JP2005263551A - Method and apparatus for manufacturing oxide ceramic nanosheet - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and apparatus for manufacturing an oxide ceramic nanosheet by a fluidized interfacial sol-gel process. <P>SOLUTION: In the manufacturing method, the oxide ceramic nanosheet having a uniform structure having a controlled thickness is manufactured continuously in large quantities using the fluidized interfacial sol-gel process carried out by dissolving a precursor polymerized by the partial hydrolysis of chemically modified metallic alkoxide in a solvent moderately soluble in water, dropping and spreading on the fluidized water surface by a precisely chemically designed process. By this method, a multiple oxide containing a water easily soluble component element is also manufactured and the manufactured oxide ceramic nanosheets are easily sintered. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、流動界面ゾル−ゲル法による酸化物セラミックスナノシートの製造方法およびその製造装置に関し、流動界面ゾルゲル法により酸化物セラミックスシートを、安定して長時間製造するための酸化物セラミックスナノシートの製造方法とその装置に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing oxide ceramic nanosheets by a fluid interface sol-gel method and a production apparatus thereof, and the production of oxide ceramic nanosheets for stably producing oxide ceramic sheets by a fluid interface sol-gel method for a long time. The present invention relates to a method and an apparatus thereof.

従来、セラミックスの薄膜は、一般的にゾル−ゲル法、CVD法、スパッター法、レーザーアブレーション法などによって作成されているが、そのほとんどが基材の上に作成された薄膜である。いわゆる基材のない自立した薄膜は何らかの方法で薄膜を基材から剥離させる必要があり、著しく生産性にかけるものであった。一方、基材を必要としない薄膜の製造方法としては、特開2001−261434号公報に記載された部分的に加水分解した高濃度の金属アルコキシド溶液を気−液界面でゲル化させチタン酸バリウム自立膜を作製する方法、特許第2592307号公報や特開昭63−166748号公報に記載された金属アルコキシド溶液を液−液界面で重合させ酸化物セラミックス薄膜を得る方法、特開昭51−34219号公報に記載された金属アルコキシド溶液を水面に滴下しガラス薄膜を得る方法が知られている。また、いわゆるこのようなゾル−ゲル法によらない方法として、層状チタン酸化物微結晶を剥離して得られる薄片粒子からなるチタニアナノシートとその製造方法が特開2002−265223号公報や特開2001−270022号公報に記載されている。   Conventionally, ceramic thin films are generally formed by a sol-gel method, a CVD method, a sputtering method, a laser ablation method, or the like, but most of them are thin films formed on a substrate. A self-supporting thin film without a so-called base material has to be peeled off from the base material by some method, which is extremely productive. On the other hand, as a method for producing a thin film that does not require a substrate, a partially hydrolyzed high-concentration metal alkoxide solution described in JP-A No. 2001-261434 is gelled at the gas-liquid interface, and barium titanate. A method for producing a self-supporting film, a method for obtaining an oxide ceramic thin film by polymerizing a metal alkoxide solution described in Japanese Patent No. 2592307 and Japanese Patent Laid-Open No. 63-166748 at a liquid-liquid interface, Japanese Patent Laid-Open No. 51-34219 There is known a method for obtaining a glass thin film by dropping a metal alkoxide solution described in Japanese Patent Publication No. 1 on a water surface. In addition, as a method not based on the so-called sol-gel method, a titania nanosheet composed of flake particles obtained by peeling off layered titanium oxide microcrystals and a method for producing the same are disclosed in JP-A-2002-265223 and JP-A-2001. -270022.

前者の方法ではサブミクロン以上の膜厚の薄膜の作製が目的とされており、また加水分解によるゲル化の速度の制御が困難で、従って膜厚制御が困難であり、何よりも大量製造できない。後者の方法では、チタニアナノシートが得られるが、層状結晶性の原料にのみ有効な方法であり、また工程が複雑である。   The former method is intended to produce a thin film having a thickness of submicron or more, and it is difficult to control the rate of gelation by hydrolysis. Therefore, it is difficult to control the film thickness, and above all, mass production is impossible. In the latter method, titania nanosheets can be obtained, but this method is effective only for layered crystalline raw materials, and the process is complicated.

本発明者は、すでに、金属アルコキシドを部分加水分解によりポリマー化する工程、このポリマーを水に対する適度な溶解性を有する溶媒を用いて所望の濃度の溶液にする工程、この溶液を流動する水面上に精密に連続して滴下しゲルナノシートとする工程、これを回収する工程、および乾燥し焼成する工程を採用する酸化物セラミックスナノシートを製造する方法を見いだした。また、化学修飾して加水分解速度を調整した金属アルコキシドから得られたポリマーが、さらにポリマー溶液と水との界面で三次元網目構造のポリマーに転換し生成するゲルナノシートを酸化性雰囲気で焼成することにより酸化物セラミックスナノシート得られることを見いだした。   The present inventor has already polymerized a metal alkoxide by partial hydrolysis, made the polymer into a solution of a desired concentration using a solvent having an appropriate solubility in water, and on the water surface where the solution flows. The present inventors have found a method for producing oxide ceramic nanosheets that employs a process of dropping continuously and precisely into gel nanosheets, a process of recovering the gel nanosheets, and a process of drying and firing. In addition, a gel obtained from a metal alkoxide that has been chemically modified to adjust the hydrolysis rate is further converted into a three-dimensional network polymer at the interface between the polymer solution and water, and the gel nanosheet formed is baked in an oxidizing atmosphere. It was found that oxide ceramic nanosheets can be obtained.

しかしながら、酸化物セラミックスナノシートを長時間安定して製造する際,プロセスの厳密な制御をしないとナノシートの膜厚が大きくばらついたりシート組成が変化したり、場合によってはノズルから溶液が滴下できないなど問題点が明らかになった。
特開2001−261434号公報 特許第2592307号公報 特開昭63−166748号公報 特開昭51−34219号公報 特開2002−265223号公報 特開2001−270022号公報
However, when manufacturing oxide ceramic nanosheets stably for a long time, unless the process is strictly controlled, the nanosheet thickness varies widely, the sheet composition changes, and in some cases, the solution cannot be dripped from the nozzle. The point became clear.
JP 2001-261434 A Japanese Patent No. 2592307 JP 63-166748 A Japanese Patent Laid-Open No. 51-34219 JP 2002-265223 A JP 2001-270022 A

本発明は、上記流動界面ゾルゲル法の問題点に鑑みなされたものであり、酸化物セラミックスシートを、安定して長時間製造するための酸化物セラミックスナノシートの製造方法及び大量製造を実現する装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above problems of the fluid interface sol-gel method, and provides a method for manufacturing oxide ceramic nanosheets for stably manufacturing oxide ceramic sheets for a long time and an apparatus for realizing mass production. It is intended to provide.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、酸化物セラミックスナノシートを製造する流動界面ゾルゲル法の、金属アルコキシドを部分加水分解によりポリマー化する工程、このポリマーを水に対する適度な溶解性を有する溶媒を用いて所望の濃度の溶液にする工程、この溶液を流動する水面上に精密に連続して滴下しゲルナノシートとする工程、これを回収する工程、および乾燥し焼成する工程において、プロセスのケミカルデザインを厳密に制御し、装置化することにより、上記課題を解決しうることを見いだした。   As a result of diligent research to solve the above problems, the inventor of the present invention has a process of polymerizing a metal alkoxide by partial hydrolysis in a fluid interface sol-gel method for producing oxide ceramic nanosheets. In a step of forming a solution of a desired concentration using a solvent having a solution, a step of dropping the solution continuously onto a flowing water surface into a gel nanosheet, a step of recovering it, and a step of drying and baking, It has been found that the above problems can be solved by strictly controlling the chemical design of the process and making it into an apparatus.

