DE69723503T2

DE69723503T2 - Ultrafeines Partikel, Verfahren seiner Herstellung, Herstellung von Formkörper aus diesen Partikeln und Fullerenes und deren Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69723503T2
Application number: DE69723503T
Authority: DE
Inventors: Shun-ichiro Yokohama-shi Tanaka; BingShe Kanazawa-ku Xu
Original assignee: Toshiba Corp; Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1996-05-22
Filing date: 1997-05-22
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2017-05-23
Also published as: EP0808682B1; US6017630A; EP0808682A2; DE69723503D1; EP0808682A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ultrafeine Teilchen, gebildet aus verschiedenen Arten von Feststoffmaterialien, wie Metall, Halbleiter und Verbindung, und ein Verfahren zum Herstellen der ultrafeinen Teilchen, ein Verfahren zum Herstellen von aus ultrafeinen Teilchen gebundenen Körpern, und auf Fullerene durch ein neues Herstellungsverfahren und auf ein Verfahren zum Herstellen der Fullerene.
Metallteilchen oder Verbindungsteilchen, wie Metalloxidteilchen, wenn Teilchen ultrafein mit einem Durchmesser von 100 nm oder niedriger sind, haben verschiedene Eigenschaften von normalen Teilchen (beispielsweise 1 μm oder größer). In einem ultrafeinen Teilchen bestand eine Anzahl von Atomen auf einem Teilchenoberflächenanstieg relativ zur Gesamtzahl von Atomen des Teilchens. Deshalb können, weil eine Wirkung von freier Oberflächenenergie im Hinblick auf die Teilcheneigenschaften nicht ignoriert werden kann, neue Eigenschaften erzeugt werden.
Die ultrafeinen Teilchen werden geeignetermaßen verwendet, ein neues Oberflächenphänomen festzustellen und eine Kontur des neuen Oberflächenphänomens zu fassen. Beispielsweise verringern sich ein Schmelzpunkt und eine Sintertemperatur von ultrafeinen Teilchen im Vergleich zu einer Masse. Zusätzlich kann, wenn es eine Vielheit von ultrafeinen Teilchen gibt, ein Tunneleffekt unter ihnen erzeugt werden, oder quantenmechanische Effekte (wie eine Quantenvertiefung und eine Minibande) können stattfinden. Eine hohe katalytische Wirkung kann in Abhängigkeit von Arten von ultrafeinen Teilchen erhalten werden. Diese ultrafeinen Teilchen können zum Verbessern der Materialeigenschaften und zum Entwickeln einer sehr feinen Vorrichtung verwendet werden und können auch auf funktionelle Materialien, wie ein Katalysator, angewendet werden. Physikalische Eigenschaften von ultrafeinen Teilchen und eine Verwendung von ultrafeinen Teilchen werden untersucht.
Herkömmliche ultrafeine Teilchen werden durch beispielsweise physikalische oder chemische Verfahren hergestellt. Die physikalischen Verfahren zum Herstellen von ultrafeinen Teilchen schließen ein Gasverdampfimgsverfahren, ein Metallverdampfungssyntheseverfahren und ein Vakuumverdampfungsverfahren bei einem Fluidumöl ein. Bei dem Gasverdampfungsverfahren wird ein Metall oder dergleichen in einem Inertgas verdampft, und dann werden ultrafeine Teilchen hergestellt, zum Gekühltwerden und Kondensiertwerden durch Kollision des verdampften Metalls mit dem Gas. Als ein Material für ultrafeine Teilchen können auch Metallatome, verdampft durch Sputtern, verwendet werden. Bei dem Metallverdampfungssyntheseverfahren wird ein Metall in einem Vakuum erhitzt und verdampft, Metallatome werden zusammen mit einem organischen Lösungsmittel auf einem Substrat abgeschieden, welches unter einen Gefrierpunkt des organischen Lösungsmittels gekühlt wird. Bei dem Vakuumverdampfungsverfahren bei einem Fluidumöl wird ein Metall auf einem Öl abgeschieden.
Chemische Verfahren zum Herstellen von ultrafeinen Teilchen sind bekannt, eine flüssige oder Gasphase zu verwenden. Die Herstellungsverfahren unter Verwenden einer flüssigen Phase schließen ein Kolloidverfahren, ein Alkoxidverfahren, ein Copräzipitationsverfahren und dergleichen ein. Bei dem Kolloidverfahren wird ein Edelmetallsalz in einem Alkohol, zusammen vorliegend mit einem hochmolekularen oberflächenaktiven Mittel, unter Rückfluß reduziert. Bei dem Alkoxidverfahren wird es bei der Hydrolyse von Metallalkoxid verwendet. Bei dem Copräzipitationsverfahren wird ein Fällungsmittel zu einer Metallsalz gemischten Lösung unter Erhalten gefällter Teilchen hinzugefügt.
Die Herstellungsverfahren unter Verwenden einer Gasphase schließen ein thermisches Zersetzungsverfahren für organische Metallverbindungen, ein Metallchloridreduktions/Oxidations/Nitrierungsverfahren, ein Reduktionsverfahren in Wasserstoff und ein Lösungsmittelverdampfungsverfahren ein. Bei dem thermischen Zersetzungsverfahren von organischen Metallverbindungen wird eine Metallcarbonylverbindung oder dergleichen unter Erhalten von ultrafeinen Metallteilchen pyrolysiert. Bei dem Metallchloridreduktions/Oxidations/Nitrierungsverfahren wird ein Metallchlorid in einem Reaktionsgasfluß unter Erhalten von ultrafeinen Teilchen reduziert/oxidiert oder nitriert. Bei dem Reduktionsverfahren in Wasserstoff wird ein Oxid oder ein Hydrat in einem Wasserstoffstrom unter Reduzieren erhitzt. Bei dem Lösungsmittelverdampfungsverfahren wird eine Metallsalzlösung durch eine Düse unter Trocknen durch Heißluft atomisiert.
Herkömmliche Forschung und Entwicklung von ultrafeinen Teilchen beziehen sich hauptsächlich auf ein Aggregat von ultrafeinen Teilchen. Die Eigenschaften und Anwendungen von ultrafeinen Teilchen und auch verschiedene Arten zum Betreiben und Kontrollieren des ultrafeinen Teilchens als eine Einheitssubstanz werden weniger untersucht wegen der Verfahren zum Herstellen der zuvor beschriebenen ultrafeinen Teilchen. Nämlich ein ultrafeines Teilchen wurde kaum als eine Einheitssubstanz durch die herkömmlichen Herstellungsverfahren erhalten.
Einige Untersuchungen werden zum Anwenden der ultrafeinen Teilchen auf Vorrichtungen und verschiedene funktionelle Materialien gemacht. Aber selbst wenn die herkömmlichen Herstellungsverfahren ein ultrafeines Teilchen als eine Einheitssubstanz herstellen könnten, können derartige Verfahren nicht vollständig dessen gebildeten Zustand kontrollieren. Somit werden die ultrafeinen Teilchen daran gehindert, angewendet zu werden. Beispielsweise wird es erwartet, daß ultrafeine Produkte, verschiedene Vorrichtungen und verschiedene funktionelle Materialien durch Binden ultrafeiner Teilchen gegenseitig unter kontrollierten Bedingungen hergestellt werden können. Aber weil Untersuchungen im Hinblick auf Kontrolle von gegenseitigem Binden ultrafeiner Teilchen unzweichend sind, sind die zuvor beschriebenen Anwendungen und Entwicklungen nicht vollendet worden.
Zum Erleichtern von Untersuchungen im Hinblick auf die physikalischen Eigenschaften und die Anwendungen des ultrafeinen Teilchens als eine Einheitssubstanz wird es verlangt, die Herstellung eines ultrafeinen Teilchens als eine Einheitssubstanz zu erzielen. Es wird auch verlangt, eine Technik zu erzielen, die eine Position und einen Zustand, das ultrafeine Teilchen herzustellen, kontrollieren kann. Ferner ist es erwünscht, eine Technologie zu vollenden, die die ultrafeinen Teilchen als eine Einheitssubstanz unter kontrollierten Bedingungen binden kann, und eine Technologie zum Stabilisieren eines gebundenen ultrafeinen Teilchens, die bedeutsam beim Anwenden eines gebundenen ultrafeinen Teilchens ist.
EP 0265886 bezieht sich auf ein Verfahren zum Bilden eines ultrafeinen Teilchens durch Bestrahlen eines Zielmaterials mit einem Laser. Ein künstliches Echo wird erzeugt, daß die ultrafeinen Teilchen enthält.
Im Hinblick auf die zuvor genannten Umstände ist es eine Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung, ein ultrafeines Teilchen zur Verfügung zu stellen, das als eine Einheitssubstanz mit ihren Bildungspositionen und Zuständen kontrolliert erhalten und betrieben werden kann, in verschiedenen Weisen kontrolliert und angewendet werden kann, und ein Verfahren zum Herstellen davon. Eine andere Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines aus ultrafeinen Teilchen gebundenen Körpers zur Verfügung zu stellen, das ultrafeine Teilchen gegenseitig als eine Einheitssubstanz unter kontrollierten Bedingungen binden kann und einen aus ultrafeinen Teilchen gebundenen Körper stabilisieren kann. Noch eine Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist es, eine Fulleren enthaltende Substanz durch das neue Herstellungsverfahren und ein neues Fullerenherstellungsverfahren zur Verfügung zu stellen.
Zum Lösen der zuvor genannten Aufgaben haben die Erfinder verschiedene Untersuchungen durchgeführt und festgestellt, daß ein Zielmaterial mit einer Pore auf einem Substrat angeordnet wird, und ein Hochenergiestrahl wird auf die Innenwand der Pore des Zielmaterials in einer Schrägrichtung gestrahlt, wodurch ein einzelnes oder Vielheit von ultrafeinen Teilchen getrennt als eine Einheitssubstanz erhalten wird und aus Bestandteilsatomen oder -molekülen des Zielmaterials gebildet wird. Das ultrafeine Teilchen kann auf dem Substrat an einer Position gebildet werden, die der Pore des Zielmaterials entspricht.
Daneben wurde festgestellt, daß das ultrafeine Teilchen sich auf dem amorphen Kohlenstoffsubstrat bildete durch Strahlen des Schräghochenergiestrahls auf das Zielmaterial mit einer Pore in einem Dienst, wirksam als ein Keimbildungspunkt von Fulleren, wie Riesenfullerenen, zu dienen. Mit dem ultrafeinen Teilchen, verwendet als der Keimbildungspunkt, kann das Fulleren mit guter Reproduzierbarkeit und bei gewünschter Position gebildet werden. Daneben wird das erhaltene Fulleren durch Schrägstrahlen eines Energiestrahls wachsen gelassen.
