無機微粒子の製造方法
【課題】アーク放電を行なわずに均一な粒子径を有する無機微粒子を提供すること。
【解決手段】無機微粒子を構成する無機材料をチャンバー２内で懸架し、チャンバー２内を１０−５〜１０−３Ｐａに減圧し、不活性ガスをチャンバー２内に導入してチャンバー２内の圧力を１００〜５００００Ｐａに調整した後、無機材料を通電加熱する無機微粒子の製造方法、および無機微粒子を製造するためのチャンバー２が外部空間と遮断して設けられ、チャンバー２内で無機材料を懸架し、通電加熱するための導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４が懸架されてなり、チャンバー２の内部空間を減圧するための減圧管５およびチャンバー２の内部空間に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入管６がそれぞれチャンバー２の内部空間と接続されている無機微粒子の製造装置。
【解決手段】無機微粒子を構成する無機材料をチャンバー２内で懸架し、チャンバー２内を１０−５〜１０−３Ｐａに減圧し、不活性ガスをチャンバー２内に導入してチャンバー２内の圧力を１００〜５００００Ｐａに調整した後、無機材料を通電加熱する無機微粒子の製造方法、および無機微粒子を製造するためのチャンバー２が外部空間と遮断して設けられ、チャンバー２内で無機材料を懸架し、通電加熱するための導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４が懸架されてなり、チャンバー２の内部空間を減圧するための減圧管５およびチャンバー２の内部空間に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入管６がそれぞれチャンバー２の内部空間と接続されている無機微粒子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機微粒子の製造方法に関する。さらに詳しくは、例えば、各種触媒、磁気記録媒体、電子デバイスなどに使用することが期待される無機微粒子の製造方法および該製造方法に好適に使用しうる無機微粒子の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属微粒子を製造する方法として、一般にアーク放電を利用する方法が知られているが、この方法によれば、得られる金属微粒子の粒子径のばらつきが大きいという欠点がある。そこで、かかる欠点を解消する方法として、放電用電極および金属母材を近接して配置し、これらの間に電圧を印加することによってアーク放電を発生させ、生成した金属微粒子を回収する前段階で冷却する金属微粒子の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、この方法には、やはりアーク放電が採られているので、得られる金属微粒子の粒子径にバラツキが生じるおそれがあるため、アーク放電を使用せずに均一な粒子径を有する金属微粒子を製造する方法の開発が望まれている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２４１８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、アーク放電を使用しないで均一な粒子径を有する金属微粒子などの無機微粒子を容易に製造しうる方法および該無機微粒子の製造方法に好適に使用しうる無機微粒子の製造装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の無機微粒子の製造方法は、無機微粒子の原料である無機材料をチャンバー内で懸架し、該チャンバー内を１０−５〜１０−３Ｐａに減圧し、不活性ガスを該チャンバー内に導入して該チャンバー内の圧力を１００〜５００００Ｐａに調整した後、前記無機材料を通電加熱することを特徴とする。本発明の無機微粒子の製造方法によれば、アーク放電を使用しなくても、均一な粒子径を有する無機微粒子を容易に製造することができる。
【０００７】
なお、本明細書にいう不活性ガスとは、無機微粒子を製造する際に用いられる金属材料に対して不活性なガスをいう。より詳しくは、前記不活性ガスは、無機微粒子を製造する際に用いられる金属材料と化学反応を起こさないガスを意味する。したがって、不活性ガスの種類は、無機材料の種類によって異なるので、無機微粒子を製造する際に用いられる金属材料の種類に応じて不活性ガスを適宜選択して用いることが好ましい。不活性ガスとしては、例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス、二酸化炭素ガス、窒素ガスなどが挙げられる。
【０００８】
本発明の無機微粒子の製造方法において、無機材料が貴金属またはその合金からなり、不活性ガスとして二酸化炭素ガスを用いた場合には、貴金属またはその合金からなる微粒子を均一な粒子径で容易に製造することができる。
【０００９】
本発明の無機微粒子の製造方法において、貴金属またはその合金からなる無機材料を、炭素からなる無機材料保持体を用いてチャンバー内で無機材料を懸架し、不活性ガスとして二酸化炭素ガスを用いて該無機材料保持体を通電加熱した場合には、生成する無機微粒子の表面にカーボンを付着させがたくすることができる。
【００１０】
本発明の無機微粒子の製造方法において、無機材料が炭素または金属からなり、不活性ガスとしてヘリウムガスまたはアルゴンガスを用いた場合には、炭素微粒子や金属微粒子を均一な粒子径で容易に製造することができる。
【００１１】
本発明の無機微粒子の製造方法において、炭素からなる無機材料を用いた場合には、無機材料保持体を使用せずに直接通電加熱することにより、炭素微粒子を製造することができる。
【００１２】
本発明の無機微粒子の製造方法において、タングステン、モリブデンまたはタンタルからなる無機材料保持体を用いてチャンバー内で金属からなる無機材料を懸架し、不活性ガスとしてヘリウムガスまたはアルゴンガスを用いて前記無機材料保持体を通電加熱した場合には、生成する無機微粒子の表面にカーボンなどの付着がなく、粒度分布の幅が狭く、均一な粒子径を有する無機微粒子を製造することができる。
【００１３】
本発明の無機微粒子を製造するための製造装置は、無機微粒子を製造するためのチャンバーが外部空間と遮断して設けられ、無機材料を懸架し、通電加熱するための導電性懸架材Ａおよび導電性懸架材Ｂが該チャンバー内で懸架され、チャンバーの内部空間を減圧するための減圧管およびチャンバーの内部空間に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入管がそれぞれチャンバーの内部空間と接続されていることを特徴とする。本発明の無機微粒子の製造装置によれば、アーク放電を使用しなくても、均一な粒子径を有する無機微粒子を容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の無機微粒子の製造方法および製造装置によれば、アーク放電を使用しないで均一な粒子径を有する無機微粒子を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の無機微粒子の製造方法は、無機微粒子の原料として用いられる無機材料をチャンバー内で懸架し、該チャンバー内を１０−５〜１０−３Ｐａに減圧し、不活性ガスを該チャンバー内に導入して該チャンバー内の圧力を１００〜５００００Ｐａに調整した後、前記無機材料保持体を通電加熱することを特徴とする。
【００１６】
本発明は、従来のようなアーク放電ではなく通電加熱を使用し、さらにただ単に通電加熱を行なうのではなく、あらかじめチャンバー内を１０−５〜１０−３Ｐａに減圧しておいた後、該チャンバー内の圧力が１００〜５００００Ｐａとなるように不活性ガスを導入する点に、１つの大きな特徴を有する。本発明は、前記特徴を有するので、均一な粒子径を有する無機微粒子を容易に製造することができる。
【００１７】
