、例えば、溶融塩、アンモニア溶液等にゲストを溶かし、ホストの層間や結晶格子によって作られる空間内に誘導する。一方、気相法では、ゲストの蒸気内でインターカレーションを行う。すなわち、ゲストを気化し、直接、ホストに反応させることにより層間や結晶格子によって作られる空間内に誘導する。【０００４】
一方、ＮＡＳＩＣＯＮ（sodium(Na) Super Ionic CONductor）型構造を有するＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 、Ｌｉ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 、Ｋ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 等が知られている。これらのうちＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 およびＬｉ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 の合成に関しては数多く報告されている。これに対し、Ｋ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 の合成に関しては、本発明者の知る限り、２０１５年に１件報告されているだけであり、しかもＮＡＳＩＣＯＮ型構造を保てていない（非特許文献１参照。）。【０００５】
なお、コロナ放電を用いてガラス基板内のアルカリ金属イオンをプロトンで置換することでアルカリ金属の含有割合を調整する方法が知られている（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１１７１６７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Adv. Energy Mater. 2015, 1500716
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
液相法では、ホスト側の酸化還元電位がインターカレーションに伴い変化し、ゲストが均一に挿入されない場合や、さらには溶媒の不純物も同時に層間や結晶格子によって作られる空間内に取り込まれてしまう場合がある。また、気相法では、ゲストの沸点や融点まで温度を上げるため、合成環境や試料が制限を受ける。また、アルカリ金属を気化させるため、合成スペースの劣化が激しい。【０００９】
一方、ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有するＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 のＮＡＳＩＣＯＮ骨格を残して、ナトリウムイオンをカリウムイオンに置換したイオン置換材料Ｋ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 は、リチウムイオン電池の代替として期待されているナトリウムイオン電池の正極材料として有用であると考えられているが、このイオン置換材料を容易に合成することができれば、ナトリウムイオン電池の高性能化を図ることができる。【００１０】
そこで、この発明が解決しようとする課題は、従来の液相法や気相法と異なる方法によって、種々の被処理体に対して所望のイオンのインターカレーションを容易に行うことができ、不純物の混入も防止することができ、高純度のインターカレーション物質を容易に製造することができるインターカレーション物質の製造方法およびこのインターカレーション物質の製造方法の実施に用いて好適なインターカレーション物質の製造装置を提供することである。【００１１】
この発明が解決しようとする他の課題は、ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有するＫ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 等のように構造の骨格を大きく変えずにイオンの置換を容易に行うことができ、それによって様々なイオンと様々な構造骨格とを組み合わせた多彩な新物質を容易に製造することができるイオン置換物質の製造方法およびこのイオン置換物質の製造方法の実施に用いて好適なイオン置換物質の製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、この発明は、
構造の骨格を形成していない第１のイオンを含む第１のイオン源とホストとなる第１の被処理体とを互いに積層または対向させ、上記第１の被処理体と反対側から上記第１のイオン源に上記第１のイオンと同符号の第２のイオンを注入することにより、上記第１のイオン源に含まれる上記第１のイオンをゲストとして上記第１の被処理体に移動させてインターカレーションを行うインターカレーション物質の製造方法である。【００１３】
このインターカレーション物質の製造方法においては、電気的に中性の状態の第１のイオン源に第１のイオンと同符号の第２のイオンを注入すると、第１のイオン源は注入された第２のイオンの電荷の分だけ電荷が過剰な状態となってエネルギー的に不安定となる。第１のイオン源に含まれる第１のイオンは第１のイオン源の構造の骨格を形成しておらず第１のイオン源内を容易に移動可能であるため、第１のイオン源に注入された第２のイオンにより、第１のイオン源に含まれる最表面の第１のイオンが内部に押し込まれ、続いて内部の第１のイオンが次々と押し込まれ、最終的に過剰な電荷の分だけ第１のイオンが外部に押し出されることによって元の中性の状態を回復し、エネルギー的に安定になる。こうして外部に放出された第１のイオンをゲストとして第１の被処理体に移動させてインターカレーションを行う。【００１４】
第２のイオンを注入し、第１のイオンを第１の被処理体に移動させてインターカレーションを行う環境の圧力は必要に応じて選ばれ、常圧、減圧、高圧（加圧）のいずれであってもよい。第２のイオンを生成する方法は特に限定されず、従来公知の方法の中から必要に応じて選ばれる。例えば、処理室の内部に第２のイオンの生成用の分子を含むガスを導入して放電を行うことにより第２のイオンを生成することができる。あるいは、処理室の外部に設けられたイオン生成源に第２のイオンの生成用の分子を含むガスを導入して放電を行うことにより生成した第２のイオンを処理室の内部に導入してもよい。第２のイオンを生成する環境の圧力は、その生成方法に応じて選ばれ、常圧、減圧、高圧（加圧）のいずれであってもよい。第２のイオンを放電により生成する場合、その方法としては、典型的にはコロナ放電が用いられる。このように第２のイオンをコロナ放電により生成する場合、好適には、針状電極の先端を第１の被処理体と反対側から第１のイオン源に対向させ、第２のイオンの生成用の分子（例えば、第２のイオンがプロトンである場合には水素（Ｈ2 ））を含む雰囲気において、針状電極と第１の被処理体との間に電圧を印加してコロナ放電を起こさせることにより第２のイオンを生成する。針状電極は、最低限１本用いられるが、必要に応じて複数本用いられる。例えば、第１のイオン源の第２のイオンを注入する領域の面積がある程度大きい場合には、１本の針状電極ではその面積の全体に亘って第２のイオンを注入することができなかったり、単位面積当たりの第２のイオンの注入量の均一性が悪化したりする問題があるが、複数本の針状電極を用いることによりこのような問題を解消することができる。これらの複数本の針状電極は、第１のイオン源の第２のイオンを注入する領域の形状、面積、針状電極の先端と第１のイオン源との間の距離等に応じて、その領域全体に第２のイオンをできるだけ均一に注入することができるように配置される。具体的には、例えば、第１のイオン源の第２のイオンを注入する領域が円形である場合には、その円形の領域の中心の上方に１本の針状電極を配置するとともに、その周りの、半径がその円形の領域の半径より小さい円周上に複数本、例えば４本の針状電極を等間隔に配置する。あるいは、その円形の領域全体に第２のイオンを注入することができるように複数本の針状電極を２次元アレイ状に配置してもよい。第１のイオン源の第２のイオンを注入する領域が正方形または長方形である場合には、例えば、その領域全体に第２のイオンを注入することができるように複数本の針状電極を２次元アレイ状に配置する。インターカレーションを行う際の第１の被処理体および第１のイオン源の温度は必要に応じて選ばれ、常温であることも、常温より高い温度であることも、常温より低い温度であることもある。【００１５】
第１のイオン源（イオン伝導体と言い換えることもできる）は、従来公知のものの中から必要に応じて選ばれる。第１のイオン源に含まれる第１のイオンは陽イオンであっても陰イオンであってもよい。第１のイオン源に含まれる第１のイオンは一種に限定されず、複数種であってもよい。陽イオンとしては、例えば、アルカリ金属イオン（Ｌｉ+ 、Ｎａ+ 、Ｋ+ 等）、アルカリ土類金属イオン（Ｍｇ2+、Ｃａ2+、Ｂａ2+等）、Ａｇ+ 、Ｃｕ+ 、Ｂｉ3+等が挙げられるが、これに限定されるものではない。陰イオンとしては、例えば、ハロゲン化物イオン（Ｆ- 、Ｃｌ- 、Ｂｒ- 、Ｉ- 等）、Ｏ2-、ＯＨ- 、Ｈ- （ヒドリド）等が挙げられるが、これに限定されるものではない。第１のイオン源は、典型的には固体電解質である。固体電解質は、例えば、ガラス、クラスレート、ゼオライト、スクッテルダイト、パイロクロア型酸化物、ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有する固体電解質、銀イオン（Ａｇ+ ）伝導体、銅イオン（Ｃｕ+ ）伝導体、ハロゲンイオン伝導体、ｎＡ2 Ｏ5 ・Ｂ2 Ｏ（ｎ＝５〜１１）（Ａ＝Ａｌ、Ｇａ、Ｆｅ等、Ｂ＝Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、ＮＨ4 、Ｔｌ等）、Ｏ2-のイオン伝導体、黒鉛層間化合物等である。ガラスは、基本的にはどのようなものであってもよいが、例えば、リン酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、ケイ酸塩ガラス、ゲルマニウムガラス、カルコゲナイドガラス、硫化物ガラス等である。これらのガラスにはＮａ+ 等のアルカリ金属イオンが含まれ、このアルカリ金属イオンが容易に移動することができる。クラスレートは、Ｉ型クラスレートＭx Ｔ46、II型クラスレートＭx Ｔ136 、Ｉ' 型クラスレートＭ24Ｔ100 、III 型クラスレートＭx Ｔ172 （Ｍはゲスト、Ｔはホスト）等である。ゼオライトは、結晶性アルミノケイ酸塩の総称であり、化学式は一般的にＭ2/n Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・ｘＳｉＯ2 ・ｙＨ2 Ｏ（Ｍはｎ価の陽イオン、例えばＮａ+ 、Ｋ+ 、Ｃａ2+、Ｂａ2+等で例えばｘ＝２〜１０、ｙ＝２〜７）と表され、構造および組成は必要に応じて選ばれる。ゼオライトとしては、好適にはＡ型またはＸ型のものが用いられる。パイロクロア型酸化物は、Ａ、Ｂ陽イオンからなる一般式Ａ2 Ｂ2 Ｏ7 で表される酸化物であり、（１）Ａが希土類やＳｃ、Ｙ、Ｂｉ等の３価の陽イオン、ＢがＳｎ、Ｔｉ、Ｚｒ等のＩＶ族元素や４価のＶ、Ｍｏ、Ｐｔ等の遷移金属元素イオンであるＡ3+  Ｂ4+
