JP2005199238A - 微粒子製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 非常にシャープな粒度分布を有し、かつ凝集しないナノサイズ微粒子を、高効率で簡便安価に製造できる微粒子製造装置を提供すること。
【解決手段】 本発明の微粒子製造装置は、それぞれが原料液体を含有する少なくとも２つの原料供給部と；これら少なくとも２つの原料供給部からそれぞれ延び、それぞれの原料液体が通る少なくとも２つの流路と；これら少なくとも２つの流路が合流して形成され、それぞれの原料液体を接触させて微粒子を生成する、微粒子生成部と；これら少なくとも２つの流路の少なくとも１つにパルス状の圧力を発生させる圧力発生機構とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、微粒子製造装置に関する。より詳細には、本発明は、非常にシャープな粒度分布を有し、かつ凝集しないナノサイズ微粒子を、高効率で簡便安価に製造し得る微粒子製造装置に関する。

微粒子、特にナノメートルからマイクロメートルサイズの微粒子は、比表面積が非常に大きくなるので、固体でありながら気体および液体との界面が極端に大きくなる。その結果、粒子表面の特性が、固体物質に大きな影響を与え得る。さらに、特にナノメートルサイズの微粒子は、粒子サイズが光の波長よりも小さくなること、導体の平均自由行程よりも小さくなること、および、磁性体の磁区よりも小さくなることに起因して、同じ物質のバルク状態とは異なる特異な電子的、光学的、電気的、磁気的、化学的および機械的特性を発揮する（量子サイズ効果）。特に、粒径が１ｎｍから１０ｎｍのシングルナノ粒子は、高性能化、高機能化、小型化、省資源化などが要求されている新しいデバイス用の原料材料として、将来重要になると考えられている。例えば、化学センサー、積層コンデンサー、フラットパネルディスプレイ、燃料電池などの付加価値の高い機能性製品へのナノ粒子の応用を視野に入れた研究も近年多く報告されている。

微粒子の合成法は、微粒子が生成される相によって固相法、気相法、液相法に分類される。固相法は、安価に合成できる手法として工業的にも利用されているが、十分に小さい粒子径を有する微粒子を製造することができない。ガス−粒子転換プロセスに代表される気相法は、高温蒸気の冷却による物理的凝集プロセス（ＰＶＤ法）および気相化学反応による粒子生成プロセス（ＣＶＤ法）に大別される。気相法は、高純度で、かつ、粒子径が小さい粒子が製造できることから、現在広く用いられている。しかし、気相法によれば、ほとんどの場合に生成粒子が凝集体となってしまう。さらに、化学的に均一な多成分系材料の製造の場合には、原料の選択が難しいという問題がある。

一方、液中で微粒子を製造する液相法は、多成分系微粒子を製造する際の原料を溶液中で調整できるので、分子レベルで原料の混合が可能であるという利点がある。液相法としては、共沈法、アルコキシド（ゾル−ゲル）法、噴射熱分解法（液滴−粒子変換プロセス）等が提案されている。共沈法およびアルコキシド法は、製造工程がろ過、乾燥、加熱処理等の多数の操作を伴い煩雑であるので、比較的装置が単純で、ワンステップでの製造が可能な噴射熱分解法が現在注目を集めている。その他、上記製造法に物理的作用（例えば、超臨界水、超音波、マイクロ波）を組み合わせて微粒子を製造することが知られている。

しかし、上記の技術は、共通にかつ根本的に以下の問題を有している：（Ａ）ナノサイズレベルの微粒子を製造すること自体が困難である；（Ｂ）歩留まりが悪い；（Ｃ）高価な設備コストおよび製造コストがかかる；（Ｄ）微粒子が凝集するので、高濃度での製造が困難である（すなわち、生産性が悪い）；（Ｅ）粒度分布が悪い（生成微粒子のサイズのバラツキが大きい）ので、所望の粒子径を有する微粒子を得るためには、さらに篩にかける必要がある；および（Ｆ）生成微粒子の捕集が困難である。

