JP2007021670A - Core shell type nano particle and thermoelectric conversion material - Google Patents

Core shell type nano particle and thermoelectric conversion material Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric conversion material, exhibiting high thermoelectric conversion performance and having excellent mass-productivity, and to provide a core shell type nano particle used in the thermoelectric conversion material. <P>SOLUTION: This core shell type nano particle includes a core part and a shell part covering the core material. The component material of the shell part is InSb, and the component material of the core part has a higher melting point than that of InSb which is the component material of the shell part. Thus, the above object is achieved by providing the above particle of the invention. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、熱電変換素子等に用いられる、コアシェル型ナノ粒子および熱電変換材料に関するものである。   The present invention relates to core-shell type nanoparticles and thermoelectric conversion materials used for thermoelectric conversion elements and the like.

熱電変換素子に用いられる熱電変換材料には、熱エネルギーの電気エネルギーへの変換効率が高いことが要求され、次のような性能が要求される。(1)温度差を与えたときに発生する電圧は大きい方がよく、温度差1K当りの熱起電力が大きいことが要求される。(2)電流が流れたとき電気抵抗が大きいとジュール熱によってエネルギーが失われるので、電気抵抗は小さい方がよい。(3)熱伝導が起きると電気エネルギーに変換されるべき熱エネルギーが熱のまま逃げてしまうので、熱伝導率は小さい方がよい。以上のことから、熱電変換材料の特性は、性能指数Zと呼ばれる下記式(i)で示される値で支配される。
Z=S・σ/k (i)
ここで、Sは熱起電力、σは導電率、kは熱伝導率である。この性能指数Zの値の大きい材料ほど優れた熱電変換材料となる。
Thermoelectric conversion materials used for thermoelectric conversion elements are required to have high conversion efficiency of heat energy into electric energy, and the following performance is required. (1) The voltage generated when the temperature difference is given is preferably large, and the thermoelectromotive force per 1 K of the temperature difference is required to be large. (2) If the electric resistance is large when current flows, energy is lost due to Joule heat. Therefore, it is preferable that the electric resistance is small. (3) Since thermal energy that should be converted into electrical energy escapes as heat when thermal conduction occurs, it is better that the thermal conductivity is small. From the above, the characteristics of the thermoelectric conversion material are governed by the value represented by the following formula (i) called the figure of merit Z.
Z = S 2 · σ / k (i)
Here, S is the thermoelectromotive force, σ is the conductivity, and k is the thermal conductivity. A material having a larger value of the figure of merit Z is a more excellent thermoelectric conversion material.

近年、熱電変換材料の性能を向上させる試みの一つとして、熱電変換材料中に微粒子を分散させる研究が行われている。熱電変換材料としてスクッテルダイト化合物やSiGe等の移動度の高い材料を用いると、これらの材料は導電率σが大きいので性能向上に寄与する一方、熱伝導率kも大きいことから性能指数Zを大きくすることができなかったが、このような熱電変換材料中に微粒子を分散させることで、微粒子によりフォノンが散乱されるので、熱伝導率kを小さくすることができ、性能を向上させることができるのである。   In recent years, as one of attempts to improve the performance of thermoelectric conversion materials, research on dispersing fine particles in thermoelectric conversion materials has been conducted. When materials with high mobility such as skutterudite compounds and SiGe are used as thermoelectric conversion materials, these materials contribute to performance improvement due to their high conductivity σ, while the figure of merit Z is determined because of their high thermal conductivity k. Although it could not be increased, by dispersing fine particles in such a thermoelectric conversion material, phonons are scattered by the fine particles, so that the thermal conductivity k can be reduced and the performance can be improved. It can be done.

例えば非特許文献1には、スクッテルダイト化合物のマトリックス中にFeSb微粒子を、メカニカルアロイング処理により、モル比で40%まで導入した熱電変換材料が提案されている。FeSb微粒子のサイズはサブミクロンオーダーであり、600K〜800Kの範囲内における性能指数は、FeSb微粒子を導入した系の方が、FeSb微粒子を導入しない系より大きいことが示されている。しかしながら、500K以下ではFeSb微粒子の導入による性能向上は示されなかった。 For example, Non-Patent Document 1 proposes a thermoelectric conversion material in which FeSb 2 fine particles are introduced into a skutterudite compound matrix by a mechanical alloying process up to a molar ratio of 40%. Size of FeSb 2 fine particles was submicron order, the performance index in the range of 600K~800K is towards the system introduced FeSb 2 particles have been shown to be greater than the system without introducing FeSb 2 particles. However, at 500K or less, the performance improvement due to the introduction of FeSb 2 fine particles was not shown.

また、非特許文献2には、SiGe合金(Ge:20atm%)に粒径0.7nmのフレライト(C60:90%とC70:10%との混合物)を、1wt%までメカニカルアロイング処理により導入した。しかしながら、フレライトの分散性については述べられていなく、性能向上は示されなかった。性能が向上しない主な原因は、微粒子導入により熱伝導率kは減少するが、導電率σも減少してしまうことにあると考えられる。   Non-Patent Document 2 introduces fleurite (mixture of C60: 90% and C70: 10%) with a particle size of 0.7 nm into SiGe alloy (Ge: 20 atm%) up to 1 wt% by mechanical alloying treatment. did. However, the dispersibility of fluorite is not mentioned, and no performance improvement was shown. It is considered that the main reason why the performance is not improved is that although the thermal conductivity k decreases due to the introduction of fine particles, the electrical conductivity σ also decreases.

さらに、非特許文献3には、PbTe/PbSeTe系の量子ドット超格子により性能を向上させる方法が提案されている。この量子ドット超格子は、分子線エピタキシー(molecular beam epitaxy)法によりPbTeとPbSeTe(配合モル比 Pb:Se:Te=1.00:0.98:0.02、以降、省略する。)とを交互に積層させることで作製されるものであり、PbTe上に成膜されたPbSeTeが、成膜直後の薄膜から、経時でPbTeとの格子不整合により粒子状に変化することを利用したものである。PbTe膜上で粒子状に変化したPbSeTe粒子を覆うようにPbTeをさらに成膜し、再びPbSeTeを成膜することにより、PbSeTe微粒子(量子ドット)がPbTe中に規則的に分散した構造を有する量子ドット超格子が得られる。PbSeTe微粒子のサイズは30nm以下であり、300K〜500Kの範囲内において、PbTe中にPbSeTe微粒子を導入した系の方が、導入しない系より7倍から13倍も大きい性能指数を示した。これは、上述したフォノンの散乱による効果だけでなく、量子効果が性能向上に寄与するためであると考えられている。この理論については、非特許文献4に詳述されている。一般的に量子効果の発現するサイズは、100nm以下である。   Further, Non-Patent Document 3 proposes a method for improving performance by using a PbTe / PbSeTe-based quantum dot superlattice. In this quantum dot superlattice, PbTe and PbSeTe (mixing molar ratio Pb: Se: Te = 1.00: 0.98: 0.02, hereinafter omitted) are obtained by a molecular beam epitaxy method. It is manufactured by alternately laminating, using the fact that the PbSeTe film formed on PbTe changes from a thin film immediately after film formation into particles due to lattice mismatch with PbTe over time. is there. Quantum having a structure in which PbSeTe fine particles (quantum dots) are regularly dispersed in PbTe by further forming PbTe so as to cover the PbSeTe particles changed into particles on the PbTe film, and again forming PbSeTe. A dot superlattice is obtained. The size of the PbSeTe fine particles was 30 nm or less, and within the range of 300K to 500K, the system in which the PbSeTe fine particles were introduced into PbTe showed a performance index that was 7 to 13 times larger than the system without the introduction. This is considered to be due to the fact that the quantum effect contributes to the performance improvement in addition to the effect of phonon scattering described above. This theory is described in detail in Non-Patent Document 4. In general, the size at which the quantum effect appears is 100 nm or less.

しかしながら、量子ドット超格子は、上述したように分子線エピタキシー法により真空系においてPbTeとPbSeTeとを交互に積層させることで作製されるため、大変手間がかかるという問題がある。また、各層の厚みは10nm程度であり、熱電変換材料として使用するには10μm以上必要であることから、各層を少なくとも500層ずつ積層しなければならず、量産には適していない。   However, since the quantum dot superlattice is produced by alternately stacking PbTe and PbSeTe in a vacuum system by the molecular beam epitaxy method as described above, there is a problem that it takes a lot of work. Each layer has a thickness of about 10 nm and needs to be 10 μm or more for use as a thermoelectric conversion material. Therefore, each layer must be laminated at least 500 layers, which is not suitable for mass production.

一方、熱電変換材料中に微粒子を分散させた系ではないが、非特許文献5には、SiO微粒子をスクッテルダイト化合物で被覆する方法が提案されている。これは、粒径が300nmのSiO微粒子に、金をスパッタリングにより10〜60nmの厚みでコーティングし、さらにその上にスクッテルダイト化合物の1種であるCoSbをコーティングするという方法である。このCoSbは、その前駆体を金の上にコーティングした後に還元焼成することにより形成される。しかしながらこの方法では、SiO微粒子を単なる支持体として用いており、SiO微粒子によるフォノンの散乱効果については述べられていない。また、CoSbの前駆体を還元する際に還元ガスを用いるために前駆体の内部まで十分に還元されない場合があるという問題がある。 On the other hand, although not a system in which fine particles are dispersed in a thermoelectric conversion material, Non-Patent Document 5 proposes a method of coating SiO 2 fine particles with a skutterudite compound. This is a method of coating SiO 2 fine particles having a particle diameter of 300 nm with a thickness of 10 to 60 nm by sputtering, and further coating CoSb 3 which is one kind of skutterudite compound thereon. This CoSb 3 is formed by coating the precursor on gold and then firing by reduction. However, this method uses SiO 2 fine particles as a mere support, and does not describe the phonon scattering effect by the SiO 2 fine particles. Further, since a reducing gas is used when reducing the CoSb 3 precursor, there is a problem that the inside of the precursor may not be sufficiently reduced.

J. Applied Physics, 88, p.3484-3489(2000)J. Applied Physics, 88, p.3484-3489 (2000) Materials Science and Engineering, B41, p.280-288 (1996)Materials Science and Engineering, B41, p.280-288 (1996) 18th International Conference on Thermoelectrics, p.280-284(1999)18th International Conference on Thermoelectrics, p.280-284 (1999) Phys. Rev. B, 47, p.16631(1993)Phys. Rev. B, 47, p.16631 (1993) Nanostructured Films and Coatings, p.149-156(2000)Nanostructured Films and Coatings, p.149-156 (2000)

本発明は、高い熱電変換の性能を示し、量産性に優れた熱電変換材料を提供すること、および、この熱電変換材料等に用いられるコアシェル型ナノ粒子を提供することを主目的とするものである。   The main object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion material that exhibits high thermoelectric conversion performance and is excellent in mass productivity, and to provide core-shell type nanoparticles used for the thermoelectric conversion material and the like. is there.

上記目的を達成するために、本発明は、コア部と、上記コア部を被覆するシェル部とを有するコアシェル型ナノ粒子であって、上記シェル部の構成材料がInSbであり、上記コア部の構成材料の融点が、上記シェル部の構成材料であるInSbよりも高いことを特徴とするコアシェル型ナノ粒子を提供する。   In order to achieve the above object, the present invention provides a core-shell type nanoparticle having a core part and a shell part covering the core part, wherein the constituent material of the shell part is InSb, Provided is a core-shell nanoparticle characterized in that the constituent material has a melting point higher than that of InSb which is a constituent material of the shell portion.

本発明においては、コア部の構成材料の融点が、シェル部の構成材料であるInSbよりも高いことから、例えば、本発明のコアシェル型ナノ粒子を圧縮成形して、後述するコアシェル構造体を作製する場合に、シェル部の構成材料が溶融し、隣り合うコアシェル型ナノ粒子のシェル部同士が結合する一方、コア部の構成材料は溶融せず、それぞれ独立したコア部を維持することができ、その結果、熱電変換性能に優れた熱電変換材料を得ることができる。   In the present invention, since the melting point of the constituent material of the core part is higher than InSb which is the constituent material of the shell part, for example, the core-shell type nanoparticle of the present invention is compression-molded to produce a core-shell structure described later When the component material of the shell part is melted and the shell parts of the adjacent core-shell type nanoparticles are bonded to each other, the constituent material of the core part is not melted and can maintain an independent core part, As a result, a thermoelectric conversion material having excellent thermoelectric conversion performance can be obtained.

また、上記発明においては、上記シェル部と上記コア部とが相分離していることが好ましい。コア部およびシェル部に異なった機能を付与する場合、これらが相分離していれば、それぞれの機能をより効率的に発揮することができるからである。   Moreover, in the said invention, it is preferable that the said shell part and the said core part are phase-separated. This is because when different functions are imparted to the core portion and the shell portion, if these are phase-separated, the respective functions can be exhibited more efficiently.

また、本発明は、上記コアシェル型ナノ粒子と、分散媒とを含有することを特徴とするコアシェル型ナノ粒子分散液を提供する。   The present invention also provides a core-shell nanoparticle dispersion characterized by containing the core-shell nanoparticle and a dispersion medium.

本発明においては、上記コアシェル型ナノ粒子を分散媒に分散させコアシェル型ナノ粒子分散液とすることによって、コアシェル型ナノ粒子単独の場合に比べて、取扱性や保存性を向上させることができる。   In the present invention, handling property and storage stability can be improved by dispersing the core-shell type nanoparticles in a dispersion medium to obtain a core-shell type nanoparticle dispersion, as compared with the case of the core-shell type nanoparticles alone.

また、本発明は、複数のコア部と、上記コア部を被覆する結合シェル部とを有するコアシェル構造体で構成される熱電変換材料であって、上記複数のコア部は互いに独立し、上記結合シェル部は連続し、さらに、上記結合シェル部の構成材料がInSbであり、上記コア部の構成材料の融点が、上記結合シェル部の構成材料であるInSbよりも高いことを特徴とする熱電変換材料を提供する。   The present invention is also a thermoelectric conversion material comprising a core-shell structure having a plurality of core portions and a coupling shell portion covering the core portions, wherein the plurality of core portions are independent of each other and the coupling A thermoelectric conversion characterized in that the shell part is continuous, the constituent material of the joint shell part is InSb, and the melting point of the constituent material of the core part is higher than InSb which is the constituent material of the joint shell part Provide material.

本発明においては、コアシェル構造体中で複数のコア部が互いに独立しており、細かく分散しているものであることから、電気および熱がコアシェル構造体を伝導する際に、このコア部によりフォノンが散乱されるので熱伝導率を小さくすることができ、熱電変換の性能を向上させることができる。また、本発明におけるコアシェル構造体は、例えば上記コアシェル型ナノ粒子を圧縮成型して作製することができるので、上述した量子ドット超格子の作製と比較して量産に適しているという利点を有する。   In the present invention, a plurality of core portions are independent from each other in the core-shell structure and are finely dispersed. Therefore, when electricity and heat are conducted through the core-shell structure, the core portion causes the phonon. Is scattered, the thermal conductivity can be reduced, and the performance of thermoelectric conversion can be improved. Moreover, since the core-shell structure in the present invention can be produced, for example, by compression molding the core-shell type nanoparticles, it has an advantage that it is suitable for mass production as compared with the production of the quantum dot superlattice described above.

また、本発明は、InSbよりも融点の高い材料を用いてコア部を形成するコア部調製工程と、ホットソープ法により上記コア部をInSbで被覆しシェル部を形成し、コアシェル型ナノ粒子を形成するシェル部調製工程と、上記シェル部に付着する有機物を除去する除去工程と、上記有機物を除去したコアシェル型ナノ粒子を圧縮成形する圧縮成形工程と、を有することを特徴とする熱電変換材料の製造方法を提供する。   The present invention also includes a core part preparation step in which a core part is formed using a material having a melting point higher than that of InSb, and the core part is coated with InSb by a hot soap method to form a shell part. A thermoelectric conversion material comprising: a shell part preparation step to be formed; a removal step of removing an organic substance adhering to the shell part; and a compression molding step of compression-molding core-shell type nanoparticles from which the organic substance has been removed. A manufacturing method is provided.

本発明においては、上記工程を行うことにより、高い熱電変換の性能を示し、量産性に優れた熱電変換材料を得ることができる。   In this invention, by performing the said process, the thermoelectric conversion material which shows the performance of high thermoelectric conversion and was excellent in mass productivity can be obtained.

本発明においては、上記コアシェル型ナノ粒子を用いて、上記コアシェル構造体を作製した場合、電気および熱がコアシェル構造体を伝導する際に、独立分散して存在するコア部によりフォノンが散乱されるので熱伝導率を小さくすることができ、熱電変換の性能を向上させることが可能である。また、上記コアシェル構造体は、上記コアシェル型ナノ粒子を圧縮成形して作製することができるので、量産に適しているという効果を奏する。   In the present invention, when the core-shell structure is produced using the core-shell type nanoparticles, when electricity and heat are conducted through the core-shell structure, phonons are scattered by the core portion that exists independently. Therefore, the thermal conductivity can be reduced and the performance of thermoelectric conversion can be improved. Moreover, since the said core-shell structure can be produced by compression-molding the said core-shell type nanoparticle, there exists an effect that it is suitable for mass production.