In Verbindung mit der Bindung der ultrafeinen Teilchen haben die Erfinder folgendes festgestellt. Wenn der Hochenergiestrahl auf mindestens zwei ultrafeine Nachbarmetallteilchen gestrahlt wird, werden diese ultrafeinen Metallteilchen gegenseitig gebunden. Wenn der erhaltene Körper, gebunden aus ultrafeinen Metallteilchen, eine entsprechende Korngrenze hat, kann Wert Σ der entsprechenden Korngrenze der gebundenen Grenzfläche durch zusätzliches Strahlen des Hochenergiestrahls verringert werden. Daneben kann der gebundene Körper aus ultrafeinen Metallteilchen in ein monokristallines Korn oder ein polykristallines Korn geändert werden. Zu diesem Zeitpunkt sind Mängel in dem monokristallinen Korn oder polykristallinen Korn verringert.
In einem ersten Aspekt liefert die gegenwärtige Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines ultrafeinen Teilchens, umfassend die Stufen von Anordnen eines Zielmaterials mit einer Pore auf einem Substrat, Strahlen eines Hochenergiestrahls auf die Innenwand der Pore des Zielmaterials in einer Schrägrichtung unter Loslösen von Bestandteilsatomen oder -molekülen des Zielmaterials und Adsorbieren der Bestandteilsatome oder -moleküle des Zielmaterials, losgelöst von dem Zielmaterial, an eine Position, die der Pore des Zielmaterials auf dem Substrat entspricht.
Die ultrafeinen Teilchen werden als Einheitssubstanz in einem separaten Zustand auf dem Substrat an der Position, die der Pore des Zielmaterials entspricht, erhalten. Deshalb können verschiedene Vorgänge und Kontrollen erzielt werden. Unter Verwenden dieser ultrafeinen Teilchen werden Anwendungen auf elektronische Vorrichtungen, basierend auf einem Tunneleffekt unter den ultrafeinen Teilchen oder quantenmechanischen Wirkungen (wie eine Quantenvertiefung und eine Minibande), auf verschiedene funktionelle Materialien unter Verwenden von hoch charakteristischen Eigenschaften erleichtert. Und die Komponentenmaterialien für das ultrafeine Teilchen können in Übereinstimmung mit den Arten von Zielmaterial und einer Atmosphäre, in die der Hochenergiestrahl gestrahlt wird, bestimmt werden. Deshalb können verschiedene ultrafeine Teilchen, wie ein ultrafeines Metallteilchen, ein ultrafeines Halbleiterteilchen und ein ultrafeines Verbindungsteilchen, relativ leicht erhalten werden. Daneben können ihre Kristallzustände kontrolliert werden.
Das Verfahren kann ferner die Stufen von Binden von mindestens zwei ultrafeinen Nachbarmetallteilchen unter Herstellen eines aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körpers mit einer entsprechenden Korngrenze durch Strahlen eines Hochenergiestrahls auf mindestens die zwei ultrafeinen Metallteilchen und Stabilisieren des aus ultrafeinen Metallteichen gebundenen Körpers durch zusätzliches Strahlen des Hochenergiestrahls auf den aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körper mit der entsprechenden Korngrenze umfassen.
Das Verfahren zum Herstellen des aus ultrafeinen Teilchen gebundenen Körpers gemäß der Erfindung erniedrigt Wert Σ der entsprechenden Korngrenze des aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körpers in der Stabilisierungsstufe. Daneben wird der aus ultrafeinen Metallteilchen gebundene Körper mit dem verringerten Wert Σ der entsprechenden Korngrenze zu einem monokristallinen Korn oder einem polykristallinen Korn geändert, und Defekte in dem Monokristallkorn oder Polykristallkorn werden in der Stabilisierungsstufe verringert.
In einem zweiten Aspekt liefert die gegenwärtige Erfindung eine Fulleren enthaltende Substanz, umfassend ein amorphes Kohlenstoffsubstrat, und ein Fulleren, angeordnet auf oder nahe einer Oberfläche des amorphen Kohlenstoffsubstrats und gebildet als ein Keimbildungspunkt mit Bestandteilsatomen oder – Molekülen, losgelöst von einem Zielmaterial mit einer Pore, angeordnet auf dem amorphen Kohlenstoffsubstrat durch eine Schräghochenergiestrahlstrahlung und adsorbiert auf der Oberfläche des amorphen Kohlenstoffsubstrats an einer der Pore des Zielmaterials entsprechenden Position.
Eine Vielheit von Fullerenen kann auf oder nahe der Oberflöche des amorphen, gegenseitig gebundenen Kohlenstoffsubstrats unter Bilden einer foliengeformten Struktur gebildet werden.
In einem dritten Aspekt liefert die gegenwärtige Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Fullerens, umfassend die Stufen von Anordnen eines Zielmaterials mit einer Pore auf einem amorphen Kohlenstoffsubstrat, Strahlen eines Hochenergiestrahls auf die Innenwand der Pore des Zielmaterials in einer Schrägrichtung unter Zusammenstoßen von Bestandteilsatomen oder -Molekülen des Zielmaterials mit der Oberfläche des amorphen Kohlenstoffsubstrats und Bilden eines Fullerens auf oder nahe einer Oberfläche des amorphen Kohlenstoffsubstrats mit dem Kollisionspunkt der Bestandteilsatome oder – Moleküle des Zielamterials als Keimbildungspunkt.
Daneben strahlt das Verfahren zum Herstellen des Fullerens gemäß der Erfindung den gleichen oder unterschiedlichen Hochenergiestrahl auf das amorphe Kohlenstoffsubstrat unter Züchten des Fullerens.
Die Fulleren enthaltende Substanz gemäß der Erfindung kann unter den kontrollierten Bedingungen mit guter Reproduzierbarkeit erhalten werden. Das Fulleren hat die ultrafeinen Teilchen, die von dem Zielmaterial losgelöst und auf der Oberfläche des amorphen Kohlenstoffsubstrats als der Keimbildungspunkt adsorbiert werden, so daß die Bildungsposition gemäß der Form der Pore des Zielmaterials kontrolliert werden kann. Die erhaltenen Fullerene werden durch weiteres Strahlen des Hochenergiestrahls auf das amorphe Kohlenstoffsubstrat gezüchtet. Deshalb kann die Form des Fullerens kontrolliert werden. Beispielsweise kann eine Vielheit von Fullerenen gegenseitig unter Bilden einer foliengeformten Struktur verbunden werden. Somit kann die gegenwärtige Erfindung das Fulleren auf verschiedene Weisen kontrollieren und betreiben.
1A, 1B und 1C sind Abschnittsansichten, die schematisch eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen ultrafeiner Teilchen der Erfindung zeigen;
2A, 2B und 2C sind schematische Ansichten, die ein Verfahren zum Herstellen eines aus ultrafeinen Teilchen gebundenen Körpers zeigen;
3 ist eine schematische Ansicht, die ultrafeine Metallteilchen, zu verwenden als ein Ausgangsmaterial für einen aus ultrafeinen Teilchen gebundenen Körper, zeigt;
4A und 4B sind Abschnittsansichten, die schematsich eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer Fulleren enthaltenden Substanz der Erfindung zeigen;
5 ist eine Abschnittsansicht, die schematisch eine andere Ausführungsform einer Fulleren enthaltenden Substanz der Erfindung zeigt;
6 ist eine schematische Ansicht, die ein Beobachtungsergebnis durch TEM von Pt ultrafeinen Teilchen, hergestellt in der Ausführungsform 1, zeigt;
7 ist eine Graphik, die Meßergebnisse der Durchmesser von ultrafeinen Pt Teilchen, hergestellt in der Ausführungsform 1, zeigt;
8 ist eine Graphik, die die Meßergebnisse der Durchmesser von ultrafeinen Pt Teilchen, hergestellt mit den geänderten Bedingungen, zeigt;
9 ist eine schematische Ansicht, die ein Elektronenbeugungsmuster von ultrafeinen Pt Teilchen unmittelbar nach der Herstellung in der Ausführungsform 1 zeigt;
10 ist eine schematische Ansicht, die ein Elektronenbeugungsmuster unmittelbar nach Strahlen eines Elektronenstrahls von 1,0 × 10²⁰ e/cm²·Sek auf ultrafeine Pt Teilchen, hergestellt in der Ausführungsform 1, für 240 Sekunden zeigt;
11 ist eine schematische Ansicht, die ein Beobachtungsergebnis durch TEM nach Strahlen eines Elektronenstrahls von 1,0 × 10²⁰ e/cm²·Sek auf die Vielheit von ultrafeinen Pt Teilchen, gezeigt in 6, für 700 Sekunden zeigt;
12 ist eine schematische Ansicht, die Teil der Vielheit von ultrafeinen Pt Teilchen, gezeigt in 11, in einem HETRM Bild zeigt;
13 ist eine schematische Ansicht, die ein Beobachtungsergebnis durch TEM nach Strahlen eines Elektronenstrahls von 2,1 × 10²⁰ e/cm²·Sek auf eine Vielheit von ultrafeinen Pt Teilchen für 700 Sekunden zeigt;
14 ist eine schematische Ansicht, die ein Beobachtungsergebnis durch TEM anderer ultrafeiner Pt Teilchen, verwendet als Ausgangssubstanz für einen aus ultrafeinen Teilchen gebundenen Körper zeigt;
15 ist eine schematische Ansicht, die ein Beobachtungsergebnis durch TEM nach Strahlen eines Elektronenstrahls von 3,3 × 10²⁰ e/cm²·Sek auf die Vielheit von ultrafeinen Pt Teilchen, gezeigt in 14, für 300 Sekunden zeigt;
16 ist eine schematische Ansicht, die ein Beobachtungsergebnis durch TEM nach Strahlen eines Elektronenstrahls von 3,3 × 10²⁰ e/cm²·Sek auf die Vielheit von ultrafeinen Pt Teilchen, gezeigt in 14, für 1000 Sekundne zeigt; und
17 ist eine Graphik, die die Beziehung zwischen Wert Σ eines gebundenen Körpers von ultrafeinen Teilchen und dessen Verhältnis, wenn eine Intensität von strahlenden Elektronenstrahlen variiert wurde, zeigt.
Ausführungsformen der Erfindung sind mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1A bis 1C sind Querschnittsansichten, die schematisch eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen von ultrafeinen Teilchen der Erfindung zeigen. In diesen Zeichnungen bezeichnet Bezugsziffer 1 ein Substrat, das auf einem Trägerglied 2 angeordnet ist, unter Bilden ultrafeiner Teilchen darauf. Das Substrat 1 kann aus irgendeiner Art von Feststoffmaterialien gebildet werden, unabhängig davon, ob es ein kristallines Substrat oder ein amorphes Substrat ist. Beispielsweise können Metall, Nichtmetall, Halbleiter, Verbindung und andere Substrate verwendet werden.