このような問題を解決するために、最近、マイクロ空間を利用したマイクロリアクターによる微粒子製造の研究が始められている。非特許文献１によれば、マイクロリアクターは、（１）加熱冷却速度が速い、（２）流れが層流である、（３）単位面積当たりの表面積が大きい、（４）物質の拡散距離が短いので生成反応が迅速に進行する、等の特徴を有するので、高速・高選択性の反応により微粒子を製造することが可能であると述べられている。しかし、マイクロリアクターを用いる微粒子製造によれば、微粒子生成反応の速さ、歩留まりおよび粒度分布が若干改善されるにすぎず、上記の根本的な問題は全く解決できていない。

マイクロリアクターによるＣｄＳｅナノ粒子の成長挙動及びその制御、マイクロリアクター技術研究会 九州第５回講演会、福岡、２００３年５月

以上のように、非常にシャープな粒度分布を有し、かつ凝集しないナノサイズ微粒子を、高効率で簡便安価に製造できる装置が強く望まれている。

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、非常にシャープな粒度分布を有し、かつ凝集しないナノサイズ微粒子を、高効率で簡便安価に製造できる微粒子製造装置を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、原料液体を流す少なくとも２つの微小流路の少なくとも１つにパルス状の圧力をかけ、原料液体を脈動させて微小流路の合流部に供給し、該合流部で瞬間的に物理的過程および／または化学的反応を起こさせることにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明の微粒子製造装置は、それぞれが原料液体を含有する少なくとも２つの原料供給部と；該少なくとも２つの原料供給部からそれぞれ延び、それぞれの原料液体が通る少なくとも２つの流路と；該少なくとも２つの流路が合流して形成され、該それぞれの原料液体を接触させて微粒子を生成する、微粒子生成部と；該少なくとも２つの流路の少なくとも１つにパルス状の圧力を発生させる圧力発生機構とを備える。

上記の構成によれば、それぞれの流路に発生させる圧力のパルス形状を制御することにより、微粒子生成部において、それぞれの原料液体のきわめて微小な塊を任意の順序で配列することが可能となる。したがって、原料液体同士が大きな比界面積で接触するようになる。その結果、きわめて微小な液−液界面で瞬間的に物理的過程および／または化学的反応が起こるので、従来は生成自体が困難であったナノサイズの微粒子を非常に高スピードかつ高歩留まりで製造できる。加えて、液−液界面は原料液体の濃度分布および接触度合いがきわめて均一であるので、非常にシャープな粒度分布を有する微粒子が得られる。

好ましい実施形態においては、上記圧力発生機構は、上記少なくとも２つの流路にそれぞれ独立して上記パルス状の圧力を発生させる。

上記の構成によれば、微粒子生成部における原料液体の微小な塊の配列状態（例えば、原料液体の供給量（塊の大きさ）、混合比、流路方向の濃度勾配）を任意に変更することが可能となる。その結果、目的に応じて所望の特性（例えば、粒子径、粒度分布、表面状態）を有する微粒子を製造することが可能となる。

好ましい実施形態においては、上記圧力発生機構は、上記原料液体を上記微粒子生成部に供給する場合に対応する大きな圧力部分と該原料液体を該微粒子生成部に供給しない場合に対応する小さな圧力部分とを有するパルス状の圧力を発生させる。

上記の構成によれば、微粒子生成部に原料液体を供給しない流路にも小さな圧力がかかっているので、原料液体を供給している流路および微粒子生成部から原料液体を供給していない流路への逆流が防止できる。その結果、より高速かつ高精度で微粒子を製造することが可能となる。

好ましい実施形態においては、上記少なくとも２つの流路のうち少なくとも１つの合流部近傍の断面積は、その前後の断面積よりも小さい。

上記の構成によれば、合流後の（すなわち、微粒子生成部における）原料液体の塊（層）の流路方向の厚みを非常に薄くすることができる。その結果、きわめて高速・高生産性で微粒子を製造することが可能となる。

好ましい実施形態においては、上記微粒子生成部に温度制御部が設けられている。

上記の構成によれば、原料液体の物理的過程および／または化学的反応の状態を任意に変化させることができる。その結果、目的に応じて所望の特性（例えば、粒子径、粒度分布、表面状態）を有する微粒子を製造することが可能となる。

