JP2003236800A

JP2003236800A - セラミックスナノ構造体とその組成物並びにその製造方法

Info

Publication number: JP2003236800A
Application number: JP2002039264A
Authority: JP
Inventors: Susumu Yoshikawa; 暹吉川; Motonari Adachi; 基齊足立
Original assignee: Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2003-08-26

Abstract

(57)【要約】【課題】新規な柱状ナノ構造体を提供する。【解決手段】亜鉛（Ｚｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、イット
リウム（Ｙ）およびタンタル（Ｔａ）から選択された金
属の酸化物により主として構成され、短軸断面の最大外
径が５００ｎｍ以下の柱状体であるセラミックスナノ構
造体とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、セラミッ
クスナノ構造体とその組成物並びにその製造方法に関す
るものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、電
子、光、磁気、半導体等のナノデバイスや、高強度材
料、触媒、分散材等としての機能に優れた、新しいセラ
ミックスナノ構造体とその組成物並びにその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】カーボンナノチューブ、すな
わち炭素原子が筒状に並んだナノメートルの大きさのチ
ューブ状炭素物質が１９９１年に飯島澄男博士により見
出されて以来、ナノ構造物質とその新しい機能について
の研究が様々な観点とアプローチから精力的に進められ
ている。

【０００３】飯島博士により見出されたカーボンナノチ
ューブについては、アーク放電法、レーザー加熱法、Ｃ
ＶＤ法等により製造することが可能とされている。その
後、１９９２年、Tenne博士はＭｏＳ₂，ＷＳ₂のナノチ
ューブがＭｏＯの単結晶に硫化水素を反応させてつくる
ことに成功した。

【０００４】また、近年では、窒化ホウ素（ＢＮ）のナ
ノチューブも窒化ホウ素を出発原料とし、アーク放電法
や高圧下でのレーザー加熱法、プラズマ解離蒸発法によ
り合成できることが報告されている。

【０００５】一方、ゾル／ゲル法による金属酸化物のナ
ノ物質の合成法についても、１９９５年の中村・松井の
方法が報告されて以降１）結晶を鋳型にする方法２）カーボンナノチューブを鋳型にする方法３）多孔質アルミナを鋳型にする方法４）有機ナノチューブや、コラーゲン、ＴＭＶ、糖鎖脂
質を鋳型にする方法等が提案されてきている。しかしながら、これらの方法
では、通常はポリクリスタリン（多結晶の凝集した構
造）になることが多い。

【０００６】このため、精密な微小ナノ構造を有する物
質を形成することは実質的には困難であった。

【０００７】これに対し、鋳型を用いない方法としては
春日らのアルカリ溶液中でのＴｉＯ ₂の成長が報告され
ているが、ＴｉＯ₂の機能、特に光触媒活性の点におい
て高い活性が得られないことと、チタニア以外の金属酸
化物への拡張は不可能であるため今後の展開は難しいと
考えられている。

【０００８】このような状況において、この出願の発明
者らは、低分子界面活性剤を鋳型にしてセラミックスナ
ノチューブ構造体を実現することを可能とし、そのため
の方法をすでに提案している。

【０００９】だが、発明者らの開発したこの新しい方法
はまさにその可能性の端初を拓いたものであって、技術
の発展のためには依然として多くの未踏の領域が残され
ていた。その代表的なものとしては、各種の様々な金属
元素のナノ構造体は実現可能なのかどうかの課題があっ
た。

【００１０】本来的にセラミックスは半導体材料、色
材、光触媒、触媒、超伝導、磁性材料、電子材料、エネ
ルギー変換材料、発熱材料を始めとする多くの分野にお
いて、耐熱性や多様な機能を有する材料として期待され
ていることから、微小なナノ構造体をこれまでに知られ
ていない金属の化合物として新しい機能を実現すること
が期待されるが、これまでのところほとんど実現されて
きていない。このため、当然にも、機能を最適にするた
めのセラミックスナノ構造の形成や機能選択性の自由度
も見出されていないのが実情であった。