以下、本発明のコアシェル型ナノ粒子、コアシェル型ナノ粒子分散液、熱電変換材料、および熱電変換材料の製造方法について説明する。   Hereinafter, the core-shell nanoparticle, the core-shell nanoparticle dispersion, the thermoelectric conversion material, and the method for producing the thermoelectric conversion material of the present invention will be described.

A.コアシェル型ナノ粒子
まず、本発明のコアシェル型ナノ粒子について説明する。本発明のコアシェル型ナノ粒子は、コア部と、上記コア部を被覆するシェル部とを有するコアシェル型ナノ粒子であって、上記シェル部の構成材料がInSbであり、上記コア部の構成材料の融点が、上記シェル部の構成材料であるInSbよりも高いことを特徴とするものである。
A. Core-shell type nanoparticles First, the core-shell type nanoparticles of the present invention will be described. The core-shell nanoparticle of the present invention is a core-shell nanoparticle having a core part and a shell part covering the core part, wherein the constituent material of the shell part is InSb, and the constituent material of the core part is The melting point is higher than InSb which is a constituent material of the shell part.

本発明においては、コア部の構成材料の融点が、シェル部の構成材料であるInSbよりも高いことから、例えば、本発明のコアシェル型ナノ粒子を圧縮成形して、後述するコアシェル構造体を作製する場合に、シェル部の構成材料が溶融し、隣り合うコアシェル型ナノ粒子のシェル部同士が結合する一方、コア部の構成材料は溶融せず、それぞれ独立したコア部を維持することができ、その結果、熱電変換性能に優れた熱電変換材料を得ることができる。   In the present invention, since the melting point of the constituent material of the core part is higher than InSb which is the constituent material of the shell part, for example, the core-shell type nanoparticle of the present invention is compression-molded to produce a core-shell structure described later When the component material of the shell part is melted and the shell parts of the adjacent core-shell type nanoparticles are bonded to each other, the constituent material of the core part is not melted and can maintain an independent core part, As a result, a thermoelectric conversion material having excellent thermoelectric conversion performance can be obtained.

次に、本発明のコアシェル型ナノ粒子について図面を用いて説明する。図1は、本発明のコアシェル型ナノ粒子の一例を示す概略断面図である。図1において、コアシェル型ナノ粒子3は、InSbよりも融点の高い材料を用いたコア部1と、このコア部1を被覆し、InSbを用いたシェル部2と、を有するものである。
以下、本発明のコアシェル型ナノ粒子の各構成について説明する。
Next, the core-shell type nanoparticles of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the core-shell nanoparticle of the present invention. In FIG. 1, a core-shell nanoparticle 3 has a core part 1 using a material having a melting point higher than that of InSb, and a shell part 2 covering the core part 1 and using InSb.
Hereinafter, each configuration of the core-shell nanoparticle of the present invention will be described.

1.シェル部
まず、本発明に用いられるシェル部について説明する。本発明に用いられるシェル部は、後述するコア部を被覆するものであって、シェル部の構成材料としてInSbを用いたものである。
1. Shell Part First, the shell part used in the present invention will be described. The shell portion used in the present invention covers a core portion described later, and uses InSb as a constituent material of the shell portion.

なお、本発明において、上記シェル部の構成材料として用いられる「InSb」は、InSbのみならず、他の元素をドーピングしたInSbも含むものである。他の元素をドーピングした場合、例えばシェル部の導電率等を向上させることができる。このようなドーピングの一例としては、例えば、InSbに対して、S、Se、Te等の第6族元素;Zn、Cd、Hg等の第12族元素;Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等の第3族〜第11族遷移元素;等をドーピングすることにより得られるもの等を挙げることができる。具体的には、InZn(1−x)Sb(なお、x=0.01〜0.1を表す。)等を挙げることができる。上記ドーピングの方法は、コアシェル型ナノ粒子を形成した後に半導体の分野で一般的に行っている方法が適用できる。例えば熱拡散が適用される。または、後述するホットソープ法等によりコアシェル型ナノ粒子を作製する際に、ドーピング元素またはドーピング元素を含む前駆体を添加することでドーピングを行っても良い。 In the present invention, “InSb” used as a constituent material of the shell portion includes not only InSb but also InSb doped with other elements. When other elements are doped, for example, the conductivity of the shell portion can be improved. As an example of such doping, for example, for InSb, Group 6 elements such as S, Se, Te, etc .; Group 12 elements such as Zn, Cd, Hg; Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Examples include those obtained by doping a Group 3 to Group 11 transition element such as Cu; Specifically, In x Zn (1-x) Sb (where x = 0.01 to 0.1) can be given. As the doping method, a method generally used in the semiconductor field after forming the core-shell type nanoparticles can be applied. For example, thermal diffusion is applied. Alternatively, doping may be performed by adding a doping element or a precursor containing a doping element when core-shell type nanoparticles are produced by a hot soap method described later.

また、上記シェル部の厚みとしては、コアシェル型ナノ粒子の用途によって異なるものであるが、本発明のコアシェル型ナノ粒子を、後述する「C.熱電変換材料」に記載のコアシェル構造体に用いる場合は、1nm〜100nmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは1nm〜70nmの範囲内であり、特に2nm〜50nmの範囲内であることが好ましい。上記膜みが薄すぎると電子が十分に伝導されなくなり、導電性が減少して性能が低下する可能性があるからである。逆に、上記厚みが厚すぎるとコア部によるフォノンの散乱効果が得られにくくなる場合があるからである。ここで、上記シェル部の厚みとは、例えば図1のnで示される厚みをいう。   In addition, the thickness of the shell portion varies depending on the use of the core-shell nanoparticle, but the core-shell nanoparticle of the present invention is used for the core-shell structure described in “C. Thermoelectric conversion material” described later. Is preferably in the range of 1 nm to 100 nm, more preferably in the range of 1 nm to 70 nm, and particularly preferably in the range of 2 nm to 50 nm. This is because if the film thickness is too thin, electrons are not sufficiently conducted, and the conductivity may be reduced to deteriorate the performance. On the contrary, if the thickness is too thick, it may be difficult to obtain the phonon scattering effect by the core. Here, the thickness of the shell portion refers to, for example, the thickness indicated by n in FIG.

なお、上記シェル部の厚みは、シェル部まで形成した微粒子の粒径から、コア部のみを形成した微粒子の粒径を差し引き、2で除することにより得られる。各微粒子の粒径は、本発明のコアシェル型ナノ粒子の走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて得られた画像から、微粒子が20個以上存在していることが確認される領域を選択し、この領域中の全ての微粒子について、粒径を測定し、平均値を求めることにより得られる値とする。ただし、焦点がぼやけている部分については測定対象から除外するものとする。   The thickness of the shell part is obtained by subtracting the particle diameter of the fine particles forming only the core part from the particle diameter of the fine particles formed up to the shell part and dividing by 2. As for the particle size of each fine particle, 20 or more fine particles are present from an image obtained by using a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) of the core-shell nanoparticle of the present invention. The region to be confirmed is selected, the particle diameter is measured for all the fine particles in this region, and the average value is obtained. However, the part where the focus is blurred is excluded from the measurement target.

2.コア部
次に、本発明に用いられるコア部について説明する。本発明に用いられるコア部は、上記シェル部に被覆されるものであって、上記コア部の構成材料の融点が、上記シェル部の構成材料であるInSbよりも高いものである。また、本発明に用いられるコア部は、通常、コア部微粒子から構成される。
2. Core part Next, the core part used for this invention is demonstrated. The core part used for this invention is coat | covered by the said shell part, Comprising: The melting | fusing point of the constituent material of the said core part is a thing higher than InSb which is the constituent material of the said shell part. Moreover, the core part used for this invention is normally comprised from core part microparticles | fine-particles.

本発明において、上記コア部の構成材料の融点としては、上記シェル部の構成材料であるInSbよりも高いものであれば特に限定されるものではないが、上記コア部の構成材料の融点と、上記InSbの融点との差が、50℃以上、中でも100℃以上、特に200℃以上であることが好ましい。コア部とシェル部との融点に差があるコアシェル型ナノ粒子を圧縮成形して、後述するコアシェル構造体を作製する場合に、シェル部の構成材料が溶融し、隣り合うコアシェル型ナノ粒子のシェル部同士が結合する一方、コア部の構成材料は溶融せず、それぞれ独立したコア部を維持することができ、その結果、熱電変換性能に優れた熱電変換材料を得ることができるからである。また、具体的なコア部の構成材料の融点としては、550℃〜5000℃の範囲内、中でも1050℃〜4000℃の範囲内であることが好ましい。なお、上記コア部を構成するコア部微粒子のサイズが1μm以下の場合、コア部微粒子の融点が、その材料の本来有する融点よりも低くなる場合があるが、本発明で示す融点は、材料が本来有する融点を示すものとする。   In the present invention, the melting point of the constituent material of the core part is not particularly limited as long as it is higher than InSb which is the constituent material of the shell part, but the melting point of the constituent material of the core part, The difference from the melting point of InSb is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, and particularly preferably 200 ° C. or higher. When a core-shell type nanoparticle having a difference in melting point between the core part and the shell part is compression-molded to produce a core-shell structure to be described later, the constituent material of the shell part melts and the shell of the adjacent core-shell type nanoparticle This is because the constituent materials of the core portion are not melted while the core portions are bonded to each other, and independent core portions can be maintained. As a result, a thermoelectric conversion material having excellent thermoelectric conversion performance can be obtained. In addition, the melting point of the material constituting the core part is preferably in the range of 550 ° C. to 5000 ° C., more preferably in the range of 1050 ° C. to 4000 ° C. When the size of the core part fine particles constituting the core part is 1 μm or less, the melting point of the core part fine particles may be lower than the original melting point of the material. The melting point originally possessed shall be indicated.

このようなコア部の構成材料としては、例えば、SiO、Al、ZnO等の無機酸化物、MnS、CdS、ZnS等の無機硫化物、BN、Si等の無機窒化物、Au、Cu、U、Mn、Sm、Be、Gd、Tb、Si、Ni、Co、Dy、Y、Er、Fe、Sc、Pd、Ti、Th、Pt、Zr、Cr、V、Rh、Hf、B、Ru、Ir、Nb、Mo、Os、Ta、Re、W等の単一元素からなる材料、上記元素を少なくとも一つ以上含む合金、NiSi、FeSi、TiSi等の無機ケイ化物、SiC、MoC等の無機炭化物、カーボン、CB等が挙げられる。 Examples of the material constituting the core part include inorganic oxides such as SiO 2 , Al 2 O 3 , and ZnO, inorganic sulfides such as MnS, CdS, and ZnS, and inorganic nitrides such as BN and Si 3 N 4 . , Au, Cu, U, Mn, Sm, Be, Gd, Tb, Si, Ni, Co, Dy, Y, Er, Fe, Sc, Pd, Ti, Th, Pt, Zr, Cr, V, Rh, Hf , B, Ru, Ir, Nb, Mo, Os, Ta, Re, W, etc., materials containing at least one of the above elements, NiSi, FeSi, TiSi inorganic silicides, SiC, Inorganic carbides such as MoC, carbon, CB 4 and the like can be mentioned.

また、上記コア部微粒子の平均粒径としては、コアシェル型ナノ粒子の用途によって異なるものであるが、本発明のコアシェル型ナノ粒子を、後述する「C.熱電変換材料」に記載のコアシェル構造体に用いる場合は、フォノンを効果的に散乱することができる大きさであることが好ましい。具体的には0.3nm〜100nmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは1nm〜70nmの範囲内、特に2nm〜50nmの範囲内であることが好ましい。   Further, the average particle size of the core part fine particles varies depending on the use of the core-shell nanoparticle, but the core-shell nanoparticle of the present invention is the core-shell structure described in “C. Thermoelectric conversion material” described later. In the case of using for, it is preferable that the size is such that phonons can be effectively scattered. Specifically, it is preferably in the range of 0.3 nm to 100 nm, more preferably in the range of 1 nm to 70 nm, and particularly preferably in the range of 2 nm to 50 nm.

なお、上記平均粒径は、本発明のコアシェル型ナノ粒子の走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて得られた画像から、コア部が20個以上存在していることが確認される領域を選択し、この領域中の全てのコア部について粒径を測定し、平均値を求めることにより得られる値とする。ただし、焦点がぼやけているコア部については測定対象から除外するものとする。   In addition, the said average particle diameter has 20 or more core parts from the image obtained using the scanning electron microscope (SEM) or transmission electron microscope (TEM) of the core-shell type | mold nanoparticle of this invention. It is set as the value obtained by selecting the area | region where it is confirmed, measuring particle size about all the core parts in this area | region, and calculating | requiring an average value. However, the core portion with a blurred focus is excluded from the measurement target.

3.コアシェル型ナノ粒子
本発明のコアシェル型ナノ粒子は、上記シェル部と上記コア部とを有するものである。中でも、本発明においては、上記コア部と上記シェル部とが相分離していることが好ましい。コア部およびシェル部に異なった機能を付与する場合、これらが相分離していれば、それぞれの機能をより効率的に発揮することができるからである。例えば、後述する熱電変換材料のコアシェル構造体に、本発明のコアシェル型ナノ粒子を用いた場合、コア部はフォノンを散乱させる機能を有し、シェル部は電子を伝導する機能を有するのであるが、コア部とシェル部とが相分離していれば、各機能をより効果的に発揮することができる。
3. Core-shell type nanoparticles The core-shell type nanoparticles of the present invention have the shell part and the core part. Among these, in the present invention, it is preferable that the core part and the shell part are phase-separated. This is because when different functions are imparted to the core portion and the shell portion, if these are phase-separated, the respective functions can be exhibited more efficiently. For example, when the core-shell nanoparticle of the present invention is used for a core-shell structure of a thermoelectric conversion material to be described later, the core part has a function of scattering phonons, and the shell part has a function of conducting electrons. If the core part and the shell part are phase-separated, each function can be exhibited more effectively.

なお、本発明において、コア部とシェル部とが相分離しているか否かの判断は、走査透過型電子顕微鏡(STEM)の測定により得られる元素の二次元マッピングの結果から判断することができる。具体的には、コアシェル型ナノ粒子を、STEMを用いて測定し、得られる二次元マッピングの結果から、コア部の構成元素を10%以上有する領域が存在する状態を、本発明における「コア部とシェル部とが相分離している」状態であると定義する。尚、上記パーセンテージは、コア部の構成元素において、ナノ粒子の中心付近における強度からバックグラウンド強度を引いた値を100%に標準化した場合のものとする。ただし、上記標準化およびパーセンテージの算出は、コア部の構成元素において、バックグラウンドに対してナノ粒子の中心付近で強度に有意差がある場合に限られる。また、本発明において、上記コア部は通常、結晶またはアモルファスの状態であるが、上記コア部が結晶状態である場合は、X線回折分析(XRD)による分析が可能である。従って、本発明においては、XRD測定によってコア部の構成材料のピークが検出される場合は、コア部とシェル部とは相分離しているものとすることができる。   In the present invention, whether or not the core portion and the shell portion are phase-separated can be determined from the result of two-dimensional mapping of elements obtained by measurement with a scanning transmission electron microscope (STEM). . Specifically, the core-shell type nanoparticles are measured using STEM, and the state where there is a region having 10% or more of the constituent elements of the core portion is obtained from the result of the obtained two-dimensional mapping. And the shell part are defined as being in a state of phase separation. Note that the above percentage is the value obtained by standardizing the value obtained by subtracting the background intensity from the intensity near the center of the nanoparticle to 100% in the constituent elements of the core part. However, the standardization and the calculation of the percentage are limited to the case where there is a significant difference in strength in the vicinity of the center of the nanoparticle with respect to the background in the constituent elements of the core part. In the present invention, the core part is usually in a crystalline or amorphous state, but when the core part is in a crystalline state, analysis by X-ray diffraction analysis (XRD) is possible. Therefore, in the present invention, when the peak of the constituent material of the core part is detected by XRD measurement, the core part and the shell part can be phase-separated.

また、本発明のコアシェル型ナノ粒子の平均粒径としては、特に限定されるものではないが、例えば2nm〜200nmの範囲内、中でも3nm〜100nmの範囲内、特に5nm〜50nmの範囲内であることが好ましい。平均粒径が小さすぎるものは、製造が困難であるからである。一方、平均粒径が大きすぎると、単位重量当たりの表面積(比表面積)が小さくなり、所望の効果が得られない可能性があるからである。   Further, the average particle diameter of the core-shell type nanoparticles of the present invention is not particularly limited, but is, for example, in the range of 2 nm to 200 nm, particularly in the range of 3 nm to 100 nm, particularly in the range of 5 nm to 50 nm. It is preferable. This is because a product having an average particle size that is too small is difficult to produce. On the other hand, if the average particle size is too large, the surface area per unit weight (specific surface area) becomes small, and the desired effect may not be obtained.

