JP2020026384A - Method for producing composite tungsten oxide particle - Google Patents

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Abstract

To provide a method for producing composite tungsten oxide particles by which equipment with a low introduction cost can be used and the number of steps is small.SOLUTION: There is provided a method for producing composite tungsten oxide particles represented by the general formula: MWO(where the M element is one or more elements selected from an alkali metal, an alkaline earth metal, a rare earth element and others, 0.001≤x/y≤1, 2.2≤z/y≤3.0). The method comprises a droplet formation step of forming droplets of a raw material mixed solution containing a tungsten source and the M element source which are treatment targets; a heat treatment step of heat-treating the treatment targets at 500°C or higher; and a reduction treatment step of reducing the particles obtained in the heat treatment step at a temperature in the range of higher than 400°C and lower than 700°C in an atmosphere containing a reducing gas.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、複合タングステン酸化物粒子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing composite tungsten oxide particles.

良好な可視光透過率を有し透明性を保ちながら日射透過率を低下させる近赤外線遮蔽技術として、これまでさまざまな技術が提案されてきた。なかでも、無機物である導電性粒子を用いた近赤外線遮蔽技術は、その他の技術と比較して近赤外線遮蔽特性に優れ、低コストである上、電波透過性が有り、さらに耐候性が高い等のメリットがある。   Various techniques have been proposed as near-infrared shielding techniques for reducing solar radiation transmittance while maintaining good transparency with good visible light transmittance. Above all, near-infrared shielding technology using inorganic conductive particles is superior to other technologies in near-infrared shielding characteristics, is low in cost, has radio wave permeability, and has high weather resistance. There are advantages.

例えば特許文献1において、一般式M(但し、Mは、H、He、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、Iのうちから選択される1種類以上の元素、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1、2.2≦z/y≦3.0)で表記される複合タングステン酸化物微粒子を赤外線遮蔽材料微粒子として可視光線を透過する樹脂等の媒体中に分散させた赤外線遮蔽材料微粒子分散体や、該赤外線遮蔽材料微粒子の製造方法等に関する技術が開示されている。特許文献1には、薄膜状の赤外線遮蔽材料微粒子分散体である赤外線遮蔽膜を製造した例等も開示されている。 For example, in Patent Document 1, a general formula M x W y O z (where M is H, He, an alkali metal, an alkaline earth metal, a rare earth element, Mg, Zr, Cr, Mn, Fe, Ru, Co, Rh , Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, B, F, P, S, Se, Br, Te , Ti, Nb, V, Mo, Ta, Re, Be, Hf, Os, Bi, I, at least one element selected from the group consisting of W, tungsten, O, oxygen, 0.001 ≦ x / y ≦ 1, 2.2 ≦ z / y ≦ 3.0) infrared ray shielding material fine particle dispersion in which composite tungsten oxide fine particles expressed as infrared ray shielding material fine particles are dispersed in a medium such as a resin that transmits visible light. Technology related to a method for producing the infrared shielding material fine particles has been developed. It is. Patent Literature 1 discloses an example in which an infrared shielding film, which is a thin film-shaped infrared shielding material fine particle dispersion, is manufactured.

特許文献1によれば、太陽光線、特に近赤外線領域の光をより効率良く遮蔽し、同時に可視光領域の透過率を保持する等、優れた光学特性を有する赤外線遮蔽材料微粒子分散体を作製することが可能になるとされている。このため、特許文献1に開示された赤外線遮蔽材料微粒子分散体を窓ガラス等の各種用途に適用することが検討されている。   According to Patent Literature 1, an infrared shielding material fine particle dispersion having excellent optical properties, such as efficiently shielding sunlight, particularly light in the near infrared region, and simultaneously maintaining transmittance in the visible light region is produced. It is said that it will be possible. For this reason, application of the infrared ray shielding material fine particle dispersion disclosed in Patent Document 1 to various uses such as window glass has been studied.

そして、近赤外線遮蔽材料として有用な複合タングステン酸化物粒子の製造方法について、各種検討がなされている。   Various studies have been made on a method for producing composite tungsten oxide particles useful as a near-infrared shielding material.

例えば、特許文献1の発明者は、非特許文献1において、固相法よるCs0.32WOナノ粒子の合成方法を提案している。しかしながら、非特許文献1に開示された合成方法では粒子径が大きく、ナノ粒子化するには粉砕プロセスが必要であった。このため、プロセスの工程数が増える可能性があった。 For example, in Non-Patent Document 1, the inventor of Patent Document 1 proposes a method of synthesizing Cs 0.32 WO 3 nanoparticles by a solid phase method. However, in the synthesis method disclosed in Non-Patent Document 1, the particle diameter is large, and a pulverization process is required to convert the particles into nanoparticles. For this reason, the number of process steps may increase.

非特許文献2には水熱合成法によるCsWOの合成方法が開示されている。しかしながら、水熱合成法では数十時間以上の合成時間を必要とする。また、水熱合成法は、後処理工程などの工程数が多い問題もある。 Non-Patent Document 2 discloses a method for synthesizing Cs x WO 3 by a hydrothermal synthesis method. However, the hydrothermal synthesis method requires several tens of hours or more of synthesis time. In addition, the hydrothermal synthesis method has a problem that the number of steps such as a post-treatment step is large.

非特許文献3には、誘導結合熱プラズマ技術に基づく合成方法が開示されている。しかしながら、係る合成方法は誘導結合熱プラズマの装置を導入する必要があり、コストが高くなっていた。   Non-Patent Document 3 discloses a synthesis method based on an inductively coupled thermal plasma technique. However, such a synthesizing method requires the introduction of an inductively coupled thermal plasma apparatus, which has increased the cost.

特許文献2には化学式KxCsyWOzで表わされるカリウム・セシウム・タングステンブロンズ固溶体粒子調合のためのプロセスであって、式中、x+y≦1および2 ≦ z ≦ 3であり、前記プロセスは適切なタングステン・ソースをカリウム塩およびセシウム塩と混ぜ合わせて粉末混合物を形成し、還元雰囲気下でプラズマトーチに粉末混合物を露出することを含み、好ましくは還元雰囲気が水素/希ガス混合物から成るシースガスによって供給される、プロセスが開示されている。 Patent Document 2 discloses a process for preparing potassium-cesium-tungsten bronze solid solution particles represented by the chemical formula K x Cs y WO z , wherein x + y ≦ 1 and 2 ≦ z ≦ 3, Combining a suitable tungsten source with a potassium salt and a cesium salt to form a powder mixture and exposing the powder mixture to a plasma torch under a reducing atmosphere, preferably a sheath gas comprising a hydrogen / rare gas mixture. A process is disclosed, provided by:

しかしながら、特許文献2についてもプラズマを用いる必要があり、プラズマ装置導入のためにコストが高くなっていた。また、特許文献2に開示された製造方法によれば、金属タングステンが不純物として混入することも開示されている。   However, also in Patent Document 2, it is necessary to use plasma, and the cost is increased due to introduction of a plasma device. Further, according to the manufacturing method disclosed in Patent Document 2, it is also disclosed that metal tungsten is mixed as an impurity.

Takeda Hiromitsu, and Kenji Adachi, "Near infrared absorption of tungsten oxide nanoparticle dispersions." Journal of the American Ceramic Society,2007 , Vol.90, Issue 12, P.4059-4061Takeda Hiromitsu, and Kenji Adachi, "Near infrared absorption of tungsten oxide nanoparticle dispersions." Journal of the American Ceramic Society, 2007, Vol.90, Issue 12, P.4059-4061 Guo Chongshen, et al., "Novel synthesis of homogenous CsxWO3 nanorods with excellent NIR shielding properties by a water controlled-release solvothermal process." Journal of Materials Chemistry,2010, Vol.20, Issue38, P.8227-8229.Guo Chongshen, et al., "Novel synthesis of homogenous CsxWO3 nanorods with excellent NIR shielding properties by a water controlled-release solvothermal process." Journal of Materials Chemistry, 2010, Vol. 20, Issue 38, P. 8227-8229. Mamak Marc, et al., "Thermal plasma synthesis of tungsten bronze nanoparticles for near infra-red absorption applications." Journal of Materials Chemistry, 2010, Vol.20, Issue44, P.9855-9857.Mamak Marc, et al., "Thermal plasma synthesis of tungsten bronze nanoparticles for near infra-red absorption applications." Journal of Materials Chemistry, 2010, Vol.20, Issue44, P.9855-9857.

特許第4096205号公報Japanese Patent No. 4096205 特表2012−532822号公報JP 2012-532822 A

既述の様に複合タングステン酸化物粒子は、近赤外線遮蔽材料として有用である。このため、低コストで、かつ少ない工程で製造することができる複合タングステン酸化物粒子の製造方法が求められている。   As described above, composite tungsten oxide particles are useful as near-infrared shielding materials. Therefore, there is a need for a method for producing composite tungsten oxide particles that can be produced at low cost and with few steps.

しかしながら、従来開示された複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、上述のように特殊な高コストの装置の導入を要したり、多くの工程を要したりする等の問題があった。   However, the conventionally disclosed method for producing composite tungsten oxide particles has problems such as the necessity of introducing a special high-cost apparatus and the necessity of many steps as described above.

上記従来技術の問題に鑑み、本発明の一側面では、導入コストの低い設備を用いることができ、工程数の少ない複合タングステン酸化物粒子の製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems of the related art, it is an object of one aspect of the present invention to provide a method for producing composite tungsten oxide particles that can use equipment with low introduction cost and has a small number of steps.

上記課題を解決するため本発明の一側面では、
一般式M(但し、M元素は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、Iのうちから選択される1種類以上の元素、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1、2.2≦z/y≦3.0)で表わされる複合タングステン酸化物粒子の製造方法であって、
被処理物である、タングステン源と前記M元素源とを含む原料混合溶液の液滴を形成する液滴形成工程と、
前記被処理物を500℃以上で熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程で得られた粒子を、還元性ガスを含む雰囲気下で、400℃より高く700℃未満の範囲の温度で還元処理する還元処理工程と、を有する複合タングステン酸化物粒子の製造方法を提供する。
In order to solve the above-described problems, in one aspect of the present invention,
Formula M x W y O z (where, M element, an alkali metal, alkaline earth metal, rare earth elements, Mg, Zr, Cr, Mn , Fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, B, F, P, S, Se, Br, Te, Ti, Nb, V, Mo, At least one element selected from Ta, Re, Be, Hf, Os, Bi and I, W is tungsten, O is oxygen, 0.001 ≦ x / y ≦ 1, 2.2 ≦ z / y ≦ 3.0), wherein the composite tungsten oxide particles are represented by the following formula:
A droplet forming step of forming a droplet of a raw material mixed solution including a tungsten source and the M element source, which is an object to be processed;
A heat treatment step of heat treating the object to be processed at 500 ° C. or higher;
A reduction treatment step of reducing the particles obtained in the heat treatment step at a temperature in a range of higher than 400 ° C. and lower than 700 ° C. in an atmosphere containing a reducing gas, and a method for producing composite tungsten oxide particles. provide.

本発明の一側面によれば、導入コストの低い設備を用いることができ、工程数の少ない複合タングステン酸化物粒子の製造方法を提供することができる。   According to one aspect of the present invention, equipment with low introduction cost can be used, and a method for producing composite tungsten oxide particles with a small number of steps can be provided.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法に好適に用いることができる複合材料製造装置の模式図。FIG. 1 is a schematic diagram of a composite material manufacturing apparatus that can be suitably used in the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of the present embodiment. 本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法に好適に用いることができる還元処理装置の模式図。FIG. 1 is a schematic diagram of a reduction treatment apparatus that can be suitably used in the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment. 参考例1で用いた複合材料製造装置の反応部の温度分布測定結果。9 shows the temperature distribution measurement results of the reaction section of the composite material manufacturing apparatus used in Reference Example 1. 参考例1、実施例1、2、及び比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のXRD回折図形、およびリートベルト解析により得られたCs0.32WO相とCsO相の質量割合。XRD diffraction patterns of composite tungsten oxide particles obtained in Reference Example 1, Examples 1, 2 and Comparative Example 1, and masses of Cs 0.32 WO 3 phase and Cs 2 O phase obtained by Rietveld analysis Percentage. 参考例1、実施例1、2、及び比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子について、リートベルト解析により得られたCs0.32WO相の格子定数。Lattice constant of Cs 0.32 WO 3 phase obtained by Rietveld analysis for the composite tungsten oxide particles obtained in Reference Example 1, Examples 1, 2 and Comparative Example 1. 参考例1、実施例1、2、及び比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子の複合タングステン酸化物相中のタングステンサイトにおけるタングステンの占有率。The occupancy of tungsten at the tungsten sites in the composite tungsten oxide phase of the composite tungsten oxide particles obtained in Reference Example 1, Examples 1, 2, and Comparative Example 1. 参考例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のSEM像。5 is an SEM image of the composite tungsten oxide particles obtained in Reference Example 1. 参考例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のTEM像。4 is a TEM image of the composite tungsten oxide particles obtained in Reference Example 1. 参考例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のTEM−EDSを用いたMapping像。5 is a mapping image of the composite tungsten oxide particles obtained in Reference Example 1 using TEM-EDS. 参考例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のW4fおよびCs3dのXPSスペクトル。7 is an XPS spectrum of W4f and Cs3d of the composite tungsten oxide particles obtained in Reference Example 1. 参考例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のO1sのXPSスペクトルXPS spectrum of O1s of composite tungsten oxide particles obtained in Reference Example 1 参考例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のhigh―angle angular dark―field images、およびコントラスト強度。9 shows high-angle angular dark-field images and contrast intensity of the composite tungsten oxide particles obtained in Reference Example 1. 参考例1、実施例2で得られた複合タングステン酸化物粒子のXAFSを用いた動径分布関数の算出結果。7 shows the calculation results of the radial distribution function of the composite tungsten oxide particles obtained in Reference Example 1 and Example 2 using XAFS. 参考例1〜参考例5で得られた複合タングステン酸化物粒子のXRD回折図形。9 is an XRD diffraction pattern of the composite tungsten oxide particles obtained in Reference Examples 1 to 5. 参考例1〜参考例5で得られた複合タングステン酸化物粒子のSEM像。SEM images of the composite tungsten oxide particles obtained in Reference Examples 1 to 5. 実施例2で得られた複合タングステン酸化物粒子のSEM像。5 is an SEM image of the composite tungsten oxide particles obtained in Example 2. 実施例2で得られた複合タングステン酸化物粒子のTEM−EDSを用いたMapping像。5 is a mapping image of the composite tungsten oxide particles obtained in Example 2 using TEM-EDS. 実施例2で得られた複合タングステン酸化物粒子のW4fおよびCs3dのXPSスペクトル。7 is an XPS spectrum of W4f and Cs3d of the composite tungsten oxide particles obtained in Example 2. 実施例2で得られた複合タングステン酸化物粒子のO1sのXPSスペクトル。13 is an XPS spectrum of O1s of the composite tungsten oxide particles obtained in Example 2. 実施例2で得られた複合タングステン酸化物粒子のhigh−angle angular dark−field images、およびコントラスト強度。5 shows high-angle angular dark-field images of the composite tungsten oxide particles obtained in Example 2 and contrast intensity. 参考例1、実施例1、2、及び比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子の吸収スペクトル。3 shows absorption spectra of the composite tungsten oxide particles obtained in Reference Example 1, Examples 1, 2 and Comparative Example 1.

本開示の一実施形態(以下「本実施形態」と記す)に係る複合タングステン酸化物粒子の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
[複合タングステン酸化物粒子の製造方法]
以下、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法の一構成例について説明する。
A specific example of a method for producing composite tungsten oxide particles according to an embodiment of the present disclosure (hereinafter, referred to as “the present embodiment”) will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to these examples, but is indicated by the claims, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the claims.
[Method for producing composite tungsten oxide particles]
Hereinafter, one configuration example of the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment will be described.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、一般式Mで表わされる複合タングステン酸化物粒子の製造方法に関し、以下の工程を有することができる。 Method for producing a composite tungsten oxide particles of the present embodiment relates to a method of manufacturing a composite tungsten oxide particles expressed by the general formula M x W y O z, it may have the following steps.