Wie in 1A gezeigt, wird ein Zielmaterial 3, welches ein Material zum Bilden ultrafeiner Teilchen ist, auf dem Substrat 1 angeordnet. Das Zielmaterial 3 hat eine Vielheit von Poren 4. Ein Hochenergiestrahl 5 wird auf eine Inneenwand 4a jeder Pore 4 in einer Schrägrichtung von oben gestrahlt. Das Zielmaterial 3 mit einer Vielheit von Poren 4 kann ein Siebmaterial sein, und eine Folie, die die Poren 4 hat, gebildet durch ein chemisches Verfahren, wie Ätzen oder ein elektrochemisches Verfahren, oder eine Folie mit den Poren 4, gebildet durch einen Laserstrahl. Das Zielmaterial 3 ist nicht auf einen einzelnen Körper beschränkt, sondern kann ein Laminat, gebildet aus einer Vielheit von unterschiedlichen Zielmaterialien, sein. Das Zielmaterial 3 kann verschiedene Arten von Feststoffmaterialien sein, wie verschiedene Metalle wie Pt, Au, Cu und Al, verwendet allein und Legierungen davon, Halbleiter, wie Si, Verbindungen, wie Metalloxide, Metallchloride, Metallfluoride und Metallboride.
Die Poren 4 des Zielmaterials 3 liefern Positionen, wo ultrafeine Teilchen gebildet werden. Die Innenwand 4a der Pore 4 bildet eine Oberfläche zum Liefern eines Materials zum Bilden ultrafeiner Teilchen, nämlich die Bestandteilsatome oder -Moleküle des Zielmaterials 3. Deshalb werden die Form und Anordnung der Poren 4 und die Dicke des Zielmaterials 3 bestimmt, wobei die Form und Anordnung von zu erhaltenen ultrafeinen Teilchen und ein Einfallswinkel θ des Hochenergiestrahls 5 in Betracht gezogen werden. Insbesondere ist es vorzuziehen, daß die Pore 4 einen Durchmesser von 0,1 bis 1 × 10³ μm hat, und das Zielmaterial 3 hat eine Dicke von etwa 0,2 bis 1 × 10³ μm. Wenn die Poren 4 einen übermäßig kleinen Durchmesser haben, oder das Zielmaterial 3 übermäßig dünn ist, ist der Einfallswinkel θ des Hochenergiestrahls 5 beschränkt, und die Herstellung von ultrafeinen Teilchen kann mit Schwierigkeit durchgeführt werden. Umgekehrt, wenn die Poren 4 einen übermäßg kleinen Durchmesser haben, oder das Zielmaterial 3 übermäßig dick ist, wird es schwierig, ultrafeine Teilchen herzustellen.
Der Einfallswinkel θ des Hochenergiestrahls 5 hängt von einem Durchmesser d der Pore 4 und einer Dicke t des Zielmaterials 3 ab. Der Einfallswinkel θ des Hochenergiestrahls 5 wird wünschenswerterweise eingestellt, in einen Bereich von 20 bis 45 Grad zu fallen, ultrafeine Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 1 bis 10 nm zu erhalten. Deshalb werden der Durchmesser d der Pore 4 und die Dicke t des Zielmaterials 3 vorzugsweise so eingestellt, daß tan^–1 (t/d) in einem Bereich von 20 bis 45 Grad ist. Daneben ist es bevorzugter, so einzustellen, daß tan^–1 (t/d) in einem Bereich von 30 bis 45 Grad ist.
Wie in 1B gezeigt, werden, wenn der Hochenergiestrahl 5 auf die Innenwand 4a der Pore 4 in einer Schrägrichtung von oben gestrahlt wird, die Bestandteilsatome oder -moleküle des Zielmaterials 3 losgelöst (angegeben durch die Pfeile mit einer gepunkteten Linie). Die Bestandteilsatome oder -moleküle, losgelöst von dem Zielmaterial 3, absorbieren auf dem Substrat 1. In der Zeichnung gibt 6' ein Adsorptionsmittel an.
Der zu strahlende Hochenergiestrahl 5 ist nicht besonders begrenzt. So weit, wie er genug Energie hat, die Bestandteilsatome oder -moleküle von dem Zielmaterial 3 zu lösen, kann irgendeine Art des Hochenergiestrahls 5 verwendet werden. Als der Hochenergiestrahl 5 wird ein Ionenstrahl, wie ein Argonionenstrahl mit einer Beschleunigungsspannung von 2 bis 5 kV und ein Strahlstrom von etwa 0,1 bis 1 mA verwendet. Es kann ein Elektronenstrahl, ein Laserstrahl, Röntgenstrahlen, γ-Strahlen oder ein Neutronenstrahl, die dem Zielmaterial 3 den gleichen Stoß geben können wie der Ionenstrahl, verwendet werden. Aber verschiedene Bedingungen sollen unter Beachten der der Trennung der Bestandteilsatome oder -moleküle von dem Zielmaterial 3 festglegt werden, das im wesentlichen bestimmt wird durch eine Schlagzähigkeit des Zielmaterials 3 gegen den Hochenergiestrahl 5, nämlich die Bindungsenergie von Kristallen des Zielmaterials 3.
Wenn ein Ionenstrahl als der Hochenergiestrahl 5 verwendet wird, aber eine Beschleunigungsspannung oder ein Strahlstrom übermäßig niedrig ist, können die Bestandteilsatome oder – moleküle nicht ausreichend wirksam von dem Zielmaterial 3 gelöst werden. Umgekehrt, wenn eine Beschleunigungsspannung oder ein Strahlstrom übermäßig hoch ist, werden Schädigungen gegenüber dem Zielmaterial 3 allein erhöht, und es ist schwierig, den Zustand der Bestandteilsatome oder -moleküle zu kontrollieren. Dieses wird auch angewendet, wenn ein Elektronenstrahl, ein Laserstrahl, Röntgenstrahlen, γ-Strahlen oder ein Neutronenstrahl als der Hochenergiestrahl 5 verwendet wird.
Eine Atmosphäre, in der der Hochenergiestrahl 5 gestrahlt wird, wird entsprechend dem verwendeten Strahl bestimmt. Beispielsweise schließt eine derartige Atmosphäre eine Vakuumatmosphäre oder eine inerte Atmosphäre, wie eine Argonatmosphäre, ein. Zum Bilden von ultrafeinen Verbindungsteilchen können eine Sauerstoff enthaltende Atmosphäre oder eine Stickstoffatmosphäre verwendet werden.
Wie in 1C gezeigt, werden durch Strahlen des Hochenergiestrahls 5 für eine vorher festgelegte Dauer unter Loslösen der Bestadteilsatome oder -moleküle kontinuierlich von dem Zielmaterial 3 ultrafeine Zielteilchen 6 auf dem Substrat 1 gebildet. 1C veranschaulicht einen Zustand, bei dem die ultrafeinen Teilchen 6 jeweils auf dem Substrat 1 an entsprechenden Punkten gebildet werden, die den Poren 4 des Zielmaterials 3 entsprechen. Die Zahl von ultrafeinen Teilchen 6, gebildet an den Positionen, die den Poren 4 entsprechen, können durch den Durchmesser der Poren 4 und die Strahlungsbedingungen des Hochenergiestrahls 5 kontrolliert werden. Eine Vielheit von ultrafeinen Teilchen 6, die als eine Einheitssubstanz getrennt werden, können auf dem Substrat 1 an Punkten, die der Pore 4 entsprechen, gebildet werden.
Die ultrafeinen Teilchen 6 können als ein Einheitssubstanzteilchen in einem getrennten Zustand erhalten werden, wobei ihre Bildungspositionen auf dem Substrat 1 den Poren 4 des Zielmaterials 3 entsprechen. Der Durchmesser der ultrafeinen Teilchen 6 kann auf beispielsweise etwa 1 bis 10 nm kontrolliert werden. Die Strahlungsdauer des Hochenergiestrahls 5 wird bestimmt, wie benötigt, in Übereinstimmung mit der Intensität des Hochenergiestrahls 5 oder der Größe der ultrafeinen Zielteilchen 6.
Das Substrat 1, das mit dem Hochenergiestrahl bestrahlt wird, kann in einem Zustand, gehalten bei Raumtemperatur, oder in einem erhitzten Zustand sein. Die Temperaturen des Substrats 1 haben eine Wirkung auf den kristallinen Zustand der erhaltenen ultrafeinen Teilchen. Wenn das Substrat 1 bei Raumtemperatur ist, ist es leicht, die ultrafeinen Teilchen 6 in einem niedrigkristallinen Zustand oder in einem amorphen Zustand zu erhalten. Wenn das Substrat 1 erhitzt wird, kann der kristalline Zustand der ultrafeinen Teilchen 6 durch die erhitzte Temperatur kontrolliert werden. Der kristalline Zustand der ultrafeinen Teilchen 6 kann auch kontrolliert werden durch Erhitzen des Substrats oder Strahlen mit einem Elektronenstrahl, nachdem die ultrafeinen Teilchen 6 gebildet sind. Daneben kann das Substrat 1 rotieren gelassen werden, wenn der Hochenergiestrahl 5 gestrahlt wird. Somit können die ultrafeinen Teilchen 6 wirksam gebildet werden.
Wie zuvor beschrieben, können die Größe, Zustand und Zahl der zu erhaltenen ultrafeinen Teilchen 6 durch die Temperatur des Substrats 1, die Intensität, Strahlungszeit und Strahlungsatmosphäre des Hochenergiestrahls 5, die Rotation oder nicht und die Rotationsgeschwindigkeit des Substrats 1, die Dicke des Zielmaterials 3 und den Durchmesser der Poren 4 konrolliert werden. Somit können die ultrafeinen Teilchen 6 in verschiedenen Arten, geeignet für Anwendungszwecke, erhalten werden. Und die ultrafeinen Teilchen 6 werden als eine Einheitssubstanz in einem getrennten Zustand an Positionen in Übereinstimmung mit den Poren 4 des Zielmaterials 3 auf dem Substrat 1 gebildet. Deshalb können sie auf Elektronenvorrichtungen und hochfunktionellen Katalysatoren unter Verwenden von beispielsweise einem Tunneleffekt unter den ultrafeinen Teilchen oder quantenmechanischen Effekten (wie eine Quantenvertiefung und eine Minibande) angewendet werden.
Beispielsweise kann durch Bilden einer großen Zahl von ultrafeinen Metallteilchen auf einem isolierten Substrat in einem getrennten Zustand eine M-I-M Diode unter Verwenden eines Tunnelstroms, der unter den ultrafeinen Metallteilchen fließt, hergestellt werden. Es gibt jetzt einen Überblick, eine derartige M-I-M Diode in einer großen Anzahl unter Konstruieren eines Hochgeschwindigkeitsdetektors oder eines Frequenzmischers, der auf Mikrowellen bis Millimeterwellen und Infrarotteil antwortet, zu verwenden. Die ultrafeinen Teilchen 6 der Erfindung können unter Herstellen derartiger Elektronenvorrichtungen unter Kontrolle verwendet werden.
Und zusätzlich zu der Herstellung eines Hochgeschwindigkeitsdetektors oder eines Frequenzmischers können die ultrafeinen Teilchen 6 der Erfindung zum Herstellen verschiedener Dioden, Josephsonverbindungsvorrichtungen und Vorrichtungen unter Verwenden einer Quantenvertiefung und einer Minibande verwendet werden. Daneben können die ultrafeinen Teilchen 6 der Erfindung auf verschiedene funktionelle Materialien, wie nichtlineare optische Materialien, Katalysatoren, biomedizinische Materialien und Atomfilter, angewendet werden. Im Falle von Anwenden auf derartige verschiedene Elektronenvorrichtungen und funktionelle Materialien kann eine Untersuchung im Hinblick auf Anwendungsdurchführbarkeit und die Ausdehnung eines Bereichs von Anwendungen durchgeführt werden, weil die Komponentenmaterialien und kristallinen Zustände der ultrafeinen Teilchen 6 kontrolliert werden können.