Ｏ7 型、（２）ＡがＣａ、Ｃｄ、Ｈｇ等の２価の陽イオン、ＢがＮｂ、Ｔａ、Ｓｂ等の４価の陽イオンであるＡ2+  Ｂ5+  Ｏ7 型、（３）定比の構造から８ｂ位置の酸素（Ｏ’）や１個のＡが取り除かれてできるＡ2 Ｂ2 Ｏ7 、ＡＢ2 Ｏ6 で表される欠陥パイロクロア（Ｐｂ2 Ｒｕ2 Ｏ6 、Ｃｓ（Ｖ、Ｔｅ）2 Ｏ6 等）である。スクッテルダイトは、ＬｎＴ4 Ｘ12（Ｔ＝Ｆｅ、Ｏｓ、Ｒｕ等、Ｘ＝Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ）である。ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有する固体電解質はＡx Ｍ2 （ＸＯ4 ）3 （Ｍは遷移金属、Ｘ＝Ｓ、Ｐ、Ａｓ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ等、Ａ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）であり、例えば、Ｎａ3 Ｚｒ2 Ｓｉ2 ＰＯ12、ＬｉＧｅＡｌＰ3 Ｏ12、Ｎａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 、Ｌｉ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 、Ｋ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 等である。銀イオン伝導体は、ＡｇＩ、Ａｇ2 Ｓ、ＡｇＲｂ4 Ｉ5 等である。銅イオン伝導体は、ＣｕＩ等である。ハロゲンイオン伝導体は、ＣａＦ2 、ＰｂＦ2 、ＳｒＦ2 、ＳｒＣｌ2 等である。Ｏ2-のイオン伝導体は、ＣａＯ・ＡＯ2 （Ａ＝Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｃｅ等）、ＺｒＯ2 ・Ｍ2 Ｏ5 （Ｍ＝Ｌａ、Ｓｍ、Ｙ、Ｓｃ等）、ＣｅＯ2 、ＬａＧａＯ3 、Ｎａ0.5 Ｂｉ0.5 ＴｉＯ3 、ＮｄＢａＩｎＯ4 等である。黒鉛層間化合物に関しては、極めて多くのゲスト物質が存在する。【００１６】
第１のイオン源に注入する第２のイオンは、必要に応じて選ばれるが、陽イオンとしては例えばプロトン、アルカリ金属イオン（Ｌｉ+ 、Ｎａ+ 、Ｋ+ 等）、Ｈｅ+ 、Ａｒ+ 等、陰イオンとしては例えばヒドリドやハロゲン化物イオン（Ｆ- 、Ｃｌ- 、Ｂｒ- 、Ｉ- 等）が挙げられる。第２のイオンは第１のイオンと異なっても同じでもよい。【００１７】
第１のイオン源に第２のイオンを注入する際には、第１のイオンと同価数の第２のイオンを注入する方法と、第１のイオンと価数が異なる第２のイオンを注入する方法とがある。前者の例を挙げると、第１のイオンがＮａ+ 等のアルカリ金属イオン、第２のイオンがＨ+ の場合である。後者の例を挙げると、第１のイオンがＣａ2+、第２のイオンがアルカリ金属イオンの場合である。後者の方法としては、例えば次のような方法がある。すなわち、第１のイオン源の前段に、構造の骨格を形成していない第２のイオンを含む第２のイオン源を設ける。そして、第２のイオン源に第２のイオンと同符号の第３のイオンを注入することにより第２のイオン源から第２のイオンを第１のイオン源に注入する。最終的に第１のイオン源から第１のイオンが外部に放出され、第１の被処理体に移動してインターカレーションが行われる。このように２段に配置された第１のイオン源および第２のイオン源を用いることにより、さらには３段以上に配置されたイオン源を用いることにより、第１の被処理体にインターカレーションを行うイオンの選択の自由度を大きくすることができ、様々なイオンのインターカレーションを行うことが可能となる。また、最上部のイオン源は電気的絶縁性を有するが、イオン源を２段以上重ねて用いる場合には、２段目以降のイオン源としては電気伝導性を有するものを用いることもできるため、イオン源の選択の自由度を大きくすることができる。第２のイオン源および３段目以上のイオン源は、第１のイオン源と同様に、典型的には固体電解質である。【００１８】
第１のイオン源から第１の被処理体に第１のイオンを移動させる際に、第２のイオンの生成用の分子あるいはその分解生成物が何らかの悪影響を及ぼすこともあり得ることから、このような場合には、好適には、第２のイオンを生成する空間と第１の被処理体に第１のイオンを移動させる空間とを互いに分離する。【００１９】
ホストとなる第１の被処理体は、最も広くはナノ空間材料、一般的には、層状物質またはかご状物質からなるが、これに限定されるものではない。第１の被処理体を構成する材料の具体例を挙げると、炭素系材料、遷移金属ダイカルコゲナイド、１３族カルコゲナイド、１４族カルコゲナイド、層状超伝導物質、層状窒化物、ゲスト物質非内包クラスレート化合物等である。炭素系材料は、グラファイト、カーボンナノチューブ、フラーレン、２層グラフェン等である。遷移金属ダイカルコゲナイドは、ＭＣｈ2 （Ｍ＝Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ等、Ｃｈ＝Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）であり、例えば、ＴａＳ2 、ＮｂＳｅ2 、ＮｂＳ2 、ＦｅＳｅ等である。１３族カルコゲナイドは、ＧａＳ、ＧａＳｅ、ＧａＴｅ、ＩｎＳｅ等である。１４族カルコゲナイドは、ＧｅＳ、ＳｎＳ2 、ＳｎＳｅ2 、ＰｂＯ等である。層状超伝導物質は、銅酸化物高温超伝導体、鉄系超伝導体、ＢｉＣｈ2 系超伝導体（Ｃｈ＝Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）等であり、具体的には、例えば、Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏx 、ＬｎＦｅＰｎＯ1-x Ｆx 、ＦｅＳｅ1-x Ｓx 、ＦｅＴｅ1-x Ｓx 、ＦｅＴｅ1-x Ｓｅx 、Ｌｎ（Ｏ1-x Ｆx ）ＢｉＣｈ2 （Ｌｎ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｃｈ＝Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｎ＝Ａｓ、Ｐ）であり、例えば、Ｌａ（ＯＦ）ＢｉＳ2 、Ｃｅ（ＯＦ）ＢｉＳ2 、Ｐｒ（ＯＦ）ＢｉＳ2 、Ｎｄ（ＯＦ）ＢｉＳ2 、Ｌａ（ＯＦ）ＢｉＳｅ2 、Ｌａ（ＯＦ）ＢｉＳｅＳ、Ｌａ（ＯＦ）ＢｉＳ2 等である。層状窒化物は、ＴｉＮＣｌ、ＺｒＮＣｌ、ＨｆＮＣｌ等である。そのほか、電池材料への適用可能性がある層状物質として、Ｌａ2/3-x Ｌｉ3xＴｉＯ、ＬｉＯ2 −ＳｉＯ2 系材料、Ｌｉ−Ｐ−Ｏ−Ｎ系材料、Ｌｉ2 Ｓ−ＳｉＯ2 系材料、Ｌｉ2 Ｓ−Ｐ2 Ｓ5 系材料等がある。【００２０】
第１のイオン源と第１の被処理体とを互いに対向させる場合、すなわち、第１のイオン源と第１の被処理体とを互いに離して配置する場合には、第１のイオン源に含まれる第１のイオンは、第１のイオン源への第２のイオンの注入により、第１のイオン源と第１の被処理体との間の空間を移動して第１の被処理体に移動する。【００２１】
第１のイオン源に含まれる第１のイオンは、第１の被処理体の全面に移動させてもよいし、第１の被処理体に対して選択的に移動させてもよい。後者の場合は、第１のイオン源の表面または第１のイオン源と第１の被処理体との間、典型的には第１の被処理体の表面に第１のイオンに対して阻止能を有するマスクを設け、このマスクを用いて第１の被処理体に選択的に、第１のイオン源に含まれる第１のイオンを移動させる。【００２２】
また、この発明は、
処理室を有し、
上記処理室内において、構造の骨格を形成していない第１のイオンを含む第１のイオン源とホストとなる第１の被処理体とを互いに積層または対向させ、上記第１の被処理体と反対側から上記第１のイオン源に上記第１のイオンと同符号の第２のイオンを注入することにより、上記第１のイオン源に含まれる上記第１のイオンをゲストとして上記第１の被処理体に移動させてインターカレーションを行うインターカレーション物質の製造装置である。【００２３】
このインターカレーション物質の製造装置においては、第１のイオン源から第１の被処理体に第１のイオンを移動させる際に、第２のイオンの生成用の分子が何らかの悪影響を及ぼすこともあり得ることから、このような場合には、好適には、処理室において、第２のイオンを生成する空間と第１の被処理体に第１のイオンを移動させる空間とが互いに分離して設けられる。【００２４】
このインターカレーション物質の製造装置の発明においては、その性質に反しない限り、上記のインターカレーション物質の製造方法の発明に関連して説明したことが成立する。【００２５】
また、この発明は、
構造の骨格を形成していない第４のイオンを含む第２の被処理体に上記第４のイオンと異なる同符号の第５のイオンを注入することにより、上記第２の被処理体に含まれる上記第４のイオンを上記第５のイオンで置換するイオン置換物質の製造方法である。【００２６】
第２の被処理体については、上記のインターカレーション物質の製造方法の発明における第１のイオン源に関連して説明したことが成立する。上記のインターカレーション物質の製造方法の発明における第１の被処理体にゲストを挿入した物質は第２の被処理体の候補に成り得るし、逆に、ゲストが挿入された第２の被処理体からゲストを取り除いた物質は上記のインターカレーション物質の製造方法の発明における第１の被処理体の候補に成り得る。また、第５のイオンについては、上記のインターカレーション物質の製造方法の発明における第２のイオンに関連して説明したことが成立する。好適には、第２の被処理体の前段に、構造の骨格を形成していない第５のイオンを含む第３のイオン源を設け、第３のイオン源に第５のイオンと同符号の第６のイオンを注入することにより第３のイオン源から第５のイオンを第２の被処理体に注入する。第３のイオン源については、上記のインターカレーション物質の製造方法の発明における第１のイオン源に関連して説明したことが成立する。好適には、第２の被処理体の後段に第２の被処理体から放出される第４のイオンを吸収するイオン吸収体を設ける。イオン吸収体の材料は必要に応じて選ばれるが、例えば炭素（カーボン）である。このイオン置換物質の製造方法の発明においては、上記以外のことは、その性質に反しない限り、上記のインターカレーション物質の製造方法の発明に関連して説明したことが成立する。【００２７】
また、この発明は、
処理室を有し、
上記処理室内において、構造の骨格を形成していない第４のイオンを含む第２の被処理体に上記第４のイオンと異なる同符号の第５のイオンを注入することにより、上記第２の被処理体に含まれる上記第４のイオンを上記第５のイオンで置換するイオン置換物質の製造装置である。【００２８】
このイオン置換物質の製造装置の発明においては、その性質に反しない限り、上記のイオン置換物質の製造方法およびインターカレーション物質の製造装置の発明に関連して説明したことが成立する。
【発明の効果】
【００２９】
この発明によれば、第１の被処理体と反対側から、構造の骨格を形成していない第１のイオンを含む第１のイオン源に第２のイオンを注入すると、第１のイオン源から第１のイオンが押し出されることにより、第１のイオン源に含まれる第１のイオンを第１の被処理体に移動させることができるため、第１の被処理体に対する第１のイオンのインターカレーションを容易に行うことができる。この場合、第１の被処理体への不純物の混入を防止することができる。これによって、高純度のインターカレーション物質を容易に製造することができる。【００３０】
また、この発明によれば、構造の骨格を形成していない第４のイオンを含む第２の被処理体に第５のイオンを注入すると、第２の被処理体に含まれる第４のイオンを第５のイオンで容易に置換することができ、構造の骨格を形成していない第５のイオンを含むイオン置換物質を容易に製造することができる。これによって、様々なイオンと様々な構造骨格とを組み合わせた多彩な新物質を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の第１の実施の形態によるインターカレーション物質の製造方法の原理を説明するための略線図である。
【図２】この発明の第２の実施の形態によるインターカレーション物質の製造方法の原理を説明するための略線図である。
【図３】この発明の第３の実施の形態によるインターカレーション物質の製造方法の原理を説明するための略線図である。
【図４】この発明の第４の実施の形態によるインターカレーション物質の製造方法の原理を説明するための略線図である。
【図５】この発明の第５の実施の形態によるインターカレーション物質の製造方法の原理を説明するための略線図である。
【図６Ａ】この発明の第６の実施の形態によるイオン置換物質の製造方法の原理を説明するための略線図である。
【図６Ｂ】この発明の第６の実施の形態によるイオン置換物質の製造方法の原理を説明するための略線図である。
【図７Ａ】この発明の第６の実施の形態によるイオン置換物質の製造方法の原理を説明するための略線図である。
【図７Ｂ】この発明の第６の実施の形態によるイオン置換物質の製造方法の原理を説明するための略線図である。
