JP2011508080A - 金属ナノ粒子の製造方法 - Google Patents

Abstract

（ａ）所望のナノ粒子の組成を有する第一の金属と第二の金属との液体溶融体を形成するステップ；（ｂ）その溶融体を冷却して固体を形成するステップ；及び（ｃ）その第二の金属を固体から除去し、そしてその第一の金属を含むナノ粒子を形成するステップ、を含む金属ナノ粒子の製造方法を示す。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属ナノ粒子の製造方法に関する。

ナノスケールの粒子は、周知である。それらの特性は、数多くの製品（例えばコーティング、インク、医薬品、治療薬剤、及び化粧品）で、及びマトリクス材料（例えば熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂）中の添加剤として用いられている。材料中の全原子数に対する表面の原子の割合が大きいことに起因して、ナノ粒子は、ユニークな又は有益なサイズ依存の特性を追加的に有することができ、その特性は、同じ組成物のバルクの材料のものとは異なっている。

特に興味のあるものは金属ナノ粒子であり、この金属ナノ粒子を、例えばエレクトロニクス産業での用途のために導電性インク及びコーティングに配合することができる。金属ナノ粒子の製造に関して様々な方法が知られているが、より効率的且つコスト効果のある方法に対して必要性がある。

本発明の方法によれば、第一の金属のナノ粒子は、冷却されて固体を形成する、第一の金属及び第二の金属を含む液体溶融体から製造される。第二の金属を、その固体から選択的に除去して、第一の金属のナノ粒子を形成する。続く任意のステップにおいて、そのナノ粒子を収集して、且つ／又は材料でコーティングして、例えば凝集を防止することができ、且つ／又は液体中での分散性を向上させることができる。

溶融体の成分は、少なくとも二つの異なる金属を含み、これは好ましくは溶液若しくは液体合金を形成し、又は冷却前の溶融液状態及び冷却後の固体状態において、均一に分散する。液体溶融体の状態から冷却すると、固体が得られ、これは、その後、第一金属のナノ粒子を含む粉体を生成するように、第二金属を除去できる。

８０℃未満の温度への冷却が好ましく、より好ましくは５０℃未満、そして最も好ましくは４０℃未満である。冷却ステップは、好ましくは非常に急速に実行され、例えば、１秒当たり１０００℃超の速度で、また好ましくは冷却後に成分の過剰な相分離を防ぐのに十分に速く実行される。一実施態様において、浸出は、冷却後すぐに実行される。

多くの場合において、第二の金属は、浸出剤中で第二の金属を可溶化することによって選択的に固体から除去され、第一金属のナノ粒子を残す。

具体的な実施態様において、溶融体の成分は、銀及びアルミニウムの溶融溶液を形成する。好ましくは、銀は溶融体の８０ｗｔ％未満であり、より好ましくは溶融体の６０ｗｔ％未満、そして最も好ましくは溶融体の５０ｗｔ％未満である。冷却された固体では、アルミニウムが、水酸化物浸出剤水溶液、例えば水酸化ナトリウム又は水酸化カリウム中で可溶化されることにより、選択的に除去され、銀ナノ粒子を残す。

本発明の方法によって作られた銀ナノ粒子の透過型電子顕微鏡写真（ＴＥＭ）である。 特定の浸出時間での、実施例３で示される方法によって作られた銀ナノ粒子の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）である。 特定の浸出時間での、実施例３で示される方法によって作られた銀ナノ粒子の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）である。 特定の浸出時間での、実施例３で示される方法によって作られた銀ナノ粒子の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）である。

本明細書で用いる用語「ナノ粒子」とは、粒子の少なくとも一つの寸法が、サブミクロンであり、且つ／又は粒子の少なくとも一つの特性が、同じ組成のバルクの材料特性と異なる粒子に言及する。本明細書で用いる「ナノパウダー」、「ナノ粒子」、「ナノスケール粒子」、「超微細」又は「サブミクロン」の粉体又は粒子、及び他の同様の用語は、「ナノ粒子」と相互に代替可能である。