Beschreibung wird auf eine Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines aus ultrafeinen Teilchen gegebundenen Körpers der Erfindung gemacht.
2A bis 2C sind schematische Ansichten, die ein Verfahren zum Herstellen eines aus ultrafeinen Teilchen gebundenen Körpers zeigen. 2A zeigt, daß mindestens zwei benachbarte ultrafeine Metallteilchen 11a, 11b mit einem Hochenergiestrahl 12 bestrahlt werden.
Ultrafeine Metallteilchen 11a, 11b sind ultrafeine Metallteilchen, die eine entsprechende Korngrenze bilden, wie ultrafeine Pt Teilchen, ultrafeine Au Teilchen und ultrafeine Cu Teilchen. Die ultrafeinen Metallteilchen 11 haben vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 1 bis 30 nm. Wenn die ultrafeinen Metallteilchen 11 als das Ausgangsmaterial einen Durchmesser von mehr als 30 nm haben, kann eine Fusion nicht durch Strahlen des Hochenergiestrahls 12 bewirkt werden. Andererseits sind die ultrafeinen Metallteilchen 11 mit einem Durchmesser von weniger als 1 nm mühsam herzustellen und werden kaum in stabilen Zustand gehalten. Eine Spalte zwischen den zwei ultrafeinen Metallnachbarteilchen 11a, 11b ist vorzugsweise etwa gleich ihren Durchmessern
Die ultrafeinen Teilchen 11 als das Ausgangsmaterial werden durch das zuvor beschriebene Verfahren zum Herstellen der ultrafeinen Teilchen hergestellt.
Der Hochenergiestrahl 12, der auf die ultrafeinen Metallteilchen 11 gestrahlt wird, ist nicht auf einen bestimmten begrenzt, wenn er genug Energie hat, die zwei ultrafeinen Metallteilchen 11a, 11b zu fusionieren. Der Hochenergiestrahl 12 ist beispielsweise ein Elektronenstrahl mit einer Intensität von beispielsweise 1 × 10¹⁸ e/cm²·Sek oder höher. Ein Teilchenstrahl, wie ein Ionenstrahl mit der gleichen Intensität wie dieser Elektronenstrahl, ein Photonenstrahl, wie ein Laserstrahl, Röntgenstrahlen, γ-Strahlen oder ein Neutronenstrahl, können als der Hochenergiestrahl 12 verwendet werden.
Wenn der Elektronenstrahl als der Hochenergiestrahl 12 verwendet wird und dessen Intensität geringer als 1 × 10¹⁸ e/cm²·Sek ist, können die ultrafeinen Metallteilchen 11 nicht ausreichend aktiviert werden, einen aus superfeinen Metallteilchen gebundenen Körper herzustellen. In anderen Worten, der Elektronenstrahl mit einer Intensität von 1 × 10¹⁸ e/cm²·Sek oder mehr liefert Wirkungen zum Aktivieren und lokalen Erhitzen der ultrafeinen Metallteilchen 11, die Herstellung eines aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körpers ermöglichend. Der Elektronenstrahl hat bevorzugter eine Intensität von 1 × 10¹⁹ e/cm²·Sek oder mehr bei einem praktischen Gesichtspunkt. Dieser wird auch angewendet, wenn ein Teilchenstrahl, ein Photonenstrahl, Röntgenstrahlen, γ-Strahlen oder ein Neutronenstrahl als der Hochenergiestrahl 12 verwendet wird.
Eine Atmosphäre, in die der Hochenergiestrahl 12 gestrahlt wird, wird gemäß einem verwendeten Strahl bestimmt. Beispielsweise werden eine Vakuumatmosphäre, eine Argonatmosphäre oder eine andere inerte Atmosphäre verwendet. Zusätzlich kann eine Sauerstoff enthaltende Atmosphäre oder eine Stickstoffatmosphäre in einigen Fällen verwendet werden. Wenn beispielsweise ein Elektronenstrahl angewendet wird, ist es wünschenswert, eine Vakuumatmosphäre von 1 × 10^–3 Pa oder niedriger zu haben. Durch Strahlen des Elektronenstrahls in einer Vakuumatmosphäre können verbleibende Gasatome davon abgehalten werden, adsorbiert zu werden. Der Hochenergiestrahl 12 kann bei einer Raumtemperaturstufe gestrahlt werden.
Wenn die zwei ultrafeinen Metallnachbarteilchen 11a, 11b mit dem Hochenergiestrahl 12 gleichzeitig bestrahlt werden, werden die ultrafeinen Metallteilchen 11a, 11b aktiviert, zu beginnen, gegenseitig näher zu kommen, was zum gegenseitigen Binden der ultrafeinen Metallteilchen 11a, 11b führt. Kristallorientierung der ultrafeinen Metallteilchen 11a, 11b vor Strahlen des Hochenergiestrahls 12 sind statistisch. Deshalb hat ein aus ultrafeinen Metallteilchen gebundener Körper am Beginn von Bindens (hier im nachfolgenden der anfänglich gebundene Körper genannt) 13 eine hohe Möglichkeit, daß Wert Σ einer entsprechenden Korngrenze auf der gebundenen Grenzfläche hoch obwohl variabel in Abhängigkeit von der Kristallorientierung und Abstand der ultrafeinen Metallteilchen 11a, 11b vor Strahlen und der Intensität des Hochenergiestrahls 12 ist. Der anfänglich gebundene Körper 13 mit Wert Σ der entsprechenden Korngrenze bei einem hohen Niveau hat eine hohe Oberflächenenergie und von ihm kann gesagt werden, daß er in einem instabilen Zustand ist.
Der Wert Σ ist ein Index zum Angeben, in welcher Orientierung und welchem Intervall eine periodische Struktur durch zwei Kristalle gebildet wird, die die gleiche Kristallstruktur und Gitterkonstante mit einer Kristallkorngrenze dazwischen haben. Insbesondere, wenn es angenommen wird, daß zwei Kristalle gegenseitig in Kontakt mit einer Grenzfläche dazwischen und dadurch in Kontakt gebracht werden, werden Kristallgitter in bezug gesetzt, um eine etwa spezifische meromorphe Kristallachse zu rotieren, überlappen die Gitterpunkte von beiden Kristallen teilweise, wenn ein Rotationswinkel einen besimmten Wert hat. Ein Gitter, gebildet durch die überlappte Position, wird ein Koinzidensseitengitter (CSL) genannt. Unter den Gitterpunkten von beiden Kristallen, wenn die Gitterpunkte bei einem Verhältnis von 1/Σ zusammenpassen, wird der CSL durch Wert Σ angegeben (eine ungerade Zahl zu allen Zeiten). Der einfachste CSL, der den gleichen Kristall in einem kubischen System ausnimmt, hat eine Korngrenze Σ3.
Wenn der anfänglich gebundene Körper 13 weiter mit dem Hochenergiestrahl 12 bestrahlt wird, haben die entsprechenden ultrafeinen Metallteilchen 11a, 11b ihre Atomanordnungen unter Verringern von Oberflächenenergie auf der gebundenen Grenzfläche geändert. Demgemäß wird der Wert Σ der entsprechenden Korngrenze des anfänglich gebundenen Körpers 13 verringert. Insbesondere wird durch die zusätzliche Strahlung des Hochenergiestrahls 12 der anfängliche gebundene Körper 13 ein durch ultrafeine Metallteilchen gebundener Körper 14, der den Wert Σ von entsprechender Korngrenze bei 3 hat, wie in 2C gezeigt.
Der durch ultrafeine Metallteilchen gebundene Körper 14 ist in dem stabilsten Zustand (Minimumwert Σ) unter den gebundenen Körpern mit entsprechenden Korngrenzen. Deshalb kann es gesagt werden, daß er ein aus ultrafeinen Metallteichen gebundener Körper mit einer stabilisierten entsprechenden Korngrenze (hier im nachfolgenden ein metastabilisierter gebundener Körper genannt) ist.
Wenn der metastabilisierte gebundene Körper 14 weiter mit dem Hochenergiestrahl 12 bestrahlt wird, wird der metastabilisierte Körper beispielsweise ein Monokristallkorn durch Ändern seiner Atomanordnungen der entsprechenden ultrafeinen Metallteilchen 11a, 11b, so daß sie die gleiche Kristallseite und Kristallorientierung auf der gebundenen Grenzfläche haben. Zu dieser Zeit sind sie im allgemeinen Gitterdefekte, wie Umwandlungs-, Neigungs- und Punktdefekte und Untergrenzen in den Kristallkörnern, aber derartige Gitterdefekte und Untergrenzen werden aufgrund der Änderungen der Atomanordnungen verringert oder eliminiert.
Somit stabilisiert die Strahlung des Hochenergiestrahls 12 auf den metastabilisierten gebundenen Körper 14 den durch ultrafeine Metallteilchen gebundenen Körper durch Ändern der gebundenen Nanopartikel in Monokristallkorn und Verringern oder Eliminieren der Gitterdefekte oder Untergrenzen in dem Monokristallkorn.
Die Änderung von dem anfänglich gebundenen Körper 13 zu dem metastabilisierten gebundenen Körper 14 und die Änderung von dem metastabilisierten gebundenen Köper 14 zu dem Monokristallkorn sind variabel in Abhängigkeit von der Intensität und Strahlungszeit des Hochenergiestrahls 12 und der Kristallorientierung und Abstand der anfänglichen ultrafeinen Metallteilchen 11a, 11b. Deshalb wird ein konstanter Zustand nicht immer erhalten, und es ist möglich, daß polykristallines Korn hergestellt wird. Je höher die Intensität des Hochenergiestrahls 12 ist, oder je länger die Strahlungszeit ist, desto stabilerer Zustand kann mit guter Reproduzierbarkeit erzielt werden. Von dem Hochenergiestrahl 12 wird es gewünscht, eine Intensität von 1 × 10¹⁹ e/cm²·Sek oder mehr zu haben, wenn der Elektronenstrahl verwendet wird, und dessen Strahlungszeit ist vorzugsweise 100 Sekunden oder mehr.
Somit wird der durch superfeine Metallteilchen gebundene Körper (anfänglich gebundener Körper) 13 durch Strahlen von mindestens zwei ultrafeinen Metallnachbarteilchen 11a, 11b mit dem Hochenergiestrahl 12 erhalten. Durch Strahlen des Hochenergiestrahls 12 auf den anfänglich gebundenen Körper 13 wird Wert Σ der entsprechenden Korngrenze auf der gebundenen Grenzfläche verringert, und die gebundenen Nanoteilchen werden in Monokristallkorn geändert, und dann werden die Gitterdefekte und Untergrenzen verringert, wodurch die gebundenen Nanoteilchen stabilisiert werden. Deshalb können zum Anwenden von beispielsweise ultrafeinen Produkten, verschiedenen Vorrichtungen und verschiedenen funktionellen Materialien durch ultrafeine Metallteilchen gebundene Körper, stabilisiert in verschiedenen Zuständen, zur Verfügung gestellt werden.