【００１１】そこで、この出願の発明は、以上のとおり
の課題を解決することのできる、新しい技術的方策を提
供することを発明が解決すべき課題としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、第１には、亜鉛（Ｚ
ｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、イットリウム（Ｙ）およびタン
タル（Ｔａ）から選択された金属の酸化物により主とし
て構成され、短軸断面の最大外径が５００ｎｍ以下の柱
状体であることを特徴とするセラミックスナノ構造体を
提供する。

【００１３】また、この出願の発明は、第２には、柱状
体の両端あるいは片端が開いた開口先端部を有するか、
または両端が閉じている開口先端部を有することを特徴
とする前記のセラミックスナノ構造体を、第３には、柱
状体の長軸の長さが断面最大径に比べて３倍以上である
ことを特徴とするセラミックスナノ構造体を、第４に
は、柱状体の長軸に直角な断面の外形状が湾曲形状また
は多角形状であることを特徴とするセラミックスナノ構
造体を、第５には、柱状体はナノチューブまたはナノワ
イヤの構造を有することを特徴とするセラミックスナノ
構造体を提供する。

【００１４】そして、この出願の発明は、第６には、以
上いずれかのセラミックスナノ構造体の少くとも１種を
含むことを特徴とするセラミックスナノ構造体含有組成
物を提供し、第７には、セラミックスナノ構造体ととも
に、無機物、金属、合金および有機物の１種以上を含む
ことを特徴とするセラミックスナノ構造体含有組成物を
提供する。

【００１５】さらに、この出願の発明は、第８には、前
記いずれかのセラミックスナノ構造体の製造方法であっ
て、金属の化合物を両親媒性分子の存在下に溶媒中で水
と接触させて固化することを特徴とするセラミックスナ
ノ構造体の製造方法を提供し、第９には、前記組成物の
製造方法であって、金属の化合物を両親媒性分子の存在
下に溶媒中で水と接触させて固化することを特徴とする
セラミックスナノ構造物含有組成物の製造方法を、第１
０には、金属の化合物を両親媒性分子の存在下に溶媒中
で水と接触させて固化する場合に、無機物、金属、合金
および有機物の１種以上を添加することを特徴とするセ
ラミックスナノ構造物含有組成物の製造方法を提供す
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】この出願の発明は上記のとおりの
特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。

【００１７】なによりも特徴的なことは、この出願の発
明においては、まず、特有の金属元素の酸化物により主
として構成され、短軸断面の最大外径が５００ｎｍ以下
の柱状体としてのセラミックスナノ構造体が提供される
ことである。

【００１８】ここで、特有の金属元素とは、亜鉛（Ｚ
ｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、イットリウム（Ｙ）およびタン
タル（Ｔａ）のうちから選ばれたものである。

【００１９】この出願の発明では、主として、これら金
属の酸化物によりセラミックスナノ構造体が構成され
る。ここで「主として」の言葉は、実質的にほとんどが
金属の酸化物であって、ナノ構造体の形成にとって許容
される範囲内でそれ以外の金属等の混入や介在があって
もよいことを意味している。

【００２０】この出願のセラミックスナノ構造体は、こ
のように、特有の金属元素の酸化物により形成されてい
るとともに、その形状が、柱状体であって、短軸断面の
最大径は５００ｎｍ以下である。この場合の柱状体は、
たとえば、その長軸に直角な断面の外形が円形、楕円形
あるいはその他の形状を含めた湾曲状であるか、あるい
はｎ個の角部を持つ多角形状であって、その両端あるい
は片端が開いた開口先端部を有する中空体であってもよ
いし、両端が閉じている中実体であってもよい。