なお、上記一般式中のM元素は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、Iのうちから選択される1種類以上の元素とすることができる。また、Wはタングステン、Oは酸素を表し、x、y、zはそれぞれ、0.001≦x/y≦1、2.2≦z/y≦3.0を満たすことが好ましい。   The M element in the above general formula is an alkali metal, an alkaline earth metal, a rare earth element, Mg, Zr, Cr, Mn, Fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, B, F, P, S, Se, Br, Te, Ti, Nb, V, Mo, Ta, Re, One or more elements selected from Be, Hf, Os, Bi, and I can be used. W represents tungsten, O represents oxygen, and x, y, and z preferably satisfy 0.001 ≦ x / y ≦ 1, 2.2 ≦ z / y ≦ 3.0, respectively.

被処理物である、タングステン源とM元素源とを含む原料混合溶液の液滴を形成する液滴形成工程。
被処理物を、500℃以上で熱処理する熱処理工程。
熱処理工程で得られた粒子を、還元性ガスを含む雰囲気下で、400℃より高く700℃未満の範囲の温度で還元処理する還元処理工程。
A droplet forming step of forming droplets of a raw material mixed solution containing a tungsten source and an M element source, which are to be processed;
A heat treatment step of heat treating the object to be processed at 500 ° C. or higher;
A reduction treatment step of subjecting the particles obtained in the heat treatment step to a reduction treatment in an atmosphere containing a reducing gas at a temperature higher than 400 ° C. and lower than 700 ° C.

ここでまず、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法で製造する複合タングステン酸化物粒子について説明する。   First, the composite tungsten oxide particles produced by the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment will be described.

複合タングステン酸化物粒子に含まれる複合タングステン酸化物は、上述のように一般式Mで表記される。式中のM元素、W、O、及びx、y、zについては既述のため、ここでは説明を省略する。 Composite tungsten oxide contained in the composite tungsten oxide particles are expressed by the general formula M x W y O z as described above. Since the M element, W, O, and x, y, and z in the formula have already been described, their description is omitted here.

複合タングステン酸化物は、例えば正方晶、立方晶、及び六方晶のいずれかの、タングステンブロンズ型の結晶構造をとることができる。本実施形態の複合タングステン酸化物粒子に含まれる複合タングステン酸化物の結晶構造は特に限定されず、正方晶、立方晶、六方晶から選択された1種類以上の結晶構造を有することができる。   The composite tungsten oxide can have a tungsten bronze-type crystal structure of, for example, any of tetragonal, cubic, and hexagonal. The crystal structure of the composite tungsten oxide contained in the composite tungsten oxide particles of the present embodiment is not particularly limited, and can have one or more crystal structures selected from tetragonal, cubic, and hexagonal.

ただし、複合タングステン酸化物が六方晶の結晶構造を有する場合、複合タングステン酸化物粒子の可視光線領域の光の透過率、及び近赤外線領域の光の吸収が特に向上するため好ましい。このため、複合タングステン酸化物粒子は、六方晶の結晶構造の複合タングステン酸化物を含むことが好ましい。そして、M元素にCs、Rb、K、Tl、Ba、Inから選択された1種類以上を用いると六方晶を形成し易くなる。このため、M元素はCs、Rb、K、Tl、Ba、Inから選択された1種類以上を含むことが好ましい。   However, when the composite tungsten oxide has a hexagonal crystal structure, the transmittance of light in the visible light region and the absorption of light in the near infrared region of the composite tungsten oxide particles are particularly improved, which is preferable. Therefore, the composite tungsten oxide particles preferably include a composite tungsten oxide having a hexagonal crystal structure. When at least one element selected from Cs, Rb, K, Tl, Ba, and In is used as the M element, a hexagonal crystal is easily formed. For this reason, the M element preferably contains at least one selected from Cs, Rb, K, Tl, Ba, and In.

ここで、複合タングステン酸化物が六方晶の結晶構造を有する場合のM元素の配置の仕方を説明する。   Here, how to arrange the M element when the composite tungsten oxide has a hexagonal crystal structure will be described.

Wと、6つのOとを単位として形成される8面体、すなわち頂点にO原子を配し、中央部にW原子を配した8面体が、6個集合することでO原子より構成される六角形の空隙(トンネル)が形成される。そして、当該空隙中に、M元素が配置されて1箇の単位を構成し、この1箇の単位が多数集合して六方晶の結晶構造を構成する。六方晶の結晶構造を有する複合タングステン酸化物が均一な結晶構造を有するとき、M元素の添加量は、x/yの値で0.2以上0.5以下が好ましく、さらに好ましくは0.33である。z/y=3の時、x/yの値が0.33となることで、M元素が六角形の空隙の全てに配置されると考えられる。   An octahedron formed with W and six Os as a unit, that is, an octahedron in which O atoms are arranged at the vertices and W atoms are arranged in the center, and six octahedrons are formed of O atoms by assembling six A rectangular void (tunnel) is formed. Then, the M element is arranged in the space to form one unit, and a large number of the one unit are assembled to form a hexagonal crystal structure. When the composite tungsten oxide having a hexagonal crystal structure has a uniform crystal structure, the addition amount of the M element is preferably 0.2 or more and 0.5 or less in terms of x / y, more preferably 0.33 or less. It is. When z / y = 3, when the value of x / y is 0.33, it is considered that the M element is arranged in all the hexagonal voids.

同様に、z/y=3の時、立方晶、正方晶のそれぞれの複合タングステン酸化物にも構造に由来したM元素の添加量の上限があり、1モルのタングステンに対するM元素の最大添加量は、立方晶の場合は1モルであり、正方晶の場合は0.5モル程度である。なお、正方晶の場合の1モルのタングステンに対するM元素の最大添加量は、M元素の種類により変化するが、工業的に製造が容易なのは、上述のように0.5モル程度である。但し、これらの構造は、単純に規定することが困難であり、当該範囲は特に基本的な範囲を示した例であることから、本発明がこれに限定されるわけではない。   Similarly, when z / y = 3, each of the cubic and tetragonal composite tungsten oxides also has an upper limit of the amount of the M element derived from the structure, and the maximum amount of the M element added to 1 mol of tungsten. Is about 1 mol in the case of cubic and about 0.5 mol in the case of tetragonal. The maximum amount of the M element added to 1 mol of tungsten in the case of tetragonal crystal varies depending on the type of the M element, but the industrially easy production is about 0.5 mol as described above. However, it is difficult to simply define these structures, and since the range is an example showing a particularly basic range, the present invention is not limited to this.

また、M元素は極微量でも添加することで、複合タングステン酸化物内に自由電子が生成され、目的とする赤外線吸収効果を得ることができる。このため、x/yは、0.001≦x/y≦1を満たすことが好ましい。   Also, by adding a very small amount of the M element, free electrons are generated in the composite tungsten oxide, and a desired infrared absorption effect can be obtained. Therefore, it is preferable that x / y satisfies 0.001 ≦ x / y ≦ 1.

また、複合タングステン酸化物は、三酸化タングステン(WO)にM元素を添加した組成を有している。そして、三酸化タングステンでは有効な自由電子を含まないため、1モルのタングステンに対する酸素の割合を3未満としないと赤外線吸収効果を発揮することはできない。しかしながら、複合タングステン酸化物では、M元素を添加することで自由電子を生じ、赤外線吸収効果を得ることができる。このため、1モルのタングステンに対する酸素の割合は3以下とすることができる。ただし、WOの結晶相は可視光線領域の光について吸収や散乱を生じさせ、近赤外線領域の光の吸収を低下させる恐れがある。このため、WOの生成を抑制する観点から、1モルのタングステンに対する酸素の割合は2より大きくすることが好ましい。 Further, the composite tungsten oxide has a composition in which an M element is added to tungsten trioxide (WO 3 ). Tungsten trioxide does not contain effective free electrons, so that the infrared absorption effect cannot be exhibited unless the ratio of oxygen to 1 mol of tungsten is less than 3. However, in the composite tungsten oxide, free electrons are generated by adding the M element, and an infrared absorption effect can be obtained. Therefore, the ratio of oxygen to 1 mol of tungsten can be set to 3 or less. However, the crystal phase of WO 2 causes absorption or scattering of light in the visible light region, and may reduce the absorption of light in the near infrared region. For this reason, from the viewpoint of suppressing the generation of WO 2 , the ratio of oxygen to 1 mol of tungsten is preferably larger than 2.

従って、上述のように2.2≦z/y≦3.0を満たすことが好ましい。   Therefore, it is preferable that 2.2 ≦ z / y ≦ 3.0 be satisfied as described above.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法により製造する複合タングステン酸化物粒子の粒子径は特に限定されず、使用目的等に応じて選定することができる。   The particle diameter of the composite tungsten oxide particles produced by the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment is not particularly limited, and can be selected according to the purpose of use and the like.

例えば透明性を保持することが要求される用途に使用する場合は、800nm以下の粒子径を有していることが好ましい。これは、粒子径が800nm以下の粒子は、散乱により光を完全に遮蔽することが無く、可視光線領域の視認性を高く保持し、同時に効率良く透明性を保持することができるからである。特に可視光線領域の透明性を重視する場合は、さらに粒子による散乱を考慮することが好ましい。   For example, when used for applications requiring transparency, it is preferable to have a particle size of 800 nm or less. This is because particles having a particle size of 800 nm or less do not completely block light due to scattering, can maintain high visibility in the visible light region, and can efficiently maintain transparency at the same time. In particular, when importance is placed on transparency in the visible light region, it is preferable to further consider scattering by particles.

係る粒子による散乱の低減を重視するとき、粒子径は200nm以下であることが好ましく、100nm以下であることがより好ましい。   When emphasis is placed on the reduction of scattering by such particles, the particle diameter is preferably 200 nm or less, more preferably 100 nm or less.

これは、粒子径が小さければ、幾何学散乱もしくはミー散乱による、波長400nm〜780nmの可視光線領域の光の散乱が低減される結果、赤外線遮蔽膜が曇りガラスのようになり、鮮明な透明性が得られなくなるのを回避できるからである。そして、粒子径が200nm以下になると、上記幾何学散乱もしくはミー散乱が低減し、レイリー散乱領域になる。レイリー散乱領域では、散乱光は粒子径の6乗に比例して低減するため、粒子径の減少に伴い散乱が低減し透明性が向上するからである。さらに粒子径が100nm以下になると、散乱光は非常に少なくなり好ましい。光の散乱を回避する観点からは、粒子径が小さい方が好ましい。   This is because, when the particle diameter is small, the scattering of light in the visible light region having a wavelength of 400 nm to 780 nm due to geometrical scattering or Mie scattering is reduced, and as a result, the infrared shielding film becomes like frosted glass and clear transparency. This is because it is possible to avoid becoming impossible to obtain. When the particle diameter is 200 nm or less, the geometric scattering or the Mie scattering is reduced, and the region becomes a Rayleigh scattering region. This is because, in the Rayleigh scattering region, the scattered light is reduced in proportion to the sixth power of the particle diameter, so that the scattering is reduced and the transparency is improved as the particle diameter decreases. Further, when the particle diameter is 100 nm or less, scattered light is very small, which is preferable. From the viewpoint of avoiding light scattering, it is preferable that the particle diameter is small.

このため、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法により製造する複合タングステン酸化物粒子の粒子径は、用いる用途に応じて選択することができる。例えば上述のように可視光線領域の視認性を高く保持することが求められる場合には、粒子径は800nm以下とすることが好ましく、200nm以下とすることがより好ましく、100nm以下とすることがさらに好ましい。本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法により製造する複合タングステン酸化物粒子の粒子径の下限値は特に限定されないが、例えば1nm以上とすることができる。   For this reason, the particle diameter of the composite tungsten oxide particles produced by the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment can be selected according to the intended use. For example, when high visibility in the visible light region is required to be maintained as described above, the particle diameter is preferably 800 nm or less, more preferably 200 nm or less, and further preferably 100 nm or less. preferable. Although the lower limit of the particle size of the composite tungsten oxide particles produced by the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment is not particularly limited, it can be, for example, 1 nm or more.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法により得られる複合タングステン酸化物粒子の粒子径は、該粒子を例えばSEMやTEMで観察し、該粒子に外接する最小の外接円を描いた場合の直径とすることができる。   The particle diameter of the composite tungsten oxide particles obtained by the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment is obtained by observing the particles with, for example, an SEM or a TEM and drawing a minimum circumscribed circle circumscribing the particles. It can be a diameter.

なお、例えば後述する液滴形成工程において形成する液滴のサイズ等を調整することで、得られる複合タングステン酸化物粒子の粒子径を選択することができる。   Note that the particle size of the obtained composite tungsten oxide particles can be selected by, for example, adjusting the size and the like of the droplet formed in the droplet forming step described later.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法により得られた複合タングステン酸化物粒子を含有する赤外線遮蔽材料は近赤外線領域、特に波長1000nm付近の光を大きく吸収するため、その透過色調は青色系から緑色系となる物が多い。   Since the infrared shielding material containing the composite tungsten oxide particles obtained by the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment largely absorbs light in the near-infrared region, particularly near the wavelength of 1000 nm, the transmission color tone is blue. There are many things that turn greenish.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法により得られた複合タングステン酸化物粒子、具体的には係る複合タングステン酸化物粒子が含有する複合タングステン酸化物の格子定数は特に限定されないが、a軸が7.37Å以上7.42Å以下、c軸が7.58Å以上7.70Å以下であることが好ましく、a軸が7.38Å以上7.42Å以下、c軸が7.58Å以上7.69Å以下であることがより好ましい。   Although the lattice constant of the composite tungsten oxide particles obtained by the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment, specifically, the composite tungsten oxide contained in the composite tungsten oxide particles is not particularly limited, the a-axis Is preferably not less than 7.37 ° and not more than 7.42 °, the c-axis is preferably not less than 7.58 ° and not more than 7.70 °, the a-axis is not less than 7.38 ° and not more than 7.42 °, and the c-axis is not less than 7.58 ° and not more than 7.69 °. Is more preferable.

これは、複合タングステン酸化物の格子定数を上記範囲とすることで、W(タングステン)欠損のない結晶構造を構成するためである。   This is because a crystal structure without W (tungsten) deficiency is formed by setting the lattice constant of the composite tungsten oxide within the above range.

格子定数の算出方法は特に限定されず、得られた複合タングステン酸化物粒子について測定した粉末X線回折パターンから算出することができる。   The method for calculating the lattice constant is not particularly limited, and can be calculated from the powder X-ray diffraction pattern measured for the obtained composite tungsten oxide particles.

なお、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子は、例えばM元素の酸化物等の不可避成分を含有する場合がある。この場合、複合タングステン酸化物の結晶相の格子定数を該複合タングステン酸化物粒子の格子定数とすることができる。   The composite tungsten oxide particles of the present embodiment may contain an unavoidable component such as an oxide of element M, for example. In this case, the lattice constant of the crystal phase of the composite tungsten oxide can be used as the lattice constant of the composite tungsten oxide particles.

次に、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法について具体的に説明する。   Next, the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment will be specifically described.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法はタングステン源と、M元素源とを含む液滴を、原料の熱分解温度以上の雰囲気にガス流と共に供給して溶媒の蒸発、熱分解を経て複合タングステン酸化物粒子を得る噴霧熱分解法である。   In the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment, a droplet containing a tungsten source and an M element source is supplied together with a gas stream to an atmosphere at or above the thermal decomposition temperature of the raw material, and the solvent is evaporated and thermally decomposed. This is a spray pyrolysis method for obtaining composite tungsten oxide particles.

そこで、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、既述の様に、被処理物である、タングステン源とM元素源とを含む原料混合溶液の液滴を形成する液滴形成工程を有することができる。また、被処理物である上記液滴を500℃以上で熱処理する熱処理工程を有することができる。
(液滴形成工程)
液滴形成工程では、被処理物である、タングステン源とM元素源とを含む原料混合溶液の液滴を形成することができる。
Therefore, the method for producing composite tungsten oxide particles according to the present embodiment includes, as described above, a droplet forming step of forming droplets of a raw material mixed solution containing a tungsten source and an M element source, which are to be processed. Can be provided. In addition, the method may include a heat treatment step of heat-treating the droplet as the object to be processed at 500 ° C. or higher.
(Droplet forming step)
In the droplet forming step, droplets of the raw material mixed solution containing the tungsten source and the M element source, which are the objects to be processed, can be formed.