無機微粒子の原料として用いられる無機材料は、本発明の方法によって無機微粒子が生成するのであれば特に限定がない。前記無機材料の代表例としては、炭素などの非金属や、マグネシウム、アルミニウム、カリウム、カルシウムなどの典型金属をはじめ、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、モリブデン、タングステン、銀、鉛、錫、白金、金などの遷移金属が挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの無機材料は、それぞれ単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、無機材料として、２種類以上の金属からなる合金を用いてもよい。
【００１８】
無機材料の形状としては、例えば、ワイヤ状、粒子状、粉末状、プレート状などが挙げられるが、本発明は、かかる例示によって限定されるものではない。
【００１９】
無機材料は、これに直接通電することによって通電加熱されてもよく、あるいは無機材料保持体で無機材料を保持し、該無機材料保持体に通電することによって通電加熱されてもよい。
【００２０】
無機材料に直接通電をすることにより、無機材料を通電加熱する場合には、無機材料を保持するための無機材料保持体を使用しなくても無機微粒子を製造することができる。代表的な無機材料の形態としては、例えば、直径が５００μｍ〜１０ｍｍ程度、長さが５００μｍ〜５ｍｍ程度の板状体や棒状体などが挙げられる。
【００２１】
無機材料に直接通電をする際の好適な無機材料として、例えば、炭素からなる無機材料などが挙げられる。例えば、カーボンロッドなどの炭素からなる無機材料を直接通電加熱した場合には、無機材料を保持するための無機材料保持体を使用せずに効率よく炭素微粒子を製造することができる。
【００２２】
無機材料保持体で無機材料を保持し、該無機材料保持体に通電をすることにより、無機材料を加熱する場合、無機材料保持体として、通電加熱によって発熱するものが用いられる。
【００２３】
無機材料保持体は、無機材料の種類、通電加熱をする際の雰囲気などに応じて適宜選択して用いることが好ましい。
【００２４】
例えば、無機材料が貴金属またはその合金からなり、不活性ガスとして二酸化炭素ガスを用いた場合には、貴金属またはその合金の微粒子を均一な粒子径で容易に製造することができる。この場合、無期材料保持体は、貴金属またはその合金の微粒子を均一な粒子径で容易に製造する観点から、炭素でつくられていることが好ましい。炭素からなる無機材料保持体の具体例としては、カーボンボート、カーボンロッド（炭素棒）、カーボンチューブなどが挙げられる。カーボンロッドを用いる場合、その周囲に無機材料を捲回すればよく、またカーボンチューブを用いる場合、その内部に無機材料を挿入すればよい。炭素からなる無機材料保持体のなかでは、生成する無機微粒子の表面にカーボンが付着しがたくする観点から、カーボンボートが好ましい。
【００２５】
なお、貴金属の具体例としては、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウムおよびオスミウムが挙げられ、これらの貴金属は、それぞれ単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、これらの貴金属は、合金として用いてもよい。貴金属合金としては、例えば、白金−ロジウム合金、白金−ルテニウム合金などが挙げられる。
【００２６】
無機材料が炭素または金属からなり、不活性ガスとしてヘリウムガスまたはアルゴンガスを用いる場合、炭素微粒子や金属微粒子を均一な粒子径で容易に製造することができる。
【００２７】
無機材料が金属からなる場合、炭素微粒子や金属微粒子を均一な粒子径で容易に製造する観点から、無機材料保持体は、タングステン、モリブデンまたはタンタルでつくられていることが好ましい。その無機材料保持体の形状の具体例としては、ボート、線、ロッド、チューブなどが挙げられる。線またはロッドを用いる場合、その周囲に無機材料を捲回させればよく、またチューブを用いる場合、その内部に無機材料を挿入すればよい。無機材料保持体のなかでは、無機材料の大きさや形状に制約を受けがたいことから、ボート、線およびロッドが好ましい。なお、無機材料を構成する金属の種類には特に限定がなく、その例としては、前記典型金属および前記遷移金属が挙げられる。
【００２８】
無機材料保持体の形状がカーボンボートやタングステンボートなどのボートに代表される形状を有する無機材料保持体である場合、例えば、図１の実施態様に示されるように、その断面形状がＶ字状、Ｕ字状などの形状を有する無機材料保持体（ボート）１などが挙げられる。無機材料保持体（ボート）１の長さａは、無機材料の形状や大きさなどによって異なるので一概には決定することができないが、例えば、無機材料が線状を有する場合、線状の無機材料を収容することができる長さであることが好ましい。無機材料保持体（ボート）１の長さａは、通常、２０〜１００ｍｍ程度、好ましくは３０〜８０ｍｍ程度である。また、無機材料保持体（ボート）１の無機材料を保持する箇所における幅（無機材料保持体（ボート）１の上端部における間隔）ｂは、無機材料の形状や大きさなどによって異なるので一概には決定することができないが、例えば、断面形状が円形の線状の無機材料を用いる場合には、その直径よりも大きいことが好ましい。無機材料を保持する箇所における幅ｂは、通常、１．５〜５ｍｍ程度である。
【００２９】
カーボンロッド、タングステンロッドなどのロッド、またはタングステン線などの線としては、例えば、その断面形状が円形、楕円形、三角形、四角形などであるロッドまたは線が挙げられる。これらのなかでは、無機材料と接触させて効率よく無機材料を蒸発させる観点から、その断面形状は、円形または楕円形であることが好ましく、円形であることがより好ましい。ロッドまたは線の長さは、特に限定されないが、通常、２０〜１００ｍｍ程度、好ましくは３０〜８０ｍｍ程度である。また、ロッドまたは線の直径は、特に限定されないが、ロッドの場合、通常、１〜５ｍｍ程度であり、線の場合、通常、１００μｍ〜１ｍｍ程度である。
【００３０】
無機材料保持体１は、本発明の無機微粒子の製造装置のチャンバー内で懸架される。本発明の無機微粒子の製造方法および該製造方法に用いられる製造装置を図面に基づいて説明する。
【００３１】
図２は、本発明の無機微粒子の製造方法に好適に使用しうる無機微粒子の製造装置の一実施態様を示す概略説明図である。
【００３２】
図２において、無機微粒子を製造するためのチャンバー２が外部空間と遮断して設けられている。チャンバー２内で、無機材料（図示せず）または無機材料保持体１の一端を懸架するための導電性懸架材Ａ３および無機材料保持体１の他端を懸架するための導電性懸架材Ｂ４が懸架されている。導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４は、それぞれ外部電源（図示せず）と接続され、蓋部７とは電気的に絶縁されている。また、チャンバー２の内部空間を減圧するための減圧管５およびチャンバー２の内部空間に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入管６がそれぞれチャンバー２の内部空間と接続されている。
【００３３】
チャンバー２は、外部から無機材料保持体１を容易に観察することができるようにするために、例えば、石英ガラスなどの耐熱性ガラスでつくられていることが好ましい。また、チャンバー２の上下に配設されている蓋部７および底板８は、それぞれ、例えば、ステンレス鋼などの金属からなるプレートで形成されていればよい。チャンバー２と蓋部７との境界およびチャンバー２と底板８との境界には、チャンバー２の密閉性を高めるために、シール部材９が配設されている。シール部材９としては、例えば、シリコーンゴムなどのゴムからなるＯリングなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
【００３４】
チャンバー２の高さおよび外径は、特に限定されないが、通常、高さは２５〜４０ｃｍ程度、外径は１５〜３０ｃｍ程度であることが、無機微粒子を効率よく製造する観点から好ましい。
【００３５】
チャンバー２内で無機材料（図示せず）または無機材料保持体１を懸架する位置は、特に限定されないが、無機材料または無機材料保持体１を通電加熱したときに無機微粒子を効率よく製造する観点から、チャンバー２の高さの中央部よりもやや下部であることが好ましく、チャンバー２の下からチャンバー２の全体の高さの２５〜５０％程度の位置であることがより好ましい。