Somit können ein aus ultrafeinen Metallteilchen gebundener Körper, der sich nicht dem gebundenen Zustand unterzogen hat, und ferner ein aus ultrafeinen Metallteilchen gebundener stabilisierter Körper bei einer Raumtemperaturstufe gebildet werden. Allgemein, weil es schwierig ist, den Hochenergiestrahl, wie einen Elektronenstrahl, unter kontrollierten Heizbedingungen zu strahlen, ist es sehr wichtig, die Herstellung eines aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körpers auf einer Raumtemperaturstufe zu ermöglichen.
2 zeigt die zwei ultrafeinen Metallnachbarteilchen 11a, 11b. Die ultrafeinen Metallteilchen wie das Ausgangsmaterial für den aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körper können eine große Anzahl von ultrafeinen Metallteilchen 11 sein, die auf einem Substrat 15 dispergiert werden, wie in 3 gezeigt. Durch Strahlen des Hochenergiestrahls 12 auf diese vielen ultrafeinen Metallteilchen 11 zu der gleichen Zeit werden zwei oder mehrere ultrafeine Nachbarteilchen 11, 11 ... unter Herstellen einer Vielheit von aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körpern gebunden.
Unter einer derartigen Vielheit von aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körpern ist Wert Σ des aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körpers mit der entsprechenden Korngrenze variabel in Abhänigkeit von der Kristallorientierung und Abstand der ultrafeinen Metallteilchen 11, auf die der Hochenergiestrahl 12 nicht gestrahlt worden ist, und der Intensität des Hochenergiestrahls 12, und verringert sich in Übereinstimmng mit beispielsweise einer Strahlungszeit des Hochenergiestrahls 12. In anderen Worten, der aus ultrafeinen Metallteilchen gebundene Körper mit einem geringen Wert Σ der entsprechenden Korngrenze (beispielsweise ein aus ultrafeinen Metallteilchen gebundener Körper mit Σ3 Korngrenze) erhöht sich. Wenn somit die Vielheit von aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körpern als ein Ganzes betrachtet wird, wird der aus ultrafeinen Metallteilchen gebundene Körper weiter stabilisiert.
Die Stabilisierung der Vielheit von aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körpern (die Zunahme von gebundenem Körper mit einem geringen Wert Σ der entsprechenden Korngrenze), zuvor beschrieben, kann in einer kürzeren Zeit erzielt werden, wenn die Intensität des strahlenden Hochenergiestrahls 12 höher ist. In anderen Worten, wenn der Hochenergiestrahl 12 für die gleiche Dauer gestrahlt wird, je höher die Intensität des Hochenergiestrahls 12, desto größer die Anzahl der aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körper mit einem geringen Wert Σ der entsprechenden Korngrenze. Insbesondere wird die Vielheit der aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körper, insgesamt betrachtet, stabiler.
Durch zusätzliches Strahlen des Hochenergiestrahls 12 auf die stabilisierte Vielheit von aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körpern werden die entsprechenden gebundenen Teilchen zu einem Monokristallkorn geändert, und die Vielheit von gebundenen Teilchen wird weiterhin gebunden. Und es wird ein ultradünner Metallfilm mit Monokristallkörnern und Polykristallkörnern in einem gemischten Zustand erhalten. Die Gitterdefekte und Untergrenzen in den Kristallteilchen werden unter zur Verfügung stellen eines stabileren Zustandes verringert oder eliminiert.
Wie zuvor beschrieben, können durch Strahlen des Hochenergiestrahls 12 auf die Vielheit von ultrafeinen Metallteilchen 11 zur gleichen Zeit die aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körper unter Beachten der Vielheit von aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körpern insgesamt stabilisiert werden. Daneben kann die ultradünne Metallfolie mit Monokristallkörnern und Polykristallkörnern in einem gemischten Zustand erhalten werden.
Jetzt wird Beschreibung auf eine Ausführungsform gemacht, die eine Fulleren enthaltende Substanz und ein Verfahren zum Herstellen von Fullerenen der Erfindung deckt. Das Fulleren der Erfindung verwendet die ultrafeinen Teilchen, die durch Strahlen des Schräghochenergiestrahls auf das Zielmaterial mit den zuvor beschriebenen Poren erhalten werden, als ein Keimbildungspunkt.
4A bis 4B sind Abschnittsansichten, die schematisch eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Riesenfullerens (eine Fulleren enthaltende Substanz) der Erfindung zeigen. Ein Verfahren zum Herstellen des Riesenfullerens, gezeigt in 4, ist das gleiche wie das Verfahren zum Herstellen von ultrafeinen Teilchen, gezeigt in 1, ausgenommen, daß ein amorphes Kohlenstoffsubstrat als das Substrat verwendet wird.
Insbesondere wird eine amorphe Kohlenstofffolie 21 auf ein Trägerglied 2 gebracht. Als der amorphe Kohlenstoff wird beispielsweise i-Kohlenstoff verwendet. Wie in 4A gezeigt, wird das Zielmaterial 3 mit einer Vielheit von Poren 4 auf die amorphe Kohlenstofffolie 21 gebracht, und ein Hochenergiestrahl 5 wird auf die Poreninnenwände 4a in einer Schrägrichtung von oben gestrahlt. Das Zielmaterial 3 kann verschiedene Feststoffmaterialien, wie zuvor beschrieben, sein. Eine spezifische Form des Zielmaterials 3 ist auch die gleiche, wie zuvor beschrieben.
Die Poren 4 des Zielmaterials 3 liefern Positionen, wo die Fullerene gebildet werden. Die Innenwände 4a bilden Oberflächen zum Liefern eines Materials zum Bilden einer Keimbildungssubstanz, nämlich die Bestandteilsatome oder -Moleküle des Zielmaterials 3. Deshalb werden die Form und Anordnung der Poren 4 und die Dicke des Zielmaterials 3 bestimmt, wobei die Form und Anordnung von zu erhaltenen Fullerenen und ein Einfallswinkel θ des Hochenergiestrahls 5 in Betracht gezogen werden.
Wie zuvor beschrieben, ist es vorzuziehen, daß die Pore 4 einen Durchmesser von etwa 0,1 bis 1 × 10³ μm hat, und das Zielmaterial 3 hat eine Dicke von etwa 0,2 bis 1 × 10³ μm. Der Durchmesser d der Pore 4 und die Dicke t des Zielmaterials 3 werden vorzugsweise so eingestellt, daß tan^–1 (t/d) in einem Bereich von 20 bis 45 Grad ist. Daneben werden sie bevorzugter eingestellt, so daß tan^–1 (t/d) in einem Bereich von 30 bis 45 Grad ist.
4A zeigt, daß der Hochenergiestrahl 5 auf die Innenwände 4a des Zielmaterials 3 in einer Schrägrichtung von oben gestrahlt wird, die Bestandteilsatome oder -moleküle des Zielmaterials 3 werden gelöst (angegeben durch die Pfeile mit einer gepunkteten Linie), und diese Bestandteilsatome oder – Moleküle kommen in Kollision mit und adsorbieren an die amorphe Kohlenstofffolie 21. Riesenfullerene 22 wachsen mit dem Kollisionspunkten der Bestandteilsatome oder -moleküle des Zielmaterials 3 als Keimbildungspunkte. In anderen Worten, ultrafeine Teilchen 6, gebildet durch die Adhäsion der Bestandteilsatome oder -moleküle des Zielmaterials 3, dienen als Keimbildungssubstanzen für die Riesenfullerene 22.
Die Riesenfullerene 22 wachsen, weil die Kollisionspunkte der Bestandteilsatome oder -moleküle des Zielmaterials 3 wirksam als die Keimbildungssubstanzen dienen, und der gestrahlte Hochenergiestrahl 5 bringt etwa eine Aktivierungswirkung und einen lokalisierten Heizeffekt. Wenn die Riesenfullerene so wachsen, wird ein zwiebelartiger Graphit als ein Beispiel zitiert.
Der gestrahlte Hochenergiestrahl 5 ist nicht besonders begrenzt und kann ausreichend sein, wenn er ausreichend Energie hat, die Bestandteilsatome oder -moleküle von dem Zielmaterial 3 zu trennen. Seine Beispiele sind zuvor beschrieben. Eine Atmosphäre, in die der Hochenergiestrahl 5 gestrahlt wird, wird gemäß dem bestimmt, welcher Strahl verwendet wird. Beispiele schließen Inertatmosphären, wie eine Vakuumatmosphäre und eine Argonatmosphäre, ein. Und eine Sauerstoff-enthaltende Atmosphäre oder eine Stickstoff enthaltende Atmosphäre können, wenn verlangt, verwendet werden.
Wie in 4B gezeigt, wird der Hochenenergiestrahl 5 für eine vorher festgelegte Zeit unter Bilden der Zielriesenfullerene 22 auf oder nahe der Oberläche der amorphen Kohlenstofffolie 21 gestrahlt. Somit wird eine Fulleren erhaltende Substanz durch Bilden der Riesenfullerene 22 auf oder nahe der Oberfläche der amorphen Kohlenstofffolie 21 erhalten. 4B zeigt, daß die Riesenfullerene 22 jeweils auf der amorphen Kohlenstofffolie 21 an entsprechenden Punkten gebildet werden, die den Poren 4 des Zielmaterials 3 entsprechen. Die Zahl von Keimbildungssubstanzen (ultrafeine Teilchen) 6, zu bilden an den Positionen entsprechend den Poren 4, können durch den Durchmesser der Poren 4 und die Strahlungsbedingungen des Hochenergiestrahls 5 kontrolliert werden. Eine Vielheit von Riesenfullerenen 22 wird an entsprechenden Punkten, die den Poren 4 entsprechen, gebildet.
Das zuvor angegebene Verfahren kann als Wachstumsverfahren der induzierten (gebildeten) Riesenfullerene 22 auf oder nahe der Oberfläche der amorphen Kohlenstofffolie 21 in Betracht gezogen werden. Die amorphe Kohlenstofffolie 21 um die Riesenfullerene 22 wird durch den gestrahlten Hochenergiestrahl 5 unter Züchten der Riesenfullerene 22 aktiviert. Dieses Verfahren zum Züchten (oder ein Verfahren zum Bilden einer Zielform) der Riesenfullerene 22 kann durch kontinuierliches Strahlen des Hochenergiestrahls 5 auf die Innenwände 4a der Poren 4 in einer Schrägrichtung durchgeführt werden.
Die Riesenfullerene 22 können auch durch Strahlen des Hochenergiestrahls 5 nach Entfernen des Zielmaterials 3 wachsen gelassen werden. Zu dieser Zeit kann der Hochenergiestrahl 5 der gleiche wie derjenige, verwendet für die Schrägstrahlung, oder ein unterschiedlicher Hochenergiestrahl sein. Die Strahlungszeit des Hochenergiestrahls 5 wird bestimmt, wenn notwendig, gemäß der Intensität des Hochenergiestrahls 5 und der Größe der Zielriesenfullerene 22.