この方法によれば、少なくとも二つの金属を含む液体溶融体が、形成される。その成分は、溶融溶液を形成するように（すなわち、金属が均質混合体を形成するように、又は金属が均一分散するように）選択される。金属の組み合わせを、個々の成分の融点と比較して、その組み合わせ体の融点を低くするように選択することができる。例えば、共晶点又は共晶点付近の共晶混合体は、そのいずれかの純粋な金属の融点よりも低い融点を有するであろう。

溶融体は、その後冷却される。十分に低い温度への十分に急速な冷却は、その金属成分を、均質に又は微細構造化した固体状態に凝結させるであろう。十分に低い温度で固体を維持することで、材料構造のさらなる変化を防止又は制限できる。冷却の特定の速度、最終温度、及び最終温度維持時間は、固体の均質性又はナノ材料構造、固体のドメインサイズ及び固体の他の構造特性に影響を与えることができる。

固体の第二の金属は、好ましくは材料構造の進化、例えば相分離が起こりうる前に、固体から優先的に除去される。残留する第一金属は、ナノ粒子、又は所望の組成を有するナノ粒子を含む凝集した粉体の形態を有する。

また、冷却中に形成された固体から最終的には除去される、第二の金属及びあらゆる他の成分を、「マトリクス」材料として言及する場合がある。マトリクス材料は、「浸出剤」と言及される材料中に可溶化することにより、通常は固体から除去される。

溶融体の金属成分としては、元素金属、又は金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、金属ハロゲン化物、金属塩等に由来する金属が挙げられる。その金属は、限定されないが、プラチナ、イリジウム、金、銀、アルミニウム、マグネシウム、パラジウム、プラチナ、ロジウム、ルテニウム、チタン、オスミウム、レニウム、銅、ニッケル、コバルト、鉄、インジウム、スズ、亜鉛、ネオジム、ホウ素、及びこれらの混合物を含む群から選択することができる。

原料は、限定されないが、ペレット、フレーク、若しくは断片を含む多様な形態で入手することができ、又は切断、すり潰し、製粉、若しくはより大きな形態からの他の粉砕をした後に入手することができる。原料の純度は、所望の組成及び最終生成物の純度に応じて、並びに用途に応じて、高く又は低くできる。原料は、結晶形態、半結晶形態又はアモルファス形態で得ることができる。

マトリクス材料（第二の金属）及び浸出剤は、所望のナノ粒子の大幅な除去がない状態で、冷却した固体からマトリクス材料を除去できるように選択される。マトリクス材料の限定されない例は、水酸化物可溶性の金属、例えばアルミニウム、マグネシウム又はカルシウムである。これらの場合において、溶融体を冷却した固体を、適切な液体水酸化物製剤、例えば水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムに露出して、それにより可溶性の金属材料を固体から浸出させる。マトリクス材料の他の限定されない例としては、酸可溶性の固体、例えばマグネシウム、アルミニウム、及び亜鉛（これらは、その後、浸出の目的のため酸性液に露出する）、あるいは、水溶性の塩、例えばＮａＦ、ＫＣｌ又はＭｇＣｌ（これらは、後に水に溶解され、それにより所望のナノ粒子を残す）が挙げられる。

好ましい実施態様において、アルミニウムを、水酸化物可溶性マトリクス材料として選択し、銅を有する銀又は銀単体を、第一の金属として選択する。これは、高い銀含有量を有する銀ナノ粒子を生成するであろう。アルミニウム、銀、及び銅の成分を、ペレットの形態で純度９９．９％超で入手し、その後、処理して、所望の重量比を有する溶融された混合体を形成する。好ましい溶融体組成は、８０ｗｔ％未満、より好ましくは６０ｗｔ％未満、さらにより好ましくは５０ｗｔ％未満の銀である。

所望の量の開始材料を、重量、体積又は所望の成分割合を与える、任意の他の許容できる方法により測定することができる。溶融体形成のための最小の温度は、その正確な組成に依存し、且つそのプロセスの運転圧力及び条件での選択された成分の温度−組成の相図から決定される。動力学的効果も、成分又は溶融体の溶融挙動に影響を与えることができる。