液滴形成工程において液滴を形成する具体的な手段は特に限定されない。例えばスプレーノズルを用いてタングステン源とM元素源とを含む溶液の液滴を形成する方法や、タングステン源とM元素源とを含む溶液に対して超音波照射を行い、液滴を形成する方法、二流体ノズルを用いて液滴を形成する方法、遠心アトマイザーを初めとした各種アトマイザーを用いて液滴を形成する方法等が挙げられる。   Specific means for forming a droplet in the droplet forming step is not particularly limited. For example, a method of forming droplets of a solution containing a tungsten source and an M element source by using a spray nozzle, and a method of forming droplets by irradiating a solution containing a tungsten source and an M element source with ultrasonic waves And a method of forming droplets using a two-fluid nozzle, and a method of forming droplets using various atomizers such as a centrifugal atomizer.

特に微細な液滴を安定して形成できることから、タングステン源とM元素源とを含む溶液に対して超音波を照射して液滴を形成することが好ましい。すなわち超音波を用いた液滴形成方法を好適に用いることができる。   Particularly, since a fine droplet can be stably formed, it is preferable to form a droplet by irradiating a solution containing a tungsten source and an M element source with ultrasonic waves. That is, a droplet forming method using ultrasonic waves can be suitably used.

なお、タングステン源を含む溶液と、M元素源を含む溶液とを別に用意しておき、例えば液滴形成部(液滴形成手段)に供給する直前、もしくは液滴形成部内で混合し、タングステン源とM元素源とを含む溶液を形成することが好ましい。すなわち、液滴形成工程において、タングステン源を含む溶液と、M元素源を含む溶液とを混合し、原料混合溶液を形成することが好ましい。そして、原料混合溶液の形成に引き続き、連続して該原料混合溶液を用いて液滴を形成することが好ましい。   In addition, a solution containing a tungsten source and a solution containing an M element source are separately prepared, and are mixed, for example, immediately before supply to a droplet forming section (droplet forming means) or in the droplet forming section. It is preferable to form a solution containing and M element source. That is, in the droplet forming step, it is preferable that the solution containing the tungsten source and the solution containing the M element source are mixed to form a raw material mixed solution. After the formation of the raw material mixed solution, it is preferable to continuously form droplets using the raw material mixed solution.

液滴形成工程において両溶液を混合する具体的な方法は特に限定されない。例えばタングステン源を含む溶液と、M元素源を含む溶液とを液滴形成部である超音波噴霧装置(超音波照射装置)に別々に導入し、該装置内で両溶液を混合して原料混合溶液とし、液滴を形成することが好ましい。すなわち、液滴形成工程において、超音波噴霧装置を用いて原料混合溶液の液滴を形成している場合、超音波噴霧装置において、タングステン源を含む溶液と、M元素源を含む溶液とを混合し、原料混合溶液を形成することが好ましい。このように、タングステン源を含む溶液と、M元素源を含む溶液とを別に用意しておき、例えば超音波噴霧装置において混合することで、原料混合溶液を形成してから液滴にするまでの時間を特に短くすることができる。このため、中和反応によりタングステン源と、M元素源とが反応し、原料混合溶液内で析出等が生じることを特に抑制できる。   The specific method of mixing both solutions in the droplet forming step is not particularly limited. For example, a solution containing a tungsten source and a solution containing an M element source are separately introduced into an ultrasonic spraying device (ultrasonic irradiation device) which is a droplet forming portion, and both solutions are mixed in the device to mix raw materials. It is preferable to form a solution and form droplets. That is, in the case where droplets of the raw material mixed solution are formed using an ultrasonic spraying device in the droplet forming process, the solution including the tungsten source and the solution including the M element source are mixed in the ultrasonic spraying device. Then, it is preferable to form a raw material mixed solution. As described above, the solution containing the tungsten source and the solution containing the M element source are separately prepared, and mixed by, for example, an ultrasonic spraying device, so that the raw material mixed solution is formed and then formed into droplets. The time can be particularly shortened. Therefore, it is possible to particularly suppress the tungsten source from reacting with the M element source due to the neutralization reaction and to cause precipitation or the like in the raw material mixed solution.

タングステン源としては特に限定されず、タングステンの塩等を用いることができ、例えばパラタングステン酸アンモニウムを好ましく用いることができる。パラタングステン酸アンモニウム(ATP:ammonium tungstate pentahydrate)は、例えば(NH10(W1241)・5HOで表すことができる。 The tungsten source is not particularly limited, and a tungsten salt or the like can be used. For example, ammonium paratungstate can be preferably used. Ammonium tungstate pentahydrate (ATP) can be represented by, for example, (NH 4 ) 10 (W 12 O 41 ) · 5H 2 O.

パラタングステン酸アンモニウムは、タングステン以外の元素が、N(窒素)、H(水素)、O(酸素)であり、後述する昇温工程や、熱処理工程において系外に排出される。このため、タングステン源を含む溶液の溶質として用いることで、不純物の混入を抑制した複合タングステン酸化物粒子を得ることができるため好ましく用いることができる。   In the ammonium paratungstate, elements other than tungsten are N (nitrogen), H (hydrogen), and O (oxygen), and are discharged out of the system in a temperature raising step and a heat treatment step described later. Therefore, by using it as a solute of a solution containing a tungsten source, it is possible to obtain composite tungsten oxide particles in which impurities are suppressed from being mixed, so that it is preferably used.

また、タングステン源を含む溶液としては、取扱いの容易さ等から、タングステン源を含む水溶液を好適に用いることができる。このため、タングステン源としては水溶性の塩を好適に用いることができる。そして、パラタングステン酸アンモニウムは水への溶解が容易であり、溶媒として水を用い、タングステン源を含む溶液を容易に形成できるため、好ましく用いることができる。   As the solution containing a tungsten source, an aqueous solution containing a tungsten source can be suitably used from the viewpoint of easy handling. Therefore, a water-soluble salt can be suitably used as the tungsten source. Ammonium paratungstate can be preferably used because it is easily dissolved in water and can easily form a solution containing a tungsten source using water as a solvent.

M元素源を含む溶液としては、例えばM元素を含む塩の溶液を用いることができる。M元素源であるM元素の塩の種類は特に限定されないが、例えばM元素の炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、水酸化物等から選択された1種類以上を用いることができる。   As the solution containing the M element source, for example, a salt solution containing the M element can be used. The kind of the salt of the M element which is the M element source is not particularly limited, and for example, one or more kinds selected from carbonate, acetate, nitrate, hydroxide and the like of the M element can be used.

M元素源を含む溶液としては、取扱いの容易さ等から、M元素源を含む水溶液を好適に用いることができる。このため、M元素の塩としては水溶性の塩を好適に用いることができる。   As the solution containing the M element source, an aqueous solution containing the M element source can be suitably used from the viewpoint of easy handling. Therefore, a water-soluble salt can be suitably used as the salt of the element M.

例えば、M元素がセシウムの場合についても、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、水酸化物等から選択された1種類以上を用いることができるが、炭酸塩を特に好適に用いることができる。これは、炭酸セシウムが水への溶解が容易であるからである。   For example, when the element M is cesium, one or more selected from carbonates, acetates, nitrates, hydroxides, and the like can be used, but carbonates can be particularly preferably used. This is because cesium carbonate is easily dissolved in water.

なお、得られる複合タングステン酸化物中の1モルのタングステンに対する、M元素の割合、すなわちドープ量は、原料混合溶液を形成する際のタングステン源と、M元素源との割合により決まる。このため、例えばタングステン源を含む溶液の濃度や、M元素源を含む溶液の濃度等により制御できる。   The ratio of the M element to 1 mol of tungsten in the obtained composite tungsten oxide, that is, the doping amount is determined by the ratio of the tungsten source and the M element source when forming the raw material mixed solution. Therefore, it can be controlled by, for example, the concentration of the solution containing the tungsten source, the concentration of the solution containing the M element source, and the like.

タングステン源を含む溶液に含まれるタングステン源の濃度は特に限定されない。例えば、タングステン源を含む溶液のタングステン濃度が0.12mol/L以上120mol/L以下であることが好ましい。これは、タングステン源を含む溶液のタングステン濃度を0.12mol/L以上とすることで、単位時間当たりの複合タングステン酸化物粒子の生産量を十分に確保でき、例えばフィルター等で十分な量を回収することができ、生産性を高めることができるからである。また、タングステン源を含む溶液のタングステン濃度を120mol/L以下とすることで、生成した粒子が凝集することを抑制し、例えば数μm以上の粗大な複合タングステン酸化物粒子が混入することを抑制できるからである。   The concentration of the tungsten source contained in the solution containing the tungsten source is not particularly limited. For example, it is preferable that the solution containing the tungsten source has a tungsten concentration of 0.12 mol / L or more and 120 mol / L or less. This is because, by setting the tungsten concentration of the solution containing the tungsten source to 0.12 mol / L or more, a sufficient production amount of the composite tungsten oxide particles per unit time can be secured. For example, a sufficient amount is collected by a filter or the like. This is because productivity can be increased. Further, by setting the tungsten concentration of the solution containing the tungsten source to 120 mol / L or less, it is possible to suppress the generated particles from agglomerating, and to suppress, for example, mixing of coarse composite tungsten oxide particles of several μm or more. Because.

タングステン源を含む溶液として、例えばパラタングステン酸アンモニウム水溶液を用いる場合、パラタングステン酸アンモニウムは分子内に12個のタングステンを含むため、パラタングステン酸アンモニウムの濃度は0.01mol/L以上10mol/L以下が好ましい。   For example, when an aqueous solution of ammonium paratungstate is used as the solution containing the tungsten source, the concentration of ammonium paratungstate is 0.01 mol / L or more and 10 mol / L or less because ammonium paratungstate contains 12 tungsten atoms in the molecule. Is preferred.

また、M元素源を含む溶液に含まれるM元素の濃度についても特に限定されるものではなく、製造する複合タングステン酸化物粒子における所望の組成や、タングステン源を含む溶液に含まれるタングステン源の濃度等に応じて選択することができる。   Also, the concentration of the M element contained in the solution containing the M element source is not particularly limited, and the desired composition of the composite tungsten oxide particles to be produced and the concentration of the tungsten source contained in the solution containing the tungsten source It can be selected according to the like.

原料混合溶液には、タングステン源を含む溶液や、M元素源を含む溶液以外にも任意の成分を添加できる。例えば複合タングステン酸化物粒子の還元を促進させるために、還元剤として、アンモニアを添加することもできる。タングステン源を含む溶液として、既述のパラタングステン酸アンモニウム水溶液を用いる場合、上記アンモニアは、例えばパラタングステン酸アンモニウム水溶液に添加しておくことができる。   Any component other than the solution containing the tungsten source and the solution containing the M element source can be added to the raw material mixed solution. For example, ammonia can be added as a reducing agent to promote the reduction of the composite tungsten oxide particles. When the above-mentioned aqueous solution of ammonium paratungstate is used as the solution containing the tungsten source, the above-mentioned ammonia can be added, for example, to the aqueous solution of ammonium paratungstate.

液滴形成工程で形成する液滴のサイズは特に限定されないが、液滴の直径は100μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましく、5μm以下であることがさらに好ましい。液滴の直径を100μm以下とすることで、得られる複合タングステン酸化物粒子が粗粒化することを防ぎ、ナノメートルオーダーの複合タングステン酸化物粒子を得ることが可能になる。なお、液滴形成工程で形成する液滴のサイズの下限値は特に限定されない。ただし、過度に小さい液滴を形成することは困難であり、生産性が低下する恐れがあることから、例えば1μm以上であることが好ましい。   The size of the droplet formed in the droplet forming step is not particularly limited, but the diameter of the droplet is preferably 100 μm or less, more preferably 10 μm or less, and still more preferably 5 μm or less. By setting the diameter of the droplet to 100 μm or less, it is possible to prevent the obtained composite tungsten oxide particles from becoming coarse, and to obtain nanometer-order composite tungsten oxide particles. The lower limit of the size of the droplet formed in the droplet forming step is not particularly limited. However, since it is difficult to form an excessively small droplet and the productivity may be reduced, for example, the thickness is preferably 1 μm or more.

液滴形成工程で形成した液滴は、例えばキャリアガスにより搬送し、熱処理工程や、昇温工程に供することができる。
(熱処理工程)
熱処理工程では被処理物を500℃以上で熱処理することができる。
The droplets formed in the droplet forming step can be transported by, for example, a carrier gas and subjected to a heat treatment step or a temperature raising step.
(Heat treatment process)
In the heat treatment step, the object can be heat-treated at 500 ° C. or higher.

被処理物であるタングステン源とM元素源とを含む原料混合溶液の液滴中に含まれる溶媒は、500℃まで加熱される過程で蒸発し、さらにタングステン源や、M元素源が分解する。そして、係る分解過程でタングステンと、M元素とが反応して複合タングステン酸化物が形成される。   The solvent contained in the droplets of the raw material mixed solution containing the tungsten source and the M element source, which are the objects to be processed, evaporates in the course of being heated to 500 ° C., and the tungsten source and the M element source are further decomposed. Then, in the decomposition process, tungsten reacts with the element M to form a composite tungsten oxide.

熱処理工程等で液滴を加熱する際、液滴に含まれる溶媒が水の場合、該水の蒸発は50℃以上120℃以下の範囲で生じていると推定される。また、タングステン源や、M元素源の分解は、例えば120℃以上500℃以下の範囲で生じていると推定される。   When the droplet is heated in a heat treatment step or the like and the solvent contained in the droplet is water, it is estimated that the evaporation of the water occurs in a range of 50 ° C. or more and 120 ° C. or less. Further, it is estimated that decomposition of the tungsten source and the M element source occurs, for example, in a range of 120 ° C. or more and 500 ° C. or less.

そして、タングステン源や、M元素源の分解の過程や、さらに高温の温度でタングステンとM元素とが反応して、複合タングステン酸化物が形成されていると考察される。   Then, it is considered that the tungsten and the M element react with each other at the process of decomposition of the tungsten source and the M element source and at a higher temperature to form a composite tungsten oxide.

このため、タングステン源や、M元素源の分解を十分に進行させ、複合タングステン酸化物への不純物の混入を抑制するため、熱処理工程ではタングステン源や、M元素源の分解温度以上で熱処理を行うことが好ましい。そして、上述のように、タングステン源や、M元素源の分解は通常500℃以下で生じると考えられる。このため、熱処理工程では、被処理物である液滴を500℃以上で熱処理を行うことができる。   Therefore, in order to sufficiently promote the decomposition of the tungsten source or the M element source and to suppress the contamination of the composite tungsten oxide with impurities, the heat treatment is performed at a temperature higher than the decomposition temperature of the tungsten source or the M element source. Is preferred. As described above, it is considered that the decomposition of the tungsten source or the M element source usually occurs at 500 ° C. or lower. For this reason, in the heat treatment step, heat treatment can be performed on the droplet to be processed at 500 ° C. or higher.

本発明の発明者らの検討によれば、熱処理温度は、得られる複合タングステン酸化物粒子の粒子径にも影響する。そして、本発明の発明者らのさらなる検討によれば、熱処理温度が上がるにつれて、得られる複合タングステン酸化物粒子の粒子径が小さくなる傾向がみられる。   According to the study of the inventors of the present invention, the heat treatment temperature also affects the particle diameter of the obtained composite tungsten oxide particles. According to further studies by the inventors of the present invention, there is a tendency that as the heat treatment temperature increases, the particle diameter of the obtained composite tungsten oxide particles tends to decrease.

タングステン源の溶液としてパラタングステン酸アンモニウム水溶液を、M元素源の溶液として炭酸セシウム水溶液を用いて、セシウムドープ酸化タングステン酸化物粒子を製造した場合を例に説明する。この場合、熱処理温度が500℃以上1000℃未満の場合は、セシウムドープ酸化タングステン酸化物粒子の粒子径は100nmから1μm未満となった。また、さらに高温の1000℃以上となると、セシウムドープ酸化タングステン酸化物粒子の粒子径は100nm未満となる場合があった。   An example will be described in which cesium-doped tungsten oxide particles are manufactured using an aqueous solution of ammonium paratungstate as a solution of a tungsten source and an aqueous solution of cesium carbonate as a solution of an M element source. In this case, when the heat treatment temperature was 500 ° C. or more and less than 1000 ° C., the particle diameter of the cesium-doped tungsten oxide particles was reduced from 100 nm to less than 1 μm. Further, when the temperature was further increased to 1000 ° C. or higher, the particle diameter of the cesium-doped tungsten oxide particles sometimes became less than 100 nm.

