気相プロセスによる多成分系ナノ粒子の合成と付着・配列

气相法合成、附着和排列多组分纳米颗粒

基本信息

批准号：
00J01238
负责人：
中曽浩一
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、本研究の最終年度として、前年度までに検討してきた、単成分系ナノ粒子の合成に関する生成過程の評価の研究をもとにして、主に球形ナノ粒子合成を目的としてプロセスの最適化をはかった。気相プロセスはクリーンで大量の微粒子が合成できるプロセスとして注目されているが、生成粒子の凝集が大きな問題となっている。そこで、本年度は凝集の緩和に重点をおいて研究を行った。具体的には、静電噴霧法を利用して生成する単極荷電イオンを原料ガスとともに、反応炉内へ導入した。そのさい、生成粒子が単極荷電イオンと衝突する、もしくは、イオンを核として粒子が生成するというメカニズムを経て、単極荷電した粒子が生成するために粒子間に静電反発力が働き、粒子間の凝集が緩和されるというものである。本手法はElectrospray Assisted Chemical Vapor Deposition (ES-CVD)法と呼ぶ。このES-CVD法によって、非凝集で球形のシリカ、チタニア、ジルコニアといった各種酸化物のナノ粒子が合成できた。しかも、供給原料濃度を変化させることで40nmから10nmの範囲で粒子径が制御できた。このES-CVD法は非凝集球形ナノ粒子合成のためのひとつの手段として有効な手法であると考えられる。さらに生成粒子はあらかじめ単極荷電粒子であるため、静電気力を利用した静電粒子捕集器により基板上へナノ粒子を付着できた。粒子付着および配列形成に関する研究では、当初、外部の荷電装置および微分型静電分級器の利用によって単極荷電粒子を製造する予定であったが、ES-CVD法により、これらを用いることなく粒子発生装置から粒子付着装置まで一連のプロセスとして扱うことができる。以上のように、本年度は、これまでの粒子合成の評価を基礎とした粒子形態制御と、静電気力による粒子付着制御までのシンプルなプロセスを提案できた。

今年，作为这项研究的最后一年，我们基于对生产过程的评估，主要是出于球形纳米颗粒合成的目的，优化了该过程，该过程涉及到上一年的单个组分纳米颗粒的合成。蒸气相过程吸引了注意力作为一个干净的过程，可以合成大量的细颗粒，但是产生的颗粒的聚集是一个主要问题。因此，今年我们进行了研究，重点是减轻聚集。具体而言，使用静电喷雾法产生的单极电荷离子与原材料气体一起引入反应器中。目前，产生的颗粒与单极带电离子或使用离子作为核产生的颗粒碰撞，并在颗粒之间施加静电排斥力，从而减少颗粒之间的聚集。该方法称为电喷雾辅助化学蒸气沉积（ES-CVD）方法。这种ES-CVD方法允许合成各种氧化物的纳米颗粒，例如非聚集，球形二氧化硅，二氧化钛和氧化氧化物。此外，通过更改原料浓度，粒径可以在40 nm至10 nm的范围内控制。该ES-CVD方法被认为是合成非聚集球形纳米颗粒的有效方法。此外，由于产生的颗粒是前带电荷的颗粒，因此可以通过利用静电力的静电颗粒收集器将纳米颗粒粘附在底物上。最初计划通过使用外部电荷设备和分化的静电分类器来产生单极带电的颗粒的颗粒粘附和比对形成的研究，但是ES-CVD方法允许ES-CVD方法不用这些方法将过程从粒子发生器到粒子粘附设备的过程处理。如上所述，今年，我们能够提出一个简单的过程，从迄今为止粒子合成的评估以及使用静电力控制的粒子粘附控制等简单过程。