好ましい実施形態においては、上記微粒子生成部の下流に微粒子捕集部が設けられている。

上記の構成によれば、従来は困難であった微粒子の捕集（回集）を効果的に行うことができる。

好ましい実施形態においては、上記少なくとも２つの流路のうち少なくとも１つは、上記微粒子生成部の下流で合流する。

上記の構成によれば、微粒子生成後にその分散状態を制御したり表面を修飾・改質したり微粒子生成反応を停止させたりすることができる。その結果、微粒子の凝集防止および粒子径の制御をより精密に行うことができる。

好ましい実施形態においては、上記原料液体の少なくとも１つは、微粒子生成物質と分散液とを含有する。

上記の構成によれば、分散液供給用の流路を設ける必要がなくなるので、より簡便な装置で微粒子を製造することが可能となる。

本発明の別の実施形態による微粒子製造装置は、第１の原料液体を含有する第１の原料供給部と；第２の原料液体を含有する第２の原料供給部と；該第１の原料供給部から延び、該第１の原料液体が通る第１の流路と；該第２の原料供給部から延び、該第２の原料液体が通る第２の流路と；該第１の流路と該第２の流路とが合流して形成され、該第１の原料液体と該第２の原料液体とを接触させて微粒子を生成する、微粒子生成部とを備え、該第１の原料液体と該第２の原料液体とが１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの切り替え周期で交互に該微粒子生成部に供給される。

上記の構成によれば、原料液体がきわめて高周期で交互に微粒子生成部に供給されるので、反応空間のスケールが非常に小さくなる。その結果、非常に小さく、かつ非常にシャープな粒度分布を有する微粒子を製造することができる。加えて、原料液体同士の反応機会をきわめて増大させることができるので、生産性がきわめて大きい。

本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。

図１は、本発明の好ましい実施形態による微粒子製造装置の全体的な構成を説明する概略斜視図である。簡単のため、図示例では２つの原料供給部と２つの流路を有する場合について説明するが、本発明が３つ以上の原料供給部と流路を有する場合に適用され得ることはいうまでもない。図１の微粒子製造装置１００は、基板１０上に形成された第１の原料供給部１ａと、第２の原料供給部１ｂと、第１の原料供給部１ａから延びる第１の流路２ａと、第２の原料供給部１ｂから延びる第２の流路２ｂと、第１の流路２ａと第２の流路２ｂとが合流して形成された微粒子生成部５とを備える。第１の原料供給部１ａに含有された第１の原料液体が第１の流路２ａを通って微粒子生成部５に供給される。同様に、第２の原料供給部１ｂに含有された第２の原料液体が第２の流路２ｂを通って微粒子生成部５に供給される。微粒子生成部５において、第１の原料液体と第２の原料液体との間に物理的過程および／または化学的反応を生じさせることにより、微粒子が生成される。なお、この装置における原料液体供給機構は、特開２００３−２２０３２２号公報に記載の液体混合機構を応用したものであり、当該公報の開示は本明細書に参考として援用される。

このような装置１００の外形寸法は、代表的には、約２５ｍｍ×３０ｍｍ×０．５ｍｍである。流路２ａ、２ｂの幅は代表的には１００〜２００μｍであり、深さは代表的には７０〜１２０μｍである。同様に、微粒子生成部５の幅は代表的には１００〜５００μｍであり、深さは代表的には７０〜１２０μｍである。このような微小な領域で微小量の原料液体を反応させ微粒子を生成することが本発明の特徴の１つである。微小量の原料液体を反応させることにより、従来は困難であったナノサイズの微粒子の製造が可能となる。本発明においては、基板１０は特に制限されず、任意の適切な基板が採用され得る。代表的には、シリコンウェハーが用いられる。基板１０上の流路等の形成は、任意の適切な微細加工技術（例えば、フォトリソグラフィー）によって行われる。