これは、熱処理温度が高くなると、生成した複合タングステン酸化物粒子の昇華に熱エネルギーが使われ、昇華により粒子が弾けて微細な粒子径の粒子が得られるためと推認される。   This is presumably because when the heat treatment temperature is increased, thermal energy is used for sublimation of the generated composite tungsten oxide particles, and the sublimation causes the particles to pop, thereby obtaining particles having a fine particle diameter.

なお、同様の傾向が他の組成の複合タングステン酸化物粒子の製造でも見られることが確認された。このため、特に微細なナノ粒子である複合タングステン酸化物粒子を得るためには、熱処理温度は1000℃以上とすることが好ましい。すなわち、特に微細なナノ粒子を得ることを目的とする場合、熱処理工程では被処理物を1000℃以上で熱処理することが好ましい。   It was confirmed that the same tendency was observed in the production of composite tungsten oxide particles having other compositions. For this reason, in order to obtain composite tungsten oxide particles, which are particularly fine nanoparticles, the heat treatment temperature is preferably set to 1000 ° C. or higher. That is, when the purpose is to obtain particularly fine nanoparticles, it is preferable that the object to be processed is heat-treated at 1000 ° C. or more in the heat treatment step.

熱処理工程における、被処理物の熱処理温度の上限は特に限定されないが、過度に高温まで昇温しようとすると、加熱装置のコストが高くなる恐れがあることから、1500℃以下であることが好ましい。   The upper limit of the heat treatment temperature of the object to be treated in the heat treatment step is not particularly limited. However, if the temperature is excessively increased, the cost of the heating device may be increased.

また、粒子径が100nm未満のナノ粒子の複合タングステン酸化物粒子を製造することを目的とする場合、熱処理工程において被処理物を1000℃以上に熱処理することに加えて、1000℃以上の熱処理温度での熱処理時間を1秒以上とすることが好ましく、3秒以上とすることがより好ましい。これは、1000℃以上の熱処理温度での熱処理時間を1秒以上とすることで、生成した複合タングステン酸化物粒子に対して、十分な熱エネルギーを与えて昇華させ、より確実に例えば粒子径が100nm未満のナノ粒子とすることができるからである。   In the case where the object is to produce composite tungsten oxide particles of nanoparticles having a particle diameter of less than 100 nm, in addition to heat-treating the object to be processed to 1000 ° C. or more in the heat treatment step, a heat treatment temperature of 1000 ° C. or more Is preferably 1 second or more, more preferably 3 seconds or more. This is because, by setting the heat treatment time at a heat treatment temperature of 1000 ° C. or more to 1 second or more, sufficient thermal energy is given to the generated composite tungsten oxide particles to cause sublimation, and for example, the particle diameter is more reliably reduced. This is because the nanoparticles can be smaller than 100 nm.

1000℃以上の熱処理温度での熱処理時間の上限値は特に限定されないが、過度に長くしようとすると、熱処理炉の大きさが大きくなり、生産性が低下する恐れや、析出した粉末がフィルターまで到達せずに反応部の配管の内部に落下して閉塞する恐れがある。このため、1000℃以上の熱処理温度での熱処理時間は、例えば100秒以下とすることが好ましい。   The upper limit of the heat treatment time at a heat treatment temperature of 1000 ° C. or more is not particularly limited. However, if the heat treatment temperature is excessively long, the size of the heat treatment furnace becomes large, and the productivity may be reduced. Otherwise, it may fall into the inside of the piping of the reaction part and be blocked. Therefore, the heat treatment time at a heat treatment temperature of 1000 ° C. or more is preferably, for example, 100 seconds or less.

液滴形成工程で形成した液滴は、例えばキャリアガスにより電気炉等に搬送され、上述の熱処理工程を実施できる。このため、例えばキャリアガスの流量等を制御することにより、熱処理工程の時間を調整することができる。   The droplet formed in the droplet forming step is transported to an electric furnace or the like by a carrier gas, for example, and the above-described heat treatment step can be performed. Therefore, for example, by controlling the flow rate of the carrier gas or the like, the time of the heat treatment step can be adjusted.

なお、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、熱処理工程の前に昇温工程をさらに有することもできる。   Note that the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment may further include a temperature raising step before the heat treatment step.

昇温工程では、例えば被処理物である液滴を500℃まで昇温する工程とすることができる。また、例えば上述のように粒子径が特に小さいナノ粒子とする場合には、昇温工程は、被処理物である液滴を1000℃まで昇温する工程とすることができる。   In the temperature raising step, for example, a step of raising the temperature of a droplet to be processed to 500 ° C. can be performed. Further, for example, in the case where nanoparticles having a particularly small particle size are used as described above, the temperature raising step can be a step of raising the temperature of a droplet as an object to be processed to 1000 ° C.

昇温工程の後は、熱処理工程において熱処理を実施できる。なお、熱処理工程においても必要に応じて所定の温度まで昇温することはできる。   After the temperature raising step, a heat treatment can be performed in a heat treatment step. In the heat treatment step, the temperature can be raised to a predetermined temperature as needed.

昇温工程に要する時間は特に限定されるものではなく、任意に選定することができる。   The time required for the temperature raising step is not particularly limited, and can be arbitrarily selected.

既述の様に、被処理物であるタングステン源とM元素源とを含む原料混合溶液の液滴中に含まれる溶媒は、昇温工程の昇温する過程で蒸発し、より高温になるとタングステン源や、M元素源が分解する。そして、係る分解過程でタングステンと、M元素とが反応して複合タングステン酸化物が形成される。
(還元処理工程)
熱処理工程を経て得られた粒子、具体的には複合タングステン酸化物粒子は、赤外線吸収特性を発現しないことがあった。そこで、本発明の発明者らが検討を行ったところ、熱処理工程を経て得られた複合タングステン酸化物粒子について還元処理を行う還元処理工程をさらに実施することで、複合タングステン酸化物粒子は、赤外線吸収特性を発現できることを見出した。
As described above, the solvent contained in the droplets of the raw material mixed solution containing the tungsten source and the M element source, which are the objects to be processed, evaporates in the course of increasing the temperature in the temperature increasing step. The source and the M element source decompose. Then, in the decomposition process, the tungsten reacts with the element M to form a composite tungsten oxide.
(Reduction process)
Particles obtained through the heat treatment step, specifically, composite tungsten oxide particles sometimes did not exhibit infrared absorption characteristics. Therefore, the inventors of the present invention have studied and found that by further performing a reduction treatment step of performing a reduction treatment on the composite tungsten oxide particles obtained through the heat treatment step, the composite tungsten oxide particles are infrared rays It has been found that absorption characteristics can be exhibited.

このため、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、熱処理工程で得られた粒子を、還元性ガスを含む雰囲気下で還元処理する還元処理工程を有することができる。   For this reason, the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment can include a reduction treatment step of reducing the particles obtained in the heat treatment step in an atmosphere containing a reducing gas.

還元処理の条件は特に限定されないが、還元処理後の複合タングステン酸化物粒子をX線回折パターンにより解析した場合に、還元処理工程の前後で結晶構造が変化せず、かつ金属のタングステン等が析出しないように還元処理の条件を選択することが好ましい。   The conditions for the reduction treatment are not particularly limited. However, when the composite tungsten oxide particles after the reduction treatment are analyzed by an X-ray diffraction pattern, the crystal structure does not change before and after the reduction treatment step, and metal tungsten or the like precipitates. It is preferable to select the conditions of the reduction treatment so as not to cause the reduction.

還元処理工程では、熱処理工程で得られた複合タングステン酸化物を、還元性ガスを含む還元雰囲気下で昇温と降温を行うことで、すなわち熱処理を行うことで還元処理できる。   In the reduction treatment step, the composite tungsten oxide obtained in the heat treatment step can be reduced by raising and lowering the temperature in a reducing atmosphere containing a reducing gas, that is, by performing a heat treatment.

還元処理工程の間、複合タングステン酸化物粒子は撹拌しても静置してもよく、還元処理工程での複合タングステン酸化物粒子の取り扱いは適宜選択できるが、金属のタングステンが析出しないように取扱い条件を選択することが好ましい。   During the reduction treatment step, the composite tungsten oxide particles may be stirred or allowed to stand, and the handling of the composite tungsten oxide particles in the reduction treatment step can be appropriately selected, but is handled so that metal tungsten does not precipitate. It is preferable to select the conditions.

還元処理の温度(還元処理温度)は、400℃より高く700℃未満で、望ましくは500℃以上700℃未満で、より望ましくは600℃以上700℃未満である。なお、室温から、還元処理の温度まで昇温後、再び室温まで降温することができる。   The temperature of the reduction treatment (reduction treatment temperature) is higher than 400 ° C. and less than 700 ° C., preferably 500 ° C. or more and less than 700 ° C., and more preferably 600 ° C. or more and less than 700 ° C. After the temperature is raised from room temperature to the temperature of the reduction treatment, the temperature can be lowered again to room temperature.

還元処理の温度を400℃より高くすることで複合タングステン酸化物粒子について還元処理を進め、赤外線吸収特性をより確実に発揮できる。また、700℃未満とすることで、複合タングステン酸化物粒子が金属タングステンに還元されることを防止できる。   By setting the temperature of the reduction treatment to be higher than 400 ° C., the reduction treatment is performed on the composite tungsten oxide particles, and the infrared absorption characteristics can be more reliably exhibited. Further, by setting the temperature to be lower than 700 ° C., it is possible to prevent the composite tungsten oxide particles from being reduced to metallic tungsten.

還元雰囲気は、アルゴンなどの不活性ガスと、Hガス(水素ガス)等の還元性ガスとの混合ガスによる雰囲気とすることが好ましく、還元性ガスはHガスが望ましい。 The reducing atmosphere is preferably an atmosphere of a mixed gas of an inert gas such as argon and a reducing gas such as H 2 gas (hydrogen gas), and the reducing gas is preferably H 2 gas.

還元性ガスとしてHガスを用いる場合、還元雰囲気中のHガスの含有量は、適宜選択できるが、Hガスの含有量は、体積割合で0.1%以上10%以下の範囲が好ましく、2%以上10%以下の範囲がより好ましい。還元性ガスのみの雰囲気で還元すると、還元反応が過剰に進み金属のタングステンが析出することがあるので注意が必要である。 When H 2 gas is used as the reducing gas, the content of H 2 gas in the reducing atmosphere can be appropriately selected, but the content of H 2 gas is preferably in the range of 0.1% to 10% by volume. Preferably, the range is 2% or more and 10% or less. Care must be taken when reducing in an atmosphere containing only a reducing gas, because the reduction reaction may proceed excessively and metal tungsten may be deposited.

還元処理工程の時間は、昇温から、降温までの全時間で30分以上とすることが望ましい。還元処理工程の時間の上限は特に限定されず、例えば過度に還元が進行しないように予備試験等を行い、選択することが好ましい。なお、ここでいう昇温から降温までの全時間とは、室温から昇温を開始し、還元処理温度に達した後、室温に冷却するまでの時間を意味する。なお、係る時間、複合タングステン酸化物粒子は、既述の還元雰囲気下に置かれていることが好ましい。   It is desirable that the time of the reduction treatment step be 30 minutes or more over the entire time from temperature rise to temperature fall. The upper limit of the time of the reduction treatment step is not particularly limited, and for example, it is preferable to select by conducting a preliminary test or the like so that the reduction does not proceed excessively. Here, the total time from the temperature rise to the temperature decrease means the time from the start of the temperature rise from the room temperature to the time when the temperature reaches the reduction treatment temperature and is cooled to the room temperature. In addition, it is preferable that the composite tungsten oxide particles be placed in the above-described reducing atmosphere for such a time.

このように還元処理工程を実施することで、熱処理工程後に得られた複合タングステン酸化物粒子について、目的としない異相を、目的とする複合タングステン酸化物相に変換させることができる。そして、複合タングステン酸化物粒子の複合タングステン酸化物相中のタングステン原子サイトにおけるタングステン原子の欠損率を減少、すなわちタングステン原子の占有率を増加させることができる。   By performing the reduction treatment step in this way, an undesired heterophase of the composite tungsten oxide particles obtained after the heat treatment step can be converted into a target composite tungsten oxide phase. And the deficiency rate of tungsten atoms in the tungsten atom site in the composite tungsten oxide phase of the composite tungsten oxide particles can be reduced, that is, the occupancy rate of tungsten atoms can be increased.

例えば後述する実施例1、2では、還元処理工程により、以下の化学式(1)、化学式(2)で示す反応が進行したと推察される。以下の化学式(1)、化学式(2)で示すように、例えば元素MがCsである実施例1、2の場合、X線回折パターンで確認された異相であるCsO相、(HO)0.33WO相等が消滅し、タングステン原子が還元され、複合タングステン酸化物粒子でCs原子のサイトにCs侵入し、タングステン欠損が減少していく反応が同時に進行すると推定される。なお、以下の化学式(1)中のCsWOは、M元素であるCsが目標組成よりも欠損している化合物を意味している。 For example, in Examples 1 and 2 described below, it is presumed that the reaction represented by the following chemical formulas (1) and (2) has progressed in the reduction treatment step. As shown by the following chemical formulas (1) and (2), for example, in Examples 1 and 2 in which the element M is Cs, a heterogeneous Cs 2 O phase, (H 2 O) It is estimated that the reaction in which the 0.33 WO 3 phase and the like disappear, the tungsten atoms are reduced, Cs penetrates into the Cs atom sites in the composite tungsten oxide particles, and the tungsten deficiency is reduced simultaneously. Note that Cs x WO 3 in the following chemical formula (1) means a compound in which Cs, which is an M element, is deficient from the target composition.

還元処理工程後に得られる複合タングステン酸化物粒子の複合タングステン酸化物相中のタングステン原子サイトにおけるタングステン原子の占有率は高いことが好ましく、例えば90%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましい。これは、上述のように複合タングステン酸化物相中のタングステン原子サイトにおけるタングステン原子の占有率が高い程、異相を低減し、赤外線吸収特性を発揮できる複合タングステン酸化物相の割合を増加させることができるためである。複合タングステン酸化物粒子の複合タングステン酸化物相中のタングステン原子サイトにおけるW原子の占有率の上限は特に限定されないが、100%以下とすることができる。 The tungsten atom occupancy in the tungsten atom sites in the composite tungsten oxide phase of the composite tungsten oxide particles obtained after the reduction treatment step is preferably high, for example, preferably 90% or more, and more preferably 95% or more. Is more preferred. This is because, as described above, the higher the occupancy of tungsten atoms in the tungsten atom sites in the composite tungsten oxide phase, the lower the heterophase, and the greater the proportion of the composite tungsten oxide phase that can exhibit infrared absorption characteristics. This is because it can be done. The upper limit of the occupancy of W atoms in the tungsten atom sites in the composite tungsten oxide phase of the composite tungsten oxide particles is not particularly limited, but can be 100% or less.

なお、複合タングステン酸化物粒子の複合タングステン酸化物相中のタングステン原子サイトにおけるタングステン原子の占有率は、試料である複合タングステン酸化物粒子のXRDパターンについてリートベルト解析を行うことで求めることができる。タングステン原子サイトにおけるタングステン原子の占有率と欠損率は合算すると100%となる。   The occupancy of tungsten atoms in the tungsten atom sites in the composite tungsten oxide phase of the composite tungsten oxide particles can be determined by performing Rietveld analysis on the XRD pattern of the composite tungsten oxide particles as a sample. The sum of the occupancy rate and the deficiency rate of tungsten atoms at the tungsten atom site is 100%.