以上のように本発明によれば、化学修飾した金属アルコキシドを部分加水分解することによりポリマー化した前駆体を水に適度な溶解性を有する溶媒に溶解し、精密にケミカルデザインしたプロセスで流動する水面上に滴下し展開する流動界面ゾル−ゲル法により、厚みが制御され、均一な構造の酸化物セラミックスナノシートが連続的に大量に製造でき、これを可能にする酸化物セラミックスナノシート高速大量製造装置が供給される。この方法は水に溶けやすい成分元素を含有する複合酸化物にも適用でき、従来技術では製造できなかったセラミックスナノシートを市場に供給できる。また、本発明のナノシートはシート間の焼結が従来の微粒子より低温で起こるため、新たな機能を有するセラミックス薄膜を形成する材料になりうる点で、セミックスナノ粒子などと相補的に材料ナノテクノロジーの発展に寄与できるという有利な効果が得られる。   As described above, according to the present invention, a polymerized precursor obtained by partially hydrolyzing a chemically modified metal alkoxide is dissolved in a solvent having an appropriate solubility in water, and flows through a precisely designed chemical process. Oxide ceramic nanosheet high-speed mass production equipment that enables continuous production of large quantities of oxide ceramic nanosheets with a uniform structure and a uniform structure by the fluidized interface sol-gel method that drops and develops on the water surface. Is supplied. This method can also be applied to composite oxides containing component elements that are easily soluble in water, and can supply ceramic nanosheets that could not be produced by the prior art to the market. In addition, since the nanosheet of the present invention is sintered at a lower temperature than conventional fine particles, it can be a material for forming a ceramic thin film having a new function. An advantageous effect of contributing to the development of technology is obtained.

たとえば積層セラミックスコンデンサーの誘電体層の更なる薄膜化や、可視光化光触媒薄膜や、プロトン導伝膜など電子セラミックスやエネルギー変換デバイス用薄膜への応用などへの展開が期待できる。   For example, it can be expected that the dielectric layers of multilayer ceramic capacitors will be further thinned, applied to visible light photocatalytic thin films, proton conductive films, and other electronic ceramics and thin films for energy conversion devices.

以下に、本発明についてさらに詳細に説明する。
本発明の酸化物セラミックスナノシートの製造方法は、化学修飾した一種以上の金属アルコキシドを部分加水分解によりポリマー化する第一の工程、このポリマーを水に対する適度な溶解性を有する溶媒を用いて所望の濃度の溶液にする第二の工程、この溶液を流動する水面上に周囲の雰囲気を制御されたノズルから精密に連続して滴下しゲルナノシートとする第三の工程、これを回収し分散する第四の工程、乾燥し焼成する第五の工程を含む。
本発明による第一の工程では、目的とする酸化物セラミックスを構成する金属元素のアルコキシドを有機溶媒中で混合し部分加水分解によりポリマー化する。
The present invention will be described in detail below.
The method for producing an oxide ceramic nanosheet of the present invention comprises a first step of polymerizing one or more chemically modified metal alkoxides by partial hydrolysis, and a desired solvent using a solvent having an appropriate solubility in water. The second step of making a solution of concentration, the third step of dripping the surrounding atmosphere precisely from a controlled nozzle onto the water surface where this solution flows to form a gel nanosheet, the second step of collecting and dispersing this The fourth step includes a fifth step of drying and baking.
In the first step according to the present invention, the metal element alkoxide constituting the target oxide ceramic is mixed in an organic solvent and polymerized by partial hydrolysis.

第一の工程で使用する金属アルコキシドは単一のアルコキシドであっても複合アルコキシドであってもよいが、目的とする酸化物セラミックスの組成を厳密に制御するために一般式M(OR)(式中Rはアルキル基またはアリール基を表す)で表される単一アルコキシドを用い、目的とする酸化物セラミックスナノシートが複合酸化物である場合には、化学修飾した二種以上の金属アルコキシドを用いることが好ましい。Rは焼成により酸化物セラミックス中から除去されるため一般的には炭素数の少ないエチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、s−ブチル、t−ブチル基などが好ましい。特別に、製造するセラミックスナノシートを多孔質構造にしたい場合には、炭素数の多いアルキル基やアリール基を有するアルコキシドを用いることもできる。 The metal alkoxide used in the first step may be a single alkoxide or a composite alkoxide. In order to strictly control the composition of the target oxide ceramic, the general formula M (OR) x ( In the formula, R represents an alkyl group or an aryl group), and when the target oxide ceramic nanosheet is a composite oxide, two or more kinds of chemically modified metal alkoxides are used. It is preferable. Since R is removed from the oxide ceramics by firing, generally an ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, i-butyl, s-butyl, t-butyl group or the like having a small number of carbon atoms is preferred. . In particular, when the ceramic nanosheet to be produced has a porous structure, an alkoxide having an alkyl group or aryl group having a large number of carbon atoms can also be used.

