JP2004216500A - 単結晶二酸化スズナノテープとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた光学的特性を有する二酸化スズの新しい単結晶ナノ構造体とこれを大量生産可能とする製造方法を提供する。
【解決手段】単結晶の二酸化スズからなるナノメートルサイズのテープ状物質であって、100マイクロメートル以上の長さと、300〜500ナノメートルの幅と、30〜50ナノメートルの厚さを有する。
【選択図】 図1
【解決手段】単結晶の二酸化スズからなるナノメートルサイズのテープ状物質であって、100マイクロメートル以上の長さと、300〜500ナノメートルの幅と、30〜50ナノメートルの厚さを有する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、単結晶二酸化スズナノテープと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、オプトエレクトロニクスデバイス、ガス漏れ検知器、透明導電性電極等として有用な、単結晶二酸化スズナノテープとその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
二酸化スズは広いバンドギャップを有するn型半導体であり、オプトエレクトロニクスデバイス、ガス漏れ検知器、透明導電性電極等に広く使用されている重要な機能性材料である。このような特徴のある二酸化スズからなるナノワイヤーやナノロッドが、熱酸化法や溶融塩合成法により製造されている(たとえば、文献1および2)。
【0003】
また、最近、金属酸化物のナノワイヤーの合成方法としてレーザー加熱法が提案されている(たとえば、文献3、4および5)。このレーザー加熱法は、高温反応や複雑な合成プロセスを必要としないので大量生産に適している。
【0004】
一方、ナノメートルサイズの金属酸化物の構造体として、ベルト状の形態を有するものの生成が報告されて注目されている(文献6および7)。このベルト状のナノ構造体は、ナノワイヤーやナノロッドとは形態が異なるものとして、その応用に新しい展望を拓くものとして期待されている。n型半導体としての基本的機能を有する二酸化スズについても、優れた光学的特性が期待される単結晶体をはじめとして、このようなベルト状、あるいはテープ状、リボン状のナノ構造体を実現することが望まれている。特に、前記のとおりのレーザー加熱法による金属酸化物のナノワイヤーの合成法が実現された現在の状況においては、すでに多様な実用製品の材料としても利用されている二酸化スズのベルト状、リボン状、あるいはテープ状のナノ構造体のレーザー加熱法による製造を実現することが求められている。
【0005】
【文献】
1:M.J.Zheng他、Chem.Mater.、13巻、3859頁、2001年
2:Y.K.Liu他、Adv.Mater.、13巻、1883頁、2001年
3:A.M.Morales他、 Sclence、 279巻、208頁、1998年
4:Y.H.Tang他、 Appl.Phys.Lett、74巻、3824頁、1999年
4:X.F.Duan他、 Adv.Mater.、12巻、298頁、2000年
6:Z.H.Pan他、Science、291巻、1947頁、2001年
7:Z.R.Dai他、Phys.Chem.B、106巻、1274頁、2002年
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、優れた光学的特性を有する二酸化スズの新しい単結晶ナノ構造体としてのナノテープとこれを大量生産可能とする方法を提供することを課題としている。
【0007】
【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、単結晶の二酸化スズからなるナノメートルサイズのテープ状物質であって、100マイクロメートル以上の長さと、300〜500ナノメートルの幅と、30〜50ナノメートルの厚さを有することを特徴とする単結晶二酸化スズナノテープを提供する。
【0008】
さらに、この出願の発明は、第2に、真空中、高温下において、二酸化スズを加熱するとともに、二酸化スズにエキシマレーザーを照射することにより、単結晶の二酸化スズからなるナノメートルサイズのテープ状物質である単結晶二酸化スズナノテープを生成することを特徴とする単結晶二酸化スズナノテープの製造方法をも提供するものである。
【0009】
【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。
【0010】
この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープは、単結晶の二酸化スズからなるナノメートルサイズのテープ状物質であり、100マイクロメートル以上の長さと、300〜500ナノメートルの幅と、30〜50ナノメートルの厚さを有するものである。
【0011】
なお、ここで規定する「テープ」は、いわゆるベルト状、リボン状、そしてテープ状と呼ばれる偏平体を総称する意味において用いられている。
【0012】
この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープは、真空中減圧下に、加熱された二酸化スズに対しエキシマレーザーを照射することにより、生成される。このとき、二酸化スズが置かれる加熱温度は900℃以上とすることが好適である。また、二酸化スズが置かれる真空の圧力は、10−2Torr以下とすることが好適である。
【0013】
このようにして生成される単結晶二酸化スズナノテープは、通常の二酸化スズと比較して、光学的特性に優れており、オプトエレクトロニクスデバイス、ガス漏れ検知器、透明導電性電極などへの応用が可能である。
