JP2009530497A - コーティングされたナノ粒子、特にコア−シェル構造のコーティングされたナノ粒子 - Google Patents
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Abstract
Description
‐特に熱伝導の制御に関連したプロセスの柔軟性の無さ、厳しさ、及び、製造プラントにおける柔軟性の無さによるもの、そして、
‐マトリクスの成分に対するナノ粒子の化学的な脆弱性によるものである。
3HCONMe2 + 2AuCl4 − + 3H2O
→ 2Au0 + 3Me2NCOOH + 6H+ + 8Cl−
a)該ナノ粒子のコアを構成する固体ナノ粒子を作製する;
b)任意で、コアを構成する該固体ナノ粒子のそれぞれを表面機能化するか、または、無機物質で構成された固体エンベロープで取り囲む。これによって、表面機能化されたまたはコア‐シェル構造のナノ粒子が得られる;
c)該ナノ粒子を好ましくは耐熱性の無孔質金属酸化物でコーティングする;
d)任意で、好ましくは耐熱性の無孔質金属酸化物による更なる追加のコーティング段階を実施する。
‐ 大気温度から450℃に5℃/分の加熱率で上昇
‐ 450℃のレベルを3時間維持
‐ 450℃から650℃に5℃/分の加熱率で上昇
‐ 650℃のレベルを5時間維持
‐ 5℃/分の冷却率で大気温度に戻す。
‐ 前駆体(例えばジルコニウム前駆体)のモル濃度: 0.1M
‐ 有機酸のモル濃度: 0.016M
‐ 有機酸の炭素鎖の長さ: C18(つまり、炭素骨格中に18炭素原子)
‐ 合成媒体中に存在する水全体のモル濃度: 0.42M
‐ 合成温度: 大気温度
‐ 450℃で3時間の加熱段階。大気温度から450℃への移行は、5℃/分の加熱率で行われる。この段階は、全ての有機残留物の除去を可能にする。
‐ 650℃で5時間の加熱段階。450℃から650℃への移行は、5℃/分の加熱率で行われる。この段階は、ジルコニアビードを高密度化することを可能にする。
‐ 5℃/分の冷却率で大気温度に戻す。
a)何ら保護無しで、Y2O3:Euナノ粒子を融解ガラス内に取り込ませる。つまり、Y2O3:Euナノ粒子は本発明によるZrO2ビード内にコーティングされていない。
b)ガラス内に取り込まれたY2O3:Euナノ粒子は、直径数百ナノメートル(具体的には100nmから2000nm)のZrO2ビード内にコーティングされている。
c)ガラス内に取り込まれたY2O3:Euナノ粒子は、略10nmのサイズのZrO2ビード内にコーティングされている。
‐ 450℃で3時間の加熱段階。大気温度から450℃への移行は、5℃/分の加熱率で行われる。この段階は、全ての有機残留物の除去を可能にする。
‐ 750℃で5時間の加熱段階。450℃から750℃への移行は、5℃/分の加熱率で行われる。この段階は、ジルコニアビードの高密度化を可能にする。
‐ 5℃/分の冷却率で大気温度に戻す。
2 シェル
3 ナノ粒子
4 (耐熱性)無孔質酸化物
Claims (46)
- 固体コアのみを備えたコア構造の、または、無機物質から構成された固体エンベロープまたはシェルによって取り囲まれた固体コアを備えたコア‐シェル構造の、凝集していない固体ナノ粒子を少なくとも二つ備えたビードであって、前記ナノ粒子が無孔質金属酸化物でコーティングされている、ビード。
- 前記ナノ粒子が、OH基等の化学官能基が表面上に備えられたコア構造のナノ粒子である、請求項1に記載のビード。
- 前記コア‐シェル構造のナノ粒子の平均サイズが、1から100nm、好ましくは2から50nm、更に好ましくは5から20nm、より良くは5から10nmである、請求項1に記載のビード。
- 前記コア構造または前記コア‐シェル構造のナノ粒子のコアの平均サイズが、1から50nm、好ましくは2から20nm、更に好ましくは5から15nm、より良くは2から10nmである、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のビード。
- 前記コア‐シェル構造のナノ粒子のエンベロープの平均厚さが、1から10nm、好ましくは1から5nm、更に好ましくは1から2nmである、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のビード。
- 前記ナノ粒子が、球形、ラミラ形状、繊維形状、チューブ形状、多面体形状、または、ランダムな形状を有する、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のビード。
- 前記ナノ粒子のコアが少なくとも一種の金属から主に構成されている、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のビード。
- 前記ナノ粒子のコアが、80重量%の少なくとも一種の金属から、好ましくは90重量%、更に好ましくは100重量%の少なくとも一種の金属から構成されている、請求項7に記載のビード。