第一の工程において、金属アルコキシドを部分加水分解するにあたり、適宜アルコキシ基を選択することにより加水分解速度を調整することもできるが、金属アルコキシドをキレート化、エステル交換、アルコキシ交換、アシドリシス、酸無水物、二塩基酸との反応などにより化学修飾して加水分解速度を調整することが好ましい。具体的には、エチレングリコール、ジエチレングリコール、オクタンジオール、ヘキサンジオールのようなグリコール類、アセチルアセトンのようなβ−ジケトン類、乳酸、リンゴ酸、酒石酸、サリチル酸のようなヒドロキシカルボン酸類、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチルのようなケトエステル類、ジアセトンアルコールのようなケトアルコール類のO配位タイプの配位子、エチレンジアミン、アミノアルコール、オキシキノリン、シッフベースのようなN配位タイプの配位子、シクロペンタジエニル化合物のようなC配位タイプの配位子、P,B,S配位タイプの配位子によるキレート化、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチルのような有機酸エステル類によるエステル交換反応、n−ブチルアルコール、n−ペンタノールのようなアルキル鎖長の長いアルコール類によるアルコキシ交換反応、酢酸、プロピオン酸、フェニル酢酸のようなカルボン酸類とのアシドリシス、無水酢酸、無水ヘプタン酸、無水フタル酸、無水コハク酸、無水マレイン酸のような酸無水物との反応、アジピン酸、マレイン酸、フタル酸のような二塩基酸との反応により金属アルコキシドの一部あるいは全部を加水分解速度の異なる置換機に置換することにより、さらには一部ポリマー化することにより化学修飾して加水分解速度を調整することが可能となる。置換されるアルコキシ基の割合は金属の種類、アルコキシ基の種類により異なるが、全アルコキシ基の5〜80%が置換されていることが好ましい。5%以下では効果が十分ではなく、80%を超えると以下の部分加水分解でポリマー化が不十分となり、ゲルナノシート化する第三の工程においてゲル化しにくく好ましくない。   In partial hydrolysis of the metal alkoxide in the first step, the hydrolysis rate can be adjusted by appropriately selecting an alkoxy group, but the metal alkoxide is chelated, transesterified, alkoxy exchanged, acidolysis, acid anhydride. It is preferable to adjust the hydrolysis rate by chemical modification by a reaction with an acid or a dibasic acid. Specifically, glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, octanediol and hexanediol, β-diketones such as acetylacetone, hydroxycarboxylic acids such as lactic acid, malic acid, tartaric acid and salicylic acid, methyl acetoacetate, acetoacetate Ketoesters such as ethyl acetate, O-coordination type ligands of ketoalcohols such as diacetone alcohol, N-coordination type ligands such as ethylenediamine, aminoalcohol, oxyquinoline, Schiff base, cyclopenta Chelation with C-coordinate type ligands such as dienyl compounds, P, B, and S-coordinate type ligands, transesterification with organic acid esters such as ethyl acetate, propyl acetate, and butyl acetate N-butyl alcohol, n-pentanol, etc. Alkoxy exchange reaction with alcohols with a long alkyl chain, acidolysis with carboxylic acids such as acetic acid, propionic acid, phenylacetic acid, acids such as acetic anhydride, heptanoic anhydride, phthalic anhydride, succinic anhydride, maleic anhydride By replacing some or all of the metal alkoxides with substitution machines with different hydrolysis rates by reaction with anhydrides, reaction with dibasic acids such as adipic acid, maleic acid, and phthalic acid, and some polymers Therefore, it is possible to adjust the hydrolysis rate by chemical modification. The ratio of the alkoxy group to be substituted varies depending on the type of metal and the type of alkoxy group, but 5 to 80% of all alkoxy groups are preferably substituted. If it is 5% or less, the effect is not sufficient, and if it exceeds 80%, polymerization is insufficient due to the following partial hydrolysis, which is not preferable because it is difficult to gel in the third step of forming a gel nanosheet.

このような金属アルコキシドの化学修飾により、金属アルコキシド分子中には加水分解の速い置換基と遅い置換機が導入され、場合によっては加水分解によるポリマー化が部分的に達成されたのと同様の効果を期待できる。こうして化学修飾された金属アルコキシドはエタノール、イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、ジエチルエーテルのような水を溶解する溶媒で希釈され、これに同様の溶媒中に所望の量の水を溶解し、さらに必要に応じて塩酸などの酸触媒を加えたものを、溶液が白濁しない程度の速度で攪拌しながら加えることにより部分的に加水分解され、ポリマー化する。   Such chemical modification of the metal alkoxide introduces a fast-hydrolyzing substituent and a slow-displacer into the metal alkoxide molecule, and in some cases, effects similar to those achieved in part by hydrolysis. Can be expected. The metal alkoxide thus chemically modified is diluted with a solvent that dissolves water, such as ethanol, isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, diethyl ether, to which a desired amount of water is dissolved in a similar solvent, Further, if necessary, an acid catalyst such as hydrochloric acid is added while stirring at a speed that does not cause the solution to become cloudy, so that it is partially hydrolyzed and polymerized.

化学修飾された金属アルコキシドは必ずしも希釈する必要はないが、十分な流動性を確保するために、適宜溶媒で希釈することができる。この希釈用の溶媒は脱水されていることが望ましい。   The chemically modified metal alkoxide is not necessarily diluted, but can be appropriately diluted with a solvent in order to ensure sufficient fluidity. The dilution solvent is preferably dehydrated.

また混合する水の量は金属アルコキシドを部分的に加水分解する量であることが必要であり、一般的に、金属アルコキシドの0.5〜2倍モルの範囲で化学量論的に決定されなければならない。すなわち、本発明では、金属アルコキシドのポリマー化を、溶媒に可溶であることはもちろん、後述する流動する水面上に精密に連続して滴下しゲルナノシートとする工程において、ポリマー溶液と水との界面で三次元網目構造のポリマーに転換しゲルナノシートを生成するために鎖状ポリマーあるいは分岐構造を有する鎖状ポリマーとして得ることが必須である。水の量が金属アルコキシドの0.5倍モルより少ないと鎖状ポリマーを形成しないアルコキシドが残留し、2倍モルを超えるとゲル化するか一部無機微粒子を形成し前駆体溶液を形成しにくくなるので好ましくない。   The amount of water to be mixed must be an amount that partially hydrolyzes the metal alkoxide, and must generally be determined stoichiometrically in the range of 0.5 to 2 moles of the metal alkoxide. I must. That is, in the present invention, the polymerization of the metal alkoxide is not only soluble in a solvent, but also in a step of precisely and continuously dropping onto a flowing water surface, which will be described later, to form a gel nanosheet, In order to convert to a polymer having a three-dimensional network structure at the interface to form a gel nanosheet, it is essential to obtain a chain polymer or a chain polymer having a branched structure. If the amount of water is less than 0.5 mol of metal alkoxide, alkoxide that does not form a chain polymer remains, and if it exceeds 2 mol, gelation or partial formation of inorganic fine particles makes it difficult to form a precursor solution. This is not preferable.

このように調製された金属アルコキシドポリマー溶液は、本発明の第二の工程に用いることができるが、鎖状ポリマーあるいは分岐構造を有する鎖状ポリマーの十分な発達と溶液の組成および濃度を厳密に制御するために減圧下で熟成および濃縮することが望ましい。熟成時間は濃縮に要する時間で十分である。濃縮温度は室温から100℃で十分であり、100℃以上では精製したポリマーがゲル化する場合があり好ましくない。   The metal alkoxide polymer solution thus prepared can be used in the second step of the present invention. However, the development of the chain polymer or the chain polymer having a branched structure and the composition and concentration of the solution are strictly limited. It is desirable to age and concentrate under reduced pressure to control. The time required for concentration is sufficient for the aging time. A concentration temperature from room temperature to 100 ° C. is sufficient, and if it is 100 ° C. or higher, the purified polymer may gel, which is not preferable.