【００３６】
本発明においては、まず、減圧管５から脱気をすることにより、チャンバー２内を減圧する。チャンバー２内の減圧の程度は、無機微粒子が空気中に含まれている酸素などによって酸化されるのを防止する観点から、１０−３Ｐａ以下であり、減圧度が高くなるにしたがって減圧に要する時間が長くなるので生産性を高める観点から、１０−５Ｐａ以上である。チャンバー２内が所定の真空度に到達した後には、減圧管５に配設されているバルブ（図示せず）を閉にすることにより、減圧状態を維持する。
【００３７】
次に、減圧されたチャンバー２内に不活性ガスを導入することにより、その内圧が１００〜５００００Ｐａとなるように調整する。
【００３８】
無機材料が貴金属またはその合金からなり、無機材料保持体が炭素からなる無機材料保持体である場合、不活性ガスは、炭素の付着量が少ない貴金属またはその合金からなる微粒子を製造する観点から、二酸化炭素ガスであることが好ましい。また、無機材料が炭素または金属からなり、無機材料保持体がタングステン、モリブデンまたはタンタルからなる場合、均一な粒子径を有する炭素微粒子や金属微粒子を製造する観点から、不活性ガスは、ヘリウムガスまたはアルゴンガスであることが好ましい。
【００３９】
チャンバー２内に不活性ガスを導入し、チャンバー２内の圧力を調整することにより、得られる無機微粒子の粒子径を所望の粒子径に容易に制御することができる。一般に、チャンバー２内の圧力を低くするにしたがって、得られる無機微粒子の粒子径が小さくなり、またチャンバー２内の圧力が高くなるにしたがって、得られる無機微粒子の粒子径が大きくなる傾向がある。チャンバー２内の圧力は、均一な無機微粒子を得る観点から、１００Ｐａ以上であり、粗大な無機微粒子が生成するのを抑制する観点から、５００００Ｐａ以下である。例えば、無機材料として炭素を用い、チャンバー２内の不活性ガスの圧力を１００〜１５０Ｐａに調節した場合には、粒子径が１０〜１５ｎｍ程度のカーボン微粒子が得られる。
【００４０】
なお、チャンバー２内の圧力は、例えば、水銀マノメーターや真空計などの圧力計１０で測定することができる。
【００４１】
次に、チャンバー２内の無機材料（図示せず）に直接電圧を印加するかまたは無機材料保持体１に電圧を印加する。
【００４２】
無機材料（図示せず）に直接電圧を印加する場合、無機材料への電圧の印加は、導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４をそれぞれ無機材料と接続し、導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４を外部電源（図示せず）と接続することによって行なうことができる。また、無機材料保持体１に電圧を印加する場合、導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４をそれぞれ無機材料保持体１と接続し、導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４を外部電源（図示せず）と接続することによって行なうことができる。導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４は、例えば、ステンレス鋼、銅、真鍮、鉄などの導電性を有する金属でつくられていればよく、本発明は、かかる金属の種類によって限定されるものではない。
【００４３】
なお、図２に示される無機微粒子の製造装置では、図１に示される無機材料保持体１が使用されており、無機材料保持体１と導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４とをそれぞれ接続することにより、通電するように構成されている。
【００４４】
導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４に接続されている外部電源（図示せず）から電圧を印加することにより、無機材料は、直接通電加熱されるか、または無機材料保持体１を通電加熱することによって加熱される。
【００４５】
無機材料または無機材料保持体１に通電するときの電流値は、無機微粒子を効率よく生成させる観点から、好ましくは１０Ａ以上、好ましくは２０Ａ以上、さらに好ましくは３０Ａ以上であり、均一な粒子径を有する無機微粒子を得る観点から、好ましくは１００Ａ以下、より好ましくは９０Ａ以下、さらに好ましくは８０Ａ以下である。また、無機材料または無機材料保持体１に電流を印加するときの電圧は、無機材料または無機材料保持体１が有する抵抗値などによって異なるので一概には決定することができないが、通常、好ましくは５〜１１０Ｖ、より好ましくは１０〜１００Ｖである。電圧を印加する時間は、無機材料または無機材料保持体１の大きさや印加される電流値などによって異なるので一概には決定することができない。通常、電圧を印加する時間は、無機材料が蒸発するのに要する時間であればよい。
【００４６】
このようにして無機材料または無機材料保持体１を通電加熱することにより、無機材料が蒸発し、蒸発した無機材料がチャンバー２内に存在している不活性ガスと衝突することにより、無機微粒子が生じる。生成した無機微粒子は、チャンバー２の内壁などに付着する。付着した無機微粒子は、チャンバー２内を大気圧に戻した後、例えば、刷毛などを用いて回収することができる。
【００４７】
なお、無機材料が空気中の酸素などと酸化などの化学反応することを避ける場合には、チャンバー２内を大気圧に戻すときに不活性ガスを導入することが好ましい。生成した無機微粒子が例えば貴金属微粒子などのように空気中の酸素と反応しがたい粒子である場合や、空気中に含まれている酸素などと化学反応を生じても支障がない場合などには、チャンバー２内に大気を導入することにより、チャンバー２内を大気圧に戻してもよい。
【００４８】
回収された無機微粒子の粒子径は、その製造条件によって異なるので一概には決定することができない。無機微粒子の粒子径は、通常、３〜１０００ｎｍ程度の範囲内にある。
【００４９】
本発明によれば、空気と接触したときに速やかに酸化したり、酸化被膜を形成する化学的安定性が低い卑金属などからなる金属微粒子を容易に製造することができる。その一例として、例えば、アルミニウムなどの化学的安定性が低い金属は、空気と接触することによって短時間で酸化アルミニウムに変化するが、本発明によれば、このようなアルミニウムなどの化学的安定性が低い金属からなる微粒子を化学的に変化させずにそのままの状態で製造することができる。このようにして得られた無機微粒子は、例えば、燃料電池用触媒、磁気記録媒体、電子デバイスなどに使用することが期待される。
【実施例】
【００５０】
次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。
【００５１】
実施例１〜８
図２に示される無機微粒子の製造装置を用いた。より具体的には、チャンバー２（石英ガラス製、外径：１６０ｍｍ、高さ：３３０ｍｍ）内に、無機材料として、表１に示す金属線（直径５００μｍ、長さ１０ｍｍ）をタングステン線（直径０.５ｍｍ、長さ５ｃｍ）に捲回したものをチャンバー２の底面から１４０ｍｍの位置に、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製の導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４で懸架した。なお、無機材料として、炭素棒（直径：５ｍｍ、長さ：０．９ｍｍ）を用いた場合には、金属製固定端子で固定することにより、導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４で懸架した。
【００５２】
次に、減圧管５からチャンバー２内の空気を排気し、チャンバー２の内圧が１．０×１０−４Ｐａとなるまで減圧した後、不活性ガスとしてヘリウムガスを不活性ガス導入管６から導入し、チャンバー２の内圧を１３３Ｐａとなるように調整した。その後、導電性懸架材Ａ３と導電性懸架材Ｂ４との間に、表１に示される電流値および電圧を有する交流電流を３０秒間印加した。その結果、チャンバー２内には、煙状の無機微粒子が生成し、チャンバー２の内壁に付着した。