【0014】
以上は、この出願の発明における形態の一例であり、この出願の発明がこれらに限定されることはなく、その細部について様々な形態をとりうることが考慮されるべきであることは言うまでもない。
【0015】
この出願の発明は、以上の特徴を持つものであるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明する。
【0016】
【実施例】
以下に、この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープの製造方法の一例を、具体的に説明する。
【0017】
まず、反応系として、アルミナ製の円筒管を高温炉の中に配置し、このアルミナ製の円筒管の中に石英管を設置し、さらに、この石英管の中に、室温でプレスして固めた二酸化スズを入れる。この反応系を、10−2Torr以下の真空とし、高温炉の温度を10℃/minの昇温速度により、900℃まで加熱する。この温度で、波長248nm、ビームの面積22×8mm2のKrFエキシマレーザービームを、レンズにより集光し、二酸化スズの表面に照射する。レーザーのパルスのエネルギーは20Hz、27ns間で370mJであり、2時間照射を続ける。
【0018】
照射終了後、炉を室温に冷却して生成物を採取し、X線粉末回折装置とX線エネルギー拡散スペクトロメーターを取り付けた高分解能透過型電子顕微鏡で観察した。X線回折のパターンから、生成物が、格子定数a=4.737オングストロームとc=3.186オングストロームを有する正方晶系の二酸化スズのルチル型構造であることが明らかとなった。
【0019】
図1に、生成物の透過型電子顕微鏡像を示す。図1(a)、図1(b)に示したように、生成物はテープ状を有しており、長さが数百マイクロメートル、幅が300〜500ナノメートル、厚さが30〜50ナノメートルであることが確認された。
【0020】
図2に、生成物のX線エネルギー拡散スペクトルの測定結果を示す。図2から、生成物の化学組成はスズと酸素からなり、その原子比は1:2であることがわかった。なお、銅のピークは透過型電子顕微鏡の測定に用いる銅グリッドに由来するものである。また、高分解能透過型電子顕微鏡像の観察結果から均一な単結晶のルチル型構造の二酸化スズであることがわかった。
【0021】
図3に、生成物である二酸化スズナノテープおよび二酸化スズ粉末のフォトルミネッセンススペクトルを示す。測定は、室温下で行われ、励起源として、波長325nmのHe−Cdレーザーが用いられ、400〜800nmの範囲の発光スペクトルが測定された。出発物質として使用した二酸化スズの粉末(スペクトルb)と本発明により得られた単結晶ナノテープ(スペクトルa)の発光スペクトルを比較した結果、ナノテープの発光強度は粉末に比べて数倍高いことが明らかとなった。
【0022】
【発明の効果】
この出願の発明によって、以上詳しく説明したとおり、優れた光学的特性を有する新しい形態の単結晶二酸化スズナノ構造体と、これを大量生産可能とする製造方法が提供される。
【0023】
この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープは、優れた特性を有しており、また、この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープの製造方法により、大量生産が容易であることから、オプトエレクトロニクスデバイス、ガス漏れ検知器、透明導電性電極などの様々な製品の材料としての利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープの透過型電子顕微鏡像である。
【図2】この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープのX線エネルギー拡散スペクトルについて示したグラフである。
【図3】この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープ、および、比較例である二酸化スズ粉末のフォトルミネッセンスのスペクトルについて示したグラフである。
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、単結晶二酸化スズナノテープと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、オプトエレクトロニクスデバイス、ガス漏れ検知器、透明導電性電極等として有用な、単結晶二酸化スズナノテープとその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
二酸化スズは広いバンドギャップを有するn型半導体であり、オプトエレクトロニクスデバイス、ガス漏れ検知器、透明導電性電極等に広く使用されている重要な機能性材料である。このような特徴のある二酸化スズからなるナノワイヤーやナノロッドが、熱酸化法や溶融塩合成法により製造されている(たとえば、文献1および2)。
【0003】
また、最近、金属酸化物のナノワイヤーの合成方法としてレーザー加熱法が提案されている(たとえば、文献3、4および5)。このレーザー加熱法は、高温反応や複雑な合成プロセスを必要としないので大量生産に適している。
【0004】