また、複合タングステン酸化物粒子のM元素やタングステン原子の欠損はSTEM観察により確認することもできる。後述する参考例1で得られた複合タングステン酸化物粒子についてのSTEM観察結果である図12(A)、図12(B)、図12(D)と、還元処理工程を実施した実施例2で得られた複合タングステン酸化物粒子についてのSTEM観察結果である図20(A)、図20(B)、図20(D)との比較から、還元処理工程を経るとタングステン原子や、M元素等の欠損がなくなることを確認できる。   In addition, the deficiency of the M element or the tungsten atom in the composite tungsten oxide particles can be confirmed by STEM observation. FIGS. 12 (A), 12 (B), and 12 (D), which are STEM observation results of the composite tungsten oxide particles obtained in Reference Example 1 described later, and Example 2 in which the reduction process was performed. 20 (A), FIG. 20 (B), and FIG. 20 (D) which are STEM observation results of the obtained composite tungsten oxide particles. It can be confirmed that there is no defect.

この様に、還元処理工程を実施することで、赤外線吸収特性にあまり寄与しない異相を、赤外線吸収特性を発揮できる目的の相とすることもできるため、特に赤外線吸収特性に優れた複合タングステン酸化物粒子を得ることが可能になる。   As described above, by performing the reduction treatment step, the hetero-phase that does not significantly contribute to the infrared absorption characteristics can be used as the target phase capable of exhibiting the infrared absorption characteristics. It becomes possible to obtain particles.

還元処理工程を経た複合タングステン酸化物粒子について、M元素やタングステン原子の欠損が解消されることで、高い赤外線吸収特性を発揮できるようになるのである。
[複合材料製造装置、還元処理装置]
本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法に好適に用いることができる複合材料製造装置、還元処理装置の構成例について以下に説明する。
(複合材料製造装置)
図1は、複合材料製造装置10を模式的に示した図である。
By eliminating the deficiency of the M element and the tungsten atom in the composite tungsten oxide particles that have undergone the reduction treatment step, high infrared absorption characteristics can be exhibited.
[Composite material production equipment, reduction treatment equipment]
A configuration example of a composite material manufacturing apparatus and a reduction processing apparatus that can be suitably used in the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of the present embodiment will be described below.
(Composite material manufacturing equipment)
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a composite material manufacturing apparatus 10.

複合材料製造装置10は、液滴形成部11と、輸送部12と、反応部13と、回収部14とを有することができ、既述の液滴形成工程や、昇温工程、熱処理工程を実施することができる。   The composite material manufacturing apparatus 10 can include a droplet forming unit 11, a transporting unit 12, a reaction unit 13, and a collecting unit 14, and perform the droplet forming step, the temperature increasing step, and the heat treatment step described above. Can be implemented.

なお、図1に示すように、液滴形成部11と、輸送部12と、反応部13と、回収部14とは配管により接続しておくことが好ましい。   As shown in FIG. 1, it is preferable that the droplet forming section 11, the transport section 12, the reaction section 13, and the recovery section 14 are connected by a pipe.

液滴形成部11には、必要に応じて付帯設備を接続しておくことができる。例えば液滴形成部11には、原料溶液であるタングステン源を含む溶液を格納する第1格納部151や、M元素源を含む溶液を格納する第2格納部152を接続しておくことができる。なお、第1格納部151と液滴形成部11との間の配管や、第2格納部152と液滴形成部11との間の配管には、例えばポンプ151A、152Aをそれぞれ設けておき、所望の流速で各溶液を液滴形成部11に供給可能に構成できる。また、液滴形成部11で形成した液滴を輸送部12等に搬送するためのキャリアガスを収納したキャリアガスタンク16を接続しておくことができる。   Ancillary equipment can be connected to the droplet forming unit 11 as needed. For example, a first storage unit 151 for storing a solution containing a tungsten source, which is a raw material solution, and a second storage unit 152 for storing a solution containing a M element source can be connected to the droplet forming unit 11. . For example, pumps 151A and 152A are provided in the pipe between the first storage unit 151 and the droplet forming unit 11 and the pipe between the second storage unit 152 and the droplet forming unit 11, respectively. Each solution can be supplied to the droplet forming unit 11 at a desired flow rate. Further, a carrier gas tank 16 containing a carrier gas for transporting the droplets formed by the droplet forming unit 11 to the transport unit 12 or the like can be connected.

そして、第1格納部151、及び第2格納部152から液滴形成部11に供給されたタングステン源を含む溶液、およびM元素源を含む溶液は、図1に示した装置では液滴形成部11内の上部で混合され、原料混合溶液が形成される。次いで、形成された原料混合溶液を用いて、液滴形成部11により液滴が形成される。   The solution containing the tungsten source and the solution containing the M element source supplied to the droplet forming unit 11 from the first storage unit 151 and the second storage unit 152 are supplied to the droplet forming unit in the apparatus shown in FIG. The mixture is mixed at the upper part in 11 to form a raw material mixed solution. Next, droplets are formed by the droplet forming unit 11 using the formed raw material mixed solution.

なお、図1に示した液滴形成部11は超音波噴霧装置の場合を例に示しており、例えば超音波照射部111により、原料混合溶液に超音波が照射され、液滴が形成される。   The droplet forming unit 11 shown in FIG. 1 shows an example of an ultrasonic spraying device. For example, ultrasonic waves are irradiated to the raw material mixed solution by the ultrasonic irradiation unit 111 to form droplets. .

上述のように、液滴形成部11にはキャリアガスを充てんしたキャリアガスタンク16を接続しておくことができ、該キャリアガスタンク16から液滴形成部11に対してキャリアガスが供給される。そして、液滴形成部11で形成した液滴はキャリアガスにより搬送され、輸送部12を介して反応部13に供給される。   As described above, the carrier gas tank 16 filled with a carrier gas can be connected to the droplet forming unit 11, and the carrier gas is supplied from the carrier gas tank 16 to the droplet forming unit 11. The droplet formed by the droplet forming unit 11 is transported by the carrier gas and supplied to the reaction unit 13 via the transport unit 12.

輸送部12は、液滴形成部11と、反応部13とを接続しており、液滴形成部11で形成した液滴を反応部13へと供給することができる。輸送部12を通過する液滴を予め加熱し、反応部13の温度が下がらないように、輸送部12内を加熱できるように構成しておくことが好ましい。具体的には例えば、輸送部12の外側にヒーターを巻きつける等して設置し、輸送部12の内部の温度を30℃以上80℃以下に保つことが好ましい。   The transport unit 12 connects the droplet forming unit 11 and the reaction unit 13, and can supply the droplet formed by the droplet forming unit 11 to the reaction unit 13. It is preferable that the droplets passing through the transport unit 12 are preliminarily heated so that the inside of the transport unit 12 can be heated so that the temperature of the reaction unit 13 does not decrease. Specifically, for example, it is preferable that a heater is wound around the outside of the transporting section 12 and installed, and the temperature inside the transporting section 12 is maintained at 30 ° C. or more and 80 ° C. or less.

反応部13では、既述の昇温工程、及び熱処理工程を実施することができる。このため、反応部13は、例えば図1に示したように耐熱性の配管131と、該配管131を加熱するヒーター132とを有することができる。   In the reaction section 13, the above-described temperature raising step and heat treatment step can be performed. For this reason, the reaction section 13 can have, for example, a heat-resistant pipe 131 and a heater 132 for heating the pipe 131 as shown in FIG.

配管131としては、例えばセラミック製の配管を用いることができる。   As the pipe 131, for example, a ceramic pipe can be used.

反応部13の長さは特に限定されるものではなく、昇温工程、及び熱処理工程の所定の温度まで加熱することができ、熱処理工程の時間を十分に確保できるように選択することが好ましい。   The length of the reaction section 13 is not particularly limited, and is preferably selected so that the reaction section 13 can be heated to a predetermined temperature in the temperature raising step and the heat treatment step, and the time for the heat treatment step can be sufficiently secured.

反応部13の配管131の長さは、所定の温度まで加熱し、熱処理工程の時間を十分に確保する観点から1m以上であることが好ましい。配管131の長さの上限は特に限定されないが、過度に長くすると多くのキャリアガスを要することになり、また装置のサイズも大きくなることから、5m以下であることが好ましい。   The length of the pipe 131 of the reaction section 13 is preferably 1 m or more from the viewpoint of heating to a predetermined temperature and sufficiently securing the time of the heat treatment step. The upper limit of the length of the pipe 131 is not particularly limited. However, if the length is excessively long, a large amount of carrier gas is required, and the size of the apparatus is increased.

また、配管131の直径(内径)についても特に限定されないが、生産性の観点から2cm以上であることが好ましい。配管131の直径(内径)の上限値は特に限定さないが、その中心部と、壁面部との温度差が過度に大きくならないように選択することが好ましく、配管131の直径は例えば20cm以下であることが好ましい。   The diameter (inner diameter) of the pipe 131 is not particularly limited, but is preferably 2 cm or more from the viewpoint of productivity. The upper limit of the diameter (inner diameter) of the pipe 131 is not particularly limited, but is preferably selected so that the temperature difference between the center part and the wall part does not become excessively large. The diameter of the pipe 131 is, for example, 20 cm or less. Preferably, there is.

反応部13の配管131は、その長手方向に沿って温度勾配を有するのが通常である。例えば、反応部入口131A側の温度が低く、反応部出口131Bに向かって温度が上昇する。   The pipe 131 of the reaction section 13 usually has a temperature gradient along its longitudinal direction. For example, the temperature at the reaction section inlet 131A side is low, and the temperature rises toward the reaction section outlet 131B.

このため、反応部出口131B近傍に温度が500℃以上となる温度領域を形成できるように、各種条件を設定することが好ましい。   For this reason, it is preferable to set various conditions so that a temperature region where the temperature becomes 500 ° C. or higher can be formed in the vicinity of the reaction section outlet 131B.

また、特に既述の熱処理工程において被処理物を1000℃以上の温度で熱処理する場合には、反応部出口131B近傍に温度が1000℃以上となる温度領域を形成できるように、各種条件を設定することが好ましい。また、熱処理工程において、例えば1000℃以上の温度での熱処理時間を1秒以上とする場合、反応部13内の1000℃以上となる温度領域を、被処理物が通過する時間が1秒以上となるように、各種条件を設定することが好ましい。具体的には例えば、配管131内の温度分布を予め測定しておき、キャリアガスの供給速度等を調整することが好ましい。   In particular, when the object to be processed is heat-treated at a temperature of 1000 ° C. or more in the heat treatment step described above, various conditions are set so that a temperature region where the temperature becomes 1000 ° C. or more can be formed near the reaction part outlet 131B. Is preferred. Further, in the heat treatment step, for example, when the heat treatment time at a temperature of 1000 ° C. or more is 1 second or more, the time for the object to pass through the temperature region of 1000 ° C. or more in the reaction unit 13 is 1 second or more. Therefore, it is preferable to set various conditions. Specifically, for example, it is preferable to measure the temperature distribution in the pipe 131 in advance and adjust the supply speed of the carrier gas and the like.

回収部14では、反応部13で生成した複合タングステン酸化物粒子を回収することができる。回収部14の構成は特に限定されるものではなく、製造する複合タングステン酸化物粒子の粒径等に応じて選択することができる。回収部14としては、例えば各種フィルターを用いることができる。もしくは、静電型捕集器を用いることができる。なお、回収部14でタングステン源を含む溶液等に含まれていた液体などが析出しないように、回収部14の周囲にヒーター等の加熱手段を配置し、加熱しておくこともできる。   The recovery unit 14 can recover the composite tungsten oxide particles generated in the reaction unit 13. The configuration of the recovery unit 14 is not particularly limited, and can be selected according to the particle size of the composite tungsten oxide particles to be manufactured. As the collection unit 14, for example, various filters can be used. Alternatively, an electrostatic collector can be used. Note that a heating unit such as a heater may be disposed around the collection unit 14 and heated so that the liquid or the like contained in the solution containing the tungsten source or the like does not precipitate in the collection unit 14.

複合材料製造装置10の内部は密閉されており、キャリアガスタンク16から液滴形成部11にガスが流入し、回収部14から流出するようにガス流が構成されていることが好ましい。
(還元処理装置)
還元処理装置では、既述の還元処理工程を実施することができる。
It is preferable that the inside of the composite material manufacturing apparatus 10 is sealed, and a gas flow is configured so that gas flows into the droplet forming unit 11 from the carrier gas tank 16 and flows out of the recovery unit 14.
(Reduction treatment device)
In the reduction processing device, the above-described reduction processing step can be performed.

還元処理装置は、既述の還元処理工程を実施できるように構成されていればよく、特に限定されない。例えば、既述の複合材料製造装置で得られた粒子である複合タングステン酸化物粒子を格納する容器と、該容器内に還元雰囲気とする混合ガスを供給するガス配管と、該容器を加熱する熱源を備えればよい。   The reduction treatment device is not particularly limited as long as it can be configured to perform the reduction treatment step described above. For example, a container for storing composite tungsten oxide particles which are particles obtained by the above-described composite material manufacturing apparatus, a gas pipe for supplying a mixed gas as a reducing atmosphere into the container, and a heat source for heating the container Should be provided.

なお、容器内に還元雰囲気とする混合ガスを導入、排気し、被処理物である複合タングステン酸化物粒子を該混合ガスの気流下に置くこともできる。この場合には、係る気流を形成できるように、ガス配管として混合ガスの供給配管、及び排気配管を設けておくことができる。   Note that a mixed gas serving as a reducing atmosphere may be introduced and exhausted into the container, and the composite tungsten oxide particles to be processed may be placed under a gas flow of the mixed gas. In this case, a supply pipe for mixed gas and an exhaust pipe can be provided as gas pipes so that such an airflow can be formed.

また、容器内の複合タングステン酸化物粒子を撹拌する撹拌羽なども併用してもよい。   Further, a stirring blade for stirring the composite tungsten oxide particles in the container may be used in combination.

図2は還元処理装置の一構成例を模式的に示した図であり、還元処理装置20の反応管21の中心軸を通る面での断面図を示している。   FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration example of the reduction processing apparatus, and is a cross-sectional view of a plane passing through the central axis of the reaction tube 21 of the reduction processing apparatus 20.

還元処理装置20は、横型の管状炉であり、反応管21の一方の口21Aに図示しないガス導入管を、該管状炉の他方の口21Bに図示しないガス排気管を取り付けて用いることができる。そして、一方の口21A側から還元雰囲気とする混合ガスを供給することで、反応管21内を還元雰囲気とすることができる。   The reduction treatment apparatus 20 is a horizontal tubular furnace, and can be used by attaching a gas introduction pipe (not shown) to one port 21A of the reaction tube 21 and a gas exhaust pipe (not shown) to the other port 21B of the tubular furnace. . Then, by supplying the mixed gas to be the reducing atmosphere from the one port 21A side, the inside of the reaction tube 21 can be set to the reducing atmosphere.

反応管21の周囲にはヒーター22を設けておくことができ、複合タングステン酸化物粒子は、ボート等のセラミック製の容器23に入れ、管状炉の反応管21内のヒーター22に対応した位置に配置できる。   A heater 22 can be provided around the reaction tube 21. The composite tungsten oxide particles are placed in a ceramic container 23 such as a boat and placed in a position corresponding to the heater 22 in the reaction tube 21 of the tubular furnace. Can be placed.

係る還元処理装置20を用い、反応管21内を還元雰囲気とし、ヒーター22により所望の温度に加熱することで、容器23に入れられた複合タングステン酸化物粒子24の還元処理を行うことができる。   By using such a reduction treatment device 20 and setting the inside of the reaction tube 21 to a reduction atmosphere and heating the reaction tube 21 to a desired temperature by the heater 22, the reduction treatment of the composite tungsten oxide particles 24 placed in the container 23 can be performed.

以上に説明した本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法によれば、液滴形成部や、ヒーター等の導入コストの低い設備を用いることができる。また、近赤外線吸収粒子である複合タングステン酸化物粒子を、粉砕などのプロセスを経ることなく直接的に得ることができ、工程数も少なくすることができる。従って、容易に複合タングステン酸化物粒子を製造できる。   According to the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment described above, it is possible to use equipment with a low introduction cost such as a droplet forming unit and a heater. Further, composite tungsten oxide particles, which are near-infrared absorbing particles, can be directly obtained without going through a process such as pulverization, and the number of steps can be reduced. Therefore, composite tungsten oxide particles can be easily produced.

さらに、還元処理工程を実施することで、確実に赤外線吸収特性を発現することができ、また熱処理工程で合成された複合タングステン酸化物粒子に異相が含まれても、異相を低減、除去できる。そのため、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、産業上の利用価値が高い。   Furthermore, by performing the reduction treatment step, infrared absorption characteristics can be reliably exhibited, and even if a different phase is contained in the composite tungsten oxide particles synthesized in the heat treatment step, the different phase can be reduced or removed. Therefore, the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment has high industrial utility value.