【図８】実施例１によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法を示す略線図である。
【図９】実施例１においてガラス基板８０としてＮａ+ 含有リン酸塩ガラス基板を用いた場合のインターカレーション物質の製造方法を示す略線図である。
【図１０】図９に示すインターカレーション物質の製造方法において使用されたＴａＳ2 単結晶片７０を示す図面代用写真である。
【図１１】図９に示すインターカレーション物質の製造方法の詳細を説明するための略線図である。
【図１２Ａ】実施例１によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用されたＴａＳ2 単結晶片の結晶構造を示す略線図である。
【図１２Ｂ】実施例１によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてゲストとしてＡ+ のインターカレーションが行われたＡX ＴａＳ2 単結晶片の結晶構造を示す略線図である。
【図１３】実施例１によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用されたＴａＳ2 単結晶片およびゲストとしてＡ+ のインターカレーションが行われたＡX ＴａＳ2 単結晶片のＸ線回折パターンの測定結果を示す略線図である。
【図１４】実施例１によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用されたＴａＳ2 単結晶片およびゲストとしてＮａ+ のインターカレーションが行われたＮａX ＴａＳ2 単結晶片の極低温での磁化の温度依存性の測定結果を示す略線図である。
【図１５】実施例２によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用されたＮｂＳｅ2 単結晶片およびゲストとしてＡ+ のインターカレーションが行われたＡX ＮｂＳｅ2 単結晶片のＸ線回折パターンの測定結果を示す略線図である。
【図１６】実施例３によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてイオン交換材料として使用されたＮａ3 Ｚｒ2 Ｓｉ2 ＰＯ12の結晶構造を示す略線図である。
【図１７】実施例３によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用されたＴａＳ2 単結晶片を構成するＴａＳ2 ならびにイオン交換材料としてＬｉＧｅＡｌＰ3 Ｏ12またはＮａ3 Ｚｒ2 Ｓｉ2 ＰＯ12を使用してＴａＳ2 にＬｉ+ またはＮａ+ のインターカレーションが行われたＬｉX ＴａＳ2 およびＮａX ＴａＳ2 のＸ線回折パターンの測定結果を示す略線図である。
【図１８】実施例４によるコロナ放電を利用したイオン置換物質の製造方法を示す略線図である。
【図１９】実施例４によるコロナ放電を利用したイオン置換物質の製造方法において出発物質として使用されたＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 およびこの出発物質を用いて製造されたＨ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 のＸ線回折パターンの測定結果を示す略線図である。
【図２０】実施例５によるコロナ放電を利用したイオン置換物質の製造方法を示す略線図である。
【図２１】実施例５によるコロナ放電を利用したイオン置換物質の製造方法において出発物質として使用されたＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 およびこの出発物質を用いて製造されたＫ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 のＸ線回折パターンの測定結果を示す略線図である。
【図２２】実施例６によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法を示す略線図である。
【図２３】実施例６によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてＡｇ+ のインターカレーションが行われるまでの一連の反応を示す略線図である。
【図２４】実施例６によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法により製造されたＡｇX ＴａＳ2 単結晶片を示す図面代用写真である。
【図２５】実施例６によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法により製造されたＣｕX ＴａＳ2 単結晶片を示す図面代用写真である。
【図２６】実施例６によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用されたＴａＳ2 単結晶片を構成するＴａＳ2 、ゲストとしてＡｇ+ のインターカレーションが行われたＡｇX ＴａＳ2 単結晶片およびゲストとしてＣｕ+ のインターカレーションが行われたＣｕX ＴａＳ2 単結晶片のＸ線回折パターンの測定結果を示す略線図である。
【図２７】実施例７において予備的に行った実験においてＢｉＳＳｅＬａＯ単結晶片にＣｕ+ を注入した後の状態を示す図面代用写真である。
【図２８】図２７の一部を拡大した図面代用写真である。
【図２９】実施例７において予備的に行った実験において使用されたＢｉＳＳｅＬａＯ単結晶片およびこのＢｉＳＳｅＬａＯ単結晶片にＣｕ+ を注入することにより得られたＣｕX ＳＳｅＬａＯ単結晶片のＸ線回折パターンの測定結果を示す略線図である。
【図３０】実施例７において予備的に行った実験においてＢｉＳＳｅＬａＯ単結晶片からＣｕX ＳＳｅＬａＯ単結晶片への変換の様子を模式的に示す略線図である。
【図３１】実施例７において予備的に行った実験において得られたＣｕX ＳＳｅＬａＯ単結晶片のＸ線回折パターンの測定結果およびシミュレーションにより求められたＣｕX ＳＳｅＬａＯ単結晶のＸ線回折パターンを示す略線図である。
【図３２】実施例７によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法を示す略線図である。
【図３３】実施例７によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてＢｉ3+のインターカレーションが行われるまでの一連の反応を示す略線図である。
【図３４Ａ】実施例７によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法により製造されたＢｉX ＴａＳ2 単結晶片を示す図面代用写真である。
【図３４Ｂ】実施例７によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法により製造されたＢｉX ＴａＳ2 単結晶片を示す図面代用写真である。
【図３４Ｃ】実施例７によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法により製造されたＢｉX ＴａＳ2 単結晶片を示す図面代用写真である。
【図３５】実施例７によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用されたＴａＳ2 単結晶片およびゲストとしてＢｉ3+のインターカレーションが行われたＢｉX ＴａＳ2 単結晶片のＸ線回折パターンの測定結果を示す略線図である。
【図３６】実施例８によるコロナ放電を利用したイオン置換物質の製造方法を示す略線図である。
【図３７】実施例８によるコロナ放電を利用したイオン置換物質の製造方法においてＡｌ2 Ｏ3 製リングの中心部に充填されたＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 粉末に対してイオン置換を行った後にＡｌ2 Ｏ3 製リングを切断した状態を示す図面代用写真である。
【図３８】図３７に示すＡｌ2 Ｏ3 製リングの中心部の粉末層の上部、中間部および下部のＸ線回折パターンの測定結果を示す略線図である。
【図３９Ａ】実施例９によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用された１Ｔ−ＴａＳ2 単結晶片の結晶構造を示す略線図である。
【図３９Ｂ】実施例９によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用された１Ｔ−ＴａＳ2 単結晶片の結晶構造を示す略線図である。
【図３９Ｃ】実施例９によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用された１Ｔ−ＴａＳ2 単結晶片の結晶構造を示す略線図である。
【図４０Ａ】実施例９によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用された２Ｈ−ＴａＳ2 単結晶片の結晶構造を示す略線図である。
【図４０Ｂ】実施例９によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用された２Ｈ−ＴａＳ2 単結晶片の結晶構造を示す略線図である。
【図４０Ｃ】実施例９によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用された２Ｈ−ＴａＳ2 単結晶片の結晶構造を示す略線図である。
【図４１】実施例９によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用された１Ｔ−ＴａＳ2 単結晶片および２Ｈ−ＴａＳ2 単結晶片を示す図面代用写真である。
【図４２】実施例９によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用される１Ｔ−ＴａＳ2 単結晶片を水素雰囲気中で種々の温度でアニールを行ったときのＸ線回折パターンの測定結果を示す略線図である。
【図４３】実施例９によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用された２Ｈ−ＴａＳ2 単結晶片およびゲストとしてＡ+ のインターカレーションが行われたＡX ＴａＳ2 単結晶片のＸ線回折パターンの測定結果を示す略線図である。
【図４４】実施例９によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用された２Ｈ−ＴａＳ2 単結晶片およびゲストとしてＣｕ+ のインターカレーションが行われたＣｕX ＴａＳ2 単結晶片のＸ線回折パターンの測定結果を示す略線図である。
【図４５】実施例９によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用された２Ｈ−ＴａＳ2 単結晶片およびゲストとしてＡｇ+ のインターカレーションが行われたＡｇX ＴａＳ2 単結晶片のＸ線回折パターンの測定結果を示す略線図である。
【図４６】実施例９によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用された２Ｈ−ＴａＳ2 単結晶片およびゲストとしてＡｇ+ のインターカレーションが段階的に行われたＡｇX2ＴａＳ2 単結晶片およびＡｇX1ＴａＳ2 単結晶片のＸ線回折パターンの測定結果を示す略線図である。
【図４７】実施例９によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用された１Ｔ−ＴａＳ2 単結晶片およびゲストとしてＡ+ のインターカレーションが行われたＡX ＴａＳ2 単結晶片のＸ線回折パターンの測定結果を示す略線図である。
【図４８】実施例９によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用された１Ｔ−ＴａＳ2 単結晶片およびゲストとしてＣｕ+ のインターカレーションが行われたＣｕX ＴａＳ2 単結晶片のＸ線回折パターンの測定結果を示す略線図である。