【００５３】
不活性ガス導入管６からヘリウムガスを導入することにより、チャンバー２の内圧を大気圧にまで戻した後、チャンバー２の内壁などに付着した無機微粒子を回収し、その物性として、無機微粒子の粒度分布および平均粒子径を以下の方法に基づいて調べた。その結果を表１に示す。
【００５４】
〔粒度分布〕
カーボン下地膜の上で、得られた無機微粒子を分散させ、透過電子顕微鏡で観察して求めた。この方法は、特に粒子径が数ｎｍオーダーのときに適している。
【００５５】
〔平均粒子径〕
無機微粒子の粒度分布が揃っている場合には１００個程度の粒子を用いるが、通常は３００〜４００個の無機微粒子の粒子径を透過電子顕微鏡で観察して求め、その平均値を算出した。
【００５６】
【表１】
【００５７】
次に、実施例１〜６および実施例８で得られた各金属微粒子の透過電子顕微鏡写真をそれぞれ順に図３〜９に示す。
【００５８】
なお、図４は、実施例２で得られたアルミニウム微粒子が空気中の酸素と接触することによって酸化することを防止するために、カーボンコートが施されたアルミニウム微粒子の透過電子顕微鏡写真である。図６、図８および図９は、それぞれ順に、実施例４で得られた鉄微粒子を空気中に取り出すことによって酸化したときの鉄微粒子の透過電子顕微鏡写真、実施例６で得られたコバルト微粒子を空気中に取り出すことによって酸化したときのコバルト微粒子の透過電子顕微鏡写真および実施例８で得られたニッケル微粒子を空気中に取り出すことによって酸化したときのニッケル微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【００５９】
表１および図３〜９に示された結果から、各実施例によれば、アーク放電を使用しなくても、粒度分布の幅が狭く、均一な粒子径を有する無機微粒子が得られることがわかる。
【００６０】
実施例９〜１５
図２に示される無機微粒子の製造装置を用いた。より具体的には、チャンバー２（石英ガラス製、外径：１６０ｍｍ、高さ：３３０ｍｍ）内に、無機材料として、表２に示す貴金属粉末（平均粒子径：数μｍ）を表２に示す量で無機材料保持体１としてカーボンボート（長さａ：５０ｍｍ、無機材料を保持する箇所における幅ｂ：３ｍｍ、断面形状：Ｖ字状）に入れ、このカーボンボートをチャンバー２の底面から１４０ｍｍの位置に、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製の導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４で懸架した。
【００６１】
次に、減圧管５からチャンバー２内の空気を排気し、チャンバー２の内圧が１．０×１０−４Ｐａとなるまで減圧した後、不活性ガスとして二酸化炭素ガスを不活性ガス導入管６から導入し、チャンバー２の内圧を１００００Ｐａとなるように調整した。その後、導電性懸架材Ａ３と導電性懸架材Ｂ４との間に、５０Ａの電流値および３０Ｖの電圧を有する交流電流を３０秒間印加した。その結果、チャンバー２内には、煙状の貴金属微粒子が生成し、チャンバー２の内壁に付着した。
【００６２】
不活性ガス導入管６から空気を導入することにより、チャンバー２の内圧を大気圧にまで戻した後、チャンバー２の内壁などに付着した無機微粒子を回収し、その物性として、貴金属微粒子の粒度分布および平均粒子径を実施例１と同様の方法で調べた。その結果を表２に示す。
【００６３】
【表２】
【００６４】
次に、実施例９〜１５で得られた炭素被覆金属微粒子の透過電子顕微鏡写真をそれぞれ順に図１０〜１６に示す。
【００６５】
表２および図１０〜１６に示された結果から、実施例９〜１５によれば、アーク放電を使用しなくても、粒度分布の幅が比較的狭く、均一な粒子径を有する無機微粒子が得られることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の無機材料保持体の一実施態様を示す概略説明図である。
【図２】本発明の無機微粒子の製造装置の一実施態様を示す概略説明図である。
【図３】本発明の実施例１で得られた銀微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図４】本発明の実施例２で得られたアルミニウム微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図５】本発明の実施例３で得られた金微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図６】本発明の実施例４で得られた鉄微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図７】本発明の実施例５で得られた炭素微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図８】本発明の実施例６で得られたコバルト微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図９】本発明の実施例８で得られたニッケル微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図１０】本発明の実施例９で得られた金微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図１１】本発明の実施例１０で得られた銀微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図１２】本発明の実施例１１で得られた白金微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図１３】本発明の実施例１２で得られたロジウム微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図１４】本発明の実施例１３で得られたルテニウム微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図１５】本発明の実施例１４で得られた白金−ロジウム微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図１６】本発明の実施例１５で得られた白金−ルテニウム微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 無機材料保持体
２ チャンバー
３ 導電性懸架材Ａ
４ 導電性懸架材Ｂ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機微粒子の製造方法に関する。さらに詳しくは、例えば、各種触媒、磁気記録媒体、電子デバイスなどに使用することが期待される無機微粒子の製造方法および該製造方法に好適に使用しうる無機微粒子の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属微粒子を製造する方法として、一般にアーク放電を利用する方法が知られているが、この方法によれば、得られる金属微粒子の粒子径のばらつきが大きいという欠点がある。そこで、かかる欠点を解消する方法として、放電用電極および金属母材を近接して配置し、これらの間に電圧を印加することによってアーク放電を発生させ、生成した金属微粒子を回収する前段階で冷却する金属微粒子の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、この方法には、やはりアーク放電が採られているので、得られる金属微粒子の粒子径にバラツキが生じるおそれがあるため、アーク放電を使用せずに均一な粒子径を有する金属微粒子を製造する方法の開発が望まれている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２４１８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、アーク放電を使用しないで均一な粒子径を有する金属微粒子などの無機微粒子を容易に製造しうる方法および該無機微粒子の製造方法に好適に使用しうる無機微粒子の製造装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の無機微粒子の製造方法は、無機微粒子の原料である無機材料をチャンバー内で懸架し、該チャンバー内を１０−５〜１０−３Ｐａに減圧し、不活性ガスを該チャンバー内に導入して該チャンバー内の圧力を１００〜５００００Ｐａに調整した後、前記無機材料を通電加熱することを特徴とする。本発明の無機微粒子の製造方法によれば、アーク放電を使用しなくても、均一な粒子径を有する無機微粒子を容易に製造することができる。