- 前記ナノ粒子のコアを主に構成する金属が、アルミニウムと、周期表の3から16族の原子数が13から82の範囲の原子と、それらの合金とから選択されている、請求項7または請求項8のいずれかに記載のビード。
- 前記ナノ粒子のコアが、二種以上の前記金属及び/又はそれらの合金の混合物から構成されている、請求項9に記載のビード。
- 前記ナノ粒子のコアが複数の領域から構成されたコンポジットコアであり、隣接する前記領域が異なる金属、合金、または混合物から構成されている、請求項7から請求項10のいずれか一項に記載のビード。
- 前記ナノ粒子のコンポジットコアが内部コアまたは核を備えた多層コンポジットコアであり、
前記内部コアまたは核が、一種の金属、合金、または、金属混合物から構成されていて、前記内部コアまたは核を構成しているものとは異なる一種の金属、合金、または、金属混合物の第一の層で少なくとも部分的に覆われていて、任意で、一つ以上の他の層を備え、該一つ以上の他の層のそれぞれがそれ以前の層を少なくとも部分的に覆い、該一つ以上の他の層のそれぞれがその前後の層とは異なる一種の金属、合金、または、金属混合物から構成されている、請求項11に記載のビード。 - 前記ナノ粒子のコアが必然的な不純物及び安定剤を更に含む、請求項7から請求項12のいずれか一項に記載のビード。
- 前記ナノ粒子のコアが金属酸化物を更に含む、請求項7から請求項13のいずれか一項に記載のビード。
- 前記ナノ粒子のコアを主に構成する金属が、遷移金属、貴金属、希土類金属、これらの合金及び混合物から選択されている、請求項7から請求項14のいずれか一項に記載のビード。
- 前記ナノ粒子のコアを主に構成する金属が、アルミニウム、銅、銀、金、インジウム、鉄、プラチナ、ニッケル、モリブデン、チタン、タングステン、アンチモン、パラジウム、亜鉛、錫、ユウロピウム、これらの合金及び混合物から選択されている、請求項7から請求項15のいずれか一項に記載のビード。
- 前記ナノ粒子のコアを主に構成する金属が、金、銅、銀、パラジウム、プラチナ、これらの合金及び混合物から選択されている、請求項7から請求項16のいずれか一項に記載のビード。
- 前記金属が金である、請求項17に記載のビード。
- 前記コアが、物理的及び化学的性質を変更する処理によって表面修飾されている、請求項1から請求項18のいずれか一項に記載のビード。
- 前記ナノ粒子のコアが、例えば遷移金属または希土類または半導体の金属酸化物、金属硫化物、セレン化物、または、リン化物から主に構成されている、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のビード。
- 前記コア‐シェル構造のナノ粒子のエンベロープを構成する無機物質が、単純なまたは化合物の金属酸化物、及び/又は、有機金属ポリマーから構成された物質から選択されている、請求項1から請求項20のいずれか一項に記載のビード。
- 前記金属酸化物が、シリコン、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、亜鉛、ホウ素、リチウム、マグネシウム、ナトリウム、セシウムの酸化物、それらの混合酸化物、それらの酸化物及び混合酸化物の混合物から選択されている、請求項21に記載のビード。
- 前記金属酸化物が、シリカ、チタン酸化物、アルミナ、ジルコニウム酸化物、イットリウム酸化物から選択されている、請求項22に記載のビード。
- 前記コア‐シェル構造のナノ粒子のそれぞれのエンベロープが、1から10nm、好ましくは1から5nm、更に好ましくは1から2nmの厚さを有し、前記コアが、1から50nm、好ましくは2から20nm、更に好ましくは5から15nm、より良くは2から10nmのサイズを有する、請求項1から請求項23のいずれか一項に記載のビード。
- 前記ナノ粒子のエンベロープを構成する無機物質が、ゾル‐ゲル法によって得ることができる有機金属ポリマー及び金属酸化物等の無機物質から選択されている、請求項1から請求項24のいずれか一項に記載のビード。
- 前記無孔質金属酸化物が、シリコン、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、亜鉛の酸化物、それらの混合酸化物、それらの酸化物及び混合酸化物の混合物から選択されている、請求項1から請求項25のいずれか一項に記載のビード。
- 前記無孔質金属酸化物が、ゾル‐ゲル法によって得ることができる酸化物から選択されている、請求項1から請求項26のいずれか一項に記載のビード。
- 前記無孔質金属酸化物が、該ビードの直径が50から3000nm、好ましくは100から2000nm、更に好ましくは200から900nm、より良くは300から600nm、更に良くは400から500nmとなるような厚さを有する、請求項1から請求項27のいずれか一項に記載のビード。
- 無孔質金属酸化物でコーティングされた2から10個のナノ粒子から構成された請求項1から請求項28のいずれか一項に記載のビード。