一方、ナノメートルサイズの金属酸化物の構造体として、ベルト状の形態を有するものの生成が報告されて注目されている(文献6および7)。このベルト状のナノ構造体は、ナノワイヤーやナノロッドとは形態が異なるものとして、その応用に新しい展望を拓くものとして期待されている。n型半導体としての基本的機能を有する二酸化スズについても、優れた光学的特性が期待される単結晶体をはじめとして、このようなベルト状、あるいはテープ状、リボン状のナノ構造体を実現することが望まれている。特に、前記のとおりのレーザー加熱法による金属酸化物のナノワイヤーの合成法が実現された現在の状況においては、すでに多様な実用製品の材料としても利用されている二酸化スズのベルト状、リボン状、あるいはテープ状のナノ構造体のレーザー加熱法による製造を実現することが求められている。
【0005】
【文献】
1:M.J.Zheng他、Chem.Mater.、13巻、3859頁、2001年
2:Y.K.Liu他、Adv.Mater.、13巻、1883頁、2001年
3:A.M.Morales他、 Sclence、 279巻、208頁、1998年
4:Y.H.Tang他、 Appl.Phys.Lett、74巻、3824頁、1999年
4:X.F.Duan他、 Adv.Mater.、12巻、298頁、2000年
6:Z.H.Pan他、Science、291巻、1947頁、2001年
7:Z.R.Dai他、Phys.Chem.B、106巻、1274頁、2002年
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、優れた光学的特性を有する二酸化スズの新しい単結晶ナノ構造体としてのナノテープとこれを大量生産可能とする方法を提供することを課題としている。
【0007】
【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、単結晶の二酸化スズからなるナノメートルサイズのテープ状物質であって、100マイクロメートル以上の長さと、300〜500ナノメートルの幅と、30〜50ナノメートルの厚さを有することを特徴とする単結晶二酸化スズナノテープを提供する。
【0008】
さらに、この出願の発明は、第2に、真空中、高温下において、二酸化スズを加熱するとともに、二酸化スズにエキシマレーザーを照射することにより、単結晶の二酸化スズからなるナノメートルサイズのテープ状物質である単結晶二酸化スズナノテープを生成することを特徴とする単結晶二酸化スズナノテープの製造方法をも提供するものである。
【0009】
【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。
【0010】
この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープは、単結晶の二酸化スズからなるナノメートルサイズのテープ状物質であり、100マイクロメートル以上の長さと、300〜500ナノメートルの幅と、30〜50ナノメートルの厚さを有するものである。
【0011】
なお、ここで規定する「テープ」は、いわゆるベルト状、リボン状、そしてテープ状と呼ばれる偏平体を総称する意味において用いられている。
【0012】
この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープは、真空中減圧下に、加熱された二酸化スズに対しエキシマレーザーを照射することにより、生成される。このとき、二酸化スズが置かれる加熱温度は900℃以上とすることが好適である。また、二酸化スズが置かれる真空の圧力は、10−2Torr以下とすることが好適である。
【0013】
このようにして生成される単結晶二酸化スズナノテープは、通常の二酸化スズと比較して、光学的特性に優れており、オプトエレクトロニクスデバイス、ガス漏れ検知器、透明導電性電極などへの応用が可能である。
【0014】
以上は、この出願の発明における形態の一例であり、この出願の発明がこれらに限定されることはなく、その細部について様々な形態をとりうることが考慮されるべきであることは言うまでもない。
【0015】
この出願の発明は、以上の特徴を持つものであるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明する。
【0016】
【実施例】
以下に、この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープの製造方法の一例を、具体的に説明する。
【0017】
まず、反応系として、アルミナ製の円筒管を高温炉の中に配置し、このアルミナ製の円筒管の中に石英管を設置し、さらに、この石英管の中に、室温でプレスして固めた二酸化スズを入れる。この反応系を、10−2Torr以下の真空とし、高温炉の温度を10℃/minの昇温速度により、900℃まで加熱する。この温度で、波長248nm、ビームの面積22×8mm2のKrFエキシマレーザービームを、レンズにより集光し、二酸化スズの表面に照射する。レーザーのパルスのエネルギーは20Hz、27ns間で370mJであり、2時間照射を続ける。
【0018】
照射終了後、炉を室温に冷却して生成物を採取し、X線粉末回折装置とX線エネルギー拡散スペクトロメーターを取り付けた高分解能透過型電子顕微鏡で観察した。X線回折のパターンから、生成物が、格子定数a=4.737オングストロームとc=3.186オングストロームを有する正方晶系の二酸化スズのルチル型構造であることが明らかとなった。
【0019】
図1に、生成物の透過型電子顕微鏡像を示す。図1(a)、図1(b)に示したように、生成物はテープ状を有しており、長さが数百マイクロメートル、幅が300〜500ナノメートル、厚さが30〜50ナノメートルであることが確認された。
【0020】
図2に、生成物のX線エネルギー拡散スペクトルの測定結果を示す。図2から、生成物の化学組成はスズと酸素からなり、その原子比は1:2であることがわかった。なお、銅のピークは透過型電子顕微鏡の測定に用いる銅グリッドに由来するものである。また、高分解能透過型電子顕微鏡像の観察結果から均一な単結晶のルチル型構造の二酸化スズであることがわかった。