なお、上記平均粒径は、コアシェル型ナノ粒子の走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて得られた画像から、コアシェル型ナノ粒子が20個以上存在していることが確認される領域を選択し、この領域中の全てのコアシェル型ナノ粒子について粒径を測定し、平均値を求めることにより得られる値とする。ただし、焦点がぼやけているコアシェル型ナノ粒子については測定対象から除外するものとする。また、コアシェル型ナノ粒子が球状ではなく例えば棒状のような形状である場合は、個々の粒子に対して最大径および最小径を測定し、その平均値を平均粒径とする。   In addition, the average particle diameter indicates that 20 or more core-shell nanoparticles are present from an image obtained by using a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) of core-shell nanoparticles. Is selected, a particle size is measured for all core-shell nanoparticles in this region, and an average value is obtained. However, core-shell nanoparticles with a blurred focus are excluded from the measurement target. In addition, when the core-shell type nanoparticles are not spherical but have a rod-like shape, for example, the maximum diameter and the minimum diameter are measured for each particle, and the average value is taken as the average particle diameter.

また、本発明に用いられるコアシェル型ナノ粒子中のコア部の粒径とシェル部の厚みとの比率としては、コアシェル型ナノ粒子の用途によって異なるものであるが、本発明のコアシェル型ナノ粒子を、後述する「C.熱電変換材料」に記載のコアシェル構造体に用いる場合は、電子および熱を伝導することができ、コア部によりフォノンを散乱させることができるような比率であることが好ましい。具体的には、コア部の粒径とシェル部の厚みとの比率が、1:10〜10:1の範囲内であることが好ましく、より好ましくは1:7〜7:1の範囲内、特に1:5〜5:1の範囲内であることが好ましい。コア部とシェル部との比率が上記範囲内であることにより、効果的に熱伝導率を減少させることができるからである。   In addition, the ratio between the particle size of the core part and the thickness of the shell part in the core-shell nanoparticle used in the present invention varies depending on the use of the core-shell nanoparticle. When used in the core-shell structure described in “C. Thermoelectric conversion material” described later, the ratio is preferably such that electrons and heat can be conducted and phonons can be scattered by the core. Specifically, the ratio between the particle size of the core part and the thickness of the shell part is preferably in the range of 1:10 to 10: 1, more preferably in the range of 1: 7 to 7: 1. In particular, it is preferably within a range of 1: 5 to 5: 1. This is because the thermal conductivity can be effectively reduced when the ratio of the core portion to the shell portion is within the above range.

また、本発明のコアシェル型ナノ粒子は、独立分散していることが好ましい。なお、上記コアシェル型ナノ粒子が独立分散していることは、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて観察することにより確認することができる。例えば図2のTEM写真に示すように、粒子が重なっていない状態であれば、コアシェル型ナノ粒子は独立分散しているという。一方、コアシェル型ナノ粒子ではないが、例えばAdv. Mater., 13, p.145-148 (2001) Fig. 2. a〜b のTEM写真、またはCan. J. Chem., 79, p.127-130 (2001) のFig. 2. a〜c のTEM写真に示すように、粒子が重なっている状態であれば、粒子は二次凝集しているという。   The core-shell type nanoparticles of the present invention are preferably dispersed independently. In addition, it can confirm that the said core-shell type nanoparticle is disperse | distributing independently by observing using a transmission electron microscope (TEM). For example, as shown in the TEM photograph of FIG. 2, the core-shell nanoparticles are said to be dispersed independently if the particles do not overlap. On the other hand, although it is not a core-shell type nanoparticle, for example, Adv. Mater., 13, p.145-148 (2001) Fig. 2. a-b TEM photograph or Can. J. Chem., 79, p.127 -130 (2001), as shown in the TEM photographs of Fig. 2. a to c, particles are said to be secondary agglomerated if they are superposed.

また、本発明のコアシェル型ナノ粒子は、分散媒中に分散可能であることが好ましい。ここで、「分散媒中に分散可能」であるとは、コアシェル型ナノ粒子自体が微粒子として存在するものであり、所定の分散媒中に分散可能であることをいう。なお、上記分散媒については、「B.コアシェル型ナノ粒子分散液」に記載するものと同様であるので、ここでの説明は省略する。   Moreover, it is preferable that the core-shell type nanoparticles of the present invention can be dispersed in a dispersion medium. Here, “dispersible in a dispersion medium” means that the core-shell nanoparticles themselves exist as fine particles and can be dispersed in a predetermined dispersion medium. The dispersion medium is the same as that described in “B. Core-shell type nanoparticle dispersion liquid”, and the description thereof is omitted here.

また、本発明のコアシェル型ナノ粒子は、1分子中に親水基を1残基以上および疎水基を有する有機化合物が表面に付着していることが好ましい。コアシェル型ナノ粒子の表面に所定の有機化合物が付着していることにより、コアシェル型ナノ粒子の凝集を防ぐことが可能となるからである。なお、コアシェル型ナノ粒子の表面とは、コアシェル型ナノ粒子のシェル部の表面を意味するものである。また、上述したように、本発明においては、シェル部の構成材料としてInSbが用いられる。   The core-shell type nanoparticles of the present invention preferably have an organic compound having one or more hydrophilic groups and a hydrophobic group attached to the surface of one molecule. This is because the aggregation of the core-shell type nanoparticles can be prevented by attaching a predetermined organic compound to the surface of the core-shell type nanoparticles. Note that the surface of the core-shell nanoparticle means the surface of the shell portion of the core-shell nanoparticle. As described above, InSb is used as a constituent material of the shell portion in the present invention.

一方、コアシェル型ナノ粒子が表面に所定の有機化合物が付着していないものである場合は、分散媒中に分散させる際に所定の有機化合物を添加することで、コアシェル型ナノ粒子の凝集を防ぐことが可能となる。   On the other hand, in the case where the core-shell type nanoparticles do not have a predetermined organic compound attached to the surface, the aggregation of the core-shell type nanoparticles is prevented by adding the predetermined organic compound when dispersed in the dispersion medium. It becomes possible.

本発明における、コアシェル型ナノ粒子の表面に付着している所定の有機化合物としては、1分子中に親水基を1残基以上および疎水基を有するものであれば特に限定されるものではないが、疎水基の片末端もしくは両末端に親水基が結合している有機化合物であることが好ましい。   The predetermined organic compound attached to the surface of the core-shell nanoparticle in the present invention is not particularly limited as long as it has one or more hydrophilic groups and a hydrophobic group in one molecule. An organic compound in which a hydrophilic group is bonded to one end or both ends of a hydrophobic group is preferable.

疎水基としては、例えば炭素数が4以上の脂肪族炭化水素基;フェニル基およびナフチル基等の芳香族炭化水素基;ピリジル基、ピロール基およびチオフェン基等の複素環式基;などが挙げられる。また、疎水基はこれらの基の残基であってもよい。   Examples of the hydrophobic group include aliphatic hydrocarbon groups having 4 or more carbon atoms; aromatic hydrocarbon groups such as phenyl group and naphthyl group; heterocyclic groups such as pyridyl group, pyrrole group and thiophene group; . The hydrophobic group may be a residue of these groups.

上記の中でも、疎水性基としては、脂肪族炭化水素基であることが好ましい。脂肪族炭化水素基は、鎖状であっても環状であってもよいが、鎖状であることが好ましい。また、鎖状の脂肪族炭化水素基は、直鎖であっても分岐していてもよい。さらに、脂肪族炭化水素基は、不飽和であっても飽和であってもよい。   Among the above, the hydrophobic group is preferably an aliphatic hydrocarbon group. The aliphatic hydrocarbon group may be linear or cyclic, but is preferably linear. Further, the chain-like aliphatic hydrocarbon group may be linear or branched. Furthermore, the aliphatic hydrocarbon group may be unsaturated or saturated.

このような鎖状の脂肪族炭化水素基の炭素数としては、通常分岐している炭素を除いた直鎖の炭素数が6〜30の範囲内であり、より好ましくは8〜20の範囲内である。   As the carbon number of such a chain-like aliphatic hydrocarbon group, the straight chain carbon number excluding the normally branched carbon is within the range of 6 to 30, more preferably within the range of 8 to 20. It is.

また、親水基としては、コアシェル型ナノ粒子表面に付着可能な官能基であれば特に限定されるものではなく、例えばカルボキシル基、アミノ基、水酸基、チオール基、アルデヒド基、スルホン酸基、アミド基、スルホンアミド基、リン酸基、ホスフィン酸基、P=O基などが挙げられる。これらの中でも、親水基がカルボキシル基、アミノ基または水酸基であることが好ましい。一般に、カルボキシル基、アミノ基または水酸基は金属との親和性が高いからである。また、これらの親水性基を有する有機化合物は入手しやすいからである。   The hydrophilic group is not particularly limited as long as it is a functional group that can be attached to the surface of the core-shell nanoparticle. For example, a carboxyl group, an amino group, a hydroxyl group, a thiol group, an aldehyde group, a sulfonic acid group, an amide group , Sulfonamide group, phosphoric acid group, phosphinic acid group, P═O group and the like. Among these, the hydrophilic group is preferably a carboxyl group, an amino group or a hydroxyl group. This is because a carboxyl group, an amino group, or a hydroxyl group generally has a high affinity for a metal. Moreover, it is because the organic compound which has these hydrophilic groups is easy to acquire.

上記所定の有機化合物として具体的には、分散媒中でコアシェル型ナノ粒子のシェル部の構成材料であるInSbに配位して安定化する有機化合物が用いられる。このような有機化合物としては、例えばオクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、テトラデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン等のアミノアルカン類;パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸等の高級脂肪酸;高級アルコール類;などを好ましいものとして挙げることができる。上述したように、所定の有機化合物の親水基がアミノ基、カルボキシル基または水酸基であることが好ましいからである。   Specifically, an organic compound that is coordinated to InSb, which is a constituent material of the shell portion of the core-shell nanoparticle, in the dispersion medium and stabilized is used as the predetermined organic compound. Examples of such organic compounds include aminoalkanes such as octylamine, decylamine, dodecylamine, tetradecylamine, hexadecylamine, and octadecylamine; higher fatty acids such as palmitic acid, stearic acid, and oleic acid; higher alcohols; Etc. can be mentioned as preferred. This is because the hydrophilic group of the predetermined organic compound is preferably an amino group, a carboxyl group, or a hydroxyl group as described above.

高級アルコール類としては、1分子中に長鎖アルキル基を1残基以上および水酸基を2残基以上有するものであることが好ましく、例えば長鎖アルキル−1,2−ジオール等が挙げられる。後述する「4.コアシェル型ナノ粒子の製造方法」に記載するように、ホットソープ法によりコアシェル型ナノ粒子を合成する際に、シェル部前駆体としてアンチモンアルコキシドを用いた場合は、長鎖アルキル−1,2−ジオール等を用いることにより、アンチモンアルコキシドを安定化させることができるからである。   The higher alcohols preferably have one or more long-chain alkyl groups and two or more hydroxyl groups in one molecule, and examples thereof include long-chain alkyl-1,2-diols. As described later in “4. Method for producing core-shell type nanoparticles”, when synthesizing core-shell type nanoparticles by the hot soap method, when antimony alkoxide is used as the shell portion precursor, long-chain alkyl- This is because antimony alkoxide can be stabilized by using 1,2-diol or the like.

上述した有機化合物は、コアシェル型ナノ粒子表面に単独で付着していてもよく、複数種が付着していてもよい。また、上記の有機化合物のコアシェル型ナノ粒子への付着量としては特に限定されるものでない。   The above-mentioned organic compounds may be attached to the surface of the core-shell nanoparticle alone, or a plurality of types may be attached. The amount of the organic compound attached to the core-shell nanoparticle is not particularly limited.

また、上記所定の有機化合物は、コアシェル型ナノ粒子の表面に付着していればよく、ここでいう「付着」には、所定の有機化合物がコアシェル型ナノ粒子の表面に吸着している場合も配位している場合も含まれる。   Further, the predetermined organic compound only needs to be attached to the surface of the core-shell nanoparticle, and the “attachment” here may include the case where the predetermined organic compound is adsorbed to the surface of the core-shell nanoparticle. This includes cases where coordination is performed.

なお、上記コアシェル型ナノ粒子表面に所定の有機化合物が付着していることは、あらかじめコアシェル型ナノ粒子が分散媒に分散することを確認し、そのコアシェル型ナノ粒子に関して、表面分析方法の一つであるX線光電子分光分析(XPS)を用いて、炭素および親水基に相当する元素が含まれていることを調べることにより確認することができる。   In addition, it is confirmed that the core-shell type nanoparticles are dispersed in a dispersion medium in advance if the predetermined organic compound is attached to the surface of the core-shell type nanoparticles, and the core-shell type nanoparticles are one of surface analysis methods. This can be confirmed by examining that elements corresponding to carbon and hydrophilic groups are contained using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

本発明のコアシェル型ナノ粒子の用途としては、特に限定されるものではないが、例えば、熱電変換素子、ホール素子、光導電性素子等の半導体用途、非線形光学素子等を挙げることができる。   The use of the core-shell nanoparticle of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include semiconductor applications such as thermoelectric conversion elements, Hall elements, and photoconductive elements, and nonlinear optical elements.

4.コアシェル型ナノ粒子の製造方法
次に、コアシェル型ナノ粒子の製造方法について説明する。コアシェル型ナノ粒子の製造方法は、上述したコアシェル型ナノ粒子を得ることができる方法であれば、特に限定されるものではないが、中でも、コア部をシェル部で被覆する際(シェル部調整工程)のシェル部の形成方法として、液相法を用いることが好ましい。液相法は、構成成分が2種類以上の化合物を形成する場合に化学的に組成を均一にできるという利点があるからである。この液相法としては、共沈法、逆ミセル法、ホットソープ法を挙げることができるが、本発明においてはこれらの中でもホットソープ法を用いることが好ましい。
4). Next, a method for producing core-shell nanoparticles will be described. The method for producing the core-shell type nanoparticles is not particularly limited as long as the above-described core-shell type nanoparticles can be obtained, but in particular, when the core part is covered with the shell part (shell part adjusting step) The liquid phase method is preferably used as a method for forming the shell part. This is because the liquid phase method has an advantage that the composition can be chemically uniform when the constituent components form two or more kinds of compounds. Examples of the liquid phase method include a coprecipitation method, a reverse micelle method, and a hot soap method. Among these, the hot soap method is preferably used in the present invention.

ここで、ホットソープ法とは、目的とする化合物の前駆体の少なくとも1種を高温に加熱された分散剤中で熱分解させた結果、開始する反応により結晶の核生成と結晶成長とを進行させる方法である。この結晶の核生成および結晶成長の過程の反応速度を制御する目的で、目的とする化合物の構成元素に適切な配位力のある分散剤が、液相媒体を構成する必須成分として使用される。この分散剤が結晶に配位して安定化する状況が、石鹸分子が油滴を水中で安定化する状況に似ているため、この反応はホットソープ(Hot soap)法と呼ばれる。   Here, the hot soap method is a process in which at least one precursor of a target compound is thermally decomposed in a dispersant heated to a high temperature, and as a result, the nucleation and crystal growth of the crystal proceeds by a starting reaction. It is a method to make it. For the purpose of controlling the reaction rate in the process of crystal nucleation and crystal growth, a dispersant having a coordination power suitable for the constituent element of the target compound is used as an essential component constituting the liquid phase medium. . This situation is called the hot soap method because the situation where the dispersant is coordinated to the crystals and stabilized is similar to the situation where the soap molecules stabilize the oil droplets in water.

本発明においては、このようなホットソープ法を用いることにより、コア部を核として、コア部の周囲にシェル部を成長させることができるので、コア部をシェル部で均一に被覆することができるという利点を有する。
以下、ホットソープ法を用いたコアシェル型ナノ粒子の製造方法について説明する。
In the present invention, by using such a hot soap method, the shell portion can be grown around the core portion using the core portion as a nucleus, so that the core portion can be uniformly covered with the shell portion. Has the advantage.
Hereinafter, the manufacturing method of the core-shell type nanoparticles using the hot soap method will be described.

本発明において、ホットソープ法を用いた熱電変換材料の製造方法は、InSbよりも融点の高い材料を用いてコア部を形成するコア部調製工程と、ホットソープ法により上記コア部をInSbで被覆しシェル部を形成するシェル部調製工程と、を有するものである。以下、このようなコアシェル型ナノ粒子の製造方法における各工程について説明する。   In the present invention, a method for manufacturing a thermoelectric conversion material using a hot soap method includes a core part preparation step in which a core part is formed using a material having a melting point higher than InSb, and the core part is coated with InSb by a hot soap method. And a shell part preparing step for forming a shell part. Hereinafter, each process in the manufacturing method of such a core-shell type nanoparticle will be described.