本発明による製造方法の第二の工程では、第一の工程で得られたポリマーを水に対する適度な溶解性を有する溶媒を用いて所望の濃度の溶液に調整する。
第二の工程で用いる水に対する適度な溶解性を有する溶媒とは、エタノール、イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、プロパナール−1、ブタナール−1、ジエチルエーテル、エチルメチルケトン、酢酸エチル、ジクロロメタン、クロロホルム、ニトロメタン、ジメチルスルホキシドなどであり、ポリマーの性質にもよるが、例えばイソプロパノール、あるいはイソプロパノールと1−ブタノール、エタノールと1−ブタノール、イソプロパノールとブタナール−1などの混合溶媒が一般によい結果を与える。シクロヘキサン、ヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレンなど水にほとんど不溶の溶媒も用いることができるが、このような溶媒中では基本的に本発明の第三の工程でポリマーの加水分解による三次元網目構造の生成が起こらず、したがって加水分解速度の制御が著しく困難になり、ナノシートの厚みの制御ができない点で好ましくない。
In the second step of the production method according to the present invention, the polymer obtained in the first step is adjusted to a solution having a desired concentration using a solvent having appropriate solubility in water.
Solvents having moderate solubility in water used in the second step are ethanol, isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, propanal-1, butanal-1, diethyl ether, ethyl methyl ketone, ethyl acetate, dichloromethane , Chloroform, nitromethane, dimethyl sulfoxide, etc., depending on the nature of the polymer, for example, isopropanol or a mixed solvent such as isopropanol and 1-butanol, ethanol and 1-butanol, isopropanol and butanal-1 generally gives good results. . A solvent that is almost insoluble in water, such as cyclohexane, hexane, benzene, toluene, and xylene, can be used, but in such a solvent, a three-dimensional network structure formed by hydrolysis of the polymer is basically used in the third step of the present invention. It is not preferable in that generation does not occur, and therefore, the hydrolysis rate is extremely difficult to control, and the thickness of the nanosheet cannot be controlled.

ポリマーの濃度はナノシートの厚みを制御するために厳密に制御しなければならず、1〜90%の濃度が好適である。1%以下ではではゲルナノシートの厚みが実質的に制御できなくなり、90%以上ではポリマーに起因する溶液の粘度の上昇が支配的になり、溶液が第三の工程でノズルからの滴下が困難になったり、流動する界面に滴下された際に水面上に広がりにくくなるためナノシートが得られない。   The concentration of the polymer must be strictly controlled to control the thickness of the nanosheet, with a concentration of 1-90% being preferred. If it is 1% or less, the thickness of the gel nanosheet cannot be substantially controlled, and if it is 90% or more, the increase in the viscosity of the solution due to the polymer becomes dominant, and the solution is difficult to be dropped from the nozzle in the third step. It becomes difficult to spread on the water surface when it is dropped or dropped on the flowing interface, so that a nanosheet cannot be obtained.

本発明による製造方法の第三の工程では、流動する水面上に前駆体溶液を精密に連続して滴下しゲルナノシートとする。
図1は、本発明の第三の工程および第四の工程の一部を実施するための装置を示す説明図である。第三の工程は、水槽1に流動界面を形成させるため、水槽2から循環ポンプにより水を循環させ、水槽1から水槽2に向かって水を流し、形成された水の流動界面に、第二の工程で得られたポリマー溶液をディスペンサにより液滴量を制御してマイクロシリンジより滴下する。滴下されたポリマー溶液の液滴は水の表面で展開し、溶媒は主に水に対する溶解性に応じて水中に溶解する。溶液中のポリマー化した金属アルコキシドは溶液と水との界面で加水分解により鎖状ポリマーあるいは分岐構造を有する鎖状ポリマー間で縮合しゲル化してゲルナノシートを形成する。ゲルナノシートは水槽2に向かって移動するためゲルナノシート上にポリマー溶液が滴下しないように滴下速度を調整しさえすれば、連続的にポリマー溶液を滴下することにより、ゲルナノシートの大量製造が可能である。水中の有機溶媒成分は適宜分離槽を介することにより分離することが可能である。前駆体溶液を流動する水面上に滴下する第三の工程では、図1に示すように、周囲の雰囲気を制御されたノズルから前駆体溶液を滴下することが好ましい。すなわち水蒸気圧の高い流動界面上では、ノズル先端で前駆体溶液がゲル化し、長時間の液滴の滴下が困難になるため、乾燥空気や二酸化炭素を除去した乾燥空気、窒素ガスなどでノズル周囲を置換しておくことが好ましい。
In the third step of the production method according to the present invention, the precursor solution is continuously and precisely dropped onto the flowing water surface to obtain a gel nanosheet.
FIG. 1 is an explanatory view showing an apparatus for carrying out a part of the third step and the fourth step of the present invention. In the third step, in order to form a fluid interface in the water tank 1, water is circulated from the water tank 2 by a circulation pump, water is flowed from the water tank 1 toward the water tank 2, and the second water interface is formed on the formed water fluid interface. The polymer solution obtained in this step is dropped from a microsyringe while controlling the amount of droplets with a dispenser. Drops of the dropped polymer solution develop on the surface of the water, and the solvent dissolves in water mainly depending on the solubility in water. The polymerized metal alkoxide in the solution is condensed between the chain polymer or the chain polymer having a branched structure by hydrolysis at the interface between the solution and water to form a gel nanosheet. Since the gel nanosheet moves toward the water tank 2, as long as the dropping speed is adjusted so that the polymer solution does not drop on the gel nanosheet, the gel nanosheet can be mass-produced by continuously dropping the polymer solution. is there. The organic solvent component in water can be separated appropriately through a separation tank. In the third step of dropping the precursor solution onto the flowing water surface, it is preferable to drop the precursor solution from a nozzle whose ambient atmosphere is controlled as shown in FIG. That is, on the fluid interface with high water vapor pressure, the precursor solution gels at the tip of the nozzle, making it difficult to drip liquid droplets for a long time. Is preferably substituted.

本発明の第三の工程において、流動する界面を形成する水の温度を0℃から100℃まで制御することが、流動界面で展開する前駆体溶液の粘度及び加水分解によるゲル化速度を制御し、結果として酸化物セラミックスナノシートの膜厚を厳密に制御できるために好ましい。水温が低すぎると前駆体の粘度が一般的に高くなりすぎ、また高温では加水分解速度が大きくなりすぎたり水面上の水の蒸気圧が高くなりすぎるため、一般的には10℃から50℃に制御することがより好ましい。   In the third step of the present invention, controlling the temperature of water forming the flowing interface from 0 ° C. to 100 ° C. controls the viscosity of the precursor solution developed at the flowing interface and the gelation rate by hydrolysis. As a result, it is preferable because the film thickness of the oxide ceramic nanosheet can be strictly controlled. When the water temperature is too low, the viscosity of the precursor is generally too high, and at a high temperature, the hydrolysis rate is too high or the vapor pressure of water on the water surface is too high. More preferably, it is controlled.