Die amorphe Kohlenstofffolie 21 wird bei Raumtemperaur gehalten, wenn der Hochenergiestrahl 5 gestrahlt wird. Deshalb werden die Riesenfullerene 22 bei einer kontrollierbaren Raumtemperaturstufe gebildet. Wenn der Hochenergiestrahl 5 gestrahlt wird, kann die amorphe Kohlenstofffolie 21 rotieren gelassen werden. Somit können die Keimbildungssubstanzen (ultrafeine Teilchen 6) wirksam gebildet werden.
Die Riesenfullerene 22 werden auf oder nahe der Oberflöche der amorphen Kohlenstofffolie 21 an entsprechenden Positionen gebildet, die den Poren 4 des Zielmaterials 3 entsprechen. Deshalb können die Positionen, wo die Riesenfullerene 22 gebildet werden, kontrolliert werden. Daneben können die Zahl und Zustand der zu erhaltenen Riesenfullerene 22 durch die Intensität und Strahlungszeit des Hochenergiestrahls 5, die Rotation oder nicht und die Rotationsgeschwindigkeit der amorphen Kohlenstofffolie 21, die Schlagzähigkeit des Zielmaterials 3 gegen den Hochenergiestrahl 5, die Dicke des Zielmaterials 3 und den Durchmesser der Poren 4 kontrolliert werden.
Durch Verwenden des Zielmaterials 3 mit der Vielheit von Poren 4 kann die Vielheit von Riesenfullerenen 22 mit den kontrollierten Bildungspositionen selektiv in einem gegenseitig getrennten Zustand auf oder nahe der Oberfläche der amorphen Kohlenstofffolie 21 gebildet werden. Diese Riesenfullerene 22 sind wirksam, verschiedene physikalische Eigenschaften der Riesenfullerene, verschiedene Arbeitsvorgänge und Kontrollen und verschiedene Anwendungen und Entwicklungen zu fassen. Die Riesenfullerene 22 der Fulleren enthaltenden Substanz der Erfindung haben Möglichkeiten, auf verschiedene Materialien, wie Halbleitermaterialien, Superleitermaterialien, Katalysatoren, Gleitmittel, nichtlineare optische Materialien und biomedizinische Materialien, angewendet zu werden.
In der zuvor genannten Ausführungsform wird die Vielheit der Riesenfullerene 22 in einem separaten Zustand auf oder nahe der Oberfläche der amorphen Kohlenstofffolie 21 gebildet. Zusätzlich kann die Erfindung gegenseitig die Vielheit von Riesenfullerenen unter Bilden einer Folienstruktur verbinden.
Insbesondere zeigt 5, daß ein Hochenergiestrahl 5' auf die Vielheit von Riesenfullerenen 22 gestrahlt wird, die in einem separaten Zustand auf oder nahe der Oberflöche der amorphen Kohlenstofffolie 21 gebildet werden. Der Hochenergiestrahl 5' ist vorzugsweise ein Elektronenstrahl mit einer Intensität von beispielsweise 1 × 10¹⁸ e/cm²·Sek oder mehr. Der Strahl ist nicht auf den Elektronenstrahl beschränkt, sondern ein anderer Hochenergiestrahl 5' kann gestrahlt werden.
Durch Strahlen des Hochenergiestrahls 5' wird die amorphe Kohlenstofffolie 21 um die Riesenfullerene 22 aktiviert, die Riesenfullerene 22 weiter wachsen zu lassen. Mit dem Wachstum der Riesenfullerene 22 werden die benachbarten Riesenfullerene 22 gegenseitig gebunden. In anderen Worten, die Riesenfullerene 22 werden gegenseitig gebunden. Somit wird Binden von Riesenfullerenen erhalten, die Kohlenstoffatome gemeinsam auf den Außenummantelungen der benachbarten Vielheit von Riesenfullerenen 22 haben.
Die Strahlung des Hochenergiestrahls 5' für eine gegebene Dauer führt zu der Herstellung einer Folienstruktur (foliengeformtes Riesenfulleren) 23, die die Riesenfullerene gegenseitig verbunden auf der Oberflächenschicht der amorphen Kohlenstofffolie 21, wie in 5 gezeigt, hat. In 5 bezeichnet Bezugsziffer 6 Adsorbentien, die als der Keimbildungspunkt (Keimbildungssubstanz) beim Bilden der Riesenfullerene 22 verwendet wurden. In anderen Worten, sie sind ultrafeine Teilchen, gebildet aus den Bestandteilsatomen oder -molekülen des Zielmaterials 3. Die Strahlungszeit des Hochenergiestrahls 5' wird bestimmt, wenn notwendig, gemäß der Intensität des Hochenergiestrahls 5' oder der Größe der anfänglichen Riesenfullerene.
Das foliengeformte Riesenfulleren 23 wird wirksam für eine Anwendung und eine Entwicklung unter Verwenden der Eigenschaften der Riesenfullerene verwendet. Daneben können durch Kontrollieren der Strahlungsbedingungen des Hochenergiestrahls 5' die Riesenfullerene 22 gezüchtet werden unter Einschließen der ultrafeinen Teilchen 6, bestehend aus den Bestandteilsatomen oder -molekülen des Zielmaterials 3. Und eine foliengeformte Struktur eines ultrafeines Teilchen-einhüllendes Riesenfulleren wird erhalten. Das Zielmaterial 3 zum Bilden der anfänglichen Keimbildungspunkte kann verschiedene feste Materialien, wie zuvor beschrieben, sein, so daß ein foliengeformtes Riesenfulleren erhalten werden kann, das die ultrafeinen Teilchen 6, gebildet aus verschiedenen Materialien, einschließt.
Jetzt wird Beschreibung auf spezifische Ausführungsformen der Erfindung und der bewerteten Ergebnisse gemacht.
Ausführungsform 1
In dem Verfahren zum Herstellen der ultrafeinen Teilchen, gezeigt in 1A bis 1C, wurde eine Kohlenstofffolie als das Substrat 1 verwendet, und ein Pt Sieb (eine Dicke von 200 um) mit einer großen Zahl von Poren 4 mit einem Durchmesser von 100 μm wurde als das Zielmaterial 3 auf die Kohlenstofffolie gebracht. Ein Cu Sieb als das Trägerglied 2, auf das das zuvor angegebene Laminat gebracht wurde, wurde bei einer Raumtemperaturstufe in eine Vakuumkammer gebracht.
Ein Ar Ionenstrahl wurde in einer Schrägrichtung auf die Poreninnenwände des Pt Siebs für 180 Sekunden gestrahlt, während die Kohlenstofffolie und das Pt Sieb bei 2 Upm rotieren gelassen wurden. Der Ar Ionenstrahl hatte eine Beschleunigungsspannung von 3,0 kV und einen Strahlenstrom von 0,25 mA. Der Ar Ionenstrahl wurde bei einem Einfallswinkel θ von 40 Grad gestrahlt. Und der Ar Ionenstrahl wurde in einer Vakuumatmosphäre (enthaltend Ar) von etwa 1 × 10³ Pa gestrahlt.
Nach Strahlen des Ar Ionenstrahls wurde die Oberfläche der Kohlenstofffolie TEM Beobachtung ausgesetzt. Es wurde festgestellt, daß eine Vielheit von ultrafeinen Pt Teilchen auf der Kohlenstofffolie an entsprechenden Positionen gebildet wurde, die den Poren des Pt Siebs entsprechen. 6 zeigt schematisch die Ergebnisse der TEM Beobachtung. Wie in 6 gezeigt, waren eine große Zahl von Pt ultrafeinen Teilchen 32 auf der Kohlenstoffolie 31 in einem dispergierten Zustand.
7 zeigt die Durchmesser der ultrafeinen Pt Teilchen 32 untersucht. Wie in 6 und 7 gezeigt, konnte eine große Zahl von ultrafeinen Pt Teilchen 32 mit einem Durchschnittsdurchmesser von 2,41 nm in einem dispergierten Zustand in dieser Ausführungsform erhalten werden. 8 zeigt die Ergebnisse, erhalten durch Untersuchen der Durchmesser von ultrafeinen Pt Teilchen, hergestellt unter den gleichen Bedingungen, ausgenommen, daß die Beschleunigungsspannung des Ar Ionenstrahls auf 3,5 kV geändert wurde. Somit können die Durchmesser der ultrafeinen Pt Teilchen durch Ändern der Strahlungsbedingungen des Ar Ionenstrahls kontrolliert werden.
Und 9 zeigt schematisch ein Elektronenbeugungsmuster der ultrafeinen Pt Teilchen 32 unmittelbar nach der Herstellung. Es ist aus der Zeichnung offenkundig, daß die ultrafeinen Pt Teilchen 32 unmittelbar nach der Herstellung gering an Kristallisierbarkeit sind. Somit wurde ein Elektronenstrahl von 1 × 10²⁰ e/cm²·Sek auf die ultrafeinen Pt Teilchen 32 für 240 Sekunden gestrahlt. 10 zeigt schematisch ein Elektronenbeugungsmuster nach der Strahlung des Elektronenstrahls. Es wird aus 10 gesehen, daß die Kristallisierbarkeit der ultrafeinen Pt Teilchen verbessert wurde. Somit kann die Kristallisierbarkeit durch Strahlen eines Elektronenstrahls auf die ultrafeinen Pt Teilchen verbessert werden.
Weil die Pt Atome von dem Pt Sieb durch Strahlen des Ar Ionenstrahls auf das Pt Sieb in einer Schrägrichtung getrennt werden, kann eine große Zahl von ultrafeinen Pt Teilchen auf der Kohlenstofffolie an den Positionen gebildet werden, die den Poren des Pt Siebs entsprechen. Deshalb kann eine große Zahl von ultrafeinen Pt Teilchen, vorhanden in einer getrennten Form, leicht erhalten werden. Und ihre Größen können auch konrolliert werden. Daneben können durch Ändern der Positionen, wo die Poren des Pt Siebs gebildet werden, und der Regionen auf dem Pt Sieb, auf die der Ar Ionenstrahl gestrahlt wird, die Positionen, wo die ultrafeinen Pt Teilchen gebildet werden, kontrolliert werden.
Ausführungsform 2
Eine Kohlenstofffolie wurde als das Substrat verwendet, und ein Au Sieb (eine Dicke von 200 μm) mit einer großen Zahl von Poren mit einem Durchmesser von 100 μm wurde als das Zielmaterial auf die Kohlenstofffolie gebracht. Ein Cu Sieb als das Trägerglied, auf dem das zuvor angegebene Laminat angeordnet war, wurde bei einer Raumtemperaturstufe in eine Vakkumkammer gebracht.