(1)コア部調製工程
本発明におけるコア部調製工程は、シェル部の構成材料であるInSbよりも融点の高い材料を用いてコア部(コア部微粒子)を調製する工程である。
本発明に用いられるコア部微粒子の形成方法としては、上述した「2.コア部」に記載したようなコア部微粒子を形成することができる方法であれば特に限定されるものではないが、シェル部の形成方法と同様に、液相法を用いることが好ましく、中でもホットソープ法を用いることが好ましい。ホットソープ法を用いることにより、粒径分布の狭いコア部微粒子を得ることができるからである。また、ホットソープ法を用いて得られたコア部微粒子は、後述するシェル部調製工程において、シェル部の構成元素を含むシェル部前駆体および分散剤中での分散性が良好であるからである。
(1) Core part preparation process The core part preparation process in this invention is a process of preparing a core part (core part microparticles | fine-particles) using the material whose melting | fusing point is higher than InSb which is a constituent material of a shell part.
The method for forming the core part fine particles used in the present invention is not particularly limited as long as it is a method capable of forming the core part fine particles as described in “2. Core part” described above. Like the method for forming the part, it is preferable to use a liquid phase method, and it is particularly preferable to use a hot soap method. This is because core part fine particles having a narrow particle size distribution can be obtained by using the hot soap method. In addition, the core part fine particles obtained by using the hot soap method have good dispersibility in the shell part precursor containing the constituent elements of the shell part and the dispersant in the shell part preparation step described later. .

このようなホットソープ法を用いてコア部微粒子を形成するには、分散剤を加熱し、この加熱した分散剤に上記コア部の構成元素を含むコア部前駆体を注入する方法を用いることができる。
以下、このようなホットソープ法を用いたコア部微粒子の形成方法について説明する。
In order to form core part fine particles using such a hot soap method, a method of heating a dispersant and injecting a core part precursor containing the constituent elements of the core part into the heated dispersant is used. it can.
Hereinafter, a method for forming core fine particles using such a hot soap method will be described.

本発明に用いられるコア部前駆体としては、上述したコア部の構成元素を含むものであり、上記コア部微粒子を形成することが可能なものであれば特に限定されるものではない。例えばMo微粒子を形成するには、コア部前駆体としてはMoを含む化合物を用いればよく、具体的にはChem. Mater. , 13, p1008-1014 (2001)に記載のものを使用することができる。例えば、モリブデンヘキサカルボニル、モリブデニルアセチルアセトナート等が用いられる。また、例えばZnS微粒子を形成するには、コア部前駆体としてはZnSを含む化合物を用いればよく、具体的にはChem. Commun., p1849-1850 (1998) に記載のものあるいはその類似物を使用することができる。例えばジエチルジチオカルバミックアシッドジンクソルト、bis−(エチルヘキシル)ジチオカルバミックアシッドジンクソルト等が用いられる。また、コア部前駆体が2種以上用いられる場合、その混合比としては、例えば目的とする化合物の化学量論比に基づいて設定すればよい。   The core part precursor used in the present invention is not particularly limited as long as it contains the constituent elements of the core part described above and can form the core part fine particles. For example, in order to form Mo fine particles, a compound containing Mo may be used as the core portion precursor, and specifically, those described in Chem. Mater., 13, p1008-1014 (2001) may be used. it can. For example, molybdenum hexacarbonyl, molybdenyl acetylacetonate, etc. are used. In addition, for example, in order to form ZnS fine particles, a compound containing ZnS may be used as the core portion precursor. Specifically, the compounds described in Chem. Commun., P1849-1850 (1998) or the like are used. Can be used. For example, diethyldithiocarbamic acid ginxolt, bis- (ethylhexyl) dithiocarbamic acid ginxolt, etc. are used. Further, when two or more core part precursors are used, the mixing ratio may be set based on, for example, the stoichiometric ratio of the target compound.

また、上記コア部前駆体は、製造操作上の簡便性の理由で液状であることが好ましい。このコア部前駆体自身が常温で液体であればそのまま使用することができるが、必要に応じて適当な有機溶媒に溶解または分散しても用いてもよい。このような有機溶媒としては、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、イソオクタン、ノナン、デカン等のアルカン類、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレン等の芳香族炭化水素、ジフェニルエーテル、ジ(n−オクチル)エーテル等のエーテル、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、モノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン等のハロゲン系炭化水素、n−ヘキシルアミン、n−オクチルアミン、トリ(n−ヘキシル)アミン、トリ(n−オクチル)アミン等のアミン類、あるいは後述する分散剤に用いられる化合物等が挙げられる。これらの中でも、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、イソオクタン等のアルカン類、あるいはトリブチルホスフィン、トリヘキシルホスフィン、トリオクチルホスフィン等のトリアルキルホスフィン類、エーテル類が好ましく用いられる。   Moreover, it is preferable that the said core part precursor is a liquid form for the reason of the simplicity on manufacture operation. If the core part precursor itself is liquid at room temperature, it can be used as it is, but if necessary, it may be dissolved or dispersed in a suitable organic solvent. Examples of such organic solvents include alkanes such as n-hexane, n-heptane, n-octane, isooctane, nonane and decane, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene and naphthalene, diphenyl ether, di (n- Octyl) ethers, ethers, chloroform, dichloromethane, dichloroethane, monochlorobenzene, dichlorobenzene and other halogenated hydrocarbons, n-hexylamine, n-octylamine, tri (n-hexyl) amine, tri (n-octyl) amine And the like, or compounds used in the dispersant described later. Among these, alkanes such as n-hexane, n-heptane, n-octane, and isooctane, or trialkylphosphines such as tributylphosphine, trihexylphosphine, and trioctylphosphine, and ethers are preferably used.

さらに、上記コア部前駆体の少なくとも1種が気体である場合、前記有機溶媒もしくは分散剤にバブリング等で溶解させて導入するか、その他のコア部前駆体を注入した反応液相中に、この気体を直接導入することもできる。   Further, when at least one of the core part precursors is a gas, it is introduced by dissolving in the organic solvent or dispersant by bubbling or the like, or in the reaction liquid phase into which other core part precursors are injected. Gas can also be introduced directly.

本発明に用いられる分散剤としては、高温液相において微結晶に配位して安定化する物質であれば特に限定されるものではないが、例えばトリブチルホスフィン、トリヘキシルホスフィン、トリオクチルホスフィン等のトリアルキルホスフィン類、トリブチルホスフィンオキシド、トリヘキシルホスフィンオキシド、トリオクチルホスフィンオキシド、トリデシルホスフィンオキシド等の有機リン化合物、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、テトラデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン等のω−アミノアルカン類、トリ(n−ヘキシル)アミン、トリ(n−オクチル)アミン等の第3級アミン類、ピリジン、ルチジン、コリジン、キノリン類の含窒素芳香族化合物等の有機窒素化合物、ジブチルスルフィド等のジアルキルスルフィド類、ジメチルスルホキシドやジブチルスルホキシド等のジアルキルスルホキシド類、チオフェン等の含硫黄芳香族化合物等の有機硫黄化合物、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸等の高級脂肪酸、1-adamantanecarboxylic acid等が挙げられる。これらの中でも、トリブチルホスフィン、トリオクチルホスフィン等のトリアルキルホスフィン類、トリブチルホスフィンオキシドやトリオクチルホスフィンオキシド等のトリアルキルホスフィンオキシド類、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン等の炭素数12以上のω−アミノアルカン類等の分子構造中に窒素原子またはリン原子を含む化合物が好ましく用いられる。より好ましいものとしては、トリブチルホスフィン、トリオクチルホスフィン等のトリアルキルホスフィン類、トリブチルホスフィンオキシドやトリオクチルホスフィンオキシド等のトリアルキルホスフィンオキシド類等の炭素−リン単結合を有する化合物が挙げられる。特に、トリオクチルホスフィンオキシド等のトリアルキルホスフィンオキシド類は好適に用いられる。これらの分散剤は、単独で用いても、必要に応じ複数種を混合して使用してもよい。   The dispersant used in the present invention is not particularly limited as long as it is a substance that coordinates and stabilizes in microcrystals in a high-temperature liquid phase, and examples thereof include tributylphosphine, trihexylphosphine, and trioctylphosphine. Organic phosphorus compounds such as trialkylphosphines, tributylphosphine oxide, trihexylphosphine oxide, trioctylphosphine oxide, tridecylphosphine oxide, ω such as octylamine, decylamine, dodecylamine, tetradecylamine, hexadecylamine, octadecylamine, etc. -Tertiary amines such as aminoalkanes, tri (n-hexyl) amine, tri (n-octyl) amine, organic nitrogen compounds such as nitrogen-containing aromatic compounds such as pyridine, lutidine, collidine, and quinoline, dibutyl sulfide Dialkyl sulfoxides, dialkyl sulfoxides such as dimethyl sulfoxide and dibutyl sulfoxide, organic sulfur compounds such as sulfur-containing aromatic compounds such as thiophene, higher fatty acids such as palmitic acid, stearic acid and oleic acid, and 1-adamantanecarboxylic acid It is done. Among these, trialkylphosphines such as tributylphosphine and trioctylphosphine, trialkylphosphine oxides such as tributylphosphine oxide and trioctylphosphine oxide, ω having 12 or more carbon atoms such as dodecylamine, hexadecylamine and octadecylamine. -Compounds containing a nitrogen atom or a phosphorus atom in the molecular structure such as aminoalkanes are preferably used. More preferable compounds include compounds having a carbon-phosphorus single bond such as trialkylphosphines such as tributylphosphine and trioctylphosphine, and trialkylphosphine oxides such as tributylphosphine oxide and trioctylphosphine oxide. In particular, trialkylphosphine oxides such as trioctylphosphine oxide are preferably used. These dispersants may be used alone or as a mixture of a plurality of types as necessary.

さらに、上記分散剤は、適当な有機溶剤(例えばトルエン、キシレン、ナフタレン等の芳香族炭化水素、オクタン、デカン、ドデカン、オクタデカン等の長鎖アルカン類、ジフェニルエーテル、ジ(n−オクチル)エーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、ハロゲン系炭化水素等)で希釈して使用してもよい。   Furthermore, the dispersant is an appropriate organic solvent (for example, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, naphthalene, etc., long chain alkanes such as octane, decane, dodecane, octadecane, diphenyl ether, di (n-octyl) ether, tetrahydrofuran. Etc., and may be diluted with an ether such as a halogenated hydrocarbon).

上記分散剤の加熱温度としては、上記分散剤およびコア部前駆体が溶融する温度であれば特に限定されるものではなく、圧力条件等によっても異なるものであるが、通常は150℃以上とする。また、この加熱温度は比較的高い方が好ましい。高温に設定することにより分散剤に注入されたコア部前駆体が一斉に分解することで、多数の核が一気に生成するために、比較的粒径の小さいコア部微粒子が得られやすくなるからである。   The heating temperature of the dispersant is not particularly limited as long as it is a temperature at which the dispersant and the core part precursor are melted. . Moreover, it is preferable that this heating temperature is relatively high. Since the core part precursor injected into the dispersant is decomposed all at once by setting it to a high temperature, a large number of nuclei are generated at once, making it easier to obtain core part fine particles having a relatively small particle size. is there.

また、この加熱した分散剤への上記コア部前駆体の注入方法としては、コア部微粒子を形成することができるものであれば特に限定されるものではない。また、コア部前駆体の注入は、比較的粒径の小さいコア部微粒子を得るには1回でさらに可能なら短時間で行うことが望ましい。粒径を大きくしたい場合には、注入を複数回行っても良く連続して行っても良い。   Further, the method for injecting the core part precursor into the heated dispersant is not particularly limited as long as the core part fine particles can be formed. Further, the core part precursor is preferably injected once in a short time if possible to obtain core part fine particles having a relatively small particle diameter. When it is desired to increase the particle size, the injection may be performed a plurality of times or continuously.

上記コア部前駆体を加熱した分散剤に注入した後の、コア部微粒子を形成する際の反応温度としては、上記分散剤およびコア部前駆体が溶融または有機溶媒に溶解する温度であり、かつ、結晶成長が起こる温度であれば特に限定されるものではなく、圧力条件等によっても異なるものであるが、通常は150℃以上とする。   The reaction temperature at the time of forming the core part fine particles after injecting the core part precursor into the heated dispersant is a temperature at which the dispersant and the core part precursor are melted or dissolved in an organic solvent, and The temperature is not particularly limited as long as crystal growth occurs, and is usually 150 ° C. or higher although it varies depending on pressure conditions and the like.

上述したようにコア部前駆体を分散剤に注入することによりコア部微粒子を形成した後は、通常、このコア部微粒子を上記分散剤と分離する。この分離方法としては、例えば遠心分離、浮上分離、泡沫分離等の沈降分離法、ケークろ過、清澄ろ過等のろ過法、圧搾法が挙げられる。本発明においては、上記の中でも遠心分離が好ましく用いられる。ただし、分離操作後に得られたコア部微粒子は、少量の分散剤との混合物として得られる場合が多い。   As described above, after the core part fine particles are formed by injecting the core part precursor into the dispersant, the core part fine particles are usually separated from the dispersant. Examples of the separation method include sedimentation separation methods such as centrifugation, flotation separation, and foam separation, filtration methods such as cake filtration and clarification filtration, and compression methods. In the present invention, among the above, centrifugation is preferably used. However, the core fine particles obtained after the separation operation are often obtained as a mixture with a small amount of a dispersant.

上述した分離の際に、上記コア部微粒子の大きさが極めて小さいためにコア部微粒子の沈降が困難である場合は、沈降性を向上させるために、アセトニトリル、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、第2ブチルアルコール、第3ブチルアルコール等の炭素数1〜4のアルコール類、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アクロレイン、クロトンアルデヒド等の炭素数1〜4のアルデヒド類、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン等の炭素数3〜5のケトン類、ジメチルエーテル、メチルエチルエーテル、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等の炭素数2〜4のエーテル類、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、ジメチルホルムアミド等の炭素数1〜4の有機含窒素化合物などの添加剤を使用することができる。これらの中でも、水、またはメタノール、エタノール等のアルコール類が好ましく用いられる。上述した添加剤は、単独で使用してもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。   In the case of the separation described above, when the core fine particles are extremely small in size so that the core fine particles are difficult to settle, acetonitrile, methanol, ethanol, n-propyl alcohol, Alcohols having 1 to 4 carbon atoms such as isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, isobutyl alcohol, secondary butyl alcohol, and tertiary butyl alcohol; aldehydes having 1 to 4 carbon atoms such as formaldehyde, acetaldehyde, acrolein, and crotonaldehyde; C3-C5 ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and diethyl ketone, C2-C4 ethers such as dimethyl ether, methyl ethyl ether, diethyl ether and tetrahydrofuran, methylamine, dimethylamine, trimethylamine and dimethyl It can be used an additive such as an organic nitrogen-containing compound having 1 to 4 carbon atoms such as formamide. Among these, water or alcohols such as methanol and ethanol are preferably used. The additives described above may be used alone or in combination of two or more.

上記コア部微粒子の形成は、通常、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガスの雰囲気下で行われる。   The core part fine particles are usually formed in an atmosphere of an inert gas such as argon gas or nitrogen gas.

(2)シェル部調製工程
次に、本発明におけるシェル部調製工程について説明する。本発明におけるシェル部調製工程は、ホットソープ法により上記コア部をInSbで被覆しシェル部を形成する工程である。具体的には、分散剤を加熱し、この加熱した分散剤に上記コア部微粒子、およびシェル部の構成元素を含むシェル部前駆体を注入して、コア部をシェル部で被覆して、コアシェル型ナノ粒子を形成する工程である。
(2) Shell part preparation process Next, the shell part preparation process in this invention is demonstrated. The shell part preparation step in the present invention is a step of forming a shell part by coating the core part with InSb by a hot soap method. Specifically, the dispersant is heated, and the core part fine particles and the shell part precursor containing the constituent elements of the shell part are injected into the heated dispersant, and the core part is covered with the shell part. This is a step of forming mold nanoparticles.

本発明に用いられるシェル部前駆体としては、上述したシェル部の構成元素を含むものであり、上記コア部微粒子を被覆することが可能なものであれば特に限定されるものではない。本発明においては、InSbでコア部微粒子を被覆するため、シェル部前駆体としてはInを含む化合物とSbを含む化合物とを用いればよい。このInを含む化合物としては、Inを含む有機金属化合物を用いることができ、例えば、インジウムアセチルアセトナート、酢酸インジウム、シクロペンタジエニルインジウム、インジウムアルコキシド、塩化インジウム等が挙げられる。また、Sbを含む化合物としては、Sbを含む有機金属化合物を用いることができ、例えばSbアルコキシド、酢酸アンチモン、トリフェニルアンチモン、トリメチルシリルアンチモン等が挙げられる。また、このようにシェル部前駆体が2種以上用いられる場合、その混合比としては、例えば目的とする化合物の化学量論比に基づいて設定すればよい。   The shell part precursor used in the present invention is not particularly limited as long as it contains the constituent elements of the shell part described above and can coat the core part fine particles. In the present invention, since the core part fine particles are coated with InSb, a compound containing In and a compound containing Sb may be used as the shell part precursor. As the compound containing In, an organometallic compound containing In can be used, and examples thereof include indium acetylacetonate, indium acetate, cyclopentadienyl indium, indium alkoxide, and indium chloride. Further, as the compound containing Sb, an organometallic compound containing Sb can be used, and examples thereof include Sb alkoxide, antimony acetate, triphenylantimony, trimethylsilylantimony, and the like. In addition, when two or more kinds of shell part precursors are used in this way, the mixing ratio may be set based on, for example, the stoichiometric ratio of the target compound.