【０００７】
なお、本明細書にいう不活性ガスとは、無機微粒子を製造する際に用いられる金属材料に対して不活性なガスをいう。より詳しくは、前記不活性ガスは、無機微粒子を製造する際に用いられる金属材料と化学反応を起こさないガスを意味する。したがって、不活性ガスの種類は、無機材料の種類によって異なるので、無機微粒子を製造する際に用いられる金属材料の種類に応じて不活性ガスを適宜選択して用いることが好ましい。不活性ガスとしては、例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス、二酸化炭素ガス、窒素ガスなどが挙げられる。
【０００８】
本発明の無機微粒子の製造方法において、無機材料が貴金属またはその合金からなり、不活性ガスとして二酸化炭素ガスを用いた場合には、貴金属またはその合金からなる微粒子を均一な粒子径で容易に製造することができる。
【０００９】
本発明の無機微粒子の製造方法において、貴金属またはその合金からなる無機材料を、炭素からなる無機材料保持体を用いてチャンバー内で無機材料を懸架し、不活性ガスとして二酸化炭素ガスを用いて該無機材料保持体を通電加熱した場合には、生成する無機微粒子の表面にカーボンを付着させがたくすることができる。
【００１０】
本発明の無機微粒子の製造方法において、無機材料が炭素または金属からなり、不活性ガスとしてヘリウムガスまたはアルゴンガスを用いた場合には、炭素微粒子や金属微粒子を均一な粒子径で容易に製造することができる。
【００１１】
本発明の無機微粒子の製造方法において、炭素からなる無機材料を用いた場合には、無機材料保持体を使用せずに直接通電加熱することにより、炭素微粒子を製造することができる。
【００１２】
本発明の無機微粒子の製造方法において、タングステン、モリブデンまたはタンタルからなる無機材料保持体を用いてチャンバー内で金属からなる無機材料を懸架し、不活性ガスとしてヘリウムガスまたはアルゴンガスを用いて前記無機材料保持体を通電加熱した場合には、生成する無機微粒子の表面にカーボンなどの付着がなく、粒度分布の幅が狭く、均一な粒子径を有する無機微粒子を製造することができる。
【００１３】
本発明の無機微粒子を製造するための製造装置は、無機微粒子を製造するためのチャンバーが外部空間と遮断して設けられ、無機材料を懸架し、通電加熱するための導電性懸架材Ａおよび導電性懸架材Ｂが該チャンバー内で懸架され、チャンバーの内部空間を減圧するための減圧管およびチャンバーの内部空間に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入管がそれぞれチャンバーの内部空間と接続されていることを特徴とする。本発明の無機微粒子の製造装置によれば、アーク放電を使用しなくても、均一な粒子径を有する無機微粒子を容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の無機微粒子の製造方法および製造装置によれば、アーク放電を使用しないで均一な粒子径を有する無機微粒子を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の無機微粒子の製造方法は、無機微粒子の原料として用いられる無機材料をチャンバー内で懸架し、該チャンバー内を１０−５〜１０−３Ｐａに減圧し、不活性ガスを該チャンバー内に導入して該チャンバー内の圧力を１００〜５００００Ｐａに調整した後、前記無機材料保持体を通電加熱することを特徴とする。
【００１６】
本発明は、従来のようなアーク放電ではなく通電加熱を使用し、さらにただ単に通電加熱を行なうのではなく、あらかじめチャンバー内を１０−５〜１０−３Ｐａに減圧しておいた後、該チャンバー内の圧力が１００〜５００００Ｐａとなるように不活性ガスを導入する点に、１つの大きな特徴を有する。本発明は、前記特徴を有するので、均一な粒子径を有する無機微粒子を容易に製造することができる。
【００１７】
無機微粒子の原料として用いられる無機材料は、本発明の方法によって無機微粒子が生成するのであれば特に限定がない。前記無機材料の代表例としては、炭素などの非金属や、マグネシウム、アルミニウム、カリウム、カルシウムなどの典型金属をはじめ、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、モリブデン、タングステン、銀、鉛、錫、白金、金などの遷移金属が挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの無機材料は、それぞれ単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、無機材料として、２種類以上の金属からなる合金を用いてもよい。
【００１８】
無機材料の形状としては、例えば、ワイヤ状、粒子状、粉末状、プレート状などが挙げられるが、本発明は、かかる例示によって限定されるものではない。
【００１９】
無機材料は、これに直接通電することによって通電加熱されてもよく、あるいは無機材料保持体で無機材料を保持し、該無機材料保持体に通電することによって通電加熱されてもよい。
【００２０】
無機材料に直接通電をすることにより、無機材料を通電加熱する場合には、無機材料を保持するための無機材料保持体を使用しなくても無機微粒子を製造することができる。代表的な無機材料の形態としては、例えば、直径が５００μｍ〜１０ｍｍ程度、長さが５００μｍ〜５ｍｍ程度の板状体や棒状体などが挙げられる。
【００２１】
無機材料に直接通電をする際の好適な無機材料として、例えば、炭素からなる無機材料などが挙げられる。例えば、カーボンロッドなどの炭素からなる無機材料を直接通電加熱した場合には、無機材料を保持するための無機材料保持体を使用せずに効率よく炭素微粒子を製造することができる。
【００２２】
無機材料保持体で無機材料を保持し、該無機材料保持体に通電をすることにより、無機材料を加熱する場合、無機材料保持体として、通電加熱によって発熱するものが用いられる。
【００２３】
無機材料保持体は、無機材料の種類、通電加熱をする際の雰囲気などに応じて適宜選択して用いることが好ましい。
【００２４】
例えば、無機材料が貴金属またはその合金からなり、不活性ガスとして二酸化炭素ガスを用いた場合には、貴金属またはその合金の微粒子を均一な粒子径で容易に製造することができる。この場合、無期材料保持体は、貴金属またはその合金の微粒子を均一な粒子径で容易に製造する観点から、炭素でつくられていることが好ましい。炭素からなる無機材料保持体の具体例としては、カーボンボート、カーボンロッド（炭素棒）、カーボンチューブなどが挙げられる。カーボンロッドを用いる場合、その周囲に無機材料を捲回すればよく、またカーボンチューブを用いる場合、その内部に無機材料を挿入すればよい。炭素からなる無機材料保持体のなかでは、生成する無機微粒子の表面にカーボンが付着しがたくする観点から、カーボンボートが好ましい。
【００２５】
なお、貴金属の具体例としては、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウムおよびオスミウムが挙げられ、これらの貴金属は、それぞれ単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、これらの貴金属は、合金として用いてもよい。貴金属合金としては、例えば、白金−ロジウム合金、白金−ルテニウム合金などが挙げられる。
【００２６】
無機材料が炭素または金属からなり、不活性ガスとしてヘリウムガスまたはアルゴンガスを用いる場合、炭素微粒子や金属微粒子を均一な粒子径で容易に製造することができる。