以下に具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[参考例1]
図1に示した複合材料製造装置10を用いて、複合タングステン酸化物粒子として、Cs0.32WO粒子の製造を行い、評価を行った。以下、具体的な条件について説明する。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples, but the present invention is not limited to these examples.
[Reference Example 1]
Using the composite material manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 1, Cs 0.32 WO 3 particles were manufactured as composite tungsten oxide particles, and evaluation was performed. Hereinafter, specific conditions will be described.

図1に示した複合材料製造装置10は、液滴形成部11と、輸送部12と、反応部13と、回収部14とを有しており、液滴形成部11と、輸送部12と、反応部13と、回収部14とは配管により接続されている。   The composite material manufacturing apparatus 10 illustrated in FIG. 1 includes a droplet forming unit 11, a transporting unit 12, a reaction unit 13, and a collecting unit 14, and includes a droplet forming unit 11, a transporting unit 12, , The reaction unit 13 and the recovery unit 14 are connected by piping.

液滴形成部11には、原料溶液であるタングステン源を含む溶液を格納する第1格納部151、M元素源を含む溶液を格納する第2格納部152、液滴形成部11で形成した液滴を輸送部12等に搬送するためのキャリアガスを収納したキャリアガスタンク16を接続しておいた。   The droplet forming unit 11 has a first storage unit 151 for storing a solution containing a tungsten source, which is a raw material solution, a second storage unit 152 for storing a solution containing a M element source, and a liquid formed by the droplet forming unit 11. A carrier gas tank 16 containing a carrier gas for transporting the droplets to the transport unit 12 and the like was connected.

まず、タングステン源を含む溶液として、(NH10(W1241)・5HOで表されるパラタングステン酸アンモニウム(ATP)(関東化学製 純度:88〜90%)、及び超純水を用いて10mmol/Lのパラタングステン酸アンモニウム水溶液を調製した。そして、係るパラタングステン酸アンモニウム水溶液は、第1格納部151に入れ、第1格納部151に配管で接続された液滴形成部11に、ポンプ151Aにより連続して供給されるように構成した。 First, as a solution containing a tungsten source, ammonium paratungstate (ATP) represented by (NH 4 ) 10 (W 12 O 41 ) · 5H 2 O (purity: 88 to 90%, manufactured by Kanto Chemical Co.) and ultrapure An aqueous solution of 10 mmol / L ammonium paratungstate was prepared using water. The aqueous solution of ammonium paratungstate was placed in the first storage unit 151, and was configured to be continuously supplied by the pump 151A to the droplet forming unit 11 connected to the first storage unit 151 by a pipe.

また、M元素源を含む溶液として、炭酸セシウム(シグマアルドリッチ社製)、及び超純水を用いて19.2mmol/Lの炭酸セシウム水溶液を調製した。そして、係る炭酸セシウム水溶液は、第2格納部152に入れ、第2格納部152に配管で接続された液滴形成部11に、ポンプ152Aにより連続して供給されるように構成した。   As a solution containing the M element source, a cesium carbonate aqueous solution of 19.2 mmol / L was prepared using cesium carbonate (manufactured by Sigma-Aldrich) and ultrapure water. Then, the cesium carbonate aqueous solution is placed in the second storage section 152, and is configured to be continuously supplied by the pump 152A to the droplet forming section 11 connected to the second storage section 152 by a pipe.

なお、上述のようにポンプ151A、152Aにより第1格納部151、及び第2格納部152から、配管を介して液滴形成部11に各溶液が一定の流速で供給され、液滴形成部11内の上部で両溶液が混合され原料混合溶液が形成されるように構成されている。そして、液滴形成部11内で形成される原料混合溶液中の1モルのタングステンに対するセシウムのモル数の割合が0.32となるように供給速度、及び各溶液の濃度を調整した。原料混合溶液中では、5mmol/Lのパラタングステン酸アンモニウムと9.6mmol/Lの炭酸セシウムとが含まれる。   As described above, the respective solutions are supplied at a constant flow rate from the first storage unit 151 and the second storage unit 152 to the droplet forming unit 11 via the pipes by the pumps 151A and 152A, and It is configured such that the two solutions are mixed at the upper portion inside to form a raw material mixed solution. Then, the supply rate and the concentration of each solution were adjusted so that the ratio of the number of moles of cesium to 1 mole of tungsten in the raw material mixed solution formed in the droplet forming section 11 was 0.32. The raw material mixed solution contains 5 mmol / L ammonium paratungstate and 9.6 mmol / L cesium carbonate.

液滴形成部11には、キャリアガスタンク16が接続されており、キャリアガスタンク16としては空気ボンベを用いた。そして、複合タングステン酸化物粒子を製造している間、液滴形成部11にはキャリアガスとして空気が5L/minの流量で供給されるように構成した。   A carrier gas tank 16 was connected to the droplet forming unit 11, and an air cylinder was used as the carrier gas tank 16. During the production of the composite tungsten oxide particles, air was supplied as a carrier gas to the droplet forming section 11 at a flow rate of 5 L / min.

液滴形成部11には、超音波照射部111が設けられており、液滴形成部11で形成された原料混合溶液に対して超音波を照射し、直径が1μm以上5μm以下の液滴を形成できるように超音波の出力を調整しておいた。なお、液滴形成部11としては、超音波式ネブライザ(オムロンヘルスケア株式会社製 型式:NE−U17 超音波発信周波数1.7MHz)を用いた。   The droplet forming unit 11 is provided with an ultrasonic irradiation unit 111, which irradiates the raw material mixed solution formed by the droplet forming unit 11 with ultrasonic waves to form droplets having a diameter of 1 μm or more and 5 μm or less. The output of the ultrasonic wave was adjusted so that it could be formed. In addition, as the droplet forming part 11, an ultrasonic nebulizer (model: NE-U17 ultrasonic transmission frequency 1.7 MHz, manufactured by OMRON Healthcare Co., Ltd.) was used.

そして、輸送部12の外側にヒーターを配置し、輸送部12の内部の温度を70℃に保つように構成した。   And the heater was arrange | positioned outside the transport part 12, and it comprised so that the temperature inside the transport part 12 might be maintained at 70 degreeC.

反応部13は、配管131を備えており、配管131にはセラミック製の長さ1.3m、内径28.5mmの円筒形状の管を用いた。   The reaction section 13 is provided with a pipe 131, and a cylindrical pipe made of ceramic having a length of 1.3 m and an inner diameter of 28.5 mm is used as the pipe 131.

反応部13は、ヒーター132により配管131の外部から加熱するように構成されており反応部入口131Aから、反応部出口131Bに向かって温度が高くなるように温度を設定した。   The reaction section 13 is configured to be heated from outside the pipe 131 by a heater 132, and the temperature is set so that the temperature increases from the reaction section inlet 131A toward the reaction section outlet 131B.

本参考例では、反応部出口131B近傍における最高温度が1200℃となるようにヒーター132の温度を設定した。本実施例で用いた反応部の温度分布を図3に示す。図3は、配管131の長さ方向に沿って2cm毎に温度を熱電対により測定して得られた温度分布曲線を示したものである。なお、配管131と回収部14との間の配管部分でも一部温度を測定している。図3中横軸は、反応部入口131Aの位置を0とした場合の、反応部入口131Aからの、配管131の長さ方向に沿った測定点の位置(距離)x(cm)を示している。また、図3中縦軸は、配管131の長さ方向の各位置における炉内温度を示している。   In the present reference example, the temperature of the heater 132 was set such that the maximum temperature near the outlet 131B of the reaction section was 1200 ° C. FIG. 3 shows the temperature distribution of the reaction section used in this example. FIG. 3 shows a temperature distribution curve obtained by measuring the temperature with a thermocouple every 2 cm along the length direction of the pipe 131. In addition, the temperature of a part of the pipe between the pipe 131 and the collection unit 14 is also measured. The horizontal axis in FIG. 3 indicates the position (distance) x (cm) of the measurement point along the length direction of the pipe 131 from the reaction unit inlet 131A when the position of the reaction unit inlet 131A is set to 0. I have. The vertical axis in FIG. 3 indicates the furnace temperature at each position in the length direction of the pipe 131.

図3に示したように、反応部入口131Aから、反応部出口131Bに向かって温度が徐々に高くなるように温度分布が形成され、1000℃以上になる温度領域も設定されていることが確認できる。   As shown in FIG. 3, it was confirmed that the temperature distribution was formed such that the temperature gradually increased from the reaction section inlet 131A toward the reaction section outlet 131B, and a temperature region where the temperature became 1000 ° C. or higher was also set. it can.

回収部14には、バグフィルターを配置し、反応部13で昇温工程、及び熱処理工程を終え、形成された複合タングステン酸化物粒子を回収できるように構成した。粉末を乾燥させた状態で回収するため、ガラスフィルターの周囲をガラス繊維テープで目張りし、120℃に加熱した。なお、加温しないと蒸発した液滴が析出する場合がある。   A bag filter was arranged in the collecting section 14, and the temperature rising step and the heat treatment step were completed in the reaction section 13, so that the formed composite tungsten oxide particles could be collected. In order to collect the powder in a dried state, the periphery of the glass filter was lined with a glass fiber tape and heated to 120 ° C. If not heated, evaporated droplets may be deposited.

以上の条件により、複合タングステン酸化物粒子の製造を行った。   Under the above conditions, composite tungsten oxide particles were produced.

具体的には、液滴形成部11において、パラタングステン酸アンモニウム水溶液と、炭酸セシウム水溶液との原料混合溶液の液滴を形成し(液滴形成工程)、炉体温度が1200℃に設定された反応部13にキャリアガスにより該液滴を供給し、昇温工程と、熱処理工程とを実施した。反応部13の配管131内は、図3に示した温度分布を有し、キャリアガスの流量を5L/minとしたことから、液滴は1000℃まで昇温され(昇温工程)、1000℃以上の熱処理温度で3.0秒間熱処理がなされている(熱処理工程)。   Specifically, in the droplet forming section 11, droplets of a raw material mixed solution of an aqueous solution of ammonium paratungstate and an aqueous solution of cesium carbonate were formed (droplet forming step), and the furnace body temperature was set to 1200 ° C. The droplets were supplied to the reaction unit 13 by a carrier gas, and a temperature raising step and a heat treatment step were performed. Since the inside of the pipe 131 of the reaction unit 13 has the temperature distribution shown in FIG. 3 and the flow rate of the carrier gas is set to 5 L / min, the temperature of the droplet is raised to 1000 ° C. (temperature raising step), The heat treatment is performed at the above heat treatment temperature for 3.0 seconds (heat treatment step).

回収部14で回収された複合タングステン酸化物粒子について以下の評価を行った。
(1)粉末X線回折
得られた複合タングステン酸化物粒子について、粉末X線回折装置(Bruker社製 型式:D2 PHASER)を用い、粉末X線回折パターン(XRDパターン)の測定を行った。なお、線源としてはCuKα線を用い、管電圧40kV、管電流30mAとして粉末X線回折パターンの測定を行った。
The following evaluation was performed on the composite tungsten oxide particles collected by the collection unit 14.
(1) Powder X-ray diffraction The obtained composite tungsten oxide particles were subjected to measurement of a powder X-ray diffraction pattern (XRD pattern) using a powder X-ray diffractometer (Model: D2 PHASER manufactured by Bruker). The powder X-ray diffraction pattern was measured at a tube voltage of 40 kV and a tube current of 30 mA using CuKα radiation as a radiation source.

得られたXRDパターンを図4(A)に示す。図4(A)に示したように、XRDパターンから、得られた複合タングステン酸化物粒子は、2θが26°近傍にCsO相のピーク、18°近傍に(HO)0.33WO相のピークが確認できたものの、ほぼCs0.32WOの単相であることが確認できた。リートベルト解析によりCs0.32WO相の割合を算出すると81質量%であった。図4(B)にCs0.32WO相とCsO相と(HO)0.33WO相の割合を示す。 The obtained XRD pattern is shown in FIG. As shown in FIG. 4A, from the XRD pattern, the obtained composite tungsten oxide particles show that the 2θ peak of the Cs 2 O phase is around 26 °, and (H 2 O) 0.33 is around 18 °. Although the peak of WO 3 phase was confirmed, it was confirmed that the single phase was almost Cs 0.32 WO 3 . The proportion of Cs 0.32 WO 3 phase calculated by Rietveld analysis was 81% by mass. FIG. 4B shows the ratio of the Cs 0.32 WO 3 phase, the Cs 2 O phase, and the (H 2 O) 0.33 WO 3 phase.

また、リートベルト解析により複合タングステン酸化物であるCs0.32WO相の格子定数を算出するとa=7.38Å、c=7.71Åであった。図5に格子定数a軸と格子定数c軸の関係を示す。 Also, when the lattice constant of Cs 0.32 WO 3 phase, which is a composite tungsten oxide, was calculated by Rietveld analysis, a = 7.38 ° and c = 7.71 °. FIG. 5 shows the relationship between the lattice constant a axis and the lattice constant c axis.

さらに、本リートベルト解析では、複合タングステン酸化物粒子のCs0.32WO相中のタングステン原子サイトにおけるタングステン原子の占有率をパラメータとして計算を行った。図6に、リートベルト解析により算出したCs0.32WO相中のタングステン原子サイトにおけるタングステン原子の占有率を示す。本粒子におけるCs0.32WO相中のタングステン原子サイトにおけるタングステン原子の占有率は60%であった。なお、占有率と欠損率との合計は100%となるため、100%から占有率の値を差し引いた値をCs0.32WO相中のタングステン原子サイトにおけるタングステン原子の欠損率として解釈する。つまり、本粒子におけるCs0.32WO相中のタングステン原子サイトにおけるタングステン原子の欠損率は40%となる。
(2)SEM像観察
得られた複合タングステン酸化物粒子について、電界放出形走査型電子顕微鏡(FE−SEM:Field Emission−Scanning Electron Microscope 日立ハイテクノロジーズ製 型式:S−5200)を用いて観察を行った。観察は印加電圧を5〜20kVとして行った。
Further, in the Rietveld analysis, the calculation was performed using the occupancy of tungsten atoms at tungsten atom sites in the Cs 0.32 WO 3 phase of the composite tungsten oxide particles as a parameter. FIG. 6 shows the occupancy of tungsten atoms in the tungsten atom sites in the Cs 0.32 WO 3 phase calculated by Rietveld analysis. The occupancy of tungsten atoms in the tungsten atom sites in the Cs 0.32 WO 3 phase in the particles was 60%. Since the sum of the occupancy and the vacancy rate is 100%, the value obtained by subtracting the occupancy value from 100% is interpreted as the vacancy rate of tungsten atoms at the tungsten atom sites in the Cs 0.32 WO 3 phase. . That is, the defect rate of tungsten atoms at the tungsten atom sites in the Cs 0.32 WO 3 phase in the present particles is 40%.
(2) Observation of SEM image The obtained composite tungsten oxide particles were observed using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM: Model S-5200 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). Was. The observation was performed with an applied voltage of 5 to 20 kV.

得られたSEM像を図7(A)、図7(B)に示す。図7(B)は、図7(A)の一部をさらに拡大して示したSEM像である。   FIGS. 7A and 7B show the obtained SEM images. FIG. 7B is an SEM image showing a part of FIG. 7A further enlarged.

図7(A)、図7(B)に示したSEM像から、得られた複合タングステン酸化物粒子としては、一部に粗粒が見られるものの、200nm以下の微細な粒子が得られていることを確認できた。
(3)TEM像観察
得られた複合タングステン酸化物粒子について、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope 日本電子株式会社製 型式:JEM−3000F)を用いて観察を行った。観察は印加電圧を297kVとして行った。
From the SEM images shown in FIGS. 7A and 7B, as the obtained composite tungsten oxide particles, coarse particles are partially observed, but fine particles of 200 nm or less are obtained. I was able to confirm that.
(3) TEM Image Observation Obtained composite tungsten oxide particles were observed using a transmission electron microscope (TEM: Transmission Electron Microscope, model: JEM-3000F, manufactured by JEOL Ltd.). The observation was performed at an applied voltage of 297 kV.