複数の成分を、乾式混合した後、溶融することができ、且つ／又は溶融した後、混合することができる。それら成分を、分離して又はグループ別に、溶融のために容器に導入することができ、又はそれら成分を、すでに溶融した状態で容器中に導入することができる。例えば、操作又は保存の容易性に関して所望の形状又は寸法を得る目的で、この方法の溶融ステップの前に、別個のバッチ又は連続の鋳造ステップで、それら成分を固溶体又は合金に前もって形成することもできる。

溶融体を得るために、容器を任意の公知の手段により、例えば加熱源（例えば熱、放射、赤外放射、電気的手段、電気誘導等）により、所望の溶融温度まで加熱する。この溶融ステップの温度は、Ｔ＞Ｔｍであり、ここでＴｍは、その合金組成物の融点であり、これは合金中の成分に関する相図に従う。

溶融を、バッチプロセス又は連続プロセスとして行うことができる。溶融体を、必要とする限り溶融状態で保つことができ、そしてその成分の良好な分散を確保するために混合してもよい。混合は、機械的攪拌、又は超音波若しくは振動若しくは他のエネルギーの適用、例えば、機械的分散機、機械的ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、振動容器若しくは任意の他の公知の手段又はこれらの組み合わせにより行うことができる。この点において、限定されないが、ローター；ステーター；分散素子；又はスクリュー混合装置から選択される手段が有益である。十分な事前混合ステップを行うならば、溶融体容器中のさらなる混合を必要としない場合がある。一又は複数の成分が望まない化学変化、例えば酸化を受ける場合には、溶融ステップ及び混合ステップを不活性環境中で実行することが望ましいであろう。溶融及びあらゆる混合は、溶融体を溶融温度未満に冷やさないようにして実行するべきである。

溶融体の形成後、溶融した物体を冷却する。典型的には、排他的ではないが、冷却した材料の結果として得られる状態は、固体となるだろう。溶融体よりも顕著に冷たい媒体中又は媒体上に（例えば冷却された固体表面、液体、気体、エアロゾル、又はミスト）、溶融体材料を直接的に浸す又は堆積することによって、バッチプロセス又は連続プロセスで、冷却を実行することができる。例えば、水、アルコール、液体窒素、又は他の極低温液体のような冷却された液体を、用いることができる。冷却後の材料の形態としては、棒、ビーズ、細片、テープ、リボン又は他の固体形状が挙げられる。好ましい実施態様においては、溶融体を、高い熱伝導性及び熱容量を有する冷却した回転ホイール上又は運動プレート上に、直接的に堆積する。好ましい冷却温度は、Ｔ（冷却）＜Ｔ（浸出）である。より具体的には、Ｔ（冷却）は８０℃未満、より好ましくは５０℃未満、さらにより好ましくは４０℃未満である。以下の実施例で示すように、冷却は、液体窒素により内部で冷やされた冷却ホイールを用いて行われている。この場合に、Ｔ（冷却）は、液体窒素の温度に近づく。あるいは、溶融体を、マトリクス材料の除去に関与する又は役立つ液体、ガス、又は他の媒体に直接的に入れて、冷却することができる。

金属溶融体の冷却は、典型的には１０００℃／秒超の冷却速度で行う。１０^６℃／秒のオーダーでのより高い冷却速度で、アモルファスの組成物を得ることができる。冷却された固体は、アモルファスでもよいが、それは必要条件ではない。あるいは、例えばナノメートルスケールの相分離領域を有する固体分散体も、十分となるであろう。さらに、過飽和の非アモルファスの固体状態に冷却した溶融体も、後の浸出に関して適切な固体を与えることができる。