【図４９】実施例９によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてホストとして使用された１Ｔ−ＴａＳ2 単結晶片およびゲストとしてＡｇ+ のインターカレーションが行われたＡｇX ＴａＳ2 単結晶片のＸ線回折パターンの測定結果を示す略線図である。
【図５０】実施例９によるコロナ放電を利用したインターカレーション物質の製造方法においてゲストとしてＡｇ+ のインターカレーションが行われたＡｇX ＴａＳ2 単結晶片を大気に暴露したときの暴露前後のＸ線回折パターンの測定結果を示す略線図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という。）について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態においては、同一の部分には同一の符号を付す。
【００３３】
〈第１の実施の形態〉
［インターカレーション物質の製造方法］
図１は第１の実施の形態によるインターカレーション物質の製造方法を示す。図１に示すように、図示省略した処理室内において、ホストとなる第１の被処理体１０と、構造の骨格を形成していない第１のイオンを含む第１のイオン源２０とを互いに積層し、両者を互いに接触させる。図１中、第１のイオン源２０中に含まれる第１のイオンを模式的に○で示した。第１の被処理体１０および第１のイオン源２０の形状は特に限定されないが、典型的には平坦な基板状であり、この場合、第１の被処理体１０のインターカレーションを行う面と、第１のイオン源２０の第１の被処理体１０側の面とが互いに接触する。第１の被処理体１０は図示省略した被処理体保持手段により保持される。被処理体保持手段は、従来公知のものの中から必要に応じて選ばれるが、例えば、第１の被処理体１０を載せるステージである。インターカレーションを行う際の第１の被処理体１０および第１のイオン源２０の温度は必要に応じて選ばれ、常温であってもよいし、第１の被処理体１０または第１のイオン源２０あるいは両者をヒーター等により加熱して常温より高い温度としてもよいし、第１の被処理体１０または第１のイオン源２０あるいは両者をペルティエクーラー等により冷却して常温より低い温度としてもよい。第１の被処理体１０は、全体がホストとなる場合もあるし、例えば、基板上に設けられた薄膜等がホストとなる場合もある。第１のイオン源２０は、第１の被処理体１０の種類、第１の被処理体１０にインターカレーションを行う第１のイオンの種類等に応じて適宜選択される。
【００３４】
次に、処理室内を一旦、真空ポンプにより排気した後、処理室内を常圧雰囲気、減圧雰囲気あるいは高圧雰囲気に保ち、第１の被処理体１０と反対側から第１のイオン源２０に第２のイオンを注入する。第２のイオンは、処理室内に設けられたイオン生成源から生成されたものであっても、処理室の外部に設けられたイオン生成源により生成され、処理室内に導入されたものであってもよい。イオン生成源は、第２のイオンの種類、第２のイオンに持たせる初期エネルギー等に応じて適宜選ばれるが、例えば各種の放電装置が用いられ、好適にはコロナ放電装置が用いられる。第２のイオンの生成用の分子は、第２のイオンの種類等に応じて適宜選ばれるが、第２のイオンとしてプロトン（Ｈ+ ）を用いる場合は、好適には水素（Ｈ2 ）が用いられる。
【００３５】
上述のようにして第１のイオン源２０に注入された第２のイオンはまず、第１のイオン源２０に含まれる最表面の第１のイオンを内部に押し込み、続いて内部の第１のイオンが次々と押し込まれる結果、最終的に第１のイオン源２０から第１のイオンが押し出され、こうして押し出された第１のイオンがゲストとして第１の被処理体１０に移動する。すなわち、第１の被処理体１０に対して第１のイオンのインターカレーションが行われる。必要な量の第１のイオンが第１の被処理体１０に挿入された時点で処理を終了する。
【００３６】
以上により、第１の被処理体１０に対して第１のイオンのインターカレーションが行われた目的とするインターカレーション物質が製造される。
【００３７】
以上のように、この第１の実施の形態によれば、第１の被処理体１０と構造の骨格を形成していない第１のイオンを含む第１のイオン源２０とを互いに積層し、第１の被処理体１０と反対側から第１のイオン源２０に第２のイオンを注入することにより、第１のイオン源２０中の第１のイオンを第１の被処理体１０に押し出すことができるため、第１の被処理体１０に対する第１のイオンのインターカレーションを容易に行うことができる。この場合、従来の液相法を用いた場合のように、溶媒分子が挿入されることがなく、直接、必要な第１のイオンのみが第１の被処理体１０の層間や結晶格子によって作られる空間内に挿入されるため、第１の被処理体１０への不純物の混入を防止することができる。また、従来の気相法を用いた場合のように、合成スペースがゲスト分子の気化により汚染されることもない。また、第２のイオンの注入量、注入エネルギー、注入時間を制御することにより、第１のイオンの挿入量を制御することが可能となり、従来のインターカレーション法より反応を高速に進行させることができる。これによって、第１のイオンのインターカレーションが行われた高純度のインターカレーション物質を容易に製造することができる。また、従来の気相法では、ガラスチューブやステンレスチューブ等の中でインターカレーション物質の合成が行われるため、被処理体の大きさが制限されるのに対し、この第１の実施の形態によれば、合成スペースを広くすることができるため、大面積の第１の被処理体１０に対してもインターカレーションを容易に行うことができる。この場合、第１のイオン源２０の面積も第１の被処理体１０と同程度にする。この方法は、特に、第１の被処理体１０が基板上に形成された薄膜である場合にその薄膜全体にインターカレーションを行う場合に極めて有利である。
【００３８】
〈第２の実施の形態〉
［インターカレーション物質の製造方法］
図２は第２の実施の形態によるインターカレーション物質の製造方法を示す。図２に示すように、このインターカレーション物質の製造方法は、第１の被処理体１０と第１のイオン源２０とを互いに対向させて、すなわち、第１の被処理体１０と第１のイオン源２０とを互いに離した状態でインターカレーションを行う点が第１の実施の形態によるインターカレーション物質の製造方法と異なる。第１の被処理体１０と第１のイオン源２０とを互いに対向させるためには、例えば、インターカレーションを行う領域外の第１の被処理体１０と第１のイオン源２０との間にスペーサ３０を挿入すればよい。スペーサ３０としては、例えばＡｌ2 Ｏ3 スペーサが用いられる。スペーサ３０の厚さ、言い換えると、第１の被処理体１０と第１のイオン源２０との間の距離は必要に応じて選ばれるが、例えば、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下である。
【００３９】
このインターカレーション物質の製造方法においては、第１の被処理体１０と反対側から第２のイオンを第１のイオン源２０に注入することにより第１のイオン源２０中の第１のイオンを移動させることは第１の実施の形態と同様であるが、第１のイオンを第１のイオン源２０から外部に放出させ、第１のイオン源２０と第１の被処理体１０との間の空間を飛行させてから第１の被処理体１０に注入してインターカレーションを行うことが異なる。
【００４０】
その他のことは第１の実施の形態と同様である。
【００４１】
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【００４２】
〈第３の実施の形態〉
［インターカレーション物質の製造方法］
図３は第３の実施の形態によるインターカレーション物質の製造方法を示す。図３に示すように、このインターカレーション物質の製造方法は、第１の被処理体１０のインターカレーションを行う面に第１のイオンに対して阻止能を有する材料からなる所定形状のマスク４０を形成し、このマスク４０が形成された第１の被処理体１０と第１のイオン源２０とを互いに積層した状態でインターカレーションを行う点が第１の実施の形態によるインターカレーション物質の製造方法と異なる。マスク４０の材料は、第１のイオンに対して阻止能を有する材料であれば基本的にはどのようなものであってもよいが、例えば、ＳｉＯ2 やＳｉＮ等の絶縁体が用いられる。マスク４０を形成する方法としては、第１の被処理体１０のインターカレーションを行う面上に従来公知の方法、例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法等により絶縁膜を形成した後、この絶縁膜をリソグラフィーおよびエッチングによりパターニングすればよい。
【００４３】
このインターカレーション物質の製造方法においては、第１の被処理体１０と反対側から第２のイオンを第１のイオン源２０に注入することにより第１のイオン源２０中の第１のイオンを移動させることは第１の実施の形態と同様であるが、第１の被処理体１０のマスク４０で覆われている部分では第１のイオン源２０から第１の被処理体１０への第１のイオンの移動が妨げられるため、マスク４０で覆われていない部分の第１の被処理体１０にだけ第１のイオンが移動してインターカレーションが行われる。
【００４４】
その他のことは第１の実施の形態と同様である。
【００４５】
第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、第１の被処理体１０に対して選択的にインターカレーションを行うことができるという利点も得ることができる。
【００４６】
〈第４の実施の形態〉
［インターカレーション物質の製造方法］
図４は第４の実施の形態によるインターカレーション物質の製造方法を示す。図４に示すように、このインターカレーション物質の製造方法は、第１のイオン源２０の前段に、構造の骨格を形成していない第２のイオンを含む第２のイオン源５０を設ける。そして、第２のイオン源５０に第２のイオンと同符号かつ第２のイオンと異なる価数を有する第３のイオンを注入することにより第２のイオン源５０から第２のイオンを第１のイオン源２０に注入する。最終的に、第１のイオン源２０から第１のイオンが外部に放出され、第１の被処理体１０にこの第１のイオンのインターカレーションが行われる。
【００４７】
具体例を挙げると、第１のイオン源２０として２価の陽イオンを含むものを用い、第２のイオン源５０として１価の陽イオンを含むものを用い、第３のイオンとして１価の陽イオンを用いる。第３のイオンとして１価の陽イオンを第２のイオン源５０に注入すると、この１価の陽イオン１個に対して１個の割合で第２のイオン源５０から１価の陽イオンが放出され、第１のイオン源２０に注入される。そして、第１のイオン源２０からはこの第２のイオン源５０からの１価の陽イオン２個に対して１個の割合で２価の陽イオンが放出され、第１の被処理体１０にこの２価の陽イオンのインターカレーションが行われる。第１のイオン源２０に含まれる２価の陽イオンの例を挙げるとＣａ2+等のアルカリ土類金属イオン、第２のイオン源５０に含まれる１価の陽イオンの例を挙げるとＫ+ 等のアルカリ金属イオン、第３のイオンの例を挙げるとＨ+ である。
【００４８】
その他のことは第１の実施の形態と同様である。
【００４９】
第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、第１の被処理体１０に対して２価以上の多価イオンのインターカレーションを容易に行うことができるという利点を得ることができる。
【００５０】
〈第５の実施の形態〉
［インターカレーション物質の製造方法］
図５は第５の実施の形態によるインターカレーション物質の製造方法を示す。図５に示すように、このインターカレーション物質の製造方法は、第１の被処理体１０に第１のイオンのインターカレーションを行う空間と、第２のイオンを生成し、第１のイオン源２０に注入する空間とを隔壁６０（図５には隔壁６０の一部だけが示されている）により互いに分離する点が第１の実施の形態によるインターカレーション物質の製造方法と異なる。
【００５１】