【００２７】
無機材料が金属からなる場合、炭素微粒子や金属微粒子を均一な粒子径で容易に製造する観点から、無機材料保持体は、タングステン、モリブデンまたはタンタルでつくられていることが好ましい。その無機材料保持体の形状の具体例としては、ボート、線、ロッド、チューブなどが挙げられる。線またはロッドを用いる場合、その周囲に無機材料を捲回させればよく、またチューブを用いる場合、その内部に無機材料を挿入すればよい。無機材料保持体のなかでは、無機材料の大きさや形状に制約を受けがたいことから、ボート、線およびロッドが好ましい。なお、無機材料を構成する金属の種類には特に限定がなく、その例としては、前記典型金属および前記遷移金属が挙げられる。
【００２８】
無機材料保持体の形状がカーボンボートやタングステンボートなどのボートに代表される形状を有する無機材料保持体である場合、例えば、図１の実施態様に示されるように、その断面形状がＶ字状、Ｕ字状などの形状を有する無機材料保持体（ボート）１などが挙げられる。無機材料保持体（ボート）１の長さａは、無機材料の形状や大きさなどによって異なるので一概には決定することができないが、例えば、無機材料が線状を有する場合、線状の無機材料を収容することができる長さであることが好ましい。無機材料保持体（ボート）１の長さａは、通常、２０〜１００ｍｍ程度、好ましくは３０〜８０ｍｍ程度である。また、無機材料保持体（ボート）１の無機材料を保持する箇所における幅（無機材料保持体（ボート）１の上端部における間隔）ｂは、無機材料の形状や大きさなどによって異なるので一概には決定することができないが、例えば、断面形状が円形の線状の無機材料を用いる場合には、その直径よりも大きいことが好ましい。無機材料を保持する箇所における幅ｂは、通常、１．５〜５ｍｍ程度である。
【００２９】
カーボンロッド、タングステンロッドなどのロッド、またはタングステン線などの線としては、例えば、その断面形状が円形、楕円形、三角形、四角形などであるロッドまたは線が挙げられる。これらのなかでは、無機材料と接触させて効率よく無機材料を蒸発させる観点から、その断面形状は、円形または楕円形であることが好ましく、円形であることがより好ましい。ロッドまたは線の長さは、特に限定されないが、通常、２０〜１００ｍｍ程度、好ましくは３０〜８０ｍｍ程度である。また、ロッドまたは線の直径は、特に限定されないが、ロッドの場合、通常、１〜５ｍｍ程度であり、線の場合、通常、１００μｍ〜１ｍｍ程度である。
【００３０】
無機材料保持体１は、本発明の無機微粒子の製造装置のチャンバー内で懸架される。本発明の無機微粒子の製造方法および該製造方法に用いられる製造装置を図面に基づいて説明する。
【００３１】
図２は、本発明の無機微粒子の製造方法に好適に使用しうる無機微粒子の製造装置の一実施態様を示す概略説明図である。
【００３２】
図２において、無機微粒子を製造するためのチャンバー２が外部空間と遮断して設けられている。チャンバー２内で、無機材料（図示せず）または無機材料保持体１の一端を懸架するための導電性懸架材Ａ３および無機材料保持体１の他端を懸架するための導電性懸架材Ｂ４が懸架されている。導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４は、それぞれ外部電源（図示せず）と接続され、蓋部７とは電気的に絶縁されている。また、チャンバー２の内部空間を減圧するための減圧管５およびチャンバー２の内部空間に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入管６がそれぞれチャンバー２の内部空間と接続されている。
【００３３】
チャンバー２は、外部から無機材料保持体１を容易に観察することができるようにするために、例えば、石英ガラスなどの耐熱性ガラスでつくられていることが好ましい。また、チャンバー２の上下に配設されている蓋部７および底板８は、それぞれ、例えば、ステンレス鋼などの金属からなるプレートで形成されていればよい。チャンバー２と蓋部７との境界およびチャンバー２と底板８との境界には、チャンバー２の密閉性を高めるために、シール部材９が配設されている。シール部材９としては、例えば、シリコーンゴムなどのゴムからなるＯリングなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
【００３４】
チャンバー２の高さおよび外径は、特に限定されないが、通常、高さは２５〜４０ｃｍ程度、外径は１５〜３０ｃｍ程度であることが、無機微粒子を効率よく製造する観点から好ましい。
【００３５】
チャンバー２内で無機材料（図示せず）または無機材料保持体１を懸架する位置は、特に限定されないが、無機材料または無機材料保持体１を通電加熱したときに無機微粒子を効率よく製造する観点から、チャンバー２の高さの中央部よりもやや下部であることが好ましく、チャンバー２の下からチャンバー２の全体の高さの２５〜５０％程度の位置であることがより好ましい。
【００３６】
本発明においては、まず、減圧管５から脱気をすることにより、チャンバー２内を減圧する。チャンバー２内の減圧の程度は、無機微粒子が空気中に含まれている酸素などによって酸化されるのを防止する観点から、１０−３Ｐａ以下であり、減圧度が高くなるにしたがって減圧に要する時間が長くなるので生産性を高める観点から、１０−５Ｐａ以上である。チャンバー２内が所定の真空度に到達した後には、減圧管５に配設されているバルブ（図示せず）を閉にすることにより、減圧状態を維持する。
【００３７】
次に、減圧されたチャンバー２内に不活性ガスを導入することにより、その内圧が１００〜５００００Ｐａとなるように調整する。
【００３８】
無機材料が貴金属またはその合金からなり、無機材料保持体が炭素からなる無機材料保持体である場合、不活性ガスは、炭素の付着量が少ない貴金属またはその合金からなる微粒子を製造する観点から、二酸化炭素ガスであることが好ましい。また、無機材料が炭素または金属からなり、無機材料保持体がタングステン、モリブデンまたはタンタルからなる場合、均一な粒子径を有する炭素微粒子や金属微粒子を製造する観点から、不活性ガスは、ヘリウムガスまたはアルゴンガスであることが好ましい。
【００３９】
チャンバー２内に不活性ガスを導入し、チャンバー２内の圧力を調整することにより、得られる無機微粒子の粒子径を所望の粒子径に容易に制御することができる。一般に、チャンバー２内の圧力を低くするにしたがって、得られる無機微粒子の粒子径が小さくなり、またチャンバー２内の圧力が高くなるにしたがって、得られる無機微粒子の粒子径が大きくなる傾向がある。チャンバー２内の圧力は、均一な無機微粒子を得る観点から、１００Ｐａ以上であり、粗大な無機微粒子が生成するのを抑制する観点から、５００００Ｐａ以下である。例えば、無機材料として炭素を用い、チャンバー２内の不活性ガスの圧力を１００〜１５０Ｐａに調節した場合には、粒子径が１０〜１５ｎｍ程度のカーボン微粒子が得られる。
【００４０】
なお、チャンバー２内の圧力は、例えば、水銀マノメーターや真空計などの圧力計１０で測定することができる。
【００４１】
次に、チャンバー２内の無機材料（図示せず）に直接電圧を印加するかまたは無機材料保持体１に電圧を印加する。
【００４２】
無機材料（図示せず）に直接電圧を印加する場合、無機材料への電圧の印加は、導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４をそれぞれ無機材料と接続し、導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４を外部電源（図示せず）と接続することによって行なうことができる。また、無機材料保持体１に電圧を印加する場合、導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４をそれぞれ無機材料保持体１と接続し、導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４を外部電源（図示せず）と接続することによって行なうことができる。導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４は、例えば、ステンレス鋼、銅、真鍮、鉄などの導電性を有する金属でつくられていればよく、本発明は、かかる金属の種類によって限定されるものではない。