さらに、本発明の第三の工程においては、流動する界面を形成する水に水の表面張力を制御する物質を溶解させ、前駆体溶液の界面上での展開速度を制御し、酸化物セラミックスナノシートの膜厚を制御することができる。水の表面張力は普通前駆体溶液の表面張力より2〜3倍大きく、したがって界面上での前駆体溶液の展開速度は極めて大きい。したがって一般的に水の表面張力を低下させる物質、例えば、通常の界面活性剤や、プロパノール、ブタノール、ミリスチルアルコールなどを添加することが、水の表面張力を低下させゲルナノシートの膜厚を制御するために好適に用いられる。   Furthermore, in the third step of the present invention, a substance that controls the surface tension of water is dissolved in water that forms a flowing interface, and the development speed on the interface of the precursor solution is controlled, and the oxide ceramic nanosheet The film thickness can be controlled. The surface tension of water is usually 2-3 times greater than the surface tension of the precursor solution, so the rate of development of the precursor solution on the interface is very high. Therefore, generally adding a substance that lowers the surface tension of water, for example, a normal surfactant, propanol, butanol, myristyl alcohol, etc., reduces the surface tension of water and controls the film thickness of the gel nanosheet. Therefore, it is preferably used.

また、本発明の第三の工程においては、流動する界面を形成する水に界面で生成するゲルナノシートからの成分元素の溶出を制御する物質を溶解させることができる。例えばチタン酸バリウムナノシートのような水に対する溶解性の高いバリウムのようなアルカリあるいはアルカリ土類金属を成分元素として含有する前駆体溶液を用いる場合、これらの成分は前駆体溶液が加水分解されてゲルナノシート化する際、水中に溶出しやすい。これを抑制するために予め流動界面を形成する水中にこれら成分を含有するイオン性化合物を溶解させておくことは極めて有効である。例えばチタン酸バリウムナノシートを製造する場合には水酸化バリウムをその溶解度まで溶解させておくことが好ましい結果を与える。同様に、流動する界面を形成する水のpHを制御することは、界面上での前駆体溶液の加水分解速度を制御することができるため前駆体溶液の展開面積を制御でき、したがってゲルナノシートの膜厚を制御できるので好ましい。pHの制御の方法は、流動する界面を形成する水にpHを制御する物質を溶解させることで達成でき、一般的には、アンモニア水、KOH、NaOH、アミン類、塩酸、硝酸、カルボン酸類などが好適である。   In the third step of the present invention, a substance that controls the elution of the component elements from the gel nanosheet generated at the interface can be dissolved in the water that forms the flowing interface. For example, when using a precursor solution containing an alkali or alkaline earth metal such as barium titanate nanosheet having high solubility in water as a component element, these components are gelated by hydrolysis of the precursor solution. Easily dissolves in water when making nanosheets. In order to suppress this, it is extremely effective to dissolve an ionic compound containing these components in water that forms a fluid interface in advance. For example, when producing a barium titanate nanosheet, it is preferable to dissolve barium hydroxide to its solubility. Similarly, controlling the pH of the water that forms the flowing interface can control the rate of hydrolysis of the precursor solution on the interface, thus controlling the development area of the precursor solution, and thus the gel nanosheets. It is preferable because the film thickness can be controlled. The method of controlling pH can be achieved by dissolving a substance that controls pH in water that forms a flowing interface. Generally, ammonia water, KOH, NaOH, amines, hydrochloric acid, nitric acid, carboxylic acids, etc. Is preferred.

さらに本発明の第三の工程においては、流動する界面上の雰囲気を制御することが安定に酸化物セラミックスナノシートを製造するために好ましい。例えば、空気中の二酸化炭素は、チタン酸バリウムナノシートを製造する際、前述した流動界面を形成する水中に溶解された水酸化バリウムと反応し不溶性の炭酸バリウムを生成するため、得られるチタン酸バリウムナノシート中に粗大化した粒子を精製させる。したがって、図1に示したナノシート製造装置全体を例えば二酸化炭素を除去した空気や窒素ガスなどで置換できることが好ましい。   Furthermore, in the third step of the present invention, it is preferable to control the atmosphere on the flowing interface in order to stably produce the oxide ceramic nanosheet. For example, carbon dioxide in the air reacts with the barium hydroxide dissolved in the water forming the fluid interface described above to produce insoluble barium carbonate when producing barium titanate nanosheets. The coarsened particles in the nanosheet are purified. Therefore, it is preferable that the entire nanosheet manufacturing apparatus shown in FIG. 1 can be replaced with, for example, air or nitrogen gas from which carbon dioxide has been removed.

本発明による製造方法の第四の工程では、第三の工程で得られたゲルナノシートを回収する。ゲルナノシートの回収は、図1の水槽2においてガラスフィルター製などのセパレーター6を設けることにより達成されるが、連続的に大量のゲルナノシートの製造を行う場合には、適宜水槽2から回収すればよい。回収の方法は、フィルター様の網ですくい取るか、あるいは交換可能のセパレータごと回収する方法がある。   In the fourth step of the production method according to the present invention, the gel nanosheet obtained in the third step is collected. Collection of the gel nanosheet is achieved by providing a separator 6 made of a glass filter or the like in the water tank 2 of FIG. 1, but when a large amount of gel nanosheets are continuously produced, the gel nanosheet can be recovered from the water tank 2 as appropriate. Good. The collection method includes scooping with a filter-like net or collecting the replaceable separator together.