冷却ステップに続いて、マトリクス材料を固体から除去する。化学的若しくは物理的手段、又はこれらの組み合わせにより、マトリクス材料を除去することができる。気相プロセス、液相プロセス、若しくは固相プロセス又はこれらの組み合わせを使用してマトリクス材料を除去することができる。例えば、マトリクスの除去は、限定されないが、昇華、ガスを形成する反応、可溶化、溶解、化学的若しくはプラズマエッチング、サンドブラスト、拡散、磁気若しくは電気泳動、又は任意の他の除去手段のような方法により行うことができる。

好ましい実施態様において、マトリクス材料は、浸出により除去されるが、選択された浸出媒体は、そのマトリクス材料の除去に関して特定のものである。液体の浸出剤が浸出媒体として好ましい。冷却された固体は、特定の温度で、特定の長さの時間、浸出媒体に浸す又は接触することにより浸出する。浸出プロセスは、バッチプロセス又は連続プロセスとすることができ、そして閉じた又は開放した反応器又は容器で実行することができる。浸出プロセスの所望の動力学に応じて、浸出媒体を室温としてもよく、又は冷却若しくは加熱することができる。浸出媒体は、そのプロセスの間に新しくされてもよく、又は補充されてもよい。生成する粉体の純度を改善するために、追加の浸出ステップが、いくつかの金属混合体に対して必要となる場合がある。浸出は、材料の完全な第二の相、例えば実質的に純粋なＡｌマトリクスを完全に除去するだけではなく、例えば材料のＡｇリッチの相からＡｌ含有量を除去することによって、材料の第二の相から金属含有量を除去してもよい。浸出プロセスを、混合、外部エネルギーの適用、及び／又は添加剤の添加を用いて又は用いないで、実施することができる。

浸出媒体の性質は、冷却された材料から浸出させる元素及び化合物に依存する。好ましくは、選ばれた浸出剤が、マトリクス材料の急速な除去を与える。銀−アルミニウム（Ａｇ−Ａｌ）、又は銀−銅−アルミニウム（Ａｇ−Ｃｕ−Ａｌ）混合体の場合に関して（この場合、Ａｌが浸出してＡｇ又はＡｇ−Ｃｕナノ粒子を得る）、適切な浸出剤は、水酸化物水溶液又は酸性水溶液である。最も好ましいものは、ＫＯＨ又はＮａＯＨである。マトリクス材料のほぼ全てが急速に溶解するように、且つ所望の平均粒子サイズを有する粒子が得られるように、浸出濃度、プロセス温度、及び接触時間を選択することができる。好ましい浸出時間は、２４時間未満であり、より好ましくは１２時間未満である。下記の実施例３に示されているように、４５分程度の短い浸出時間、又はさらに短い浸出時間が、いくつかの条件で最適となることができる。浸出温度は、２０℃〜１００℃の間である。水酸化物のアルミニウムに対するモル比は、典型的には５以上：１である。浸出剤に関して水酸化ナトリウムの好ましい濃度は、１０〜５５ｗ／ｗ％の範囲である。

また、ナノパウダー中の浸出可能なマトリクス成分の残留物含有量を、浸出プロセスのパラメーターにより制御することができる。このような方法で、生成する粒子中の浸出可能な成分の量は、ドープした粒子のようなかなりの量から、ごく少量の浸出可能な成分の範囲とすることができる。続く浸出ステップは、生成する粉体が９９％超の非常に高い純度を得る助けとすることができる。浸出露出時間が過度に長い場合、又は浸出剤の濃度が高い場合、若しくは温度が制御されていない場合、その反応は、所望の平均粒子サイズよりも大きい粒子を逆に生成することがある。

マトリクス材料の可溶化に続いて、残留粉体を、任意の適切な分離方法、例えば、ろ過、デカンテーション、遠心分離、又は他の分離方法により、浸出媒体から分離することができる。任意的に、その粉体をすすぎ又は洗浄し、その後、ふるいにかけること又は他の手段により分級することができる。