【００２１】中空体の場合にはたとえばナノチューブと
して、また中実体の場合にはナノワイヤとしてその構造
を例示することができる。

【００２２】この出願の発明においては、より代表的な
セラミックスナノ構造体としては、柱状体の長軸の長さ
（Ｌ）が、短軸断面最大径（Ｄ）に比べて３倍以上、Ｌ
≧３Ｄであるものを例示することができる。

【００２３】たとえば以上のとおりのこの出願の発明の
セラミックスナノ構造体についてその製造法を説明する
と、従来ナノチューブについては、主として、気相法と
湿式法により調製する方法が開発されてきたが、この発
明の方法では新しい機能を実現するため、ナノ構造体と
して得ることが期待されながら実現されていない金属の
酸化物について柱状形状のナノ構造体の創製に成功した
ものである。

【００２４】ナノ構造体の形成において通常用いられる
ガス蒸気を利用する方法やアーク放電を用いる方法で
は、構造とサイズの均一性の高い構造とすることや、単
一の結晶とすることも難しい。また、高温プロセスを使
用することなく、低温プロセスでの作製は環境適合の面
からも望まれているが、未だこのような方法は知られて
いない。

【００２５】この出願の発明の方法においてはこれらの
問題が解決されているのである。この発明の製造方法
は、前記のとおり、金属の化合物を両親媒性分子の存在
下に溶媒中で水と接触させて固化することを特徴として
いる。この方法では、両親媒性分子はいうなれば鋳型の
役割を果たすものであって、たとえば代表的には界面活
性剤をその例として示すことができる。

【００２６】より具体的に説明すると、この出願の発明
の製造方法は以下のとおりの実施の形態として例示する
ことができる。

【００２７】すなわち、ナノチューブあるいはナノワイ
ヤー等の形状を有するセラミックスナノ構造体の製造に
おいては、亜鉛（Ｚｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、イットリウ
ム（Ｙ）またはタンタル（Ｔａ）の金属の化合物あるい
はその有機溶媒溶液と、界面活性剤と、水とを接触させ
て混合して固化することができる。

【００２８】出発物質としての金属化合物は、水との反
応で水酸化物に変換される金属ハロゲン化物、各種の金
属塩等の溶液を用いることができるが、なかでも、金属
アルコキシドが出発物質として推奨される。

【００２９】これらの金属アルコキシドは、金属元素を
Ｍ、アルコキシル基をＯＲとするとき、一般式、Ｍ（Ｏ
Ｒ）_m：ｍは２以上の数を示す；として表される各種の
ものを用いることができる。アルコキシル基ＯＲを構成
する有機基Ｒとしては、たとえば、炭素数１〜２５のア
ルキル基等であってよく、中でも炭素数１〜６の、メチ
ル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル
基、イソブチル基等の低級アルキル基であることが好ま
しい。これらは同一のものであっても異なるものであっ
てもよい。この出願の発明においては、有機基Ｒが同一
の、たとえば、炭素数１〜６の複数のアルコキシル基で
あることが好ましい例として示される。より具体的に
は、金属アルコキシドとして、例えば、（Ｎｂ（ＯＥ
ｔ）₅，Ｔａ（ＯＥｔ）₅，Ｙ（ＯⁿＢｕ）₃や、Ｚｎ（Ｏ
ＣＨ（ＣＨ₃）ＣＨ₂ＯＣＨ₃）₂等を用いることなどが例
示される。アルコキシル基の炭素数は、大きすぎると加
水分解の反応性が低くなりすぎるために好ましくない。

【００３０】上記の金属アルコキシドを溶解する有機溶
媒としては、アルコールや多座配位子化合物等を用いる
ことが例示される。多座配位子化合物としては、たとえ
ば、ビアセチル、ベンジル、アセチルアセトン等のジケ
トン化合物が好適な例として示される。特に、アセチル
アセトンを用いることが好ましい。これらの多座配位子
化合物等は、単独で用いてもよいし、イソプロピルアル
コール、メトキシプロパノール、ブタノール等のアルコ
ールと混合して用いてもよい。この有機溶媒中に多価金
属の複数種のものの金属アルコキシドを、その合計モル
比が、有機溶媒：金属アルコキシドとして、５：１〜
１：１．５、より好ましくは、１：１ないしはその付近
となるように溶解させる。この金属アルコキシド溶液中
でアルコキシドは安定化し、後の加水分解反応の速度調
整が容易になる。