本発明による製造方法の第五の工程では、第四の工程で回収されたゲルナノシートを乾燥し焼成する。具体的には、得られたゲルナノシート中には水分とポリマー由来の有機物が含有されているので、まず回収されたゲルナノシートからこれらを除去する目的で室温から100℃の温度範囲で乾燥する。乾燥する雰囲気は大気あるいは酸素雰囲気であるが、乾燥速度を制御し、さらにゲルナノシート中にバリウムなどが含まれていて炭酸塩を生成する場合には、水蒸気圧を制御したり、二酸化炭素を除去した雰囲気を使用することが好ましく、水蒸気圧を制御した空気や二酸化炭素を除去した空気、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気が好適である。乾燥したゲルナノシートは、さらに酸化物セラミックスの種類に応じて残留する有機物を除去し、所望の構造を得るために所望の温度まで焼成する。このときの昇温速度はゲルナノシートをナノシートの構造を維持させながら酸化物セラミックスに転換させるために重要であり、ゲル中に形成された金属と酸素の三次元的な結合をさらに発達させるために急激に昇温しないことが必要である。好ましくはゲル中の残留有機物が徐々に熱分解し酸化する1〜200℃/時間で昇温する。焼成温度はゲルナノシート中の炭素が酸化除去される温度以上であればよく、一般的には400℃以上であればよい。焼成する雰囲気は大気でよいが、酸化物セラミックスナノシートの緻密化を促進し、組成を一定に保つために、水蒸気圧を制御したり、二酸化炭素を除去した雰囲気を使用することが好ましく、例えば水蒸気圧を制御し、二酸化炭素を除去した空気が好ましい。   In the fifth step of the production method according to the present invention, the gel nanosheet collected in the fourth step is dried and fired. Specifically, since the obtained gel nanosheet contains water and an organic substance derived from a polymer, it is first dried in a temperature range of room temperature to 100 ° C. for the purpose of removing these from the recovered gel nanosheet. The atmosphere to be dried is air or oxygen atmosphere, but the drying speed is controlled, and if the gel nanosheet contains barium etc. to produce carbonate, the water vapor pressure is controlled or carbon dioxide is removed. It is preferable to use an atmosphere in which the water vapor pressure is controlled, air from which carbon dioxide is removed, an inert gas atmosphere such as nitrogen gas and argon gas. The dried gel nanosheet is further baked to a desired temperature in order to remove the remaining organic substances according to the type of oxide ceramics and obtain a desired structure. The heating rate at this time is important to convert the gel nanosheets to oxide ceramics while maintaining the nanosheet structure, and to further develop the three-dimensional bond between the metal and oxygen formed in the gel. It is necessary not to raise the temperature rapidly. Preferably, the temperature is raised at 1 to 200 ° C./hour in which the residual organic matter in the gel is gradually decomposed and oxidized. The firing temperature may be higher than the temperature at which carbon in the gel nanosheet is oxidized and removed, and generally 400 ° C. or higher. The atmosphere for firing may be air, but in order to promote densification of the oxide ceramic nanosheet and keep the composition constant, it is preferable to use an atmosphere in which the water vapor pressure is controlled or carbon dioxide is removed. Air in which the pressure is controlled and carbon dioxide is removed is preferred.

次に本発明による流動界面ゾル−ゲル法により酸化物セラミックスナノシートを連続的に製造するために、上述のプロセスのケミカルデザインを実施できる酸化物セラミックスゲルナノシートの製造装置について説明する。
本発明の酸化物セラミックスゲルナノシートの製造装置はナノシート製造部と制御部から構成される。
Next, in order to continuously produce oxide ceramic nanosheets by the fluid interface sol-gel method according to the present invention, an apparatus for producing oxide ceramic gel nanosheets capable of performing the chemical design of the above-described process will be described.
The manufacturing apparatus of the oxide ceramic gel nanosheet of this invention is comprised from the nanosheet manufacturing part and the control part.

ナノシート製造部は、ナノシート化部(流動界面形成部)と回収部から構成される。ナノシート製造部では、ポンプにより水を循環しナノシート化部において層流を形成させ流動界面とする。層流の厚さは10mm程度で十分であり、その線速度は0.1〜100mm/秒であればよい。流動界面上に前駆体溶液を滴下し展開させるために、流動界面上に非接触で、前駆体溶液がディスペンスできる例えば非接触ディスペンサー部を設け、滴下する前駆体溶液の重量を1mgから100mgで制御できればよい。また、滴下される前駆体溶液の特性にあわせノズルと流動界面とのクリアランスを1〜50mmで制御できることが好ましい。展開する前駆体溶液のゲル化速度を制御するために、ナノシート化が起こる界面温度は5〜50℃(±0.5℃)で制御できることが好ましい。ゲルナノシート回収部は、厚さ10〜100nm、さしわたし径10μm以上のナノシートを効率よく分離するためのセパレーターを、回収部に蓄積されるナノシートを容易に回収できるように、カートリッジ式のフィルターにすることが好ましい。さらに、安定してゲルナノシートを長時間製造するために製造部内の雰囲気を給排気により制御できる構造とする。また、同様の理由により、pH計、監視カメラ、流量計を設置することが好ましい。   The nanosheet manufacturing unit is composed of a nanosheet forming unit (fluid interface forming unit) and a recovery unit. In the nanosheet manufacturing section, water is circulated by a pump to form a laminar flow in the nanosheet forming section to form a fluid interface. A laminar flow thickness of about 10 mm is sufficient, and the linear velocity may be 0.1 to 100 mm / second. In order to drop and spread the precursor solution on the fluid interface, a non-contact dispenser part that can dispense the precursor solution can be dispensed on the fluid interface, for example, and the weight of the precursor solution to be dripped is controlled from 1 mg to 100 mg. I can do it. Moreover, it is preferable that the clearance between the nozzle and the fluid interface can be controlled by 1 to 50 mm in accordance with the characteristics of the dropped precursor solution. In order to control the gelation rate of the developing precursor solution, it is preferable that the interface temperature at which nanosheet formation occurs can be controlled at 5 to 50 ° C. (± 0.5 ° C.). The gel nanosheet recovery part is a cartridge-type filter that can easily recover the nanosheets accumulated in the recovery part, with a separator for efficiently separating nanosheets with a thickness of 10 to 100 nm and a diameter of 10 μm or more. It is preferable to do. Furthermore, in order to manufacture the gel nanosheet stably for a long time, the atmosphere in the manufacturing unit can be controlled by supply and exhaust. For the same reason, it is preferable to install a pH meter, a monitoring camera, and a flow meter.

制御部は、正面よりナノシート製造部の監視、計測、操作が出来る構造であり、制御盤は、運転中表示器、警報装置、非常停止装置、状態表示器、pH表示器、温度表示器、記録計、流量表示計、シーケンサー、滴下ディスペンサー用コントローラー、監視用モニターから構成される。   The control unit can monitor, measure, and operate the nanosheet manufacturing unit from the front, and the control panel is a running indicator, alarm device, emergency stop device, status indicator, pH indicator, temperature indicator, recording It consists of a meter, flow meter, sequencer, drip dispenser controller and monitoring monitor.

次に、本発明の具体例を説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
1モルのペンタエトキシタンタルを1モルの3−オキソブタン酸エチルでキレート化し、発熱がおさまってから、攪拌しながら1時間かけて1モルの水で部分加水分解を行った。さらにロータリーエバポレーターにより減圧下で60℃まで加熱し濃縮して、粘稠な生成物を得た。これにイソプロパノールあるいはイソプロパノールを加え、50〜90%溶液をそれぞれ調整した。
Next, specific examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these examples.
After 1 mol of pentaethoxytantalum was chelated with 1 mol of ethyl 3-oxobutanoate and the exotherm subsided, partial hydrolysis was performed with 1 mol of water over 1 hour with stirring. Further, the mixture was heated to 60 ° C. under reduced pressure using a rotary evaporator and concentrated to obtain a viscous product. Isopropanol or isopropanol was added thereto to prepare 50 to 90% solutions.