この装置１００は、流路２ａ，２ｂの少なくとも１つに（図示例では両方に）圧力発生機構３ａ、３ｂを有する。圧力発生機構としては、任意の適切な装置が採用され得、代表的には、マイクロポンプ（好ましくは、ディフューザー型マイクロポンプ）である。図２は、ディフューザー型マイクロポンプの流路方向の概略断面図である。マイクロポンプ３ａ、３ｂは、ポンプ室３１に対向する振動板３２に、セラミック圧電材料であるＰＺＴ〔Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３〕３３が貼り付けられてなる。ＰＺＴ３３は、駆動部３４により駆動電圧が印加されるとポンプ室３１側に湾曲し、ポンプ室３１の容積が変動し、圧力が発生する。パルス状の駆動電圧を印加することにより、駆動電圧に対応したパルス状の圧力が発生する。圧力が発生すると、前後のディフューザー３５、３６の流路インピーダンスの差により原料液体が送液される。

上記圧力のパルス形状は、目的に応じて適宜設定され得る。代表的には、当該パルス形状は、流路ごとに独立して設定され得る。具体的には、図３（ａ）に示すように、流路２ａと流路２ｂに交互に圧力が発生するように（第１の原料液体と第２の原料液体が交互に微粒子生成部に供給されるように）してもよく、図３（ｂ）に示すように、どちらか一方を一定圧力に（一方の原料液体が間欠的に微粒子生成部に供給され、他方の原料液体の一定量が連続的に微粒子生成部に供給されるように）してもよい。特に好ましくは、上記圧力のパルス形状は、原料液体を微粒子生成部に供給する場合に対応する大きな圧力部分と該原料液体を該微粒子生成部に供給しない場合に対応する小さな圧力部分とを有する。すなわち、図３（ｃ）に示すように、原料液体を微粒子生成部に供給しないときに小さな圧力を発生させる。このような小さな圧力を発生させることにより、原料液体を供給している流路および微粒子生成部から原料液体を供給していない流路への逆流が防止できる。当該小さな圧力は、使用する原料液体の種類等に応じて適宜設定され得る。例えば、大きな圧力部分の圧力Ｐ_Ｌと小さな圧力部分の圧力Ｐ_Ｓとの比Ｐ_Ｌ／Ｐ_Ｓは、１／２〜１／１００の範囲である。本発明によれば、後述のように原料液体供給の切り替え周期を非常に短くできるが、切り替え周期を短くすると逆流が起きやすく、原料液体の混合精度（結果的に、微粒子生成の反応精度）に非常に悪影響を与える。したがって、このような逆流防止手段を実現できたことはナノサイズ微粒子の製造にとってきわめて重要であり、本発明の大きな成果の１つである。もちろん、図３に示すような形状以外に、目的に応じて任意の適切な形状のパルスを発生させることにより、微粒子生成部における原料液体の微小な塊の配列状態（例えば、原料液体の供給量（塊の大きさ）、混合比、流路方向の濃度勾配）を変更することが可能となる。

図３（ａ）を参照して説明すると、上記パルスにおける供給パルス群Ｓの周波数は、好ましくは１〜５０ｋＨｚ、さらに好ましくは８〜１３
ｋＨｚである。パルスの切り替え周期は、好ましくは１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚ、さらに好ましくは１００Ｈｚ〜５ｋＨｚである。このようなきわめて短い切り替え周期で原料液体を微粒子生成部に交互に供給できることが、本発明の特徴の１つである。駆動素子が非常に短いので共振周波数を格段に大きくすることができるからである。原料液体をきわめて短い切り替え周期で交互に微粒子生成部に供給することにより、反応空間のスケールが非常に小さくなる。その結果、非常に小さく、かつ非常にシャープな粒度分布を有する微粒子を製造することができる。しかも、原料液体同士の反応機会をきわめて増大させることができるので、生産性がきわめて大きい。加えて、装置スケール（反応スケール）がきわめて小さいので、きわめて小さな消費電力で微粒子を製造することができる。