得られたTEM像を図8に示す。   FIG. 8 shows the obtained TEM image.

図8に示すように、TEM像においても、200nm以下の微細な粒子が得られていることを確認できた。数十nmサイズの角型粒子が得られていることも確認できた。   As shown in FIG. 8, it was confirmed from the TEM image that fine particles of 200 nm or less were obtained. It was also confirmed that square particles having a size of several tens nm were obtained.

図9にTEM/EDSを用いたMapping像を示す。図9(A)がTEMの観察画像であり、図9(B)がCsの、図9(C)がWの、図9(D)がOのmapping画像となる。図9(B)〜図9(D)中の白い部分が各元素の存在を示している。図9(A)〜図9(D)の比較から明らかなように、得られた複合タングステン酸化物粒子全体にCs、W、Oが略均一に分散していることを確認できる。また、図9(B)から、微細な粒子の内部にもCsが存在していることを確認した。   FIG. 9 shows a mapping image using TEM / EDS. 9 (A) is a TEM observation image, FIG. 9 (B) is a Cs image, FIG. 9 (C) is a W image, and FIG. 9 (D) is an O mapping image. 9 (B) to 9 (D) indicate the presence of each element. As is clear from the comparison of FIGS. 9A to 9D, it can be confirmed that Cs, W, and O are substantially uniformly dispersed throughout the obtained composite tungsten oxide particles. Further, from FIG. 9B, it was confirmed that Cs was present inside the fine particles.

(4)XPS測定
図10(A)、図10(B)にXPSを用いたW原子の4fとCs原子の3dのスペクトルの測定結果を示す。なお、測定には、島津製作所社製ESCA−3400を用いた。以下の実施例2においても同時装置を用いている。図10(A)がW原子の4fの結果であり、図10(B)がCsの3dの結果である。W原子の4fの測定結果は37.8eVと、35.7eVとにピークを有し、これらのピークはW6+に由来すると考えられる。
(4) XPS measurement FIGS. 10A and 10B show measurement results of the spectrum of 4f of W atom and 3d of Cs atom using XPS. Note that ESCA-3400 manufactured by Shimadzu Corporation was used for the measurement. The second embodiment also uses a simultaneous device. FIG. 10A shows the result of W atom 4f, and FIG. 10B shows the result of Cs 3d. The measurement result of W atom at 4f has peaks at 37.8 eV and 35.7 eV, and it is considered that these peaks are derived from W 6+ .

一方、Csの3dの場合、CsOH(724±0.2eV)とCsmetal(726±0.3eV)とに由来するピークが考えられるが、本複合タングステン酸化物粒子は723.9eVにピークを有することを確認できた。これは、一価である。以上の結果から本参考例で調製した複合タングステン酸化物粒子中のW、Csは、共に酸化されていると考えられる。   On the other hand, in the case of Cs 3d, peaks derived from CsOH (724 ± 0.2 eV) and Csmetal (726 ± 0.3 eV) are considered, but the present composite tungsten oxide particles have a peak at 723.9 eV. Was confirmed. This is monovalent. From the above results, it is considered that W and Cs in the composite tungsten oxide particles prepared in the present reference example are both oxidized.

図11に参考例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のO原子の1sのXPSスペクトルの結果を示す。得られたスペクトルをピーク分離したところ、W原子に結合したO原子のスペクトルのシフト(図中のWO)と、W原子に結合したO原子にH原子が付着することで生じたスペクトルのシフト(図中のOH、OH)が確認された。なお、Si原子によるスペクトルのシフト(図中のSiO)は、参考例1で得られた複合タングステン酸化物粒子に不純物が付着したためである。 FIG. 11 shows the result of the XPs spectrum of 1 s of the O atom of the composite tungsten oxide particles obtained in Reference Example 1. When the obtained spectrum was subjected to peak separation, the spectrum shift of the O atom bonded to the W atom (WO 3 in the figure) and the shift of the spectrum caused by the attachment of the H atom to the O atom bonded to the W atom. (OH, OH 2 in the figure) was confirmed. The shift of the spectrum due to Si atoms (SiO 2 in the figure) is due to impurities adhering to the composite tungsten oxide particles obtained in Reference Example 1.

(5)STEM観察
図12(A)、図12(B)、図12(D)に日本電子製STEM(型式:JEM―ARM200F)を用いて観察したhigh−angle angular dark−field images(HAADF)像を示す。HAADF像では、重い原子ほど明るいコントラストを示すため、最も明るいコントラストがW、次に明るいコントラストがCsであり、Oは確認できないと考えられる。
(5) STEM observation FIG. 12A, FIG. 12B and FIG. 12D show high-angle angular dark-field images (HAADF) observed using JEOL STEM (model: JEM-ARM200F). An image is shown. In the HAADF image, the heavier atoms show brighter contrast, so the brightest contrast is W, the brightest contrast is Cs, and O cannot be confirmed.

図12(A)、図12(B)は001入射時のHAADF像であり、図12(B)は、図12(A)の四角枠の拡大図を示している。図12(B)の矢印の箇所に100、010、110方向に筋状の欠損を確認した。この筋状の欠損は、W、Csが交互に並ぶ列に沿って存在している。図12(B)の枠で囲った欠損内でのコントラストを図12(C)に示す。コントラストはWサイトで欠損していることがわかった。図12(D)には010入射でのHAADF像を示す。   FIGS. 12A and 12B are HAADF images at the time of 001 incidence, and FIG. 12B is an enlarged view of the square frame of FIG. A streak-like defect in the directions of 100, 010, and 110 was confirmed at the location of the arrow in FIG. This streak-like defect exists along a row in which W and Cs are alternately arranged. FIG. 12C shows the contrast within the defect surrounded by the frame in FIG. The contrast was found to be missing at the W site. FIG. 12D shows a HAADF image at 010 incidence.

90°異なる方向から観察しても10nm程度の欠損を確認できるため、本W欠損は面状に存在していると考えられる。また、図12(B)、図12(D)の結晶構造の模式図は、STEM観察を行っている面を示す。なお、図12(A)、図12(B)、図12(D)で観察された欠損は、他の視野でも同様に観察された。   Since a defect of about 10 nm can be confirmed even when observed from a direction different by 90 °, it is considered that the present W defect exists in a planar shape. In addition, the schematic diagrams of the crystal structures in FIGS. 12B and 12D show surfaces on which STEM observation is performed. Note that the defects observed in FIGS. 12A, 12B, and 12D were similarly observed in other visual fields.

(6)XAFS測定
図13にあいちシンクロトロン光センターのBL5S1ビームラインを用いてXAFS測定を行い、タングステンからの動径分布関数を算出した結果を示す。ピーク位置は1.35Åであった。本分布は空間的な平均値であるが、Wのまわりにはc面内に4つの酸素が位置し、c軸方向に2つの酸素原子が位置するため、c面内の酸素の影響が強い。本ピーク位置は実際の原子間距離よりも短いことが知られるが、還元処理工程をさらに実施した実施例2の結果との比較は可能である。実施例2よりも短い理由は、W欠損によりW欠損に隣接するc面方向のWが間の酸素を強く引き付けるためと考えられる。これはa軸の値が実施例2よりも短縮した要因と整合する。
(6) XAFS Measurement FIG. 13 shows the result of performing XAFS measurement using the BL5S1 beam line at the Ichisynchrotron Light Center and calculating the radial distribution function from tungsten. The peak position was 1.35 °. Although this distribution is a spatial average, four oxygens are located in the c-plane around W and two oxygen atoms are located in the c-axis direction, so that the influence of oxygen in the c-plane is strong. . Although this peak position is known to be shorter than the actual interatomic distance, it can be compared with the result of Example 2 in which the reduction step is further performed. The reason why the length is shorter than that of Example 2 is considered that W in the c-plane direction adjacent to the W defect strongly attracts oxygen therebetween due to the W defect. This is consistent with the reason that the value of the a-axis is shorter than that of the second embodiment.

[参考例2]
参考例2では、反応部出口131B近傍における最高温度が1000℃となるようにヒーター132の温度を設定した点以外は、参考例1と同様にして複合タングステン酸化物粒子を調製した。なお、液滴は反応部13において1000℃まで昇温され(昇温工程)、1000℃以上の熱処理温度で3.0秒間熱処理がなされている(熱処理工程)。
[Reference Example 2]
In Reference Example 2, composite tungsten oxide particles were prepared in the same manner as in Reference Example 1, except that the temperature of the heater 132 was set such that the maximum temperature near the outlet 131B of the reaction section was 1000 ° C. The droplets are heated to 1000 ° C. in the reaction section 13 (heat-up step) and heat-treated at a heat treatment temperature of 1000 ° C. or higher for 3.0 seconds (heat-treatment step).

本参考例で合成した複合タングステン酸化物粒子について参考例1と同じ条件で粉末X線回折パターン(XRDパターン)の測定を行った。得られたXRDパターンを図14に示す。図14に示したように、得られた複合タングステン酸化物粒子のXRDパターンは、図14にあわせて示したJCPDS81−1244のCs0.32WO相と一致することが確認できた。なお、図14には比較のため、参考例1のXRDパターンも併せて示す。 The powder X-ray diffraction pattern (XRD pattern) of the composite tungsten oxide particles synthesized in this reference example was measured under the same conditions as in reference example 1. FIG. 14 shows the obtained XRD pattern. As shown in FIG. 14, it was confirmed that the XRD pattern of the obtained composite tungsten oxide particles matched the Cs 0.32 WO 3 phase of JCPDS81-1244 shown in FIG. FIG. 14 also shows the XRD pattern of Reference Example 1 for comparison.

得られた複合タングステン酸化物粒子について、参考例1の場合と同様にしてSEM観察を行った。得られたSEM像を図15(A)に示す。図15(A)に示すように、得られた複合タングステン酸化物粒子は、100nm〜600nm程度の六角形形状の粒子と20nm程度の微細な粒子とを含むことが確認できた。なお、比較のため、図15(E)に参考例1のSEM像も合わせて示す。   SEM observation was performed on the obtained composite tungsten oxide particles in the same manner as in Reference Example 1. The obtained SEM image is shown in FIG. As shown in FIG. 15A, it was confirmed that the obtained composite tungsten oxide particles contained hexagonal particles of about 100 nm to 600 nm and fine particles of about 20 nm. For comparison, FIG. 15E also shows an SEM image of Reference Example 1.

[参考例3]
参考例3では、反応部出口131B近傍における最高温度が1100℃となるようにヒーター132の温度を設定した点以外は、参考例1と同様にして複合タングステン酸化物粒子を調製した。なお、液滴は反応部13において1000℃まで昇温され(昇温工程)、1000℃以上の熱処理温度で3.0秒間熱処理がなされている(熱処理工程)。
[Reference Example 3]
In Reference Example 3, composite tungsten oxide particles were prepared in the same manner as in Reference Example 1, except that the temperature of the heater 132 was set so that the maximum temperature near the outlet 131B of the reaction section was 1100 ° C. The droplets are heated to 1000 ° C. in the reaction section 13 (heat-up step) and heat-treated at a heat treatment temperature of 1000 ° C. or higher for 3.0 seconds (heat-treatment step).

本参考例で合成した複合タングステン酸化物粒子について参考例1と同じ条件で粉末X線回折パターン(XRDパターン)の測定を行った。得られたXRDパターンを図14に示す。図14に示したように、得られた複合タングステン酸化物粒子のXRDパターンは、図14にあわせて示したJCPDS81−1244のCs0.32WO相と一致することが確認できた。 The powder X-ray diffraction pattern (XRD pattern) of the composite tungsten oxide particles synthesized in this reference example was measured under the same conditions as in reference example 1. FIG. 14 shows the obtained XRD pattern. As shown in FIG. 14, it was confirmed that the XRD pattern of the obtained composite tungsten oxide particles matched the Cs 0.32 WO 3 phase of JCPDS81-1244 shown in FIG.

得られた複合タングステン酸化物粒子について、参考例1の場合と同様にしてSEM観察を行った。得られたSEM像を図15(B)に示す。図15(B)に示すように、得られた複合タングステン酸化物粒子は、50nm〜300nm程度の六角形形状の粒子と20nm程度の微細な粒子とを含むことが確認できた。   SEM observation was performed on the obtained composite tungsten oxide particles in the same manner as in Reference Example 1. The obtained SEM image is shown in FIG. As shown in FIG. 15B, it was confirmed that the obtained composite tungsten oxide particles contained hexagonal particles of about 50 nm to 300 nm and fine particles of about 20 nm.

[参考例4]
参考例4では、反応部出口131B近傍における最高温度が1300℃となるようにヒーター132の温度を設定した点以外は、参考例1と同様にして複合タングステン酸化物粒子を調製した。なお、液滴は反応部13において1000℃まで昇温され(昇温工程)、1000℃以上の熱処理温度で3.6秒間熱処理がなされている(熱処理工程)。
[Reference Example 4]
In Reference Example 4, composite tungsten oxide particles were prepared in the same manner as in Reference Example 1, except that the temperature of the heater 132 was set so that the maximum temperature near the outlet 131B of the reaction section was 1300 ° C. The droplets are heated to 1000 ° C. in the reaction section 13 (heating step), and are subjected to a heat treatment at a heat treatment temperature of 1000 ° C. or higher for 3.6 seconds (heat treatment step).

本参考例で合成した複合タングステン酸化物粒子について参考例1と同じ条件で粉末X線回折パターン(XRDパターン)の測定を行った。得られたXRDパターンを図14に示す。図14に示したように、得られた複合タングステン酸化物粒子のXRDパターンから、係る複合タングステン酸化物粒子は、図14にあわせて示したJCPDS81−1244のCs0.32WO相や、CsO相に加えて、Cubic−HWO3.5相を含むことが確認できた。 The powder X-ray diffraction pattern (XRD pattern) of the composite tungsten oxide particles synthesized in this reference example was measured under the same conditions as in reference example 1. FIG. 14 shows the obtained XRD pattern. As shown in FIG. 14, the XRD pattern of the obtained composite particles of tungsten oxide, the composite tungsten oxide particles according is, JCPDS81-1244 Cs 0.32 WO 3 phase or shown together in Figure 14, Cs It was confirmed that Cubic-HWO 3.5 phase was contained in addition to the 2 O phase.

得られた複合タングステン酸化物粒子について、参考例1の場合と同様にしてSEM観察を行った。得られたSEM像を図15(C)に示す。図15(C)に示すように、得られた複合タングステン酸化物粒子は、20nm〜80nm程度の角型形状の粒子を含むことが確認できた。   SEM observation was performed on the obtained composite tungsten oxide particles in the same manner as in Reference Example 1. The obtained SEM image is shown in FIG. As shown in FIG. 15C, it was confirmed that the obtained composite tungsten oxide particles contained particles having a square shape of about 20 nm to 80 nm.

[参考例5]
参考例5では、反応部出口131B近傍における最高温度が1400℃となるようにヒーター132の温度を設定した点以外は、参考例1と同様にして複合タングステン酸化物粒子を調製した。なお、液滴は反応部13において1000℃まで昇温され(昇温工程)、1000℃以上の熱処理温度で3.6秒間熱処理がなされている(熱処理工程)。
[Reference Example 5]
In Reference Example 5, composite tungsten oxide particles were prepared in the same manner as in Reference Example 1, except that the temperature of the heater 132 was set so that the maximum temperature near the outlet 131B of the reaction section was 1400 ° C. The droplets are heated to 1000 ° C. in the reaction section 13 (heating step), and are subjected to a heat treatment at a heat treatment temperature of 1000 ° C. or higher for 3.6 seconds (heat treatment step).

本参考例で合成した複合タングステン酸化物粒子について参考例1と同じ条件で粉末X線回折パターン(XRDパターン)の測定を行った。得られたXRDパターンを図14に示す。図14に示したように、得られた複合タングステン酸化物粒子のXRDパターンから、係る複合タングステン酸化物粒子は、図14にあわせて示したJCPDS81−1244のCs0.32WO相や、CsO相に加えて、Cubic−HWO3.5相を含むことが確認できた。 The powder X-ray diffraction pattern (XRD pattern) of the composite tungsten oxide particles synthesized in this reference example was measured under the same conditions as in reference example 1. FIG. 14 shows the obtained XRD pattern. As shown in FIG. 14, the XRD pattern of the obtained composite particles of tungsten oxide, the composite tungsten oxide particles according is, JCPDS81-1244 Cs 0.32 WO 3 phase or shown together in Figure 14, Cs It was confirmed that Cubic-HWO 3.5 phase was contained in addition to the 2 O phase.