これらの溶液を本発明の酸化物セラミックスナノシートの製造装置を用いて、ノズル周囲の雰囲気を窒素雰囲気として、23℃に制御した流動する水面上に5〜20mgの液滴で正確に滴下し、ゲルナノシートを5時間以上連続的に作製した得られたゲルナノシートを100℃で3時間大気中で乾燥し、その後200℃/時の昇温速度で大気中で1000℃まで加熱し、1時間保持して焼成し、厚みがおよそ100〜400nmの酸化物セラミックスナノシートが得られた。から、ナノシートの構造は、回折線の半値幅からTaの結晶子サイズの大きさがおよそ12〜23nmの結晶粒からなることが確認された。しかしながら、ノズルからの滴下を大気中で行った場合には数分で前駆体溶液がノズル先端でゲル化し、滴下ができなくなった。また温度制御しない流動する水面上に滴下した場合には、水面上に展開するゲルナノシートの面積を制御できず、結果としてナノシートの厚みがばらついた。 Using the oxide ceramic nanosheet manufacturing apparatus of the present invention, these solutions were accurately dropped as 5-20 mg droplets on a flowing water surface controlled at 23 ° C. with the atmosphere around the nozzle being a nitrogen atmosphere, and gel The nanosheet was continuously produced for 5 hours or more. The obtained gel nanosheet was dried in the air at 100 ° C. for 3 hours, then heated to 1000 ° C. in the air at a heating rate of 200 ° C./hour and held for 1 hour. The oxide ceramic nanosheet having a thickness of about 100 to 400 nm was obtained. From the half-width of the diffraction line, the nanosheet structure was confirmed to be composed of crystal grains having a crystallite size of about 12 to 23 nm from Ta 2 O 5 . However, when dripping from the nozzle was performed in the atmosphere, the precursor solution gelled at the tip of the nozzle in a few minutes and could not be dripped. Moreover, when dripped on the flowing water surface which is not temperature-controlled, the area of the gel nanosheet developed on the water surface could not be controlled, and as a result, the thickness of the nanosheet varied.

実施例1と同様の方法で、1モルのテトライソプロポキシチタンを0.6モルの3−オキソブタン酸エチルでキレート化し、発熱がおさまってから、攪拌しながら1時間かけて1モルの水で部分加水分解を行いポリマー化し、19℃に制御した流動する水面上で70%イソプロパノール溶液からゲルナノシートを作製した。これを回収して、80℃で6時間乾燥し、500℃まで加熱し、1時間保持して焼成した。得られたチタニアナノシートの厚みはほぼ100nmで、X線回折測定の結果から結晶子サイズは10.2nmと推定された。1000℃で焼成されたナノシートでアナターゼ相からルチル相への転移が観測された。   In the same manner as in Example 1, 1 mol of tetraisopropoxytitanium was chelated with 0.6 mol of ethyl 3-oxobutanoate. After the exotherm subsided, 1 mol of water was partially mixed with stirring over 1 hour. The gel nanosheet was prepared from a 70% isopropanol solution on a flowing water surface controlled at 19 ° C. by hydrolysis and polymerization. This was recovered, dried at 80 ° C. for 6 hours, heated to 500 ° C., held for 1 hour and fired. The thickness of the obtained titania nanosheet was approximately 100 nm, and the crystallite size was estimated to be 10.2 nm from the results of X-ray diffraction measurement. Transition from the anatase phase to the rutile phase was observed in the nanosheet fired at 1000 ° C.

ペンタエトキシタンタルのエトキシ基をブトキシ基に変換し、実施例1と同様の方法で、ポリマー化した。得られたポリマーを実施例1と同様の方法で70%溶液としてゲルナノシートを作製した。さらに100℃で3時間乾燥後、100℃/時で1000℃まで加熱し、1時間保持して焼成した。シートの厚みは70nm程度であった。   The ethoxy group of pentaethoxytantalum was converted to a butoxy group, and polymerized in the same manner as in Example 1. A gel nanosheet was prepared by using the obtained polymer as a 70% solution in the same manner as in Example 1. Further, after drying at 100 ° C. for 3 hours, the mixture was heated to 1000 ° C. at 100 ° C./hour, and held for 1 hour for firing. The thickness of the sheet was about 70 nm.

実施例2と同様の方法により、ペンタエトキシタンタルをポリマー化した。得られたポリマーを実施例1と同様の方法で70%溶液として、流動界面形成水に10wt%のイソプロパノールを溶解し水の表面張力を低下させてゲルナノシートを作製した。さらに100℃で3時間乾燥後、100℃/時で1000℃まで加熱し、1時間保持して焼成した。シートの厚みは120nm程度であり、水の表面張力を低下させることにより膜厚を厚く制御できた。   Pentaethoxytantalum was polymerized by the same method as in Example 2. The obtained polymer was made into a 70% solution in the same manner as in Example 1, and 10 wt% of isopropanol was dissolved in the fluidized interface forming water to reduce the surface tension of the water to prepare a gel nanosheet. Further, after drying at 100 ° C. for 3 hours, the mixture was heated to 1000 ° C. at 100 ° C./hour, and held for 1 hour for firing. The thickness of the sheet was about 120 nm, and the film thickness could be controlled to be thick by reducing the surface tension of water.

実施例2と同様の方法によりテトライソプロポキシチタンをポリマー化し、2−メトキシエタノールに溶解したジエトキシバリウムを添加した。さらにロータリーエバポレーターにより減圧下で60℃まで加熱し濃縮して、粘稠な生成物を得た。これをイソプロパノールとブタナールの3:1の混合溶媒を用いて50wt%溶液を調整し、ノズル周囲の雰囲気と、水酸化バリウムを溶解してpHを7、10、12、14に調整し、流動界面上の雰囲気を窒素雰囲気としてゲルナノシートを作製した。得られたゲルナノシートを二酸化炭素を除去した空気中、80℃で3時間乾燥し、その後酸素雰囲気中で1000℃まで100℃/時で加熱し、1時間保持して焼成した。得られたナノシートは粗大化した粒子が観測されず、厚みは50〜150nmであった。それぞれのpHで作製したシートのX線回折測定の結果を図2に示す。pH7、10、12では、Baが流動界面を形成する水中に溶出するためBaの欠損したBaTi相が生成しているのに対してpH14ではBaTiO相のみが生成した。 Tetraisopropoxytitanium was polymerized by the same method as in Example 2, and diethoxybarium dissolved in 2-methoxyethanol was added. Further, the mixture was heated to 60 ° C. under reduced pressure using a rotary evaporator and concentrated to obtain a viscous product. This was adjusted to a 50 wt% solution using a 3: 1 mixed solvent of isopropanol and butanal, and the atmosphere around the nozzle and barium hydroxide were dissolved to adjust the pH to 7, 10, 12, and 14, and the fluid interface Gel nanosheets were produced using the above atmosphere as a nitrogen atmosphere. The obtained gel nanosheet was dried in air from which carbon dioxide had been removed at 80 ° C. for 3 hours, then heated to 1000 ° C. at 100 ° C./hour in an oxygen atmosphere, and held for 1 hour to be fired. In the obtained nanosheet, coarse particles were not observed, and the thickness was 50 to 150 nm. The result of the X-ray diffraction measurement of the sheet produced at each pH is shown in FIG. At pH 7, 10, and 12, since Ba elutes in water forming a fluid interface, a BaTi 2 O 5 phase lacking Ba is generated, whereas at pH 14, only a BaTiO 3 phase is generated.