【００４３】
なお、図２に示される無機微粒子の製造装置では、図１に示される無機材料保持体１が使用されており、無機材料保持体１と導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４とをそれぞれ接続することにより、通電するように構成されている。
【００４４】
導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４に接続されている外部電源（図示せず）から電圧を印加することにより、無機材料は、直接通電加熱されるか、または無機材料保持体１を通電加熱することによって加熱される。
【００４５】
無機材料または無機材料保持体１に通電するときの電流値は、無機微粒子を効率よく生成させる観点から、好ましくは１０Ａ以上、好ましくは２０Ａ以上、さらに好ましくは３０Ａ以上であり、均一な粒子径を有する無機微粒子を得る観点から、好ましくは１００Ａ以下、より好ましくは９０Ａ以下、さらに好ましくは８０Ａ以下である。また、無機材料または無機材料保持体１に電流を印加するときの電圧は、無機材料または無機材料保持体１が有する抵抗値などによって異なるので一概には決定することができないが、通常、好ましくは５〜１１０Ｖ、より好ましくは１０〜１００Ｖである。電圧を印加する時間は、無機材料または無機材料保持体１の大きさや印加される電流値などによって異なるので一概には決定することができない。通常、電圧を印加する時間は、無機材料が蒸発するのに要する時間であればよい。
【００４６】
このようにして無機材料または無機材料保持体１を通電加熱することにより、無機材料が蒸発し、蒸発した無機材料がチャンバー２内に存在している不活性ガスと衝突することにより、無機微粒子が生じる。生成した無機微粒子は、チャンバー２の内壁などに付着する。付着した無機微粒子は、チャンバー２内を大気圧に戻した後、例えば、刷毛などを用いて回収することができる。
【００４７】
なお、無機材料が空気中の酸素などと酸化などの化学反応することを避ける場合には、チャンバー２内を大気圧に戻すときに不活性ガスを導入することが好ましい。生成した無機微粒子が例えば貴金属微粒子などのように空気中の酸素と反応しがたい粒子である場合や、空気中に含まれている酸素などと化学反応を生じても支障がない場合などには、チャンバー２内に大気を導入することにより、チャンバー２内を大気圧に戻してもよい。
【００４８】
回収された無機微粒子の粒子径は、その製造条件によって異なるので一概には決定することができない。無機微粒子の粒子径は、通常、３〜１０００ｎｍ程度の範囲内にある。
【００４９】
本発明によれば、空気と接触したときに速やかに酸化したり、酸化被膜を形成する化学的安定性が低い卑金属などからなる金属微粒子を容易に製造することができる。その一例として、例えば、アルミニウムなどの化学的安定性が低い金属は、空気と接触することによって短時間で酸化アルミニウムに変化するが、本発明によれば、このようなアルミニウムなどの化学的安定性が低い金属からなる微粒子を化学的に変化させずにそのままの状態で製造することができる。このようにして得られた無機微粒子は、例えば、燃料電池用触媒、磁気記録媒体、電子デバイスなどに使用することが期待される。
【実施例】
【００５０】
次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。
【００５１】
実施例１〜８
図２に示される無機微粒子の製造装置を用いた。より具体的には、チャンバー２（石英ガラス製、外径：１６０ｍｍ、高さ：３３０ｍｍ）内に、無機材料として、表１に示す金属線（直径５００μｍ、長さ１０ｍｍ）をタングステン線（直径０.５ｍｍ、長さ５ｃｍ）に捲回したものをチャンバー２の底面から１４０ｍｍの位置に、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製の導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４で懸架した。なお、無機材料として、炭素棒（直径：５ｍｍ、長さ：０．９ｍｍ）を用いた場合には、金属製固定端子で固定することにより、導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４で懸架した。
【００５２】
次に、減圧管５からチャンバー２内の空気を排気し、チャンバー２の内圧が１．０×１０−４Ｐａとなるまで減圧した後、不活性ガスとしてヘリウムガスを不活性ガス導入管６から導入し、チャンバー２の内圧を１３３Ｐａとなるように調整した。その後、導電性懸架材Ａ３と導電性懸架材Ｂ４との間に、表１に示される電流値および電圧を有する交流電流を３０秒間印加した。その結果、チャンバー２内には、煙状の無機微粒子が生成し、チャンバー２の内壁に付着した。
【００５３】
不活性ガス導入管６からヘリウムガスを導入することにより、チャンバー２の内圧を大気圧にまで戻した後、チャンバー２の内壁などに付着した無機微粒子を回収し、その物性として、無機微粒子の粒度分布および平均粒子径を以下の方法に基づいて調べた。その結果を表１に示す。
【００５４】
〔粒度分布〕
カーボン下地膜の上で、得られた無機微粒子を分散させ、透過電子顕微鏡で観察して求めた。この方法は、特に粒子径が数ｎｍオーダーのときに適している。
【００５５】
〔平均粒子径〕
無機微粒子の粒度分布が揃っている場合には１００個程度の粒子を用いるが、通常は３００〜４００個の無機微粒子の粒子径を透過電子顕微鏡で観察して求め、その平均値を算出した。
【００５６】
【表１】
【００５７】
次に、実施例１〜６および実施例８で得られた各金属微粒子の透過電子顕微鏡写真をそれぞれ順に図３〜９に示す。
【００５８】
なお、図４は、実施例２で得られたアルミニウム微粒子が空気中の酸素と接触することによって酸化することを防止するために、カーボンコートが施されたアルミニウム微粒子の透過電子顕微鏡写真である。図６、図８および図９は、それぞれ順に、実施例４で得られた鉄微粒子を空気中に取り出すことによって酸化したときの鉄微粒子の透過電子顕微鏡写真、実施例６で得られたコバルト微粒子を空気中に取り出すことによって酸化したときのコバルト微粒子の透過電子顕微鏡写真および実施例８で得られたニッケル微粒子を空気中に取り出すことによって酸化したときのニッケル微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【００５９】
表１および図３〜９に示された結果から、各実施例によれば、アーク放電を使用しなくても、粒度分布の幅が狭く、均一な粒子径を有する無機微粒子が得られることがわかる。
【００６０】
実施例９〜１５
図２に示される無機微粒子の製造装置を用いた。より具体的には、チャンバー２（石英ガラス製、外径：１６０ｍｍ、高さ：３３０ｍｍ）内に、無機材料として、表２に示す貴金属粉末（平均粒子径：数μｍ）を表２に示す量で無機材料保持体１としてカーボンボート（長さａ：５０ｍｍ、無機材料を保持する箇所における幅ｂ：３ｍｍ、断面形状：Ｖ字状）に入れ、このカーボンボートをチャンバー２の底面から１４０ｍｍの位置に、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製の導電性懸架材Ａ３および導電性懸架材Ｂ４で懸架した。
【００６１】
次に、減圧管５からチャンバー２内の空気を排気し、チャンバー２の内圧が１．０×１０−４Ｐａとなるまで減圧した後、不活性ガスとして二酸化炭素ガスを不活性ガス導入管６から導入し、チャンバー２の内圧を１００００Ｐａとなるように調整した。その後、導電性懸架材Ａ３と導電性懸架材Ｂ４との間に、５０Ａの電流値および３０Ｖの電圧を有する交流電流を３０秒間印加した。その結果、チャンバー２内には、煙状の貴金属微粒子が生成し、チャンバー２の内壁に付着した。
【００６２】
不活性ガス導入管６から空気を導入することにより、チャンバー２の内圧を大気圧にまで戻した後、チャンバー２の内壁などに付着した無機微粒子を回収し、その物性として、貴金属微粒子の粒度分布および平均粒子径を実施例１と同様の方法で調べた。その結果を表２に示す。