第１の被処理体１０に第１のイオンのインターカレーションを行う空間と、第２のイオンを生成し、第１のイオン源２０に注入する空間とを隔壁６０により互いに分離することにより、例えば、第２のイオンを生成するために導入する第２のイオンの生成用の分子あるいはその分解生成物による影響が第１の被処理体１０に第１のイオンのインターカレーションを行う部位に及ばないようにすることができる。例えば、第１の被処理体１０がＨ2 やＨ+ に晒されると第１のイオンのインターカレーションに支障が生じたり、第１の被処理体１０が変質したりするおそれがある場合には、隔壁６０が設けられていることにより、第１の被処理体１０がこれらのＨ2 やＨ+ に晒されるのを防止することができる。
【００５２】
その他のことは第１の実施の形態と同様である。
【００５３】
第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、第２のイオンの生成用の分子あるいはその分解生成物により、第１の被処理体１０への第１のイオンのインターカレーションに悪影響が生じたり、第１の被処理体１０が変質したりするのを防止することができるという利点を得ることができる。
【００５４】
〈第６の実施の形態〉
［イオン置換物質の製造方法］
図６Ａおよび図６Ｂは第６の実施の形態によるイオン置換物質の製造方法を示す。図６Ａに示すように、図示省略した処理室内において、出発物質となる第２の被処理体１００とイオン吸収体１１０とを積層または対向させる。第２の被処理体１００は、構造の骨格を形成していない第４のイオンを含む。イオン吸収体１１０は、第４のイオンを吸収することができる物質からなる。図６Ａ中、第２の被処理体１００中に含まれる第４のイオンを模式的に○で示した。第２の被処理体１００およびイオン吸収体１１０の形状は特に限定されないが、典型的には平坦な基板状である。第２の被処理体１００およびイオン吸収体１１０は図示省略した被処理体保持手段により保持される。被処理体保持手段は、例えば、第２の被処理体１００およびイオン吸収体１１０を載せるステージである。イオン置換を行う際の第２の被処理体１００およびイオン吸収体１１０の温度は必要に応じて選ばれ、常温であってもよいし、第２の被処理体１００またはイオン吸収体１１０あるいは両者をヒーター等により加熱して常温より高い温度としてもよいし、第２の被処理体１００またはイオン吸収体１１０あるいは両者をペルティエクーラー等により冷却して常温より低い温度としてもよい。第２の被処理体１００は、最終的に得たいイオン置換物質に応じて適宜選択される。
【００５５】
次に、処理室内を一旦、真空ポンプにより排気した後、処理室内を常圧雰囲気、減圧雰囲気あるいは高圧雰囲気に保ち、イオン吸収体１１０と反対側から第２の被処理体１００に第４のイオンと同符号の第５のイオンを注入する。第５のイオンは、処理室内に設けられたイオン生成源から生成されたものであっても、処理室の外部に設けられたイオン生成源により生成され、処理室内に導入されたものであってもよい。イオン生成源は、第５のイオンの種類、第５のイオンに持たせる初期エネルギー等に応じて適宜選ばれるが、例えば各種の放電装置が用いられ、好適にはコロナ放電装置が用いられる。第５のイオンの生成用の分子は、第５のイオンの種類等に応じて適宜選ばれるが、第５のイオンとしてプロトン（Ｈ+ ）を用いる場合は、好適には水素（Ｈ2 ）が用いられる。
【００５６】
上述のようにして第２の被処理体１００に注入された第５のイオンは、第２の被処理体１００に含まれる最表面の第４のイオンを内部に押し込み、続いて内部で第４のイオンが次々と押し込まれると同時に第４のイオンが第５のイオンで置換され、最終的に第５のイオンで置換された分の第４のイオンが第２の被処理体１００から押し出される。こうして、第２の被処理体１００に含まれる第４のイオンが第５のイオンで置換される。第２の被処理体１００から押し出された第４のイオンは、イオン吸収体１１０に吸収される。第２の被処理体１００に含まれる第４のイオンのうち必要な量の第４のイオンが第５のイオンで置換された時点で処理を終了する。
【００５７】
以上により、図６Ｂに示すように、第２の被処理体１００に含まれる第４のイオンのうち必要な量の第４のイオンが第５のイオンで置換されたイオン置換物質１２０が製造される。
【００５８】
第５のイオンは、構造の骨格を形成していない第５のイオンを含む第３のイオン源により供給してもよい。すなわち、図７Ａに示すように、第２の被処理体１００の前段に、構造の骨格を形成していない第５のイオンを含む第３のイオン源１３０を積層または対向させる。そして、この第３のイオン源１３０に第５のイオンと同符号の第６のイオンを注入する。第３のイオン源１３０に注入された第６のイオンは、第３のイオン源１３０の最表面に含まれる第５のイオンを内部に押し込み、続いて内部の第５のイオンが次々と押し込まれる結果、第３のイオン源１３０から第５のイオンが押し出され、第２の被処理体１００に注入される。そして、第２の被処理体１００に注入された第５のイオンは、第２の被処理体１００の最表面に含まれる第４のイオンを内部に押し込み、続いて内部で第４のイオンが次々と押し込まれると同時に第４のイオンが第５のイオンで置換され、最終的に第５のイオンで置換された分の第４のイオンが第２の被処理体１００から押し出される。こうして、第２の被処理体１００に含まれる第４のイオンが第５のイオンで置換される。第２の被処理体１００から押し出された第４のイオンは、イオン吸収体１１０に吸収される。第２の被処理体１００に含まれる第４のイオンのうち必要な量の第４のイオンが第５のイオンで置換された時点で処理を終了する。
【００５９】
以上により、図７Ｂに示すように、第２の被処理体１００の第４のイオンのうち必要な量の第４のイオンが第５のイオンで置換されたイオン置換物質１２０が製造される。第３のイオン源１３０は、第５のイオンの一部が第６のイオンで置換された第４のイオン源１４０となる。
【００６０】
以上のように、この第６の実施の形態によれば、構造の骨格を形成していない第４のイオンを含む第２の被処理体１００に第５のイオンを注入することにより、第２の被処理体１００中の第４のイオンを第５のイオンで置換したイオン置換物質１２０を容易に得ることができる。これによって、従来合成が困難であった、ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有するＫ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 を容易に得ることができる。すなわち、ＮＡＳＩＣＯＮ型構造の骨格を保ったまま、Ｎａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体のＮａ+ をＫ+ で置換することができることにより、ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有するＫ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体を容易に得ることができる。この手法によれば、Ｋ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 だけでなく、様々なイオンと様々な構造骨格とを組み合わせた多彩な新物質を容易に製造することができる。また、この第６の実施の形態によれば、合成スペースを広くすることができるため、大面積の第２の被処理体１００に対してもイオン置換処理を容易に行うことができる。
【実施例】
【００６１】
（実施例１）
実施例１は第１の実施の形態に対応するものである。
図８に示すように、コロナ放電装置の処理室内の試料台（図示せず）上に第１の被処理体１０としてＴａＳ2 単結晶片７０を載せ、このＴａＳ2 単結晶片７０上に第１のイオン源２０として、アルカリ金属イオンＡ+ （Ａ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）を含むガラス基板８０を積層する。ＴａＳ2 単結晶片７０は接地する。処理室内を真空ポンプにより十分に低圧に減圧した後、外部から処理室内に水素（Ｈ2 ）を導入して常圧とする。そして、ガラス基板８０の上方に先端がこのガラス基板８０と対向するように設置された針状電極９０に電圧を印加することによりコロナ放電を起こさせ、その結果、Ｈ2 を電離してＨ+ 、すなわちプロトンを発生させる。こうして発生したプロトンはガラス基板８０に注入される。ガラス基板８０にプロトンが注入されると、ガラス基板８０の最表面のＡ+ が内部に押し込まれ、続いて内部のＡ+ が次々と押し込まれ、最終的にガラス基板８０の下面から押し出され、この下面に接触したＴａＳ2 単結晶片７０に注入される。こうして、ＴａＳ2 単結晶片７０にＡ+ のインターカレーションが行われてＡx ＴａＳ2 単結晶片が得られる。このＡx ＴａＳ2 単結晶片のｘは、針状電極９０とＴａＳ2 単結晶片７０との間に流す電流により制御することができ、電流を大きくすることにより大きくすることができる。【００６２】
針状電極９０に印加する電圧Ｖ、針状電極９０とガラス基板８０との間の距離ｄ、放電時間、ガラス基板８０の温度等は、使用するＴａＳ2 単結晶片７０およびガラス基板８０の種類、インターカレーションを行うゲストの量等に応じて適宜選択される。Ｖは、コロナ放電が立ち上がる電圧という意味では例えば１．０ｋＶ以上であるが、基本的にはアーク放電が起こるまでの電圧であれば利用可能である。針状電極９０に印加する最大電圧は、使用するガラス基板８０の種類によって異なる。例えば、ｄ＝７ｍｍとすると、シリケートガラス基板を用いる場合は７ｋＶ程度であるが、リン酸塩ガラス基板を用いる場合は６ｋＶが上限である。以上のことを考慮すると、ｄ＝７ｍｍに対しては、ガラス基板８０としてリン酸塩ガラス基板を用いる場合、Ｖは１．０ｋＶ以上６ｋＶ以下である。ｄがより大きければ、Ｖはより高くすることができる。一般的には、Ｖが高い方がインターカレーションの効率は向上すると考えられる。ガラス基板８０としてリン酸塩ガラス基板を用いる場合は、一般的には４ｋＶから５ｋＶの電圧が用いられる。ｄは、小さ過ぎれば放電が起こりやすくなるが、その分、効率的にプロトンとガラス基板８０中のＡ+ とが置換される。プロトンの置換効率は針状電極９０とガラス基板８０との間の電場Ｅで決まる。この電場ＥはＥ＝Ｖ／ｄとなる。ｄは、一般的には５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。放電時間は特に限定されず、ＴａＳ2 単結晶片７０にインターカレーションを行うゲストの量、ＴａＳ2 単結晶片７０の大きさ等によって適宜選択されるが、一般的には数時間から数日間、例えば８時間である。ガラス基板８０を加熱する場合、ガラス基板８０として使用するガラスによってガラス転移温度（Ｔg ）が異なるが、ガラス基板８０の加熱温度はＴg 以下に設定される。Ｔg は、シリケートガラスでは６００℃程度、リン酸塩ガラスでは３５０℃程度である。ガラス基板８０としてリン酸塩ガラス基板を用いる場合、加熱温度は、例えば、１００℃以上３５０℃以下である。【００６３】
図９に、ガラス基板８０として円形のＮａ+ 含有リン酸塩ガラス基板を用いた場合にＴａＳ2 単結晶片７０にＮａ+ のインターカレーションが行われる様子を示す。ＴａＳ2 単結晶片７０を図１０に示す。ＴａＳ2 単結晶片７０は円形の炭素電極９５（カソード）上に載せられる。針状電極９０（アノード）に電圧を印加することによるプロトンの発生から、ＴａＳ2 単結晶片７０にＮａ+ のインターカレーションが行われるまでの一連の反応を図１１に示す。【００６４】
図１２Ａに、ＴａＳ2 単結晶片７０を構成するＴａＳ2 の結晶構造を示す。図１２Ａに示すように、ＴａＳ2 は層状構造を有する。【００６５】
図１２Ｂに、ゲストとしてＡ+ がインターカレートされたＡx ＴａＳ2 単結晶片を構成するＡx ＴａＳ2 の結晶構造を示す。図１２Ｂに示すように、ＴａＳ2 の層間にゲストとしてＡが挿入されている。ＴａＳ2 の層間にＡが挿入されることにより層間が広がる。【００６６】
以上のようにして製造されたＡx ＴａＳ2 単結晶片のＸ線回折パターンを測定した。ガラス基板８０としては、Ａ：Ｌａ：Ｇｅ：Ｐ＝２５：６：６：６３の比を有するリン酸塩ガラス（Ａ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）を用いた。測定結果を図１３に示す。図１３には、比較のために、ＴａＳ2 単結晶片７０のＸ線回折パターンの測定を行った結果も示す。図１３に示すように、Ａ＝Ｌｉの場合はＬｉx ＴａＳ2 が得られ、Ａ＝Ｎａの場合はＮａx ＴａＳ2 が得られ、Ａ＝Ｋの場合はＫx ＴａＳ2 が得られていることが分かる。【００６７】