【0021】
図3に、生成物である二酸化スズナノテープおよび二酸化スズ粉末のフォトルミネッセンススペクトルを示す。測定は、室温下で行われ、励起源として、波長325nmのHe−Cdレーザーが用いられ、400〜800nmの範囲の発光スペクトルが測定された。出発物質として使用した二酸化スズの粉末(スペクトルb)と本発明により得られた単結晶ナノテープ(スペクトルa)の発光スペクトルを比較した結果、ナノテープの発光強度は粉末に比べて数倍高いことが明らかとなった。
【0022】
【発明の効果】
この出願の発明によって、以上詳しく説明したとおり、優れた光学的特性を有する新しい形態の単結晶二酸化スズナノ構造体と、これを大量生産可能とする製造方法が提供される。
【0023】
この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープは、優れた特性を有しており、また、この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープの製造方法により、大量生産が容易であることから、オプトエレクトロニクスデバイス、ガス漏れ検知器、透明導電性電極などの様々な製品の材料としての利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープの透過型電子顕微鏡像である。
【図2】この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープのX線エネルギー拡散スペクトルについて示したグラフである。
【図3】この出願の発明である単結晶二酸化スズナノテープ、および、比較例である二酸化スズ粉末のフォトルミネッセンスのスペクトルについて示したグラフである。
Claims (2)
- 単結晶の二酸化スズからなるナノメートルサイズのテープ状物質であって、100マイクロメートル以上の長さと、300〜500ナノメートルの幅と、30〜50ナノメートルの厚さを有することを特徴とする単結晶二酸化スズナノテープ。
- 真空中、高温下において、二酸化スズを加熱するとともに、二酸化スズにエキシマレーザーを照射することにより、単結晶の二酸化スズからなるナノメートルサイズのテープ状物質である単結晶二酸化スズナノテープを生成することを特徴とする単結晶二酸化スズナノテープの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003006291A JP2004216500A (ja) | 2003-01-14 | 2003-01-14 | 単結晶二酸化スズナノテープとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003006291A JP2004216500A (ja) | 2003-01-14 | 2003-01-14 | 単結晶二酸化スズナノテープとその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004216500A true JP2004216500A (ja) | 2004-08-05 |
Family
ID=32896721
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003006291A Withdrawn JP2004216500A (ja) | 2003-01-14 | 2003-01-14 | 単結晶二酸化スズナノテープとその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004216500A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100644465B1 (ko) | 2004-12-20 | 2006-11-10 | 현대자동차주식회사 | 산화주석 나노로드, 그 제조방법 및 이를 이용한 가스센서 |
CN100410655C (zh) * | 2005-07-05 | 2008-08-13 | 广州大学 | 一种二氧化锡基复合纳米气敏材料及其制备方法 |
JP2010059004A (ja) * | 2008-09-02 | 2010-03-18 | Sony Corp | 一次元ナノ構造体の製造方法及びその装置 |
-
2003
- 2003-01-14 JP JP2003006291A patent/JP2004216500A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100644465B1 (ko) | 2004-12-20 | 2006-11-10 | 현대자동차주식회사 | 산화주석 나노로드, 그 제조방법 및 이를 이용한 가스센서 |
CN100410655C (zh) * | 2005-07-05 | 2008-08-13 | 广州大学 | 一种二氧化锡基复合纳米气敏材料及其制备方法 |
JP2010059004A (ja) * | 2008-09-02 | 2010-03-18 | Sony Corp | 一次元ナノ構造体の製造方法及びその装置 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050329 |
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A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20050530 |