Ein Ar Ionenstrahl wurde in einer Schrägrichtung auf die Poreninnenwände des Au Siebs für 200 Sekunden gestrahlt, während die Kohlenstofffolie und das Au Sieb bei 2 Upm rotieren gelassen wurden. Der Ar Ionenstrahl hatte eine Beschleunigungsspannung von 3,0 kV und einen Strahlenstrom von 0,5 mA. Der Ar Ionenstrahl wurde mit einem Einfallswinkel θ von 35 Grad gestrahlt. Und der Ar Ionenstrahl wurde in einer Vakuumatmosphäre (enthaltend Ar) von etwa 1 × 10^–3 Pa gestrahlt.
Nach Strahlen des Ar Ionenstrahls wurde die Oberfläche der Kohlenstofffolie TEM Beobachtung ausgesetzt. Es wurde festgestellt, daß eine Vielheit von ultrafeinen Au Teilchen auf der Kohlenstofffolie an entsprechenden Positionen gebildet wurde, die den Poren des Au Siebs entsprechen. Diese erhaltenen Au ultrafeinen Teilchen hatten einen Durchschnittsdurchmesser von 2,4 nm.
Ausführungsform 3
Eine Kohlenstofffolie wurde als das Substrat verwendet, und ein Si Sieb (eine Dicke von 300 μm) mit einer großen Zahl von Poren mit einem Durchmesser von 150 μm wurde als das Zielmaterial auf die Kohlenstofffolie gebracht. Dieses Si Sieb hatte die Poren gebildet durch Ätzen mit Fluorwasserstoffsäure. Ein Cu Sieb als das Trägerglied, auf dem das zuvor angegebene Laminat angeordnet war, wurde bei einer Raumtemperaturstufe in eine Vakuumkammer gebracht.
Ein Ar Ionenstrahl wurde in einer Schrägrichtung auf die Poreninnenwände des Si Siebs für 300 Sekunden gestrahlt, während die Kohlenstofffolie und das Si Sieb bei 2 Upm rotieren gelassen wurden. Der Ar Ionenstrahl hatte eine Beschleunigungsspannung von 3,5 kV und einen Strahlenstrom von 0,5 mA. Der Ar Ionenstrahl wurde mit einem Einfallswinkel θ von 40 Grad gestrahlt. Und der Ar Ionenstrahl wurde in einer Vakuumatmosphäre (enthaltend Ar) von etwa 1 × 10^–3 Pa gestrahlt.
Nach Strahlen des Ar Ionenstrahls wurde die Oberfläche der Kohlenstofffolie TEM Beobachtung ausgesetzt. Es wurde festgestellt, daß eine Vielheit von ultrafeinen Si Teilchen auf der Kohlenstoffolie an entsprechenden Positionen gebildet wurde, die den Poren des Si Siebs entsprechen. Die erhaltenen ultrafeinen Si Teilchen hatten einen Durchschnittsdurchmesser von 3 nm.
Ausführungsform 4
Die ultrafeinen Pt Teilchen (eine große Zahl von ultrafeinen Pt Teilchen 32, gezeigt in 6), hergestellt in Ausführungsform 1, wurde verwendet, aus ultrafeinen Teilchen gebundene Körper herzustellen. Zuerst wurde ein Elektronenstrahl von 1,0 × 10²⁰ e/cm²·Sek auf die große Zahl von ultrafeinen Pt Teilchen für 240 Sekunden gestrahlt. 10 zeigt das Elektronenbeugungsmuster zu der Zeit.
11 zeigt schematisch ein Ergebnis von TEM Beobachtung nach Strahlen des Elektronenstrahls für 700 Sekunden. Es wird aus 11 gesehen, daß die ultrafeinen Pt Teilchen 32 gegenseitig durch die Strahlung des Eektronenstrahls unter Herstellen von aus ultrafeinen Pt Teilchen gebundenen Körpern 33 gebunden wurden. 12 zeigt schematisch ein HETRM Bild des Bereichs, eingeschlossen durch eine gestrichelte und gepunktete Linie in 11. Es wird aus 12 gesehen, daß durch Strahlen eines Eletronenstrahls von 1,0 × 10²⁰ e/cm²·Sek auf die Vielheit von ultrafeinen Pt Teilchen, angeordnet, gegenseitigem Anfügen für 700 Sekunden aneinanderzugrenzen, entsprechende aus ultrafeinen Pt Teilchen gebundene Körper mit einer entsprechenden Korngrenze Σ3(111), einer entsprechenden Korngrenze Σ11(113) und einer entsprechenden Korngrenze Σ19(331) erhalten wurden.
In dieser Stufe gibt es eine große Menge der aus superfeinen Pt Teilchen gebundenen Körper mit einem hohen entsprechenden Korngrenzwert Σ19. Stabilisierung ist unzureichend, wenn die aus ultrafeinen Pt Teilchen gebundenen Körper insgesamt betrachtet werden.
Der Elektronenstrahl unter den gleichen Bedingungen wurde auf die aus ultrafeinen Pt Teilchen gebundenen Körpern, gezeigt in 11 und 12, für 300 Sekuden gestrahlt. Als ein Ergebnis wurden die aus ultrafeinen Pt Teilchen gebundenen Körper mit einem geringen Wert Σ der entsprechenden Korngrenze, beispielsweise die aus ultrafeinen Pt Teilchen gebundenen Körper mit einer entsprechenden Korngrenze Σ3, erhöht. Somit können durch Strahlen des Elektronenstrahls auf die aus ultrafeinen Pt Teilchen gebundenen Körper die aus ultrafeinen Pt Teilchen gebundenen Körper stabilisiert werden.
Inzwischen wurde ein Elektronenstrahl von 2,1 × 10²⁰ e/cm²·Sek auf eine große Zahl von ultrafeinen Pt Teilchen, erhalten in der gleichen Weise wie die zuvor angegebene Ausführungsform, für 700 Sekunden gestrahlt. 13 zeigt schematisch die Ergebnisse von TEM Beobachtung nach der Strahlung des Elektronenstrahls. Es wird aus 13 gesehen, daß im Vergleich zu der Strahlung des Elektronenstrahls von 1,0 × 10²⁰ e/cm²·Sek die aus ultrafeinen Pt Teilchen gebundenen Körper mit sehr viel mehr Korngrenzen Σ3 erhalten wurden. Somit können durch Erhöhen der Intensität des auf die ultrafeinen Pt Teilchen zu strahlenden Elektronenstrahls die aus ultrafeinen Pt Teilchen gebundenen Körper in einer kurzen Dauer stabilisiert werden.
Ausführungsform 5
Ein Elektronenstrahl von 3,3 × 10²⁰ e/cm²·Sek wurde auf eine große Zahl von ultrafeinen Pt Teilchen, hergestellt in der gleichen Weise wie in Ausführungsform 4, in einer Vakuumatmosphäre von etwa 1 × 10^–5 Pa gestrahlt. 14 zeigt schematisch ein Ergebnis von TEM Beobachtung der ultrafeinen Pt Teilchen vor der Strahlung des Elektronenstrahls. 15 zeigt schematisch ein Ergebnis von TEM Beobachtung an einer Stufe, die Strahlung des Elektronenstrahls für 300 Sekunden beendend. Und 16 zeigt schematisch ein Ergebnis von TEM Beobachtung nach der Strahlung des Elektronenstrahls für 1000 Sekunden.
Es wird aus 14 und 15 gesehen, daß die ultrafeinen Pt Teilchen gegenseitig durch die Strahlung des Elektronenstrahls fusioniert wurden. Und es wurde auch festgestellt, daß durch zusätzliche Strahlung des Elektronenstrahls die aus ultrafeinen Pt Teilchen gebundenen Körper mit einem geringen Wert Σ der entsprechenden Korngrenze, beispielsweise Korngrenze Σ3, erhöht werden. 17 zeigt ein Verhältnis der aus ultrafeinen Teilchen gebundenen Körper mit jeweils Wert Σ nach Strahlen des Elektronenstrahls für 700 Sekunden mit der Intensität des Elektronenstrahls, wie in Ausführungsformen 4 und 5 gezeigt. Es ist aus 17 offenkundig, daß durch Erhöhen der Intensität des Elektronenstrahls, zu strahlen auf die ultrafeinen Pt Teilchen, mehrere durch ultrafeine Pt Teilchen gebundene Körper mit einem geringen Wert Σ der entsprechenden Korngrenze erhalten werden. In anderen Worten, die aus ultrafeinen Pt Teilchen gebundenen Körper können in einer kurzen Dauer stabilisiert werden.
Es wird aus 16 gesehen, daß durch Fortführen der Elektronenstrahlstrahlung nach Herstellen der gebundenen Körper und Erniedrigen des Werts Σ die ultradünne Pt Folie mit Monokristallkörnern und Polykristallkörnern in einem gemischten Zustand erhalten wird. Und es wurde aus dem Ergebnis von TEM Beobachtung bei der Stufe nach Strahlen des Eletronenstrahls für 700 Sekunden festgestellt, daß es nicht viele Fehlanordnungen innerhalb der Kristallkörner gab. Und es wurde auch festgestellt daß die meisten Burger Vektoren 3/a<111> waren, und Fehlanordnungen wurden durch die Strahlung des Elektronenstrahls unter Verringern von Defekten erzeugt.
Ausführungsform 6
In dem Verfahren zum Herstellen der Riesenfullerene, gezeigt in 4A und 4B, wurde eine i-Kohlenstofffolie als die amorphe Kohlenstofffolie 21 verwendet. Ein Cu Sieb (eine Dicke von 400 μm) mit einer Vielheit von Poren 4 mit einem Durchmesser von 200 μm wurde auf der i-Kohlenstofffolie angeordnet. Und sie wurden auf einer Raumtemperaturstufe in einer Vakuumkammer plaziert.
Ein Ar Ionenstrahl wurde in einer Schrägrichtung auf die Poreninnenwände des Cu Siebs für 300 Sekunden gestrahlt, während die i-Kohlenstofffolie und das Cu Sieb bei 2 Upm rotieren gelassen wurden. Der Ar Ionenstrahl hatte eine Beschleunigungsspannung von 3,0 kV und einen Strahlstrom von 0,25 mA. Der Ar Ionenstrahl wurde bei einem Einfallswinkel θ von 40 Grad gestrahlt. Und der Ar Ionenstrahl wurde in einer Vakuumatmosphäre (enthaltend Ar) von etwa 1 × 10^–3 Pa gestrahlt.
Durch Strahlen des Ar Ionenstrahls in einer Schrägrichtung wurden Cu Atome von den Poreninnenwänden des Cu Siebs losgelöst, in Kollision mit der i-Kohlenstofffolie zu kommen. Es wurde bestätigt aus der Tatsache, daß ultrafeine Cu Teilchen mit einem Durchschnittsdurchmesser von 3 nm auf der i-Kohlenstofffolie an entsprechenden Positionen, die den Poren des Si Siebs nach der Strahlung des Ar Ionenstrahls entsprechen, gebildet wurden.