図１４は、上述のようにして得られたＮａx ＴａＳ2 の極低温における磁化の温度依存性を測定した結果を示す。図１４には、比較のために、ＴａＳ2 の極低温における磁化の温度依存性を測定した結果も示す。図１４中の挿入図に、温度２．５Ｋから４．２Ｋの間の磁化の変化を拡大して示す。Ｎａx ＴａＳ2 （ＦＣ）は磁場中冷却を行った場合、Ｎａx ＴａＳ2 （ＺＦＣ）はゼロ磁場冷却を行った場合を意味する。図１４に示すように、ＴａＳ2 では、測定した温度範囲では磁化はゼロであったのに対し、Ｎａx ＴａＳ2 （ＺＦＣ）では、約３．３Ｋ以下で磁化が急激に減少して大きな負の磁化になっているのが分かる。これは、Ｎａx ＴａＳ2 が超伝導状態となったことを意味する。このように、ＴａＳ2 にＮａ+ のインターカレーションを行ってＮａx ＴａＳ2 とすることにより、超伝導特性の向上を図ることができる。ＴａＳ2 の超伝導転移温度は０．８Ｋであるのに対し、Ｎａx ＴａＳ2 の超伝導転移温度は２．５Ｋから４．２Ｋに上昇している。【００６８】
（実施例２）
実施例２は第１の実施の形態に対応するものである。
ＴａＳ2 単結晶片７０の代わりにＮｂＳｅ2 単結晶片を用い、実施例１と同様にしてこのＮｂＳｅ2 単結晶片にＡ+ のインターカレーションを行ってＡx ＮｂＳｅ2 単結晶片を作製した。ガラス基板８０としては、Ａ：Ｌａ：Ｇｅ：Ｐ＝２５：６：６：６３の比を有するリン酸塩ガラス（Ａ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）を用いた。ＮｂＳｅ2 単結晶片を構成するＮｂＳｅ2 は、図１２Ａに示すＴａＳ2 単結晶片７０を構成するＴａＳ2 と同様に層状構造を有する。【００６９】
ガラス基板８０に含まれるＡ（ＮａまたはＬｉ）のインターカレーションを行ったＮｂＳｅ2 のＸ線回折パターンを測定した。その結果を図１５に示す。図１５には、比較のために、ＮｂＳｅ2 単結晶片のＸ線回折パターンを測定した結果も示す。図１５に示すように、Ａ＝Ｌｉの場合はＬｉx ＮｂＳｅ2 が得られ、Ａ＝Ｎａの場合はＮａx ＮｂＳｅ2 が得られていることが分かる。【００７０】
（実施例３）
実施例３は第１の実施の形態に対応するものである。
第１のイオン源２０としてＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有する固体電解質の一種であるＮａ3 Ｚｒ2 Ｓｉ2 ＰＯ12またはＬｉＧｅＡｌＰ3 Ｏ12を用いてＮａまたはＬｉのインターカレーションを行った。図１６にＮａ3 Ｚｒ2 Ｓｉ2 ＰＯ12の構造を示す。図１６に示すように、Ｎａ3 Ｚｒ2 Ｓｉ2 ＰＯ12では、ＰＯ4 またはＳｉＯ4 がＺｒＯ6 と陵共有した骨格を形成しており、この骨格の中をこの骨格を形成していないＮａ+ が移動することができる。このＮａ3 Ｚｒ2 Ｓｉ2 ＰＯ12を用いて実施例１と同様にしてＴａＳ2 単結晶片７０にＡ+ のインターカレーションを行った。【００７１】
ＮａソースとしてＮａ3 Ｚｒ2 Ｓｉ2 ＰＯ12を使用してインターカレーションを行ったＴａＳ2 およびＬｉソースとしてＬｉＧｅＡｌＰ3 Ｏ12を使用してインターカレーションを行ったＴａＳ2 のＸ線回折パターンを測定した。その結果を図１７に示す。図１７には、比較のために、ＴａＳ2 単結晶片７０のＸ線回折パターンを測定した結果も示す。図１７に示すように、ＬｉソースとしてＬｉＧｅＡｌＰ3 Ｏ12を使用してインターカレーションを行った場合はＬｉx ＴａＳ2 が得られ、ＮａソースとしてＮａ3 Ｚｒ2 Ｓｉ2 ＰＯ12を使用してインターカレーションを行った場合はＮａx ＴａＳ2 が得られていることが分かる。【００７２】
（実施例４）
実施例４は第６の実施の形態に対応するものである。
図１８に示すように、コロナ放電装置の処理室内の試料台（図示せず）上にイオン吸収体を兼用する炭素電極１５０を載せ、この炭素電極１５０上に第２の被処理体１００としてＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体１６０を載せ、このＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体１６０上に第３のイオン源１３０として１００％プロトン置換されたリン酸塩ガラス基板１７０を積層する。炭素電極１５０は接地する。処理室内を真空ポンプにより十分に低圧に減圧した後、外部から処理室内に水素（Ｈ2 ）を導入して常圧とする。そして、リン酸塩ガラス基板１７０の上方に先端がこのリン酸塩ガラス基板１７０と対向するように設置された針状電極９０に電圧を印加することによりコロナ放電を起こさせ、その結果、Ｈ2 を電離してＨ+ 、すなわちプロトンを発生させる。こうして発生したプロトンはリン酸塩ガラス基板１７０に注入される。リン酸塩ガラス基板１７０にプロトンが注入されると、リン酸塩ガラス基板１７０に含まれるＨ+ がリン酸塩ガラス基板１７０内を次々と移動し、最終的にリン酸塩ガラス基板１７０の下面からこの下面に接触したＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体１６０に注入される。そして、Ｎａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体１６０にプロトンが注入されると、Ｎａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体１６０に含まれるＮａ+ がＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体１６０内を次々と移動すると同時にＮａ+ がプロトンで置換され、最終的にＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体１６０からＮａ+ が放出されて炭素電極１５０に吸収される。こうして、Ｎａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体１６０のＮａ+ がＨ+ で置換されたＨ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体が製造される。【００７３】
以上のようにして製造されたＨ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体のＸ線回折パターンを測定した。測定結果を図１９の中段に示す。図１９の下段には、シミュレーションにより求められたＨ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 のＸ線回折パターンを示す。さらに、図１９の上段には、比較のために、Ｎａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体１６０のＸ線回折パターンの測定を行った結果も示す。図１９に示すように、Ｈ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体のＸ線回折パターンはシミュレーションにより求められたＨ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 のＸ線回折パターンと一致しており、確かにＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有するＨ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体が得られていることが分かる。【００７４】
（実施例５）
実施例５は第６の実施の形態に対応するものである。
図２０に示すように、コロナ放電装置の処理室内の試料台（図示せず）上にイオン吸収体１１０として炭素電極１８０を載せ、この炭素電極１８０上に第２の被処理体１００としてＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体１９０を載せ、このＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体１９０上に第３のイオン源１３０としてＫ+ 含有リン酸塩ガラス基板２００を積層する。炭素電極１８０は接地する。処理室内を真空ポンプにより十分に低圧に減圧した後、外部から処理室内に水素（Ｈ2 ）を導入して常圧とする。そして、Ｋ+ 含有リン酸塩ガラス基板２００の上方に先端がこのＫ+ 含有リン酸塩ガラス基板２００と対向するように設置された針状電極９０に電圧を印加することによりコロナ放電を起こさせ、その結果、Ｈ2 を電離してＨ+ 、すなわちプロトンを発生させる。こうして発生したプロトンはＫ+ 含有リン酸塩ガラス基板２００に注入される。Ｋ+ 含有リン酸塩ガラス基板２００にプロトンが注入されると、Ｋ+ 含有リン酸塩ガラス基板２００に含まれるＫ+ がＫ+ 含有リン酸塩ガラス基板２００内を次々と移動し、最終的にＫ+ 含有リン酸塩ガラス基板２００の下面からこの下面に接触したＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体１９０に注入される。そして、Ｎａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体１９０にプロトンが注入されると、Ｎａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体１９０に含まれるＮａ+ がＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体１９０内を次々と移動すると同時にＮａ+ がＫ+ で置換され、最終的にＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体１９０からＮａ+ が放出されて炭素電極１８０に吸収される。こうして、Ｎａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体１９０のＮａ+ がＫ+ で置換されたＫ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体が製造される。【００７５】
以上のようにして製造されたＫ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体のＸ線回折パターンを測定した。測定結果を図２１の中段に示す。図２１の下段には、シミュレーションにより求められたＫ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 のＸ線回折パターンを示す。さらに、図２１の上段には、比較のために、Ｎａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体１９０のＸ線回折パターンの測定を行った結果も示す。図２１に示すように、Ｋ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体のＸ線回折パターンはシミュレーションにより求められたＫ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 のＸ線回折パターンと一致しており、確かにＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有するＫ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体が得られていることが分かる。【００７６】
（実施例６）
実施例６は第４の実施の形態に対応するものである。
図２２に示すように、第２のイオン源５０としてのガラス基板８０として円形のＮａ+ 含有リン酸塩ガラス基板（Ｎａ：Ｌａ：Ｇｅ：Ｐ＝２５：６：６：６３）を用い、第１のイオン源２０としてＮａ+ 含有リン酸塩ガラス基板と同じ円形のＡｇＩ多結晶体９６を用いる。ＴａＳ2 単結晶片７０は炭素電極９５の上に載せられる。針状電極９０に電圧を印加することによるプロトンの発生から、ＴａＳ2 単結晶片７０にＡｇ+ のインターカレーションが行われるまでの一連の反応を図２３に示す。図２３に示すように、針状電極９０に電圧を印加することにより発生するプロトンがＮａ+ 含有リン酸塩ガラス基板に注入されることによりこのＮａ+ 含有リン酸塩ガラス基板中のＮａ+ がＡｇＩ多結晶体９６に注入され、それによってＡｇＩ多結晶体９６中のＡｇ+ がＴａＳ2 単結晶片７０に注入される。こうして、ＴａＳ2 単結晶片７０にＡｇ+ のインターカレーションを行った。【００７７】