図４は、流路２ａ，２ｂの合流部（微粒子生成部５の最上流部）における原料液体の混合状態を説明する模式図である。上記圧力のパルス形状に応じて、第１の原料液体の塊（層）４１と第２の原料液体の塊（層）４２とが配列される。図３（ａ）や図３（ｃ）のようなパルスをかけた場合には、図４に示すように、第１の原料液体の塊（層）４１と第２の原料液体の塊（層）４２とは、同じ流路方向厚みで交互に配列される。切り替え周期が１ｋＨｚの場合には、層４１および４２の流路方向厚みは代表的には約１００ｎｍとなり、１０ｋＨｚの場合には約１０ｎｍとなる。層４１と層４２の界面４３で、物理的過程および／または化学的反応が起こる。物理的過程の代表例は相分離であり、化学的反応の代表例は化学反応（例えば、酸化、還元、塩の生成）である。反応する原料液体の量がきわめて少量であるので、非常に小さな微粒子を生成する。得られる微粒子の平均粒径は、代表的には１ｎｍ〜５００ｎｍ、好ましくは２ｎｍ〜２００ｎｍである。さらに、液−液界面は原料液体の濃度分布および接触度合いがきわめて均一であるので、非常にシャープな粒度分布を有する微粒子が得られる。得られる微粒子のＣＶ値（粒度分布の指標であり、標準偏差／平均粒径×１００（％）で表される）は、代表的には２％〜２０％、好ましくは５％〜１５％である。下流に向かうにしたがって、塊（層）４１と塊（層）４２との境界部分に混合領域４４が広がり、最終的に、第１の原料液体と第２の原料液体とは均一に混合される。多くの場合、微粒子生成は液−液界面で瞬間的に行われるので、第１の原料液体と第２の原料液体とが均一に混合される時点では、微粒子生成反応は実質的には終了している。しかし、場合によっては、第１の原料液体と第２の原料液体との混合により微粒子の核のみが形成され、微粒子生成部の下流にさらなる原料液体を供給して反応させることにより、微粒子生成が完了することもある。いずれにしても、微粒子生成完了までに要する時間はきわめて短時間である。

好ましくは、流路２ａ，２ｂのうちの少なくとも１つは、合流部近傍がその前後よりも細くなっている。このような細い部分を設けることにより、原料液体の塊（層）の流路方向の厚みを非常に薄くすることができる。図５（ａ）〜（ｃ）は、そのような流路形状の具体例を説明する概略平面図である。例えば、図５（ａ）では、流路２ａの細い部分の幅が３０μｍ、その前（上流）の部分の幅が１５０μｍ、その後ろ（微粒子生成部）の幅が１５０μｍである。図５（ｂ）および（ｃ）では、微粒子生成部の幅が５００μｍとなっている。図示例では流路２ａのみが細くなっているが、流路２ｂのみが細くなってもよく、両方の流路が細くなってもよい。細くなる形状もまた、合流部近傍がその前後よりも細くなっているかぎり特に限定されない。もちろん、図５（ａ）〜（ｃ）に記載の形状を組み合わせてもよく、図示されていない別の形状であってもよい。特に好ましくは、そのような形状は、Ｖ／Ｓ１≧１、かつ、Ｓ１≦Ｓ２を満足する。ここで、Ｓ１は細くなった部分の断面積であり、Ｓ２はその前後の部分の断面積であり、Ｖはパルスによって微粒子生成部（合流部）に供給される原料液体の体積である。

好ましくは、微粒子生成部５に温度制御部（図示せず）が設けられる。温度制御部は、任意の適切な温度制御手段で構成される。代表的な温度制御手段は、流路基板１０の裏側に薄膜抵抗体であるＴａＳｉＯ_２やＴａ_２Ｎが形成されてなる。また、流路基板にＳｉを使用する場合には、不純物ドープＳｉ抵抗体を使用することもできる。温度制御の仕方は、目的に応じて適宜設定され得る。例えば、微粒子生成部５の全体を一定温度に制御してもよく、上流から下流に向かって正（または負）の温度勾配を形成してもよく、微粒子生成部５の任意の部分のみを高温（または低温）に制御してもよい。このようにして、微粒子生成反応を精密かつ良好にコントロールすることができる。

好ましくは、微粒子生成部５の下流に微粒子捕集部６が設けられている。微粒子捕集部６は、微粒子のサイズおよび／または物理的特性を利用して微粒子を捕集（回集）する。微粒子のサイズを利用する手段としては、流路に予め加工しておいたフィルター手段（例えば、孔、柱）、遠心分離機構などが挙げられる。微粒子の物理的特性を利用する手段としては、誘電率または電荷などを利用する手段が挙げられる。具体的には、流路に予め加工しておいた電極パターン、撥水・親水パターンなどを利用して、誘電泳動、電気泳動などによって捕集する。