- 前記無孔質金属酸化物が耐熱性酸化物である、請求項1から請求項29のいずれか一項に記載のビード。
- 固体金属コアのみを備えたコア構造の、または、無機物質から構成された固体エンベロープまたはシェルによって取り囲まれた固体金属コアを備えたコア‐シェル構造の固体ナノ粒子を一つ以上備えたビードであって、前記ナノ粒子が無孔質金増酸化物でコーティングされていて、該ビードが前記コア構造のナノ粒子を一つのみ含む場合には前記無孔質金属酸化物はシリカではなく、該ビードが複数のナノ粒子を含む場合には該複数のナノ粒子が凝集していない、ビード。
- 請求項1から請求項31のいずれか一項に記載のコアビードを含有するコア‐シェル構造のビードであって、該コアビードが無孔質金属酸化物から構成された固体エンベロープまたはシェルによって取り囲まれている、コア‐シェル構造のビード。
- 該コア‐シェル構造のビードのシェルを構成する無孔質金属酸化物が、該コア‐シェル構造のビードのコアを形成するビードのナノ粒子をコーティングする無孔質金属酸化物と異なる、請求項32に記載のコア‐シェル構造のビード。
- 請求項1から請求項33のいずれか一項に記載のビードであって、固体コアを備えたコア構造の、または、固体コア及び無機物質から構成された固体エンベロープを備えたコア‐シェル構造のナノ粒子を一つ以上備えたビードであって、前記ナノ粒子が好ましくは耐熱性の無孔質金属酸化物でコーティングされているビードの作製方法であって、
a)前記ナノ粒子のコアを形成する固体ナノ粒子を作製する段階と、
b)任意で、前記コアを構成する固体ナノ粒子のそれぞれを表面修飾させるか、または、無機物質から構成された固体エンベロープで取り囲むことによって、表面修飾されたまたはコア‐シェル構造のナノ粒子を得る段階と、
c)前記ナノ粒子を好ましくは耐熱性の無孔質金属酸化物でコーティングする段階と、
d)任意で、好ましくは耐熱性の無孔質金属酸化物で追加のコーティングを行う更なる段階とが実施される、方法。 - 前記ナノ粒子が固体金属コアを有し、前記固体エンベロープが金属酸化物から構成される、請求項34に記載の方法。
- 前記段階a)及びb)が段階a1)として同時に行われる、請求項35に記載の方法。
- 前記段階a1)が、ジメチルホルムアミド(DMF)による金等の前記コアを構成する金属塩の還元、及び、同時に行われる前記エンベロープを構成する金属酸化物のアルコラート等の前駆体の加水分解による金属ナノ粒子のコーティングによって行われる、請求項36に記載の方法。
- 前記コア‐シェル構造のナノ粒子が、NaBH4またはNaクエン酸塩等の強力な還元剤による及び/又は希釈媒体中で行うことによる前記コアを構成する金属塩の還元、及び、同時に行われる前記エンベロープを構成する金属酸化物のアルコラート等の前駆体の加水分解による形成された金属ナノ粒子のコーティングによって、作製される、請求項35または請求項36のいずれかに記載の方法。
- 前記段階c)及び任意の段階d)が、好ましくは耐熱性の無孔質金属酸化物のアルコキシド前駆体等の前駆体の加水分解によるゾル‐ゲル法によって行われる、請求項34から請求項38のいずれか一項に記載の方法。
- アルコキシド前駆体等の前記前駆体の加水分解が、例えばブタン及びイソプロパノールから選択された一以上のアルコールから構成された無水アルコール媒体中で、例えば10Cから20Cの長鎖のオレイン酸等の有機酸の存在下で、前記段階a)及びb)または前記段階a1)中に前もって作製された前記コア‐シェル構造のナノ粒子の存在下で行われる、請求項39に記載の方法。
- 任意の前記段階d)の前記無孔質金属酸化物が、前記段階c)の無孔質金属酸化物とは異なる、請求項34から請求項40のいずれか一項に記載の方法。
- 前記段階c)または任意の前記段階d)の後に、100から800℃の温度での1から24時間にわたる熱処理を実施する、請求項34から請求項41のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱処理が、
‐ 5℃/分の加熱率で大気温度から450℃まで上昇させる段階と、
‐ 450℃のレベルを3時間維持する段階と、
‐ 5℃/分の加熱率で450℃から650℃まで上昇させる段階と、
‐ 650℃のレベルを5時間維持する段階と、
‐ 5℃/分の冷却率で大気温度に戻す段階と、を備えた、請求項42に記載の方法。 - 請求項1から請求項33のいずれか一項に記載のビードが、物質の全重量に対して、100から5000、10000または15000ppm、好ましくは2000から4000ppmのレベルで取り込まれている、物質。
- 該物質がガラス、結晶、セラミック、ポリマーから選択されている、請求項44に記載の物質。
- ガラス等の物質に対して強い着色等の光学的視覚的効果をもたらすための、請求項1から請求項33のいずれか一項に記載のビードの使用。
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