【００３１】界面活性剤は、この出願の発明において、
両親媒性分子として極めて重要な役割を担うものであ
る。この界面活性剤としては、各種のものを選択するこ
とができるが、好適には、陽イオン界面活性剤を用いる
ことができる。なかでも、脂肪族アミン塩を用いること
が好ましい。たとえば、炭素数８〜２０の１級アミンと
しての脂肪族アミン塩等が例示される。より具体的に
は、たとえば、ラウリルアミン塩酸塩等である。

【００３２】上記の金属アルコキシドの有機溶媒溶液
は、界面活性剤と、水とを接触させて混合して固化させ
るが、その手段としては、次の２通りのものを考慮する
ことができる。まず１つは、金属アルコキシドの有機溶
媒溶液と、界面活性剤の水溶液とを混合する方法であ
る。そしてもう１つは、金属アルコキシドの有機溶媒溶
液に界面活性剤を溶解した有機溶液に、水を混合する方
法である。

【００３３】このようにして調整される混合溶液におい
て、金属アルコキシドおよび界面活性剤は、各々、次の
ような挙動を示す。金属アルコキシドについては、
（ａ）加水分解反応および重縮合反応が進行し、ゾルま
たはゲル化して金属の酸化物を形成する。このゾルまた
はゲルが固化することで固形体を得ることができる。界
面活性剤については、混合溶液中で自由エネルギーが最
小となるように（ｂ）分子集合体を形成する。この分子
集合体は、界面活性剤の疎水部が小さい場合に球形とな
り、疎水部が大きい場合にラメラ構造の平板状となり、
そして、疎水部の大きさがこれらの中間である場合に棒
状の集合体となる。そして、金属アルコキシドと界面活
性剤が接触した場合には、（ｃ）金属イオンが界面活性
剤の親水部に付着して複合体を形成する。この発明の方
法においては、以上の３つのどれが優位に作用するか等
により、得られるナノ構造体の形状が決定されることに
なる。

【００３４】すなわち、たとえば、まず、界面活性剤１
分子と金属アルコキシドの１分子が対応した複合体を形
成すると、界面活性剤の疎水部と親水部のバランスが崩
れ、界面活性剤は疎水部を中心にした棒状の集合体とな
る。そして引き続きこの棒状体の表面において金属アル
コキシドの縮重合反応が進行することで、チューブ形状
の構造が形成されると考えられる。

【００３５】また一方で、加水分解した金属アルコキシ
ド同士の縮重合反応が先行すると、まず粒子状の金属酸
化物が形成される。そして界面活性剤は、形成された粒
子のある特定の面に選択的に吸着してその面の成長を妨
げるため、粒子の吸着の内面あるいは少ない面が成長し
てナノワイヤー形状の構造が形成されると考えられる。
このようにアルコキシドと界面活性剤の複合体形成と、
加水分解したアルコキシドの重合反応のどちらが優勢か
によって、アルコキシドが界面活性剤と円筒形の組織を
作るかアルコキシド同士で粒子を形成するかが分かれ、
得られる形状がナノチューブあるいはナノワイヤー形状
等に決定されることになる。これらの構造の中には粒状
の組成物が含まれることもある。

【００３６】すなわち、複合ナノ構造体の生成において
は、金属アルコキシド由来の粒子が伴うことがある。こ
のため実際的には、セラミックスナノ構造体を含有する
組成物が得られる。