低純度の原料から高純度のナノ粒子を形成することも可能である。例えば、不純物を含む第一の材料を、第二の材料と混合し、そして第一の材料と第二の材料は溶融するが、不純物は溶融しない温度に昇温する。不純物を分離するために、溶融している間に、その混合物をろ過し、その後、残りの材料を冷却する。その後、マトリクスの一又は複数の成分を除去するために、上述したように処理又は浸出する。あるいは、不純物を、他の成分と共に溶融し、冷却後にその不純物を浸出剤中で溶解する。

上記のあらゆる方法から、生成する粉体は、典型的には凝集した形態のナノ粒子からなり、ここでその「凝集」という単語は、その材料強度未満の力により結び付いている個々の粒子の群（例えば、ネットワーク又はクラスター）に言及する。

多くの用途において、凝集したナノ粒子は、それらを解凝集するための追加のプロセスステップなしで、有益となる。しかしながら、いくつかの用途、例えばインクジェットインクに関して、粒子の解凝集及び安定な分散を必要とする場合がある。凝集がごくわずかな場合に、ある種の製品及び用途に関して、解凝集は必要ではないが、特性が一般に顕著に改良される場合がある。このようにして、ナノ粒子が提供する効果が最大限に活用される。個々の又は解凝集された粒子を得るために、本発明で得られた粉体は、追加の配合物成分の存在又は不存在の下で、続く解凝集プロセスを受けることができる。

この方法により得られるナノ粒子を、それらの表面特性を変えるために処理して、例えば、分散又は解凝集を促進させることができる。いくつかの場合には、凝集体を、まずコーティング材料でコーティングする。適用するコーティング材料は、有機材料、例えば界面活性剤でもよく、又はそれらは無機材料でもよい。あるいは、凝集体を、別の事前コーティングステップなしで解凝集することができる。また、ナノ粒子凝集体上のコーティングを、例えば、ゾル−ゲル法又は他の技術を用いることにより、その場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で合成してもよい。イオン結合、共有結合、若しくは水素結合の機構又は他の結合手段により、コーティング材料を、凝集した粒子と結合することができる。ナノ粒子がコア材料を有する場合には、コア−シェル構造を形成することができる。

凝集した粒子に対するコーティングのプロセスは、湿式プロセス又は乾式プロセスとすることができる。コーティング方法の例としては、限定されないが、スプレーコーティング、スピンコーティング、及び浸漬コーティングが挙げられ、また米国特許出願公開第２００６／０１１２７８５に記載されたようなコーティング方法及び組成物が挙げられる。湿式プロセスによりコーティングする場合、コーティング材料の液体媒体を、気化、減圧、加熱又は他の手段により、続けて乾燥させてもよい。

解凝集は、プロセス装置、例えば、限定されないが、高剪断ミキサー、ホモジナイザー、ミル、ジェットミル、超音波装置又はマイクロフルイダイザー（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｚｅｒ）の補助を用いて実行することができる。ナノ粒子の解凝集は、所望の配合物の他の成分、例えば低粘度液体又は高粘度ペーストの成分との混合ステップの間に、実行することができる。配合物中の成分の混合を、様々な実験室混合装置又は産業的混合装置の手段、例えばシェーカー、磁気攪拌子、ホモジナイザー、超音波発生器、プローブ超音波発生器、ミル、ブレードミキサー、高剪断攪拌機等により行うことができる。そのような装置を用いた混合は、実験室スケール又は産業スケールで実行することができる。

いくつかの場合において、本発明の方法を用いて得られる平均粒子サイズは、同じ開始合金組成物を使用した場合に、従来技術の方法により得られるものより小さくすることができる。

この方法を通じて得られる粒子は、少なくとも一つの寸法においてサブミクロン範囲の特徴長さを有し、典型的には、排他的ではないが、１００ｎｍ以下である。アルミニウムマトリクスの浸出後に、この方法により製造される銀ナノ粒子は、図１から分かるように、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により、凝集しているが比較的球形であることが観測されている。個々の粒子は、従来技術の方法で得られる粒子よりも、小さい平均粒子サイズを有する。ここで、この従来技術の方法では、同じ開始Ａｇ−Ａｌ合金組成物を非溶融状態から冷却した後に、同じ浸出剤を用いてアルミニウムマトリクスを選択的に溶解している。