ＡｇＩ多結晶体９６の代わりにＣｕＩ多結晶体を用いて上記と同様な方法によりＴａＳ2 単結晶片７０にＣｕ+ のインターカレーションを行った。【００７８】
図２４は、ＴａＳ2 単結晶片７０にＡｇ+ のインターカレーションを行うことにより得られたＡｇx ＴａＳ2 単結晶片を示す。ただし、このＡｇx ＴａＳ2 単結晶片に含まれるＡｇとＴａとの割合（原子数比）はＡｇ：Ｔａ＝１５．０：３４．２であり、ｘ＝０．４４である。また、図２５は、ＴａＳ2 単結晶片７０にＣｕ+ のインターカレーションを行うことにより得られたＣｕx ＴａＳ2 単結晶片を示す。ただし、このＣｕx ＴａＳ2 単結晶片に含まれるＣｕとＴａとの割合（原子数比）はＣｕ：Ｔａ＝１２．４：３９．０であり、ｘ＝０．３２である。【００７９】
以上のようにして製造されたＡｇx ＴａＳ2 単結晶片およびＣｕx ＴａＳ2 単結晶片のＸ線回折パターンを測定した。測定結果を図２６に示す。図２６には、比較のために、ＴａＳ2 単結晶片７０のＸ線回折パターンの測定を行った結果も示す。図２６に示すように、Ａｇx ＴａＳ2 およびＣｕx ＴａＳ2 を特徴付ける回折ピークが観測されている。【００８０】
（実施例７）
実施例７は、第４の実施の形態においてイオン源を三段設けたものに対応するものである。【００８１】
まず、予備的に次のような実験を行った。第２のイオン源５０としてのガラス基板８０として円形のＮａ+ 含有リン酸塩ガラス基板（Ｎａ：Ｌａ：Ｇｅ：Ｐ＝２５：６：６：６３）を用い、第１のイオン源２０としてＮａ+ 含有リン酸塩ガラス基板と同じ円形のＣｕＩ多結晶体を用いる。炭素電極９５上にＢｉＳＳｅＬａＯ単結晶片を載せ、その上に順次、ＣｕＩ多結晶体およびＮａ+ 含有リン酸塩ガラス基板を載せた。針状電極９０に電圧を印加することにより発生するプロトンをＮａ+ 含有リン酸塩ガラス基板に注入し、それによってこのＮａ+ 含有リン酸塩ガラス基板中のＮａ+ をＣｕＩ多結晶体に注入し、このＣｕＩ多結晶体中のＣｕ+ をＢｉＳＳｅＬａＯ単結晶片に注入した。【００８２】
図２７は、上述のようにしてＢｉＳＳｅＬａＯ単結晶片にＣｕ+ を注入した後の、最初、ＢｉＳＳｅＬａＯ単結晶片であったものの走査型電子顕微鏡写真、図２８は図２７の一部を拡大した走査型電子顕微鏡写真を示す。図２７および図２８から分かるように、最初ＢｉＳＳｅＬａＯ単結晶片であったものの表面および側面に球状Ｂｉが観測される。これは、ＢｉＳＳｅＬａＯ単結晶片にＣｕ+ が注入された結果、Ｂｉ3+が放出されて球状に凝集したものと考えられる。最初ＢｉＳＳｅＬａＯ単結晶片であったものは、Ｂｉ3+がＣｕ+ またはＣｕ2+で置換された結果、Ｃｕx ＳＳｅＬａＯ単結晶片になっている。【００８３】
得られたＣｕx ＳＳｅＬａＯ単結晶片のＸ線回折パターンを測定した。測定結果を図２９に示す。図２９に示すように、ＢｉＳＳｅＬａＯ単結晶片は図２９の下側のＸ線回折パターンを示すのに対し、測定されたＸ線回折パターンは図２９の上側に示すように、Ｃｕx ＳＳｅＬａＯ単結晶のものであった。このことから、ＢｉＳＳｅＬａＯ単結晶片にＣｕ+ が注入された結果、ＢｉＳＳｅＬａＯ単結晶片中のＢｉ3+が放出され、Ｃｕx ＳＳｅＬａＯ単結晶片になったものと考えられる。【００８４】
単結晶構造解析により、ＢｉＳＳｅＬａＯ単結晶片およびＣｕx ＳＳｅＬａＯ単結晶片の構造パラメータの変化を調べた。ＢｉＳＳｅＬａＯは空間群Ｐ４／ｎｍｍ、格子定数はａ＝４．１１０２（２）Å、ｃ＝１３．６０１０（７）Åであった。Ｃｕx ＳＳｅＬａＯは空間群Ｐ４／ｎｍｍ、格子定数はａ＝４．０３４９０Å、ｂ＝１４．２１６００Åであった。この結果から、ＢｉＳＳｅＬａＯ単結晶片の層状構造を保った状態でＢｉのサイトがＣｕに入れ替わりＣｕx ＳＳｅＬａＯ単結晶片となったものと考えられる。【００８５】
図３０は、ＢｉＳＳｅＬａＯ単結晶片からＢｉ3+が放出されてＣｕx ＳＳｅＬａＯ単結晶片に変換されるときの結晶構造の変化を単結晶構造解析の結果に基づいて模式的に表したものである。【００８６】
図３１の上段は測定されたＣｕx ＳＳｅＬａＯ単結晶片のＸ線回折パターンを、下段はシミュレーションにより求められたＣｕx ＳＳｅＬａＯ単結晶のＸ線回折パターンを示す。図３１に示すように、得られたＣｕx ＳＳｅＬａＯ単結晶片のＸ線回折パターンは、ｃ軸配向した単結晶の状態でＢｉ3+がＣｕ+ またはＣｕ2+で置換されていることを示す。【００８７】
上述のように、Ｃｕ+ の注入によりＢｉＳＳｅＬａＯ単結晶片からＢｉ3+を放出させることができるが、ＢｉＳＳｅＬａＯと同様な結晶構造を有するＢｉＳ2 ＬａＯの多結晶体にＣｕ+ を注入することによっても同様にＢｉ3+を放出させることができる。【００８８】
実施例７では、上述のように、Ｃｕ+ の注入によりＢｉＳ2 ＬａＯ多結晶体からＢｉ3+を放出させることができることを利用してＴａＳ2 単結晶片７０にＢｉ3+のインターカレーションを行った。【００８９】
すなわち、図３２に示すように、第１のイオン源２０として円形のＢｉＳ2 ＬａＯ多結晶体９７を用い、第２のイオン源５０としてＢｉＳ2 ＬａＯ多結晶体９７と同じ円形のＣｕＩ多結晶体９８を用い、第２のイオン源５０の前段に設けられるイオン源としてのガラス基板８０として円形のＮａ+ 含有リン酸塩ガラス基板（Ｎａ：Ｌａ：Ｇｅ：Ｐ＝２５：６：６：６３）を用いる。ＴａＳ2 単結晶片７０は炭素電極９５の上に載せられる。針状電極９０に電圧を印加することによるプロトンの発生から、ＴａＳ2 単結晶片７０にＢｉ3+のインターカレーションが行われるまでの一連の反応を図３３に示す。図３３に示すように、針状電極９０に電圧を印加することにより発生するプロトンがＮａ+ 含有リン酸塩ガラス基板に注入されることによりこのＮａ+ 含有リン酸塩ガラス基板中のＮａ+ がＣｕＩ多結晶体９８に注入され、それによってＣｕＩ多結晶体９８中のＣｕ+ がＢｉＳ2 ＬａＯ多結晶体９７に注入され、それによって最終的にＢｉＳ2 ＬａＯ多結晶体９７からＢｉ3+が放出されてＴａＳ2 単結晶片７０に注入される。こうして、ＴａＳ2 単結晶片７０にＢｉ3+のインターカレーションを行った。【００９０】
図３４Ａは、ＴａＳ2 単結晶片７０にＢｉ3+のインターカレーションが行われてＢｉx ＴａＳ2 単結晶片となったものを示す走査型電子顕微鏡写真、図３４Ｂおよび図３４ＣはＢｉx ＴａＳ2 単結晶片の一部を順次拡大した走査型電子顕微鏡写真を示す。解析の結果、Ｂｉx ＴａＳ2 単結晶片に含まれるＢｉとＴａとの割合（原子数比）はＢｉ：Ｔａ＝２２．１：３３．８であり、ｘ＝０．６５である。【００９１】
以上のようにして製造されたＢｉx ＴａＳ2 単結晶片のＸ線回折パターンを測定した。測定結果を図３５に示す。図３５には、比較のために、ＴａＳ2 単結晶片７０のＸ線回折パターンの測定結果も示す。図３５に示すように、Ｂｉx ＴａＳ2 が得られていることが分かる。【００９２】
（実施例８）
実施例８は第６の実施の形態に対応するものである。
図３６に示すように、コロナ放電装置の処理室内の試料台（図示せず）上にイオン吸収体１１０を兼用する炭素電極１８０を載せ、この炭素電極１８０上にＡｌ2 Ｏ3 製リング２１０を載せる。次に、このＡｌ2 Ｏ3 製リング２１０の中心部に第２の被処理体１００としてＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 粉末２２０を充填した後、その上に第３のイオン源１３０としてＫ+ 含有リン酸塩ガラス基板２００を積層する。Ｋ+ 含有リン酸塩ガラス基板２００の組成は１５Ｋ2 Ｏ・４Ｌａ2 Ｏ3 ・３１Ｐ2 Ｏ5 である。炭素電極１８０は接地する。炭素電極１８０はヒーター２３０により加熱する。処理室内を真空ポンプにより十分に低圧に減圧した後、外部から処理室内にＨ2 を導入して常圧とする。そして、Ｋ+ 含有リン酸塩ガラス基板２００の上方に先端がこのＫ+ 含有リン酸塩ガラス基板２００と対向するように設置された針状電極９０に電圧を印加することによりコロナ放電を起こさせ、その結果、Ｈ2 を電離してＨ+ 、すなわちプロトンを発生させる。こうして発生したプロトンはＫ+ 含有リン酸塩ガラス基板２００に注入される。Ｋ+ 含有リン酸塩ガラス基板２００にプロトンが注入されると、Ｋ+ 含有リン酸塩ガラス基板２００に含まれるＫ+ がこのＫ+ 含有リン酸塩ガラス基板２００内を次々と移動し、最終的にＫ+ 含有リン酸塩ガラス基板２００の下面からＡｌ2 Ｏ3 製リング２１０の中心部に充填されたＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 粉末２２０に注入される。こうしてＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 粉末２２０にＫ+ が注入されると、Ｎａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 粉末２２０に含まれるＮａ+ がＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 粉末２２０内を次々と移動すると同時にＮａ+ がＫ+ で置換され、最終的にＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 粉末２２０からＮａ+ が放出されて炭素電極１８０に吸収される。こうして、Ｎａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 粉末２２０のＮａ+ がＫ+ で置換されたＫ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 粉末が得られる。【００９３】
図３７は上述のようにしてＮａ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 粉末２２０のＮａ+ がＫ+ で置換されてＫ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 粉末となった後にＡｌ2 Ｏ3 製リング２１０をその中心軸を含む平面で切断したものを斜め上から撮影した写真およびＡｌ2 Ｏ3 製リング２１０の切断面を拡大した写真である。図３７より、Ａｌ2 Ｏ3 製リング２１０の中心部に存在する粉末層は、厚さ０．５３ｍｍの上部、厚さ０．１０ｍｍの中間部および厚さ１．２０ｍｍの下部の三層からなることが分かる。【００９４】
Ａｌ2 Ｏ3 製リング２１０の中心部に存在する粉末層のＸ線回折パターンを測定した。測定結果を図３８に示す。図３８の下から三段目、下から二段目および最下段は、それぞれＡｌ2 Ｏ3 製リング２１０の中心部に存在する粉末層の上部、中間部および下部のＸ線回折パターンである。図３８の最上段には、シミュレーションにより求められたＫ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 のＸ線回折パターンを示す。図３８に示すように、Ａｌ2 Ｏ3 製リング２１０の中心部に存在する粉末層の上部のＸ線回折パターンはシミュレーションにより求められたＫ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 のＸ線回折パターンと良く一致しており、確かにＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有するＫ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 粉末が得られていることが分かる。また、Ａｌ2 Ｏ3 製リング２１０の中心部に存在する粉末層の中間部のＸ線回折パターンは、Ｋ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 の回折ピークに加えて、ＮａＶ2 （ＰＯ4 ）3 の回折ピークも含んでいる。従って、粉末層の中間部は、主成分のＫ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 にＮａＶ2 （ＰＯ4 ）3 が混合したものからなると考えられる。さらに、Ａｌ2 Ｏ3 製リング２１０の中心部に存在する粉末層の下部のＸ線回折パターンは、ＮａＶ2 （ＰＯ4 ）3 を示す。従って、粉末層の下段は、ＮａＶ2 （ＰＯ4 ）3 からなると考えられる。【００９５】