【００３７】このような組成物は、その用途や性質に応
じてそのまま利用してもよいし、組成物からセラミック
スナノ構造体のみを分離精製してもよい。

【００３８】以上の金属アルコキシド、界面活性剤、水
の混合において、金属アルコキシドと界面活性剤の混合
比は、反応の進行および混合溶液の固化時間に影響を与
える。この出願の発明においては、金属アルコキシドと
界面活性剤のモル比は、金属アルコキシド合計量：界面
活性剤として、０．１：１〜３０：１、より好ましくは
０．５：１〜８：１の範囲で考慮することができる。

【００３９】混合比が上記範囲外であったり、また水が
多すぎたりすると、加水分解および重縮合反応の進行が
速すぎて均質な固形体が得られなかったり、逆に、固化
の時間がかかりすぎる等の不都合が生じる場合がある。

【００４０】なお、この出願の発明の方法において、製
造された金属酸化物の固化体中に存在する界面活性剤
は、具体的には、たとえば、イソプロピルアルコール等
のアルコール、ＴＨＦ、ジオキサン等で洗浄することで
容易に除去することができる。

【００４１】また、固化反応により生成された固化体、
あるいは前記の通り、アルコール等によって洗浄して界
面活性剤を除去した固化体については、自然乾燥ないし
風乾されてもよいし、あるいは通常の意味での加熱乾燥
が行われてもよい。従って、この発明の方法において
は、「固化」には、これらの乾燥が包含されている。

【００４２】そして、この出願の発明においては、固化
の条件を、たとえば２８３〜３７３Ｋの温度で、０．１
〜５００時間程度とすることができる。混合溶液におけ
る金属アルコキシドおよび界面活性剤の反応は、金属の
種類や各種の条件によってその進行度合いは様々に変化
するため、より好適な固化の条件として、３１３〜３７
３Ｋの温度で０．５〜３００時間程度とすることが例示
される。

【００４３】固化によってナノ構造体は結晶として得ら
れるが、なかには非晶質相が混在してもいる。そのた
め、焼成処理を施し、非晶質相を結晶に転移させること
が望ましい。

【００４４】このような固化物の加熱焼成は、一般的に
は、４７３〜８７３Ｋの温度で、０．１〜５００時間の
加熱条件で行うことが好ましい。

【００４５】筒状の形状や、ワイヤー状、帯状の形状な
どの柱状形状のナノ構造体としてはカーボンナノチュー
ブが知られているが、他の元素での作製の報告例は少な
い。

【００４６】しかし、これまでにも、電子材料や光機能
材料、あるいは触媒等として優れた特徴を有している亜
鉛（Ｚｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、あるいはイットリウム
（Ｙ）の金属酸化物からなるナノ柱状構造体がこの出願
の発明によって提供されることで、電気導線や超伝導
体、単一ナノ構造体を用いた量子効果素子・電子・磁気
・化学・エネルギー機能材等として多様な領域での使用
を可能とすることができる。

【００４７】またこれを電子伝導体でコートしたり、チ
ューブ内にうめこむことによって、ナノワイヤーを得る
ことも可能であり、ナノサイズの導線を作成すること
や、ナノサイズの回析格子を作成すること、ナノサイズ
の補強材、複合材料を作成することも可能である。

【００４８】このような応用のために、この出願の発明
では、上記のセラミックスナノ構造体と、無機物、金
属、合金および有機物の１種以上のものとの組成物も提
供されることになる。混合と固化のナノ構造体の製造プ
ロセスにおいて、これらの別の成分を添加することで上
記組成物を得ることもできる。

【００４９】以上のようなこの出願の発明のセラミック
スナノ構造体は特徴的な形状を有し、表面積が広く、大
きさがナノサイズの微小な結晶である。

【００５０】この結晶では、極めて顕著な作用が得られ
ることになる。さらに、この出願の発明により製造され
るナノチューブ形状等を有するセラミックスナノ構造体
は、たとえば、その毛管凝縮作用を利用することで気相
中の微量の成分を吸着除去する機能を備え持つことにな
り、防臭剤等として応用することができる。また、その
内壁を修飾することにより水素吸蔵能力を付与する等と
いった応用も期待される。