また、上記シェル部前駆体は、製造操作上の簡便性の理由で液状であることが好ましい。このシェル部前駆体自身が常温で液体であればそのまま使用することができるが、必要に応じて適当な有機溶媒に溶解または分散しても用いてもよい。このような有機溶媒としては、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、イソオクタン、ノナン、デカン等のアルカン類、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレン等の芳香族炭化水素、あるいは上述した分散剤に用いられる化合物等が挙げられる。これらの中でも、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、イソオクタン等のアルカン類、あるいはトリブチルホスフィン、トリヘキシルホスフィン、トリオクチルホスフィン等のトリアルキルホスフィン類、エーテル類が好ましく用いられる。   Moreover, it is preferable that the said shell part precursor is a liquid form for the reason of the simplicity on manufacture operation. If the shell part precursor itself is liquid at room temperature, it can be used as it is, but if necessary, it may be used by dissolving or dispersing in a suitable organic solvent. Examples of such organic solvents include alkanes such as n-hexane, n-heptane, n-octane, isooctane, nonane, and decane, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, and naphthalene, or the above-described dispersants. Examples include compounds used. Among these, alkanes such as n-hexane, n-heptane, n-octane, and isooctane, or trialkylphosphines such as tributylphosphine, trihexylphosphine, and trioctylphosphine, and ethers are preferably used.

なお、分散剤については、上記コア部調製工程の項に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。   In addition, about a dispersing agent, since it is the same as that of what was described in the item of the said core part preparation process, description here is abbreviate | omitted.

上記分散剤の加熱温度としては、上記分散剤およびシェル部前駆体が溶融または有機溶媒に溶解する温度であれば特に限定されるものではなく、圧力条件等によっても異なるものであるが、通常は60℃以上とする。   The heating temperature of the dispersant is not particularly limited as long as it is a temperature at which the dispersant and the shell part precursor are melted or dissolved in an organic solvent. 60 ° C. or higher.

また、この加熱した分散剤への上記コア部微粒子およびシェル部前駆体の注入方法としては、コア部をシェル部で被覆することができる方法であれば特に限定されるものではない。例えばコア部微粒子およびシェル部前駆体を同時に注入してもよく、コア部微粒子を先に注入するものでもよいが、本発明においては、コア部微粒子を注入した後に、シェル部前駆体を徐々に注入することが好ましい。シェル部前駆体を先に注入したり、一度に大量に注入したりすると、シェル部前駆体による核生成が起こり、シェル部のみから構成される微粒子が形成される可能性があるからである。   The method for injecting the core part fine particles and the shell part precursor into the heated dispersant is not particularly limited as long as the core part can be coated with the shell part. For example, the core part fine particles and the shell part precursor may be injected at the same time, or the core part fine particles may be injected first. However, in the present invention, after the core part fine particles are injected, the shell part precursor is gradually added. It is preferable to inject. This is because, if the shell portion precursor is injected first or a large amount is injected at once, nucleation by the shell portion precursor occurs, and fine particles composed only of the shell portion may be formed.

上記コア部微粒子およびシェル部前駆体を加熱した分散剤に注入した後の、コア部をシェル部で被覆する際の反応温度としては、上記分散剤およびシェル部前駆体が溶融または有機溶媒に溶解する温度であり、かつ、シェル部の構成材料の結晶成長が起こる温度であれば特に限定されるものではなく、圧力条件等によっても異なるものであるが、通常は100℃以上とする。   After injecting the core part fine particles and the shell part precursor into the heated dispersant, the reaction temperature when the core part is coated with the shell part is such that the dispersant and the shell part precursor are melted or dissolved in an organic solvent. It is not particularly limited as long as it is a temperature at which crystal growth of the constituent material of the shell portion occurs, and it is usually 100 ° C. or higher although it varies depending on pressure conditions and the like.

上述したようにコア部をシェル部で被覆することによりコアシェル型ナノ粒子が形成された後は、通常、このコアシェル型ナノ粒子を上記分散剤と分離する。この分離方法としては、例えば遠心分離、浮上分離、泡沫分離等の沈降分離法、ケークろ過、清澄ろ過等のろ過法、圧搾法が挙げられる。本発明においては、上記の中でも遠心分離が好ましく用いられる。   As described above, after the core-shell type nanoparticles are formed by covering the core part with the shell part, the core-shell type nanoparticles are usually separated from the dispersant. Examples of the separation method include sedimentation separation methods such as centrifugation, flotation separation, and foam separation, filtration methods such as cake filtration and clarification filtration, and compression methods. In the present invention, among the above, centrifugation is preferably used.

上述した分離の際に、上記コアシェル型ナノ粒子の大きさが極めて小さいためにコアシェル型ナノ粒子の沈降が困難である場合は、沈降性を向上させるために添加剤を使用することができる。なお、添加剤については、上記コア部調製工程の項に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。   In the above-described separation, if the core-shell nanoparticles are difficult to settle due to the extremely small size of the core-shell nanoparticles, an additive can be used to improve the sedimentation property. In addition, since it is the same as that of what was described in the item of the said core part preparation process about an additive, description here is abbreviate | omitted.

また、本工程は、通常、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガスの雰囲気下で行われる。   Moreover, this process is normally performed in the atmosphere of inert gas, such as argon gas and nitrogen gas.

また本発明において、粒径の揃ったコアシェル型ナノ粒子を得たい場合には、分級を行ってもよい。コアシェル型ナノ粒子を粒径の大きさによって分級する方法としては、例えばコアシェル型ナノ粒子に対して親和性の高い親溶媒と親和性の低い貧溶媒との混合溶媒を用いて、親溶媒と貧溶媒との比率を変化させることにより、沈殿するコアシェル型ナノ粒子の粒径を制御することができる。これは、親溶媒/貧溶媒の比率が大きいほど粒径の大きいコアシェル型ナノ粒子が沈殿し、上記の比率が小さくなると粒径のより小さいコアシェル型ナノ粒子も合わせて沈殿する現象を利用するものである。具体的には、まず親溶媒にコアシェル型ナノ粒子を分散させた分散液に、少量の貧溶媒を添加し、粒径の大きいコアシェル型ナノ粒子のみを沈殿させる。この沈殿を遠心分離等で分離し、粒径の大きいコアシェル型ナノ粒子を得る。次に、遠心分離後の分散液にさらに貧溶媒を添加し、先に沈殿させたコアシェル型ナノ粒子より粒径の小さいコアシェル型ナノ粒子を沈殿させる。この沈殿を遠心分離等で分離し、先に沈殿させたコアシェル型ナノ粒子より粒径の小さいコアシェル型ナノ粒子を得る。このように貧溶媒の添加と遠心分離の操作とを繰り返すことで、分級を行うことができる。   In the present invention, classification may be performed when obtaining core-shell type nanoparticles having a uniform particle diameter. As a method for classifying core-shell nanoparticles according to the size of the particle size, for example, a mixed solvent of a parent solvent having a high affinity and a poor solvent having a low affinity for the core-shell nanoparticles is used. By changing the ratio with the solvent, the particle diameter of the precipitated core-shell nanoparticles can be controlled. This utilizes the phenomenon that core-shell type nanoparticles with a larger particle size precipitate as the ratio of the parent solvent / poor solvent increases, and that the core-shell type nanoparticles with a smaller particle size also precipitate when the above ratio decreases. It is. Specifically, first, a small amount of a poor solvent is added to a dispersion obtained by dispersing core-shell nanoparticles in a parent solvent to precipitate only core-shell nanoparticles having a large particle size. The precipitate is separated by centrifugation or the like to obtain core-shell type nanoparticles having a large particle size. Next, a poor solvent is further added to the dispersion liquid after centrifugation, and core-shell nanoparticles having a smaller particle diameter than the previously precipitated core-shell nanoparticles are precipitated. The precipitate is separated by centrifugation or the like to obtain core-shell type nanoparticles having a smaller particle size than the previously precipitated core-shell type nanoparticles. Thus, classification can be performed by repeating the addition of the poor solvent and the operation of centrifugation.

分級に用いられる親溶媒としては、「B.コアシェル型ナノ粒子分散液」の項に記載する分散媒が挙げられる。また、貧溶媒としては、上述したコアシェル型ナノ粒子の沈降性を向上させるために用いる添加剤が挙げられる。   Examples of the parent solvent used for classification include the dispersion media described in the section “B. Core-shell type nanoparticle dispersion liquid”. Moreover, as a poor solvent, the additive used in order to improve the sedimentation property of the core-shell type nanoparticle mentioned above is mentioned.

さらに本発明においては、コアシェル型ナノ粒子の表面に付着している分散剤を他の有機化合物に置換することができる。この場合には、多量の置換したい他の有機化合物とコアシェル型ナノ粒子を不活性ガス雰囲気下で混合しながら加熱することで、はじめにコアシェル型ナノ粒子の表面に付着していた分散剤が、多量に存在する他の有機化合物に置換される。置換したい他の有機化合物の添加量は、コアシェル型ナノ粒子に対して重量比で5倍以上であればよい。また、加熱時間は通常1〜48時間である。   Furthermore, in this invention, the dispersing agent adhering to the surface of a core-shell type nanoparticle can be substituted with another organic compound. In this case, a large amount of the dispersant adhering to the surface of the core-shell nanoparticles can be obtained by heating while mixing a large amount of other organic compounds to be substituted with the core-shell nanoparticles in an inert gas atmosphere. Is replaced by other organic compounds present in The amount of the other organic compound to be substituted may be 5 times or more by weight with respect to the core-shell type nanoparticles. The heating time is usually 1 to 48 hours.

また本発明において、表面に分散剤が付着しているコアシェル型ナノ粒子を加熱することで、分散剤を除去し、表面に分散剤の付着していないコアシェル型ナノ粒子を得ることもできる。この場合、コアシェル型ナノ粒子を分散媒に分散させるには、分散剤を添加すればよい。これにより、コアシェル型ナノ粒子は分散媒中で独立分散した状態となる。   Moreover, in this invention, the core-shell type nanoparticle which the dispersion agent has adhered to the surface can be removed by heating the core-shell type nanoparticle which has the dispersion agent adhered to the surface, and the surface can also be obtained. In this case, a dispersant may be added in order to disperse the core-shell type nanoparticles in the dispersion medium. Thereby, the core-shell type nanoparticles are in an independently dispersed state in the dispersion medium.

さらに本発明において、微量の元素がドープされたInSbをシェル部とするコアシェル型ナノ粒子を作製する場合には、上記分散剤を加熱する際に、分散剤に微量の所定の元素もしくはその元素を含む化合物を添加する。あるいは、上記前駆体に微量の所定の元素もしくはその元素を含む化合物を添加してもよい。   Furthermore, in the present invention, when producing core-shell type nanoparticles having a shell portion of InSb doped with a trace amount of element, when the dispersant is heated, a trace amount of a predetermined element or its element is added to the dispersant. Add containing compound. Alternatively, a trace amount of a predetermined element or a compound containing the element may be added to the precursor.

この微量の元素がドープされたInSbをシェル部とするコアシェル型ナノ粒子は、元素の種類によってn型半導体形成材料にもp型半導体形成材料にもなるため、半導体形成材料として有用である。添加される所定の元素を含む化合物としては、ドープされる元素の種類によって異なるが、n型半導体形成材料となるコアシェル型ナノ粒子を作製する場合は、例えばSeもしくはTeのトリブチルホスフィン溶液、ジイソプロピルテルライド、テルルアルコキシド等が用いられる。一方、p型半導体形成材料となるコアシェル型ナノ粒子を作製する場合、添加される所定の元素を含む化合物としては、例えば酢酸亜鉛、コバルトカルボニル、塩化カドニウム等が用いられる。   The core-shell type nanoparticles having InSb doped with a trace amount of element as a shell part are useful as a semiconductor forming material because they can be both an n-type semiconductor forming material and a p-type semiconductor forming material depending on the type of element. The compound containing a predetermined element to be added varies depending on the kind of element to be doped. However, when preparing core-shell type nanoparticles that are n-type semiconductor forming materials, for example, a tributylphosphine solution of Se or Te, diisopropyl telluride , Tellurium alkoxide and the like are used. On the other hand, when producing core-shell type nanoparticles to be a p-type semiconductor forming material, for example, zinc acetate, cobalt carbonyl, cadmium chloride or the like is used as a compound containing a predetermined element to be added.

B.コアシェル型ナノ粒子分散液
次に、本発明のコアシェル型ナノ粒子分散液について説明する。本発明のコアシェル型ナノ粒子分散液は、コアシェル型ナノ粒子と分散媒とを含有することを特徴とするものである。
B. Core-shell nanoparticle dispersion Next, the core-shell nanoparticle dispersion of the present invention will be described. The core-shell type nanoparticle dispersion of the present invention is characterized by containing core-shell type nanoparticles and a dispersion medium.

本発明においては、上記コアシェル型ナノ粒子を分散媒に分散させコアシェル型ナノ粒子分散液とすることによって、コアシェル型ナノ粒子単独の場合に比べて、取扱性や保存性を向上させることができる。
以下、本発明のコアシェル型ナノ粒子分散液の各構成について説明する。
In the present invention, handling property and storage stability can be improved by dispersing the core-shell type nanoparticles in a dispersion medium to obtain a core-shell type nanoparticle dispersion, as compared with the case of the core-shell type nanoparticles alone.
Hereinafter, each configuration of the core-shell nanoparticle dispersion of the present invention will be described.

1.コアシェル型ナノ粒子
本発明に用いられるコアシェル型ナノ粒子は、上記「A.コアシェル型ナノ粒子」の項に記載したものと同様のものを用いることができる。中でも、本発明においては、コアシェル型ナノ粒子が、表面に1分子中に親水基を1残基以上および疎水基を有する有機化合物が付着したものであることが好ましい。このような有機化合物が表面に付着していることにより、コアシェル型ナノ粒子の凝集を効果的に妨げることができるからである。
1. Core-shell type nanoparticles The core-shell type nanoparticles used in the present invention may be the same as those described in the above section “A. Core-shell type nanoparticles”. In particular, in the present invention, the core-shell type nanoparticles are preferably those in which an organic compound having one or more hydrophilic groups and a hydrophobic group in one molecule is attached to the surface. This is because such an organic compound adheres to the surface, thereby effectively preventing aggregation of the core-shell type nanoparticles.

一方、コアシェル型ナノ粒子の表面に所定の有機化合物が付着していない場合は、コアシェル型ナノ粒子分散液を使用する際に、所定の有機化合物を添加することで、コアシェル型ナノ粒子の凝集を防ぐことが可能となる。   On the other hand, when a predetermined organic compound is not attached to the surface of the core-shell nanoparticle, the core-shell nanoparticle is aggregated by adding the predetermined organic compound when the core-shell nanoparticle dispersion is used. It becomes possible to prevent.

また、上記コアシェル型ナノ粒子のコアシェル型ナノ粒子分散液中の含有量としては、特に限定されるものではないが、コアシェル型ナノ粒子の独立分散状態を保つことが可能な量であることが好ましい。具体的には、コアシェル型ナノ粒子の含有量がコアシェル型ナノ粒子分散液中で10重量%以下であることが好ましく、より好ましくは5重量%以下、最も好ましくは1重量%以下である。また、下限は0.01重量%以上、好ましくは0.05重量%以上である。   Further, the content of the core-shell nanoparticle in the core-shell nanoparticle dispersion is not particularly limited, but is preferably an amount capable of maintaining the independent dispersion state of the core-shell nanoparticle. . Specifically, the content of the core-shell type nanoparticles is preferably 10% by weight or less, more preferably 5% by weight or less, and most preferably 1% by weight or less in the core-shell type nanoparticle dispersion. The lower limit is 0.01% by weight or more, preferably 0.05% by weight or more.

2.分散媒
次に、本発明に用いられる分散媒について説明する。本発明に用いられる分散媒は、上記コアシェル型ナノ粒子を分散させることができるものであれば、特に限定されるものではないが、上記コアシェル型ナノ粒子が表面に所定の有機化合物が付着したものである場合、あるいはコアシェル型ナノ粒子分散液に所定の有機化合物が添加されている場合は、この所定の有機化合物の種類に応じて適宜選択することが好ましい。
2. Next, the dispersion medium used in the present invention will be described. The dispersion medium used in the present invention is not particularly limited as long as it can disperse the core-shell nanoparticles, but the core-shell nanoparticles have a predetermined organic compound attached to the surface. Or when a predetermined organic compound is added to the core-shell type nanoparticle dispersion, it is preferable to select appropriately according to the type of the predetermined organic compound.