得られる粒子の結晶構造は、単結晶、多結晶、又は異なる結晶の型の混合体となることができる。十分に急速な冷却条件下で、この方法を用いて、アモルファス（非結晶）構造、又はかなりのアモルファス含有量を有する構造を得ることができる。

金属ナノ粒子の特徴の一つは、それらの焼結温度がバルク金属のそれよりも低いことである。この特性は、例えば銀ナノ粒子を用いて形成された導電性インクの場合のように、マイクロエレクトロニクス用途において活用することができる。適切な銀ナノ粒子配合物を処理して、３００℃未満の低い温度で導電性パターンを形成することができる。このように、このパターン形成方法は、最新の電子部品で望まれる多くのフレキシブル基板等の熱に敏感な基材と、相性がよい。

溶媒が未だに存在する条件又は溶媒が除去された後の条件どちらかで、ナノ粒子配合物の焼結又は他の物理的若しくは化学的転移を、熱、マイクロ波、若しくはＵＶ光源の手段によるエネルギーの適用によって、又は所望の転移を引き起こすあらゆる他の手段によって誘導することができる。

この方法により製造されているナノ粒子を、（乾燥した粉体）として又は配合物中で用いることができる。これらナノ粒子を用いて作った配合物は、様々な形態、例えば、限定されないが、液体の分散体若しくはエマルション、又は粘性ゲル、クリーム、ペースト又は他の形態を有することができる。分散したナノ粒子を有する固体を、ポリマー、ワックス、又は他の個体材料中に、その粒子を混合することによって作ることもできる。一般的に、粒子濃度は、最大９５ｗｔ％とすることができ、また望まれる限り低くすることができる。いくつかの特殊な場合で、９５ｗｔ％超の粒子を有する配合物が作られている。粘度を、溶媒系、添加剤、及びナノパウダーの濃度により制御することができる。

ナノ粒子を有する低粘度系の非限定的な例は、ナノ銀粒子を含むインクジェット印刷が可能なインクである。ナノ粒子を有する高粘度系の非限定的な例は、銀ナノ粒子を含むスクリーン印刷可能なペーストであり、そしてこれは、導電性のマイクロエレクトロニクス構造物を形成するために用いられる。

低粘度及び高粘度のナノ粒子配合物を、水性溶媒系中又は有機溶媒系中、及び極性系又は非極性系で作ることができる。ナノ粒子を、溶媒ベースのＵＶ硬化モノマー及びポリマーの系に組み込むこともできる。

ナノ粒子を、マイクロエレクトロニクスの用途のためのインク及びコーティングとして有益な配合物中に組み込む場合がある。それらの最終的な状態で、インク又はコーティングは、導電性、非導電性、半導体性、又は誘電性の機能を有することができる。そのようなインク又はコーティングの用途としては、電波による固体識別（ＲＦＩＤ）のパターン、プリント配線、電磁波干渉（ＥＭＩ）シールド、センサー、電極、ダイオード、トランジスター、抵抗器、キャパシタ及び他の電子部品が挙げられる。あるいは又はこれに加えて、そのようなインク又はコーティングは、幅広い様々な他の用途、例えば、光起電デバイス（例えば太陽電池）、光発光ダイオード（ＬＥＤ）、若しくは電子ペーパー、装飾的印刷、静電制御、若しくは遮蔽若しくはシールドにおけるそれらの磁気特性、プラズマディスプレイ若しくは液晶ディスプレイでの遮蔽、又は他の用途に用いることができる。あるいは又はそれに加えて、そのようなインク又はコーティングは、マーク付け又はラベル付けのために用いることができる。様々な用途は、その配合中に存在している成分によって与えられる放射吸収、熱感受性、燐光又は他の特性は依存していてよい。

ナノ粒子を用いて作るコーティング若しくはインク又は要素は、不透明又は透明となることができる。透明性が重要となりうる用途としては、ＥＭＩシールド、及びプラズマディスプレイ、太陽電池、若しくはタッチスクリーンのような製品に適用する場合の電極が挙げられる。