Nach Strahlen des Ar Ionenstrahls wurde die Oberfläche der i-Kohlenstofffolie TEM Beobachtung ausgesetzt. Es wurde festgestellt, daß Kohlenstoffgefüge in einer Form von konzentrischen Kreisen an den Positionen unterhalb der ultrafeinen Cu Teilchen auf der Oberflächenschicht der i-Kohlenstofffolie wachsengelassen wurden. Weil diese Kohlenstoffgefüge in der Form von konzentrischen Kreisen Schichtintervalle von etwa 0,35 nm hatten, wurden sie identifiziert, zwiebelähnliche Graphite zu sein, eine Art von Riesenfullerenen. In anderen Worten, es wurde bestätigt daß die zwiebelähnlichen Graphite mehr als eines auf oder nahe der Oberfläche der i-Kohlenstofffolie gebildet wurden. Zu dieser Zeit hatten die zwiebelartigen Graphite einen Durchschnittsdurchmesser von etwa 20 nm. Um die zwiebelartigen Graphite wurde der amorphe Kohlenstoff beibehalten.
Somit wurden durch Strahlen des Ar Ionenstrahls auf das Cu Sieb in einer Schrägrichtung die Cu Atome von dem Cu Sieb losgelöst unter Zusammentreffen mit der amorphen Kohlenstofffolie. Mit diesen Kollisionspunkten als den Keimbildungspunkten können die Riesenfullerene ähnlich den zwiebelartigen Grapiten auf oder nahe der Oberfläche der amorphen Kohlenstoffolie gebildet werden. Somit kann eine große Zahl von zwiebelartigen Graphiten, vorhanden in einem getrennten Zustand, leicht mit ihren gebildeten Positionen kontrolliert erhalten werden.
Dann wurde ein Elektronenstrahl von 1,0 × 10²⁰ e/cm²·Sek auf die große Zahl von zwiebelartigen Graphiten gestrahlt, die in dem separatem Zustand auf oder nahe der Oberfläche der i-Kohlenstofffolie in einer Vakuumatmosphäre von 1 × 10^–5 Pa für 100 Sekunden bestanden. Nach Strahlen des Elektronenstrahls wurde die i-Kohlenstofffolie TEM Beobachtung ausgesetzt. Als ein Ergebnis wurde festgestellt, daß die benachbarten zwiebelartigen Graphite unter Bilden des folienartigen Riesenfullerens, gezeigt in 5, gebunden wurden. Somit kann das folienartige Riesenfulleren durch weiteres Srahlen des Elektronenstrahls auf die Rieenfullerene in einer großen Zahl in dem separaten Zustand erhalten werden.
Unter Vergleichen mit der gegenwärtigen Erfindung wurde ein Elektronenstrahl auf eine amorphe Kohlenstofffolie, gebildet aus einem i-Kohlenstoff, unter den gleichen Bedingungen wie in der zuvor angegebenen Ausführungsform ohne Anordnen von superfeinen Metallteilchen, wie Cu, gestrahlt. Aber Riesenfullerene wurden nicht hergestellt.
Wie aus den zuvor angegebenen Ausführungsformen offenkundig, kann die gegenwärtige Erfindung ein ultrafeines Teilchen zur Verfügung stellen, das als eine Einheitssubstanz auf verschiedene Weisen kontrolliert und betrieben werden kann, und besonders an Kontrollierbarkeit einer Position übertrifft, wo es gebildet wird. Deshalb trägt das ultrafeine Teilchen größtenteils zu einer Untersuchung im Hinblick auf physikalische Eigenschaften oder Anwendungen des ultrafeinen Teilchens bei. Und ein aus ultrafeinen Teilchen gebundener Körper, der an Stabilität von gebundenen Grenzflächen übertrifft, kann unter den kontrollierten Bedingungen mit guter Reproduzierbarkeit erhalten werden. Weil somit die Stabilität der gebundenen Grenzflächen durch die gegenwärtige Erfindung kontrolliert werden kann, tragen die ultrafeinen Teilchen größtenteils zu Anwendungen und Entwicklungen von den ultrafeinen Metallteilchen als eine Einheitssubstanz bei. Daneben kann ein Fulleren, bei dem die Bildungsbedingungen, wie Form und Bildungspositionen, kontrolliert werden, unter kontrollierten Bedingungen mit guter Reproduzierbarkeit erhalten werden. Die Fulleren enthaltenden Substanzen der Erfindung tragen größtenteils zu Anwendungen und Entwicklungen bei.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines ultrafeinen Teilchens, umfassend die Stufen von: Anordnen eines Zielmaterials (3) mit einer Pore (4) auf einem Substrat (1), Strahlen eines Hochenergiestrahls (5) auf die Innenwand (4a) der Pore (4) des Zielmaterials (3) in einer Schrägrichtung, Bestandteilsatome oder -Moleküle des Zielmaterials zu lösen, und Absorbieren der Bestandteilsatome oder -Moleküle des Zielmaterials (3), gelöst von dem Zielmaterial (3), an eine Position, die der Pore (4) des Zielmaterials (3) auf dem Substrat (1) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zielmaterial (3) mit der Vielheit von Poren (4) verwendet wird, und der Schräghochenergiestrahl (5) wird auf die Innenwände (4a) der Vielheit von Poren (4) unter Bilden der ultrafinen Teilchen (6) auf dem Substrat gestrahlt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Zielmaterial (3) eine Dicke in einem Bereich von 0,2 bis 1 × 10³ μm hat, und die Pore (4) hat einen Durchmesser in einem Bereich von 0,1 bis 1 × 10³ μm.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Hochenergiestrahl (5) auf die Innenwände (4a) der Pore (4) des Zielmaterials (3) mit einem Einfallswinkel von 20 bis 45 Grad gestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Hochenergiestrahl (5) ein Ionenstrahl, ein Elektronenstrahl, ein Laserstrahl, Röntgenstrahlen, γ-Strahlen oder ein Neutronenstrahl ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Argonstrahl mit einer Beschleunigungsspannung von 2 bis 5 kV und ein Strahlstrom von 0,1 bis 1 mA auf die Innenwand (4a) der Pore (4) des Zielmaterials (3) in einer Vakuumatmosphäre gestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend die Stufen von: Binden von mindestens zwei ultrafeinen Metallnachbarteilchen (11a, 11b) unter Herstellen eines aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körpers (13) mit einer entsprechenden Korngrenze durch Strahlen eines Hochenergiestrahls (12) auf mindestens die zwei ultrafeinen Metallteilchen (11a, 11b) und Stabilisieren des aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körpers (13) durch zusätzliches Strahlen des Hochenergiestrahls (12) auf den aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körper (13) mit der entsprechenden Korngrenze.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei Σ Wert der entsprechenden Korngrenze des aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körpers (13) in der Stabilisierungsstufe verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der aus ultrafeinen Metallteilchen gebundene Körper (13) mit dem Wert Σ der entsprechenden verringerten Korngrenze zu einem monokristallinen Korn oder einem polykristallinen Korn geändert wird, und Fehler in dem monokristallinen Korn oder einem polykristallinen Korn werden in der Stabilisierungsstufe verringert.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Hochenergiestrahl (12) ein Elekronenstrahl, ein Ionenstrahl, ein Laserstrahl, Röntgenstrahlen, γ-Strahlen oder ein Neutronenstrahl ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein Elektronenstrahl (12) mit einer Intensität von 1 × 10¹⁸ e/cm²·Sek oder mehr auf mindestens die zwei ultrafeinen Metallteilchen (11a, 11b) in einer Vakuumatmosphäre von 1 × 10^–3 Pa oder niedriger in der Bindungsstufe gestrahlt wird, und ein Elektronenstrahl (12) mit einer Intensität von 1 × 10¹⁹ e/cm²·Sek oder mehr wird auf den aus ultrafeinen Metallteilchen gebundenen Körper (13) in einer Vakuumatmospäre von 1 × 10^–3 Pa oder weniger in der Stabilisierungsstufe gestrahlt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das monokristalline Korn und polykristalline Korn in der Stabilisierungsstufe gebunden werden unter Bilden einer ultradünnen Metallfolie, einschließend das monokristalline Korn und polykristalline Korn in einem gemischten Zustand (14).
Fulleren enthaltende Substanz, umfassend: ein amorphes Kohlenstoffsubstrat (21) und ein Fulleren (22), angeordnet auf oder nahe einer Oberfläche des amorphen Kohlenstoffsubstrats und gebildet als ein Kristallisationspunkt mit Bestandteilsatomen oder -Molekülen, gelöst von einem Zielmaterial (3) mit einer Pore (4), angeordnet auf dem amorphen Kohlenstoffsubstrat durch eine Schräghochenergiestrahl(5)-Strahlung und absorbiert auf der Oberfläche des amorphen Kohlenstoffsubstrats (21) an einer Position, entsprechend der Pore (4) des Zielmaterials (3).
Fulleren-enthaltende Substanz nach Anspruch 13, wobei das Fulleren (22) ein Riesenfulleren (22) ist.
Fulleren-enthaltende Substanz nach Anspruch 14, wobei das Riesenfulleren (22) ein zwiebelähnlicher Graphit ist.
Fulleren-enthaltende Substanz nach Anspruch 13, umfassend: eine Vielheit von Fullerenen (22), angeordnet auf oder nahe der Oberfläche des amorphen Kohlenstoffsubstrats (21).
Fulleren-enthaltende Substanz nach Anspruch 16, wobei die Vielheit von Fullerenen (22) gegenseitig unter Bilden einer folienförmigen Struktur verbunden ist.
Verfahren zum Herstellen eines Fullerens, umfassend die Stufen von: Anordnen eines Zielmaterials (3) mit einer Pore (4) auf einem amorphen Kohlenstoffsubstrat (21), Strahlen eines Hochenergiestrahls (5) auf die Innenwand (4a) der Pore (4) des Zielmatials (3) in einer Schrägrichtung unter Zusammenstoßen von Bestandteilsatomen oder -Molekülen des Zielmaterials mit der Oberfläche des amorphen Kohlenstoffsubstrats und Bilden eines Fullerens (22) auf oder nahe einer Oberfläche des amorphen Kohlenstoffsubstrats (21) mit dem Kollisionspunkt der Bestandteilsatome oder -Moleküle des Zielmaterials als Kristallisationspunkt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei ein Riesenfulleren (22) als das Fulleren gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Hochenergiestrahl (5) ein Ionenstrahl, ein Elekronenstrahl, ein Laserstrahl, Röntgenstrahlen, γ-Strahlen oder ein Neutronenstrahl ist
Verfahren nach Anspruch 18, ferner anfassend die Stufe von: Züchten des Fullerens (22) durch Strahlen des gleichen oder verschiedenen Hochenergiestrahls (5) auf den amorphen Kohlenstoffsubstrat (21).
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Zielmaterial (3) mit der Vielheit von Poren (4) verwendet wird, und der Schräghochenergiestrahl (5) auf die Innenwände (4a) der Vielheit von Poren (4) unter Bildung der Vielheit von Fullerenen (22) auf oder nahe der Oberfläche des amorphen Kohlenstoffsubstrats (2) gestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, ferner umfassend die Stufe von: Bilden einer folienförmigen Struktur (23) unter gegenseitigem Verbinden der Vielheit von Fullerenen (22) mit gleicher oder verschiedener Hochenergiestrahlung.