図６は、本発明の別の実施形態による微粒子製造装置の流路形状を説明する概略平面図である。図７は、本発明のさらに別の実施形態による微粒子製造装置の流路形状を説明する概略平面図である。これらの実施形態は、流路が３つ形成されている場合である。図６のような流路を用いる場合には、例えば、第３の原料供給部１ｃに分散液を入れて第３の流路２ｃを微粒子生成部５よりも上流で第１の流路２ａに合流させて、原料液体の分散性をあらかじめ改善しておくことができる。図７のような流路を用いる場合には、例えば、第３の原料供給部１ｃに反応停止液を入れて第３の流路２ｃを微粒子生成部５の下流に合流させて、微粒子生成反応を良好に停止させることができる。あるいは、例えば、微粒子生成後に分散液を合流させることにより、微粒子の凝集を防止することができる。あるいは、微粒子生成後に所定の試薬を合流させて微粒子表面に電気的性質を付与することにより、電気二重層による反発によって微粒子の凝集を防止することもできる。図示例では流路が３つ形成されている場合を説明したが、流路が４つ以上形成されてもよいことはいうまでもない。流路の合流地点および合流形態は、目的に応じて適宜設定され得る。

次に、本発明に用いられる原料液体について説明する。原料液体は、微粒子生成物質自体が液体であってもよく、固体の微粒子生成物質を溶媒に溶解または微分散したものであってもよい。微粒子生成物質とは、少なくとも２種類が混合されることにより化学的反応によって微粒子を生成する物質、および／または、少なくとも１種類の微粒子生成物質を含む液体と他の液体とが混合されることにより物理的過程によって微粒子を生成する物質をいう。なお、本明細書において「原料液体」とは、微粒子生成に係わるすべての物質、例えば還元剤のような補助的物質も包含する。

上記化学的反応の代表例としては、以下が挙げられる：酸性化合物溶液と塩基性化合物溶液との混合による塩の生成；金属化合物溶液と酸または塩基溶液との混合による金属水酸化物または金属酸化物の生成；金属化合物溶液と配位化合物溶液との混合による金属錯体の生成；還元性化合物溶液と酸化性化合物溶液との混合による酸化物または還元物の生成；活性水素基（例えば、水酸基、カルボキシル基、メルカプト基、アミノ基）を有する化合物溶液と、当該活性水素基と反応性のある基（例えば、イソシアナト基、エポキシ基、酸無水物基、酸塩化物基、ハロアルキル基、活性エステル基）を有する化合物溶液との混合による新規結合形成；還元性化合物溶液と酸化性化合物溶液とラジカル重合性化合物溶液との混合によるレドックス重合；および、多価イソシアネート化合物または多価カルボン酸溶液と多価アルコールまたは多価アミノ化合物溶液との混合による縮重合。

上記物理的過程としては、微粒子生成物質を溶解した溶液と微粒子生成物質を溶解しない液体との混合による微粒子生成物質の相分離または結晶析出が挙げられる。

上記溶媒としては、任意の適切な溶媒が採用され得る。好ましくは、微粒子生成物質は溶解するが生成微粒子は溶解しない性質を有する溶媒が好ましい。それぞれ異なる微粒子生成物質を含む２つ以上の原料液体を調製する場合には、それぞれの原料液体の溶媒は同一でも異なっていてもよい。溶媒が異なる場合には、互いに相溶しやすい組み合わせが好ましい。また、原料液体は、微粒子生成物質とともに分散液（例えば、界面活性剤）を含有してもよい。そうすれば、別の流路から分散液を供給しなくてもよいので、より簡便な装置で微粒子を製造することが可能となる。

原料液体中の微粒子生成物質の濃度は、目的に応じて適宜設定され得る。当該濃度と上記パルス形状（すなわち、原料液体の供給量（塊の大きさ）、混合比、流路方向の濃度勾配）とを組み合わせて変化させることにより、生成微粒子の粒径を制御することが可能となる。