ナノ粒子を、例えば医薬用途及び美容用途のための配合物中で用いることもでき、また、例えば熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂のような材料中の、又はエレクトロスピニングにより作られた繊維等の繊維中の添加剤として用いることもできる。あるいは又はこれに加えて、ナノ粒子のある種のタイプの存在は、抗菌特性を提供し、又は機械的特性、電気的特性若しくは治療的特性の制御を提供する。

本方法を以下の非限定的な例によりさらに説明する。

実施例１
３０ｗｔ％のＡｇ及び７０ｗｔ％のＡｌを有するＡｇ−Ａｌ合金を、米国特許出願公開第２００６／０１１２７８５号に記載されているように生成し、そしてストリップ状に形成した。そのストリップの一部を、ＮａＯＨで事前洗浄し、秤量し、そして垂直の管状のるつぼ形炉に配置した。その管状のるつぼ形炉を、その後、炉の垂直な外側管の内部に配置し、９５０℃まで加熱した。この温度は、その合金の相図から決められる選択した組成物の融点より高くするように選ばれた。また、アルゴンを、内側管の上部にある供給口を通じて、５５０℃の温度に到達するまで、時々且つ手短に供給した。内側管の下部にある排出口を、液体窒素の供給により内部から冷却した約６０ｃｍの直径を有する銅の回転ホイール（「冷却ホイール」）の約０．５〜０．７５ｃｍすぐ上に配置した。その冷却ホイールの回転スピードを、外部のモーターによって制御した。

るつぼ形炉を、混合物の全ての部分が溶融状態となることを確かとするため、約３０分間、所望の溶融温度で維持した。その後、アルゴンガスを、内部るつぼ管の上部に供給した。冷却ステップの直前に、冷却ホイールのスピードを約１１００ｒｐｍまで上げた。溶融合金がるつぼ形炉の下部にある排出口を出て、そして回転しており冷却されている冷却ホイール上に堆積したときに、溶融体の冷却が起こった。

冷却した合金材料を、その後、２５％のＮａＯＨ溶液を有する浸出槽に浸した。ＮａＯＨは、Ａｌ成分を冷却材料から浸出するのに適切である。その所望の浸出の温度及び時間は、用いる合金及び所望のナノパウダー特性に依存する。この場合には、最適な小さい粒子サイズを得るために、その浸出槽を４０℃未満に保ち、且つ浸出時間を２４時間未満に制限した。

浸出プロセスを、冷却した固体を浸出槽中に即座に引き継ぐことによって、冷却プロセスと連続的に実行した。あるいは、冷却した材料を収集し、そして別個の次のステップで、浸出することができる。同様に、粉体の純度を上げるために又は生成するナノ粒子の特性に影響を与えるために、浸出した材料を収集し、又は追加の浸出槽若しくは浸出ステップに引き継ぐことができる。

実施例２
３０ｗｔ％のＡｇ及び７０ｗｔ％のＡｌを有するＡｇ−Ａｌ合金を、実施例１に記載したように生成し、そしてストリップ状に形成した。そのストリップの一部をＮａＯＨで事前洗浄し、秤量し、そして垂直の管状のるつぼ形炉に配置した。その管状のるつぼ形炉を、その後、炉の垂直な外側管の内部に配置し、８５０℃まで加熱した。また、アルゴンを、内側管の上部にある供給口を通じて、５５０℃の温度に到達するまで、時々且つ手短に供給した。内部配管の下部にある排出口を、冷却ホイールの約０．５〜０．７５ｃｍすぐ上に配置した。

るつぼ形炉を、混合物の全ての部分が溶融状態となることを確かとするため、約２０分間、所望の溶融温度で維持した。その後、アルゴンガスを、内側るつぼ管の上部に供給した。冷却ステップの直前に、冷却ホイールのスピードを約４５０ｒｐｍまで上げた。実施例１のように、溶融合金が、るつぼ形炉の下部にある排出口を出て、そして回転している冷却された冷却ホイール上に堆積したときに、溶融体の冷却が起こった。その冷却した材料は、３０〜１００μｍの厚みを有するリボンを形成した。Ｘ線回折（ＸＲＤ）により測定した、その冷却したリボンの結晶化度は、７５〜７６％だった。