【００５１】また、ナノスケールの材料を規則正しく配
列すると光の波長変換がおこることから、この出願の発
明のナノ構造体を非線形工学材料として利用することも
できる。そして、自身の持つ光学特性による色材として
の利用など、各種光学材料としての利用も可能である。
このように、この出願の発明のセラミックス複合ナノ構
造体によって、電子伝導性、磁性、光学特性、化学触媒
特性等の各種の特性に基づいた種々の応用が期待され
る。

【００５２】以下、実施例を示し、この発明の実施の形
態についてさらに詳しく説明する。

【００５３】

【実施例】（実施例１）ジメトキシプロピルオルトジン
ケート：Ｚｎ（ＯＣＨＣＨ₃ＣＨ₂ＯＣＨ₃）₂のテトラヒ
ドロフラン（ＴＨＦ）溶液（０．５ｍｏｌ／ｋｇ）の溶
液に、界面活性剤のラウリルアミン塩酸液（ＬＡＨＣ）
の水溶液を、モル比でＺｎ：界面活性剤＝４：１となる
ように添加して３１３Ｋの温度で攪拌混合した。直ちに
白濁物の沈殿が生じはじめた。

【００５４】３５７Ｋ（８０℃）の温度で３日間加熱し
て固化させ、乾燥後固化物を７７３Ｋ（５００℃）の温
度で４時間焼成した。ＸＲＤの測定結果より、ＺｎＯの
ヘキサゴナル結晶であることが確認された。図１は、こ
のＸＲＤパターンを示したものである。また、図２に
は、ＴＥＭ観察の結果を示した。ＴＥＭ像（バー：６
２．５ｎｍ）は明確にナノチューブの形成を示してい
る。高倍率ＴＥＭ像（バー：１７．４ｎｍ）では、格子
像が得られているので、ナノチューブは単結晶であるこ
とが分る。同時に外径約３０−１００ｎｍの大きな微粒
子の形成もみられた。ナノチューブの直径は１７．４ｎ
ｍ長さは、約１８０ｎｍであった。また、窒素吸着等温
線より、ＢＥＴ比表面積は、３５ｍ²／ｇであった。（実施例２）エトキシニオブ：Ｎｂ（ＯＣＨ₂ＣＨ₃）₅
のエタノール溶液（０．５ｍｏｌ／ｋｇ）の溶液に、ア
セチルアセトン（ａｃａｃ）を、ニオブとアセチルアセ
トンのモル比が１：１になるように加えた。この溶液と
界面活性剤のラウリルアミン塩酸液（ＬＡＨＣ）の水溶
液を、モル比でＮｂ：界面活性剤＝４：１となるように
添加して３１３Ｋで攪拌混合した。混合後２分後には、
液はゲル化した。

【００５５】次いで３５７Ｋ（８０℃）の温度で７日間
加熱して固化させ、乾燥後固化物を６２３Ｋ（３５０
℃）で１日焼成後、７７３Ｋ（５００℃）の温度で１時
間焼成した。

【００５６】図３は、焼成後の試料についての窒素吸着
等温線を示した。典型的なＩＵＰＡＣのＩＶ型が得られ
ているので、メソ細孔をもつ構造体が得られていること
を示している。図４は細孔径分布を示し、ピークの細孔
径は３．８２ｎｍ、細孔容量０．２０７ｍｌ／ｇ、ＢＥ
Ｔ比表面積は、１１５ｍ²／ｇであった。