微粒子生成物質と溶媒の組み合わせの具体例としては、下記表１に記載の組み合わせが挙げられる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例には限定されない。

（酸化銀ナノ粒子の作製１）
硝酸銀０．１７ｇと０．５ｇのＨＰＣを蒸留水５０ｍｌに溶解させて、第１の原料液体を調製した。一方、０．５ｍｌの２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液を蒸留水２０ｍｌで希釈し、第２の原料液体を調製した。図１のような装置を用意し、第１の原料液体を第１の原料供給部に充填し、第２の原料液体を第２の原料供給部に充填した。次いで、常温で、それぞれの原料液体を１０ｋＨｚの周波数で脈動させながら、第１の原料液体は２０パルスごとに、第２の原料液体は８パルスごとに切り替えて微粒子生成部に供給した。微粒子生成部において、第１の原料液体と第２の原料液体を反応させ、酸化銀微粒子を生成した。微粒子生成に要した時間はきわめて短時間であった（マイクロ秒のオーダーであると推測される）。この微粒子の粒子径をマイクロトラックＵＰＡで測定した。体積基準粒子径は９８ｎｍであり、ＣＶ値は１１．２％であった。

（酸化銀ナノ粒子の作製２）
硝酸銀０．２１ｇと０．５ｇのＨＰＣをエタノール５０ｍｌに溶解させて、第１の原料液体を調製した。一方、０．５ｍｌの２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液をエタノール２０ｍｌで希釈し、第２の原料液体を調製した。図１のような装置を用意し、第１の原料液体を第１の原料供給部に充填し、第２の原料液体を第２の原料供給部に充填した。次いで、常温で、それぞれの原料液体を１０ｋＨｚの周波数で脈動させながら、第１の原料液体は１０パルスごとに、第２の原料液体は４パルスごとに切り替えて微粒子生成部に供給した。微粒子生成部において、第１の原料液体と第２の原料液体を反応させ、硝酸銀微粒子を生成した。微粒子生成に要した時間はきわめて短時間であった。この微粒子の粒子径をマイクロトラックＵＰＡで測定した。体積基準粒子径は２８ｎｍであり、ＣＶ値は１２．１％であった。

（銀ナノ粒子の作製）
過塩素酸銀０．２１ｇと０．５ｇのＨＰＣをエタノール５０ｍｌに溶解させて、第１の原料液体を調製した。一方、０．５ｍｌの２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液をエタノール２０ｍｌで希釈し、第２の原料液体を調製した。図７のような装置を用意し、第１の原料液体を第１の原料供給部に充填し、第２の原料液体を第２の原料供給部に充填した。さらに、０．１Ｍアスコルビン酸を第３の原料供給部に充填した。次いで、常温で、第１および第２の原料液体を１０ｋＨｚの周波数で脈動させながら、第１の原料液体は１０パルスごとに、第２の原料液体は４パルスごとに切り替えて微粒子生成部に供給した。微粒子生成部において、第１の原料液体と第２の原料液体を反応させた。さらに、微粒子生成部の下流に上記アスコルビン酸を供給し、銀微粒子を生成した。微粒子生成に要した時間はきわめて短時間であった。この微粒子の粒子径をマイクロトラックＵＰＡで測定した。体積基準粒子径は２６ｎｍであり、ＣＶ値は１３．５％であった。

（比較例１）
硝酸銀０．１７ｇと０．５ｇのＨＰＣを蒸留水５０ｍｌに溶解させて、第１の原料液体を調製した。一方、０．５ｍｌの２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液を蒸留水２０ｍｌで希釈し、第２の原料液体を調製した。第１の原料液体を撹拌しながら、第２の原料液体を１分かけて滴下した。反応液を室温で３０分撹拌した後、生成した酸化銀微粒子の粒子径をマイクロトラックＵＰＡで測定した。体積基準粒子径は２１１ｎｍであり、ＣＶ値は２０％であった。