図３８の下から四段目に、上記の粉末層の上部のＫ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体をＮ2 ＋５％Ｈ2 雰囲気中において６００℃でアルールしたときのＸ線回折パターンを示す。図３８より、６００℃のアニールによりＫ3 Ｖ2 （ＰＯ4 ）3 多結晶体の結晶性が向上していることが分かる。【００９６】
（実施例９）
実施例９は第１の実施の形態に対応するものである。
実施例９においては、第１の被処理体１０として１Ｔ−ＴａＳ2 単結晶片および２Ｈ−ＴａＳ2 単結晶片を用いる。図３９Ａ、図３９Ｂおよび図３９Ｃに１Ｔ−ＴａＳ2 単結晶片の結晶構造を示す。また、図４０Ａ、図４０Ｂおよび図４０Ｃに２Ｈ−ＴａＳ2 単結晶片の結晶構造を示す。図４１に１Ｔ−ＴａＳ2 単結晶片および２Ｈ−ＴａＳ2 単結晶片を示す。【００９７】
１Ｔ−ＴａＳ2 単結晶片を水素雰囲気中において１５０℃〜３００℃の範囲で温度を変えてアニールした後に測定したＸ線回折パターンを図４２に示す。図４２の上部に１Ｔ相および２Ｈ相のピーク位置を矢印で示す。図４２に示すように、アニール温度が２００℃程度まではピーク位置が１Ｔ相の位置にあり、１Ｔ相が保持されていることが分かるが、アニール温度がより高くなるとピーク位置が次第に低角側にシフトし、アニール温度が３００℃ではピーク位置は２Ｈ相のピーク位置に近づいていることが分かる。すなわち、アニール温度が２００℃程度を超えて３００℃まで高くなると、１Ｔ−ＴａＳ2 単結晶片は２Ｈ−ＴａＳ2 単結晶片に相転移することが分かる。【００９８】
２Ｈ−ＴａＳ2 単結晶片に３００℃でそれぞれアルカリ金属イオンＡ+ （Ａ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）、Ｃｕ+ およびＡｇ+ のインターカレーションを行ったときのＸ線回折パターンを図４３、図４４および図４５に示す。図４３、図４４および図４５より、２Ｈ−ＴａＳ2 単結晶片にアルカリ金属イオンＡ+ （Ａ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）、Ｃｕ+ およびＡｇ+ のインターカレーションが行われていることが分かる。【００９９】
図４６は、２Ｈ−ＴａＳ2 単結晶片に３００℃でＡｇ+ のインターカレーションのための処理を継続して行ったときにその途中で測定したＸ線回折パターンを示す。図４６に示すように、インターカレーションのための処理を開始してから一定時間経過後にＡｇx2ＴａＳ2 を特徴付けるピークが観測され、さらに時間が経過した後にＡｇx1ＴａＳ2 （ただし、ｘ１＞ｘ２）を特徴付けるピークが観測されている。このように、２Ｈ−ＴａＳ2 単結晶片へのＡｇ+ のインターカレーションのための処理は継続して行われているにもかかわらず、ある程度の時間経過でＡｇx2ＴａＳ2 を特徴付けるピークが観測され、さらに時間が経過した後にＡｇx1ＴａＳ2 を特徴付けるピークが観測されていることから、２Ｈ−ＴａＳ2 単結晶片へのＡｇ+ のインターカレーションは連続的に行われるのではなく、段階的に行われることが分かる。【０１００】
１Ｔ−ＴａＳ2 は２００℃以上で２Ｈ−ＴａＳ2 に変化するため、１Ｔ−ＴａＳ2 単結晶片に１８０℃でそれぞれアルカリ金属イオンＡ+ （Ａ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）、Ｃｕ+ およびＡｇ+ のインターカレーションを行った。このときのＸ線回折パターンを図４７、図４８および図４９に示す。図４７、図４８および図４９より、１Ｔ−ＴａＳ2 単結晶片にアルカリ金属イオンＡ+ （Ａ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）、Ｃｕ+ およびＡｇ+ のインターカレーションが行われていることが分かる。【０１０１】
図５０は、１Ｔ−ＴａＳ2 単結晶片に１８０℃でＡｇ+ のインターカレーションを行った後にコロナ放電装置の処理室から取り出した直後のＡｇx ＴａＳ2 単結晶片およびこのＡｇx ＴａＳ2 単結晶片を大気中に１週間放置して大気暴露した後に測定したＸ線回折パターンを示す。図５０に示すように、１週間放置後のＡｇx ＴａＳ2 単結晶片は大気中の水分を吸収して水和した結果、（Ａｇx ＋Ｈ2 Ｏ）ＴａＳ2 単結晶片となっている。【０１０２】
以上、この発明の実施の形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。【０１０３】
例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、材料、形状、配置等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、形状、配置等を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  第１の被処理体
２０  第１のイオン源
３０  スペーサ
４０  マスク
５０  第２のイオン源
６０  隔壁
７０  ＴａＳ2 単結晶片
８０  ガラス基板
９０  針状電極
９５  炭素電極
１００  第２の被処理体
１１０  イオン吸収体
１２０  イオン置換物質
１３０  第３のイオン源
１４０  第４のイオン源
１５０  炭素電極
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３４Ｃ】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９Ａ】
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【図３９Ｂ】
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【図３９Ｃ】
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【図４０Ａ】
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【図４０Ｂ】
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【図４０Ｃ】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年12月15日(2017.12.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造の骨格を形成していない第１のイオンを含む第１のイオン源とホストとなる第１の被処理体とを互いに積層または対向させ、上記第１の被処理体と反対側から上記第１のイオン源に上記第１のイオンと同符号の第２のイオンを注入することにより、上記第１のイオン源に含まれる上記第１のイオンをゲストとして上記第１の被処理体に移動させてインターカレーションを行うインターカレーション物質の製造方法。
【請求項２】
上記第２のイオンをコロナ放電により生成する請求項１記載のインターカレーション物質の製造方法。
【請求項３】
針状電極の先端を上記第１の被処理体と反対側から上記第１のイオン源に対向させ、上記第２のイオンの生成用の分子を含む雰囲気において、上記針状電極と上記第１の被処理体との間に電圧を印加してコロナ放電を起こさせることにより上記第２のイオンを生成する請求項２記載のインターカレーション物質の製造方法。
【請求項４】
上記第１のイオン源は固体電解質である請求項１〜３のいずれか一項記載のインターカレーション物質の製造方法。
【請求項５】
上記第１の被処理体は層状物質またはかご状物質からなる請求項１〜４のいずれか一項記載のインターカレーション物質の製造方法。
【請求項６】
上記第１の被処理体の表面または上記第１のイオン源と上記第１の被処理体との間に上記第１のイオンに対して阻止能を有するマスクを設け、このマスクを用いて上記第１の被処理体に選択的に、上記第１のイオン源に含まれる上記第１のイオンを移動させる請求項１〜５のいずれか一項記載のインターカレーション物質の製造方法。
【請求項７】
上記第２のイオンを生成する空間と上記第１の被処理体に上記第１のイオンを移動させる空間とを互いに分離する請求項１〜６のいずれか一項記載のインターカレーション物質の製造方法。
【請求項８】
上記第１のイオン源に上記第１のイオンと同価数の上記第２のイオンを注入する請求項１〜７のいずれか一項記載のインターカレーション物質の製造方法。
【請求項９】
上記第１のイオン源に上記第１のイオンと価数が異なる上記第２のイオンを注入する請求項１〜７のいずれか一項記載のインターカレーション物質の製造方法。
【請求項１０】
上記第１のイオン源の前段に、構造の骨格を形成していない上記第２のイオンを含む第２のイオン源を設け、上記第２のイオン源に上記第２のイオンと同符号の第３のイオンを注入することにより上記第２のイオン源から上記第２のイオンを上記第１のイオン源に注入する請求項９記載のインターカレーション物質の製造方法。
【請求項１１】
処理室を有し、
上記処理室内において、構造の骨格を形成していない第１のイオンを含む第１のイオン源とホストとなる第１の被処理体とを互いに積層または対向させ、上記第１の被処理体と反対側から上記第１のイオン源に上記第１のイオンと同符号の第２のイオンを注入することにより、上記第１のイオン源に含まれる上記第１のイオンをゲストとして上記第１の被処理体に移動させてインターカレーションを行うインターカレーション物質の製造装置。
【請求項１２】
構造の骨格を形成していない第４のイオンを含む、ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有する物質に上記第４のイオンと異なる同符号の第５のイオンを注入することにより、上記ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有する物質に含まれる上記第４のイオンを上記第５のイオンで置換するイオン置換物質の製造方法。
【請求項１３】
上記ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有する物質の前段に、構造の骨格を形成していない上記第５のイオンを含む第３のイオン源を設け、上記第３のイオン源に上記第５のイオンと同符号の第６のイオンを注入することにより上記第３のイオン源から上記第５のイオンを上記ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有する物質に注入する請求項１２記載のイオン置換物質の製造方法。
【請求項１４】
上記ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有する物質の後段に上記ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有する物質から放出される上記第４のイオンを吸収するイオン吸収体を設ける請求項１２または１３記載のイオン置換物質の製造方法。
【請求項１５】
処理室を有し、
上記処理室内において、構造の骨格を形成していない第４のイオンを含む、ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有する物質に上記第４のイオンと異なる同符号の第５のイオンを注入することにより、上記ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有する物質に含まれる上記第４のイオンを上記第５のイオンで置換するイオン置換物質の製造装置。
【国際調査報告】
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2017188204.tif 000064