【００５７】図５にＴＥＭ像を示す。ナノチューブが確
認できる。また、格子像が見えているので、単結晶のナ
ノチューブであることがわかる。（実施例３）トリブトキシイットリウム：Ｙ（ＯⁿＢ
ｕ）₃のエタノール溶液（０．５ｍｏｌ／ｋｇ）の溶液
に、アセチルアセトン（ａｃａｃ）を、イットリウムと
ａｃａｃのモル比が１：１となるように加えた。この溶
液をと界面活性剤のラウリルアミン塩酸塩（ＬＡＨＣ）
の水溶液を、モル比でイットリウム：界面活性剤＝４：
１となるように添加して３１３Ｋで攪拌混合した。混合
後１時間で液はゲル化した。次いで３５７Ｋ（８０℃）
の温度で３日間加熱して固化させ、乾燥後固形物を７７
３Ｋ（５００℃）の温度で４時間焼成した。

【００５８】図６は、焼成後のサンプルのＸＲＤパター
ンを示す。Ｃｕｂｉｃ結晶が形成されていることがわか
る。図７は、窒素吸着等温線を示し、メソ細孔をもつ構
造体が得られていることを示すＩＵＰＡＣのＩＶ型が得
られていることと、ゲル化したことから、ナノチューブ
の形成が示された。図８は、細孔径分布を示し、ピーク
の細孔径は３．４８ｎｍ、細孔容量０．０９８ｍｌ／
ｇ、ＢＥＴ比表面積は、４７ｍ²／ｇであった。（実施例４）エトキシタンタル：ＴＡ（ＯＣＨ₂ＣＨ₃）
₅のエタノール溶液（０．５ｍｏｌ／ｋｇ）の溶液に、
アセチルアセトン（ａｃａｃ）を、タンタルとａｃａｃ
のモル比が１：１となるように加えた。この溶液と界面
活性剤のラウリルアミン塩酸塩（ＬＡＨＣ）の水溶液
を、モル比でタンタル：界面活性剤＝４：１となるよう
に添加して３１３Ｋで攪拌混合した。混合後１時間で液
はゲル化した。次いで３５７Ｋ（８０℃）の温度で７日
間加熱して固化させ、乾燥後固形物を６２３Ｋ（３５０
℃）で１日焼成後、７７３Ｋ（５００℃）の温度で１時
間焼成した。

【００５９】図９に窒素吸着等温線を示す。メソ細孔を
もつ構造体が得られていることを示すＩＵＰＡＣのＩＶ
型が得られている。図１０には細孔径分布図を示し、ピ
ークの細孔径は３．３２ｎｍ、細孔容量０．１０８ｍｌ
／ｇ、ＢＥＴ比表面積は、２０ｍ²／ｇであった。

【００６０】図１１にＴａ₂Ｏ₅のＴＥＭ像（バー：１
７．４ｎｍ）を示す。ナノチューブの形成が確認でき
る。また、格子像が確認できることから、単結晶のナノ
チューブであることが分る。図１２に電子線回折像を示
す。チューブの形成を示す異方性の高い回折パターンが
得られている。

【００６１】

【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この出願の
発明は、全く新しいナノ構造体を提供するものである。

【００６２】この出願の発明の複合ナノ構造体において
は、柱状形状をとらせることにより、従来の繊維状材料
において得られていた諸特性を実現でき、材料物性に
方向性を持たせることができ、粒状物にない分離特性
を付与することや、大きな表面積を与えること、並び
に各種の偏織化が可能となる等の顕著な特徴が実現さ
れることになる。

【００６３】また、ナノチューブ形状とすることによっ
ては、中空繊維材料において得られている諸特性を実現
でき、中空内部にガス、液、固体状の各種物質を保持
させたり、膜として物質分離に用いたり、膜内外の
ポテンシャル差を利用して、各種反応場を提供したり、
膜構造内部のポテンシャル場を利用して電子的、磁気
的特性を発生させ利用したり、膜構造内の組成を軸方
向或いは、軸と直角方向に変化させることにより、傾斜
場を形成・利用したり、その傾斜機能を利用したり、連
続的な反応場を提供するなど、極めて広範な利用が期待
される。