（比較例２）
過塩素酸銀０．２１ｇと０．５ｇのＨＰＣをエタノール５０ｍｌに溶解させて、第１の原料液体を調製した。一方、０．５ｍｌの２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液をエタノール２０ｍｌで希釈し、第２の原料液体を調製した。第１の原料液体を撹拌しながら、第２の原料液体を１分かけて滴下した。反応液を室温で３０分撹拌した後、生成した酸化銀微粒子の粒子径をマイクロトラックＵＰＡで測定した。体積基準粒子径は６７．６ｎｍであり、ＣＶ値は５３．４％であった。

上記の結果から明らかなように、本発明の微粒子製造装置は、比較例に比べて格段に小さく、粒度分布がシャープな微粒子を、きわめて高速で作製できることがわかる。

本発明の微粒子製造装置は、非常にシャープな粒度分布を有し、かつ凝集しないナノサイズ微粒子を、高効率で簡便安価に製造し得る。このようなナノサイズ微粒子は、化学センサー、積層コンデンサー、フラットパネルディスプレイ、燃料電池などの付加価値の高い機能性製品、または医薬用途への応用が期待されている。

本発明の好ましい実施形態による微粒子製造装置の全体的な構成を説明する概略斜視図である。 本発明の好ましい実施形態による微粒子製造装置に用いられるディフューザー型マイクロポンプの流路方向の概略断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、流路にかけられるパルス状圧力のパルス形状を説明する模式図である。 流路の合流部における原料液体の混合状態を説明する模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の好ましい実施形態による流路形状の具体例を説明する概略平面図である。 本発明の別の実施形態による微粒子製造装置の流路形状を説明する概略平面図である。 本発明のさらに別の実施形態による微粒子製造装置の流路形状を説明する概略平面図である。

符号の説明

１００ 微粒子製造装置
１ａ、１ｂ 原料供給部
２ａ、２ｂ 流路
３ａ、３ｂ 圧力発生機構
５ 微粒子生成部

Claims (9)

1. それぞれが原料液体を含有する少なくとも２つの原料供給部と；
   該少なくとも２つの原料供給部からそれぞれ延び、それぞれの原料液体が通る少なくとも２つの流路と；
   該少なくとも２つの流路が合流して形成され、該それぞれの原料液体を接触させて微粒子を生成する、微粒子生成部と；
   該少なくとも２つの流路の少なくとも１つにパルス状の圧力を発生させる圧力発生機構と
   を備える、微粒子製造装置。
2. 前記圧力発生機構が、前記少なくとも２つの流路にそれぞれ独立して前記パルス状の圧力を発生させる、請求項１に記載の微粒子製造装置。
3. 前記圧力発生機構が、前記原料液体を前記微粒子生成部に供給する場合に対応する大きな圧力部分と該原料液体を該微粒子生成部に供給しない場合に対応する小さな圧力部分とを有するパルス状の圧力を発生させる、請求項１または２に記載の微粒子製造装置。
4. 前記少なくとも２つの流路のうち少なくとも１つの合流部近傍の断面積が、その前後の断面積よりも小さい、請求項１から３のいずれかに記載の微粒子製造装置。
5. 前記微粒子生成部に温度制御部が設けられている、請求項１から４のいずれかに記載の微粒子製造装置。
6. 前記微粒子生成部の下流に微粒子捕集部が設けられている、請求項１から５のいずれかに記載の微粒子製造装置。
7. 前記少なくとも２つの流路のうち少なくとも１つが、前記微粒子生成部の下流で合流する、請求項１から６のいずれかに記載の微粒子製造装置。
8. 前記原料液体の少なくとも１つが、微粒子生成物質と分散液とを含有する、請求項１から７のいずれかに記載の微粒子製造装置。
9. 第１の原料液体を含有する第１の原料供給部と；
   第２の原料液体を含有する第２の原料供給部と；
   該第１の原料供給部から延び、該第１の原料液体が通る第１の流路と；
   該第２の原料供給部から延び、該第２の原料液体が通る第２の流路と；
   該第１の流路と該第２の流路とが合流して形成され、該第１の原料液体と該第２の原料液体とを接触させて微粒子を生成する、微粒子生成部とを備え、
   該第１の原料液体と該第２の原料液体とが１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの切り替え周期で交互に該微粒子生成部に供給される、微粒子製造装置。
   
   
   

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