冷却した合金材料を、その後、２５％のＮａＯＨ溶液を有する浸出槽に２５℃で約２４時間浸した。その残留の粉体を収集し、室温で蒸留水を用いて洗浄し、その後、３５℃で減圧条件で乾燥した。その粉体を、その後、ＸＲＤにより試験したところ、９９％超の結晶化度であることが分かった。

実施例３
異なるバッチに対し異なる浸出時間（４５分、９０分、１８０分及び２４時間の浸出）を用いたことを除いて、実施例１を本質的に繰り返した。

ＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ）法により測定した、浸出した粉体の表面積は、浸出時間が短いとより大きくなり、これは短い浸出時間に対しては小さい粒子サイズが得られることを示す。ＢＥＴ表面積のデータを以下に示す：

４５分、９０分及び２４時間の各浸出時間で形成したナノ粒子を、それぞれ図２〜図４のＳＥＭ写真に示す。

Claims (22)

1. 次のステップを含む、第一の金属を含むナノ粒子の製造方法：
   （ａ）前記第一の金属及び第二の金属を含む溶融体を形成するステップ；
   （ｂ）前記溶融体を冷却して固体を形成するステップ；及び
   （ｃ）前記第二の金属を前記固体から除去し、そして前記第一の金属を含むナノ粒子を形成するステップ。
2. 前記ナノ粒子を、孤立させるステップをさらに含む、請求項１の方法。
3. 前記ナノ粒子を、コーティングするステップをさらに含む、請求項２の方法。
4. 前記第二の金属の除去を、浸出剤中に前記金属を可溶化することにより実行する、請求項１の方法。
5. 前記固体が、冷却の前後で実質的に均質である、請求項４の方法。
6. 前記固体が実質的に均質であるようにしながら、前記第二の金属を、前記固体から除去する、請求項５の方法。
7. 前記溶融体が、溶融した状態で溶液を形成する金属を含む、請求項１の方法。
8. 前記第一の金属及び前記第二の金属が、元素金属として供給され、又は金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、金属ハロゲン化物、金属塩、又はこれらの組み合わせにより寄与される、請求項１の方法。
9. 前記第一の金属又は前記第二の金属が、プラチナ、イリジウム、金、銀、アルミニウム、マグネシウム、パラジウム、プラチナ、ロジウム、ルテニウム、チタン、オスミウム、レニウム、銅、ニッケル、コバルト、鉄、インジウム、スズ、亜鉛、ネオジム、ホウ素、又はこれらの混合物である、請求項８の方法。
10. 前記第一の金属の金属成分が、銀又は銀−銅合金である、請求項９の方法。
11. 前記第二の金属が、水酸化物溶解性である、請求項１の方法。
12. 前記第二の金属が、アルミニウム、マグネシウム又はカルシウムである、請求項１１の方法。
13. 前記第二の金属を、水酸化物を用いた浸出により除去する、請求項１の製造方法。
14. 前記水酸化物が、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムである、請求項１３の製造方法。
15. 前記第一の金属が銀であり、且つ前記第二の金属がアルミニウムである、請求項１の方法。
16. 前記銀が、溶融体の８０ｗｔ％未満である、請求項１５の方法。
17. 前記銀が、溶融体の６０ｗｔ％未満である、請求項１６の方法。
18. 前記銀が、溶融体の５０ｗｔ％未満である、請求項１７の方法。
19. 前記溶融体を、８０℃未満の温度に冷却する、請求項１の方法。
20. 前記溶融体を、５０℃未満の温度に冷却する、請求項１９の方法。
21. 前記溶融体が、４０℃未満の温度に冷却する、請求項２０の方法。
22. 前記冷却の速度が、１０００℃／秒超である、請求項１の方法。

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