例えば、所定の有機化合物が1分子中に親水基および疎水基を有し、疎水基の片末端に親水基が結合したものである場合、分散媒は極性が低いことが好ましい。これは、有機化合物の親水基がコアシェル型ナノ粒子と相互作用し、有機化合物は、親水基を内側(コアシェル型ナノ粒子側)に、疎水基を外側にしてコアシェル型ナノ粒子に付着しているものと想定されるからである。このため、コアシェル型ナノ粒子の表面は、疎水基で覆われている状態にある。よって、極性の低い分散媒であれば、疎水基と相互作用しやすく、疎水基で覆われたコアシェル型ナノ粒子が独立分散しやすいのである。   For example, when the predetermined organic compound has a hydrophilic group and a hydrophobic group in one molecule, and the hydrophilic group is bonded to one end of the hydrophobic group, the dispersion medium preferably has a low polarity. This is because the hydrophilic group of the organic compound interacts with the core-shell nanoparticle, and the organic compound is attached to the core-shell nanoparticle with the hydrophilic group inside (core-shell nanoparticle side) and the hydrophobic group outside. Because it is assumed. For this reason, the surface of the core-shell nanoparticle is in a state of being covered with a hydrophobic group. Therefore, if the dispersion medium has a low polarity, it is easy to interact with the hydrophobic group, and the core-shell type nanoparticles covered with the hydrophobic group are easily dispersed independently.

極性が低い分散媒としては、非極性溶媒であれば特に限定されるものではなく、例えば「溶剤ハンドブック」(浅原照三他編、講談社)p.34に記載の溶解パラメーター:δが10未満の溶媒が好ましい。具体的には、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、オクタン、イソオクタン等の脂肪族炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;ジクロロメタン、四塩化炭素、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、塩化プロピル、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨウ化メチル等のハロゲン化炭化水素;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;酢酸エチル、安息香酸メチル等のエステル類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;トリエチルアミン、プロピルアミン等のアミン類;硫化ジエチル;またはこれらの混合物等が挙げられる。これらの中でも、トルエン、クロロホルム、へキサン等が好ましく用いられる。   The dispersion medium having a low polarity is not particularly limited as long as it is a nonpolar solvent. For example, the solubility parameter described in “Solvent Handbook” (Shozo Asahara et al., Kodansha) p. 34: δ is less than 10 A solvent is preferred. Specifically, aliphatic hydrocarbons such as pentane, cyclopentane, hexane, cyclohexane, octane, isooctane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene; dichloromethane, carbon tetrachloride, chloroform, 1,2-dichloroethane, Halogenated hydrocarbons such as propyl chloride, chlorobenzene, bromobenzene and methyl iodide; ethers such as diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran and dioxane; esters such as ethyl acetate and methyl benzoate; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone Amines such as triethylamine and propylamine; diethyl sulfide; or a mixture thereof. Among these, toluene, chloroform, hexane and the like are preferably used.

また例えば、所定の有機化合物が1分子中に親水基および疎水基を有し、疎水基の両末端に親水基が結合したものである場合、分散媒は極性が高いことが好ましい。これは、有機化合物の片側の親水基がコアシェル型ナノ粒子と相互作用し、有機化合物は、片側の親水基を内側(コアシェル型ナノ粒子側)に、疎水基を介してもう片側の親水基を外側にしてコアシェル型ナノ粒子に付着しているものと想定されるからである。このため、コアシェル型ナノ粒子の表面は、親水基で覆われている状態にある。よって、極性の高い分散媒であれば、親水基と相互作用しやすく、親水基で覆われたコアシェル型ナノ粒子が独立分散しやすいのである。   For example, when a predetermined organic compound has a hydrophilic group and a hydrophobic group in one molecule, and the hydrophilic group is bonded to both ends of the hydrophobic group, the dispersion medium is preferably highly polar. This is because the hydrophilic group on one side of the organic compound interacts with the core-shell type nanoparticles, and the organic compound has the hydrophilic group on one side inside (the core-shell type nanoparticle side) and the hydrophilic group on the other side through the hydrophobic group. This is because it is assumed that they are attached to the core-shell type nanoparticles on the outside. For this reason, the surface of the core-shell nanoparticle is in a state covered with a hydrophilic group. Therefore, if the dispersion medium has a high polarity, it is easy to interact with the hydrophilic group, and the core-shell type nanoparticles covered with the hydrophilic group are easily dispersed independently.

極性が高い分散媒としては、極性溶媒であれば特に限定されるものではなく、例えば「溶剤ハンドブック」(浅原照三他編、講談社)p.34に記載の溶解パラメーター:δが10以上の溶媒が好ましい。具体的には、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、tert-ブチルアルコール、フェノール、1,2−エタンジオール等のアルコール類;ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類;ニトロメタン、ニトロベンゼン等のニトロ基含有化合物;アセトニトリル、1,3−ジシアノプロパン、ベンゾニトリル等のニトリル基含有化合物;ピリジン;炭酸プロピレン;2−アミノエタノール;水;酢酸;またはこれらの混合物等が挙げられる。これらの中でも、N,N−ジメチルホルムアミド、2−プロパノール、アセトニトリルが好ましく用いられる。   The dispersion medium having high polarity is not particularly limited as long as it is a polar solvent. For example, a solvent having a solubility parameter: δ of 10 or more described in “Solvent Handbook” (Terzo Asahara et al., Kodansha) p.34 Is preferred. Specifically, alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, tert-butyl alcohol, phenol, 1,2-ethanediol; formamide, N, N-dimethyl Amides such as formamide and N, N-dimethylacetamide; nitro group-containing compounds such as nitromethane and nitrobenzene; nitrile group-containing compounds such as acetonitrile, 1,3-dicyanopropane and benzonitrile; pyridine; propylene carbonate; 2-aminoethanol Water; acetic acid; or a mixture thereof. Among these, N, N-dimethylformamide, 2-propanol and acetonitrile are preferably used.

3.分散性向上剤
本発明のコアシェル型ナノ粒子分散液は、コアシェル型ナノ粒子の分散性を向上させるために、分散性向上剤を含有していても良い。このような分散性向上剤としては、上記「A.コアシェル型ナノ粒子」の項に記載したアミノアルカン類、高級脂肪酸および高級アルコール類などを用いることができる。
3. Dispersibility improver The core-shell nanoparticle dispersion of the present invention may contain a dispersibility improver in order to improve the dispersibility of the core-shell nanoparticles. As such a dispersibility improver, aminoalkanes, higher fatty acids, higher alcohols and the like described in the above section “A. Core-shell type nanoparticles” can be used.

4.コアシェル型ナノ粒子分散液
本発明のコアシェル型ナノ粒子分散液は、上記コアシェル型ナノ粒子と、分散媒とを含有するものである。本発明のコアシェル型ナノ粒子分散液は、コアシェル型ナノ粒子と分散媒とを含有するものであれば特に限定されるものではなく、コアシェル型ナノ粒子が分散媒中に分散していてもよく沈降していてもよい。
4). Core-shell type nanoparticle dispersion liquid The core-shell type nanoparticle dispersion liquid of the present invention contains the core-shell type nanoparticle and a dispersion medium. The core-shell nanoparticle dispersion of the present invention is not particularly limited as long as it contains the core-shell nanoparticle and the dispersion medium, and the core-shell nanoparticle may be dispersed in the dispersion medium and settled. You may do it.

特に本発明においては、コアシェル型ナノ粒子が分散媒中で独立分散していることが好ましい。ここで、「コアシェル型ナノ粒子が分散媒中で独立分散している」とは、コアシェル型ナノ粒子分散液の使用温度において、コアシェル型ナノ粒子が分散媒中で1時間以上沈降しないことをいう。本発明においては、中でも6時間以上、特に12時間以上沈降しないことがより好ましい。なお、上記の時間は、コアシェル型ナノ粒子分散液を透明な容器に入れて水平な場所に静置し、目視で容器の底部に沈殿が認められるまでの時間を測定した値である。また、上記使用温度としては、例えば、コアシェル型ナノ粒子分散液を塗布したりパターニングしたりする場合は、通常0℃〜40℃の範囲内である。   In particular, in the present invention, the core-shell type nanoparticles are preferably dispersed independently in the dispersion medium. Here, “the core-shell nanoparticles are dispersed independently in the dispersion medium” means that the core-shell nanoparticles do not settle in the dispersion medium for more than 1 hour at the operating temperature of the core-shell nanoparticle dispersion. . In the present invention, it is more preferable not to settle for 6 hours or more, particularly 12 hours or more. In addition, said time is the value which measured time until putting a core-shell type nanoparticle dispersion liquid in a transparent container, leaving still in a horizontal place, and visually recognizing precipitation at the bottom part of a container. Moreover, as said operating temperature, when apply | coating or patterning a core-shell type nanoparticle dispersion liquid, it is in the range of 0 to 40 degreeC normally, for example.

このようにコアシェル型ナノ粒子が分散媒中で独立分散しており、所定の時間沈降しないものであれば、例えば本発明のコアシェル型ナノ粒子分散液を塗布することにより半導体を形成する場合には、均一な塗膜を得ることができるという利点を有する。特に、インクジェット法や印刷法によって半導体をパターニングする場合に有利である。また、半導体をインクジェット法や印刷法によってパターニング可能であるので、従来のリソグラフィー法による場合と比較して、パターニングが容易となり、製造工程を簡略化することができる。   Thus, if the core-shell type nanoparticles are independently dispersed in the dispersion medium and do not settle for a predetermined time, for example, when the semiconductor is formed by applying the core-shell type nanoparticle dispersion of the present invention. , It has the advantage that a uniform coating film can be obtained. In particular, it is advantageous when patterning a semiconductor by an ink jet method or a printing method. Further, since the semiconductor can be patterned by an ink-jet method or a printing method, patterning becomes easier and the manufacturing process can be simplified as compared with the case of a conventional lithography method.

また、本発明のコアシェル型ナノ粒子分散液のコアシェル型ナノ粒子が分散媒中で沈降したものである場合は、使用する直前に分散液でさらに希釈することによりコアシェル型ナノ粒子を分散媒中で独立分散させることができる。また、コアシェル型ナノ粒子分散液を使用する際に、所定の有機化合物を添加することで、コアシェル型ナノ粒子を分散媒中で独立分散させることが可能である。したがって、上述したコアシェル型ナノ粒子が分散媒中で独立分散したものと同様の効果を得ることができる。   In addition, when the core-shell nanoparticle of the core-shell nanoparticle dispersion of the present invention is precipitated in a dispersion medium, the core-shell nanoparticle is dispersed in the dispersion medium by further diluting with the dispersion immediately before use. Can be dispersed independently. Moreover, when using a core-shell type nanoparticle dispersion liquid, a core-shell type nanoparticle can be independently dispersed in a dispersion medium by adding a predetermined organic compound. Therefore, the same effects as those obtained by independently dispersing the above-described core-shell type nanoparticles in the dispersion medium can be obtained.

また、本発明のコアシェル型ナノ粒子分散液の用途としては、特に限定されるものではないが、例えば、熱電変換素子、ホール素子、光導電性素子等の半導体用途、非線形光学素子用途等を挙げることができる。   The use of the core-shell nanoparticle dispersion of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include semiconductor applications such as thermoelectric conversion elements, Hall elements, and photoconductive elements, and non-linear optical element applications. be able to.

C.熱電変換材料
次に、本発明の熱電変換材料について説明する。本発明の熱電変換材料は、複数のコア部と、上記コア部を被覆する結合シェル部とを有するコアシェル構造体で構成される熱電変換材料であって、上記複数のコア部は互いに独立し、上記結合シェル部は連続し、さらに、上記結合シェル部の構成材料がInSbであり、上記コア部の構成材料の融点が、上記結合シェル部の構成材料であるInSbよりも高いことを特徴とする。
C. Thermoelectric Conversion Material Next, the thermoelectric conversion material of the present invention will be described. The thermoelectric conversion material of the present invention is a thermoelectric conversion material composed of a core-shell structure having a plurality of core portions and a coupling shell portion covering the core portions, wherein the plurality of core portions are independent from each other, The bond shell portion is continuous, and further, the constituent material of the bond shell portion is InSb, and the melting point of the constituent material of the core portion is higher than InSb that is the constituent material of the bond shell portion. .

本発明においては、コアシェル構造体中で複数のコア部が互いに独立しており、細かく分散しているものであることから、電気および熱がコアシェル構造体を伝導する際に、このコア部によりフォノンが散乱されるので熱伝導率を小さくすることができ、熱電変換の性能を向上させることができる。また、本発明におけるコアシェル構造体は、例えば上記コアシェル型ナノ粒子を圧縮成型して作製することができるので、上述した量子ドット超格子の作製と比較して量産に適しているという利点を有する。   In the present invention, a plurality of core portions are independent from each other in the core-shell structure and are finely dispersed. Therefore, when electricity and heat are conducted through the core-shell structure, the core portion causes the phonon. Is scattered, the thermal conductivity can be reduced, and the performance of thermoelectric conversion can be improved. Moreover, since the core-shell structure in the present invention can be produced, for example, by compression molding the core-shell type nanoparticles, it has an advantage that it is suitable for mass production as compared with the production of the quantum dot superlattice described above.

次に、本発明の熱電変換材料について図面を参照しながら説明する。図3は、本発明の熱電変換材料を構成するコアシェル構造体の一例を示す概略断面図である。図3において、コアシェル構造体5は、複数のコア部1と、このコア部1を被覆する結合シェル部4とを有している。また、複数のコア部1は互いに独立しており、コアシェル構造体5中に分散して存在している。一方、結合シェル部4は独立しているものではなく連続しているものである。さらに、結合シェル部4の構成材料としてInSbが用いられ、コア部1の構成材料としてInSbよりも融点が高い材料が用いられたものである。   Next, the thermoelectric conversion material of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a core-shell structure constituting the thermoelectric conversion material of the present invention. In FIG. 3, the core-shell structure 5 includes a plurality of core portions 1 and a coupling shell portion 4 that covers the core portions 1. The plurality of core portions 1 are independent from each other and are dispersed in the core-shell structure 5. On the other hand, the connecting shell portion 4 is not independent but continuous. Further, InSb is used as a constituent material of the bonding shell portion 4, and a material having a melting point higher than that of InSb is used as a constituent material of the core portion 1.

なお、本発明において結合シェル部が連続しているとは、例えば図4(a)に示すような結合シェル部4の内部に界面が存在しない場合のほか、内部にある程度の界面が存在する場合も結合シェル部4を移動する電子の導電率が向上することから含むものであり、一部、不連続または独立している部分があっても本発明でいう「連続している」に含まれるものである。ここで、界面が存在するとは、例えば図4(b)に示すように隣接するコア部1を被覆する結合シェル部4同士が結合していなく、その間に界面aが存在する状態である。   In the present invention, the connection shell portion is continuous means that, for example, there is no interface inside the connection shell portion 4 as shown in FIG. Is included because the conductivity of electrons moving through the coupling shell portion 4 is improved, and even if there is a part, discontinuous or independent part, it is included in the term “continuous” in the present invention. Is. Here, the presence of the interface means, for example, a state in which the bonding shell portions 4 covering the adjacent core portions 1 are not bonded to each other as shown in FIG.

本発明においては、図3に示すように、コア部1はコアシェル構造体5中に細かく分散して存在しているものであることから、電気および熱がコアシェル構造体5を伝導する際に、このコア部1によりフォノンが散乱され、矢印Pのように移動するので、熱が伝導しにくくなり熱伝導率を小さくすることができる。一方、電子は、結合シェル部4が連続していることによりほとんど散乱されることなく、矢印Eのように結合シェル部4内を移動することができるので、導電率が大幅に減少することはない。また、電子やフォノンの通り道である結合シェル部4の厚みが量子効果の発現する100nm以下の場合には、量子効果により性能指数Zが向上する場合がある。したがって本発明においては、熱電変換の性能を向上させることができる。   In the present invention, as shown in FIG. 3, since the core portion 1 is finely dispersed in the core shell structure 5, when electricity and heat are conducted through the core shell structure 5, Since the phonons are scattered by the core portion 1 and move as indicated by the arrow P, it is difficult for heat to be conducted and the thermal conductivity can be reduced. On the other hand, since the electrons can move in the coupling shell portion 4 as shown by the arrow E with almost no scattering due to the continuation of the coupling shell portion 4, the conductivity is greatly reduced. Absent. In addition, when the thickness of the coupling shell portion 4 that is a path of electrons and phonons is 100 nm or less where the quantum effect appears, the figure of merit Z may be improved by the quantum effect. Therefore, in the present invention, the performance of thermoelectric conversion can be improved.

また、本発明におけるコアシェル構造体は、後述するように、上記「A.コアシェル型ナノ粒子」に記載したコアシェル型ナノ粒子を圧縮成型して作製することができるので、量子ドット超格子の作製と比較して量産に適しているという利点を有する。   Moreover, since the core-shell structure in the present invention can be produced by compression molding the core-shell nanoparticle described in the above-mentioned “A. Core-shell nanoparticle”, as described later, In comparison, it has the advantage of being suitable for mass production.

また、本発明におけるコアシェル構造体が、例えば、上記コアシェル型ナノ粒子を圧縮成型して作製される場合、コアシェル型ナノ粒子のシェル部が融着、結合してなるものが、本発明における結合シェル部となる。
以下、このようなコアシェル構造体について説明する。
In addition, when the core-shell structure in the present invention is produced, for example, by compression molding the above-mentioned core-shell type nanoparticles, the shell part of the core-shell type nanoparticles is fused and bonded. Part.
Hereinafter, such a core-shell structure will be described.