【００６４】さらにまた、ナノレベルの材料であること
から、これらの柱状形状をしたナノ構造体は、ナノデ
バイス用の半導体、光、電子材料や、機能素子として、
多くの機能を持つほか、量子サイズ機能・効果が期待
される。また、光ピンセット技術と組み合わせて、素
子をくみ上げたり、マイクロプロープ顕微鏡と組み合
わせて、ナノサイズの諸計測技術に利用したり、自己
組織化現象を利用して、複数のナノ構造材料を複合化す
ることにより、より高度な機能や複合機能を実現した素
子、材料を得ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１におけるＺｎＯ試料のＸＲＤパターン
を例示した図である。

【図２】実施例１の試料のＴＥＭ観察像を例示した写真
図である。

【図３】実施例２におけるＮｂ₂Ｏ₃試料の窒素吸着等温
線を例示した図である。

【図４】実施例２における試料の細孔径分布を例示した
図である。

【図５】実施例２における試料のＴＥＭ観察像を例示し
た写真図である。

【図６】実施例３におけるＹ₂Ｏ₃の試料のＸＲＤパター
ンを例示した図である。

【図７】実施例３における試料の窒素吸着等温線を例示
した図である。

【図８】実施例３における試料の細孔径分布を例示した
図である。

【図９】実施例４におけるＴａ２Ｏ５試料の窒素吸着等
温線を例示した図である。

【図１０】実施例４における試料の細孔径分布を例示し
た図である。

【図１１】実施例４における試料のＴＥＭ観察像を例示
した写真図である。

【図１２】実施例４における試料の電子線回折像を例示
した写真図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０１Ｇ 35/00 Ｃ０１Ｇ 35/00 ＤＦターム(参考） 4G047 AA02 AB02 AB04 AC03 AD04 4G048 AA02 AB02 AB05 AC08 AD04 AD06 AE05 4G076 AA02 AB11 BA23 BA38 CA04 CA40 DA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】亜鉛（Ｚｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、イット
リウム（Ｙ）およびタンタル（Ｔａ）から選択された金
属の酸化物により主として構成され、短軸断面の最大外
径が５００ｎｍ以下の柱状体であることを特徴とするセ
ラミックスナノ構造体。
【請求項２】柱状体の両端あるいは片端が開いた開口
先端部を有するか、または両端が閉じている開口先端部
を有することを特徴とする請求項１のセラミックスナノ
構造体。
【請求項３】柱状体の長軸の長さが断面最大径に比べ
て３倍以上であることを特徴とする請求項１または２の
セラミックスナノ構造体。
【請求項４】柱状体の長軸に直角な断面の外形状が湾
曲形状または多角形状であることを特徴とする請求項１
ないし３のいずれかのセラミックスナノ構造体。
【請求項５】柱状体はナノチューブまたはナノワイヤ
の構造を有することを特徴とする請求項１ないし４のい
ずれかのセラミックスナノ構造体。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかのセラミッ
クスナノ構造体の少くとも１種を含むことを特徴とする
セラミックスナノ構造体含有組成物。
【請求項７】セラミックスナノ構造体とともに、無機
物、金属、合金および有機物の１種以上を含むことを特
徴とする請求項６のセラミックスナノ構造体含有組成
物。
【請求項８】請求項１ないし５のいずれかのセラミッ
クスナノ構造体の製造方法であって、金属の化合物を両
親媒性分子の存在下に溶媒中で水と接触させて固化する
ことを特徴とするセラミックスナノ構造体の製造方法。
【請求項９】請求項６の組成物の製造方法であって、
金属の化合物を両親媒性分子の存在下に溶媒中で水と接
触させて固化することを特徴とするセラミックスナノ構
造物含有組成物の製造方法。
【請求項１０】請求項６または７の組成物の製造方法
であって、金属の化合物を両親媒性分子の存在下に溶媒
中で水と接触させて固化する場合に、無機物、金属、合
金および有機物の１種以上を添加することを特徴とする
セラミックスナノ構造物含有組成物の製造方法。