また、比較のためノズル周囲の雰囲気を窒素雰囲気にすること以外は全ての操作を大気中で行う方法によりpH14の流動界面から作製したチタン酸バリウムナノシートは、ほぼBaTi相を形成したが、シートの表面および内部に粗大化した粒子が観測された。これは大気中の二酸化炭素により流動界面形成水中に炭酸バリウム粒子が生成し、また乾燥および焼成工程中でゲルナノシート中に炭酸バリウム粒子が生成したためであることが分かった。 For comparison, the barium titanate nanosheet prepared from the fluidized interface at pH 14 by the method of performing all operations in the air except that the atmosphere around the nozzle was changed to a nitrogen atmosphere substantially formed a BaTi 2 O 5 phase. In the surface and inside of the sheet, coarse particles were observed. It was found that this was because barium carbonate particles were formed in the fluidized interface formation water by carbon dioxide in the atmosphere, and barium carbonate particles were formed in the gel nanosheet during the drying and firing processes.

本発明の第三の工程および第四の工程の一部を実施するための装置を概念的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows notionally the apparatus for implementing a part of 3rd process and 4th process of this invention. 流動界面のpHを制御して得られたゲルナノシートを1000℃で焼成して得られたチタン酸バリウムナノシートのX線回折図である。It is an X-ray diffraction pattern of the barium titanate nanosheet obtained by baking the gel nanosheet obtained by controlling the pH of a fluid interface at 1000 degreeC.

Claims (9)

化学修飾した一種以上の金属アルコキシドを部分加水分解によりポリマー化する第一の工程、このポリマーを水に対する適度な溶解性を有する溶媒を用いて所望の濃度の溶液にする第二の工程、この溶液を流動する水面上に周囲の雰囲気を制御されたノズルから精密に連続して滴下しゲルナノシートとする第三の工程、これを回収し分散する第四の工程、乾燥し焼成する第五の工程からなることを特徴とする流動界面ゾル−ゲル法により酸化物セラミックスナノシートを連続的に製造する酸化物セラミックスナノシートの製造方法。 A first step of polymerizing one or more chemically modified metal alkoxides by partial hydrolysis, a second step of making the polymer into a solution of a desired concentration using a solvent having an appropriate solubility in water, this solution The third step of precisely dropping the surrounding atmosphere onto the flowing water surface from a controlled nozzle to form a gel nanosheet, the fourth step of collecting and dispersing this, the fifth step of drying and firing A method for producing oxide ceramic nanosheets, comprising continuously producing oxide ceramic nanosheets by a fluid interface sol-gel method. 必要によりキレート化、エステル交換、アルコキシ交換、アシドリシス、酸無水物、二塩基酸との反応などにより化学修飾して加水分解速度を調整した金属アルコキシドの一種以上を用いる請求項1に記載の酸化物セラミックスナノシートの製造方法。 The oxide according to claim 1, wherein at least one metal alkoxide having a hydrolysis rate adjusted by chemical modification by reaction with chelation, transesterification, alkoxy exchange, acidolysis, acid anhydride, dibasic acid or the like is used as necessary. Manufacturing method of ceramic nanosheet. 流動する界面を形成する水の温度を0℃から100℃まで制御する請求項1まはた2に記載の酸化物セラミックスナノシートの製造方法。 The manufacturing method of the oxide ceramic nanosheet of Claim 1 or 2 which controls the temperature of the water which forms the flowing interface from 0 degreeC to 100 degreeC. 流動する界面を形成する水に水の表面張力を制御する物質を溶解させる請求項1〜3の何れかに記載の酸化物セラミックスナノシートの製造方法。 The method for producing an oxide ceramic nanosheet according to claim 1, wherein a substance that controls the surface tension of water is dissolved in water that forms a flowing interface. 流動する界面を形成する水に界面で生成するゲルナノシートからの成分元素の溶出を制御する物質を溶解させる請求項1〜4の何れかに記載の酸化物セラミックスナノシートの製造方法。 The manufacturing method of the oxide ceramic nanosheet in any one of Claims 1-4 which dissolve the substance which controls the elution of the component element from the gel nanosheet produced | generated at the interface in the water which forms the flowing interface. 流動する界面を形成する水のpHを制御する請求項1〜5の何れか記載の酸化物セラミックスナノシートの製造方法。 The manufacturing method of the oxide ceramic nanosheet in any one of Claims 1-5 which controls pH of the water which forms the interface which flows. 流動する界面上の雰囲気を制御する請求項1〜6の何れかに記載の酸化物セラミックスナノシートの製造方法。 The method for producing an oxide ceramic nanosheet according to claim 1, wherein the atmosphere on the flowing interface is controlled. ゲルナノシートを乾燥し焼成する工程の雰囲気を制御する請求項1〜7の何れかに記載の酸化物セラミックスナノシートの製造方法。 The manufacturing method of the oxide ceramic nanosheet in any one of Claims 1-7 which controls the atmosphere of the process of drying and baking a gel nanosheet. 請求項1記載の流動界面ゾル−ゲル法により酸化物セラミックスナノシートを連続的に製造するために、請求項3〜6の何れかに記載のプロセスのケミカルデザインを実施できる手段と、請求項8に記載のゲルナノシートを乾燥し焼成するプロセスの熱処理デザインを実施できる手段とを有する酸化物セラミックスゲルナノシートの製造装置。 In order to continuously produce oxide ceramic nanosheets by the fluid interface sol-gel method according to claim 1, means capable of performing chemical design of the process according to any one of claims 3 to 6, and An apparatus for producing an oxide ceramic gel nanosheet comprising: a means capable of performing a heat treatment design of a process of drying and firing the described gel nanosheet.
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