本発明に用いられるコアシェル構造体は、複数のコア部と、このコア部を被覆する結合シェル部とを有するものである。また、複数のコア部は互いに独立し、結合シェル部は連続しているものであり、さらに、結合シェル部の構成材料としてInSbが用いられ、コア部の構成材料としてInSbよりも融点が高い材料が用いられたものである。   The core-shell structure used in the present invention has a plurality of core portions and a coupling shell portion that covers the core portions. Further, the plurality of core parts are independent from each other, and the bonding shell part is continuous, and InSb is used as a constituent material of the binding shell part, and a material having a higher melting point than InSb as a constituent material of the core part Is used.

1.結合シェル部
本発明における結合シェル部は、後述するコア部を被覆しているものである。また、本発明における結合シェル部は、コアシェル構造体中で連続しているものであり、上述したように結合シェル部の内部の界面は少ないことが好ましく、内部に界面が存在しないことが特に好ましい。
1. Bonding Shell Part The bonding shell part in the present invention covers a core part to be described later. Further, the bonding shell portion in the present invention is continuous in the core-shell structure, and as described above, it is preferable that there are few interfaces inside the bonding shell portion, and it is particularly preferable that no interface exists inside. .

また、本発明において、上記結合シェル部の構成材料として用いられる「InSb」は、InSbのみならず、他の元素をドーピングしたInSbも含むものである。具体的には「A.コアシェル型ナノ粒子」に記載したシェル部の構成材料と同様のものを挙げることができるので、ここでの説明は省略する。   In the present invention, “InSb” used as a constituent material of the above-mentioned bonding shell portion includes not only InSb but also InSb doped with other elements. Specifically, since the same material as the constituent material of the shell part described in “A. Core-shell type nanoparticle” can be mentioned, the description here is omitted.

また、本発明において、結合シェル部のコア部を覆っている部分の厚みとしては、電子およびフォノンを伝導させることができ、かつ、量子効果を発現することができる厚みであれば特に限定されるものではないが、具体的には上記「A.コアシェル型ナノ粒子」に記載した「シェル部の厚み」と同様であるので、ここでの説明は省略する。なお、上記結合シェル部のコア部を覆っている部分の厚みとは、例えば図3のn´で示される厚みをいう。   Further, in the present invention, the thickness of the portion covering the core portion of the coupling shell portion is particularly limited as long as it can conduct electrons and phonons and can exhibit the quantum effect. Although it is not a thing, it is specifically the same as the “thickness of the shell part” described in “A. Core-shell type nanoparticle” above, and therefore, the description thereof is omitted here. In addition, the thickness of the part covering the core part of the said joint shell part means the thickness shown by n 'of FIG. 3, for example.

2.コア部
次に、本発明におけるコア部について説明する。本発明におけるコア部は、上記結合シェル部に被覆されるものであり、かつ、コアシェル構造体中で互いに独立しているものである。さらに、本発明においては、コア部の構成材料の融点は、上記結合シェル部の構成材料であるInSbよりも融点が高いものである。
2. Core part Next, the core part in this invention is demonstrated. The core part in this invention is coat | covered by the said connection shell part, and is mutually independent in a core shell structure. Furthermore, in the present invention, the melting point of the constituent material of the core part is higher than that of InSb, which is the constituent material of the above-mentioned bonded shell part.

本発明におけるコア部は、コアシェル構造体中で互いに独立しているものであればよいが、中でも均一に分散していることが好ましい。コア部がコアシェル構造体中に均一に分散していることにより、フォノンを効率よく散乱させることができ、効果的に熱伝導率を減少させることができるからである。   The core parts in the present invention may be any parts as long as they are independent from each other in the core-shell structure, but it is preferable that they are uniformly dispersed. This is because when the core portion is uniformly dispersed in the core-shell structure, phonons can be efficiently scattered and the thermal conductivity can be effectively reduced.

本発明に用いられるコア部の構成材料は、「A.コアシェル型ナノ粒子」に記載したコア部の構成材料と同様の材料を用いることができる。中でも、本発明においては、上記コア部の構成材料が、上記シェル部の構成材料であるInSbに対して界面を形成することが可能である材料であることが好ましい。   As the constituent material of the core part used in the present invention, the same material as the constituent material of the core part described in “A. Core-shell type nanoparticles” can be used. Among these, in the present invention, the constituent material of the core part is preferably a material capable of forming an interface with InSb, which is the constituent material of the shell part.

また、上記コア部を形成するコア部微粒子の平均粒径としては、フォノンを効果的に散乱することができる大きさであれば特に限定されるものではないが、具体的には0.3nm〜100nmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは1nm〜70nmの範囲内、特に2nm〜50nmの範囲内であることが好ましい。上記平均粒径が大きすぎると、コアシェル構造体の形成時に、例えば図5(a)に示すようにコアシェル型ナノ粒子3を隙間なく配列してもコアシェル型ナノ粒子3間に生じる空間bが大きくなり、圧縮成型する際にこの空間bにシェル部2の構成材料が流動し、例えば図5(b)に示すようにコア部1がシェル部2(結合シェル部4)に覆われていない部分cが生じ、コアシェル構造を維持できなくなり、シェルの厚みが極端に薄い部分や極端に熱い部分を生じる可能性があるからである。また、平均粒径が上記範囲内より小さい微粒子は、製造が困難であるからである。   Further, the average particle diameter of the core part fine particles forming the core part is not particularly limited as long as it is a size capable of effectively scattering phonons. It is preferably within the range of 100 nm, more preferably within the range of 1 nm to 70 nm, and particularly preferably within the range of 2 nm to 50 nm. If the average particle size is too large, a space b generated between the core-shell nanoparticles 3 is large even when the core-shell nanoparticles 3 are arranged without gaps, for example, as shown in FIG. When the material is compressed and molded, the constituent material of the shell portion 2 flows into the space b. For example, as shown in FIG. 5B, the core portion 1 is not covered with the shell portion 2 (joined shell portion 4). This is because c is generated and the core-shell structure cannot be maintained, and there is a possibility that a part having an extremely thin thickness or an extremely hot part may be generated. Further, fine particles having an average particle size smaller than the above range are difficult to produce.

また、上記コア部微粒子の平均粒径の標準偏差は、20%以下であることが好ましく、より好ましくは10%以下である。上記標準偏差が大きすぎると、コアシェル型ナノ粒子の圧縮成型前の段階で、上述したようにコアシェル型ナノ粒子間に大きな空間が生じる可能性があるからである。   In addition, the standard deviation of the average particle size of the core fine particles is preferably 20% or less, more preferably 10% or less. This is because if the standard deviation is too large, a large space may be generated between the core-shell nanoparticles as described above before the core-shell nanoparticles are compressed.

3.コアシェル構造体
本発明に用いられるコアシェル構造体は、上記結合シェル部と上記コア部とを有するものである。中でも、本発明においては、上記コア部と上記結合シェル部とが相分離していることが好ましい。コア部はフォノンを散乱させる機能を有し、シェル部は電子を伝導する機能を有するのであるが、コア部とシェル部とが相分離していれば、各機能をより効果的に発揮することができるからである。なお、本発明において、コア部と結合シェル部とが相分離しているか否かの判断は、走査透過型電子顕微鏡(STEM)の測定により得られる元素の二次元マッピングから判断することができる。具体的な判断方法は、上記「A.コアシェル型ナノ粒子」に記載した内容と同様であるので、ここでの説明は省略する。
3. Core-shell structure The core-shell structure used in the present invention has the above-mentioned joint shell part and the above-mentioned core part. Among these, in the present invention, it is preferable that the core part and the binding shell part are phase-separated. The core part has a function to scatter phonons, and the shell part has a function to conduct electrons. However, if the core part and the shell part are phase-separated, each function can be exhibited more effectively. Because you can. In the present invention, whether or not the core portion and the binding shell portion are phase-separated can be determined from two-dimensional mapping of elements obtained by measurement with a scanning transmission electron microscope (STEM). Since the specific determination method is the same as the content described in the above-mentioned “A. Core-shell type nanoparticle”, description thereof is omitted here.

D.熱電変換材料の製造方法
次に、本発明の熱電変換材料の製造方法について説明する。本発明の熱電変換材料の製造方法は、InSbよりも融点の高い材料を用いてコア部を形成するコア部調製工程と、ホットソープ法により上記コア部をInSbで被覆しシェル部を形成し、コアシェル型ナノ粒子を形成するシェル部調製工程と、上記シェル部に付着する有機物を除去する除去工程と、上記有機物を除去したコアシェル型ナノ粒子を圧縮成形する圧縮成形工程と、を有することを特徴とするものである。
D. Next, the manufacturing method of the thermoelectric conversion material of this invention is demonstrated. The method for producing a thermoelectric conversion material of the present invention includes a core part preparation step in which a core part is formed using a material having a melting point higher than InSb, and the core part is coated with InSb by a hot soap method to form a shell part. A shell part preparation step for forming core-shell type nanoparticles, a removal step for removing organic substances adhering to the shell part, and a compression molding step for compression molding the core-shell type nanoparticles from which the organic substances have been removed. It is what.

本発明においては、上記工程を行うことにより、高い熱電変換の性能を示し、量産性に優れた熱電変換材料を得ることができる。   In this invention, by performing the said process, the thermoelectric conversion material which shows the performance of high thermoelectric conversion and was excellent in mass productivity can be obtained.

また、本発明において、コア部調製工程およびシェル部調製工程については、上記「A.コアシェル型ナノ粒子(4)コアシェル型ナノ粒子の製造方法」に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。コア部調製工程およびシェル部調製工程を行うことによって、上述したコアシェル型ナノ粒子が得られる。
以下、本発明における除去工程および圧縮成形工程について説明する。
In the present invention, the core part preparation step and the shell part preparation step are the same as those described in “A. Core-shell type nanoparticles (4) Method for producing core-shell type nanoparticles” above. Description is omitted. By performing the core part preparation step and the shell part preparation step, the core-shell type nanoparticles described above are obtained.
Hereinafter, the removal process and the compression molding process in the present invention will be described.

1.除去工程
本発明における除去工程は、上述したシェル部調製工程後に残存する有機物を除去する工程である。
1. Removal Step The removal step in the present invention is a step of removing organic substances remaining after the shell part preparation step described above.

上記シェル部調製工程にて形成されたコアシェル型ナノ粒子は、上述したように分散剤と分離した後も、分散剤、有機溶剤、コア部前駆体およびシェル部前駆体に用いる有機金属化合物に由来する有機物質、有機溶媒、添加剤などが付着している場合がある。本工程は、このような残存する有機物質や分散剤などの有機物を除去するために行われるのである。   The core-shell type nanoparticles formed in the shell part preparation step are derived from the organometallic compound used for the dispersant, the organic solvent, the core part precursor, and the shell part precursor even after separating from the dispersant as described above. Organic substances, organic solvents, additives, etc. may adhere. This step is performed in order to remove such remaining organic substances and organic substances such as a dispersant.

本工程においては、このような有機物を熱分解して除去することができる。加熱温度、加熱時間、圧力などの反応条件としては、上記有機物が分解除去される条件であれば特に限定されるものではない。この反応条件は、例えば示差熱分析(DTA)などを用いて決定することができる。通常は窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中、もしくは減圧雰囲気にして行う。   In this step, such an organic substance can be removed by thermal decomposition. Reaction conditions such as heating temperature, heating time, and pressure are not particularly limited as long as the organic substances are decomposed and removed. This reaction condition can be determined using, for example, differential thermal analysis (DTA). Usually, it is performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, or in a reduced pressure atmosphere.

2.圧縮成型工程
次に、本発明における圧縮成型工程について説明する。本発明における圧縮成型工程は、有機物を除去したコアシェル型ナノ粒子を圧縮成型する工程である。
2. Next, the compression molding process in the present invention will be described. The compression molding step in the present invention is a step of compression molding core-shell nanoparticles from which organic substances have been removed.

上記コアシェル型ナノ粒子を圧縮成型する方法としては、隣接するコアシェル型ナノ粒子のシェル部のみを結合させることができる方法であれば特に限定されるものではなく、例えばホットプレス法や放電プラズマ焼結法等が挙げられる。   The method for compression molding the core-shell type nanoparticles is not particularly limited as long as it is a method capable of bonding only the shell portions of the adjacent core-shell type nanoparticles, for example, hot press method or discharge plasma sintering. Law.

また、コアシェル型ナノ粒子を圧縮成型する際の温度としては、シェル部の構成材料を溶融、結合することができる温度であれば特に限定されるものではないが、中でも、隣接するコアシェル型ナノ粒子のシェル部を、界面が形成されないように結合することができる温度であることが好ましい。また、コア部の構成材料の融点は、シェル部の構成材料であるInSbの融点に比べて高いものであるが、本発明においては、上記圧縮成形する際の温度が、InSbの融点以上、コア部の構成材料の融点以下であることが好ましい。このような温度範囲で圧縮成形を行うことによって、シェル部は溶融し互いに結合するが、コア部は溶融せず結晶性を維持することができ、コア部とシェル部(結合シェル部)とが相分離した熱電変換材料を得ることができるからである。また、構成材料の融点等は、後述する圧力条件によって変化するため、温度条件および圧力条件を考慮して圧縮成形することが好ましい。   The temperature at which the core-shell type nanoparticles are compression molded is not particularly limited as long as it is a temperature that can melt and bond the constituent materials of the shell part. The shell part is preferably at a temperature at which the shell part can be bonded so that no interface is formed. Further, the melting point of the constituent material of the core part is higher than the melting point of InSb, which is the constituent material of the shell part. In the present invention, the temperature during the compression molding is equal to or higher than the melting point of InSb. It is preferable that it is below the melting point of the constituent material of the part. By performing compression molding in such a temperature range, the shell portion melts and bonds to each other, but the core portion does not melt and can maintain crystallinity, and the core portion and the shell portion (bonded shell portion) are separated. This is because a phase-separated thermoelectric conversion material can be obtained. In addition, since the melting point and the like of the constituent material vary depending on the pressure condition described later, it is preferable to perform compression molding in consideration of the temperature condition and the pressure condition.

また、コアシェル型ナノ粒子を圧縮成型する際の圧力としては、シェル部の構成材料を溶融、結合することができる圧力であれば特に限定されるものではないが、中でも、隣接するコアシェル型ナノ粒子のシェル部を、界面が形成されないように結合することができる圧力であることが好ましい。   Further, the pressure at the time of compression molding the core-shell type nanoparticles is not particularly limited as long as it is a pressure capable of melting and bonding the constituent materials of the shell part. It is preferable that the pressure is such that the shell portions can be bonded so that no interface is formed.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

以下、本発明について実施例を用いて具体的に説明する。
[実施例1]
(コア部微粒子の形成)
次に示す反応液を用いた液相法により、粒径が約4nmのMo微粒子を合成した。
分散剤:ヘキサデシルアミン(関東化学(株)製) 0.5g
有機溶剤:ジフェニルエーテル(関東化学(株)製) 32g
前駆体:モリブデンヘキサカルボニル(関東化学(株)製) 2g
上記の分散剤、有機溶剤および前駆体をフラスコ内で混合し、フラスコ内をアルゴンガス雰囲気に置換した後に250℃まで昇温し、この温度にて2.5時間保持した。その後、反応液を空冷し、60℃まで冷却したところでメタノールを40ml添加した。遠心分離によって黒色沈殿物を反応液から分離した後、クロロホルムに再溶解した後にメタノールを添加して再沈殿させ、黒色粉体を得た。得られた黒色粉体は、透過型電子顕微鏡(TEM)観察により、粒径が約4nmの球状であることが観察された。また、X線回折(XRD)測定により、Moの結晶構造を形成していることを確認した。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
[Example 1]
(Formation of core particles)
Mo fine particles having a particle size of about 4 nm were synthesized by the liquid phase method using the reaction solution shown below.
Dispersant: Hexadecylamine (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) 0.5 g
Organic solvent: Diphenyl ether (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) 32 g
Precursor: Molybdenum hexacarbonyl (Kanto Chemical Co., Ltd.) 2g
The above dispersant, organic solvent, and precursor were mixed in a flask, the inside of the flask was replaced with an argon gas atmosphere, the temperature was raised to 250 ° C., and this temperature was maintained for 2.5 hours. Thereafter, the reaction solution was air-cooled, and after cooling to 60 ° C., 40 ml of methanol was added. After the black precipitate was separated from the reaction solution by centrifugation, it was redissolved in chloroform and then reprecipitated by adding methanol to obtain a black powder. The obtained black powder was observed to be spherical with a particle size of about 4 nm by observation with a transmission electron microscope (TEM). Further, it was confirmed by X-ray diffraction (XRD) measurement that a Mo crystal structure was formed.