【００６３】
【表２】
【００６４】
次に、実施例９〜１５で得られた炭素被覆金属微粒子の透過電子顕微鏡写真をそれぞれ順に図１０〜１６に示す。
【００６５】
表２および図１０〜１６に示された結果から、実施例９〜１５によれば、アーク放電を使用しなくても、粒度分布の幅が比較的狭く、均一な粒子径を有する無機微粒子が得られることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の無機材料保持体の一実施態様を示す概略説明図である。
【図２】本発明の無機微粒子の製造装置の一実施態様を示す概略説明図である。
【図３】本発明の実施例１で得られた銀微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図４】本発明の実施例２で得られたアルミニウム微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図５】本発明の実施例３で得られた金微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図６】本発明の実施例４で得られた鉄微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図７】本発明の実施例５で得られた炭素微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図８】本発明の実施例６で得られたコバルト微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図９】本発明の実施例８で得られたニッケル微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図１０】本発明の実施例９で得られた金微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図１１】本発明の実施例１０で得られた銀微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図１２】本発明の実施例１１で得られた白金微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図１３】本発明の実施例１２で得られたロジウム微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図１４】本発明の実施例１３で得られたルテニウム微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図１５】本発明の実施例１４で得られた白金−ロジウム微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図１６】本発明の実施例１５で得られた白金−ルテニウム微粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 無機材料保持体
２ チャンバー
３ 導電性懸架材Ａ
４ 導電性懸架材Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機微粒子を製造する方法であって、無機微粒子の原料である無機材料をチャンバー内で懸架し、該チャンバー内を１０−５〜１０−３Ｐａに減圧し、不活性ガスを該チャンバー内に導入して該チャンバー内の圧力を１００〜５００００Ｐａに調整した後、前記無機材料を通電加熱することを特徴とする無機微粒子の製造方法。
【請求項２】
無機材料が貴金属またはその合金からなり、不活性ガスとして二酸化炭素ガスを用いる請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
炭素からなる無機材料保持体を用いてチャンバー内で無機材料を懸架し、該無機材料保持体を通電加熱する請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
無機材料が炭素または金属からなり、不活性ガスとしてヘリウムガスまたはアルゴンガスを用いる請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
炭素からなる無機材料を直接通電加熱する請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
タングステン、モリブデンまたはタンタルからなる無機材料保持体を用いてチャンバー内で金属からなる無機材料を懸架し、該無機材料保持体を通電加熱する請求項４に記載の製造方法。
【請求項７】
無機微粒子を製造するための製造装置であって、無機微粒子を製造するためのチャンバーが外部空間と遮断して設けられ、無機材料を懸架し、通電加熱するための導電性懸架材Ａおよび導電性懸架材Ｂが該チャンバー内で懸架され、チャンバーの内部空間を減圧するための減圧管およびチャンバーの内部空間に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入管がそれぞれチャンバーの内部空間と接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法に用いられる無機微粒子の製造装置。
【請求項１】
無機微粒子を製造する方法であって、無機微粒子の原料である無機材料をチャンバー内で懸架し、該チャンバー内を１０−５〜１０−３Ｐａに減圧し、不活性ガスを該チャンバー内に導入して該チャンバー内の圧力を１００〜５００００Ｐａに調整した後、前記無機材料を通電加熱することを特徴とする無機微粒子の製造方法。
【請求項２】
無機材料が貴金属またはその合金からなり、不活性ガスとして二酸化炭素ガスを用いる請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
炭素からなる無機材料保持体を用いてチャンバー内で無機材料を懸架し、該無機材料保持体を通電加熱する請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
無機材料が炭素または金属からなり、不活性ガスとしてヘリウムガスまたはアルゴンガスを用いる請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
炭素からなる無機材料を直接通電加熱する請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
タングステン、モリブデンまたはタンタルからなる無機材料保持体を用いてチャンバー内で金属からなる無機材料を懸架し、該無機材料保持体を通電加熱する請求項４に記載の製造方法。
【請求項７】
無機微粒子を製造するための製造装置であって、無機微粒子を製造するためのチャンバーが外部空間と遮断して設けられ、無機材料を懸架し、通電加熱するための導電性懸架材Ａおよび導電性懸架材Ｂが該チャンバー内で懸架され、チャンバーの内部空間を減圧するための減圧管およびチャンバーの内部空間に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入管がそれぞれチャンバーの内部空間と接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法に用いられる無機微粒子の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−６６５４７（Ｐ２００９−６６５４７Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３８９８３（Ｐ２００７−２３８９８３）
【出願日】平成１９年９月１４日（２００７．９．１４）
【出願人】（５９３００６６３０）学校法人立命館 (359)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１４日（２００７．９．１４）
【出願人】（５９３００６６３０）学校法人立命館 (359)
【Ｆターム（参考）】
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