(シェル部によるコア部の被覆)
ホットソープ法の反応場を、下記の分散剤および有機溶剤にて構成した。
分散剤:1,2−ヘキサデカンジオール(ALDRICH製) 1.2g
オレイン酸(関東化学(株)製) 0.76g
ヘキサデシルアミン(関東化学(株)製) 18g
上記の分散剤をフラスコ内で混合し、このフラスコ内に上記Mo微粒子0.05gを添加し、フラスコ内をアルゴンガス雰囲気に置換した後に300℃まで昇温した。
次に、シェル部前駆体液を下記の化合物にて構成した。
前駆体:ブトキシSb(アヅマックス(株)製) 0.12g
インジウムアセチルアセトナート(ALDRICH製) 0.2g
分散剤:オクチルアミン(東京化成工業(株)製) 0.3g
有機溶媒:ジクロロベンゼン(関東化学(株)製) 1.0g
上記の前駆体、分散剤および有機溶媒を別の容器内で混合し、溶解した後に、300℃に昇温したフラスコ内に、シリンジを用いて15分かけて滴下した。
上記シェル部前駆体の注入後、温度を300℃で20分間保持した。その後、反応液を空冷し、60℃まで冷却したところでエタノールを50ml添加した。遠心分離によって黒色沈殿物を反応液から分離した後、クロロホルム/エタノール=1/2(体積比)の混合溶媒で洗浄し、黒色粉体を得た。得られた黒色粉体は、透過型電子顕微鏡(TEM)観察により、粒径が約6nmの球状であることが観察された。また、X線回折(XRD)測定により、MoとInSbの結晶構造を形成していることから、Moをコア部、InSbをシェル部としたコアシェル型ナノ粒子が作製されたことを確認した。
(Coating of core part by shell part)
The reaction field of the hot soap method was composed of the following dispersant and organic solvent.
Dispersant: 1,2-hexadecanediol (manufactured by ALDRICH) 1.2 g
Oleic acid (Kanto Chemical Co., Ltd.) 0.76g
Hexadecylamine (Kanto Chemical Co., Ltd.) 18g
The above dispersant was mixed in a flask, 0.05 g of the Mo fine particles were added to the flask, the inside of the flask was replaced with an argon gas atmosphere, and the temperature was raised to 300 ° C.
Next, the shell portion precursor liquid was composed of the following compounds.
Precursor: Butoxy Sb (manufactured by Amax Co., Ltd.) 0.12 g
Indium acetylacetonate (manufactured by ALDRICH) 0.2g
Dispersant: Octylamine (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 0.3g
Organic solvent: dichlorobenzene (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) 1.0 g
The precursor, dispersant and organic solvent were mixed and dissolved in another container, and then dropped into the flask heated to 300 ° C. over 15 minutes using a syringe.
After the injection of the shell part precursor, the temperature was maintained at 300 ° C. for 20 minutes. Thereafter, the reaction solution was air-cooled, and after cooling to 60 ° C., 50 ml of ethanol was added. The black precipitate was separated from the reaction solution by centrifugation and then washed with a mixed solvent of chloroform / ethanol = 1/2 (volume ratio) to obtain a black powder. The obtained black powder was observed to be spherical with a particle size of about 6 nm by observation with a transmission electron microscope (TEM). Moreover, since the crystal structure of Mo and InSb was formed by X-ray diffraction (XRD) measurement, it was confirmed that core-shell type nanoparticles having Mo as a core part and InSb as a shell part were produced.

(有機物の除去)
上記黒色粉体を減圧雰囲気において300℃で2時間保持し、残存する有機物を除去した。
(Removal of organic matter)
The black powder was held at 300 ° C. for 2 hours in a reduced-pressure atmosphere to remove remaining organic substances.

(圧縮成型)
上記の有機物を除去した黒色粉体を、所定の形状のダイス中に入れ、ホットプレス法により成型を行い、コアシェル構造体を得た。ホットプレスの条件は、温度350℃、圧力630MPa、真空雰囲気、2時間である。成型後のコアシェル構造体の外観は、銀黒色固体であった。
(Compression molding)
The black powder from which the organic matter was removed was put in a die having a predetermined shape and molded by a hot press method to obtain a core-shell structure. The hot pressing conditions are a temperature of 350 ° C., a pressure of 630 MPa, a vacuum atmosphere, and 2 hours. The appearance of the core-shell structure after molding was a silver black solid.

[実施例2]
(コア部微粒子の形成)
次に示す反応液を用いた液相法により、短径が約3nm、長径が10〜20nmのロッド状のZnS微粒子を合成した。
分散剤:ヘキサデシルアミン(関東化学(株)製) 18g
前駆体:ジエチルジチオカルバミックアシッドジンクソルト
(東京化成工業(株)製) 0.3g
上記の分散剤および前駆体をフラスコ内で混合し、フラスコ内をアルゴンガス雰囲気に置換した後に200℃まで昇温し、この温度にて0.5時間保持した。その後、反応液を空冷し、60℃まで冷却したところでエタノールを40ml添加した。遠心分離によって黒色沈殿物を反応液から分離した後、クロロホルムに再溶解した後にエタノールを添加して再沈殿させ、黒色粉体を得た。得られた黒色粉体は、透過型電子顕微鏡(TEM)観察により、短径が約3nm、長径が10〜20nmのロッド状であることが観察された。また、X線回折(XRD)測定により、ZnSの結晶構造を形成していることを確認した。
[Example 2]
(Formation of core particles)
Rod-shaped ZnS fine particles having a minor axis of about 3 nm and a major axis of 10 to 20 nm were synthesized by a liquid phase method using the following reaction solution.
Dispersant: Hexadecylamine (Kanto Chemical Co., Ltd.) 18g
Precursor: diethyldithiocarbamic acid ginxolt (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 0.3 g
The above dispersant and precursor were mixed in the flask, the inside of the flask was replaced with an argon gas atmosphere, the temperature was raised to 200 ° C., and this temperature was maintained for 0.5 hour. Thereafter, the reaction solution was air-cooled, and after cooling to 60 ° C., 40 ml of ethanol was added. After the black precipitate was separated from the reaction solution by centrifugation, it was redissolved in chloroform and then reprecipitated by adding ethanol to obtain a black powder. The obtained black powder was observed by a transmission electron microscope (TEM) to be rod-shaped having a minor axis of about 3 nm and a major axis of 10 to 20 nm. Further, it was confirmed by X-ray diffraction (XRD) measurement that a ZnS crystal structure was formed.

(シェル部によるコア部の被覆)
ホットソープ法の反応場を、下記の分散剤および有機溶剤にて構成した。
分散剤:1,2−ヘキサデカンジオール(ALDRICH製) 1.2g
オレイン酸(関東化学(株)製) 0.4g
ヘキサデシルアミン(関東化学(株)製) 18g
上記の分散剤をフラスコ内で混合し、このフラスコ内に上記ZnS微粒子0.1gを添加し、フラスコ内をアルゴンガス雰囲気に置換した後に300℃まで昇温した。
次に、シェル部前駆体液を下記の化合物にて構成した。
前駆体:ブトキシSb(アヅマックス(株)製) 0.12g
インジウムアセチルアセトナート(ALDRICH製) 0.2g
分散剤:オクチルアミン(東京化成工業(株)製) 0.3g
有機溶媒:ジクロロベンゼン(関東化学(株)製) 1.0g
上記の前駆体、分散剤および有機溶媒を別の容器内で混合し、溶解した後に、300℃に昇温したフラスコ内に、シリンジを用いて15分かけて滴下した。
上記シェル部前駆体の注入後、温度を300℃で20分間保持した。その後、反応液を空冷し、60℃まで冷却したところでエタノールを50ml添加した。遠心分離によって黒色沈殿物を反応液から分離した後、クロロホルム/エタノール=1/2(体積比)の混合溶媒で洗浄し、黒色粉体を得た。得られた黒色粉体は、透過型電子顕微鏡(TEM)観察により、粒径が約6nmの球状であることが観察された。また、X線回折(XRD)測定により、ZnSとInSbの結晶構造を形成していることから、ZnSをコア部、InSbをシェル部としたコアシェル型ナノ粒子が作製されたことを確認した。
(Coating of core part by shell part)
The reaction field of the hot soap method was composed of the following dispersant and organic solvent.
Dispersant: 1,2-hexadecanediol (manufactured by ALDRICH) 1.2 g
Oleic acid (Kanto Chemical Co., Ltd.) 0.4g
Hexadecylamine (Kanto Chemical Co., Ltd.) 18g
The above dispersant was mixed in a flask, 0.1 g of the ZnS fine particles were added to the flask, and the atmosphere in the flask was replaced with an argon gas atmosphere.
Next, the shell portion precursor liquid was composed of the following compounds.
Precursor: Butoxy Sb (manufactured by Amax Co., Ltd.) 0.12 g
Indium acetylacetonate (manufactured by ALDRICH) 0.2g
Dispersant: Octylamine (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 0.3g
Organic solvent: dichlorobenzene (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) 1.0 g
The precursor, dispersant and organic solvent were mixed and dissolved in another container, and then dropped into the flask heated to 300 ° C. over 15 minutes using a syringe.
After the injection of the shell part precursor, the temperature was maintained at 300 ° C. for 20 minutes. Thereafter, the reaction solution was air-cooled, and after cooling to 60 ° C., 50 ml of ethanol was added. The black precipitate was separated from the reaction solution by centrifugation and then washed with a mixed solvent of chloroform / ethanol = 1/2 (volume ratio) to obtain a black powder. The obtained black powder was observed to be spherical with a particle size of about 6 nm by observation with a transmission electron microscope (TEM). Moreover, since the crystal structure of ZnS and InSb was formed by X-ray diffraction (XRD) measurement, it was confirmed that core-shell type nanoparticles having ZnS as a core part and InSb as a shell part were produced.

(有機物の除去)
上記黒色粉体を減圧雰囲気において300℃で2時間保持し、残存する有機物を除去した。
(Removal of organic matter)
The black powder was held at 300 ° C. for 2 hours in a reduced-pressure atmosphere to remove remaining organic substances.

(圧縮成型)
上記の有機物を除去した黒色粉体を、所定の形状のダイス中に入れ、ホットプレス法により成型を行い、コアシェル構造体を得た。ホットプレスの条件は、温度350℃、圧力630MPa、真空雰囲気、2時間である。成型後のコアシェル構造体の外観は、銀黒色固体であった。
(Compression molding)
The black powder from which the organic matter was removed was put in a die having a predetermined shape and molded by a hot press method to obtain a core-shell structure. The hot pressing conditions are a temperature of 350 ° C., a pressure of 630 MPa, a vacuum atmosphere, and 2 hours. The appearance of the core-shell structure after molding was a silver black solid.

[比較例]
(微粒子の形成)
上述した実施例1において、Mo微粒子を添加しなかった以外は、実施例と同様にして微粒子を作製したところ、InSbからなる微粒子が得られた。このInSb微粒子の外観は黒色粉体であった。また、この黒色粉体は、透過型電子顕微鏡(TEM)観察により、粒径が約10nmの球状であることが観察された。
(有機物の除去)
上記黒色粉体を減圧雰囲気において300℃で2時間保持し、残存する有機物を除去した。
(圧縮成型)
上記の有機物を除去した黒色粉体を、所定の形状のダイス中に入れ、ホットプレス法により成型を行った。ホットプレスの条件は、温度350℃、圧力630MPa、真空雰囲気、2時間である。成型後の外観は、銀黒色固体であった。
[Comparative example]
(Formation of fine particles)
In Example 1 described above, except that the Mo fine particles were not added, the fine particles were produced in the same manner as in the Example. As a result, fine particles composed of InSb were obtained. The appearance of the InSb fine particles was a black powder. The black powder was observed to be spherical with a particle size of about 10 nm by observation with a transmission electron microscope (TEM).
(Removal of organic matter)
The black powder was held at 300 ° C. for 2 hours in a reduced-pressure atmosphere to remove remaining organic substances.
(Compression molding)
The black powder from which the organic matter was removed was placed in a die having a predetermined shape and molded by a hot press method. The hot pressing conditions are a temperature of 350 ° C., a pressure of 630 MPa, a vacuum atmosphere, and 2 hours. The appearance after molding was a silver black solid.

[評価]
(熱電変換性能の比較)
実施例1、2および比較例にて得られた銀黒色固体を、それぞれ0.5mm×0.5mm×3mmの直方体に100個ずつ切り出した。次に、図6に示すように切り出した銀黒色固体22を配置し、熱電変換素子21を作製した。なお、図6では銀黒色固体22が10個の場合を記載しているが、中心部8個と同様の配置を繰り返すことで、100個の銀黒色固体22をつないで配置するものとする。ここで、アルミナ基板23は厚さ1mmで、切り出した銀黒色固体22は直列に銅線24でつないでいる。また、25は昇圧回路を組み込んだ発光ダイオードである。この熱電素子を作製する際には、銀黒色固体および銅線は、必要に応じてハンダづけしてもよい。また、アルミナ基板および銀黒色固体は、必要に応じて銀等の金属等でろうづけしてもよい。室温が300Kの部屋においてアルミナ基板側に500Kの熱を供給したところ、比較例の銀黒色固体で構成される熱電変換素子よりも、実施例1または2の銀黒色固体で構成される熱電変換素子の方が、発光ダイオードが明るく光った。
[Evaluation]
(Comparison of thermoelectric conversion performance)
100 silver-black solids obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example were cut into cuboids each having a size of 0.5 mm × 0.5 mm × 3 mm. Next, as shown in FIG. 6, the cut out silver-black solid 22 was arranged to produce a thermoelectric conversion element 21. In addition, although the case where the number of the silver black solids 22 is 10 is described in FIG. 6, it is assumed that 100 silver black solids 22 are connected and arranged by repeating the same arrangement as the eight central parts. Here, the alumina substrate 23 is 1 mm thick, and the cut-out silver-black solid 22 is connected in series with a copper wire 24. Reference numeral 25 denotes a light emitting diode incorporating a booster circuit. In producing this thermoelectric element, the silver black solid and the copper wire may be soldered as necessary. Moreover, you may braze an alumina substrate and silver black solid with metals, such as silver, as needed. When 500 K of heat is supplied to the alumina substrate in a room with a room temperature of 300 K, the thermoelectric conversion element composed of the silver black solid of Example 1 or 2 rather than the thermoelectric conversion element composed of the silver black solid of the comparative example The light emitting diode shined brighter.

本発明のコアシェル型ナノ粒子の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the core-shell type nanoparticle of this invention. 本発明のコアシェル型ナノ粒子の一例を示すTEM写真である。It is a TEM photograph which shows an example of the core-shell type nanoparticle of this invention. 本発明に用いられるコアシェル構造体の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the core-shell structure used for this invention. 結合シェル部を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a coupling shell part. コア部およびシェル部(結合シェル部)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a core part and a shell part (joining shell part). 本発明の熱電変換材料を用いた熱電変換素子の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the thermoelectric conversion element using the thermoelectric conversion material of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 … コア部
2 … シェル部
3 … コアシェル型ナノ粒子
4 … 結合シェル部
5 … コアシェル構造体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Core part 2 ... Shell part 3 ... Core-shell type nanoparticle 4 ... Bonding shell part 5 ... Core-shell structure

Claims (5)

コア部と、前記コア部を被覆するシェル部とを有するコアシェル型ナノ粒子であって、前記シェル部の構成材料がInSbであり、前記コア部の構成材料の融点が、前記シェル部の構成材料であるInSbよりも高いことを特徴とするコアシェル型ナノ粒子。   Core-shell type nanoparticles having a core part and a shell part covering the core part, wherein the constituent material of the shell part is InSb, and the melting point of the constituent material of the core part is the constituent material of the shell part A core-shell type nanoparticle characterized by being higher than InSb. 前記シェル部と前記コア部とが相分離していることを特徴とする請求項1に記載のコアシェル型ナノ粒子。   The core-shell type nanoparticles according to claim 1, wherein the shell part and the core part are phase-separated. 請求項1または請求項2に記載のコアシェル型ナノ粒子と、分散媒とを含有することを特徴とするコアシェル型ナノ粒子分散液。   A core-shell nanoparticle dispersion liquid comprising the core-shell nanoparticle according to claim 1 or 2 and a dispersion medium. 複数のコア部と、前記コア部を被覆する結合シェル部とを有するコアシェル構造体で構成される熱電変換材料であって、前記複数のコア部は互いに独立し、前記結合シェル部は連続し、さらに、前記結合シェル部の構成材料がInSbであり、前記コア部の構成材料の融点が、前記結合シェル部の構成材料であるInSbよりも高いことを特徴とする熱電変換材料。   A thermoelectric conversion material composed of a core-shell structure having a plurality of core parts and a coupling shell part covering the core part, wherein the plurality of core parts are independent from each other, and the coupling shell part is continuous, Further, the thermoelectric conversion material is characterized in that the constituent material of the joint shell portion is InSb, and the melting point of the constituent material of the core portion is higher than InSb which is the constituent material of the joint shell portion. InSbよりも融点の高い材料を用いてコア部を形成するコア部調製工程と、ホットソープ法により前記コア部をInSbで被覆しシェル部を形成し、コアシェル型ナノ粒子を形成するシェル部調製工程と、前記シェル部に付着する有機物を除去する除去工程と、前記有機物を除去したコアシェル型ナノ粒子を圧縮成形する圧縮成形工程と、を有することを特徴とする熱電変換材料の製造方法。



A core part preparing step for forming a core part using a material having a melting point higher than that of InSb, and a shell part preparing process for forming core-shell nanoparticles by coating the core part with InSb by a hot soap method to form a shell part. And a removal step of removing the organic matter adhering to the shell portion, and a compression molding step of compression-molding the core-shell type nanoparticles from which the organic matter has been removed.



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