得られた複合タングステン酸化物粒子について、参考例1の場合と同様にしてSEM観察を行った。得られたSEM像を図15(D)に示す。図15(D)に示すように、得られた複合タングステン酸化物粒子は、20nm〜120nm程度の角型形状の粒子を含むことが確認できた。   SEM observation was performed on the obtained composite tungsten oxide particles in the same manner as in Reference Example 1. The obtained SEM image is shown in FIG. As shown in FIG. 15D, it was confirmed that the obtained composite tungsten oxide particles contained particles having a square shape of about 20 nm to 120 nm.

[実施例1]
参考例1で合成した複合タングステン酸化物粒子について、図2に示した還元処理装置20を用いて、還元処理温度を450℃として還元処理を実施した(還元処理工程)。
[Example 1]
The composite tungsten oxide particles synthesized in Reference Example 1 were subjected to a reduction treatment using a reduction treatment apparatus 20 shown in FIG. 2 at a reduction treatment temperature of 450 ° C. (reduction treatment step).

還元処理装置20は、横型の管状炉であり、セラミック製のボートである容器23に参考例1で合成した複合タングステン酸化物粒子を入れ、該容器23が反応管21内の最高温度、すなわち上記還元処理温度となる位置に配置した。   The reduction treatment device 20 is a horizontal tubular furnace in which the composite tungsten oxide particles synthesized in Reference Example 1 are put in a container 23 which is a ceramic boat, and the container 23 is set at the highest temperature in the reaction tube 21, It was arranged at a position where the reduction treatment temperature was reached.

反応管21の一方の口21Aに図示しないガス導入管を、該管状炉の他方の口21Bに図示しないガス排気管を取り付けて用いた。そして、一方の口21A側から、不活性ガスであるアルゴンと、還元性ガスであるHガスとを含む混合ガスを供給することで、反応管21内を還元雰囲気とした。なお、混合ガス中のHガスの含有量は、体積割合で5%とした。 A gas inlet pipe (not shown) was attached to one port 21A of the reaction tube 21, and a gas exhaust pipe (not shown) was attached to the other port 21B of the tubular furnace. Then, a mixed gas containing argon as an inert gas and H 2 gas as a reducing gas was supplied from one of the ports 21A side to make the inside of the reaction tube 21 a reducing atmosphere. The content of the H 2 gas in the mixed gas was 5% by volume.

反応管21の周囲にはヒーター22を設けておき、昇温速度を400℃/hとし、室温から昇温し、容器23を置いた部分が還元処理温度に到達後、1時間保持し、その後室温まで冷却することで還元処理を行った。   A heater 22 is provided around the reaction tube 21 and the temperature is raised from room temperature at a rate of temperature increase of 400 ° C./h. Reduction treatment was performed by cooling to room temperature.

得られた複合タングステン酸化物粒子のXRDパターンを図4(A)に示す。参考例1の場合よりも、異相であるCsO相の回折ピークの強度が弱まることを確認できた。リートベルト解析によりCs0.32WO相の割合を算出すると92.26質量%であり、(HO)0.33WO相の割合は、2.46質量%、CsO相の割合は、5.28質量%であった。図4(B)にCs0.32WO相とCsO相と(HO)0.33WO相の割合を示す。 FIG. 4A shows an XRD pattern of the obtained composite tungsten oxide particles. It was confirmed that the intensity of the diffraction peak of the Cs 2 O phase, which is a different phase, was weaker than in the case of Reference Example 1. When the ratio of Cs 0.32 WO 3 phase was calculated by Rietveld analysis, it was 92.26% by mass, and the ratio of (H 2 O) 0.33 WO 3 phase was 2.46% by mass, that of Cs 2 O phase. The ratio was 5.28% by mass. FIG. 4B shows the ratio of the Cs 0.32 WO 3 phase, the Cs 2 O phase, and the (H 2 O) 0.33 WO 3 phase.

また、リートベルト解析により複合タングステン酸化物であるCs0.32WO相の格子定数を算出するとa軸=7.39Å、c軸=7.68Åであった。図5に格子定数a軸と格子定数c軸の関係を示す。 Also, when the lattice constant of Cs 0.32 WO 3 phase, which is a composite tungsten oxide, was calculated by Rietveld analysis, the a-axis was 7.39 ° and the c-axis was 7.68 °. FIG. 5 shows the relationship between the lattice constant a axis and the lattice constant c axis.

図6に、リートベルト解析により算出した、複合タングステン酸化物粒子のCs0.32WO相中のタングステン原子サイトにおけるタングステン原子の占有率を示す。本粒子におけるCs0.32WO相中のタングステン原子サイトにおけるタングステン原子の占有率は、95.0%であった。
[実施例2]
参考例1で合成した複合タングステン酸化物について、図2に示した還元処理装置20を用いて、650℃で還元処理を実施した(還元処理工程)。
FIG. 6 shows the occupancy of tungsten atoms in the tungsten atom sites in the Cs 0.32 WO 3 phase of the composite tungsten oxide particles, calculated by Rietveld analysis. The occupancy of tungsten atoms in the tungsten atom sites in the Cs 0.32 WO 3 phase in the particles was 95.0%.
[Example 2]
The composite tungsten oxide synthesized in Reference Example 1 was subjected to a reduction treatment at 650 ° C. using the reduction treatment device 20 shown in FIG. 2 (reduction treatment step).

なお、還元処理温度を650℃とした点以外は実施例1と同様にして還元処理工程を実施した。   The reduction treatment step was performed in the same manner as in Example 1 except that the reduction treatment temperature was 650 ° C.

(1)粉末X線回折測定
得られた複合タングステン酸化物粒子のXRDパターンを図4(A)に示す。参考例1や、実施例1の場合に検出した異相であるCsO相の回折ピークが消失し、Cs0.32WO単相粒子として析出することを確認できた。リートベルト解析によりCs0.32WO相の割合を算出すると97.4質量%であり、(HO)0.33WO相の割合は、1.55質量%、CsO相の割合は1.05質量%であった。図4(B)にCs0.32WO相とCsO相と(HO)0.33WO相の割合を示す。
(1) Powder X-ray Diffraction Measurement FIG. 4A shows an XRD pattern of the obtained composite tungsten oxide particles. It was confirmed that the diffraction peak of the Cs 2 O phase, which was the hetero phase detected in Reference Example 1 and Example 1, disappeared and precipitated as Cs 0.32 WO 3 single phase particles. The proportion of the Cs 0.32 WO 3 phase calculated by Rietveld analysis is 97.4% by mass, and the proportion of the (H 2 O) 0.33 WO 3 phase is 1.55% by mass, the proportion of the Cs 2 O phase. The ratio was 1.05% by mass. FIG. 4B shows the ratio of the Cs 0.32 WO 3 phase, the Cs 2 O phase, and the (H 2 O) 0.33 WO 3 phase.

また、リートベルト解析により複合タングステン酸化物であるCs0.32WO相の格子定数を算出するとa軸=7.42Å、c軸=7.59Åであった。図5に格子定数a軸と格子定数c軸の関係を示す。 When the lattice constant of Cs 0.32 WO 3 phase, which is a composite tungsten oxide, was calculated by Rietveld analysis, the a-axis was 7.42 ° and the c-axis was 7.59 °. FIG. 5 shows the relationship between the lattice constant a axis and the lattice constant c axis.

図6に、リートベルト解析により算出した、複合タングステン酸化物粒子のCs0.32WO相中のタングステン原子サイトにおけるタングステン原子の占有率を示す。本粒子におけるCs0.32WO相中のタングステン原子サイトにおけるタングステン原子の占有率は、100%であった。 FIG. 6 shows the occupancy of tungsten atoms in the tungsten atom sites in the Cs 0.32 WO 3 phase of the composite tungsten oxide particles, calculated by Rietveld analysis. The occupancy of tungsten atoms in the tungsten atom sites in the Cs 0.32 WO 3 phase in the particles was 100%.

本実施例では、還元処理に伴い、以下の反応が進行したと推察される。   In this example, it is presumed that the following reaction proceeded with the reduction treatment.

(2)SEM像観察
また、観察したSEM像を図16(A)、図16(B)に示す。図16(B)は、図16(A)の一部をさらに拡大して示したSEM像である。
(2) SEM Image Observation The observed SEM images are shown in FIGS. 16 (A) and 16 (B). FIG. 16B is a SEM image showing a part of FIG. 16A further enlarged.

(3)TEM像観察
図17に得られた複合タングステン酸化物粒子のTEM/EDSを用いたMapping像を示す。図17(A)がTEMの観察画像であり、図17(B)がCsの、図17(C)がWの、図17(D)がOのmapping画像となる。図17(B)〜図17(D)中の白い部分が各元素の存在を示している。図17(A)〜図17(D)の比較から明らかなように、得られた複合タングステン酸化物粒子全体にCs、W、Oが略均一に分散していることを確認できる。また、図17(B)から、微細な粒子の内部にもCsが存在していることを確認した。
(3) Observation of TEM image FIG. 17 shows a mapping image of the obtained composite tungsten oxide particles using TEM / EDS. 17A is a TEM observation image, FIG. 17B is a Cs image, FIG. 17C is a W image, and FIG. 17D is an O mapping image. 17 (B) to 17 (D) indicate the presence of each element. As is clear from the comparison of FIGS. 17A to 17D, it can be confirmed that Cs, W, and O are substantially uniformly dispersed throughout the obtained composite tungsten oxide particles. In addition, from FIG. 17B, it was confirmed that Cs was also present inside the fine particles.

参考例1の場合と同様に、粒径が数十nmサイズの角型粒子が得られていることを確認できた。本実施例では還元処理を実施しても粒子同士の焼結、凝集は進んでいないことを確認した。
(4)XPS測定
図18に、実施例2で得られた複合タングステン酸化物粒子のXPSを用いたW原子の4fとCs原子の3dのスペクトルの測定結果を示す。図18(A)がW原子の4fの結果であり、図18(B)がCsの3dの結果である。図18(A)に示したW原子の4fの測定結果中の37.6eV、35.9eVのピークはW6+に由来し、35.0eV、33.6eVのピークはW5+に由来すると考えられる。つまり、図10(A)に示した参考例1の場合と比較して、粒子中のWが部分的に還元されたことを確認できた。一方、Csの場合、CsOH(724±0.2eV)とほぼ同じ724.0eVにピークを有することを確認できた。つまり、還元処理工程後のCsの価数は一価であることが確認できた。
As in the case of Reference Example 1, it was confirmed that square particles having a particle size of several tens nm were obtained. In this example, it was confirmed that sintering and agglomeration of the particles did not proceed even after the reduction treatment was performed.
(4) XPS Measurement FIG. 18 shows the measurement results of the spectrum of 4f of W atoms and 3d of Cs atoms using XPS of the composite tungsten oxide particles obtained in Example 2. FIG. 18A shows the result of 4f of W atom, and FIG. 18B shows the result of 3d of Cs. It is considered that the peaks at 37.6 eV and 35.9 eV in the measurement result of W at 4f shown in FIG. 18A are derived from W 6+ , and the peaks at 35.0 eV and 33.6 eV are derived from W 5+. . That is, it was confirmed that W in the particles was partially reduced as compared with the case of Reference Example 1 shown in FIG. On the other hand, in the case of Cs, it was confirmed that it had a peak at 724.0 eV which is almost the same as CsOH (724 ± 0.2 eV). That is, it was confirmed that the valence of Cs after the reduction treatment step was monovalent.

図19に、実施例2で得られた複合タングステン酸化物粒子のO原子の1sのXPSスペクトルの結果を示す。得られたスペクトルをピーク分離したところ、W原子に結合したO原子のスペクトルのシフト(図中のWO)と、W原子に結合したO原子にH原子が付着することで生じたスペクトルのシフト(図中のOH、OH)が確認された。なお、Si原子によるスペクトルのシフト(図中のSiO)は、実施例2で得られた複合タングステン酸化物粒子に不純物が付着したためである。 FIG. 19 shows an XPS spectrum result of 1 s of O atoms of the composite tungsten oxide particles obtained in Example 2. When the obtained spectrum was subjected to peak separation, the spectrum shift of the O atom bonded to the W atom (WO 3 in the figure) and the shift of the spectrum caused by the attachment of the H atom to the O atom bonded to the W atom. (OH, OH 2 in the figure) was confirmed. The shift in the spectrum due to Si atoms (SiO 2 in the figure) is due to the fact that impurities were attached to the composite tungsten oxide particles obtained in Example 2.

(5)STEM観察
図20(A)、図20(B)、図20(D)に日本電子製STEM(型式:JEM−ARM200F)を用いて観察したhigh−angle angular dark−field images(HAADF)像を示す。HAADF像では、重い原子ほど明るいコントラストを示すため、最も明るいコントラストがWであり、次に明るいコントラストがCsであり、Oは確認できないと考えられる。図20(A)、図20(B)は001入射時のHAADF像であり、粒子中に欠損を確認できなかった。図20(B)中、枠で囲った個所のコントラストを図20(C)に示す。W原子、Cs原子ともにわずかなコントラスト差があるもののその強度はほぼ同じであることを確認した。図20(D)には010入射でのHAADF像を示す。90°異なる方向から観察しても欠損は確認できなかった。なお、図20(B)、図20(D)にあわせて示した結晶構造の模式図は、STEM観察を行っている面を示す。なお、実施例2に係る複合タングステン酸化物粒子のSTEM観察では他の視野を観察しても、欠損は確認されなかった。
(5) STEM observation In FIG. 20 (A), FIG. 20 (B), and FIG. 20 (D), high-angle angular dark-field images (HAADF) observed using JEOL STEM (model: JEM-ARM200F). An image is shown. In the HAADF image, the heavier atoms show a brighter contrast, so the brightest contrast is W, the brightest contrast is Cs, and O cannot be confirmed. FIGS. 20 (A) and 20 (B) are HAADF images at the time of incidence of 001, and no defect was observed in the particles. FIG. 20C shows the contrast of the portion surrounded by the frame in FIG. It was confirmed that although the W atom and the Cs atom had a slight contrast difference, their intensities were almost the same. FIG. 20D shows a HAADF image at 010 incidence. No defect was confirmed even when observed from a direction different from 90 °. Note that the schematic diagram of the crystal structure shown in FIGS. 20B and 20D shows a surface on which STEM observation is performed. In addition, in the STEM observation of the composite tungsten oxide particles according to Example 2, no defect was confirmed even when observing another visual field.

(6)XAFS測定
図13にあいちシンクロトロン光センターのBL5S1ビームラインを用いてXAFS測定を行い、タングステンからの動径分布関数を算出した結果を示す。ピーク位置は1.41Åであった。
(6) XAFS Measurement FIG. 13 shows the result of performing XAFS measurement using the BL5S1 beam line at the Ichisynchrotron Light Center and calculating the radial distribution function from tungsten. The peak position was 1.41 °.

[比較例1]
参考例1で合成した複合タングステン酸化物について、図2に示した還元処理装置20を用いて、300℃で還元処理を実施した(還元処理工程)。
[Comparative Example 1]
The composite tungsten oxide synthesized in Reference Example 1 was subjected to a reduction treatment at 300 ° C. using the reduction treatment device 20 shown in FIG. 2 (reduction treatment step).

なお、還元処理温度を300℃とした点以外は実施例1と同様にして還元処理工程を実施した。   The reduction treatment step was performed in the same manner as in Example 1 except that the reduction treatment temperature was set to 300 ° C.

得られた複合タングステン酸化物粒子のXRDパターンを図4(A)に示す。参考例1の場合と、異相であるCsO相の回折ピークの強度はほぼ同等であることを確認できた。リートベルト解析によりCs0.32WO相の割合を算出すると87.75質量%であり、(HO)0.33WO相の割合は、6.86質量%、CsO相の割合は、5.39質量%であった。図4(B)にCs0.32WO相とCsO相と(HO)0.33WO相との割合を示す。 FIG. 4A shows an XRD pattern of the obtained composite tungsten oxide particles. It was confirmed that the intensity of the diffraction peak of the Cs 2 O phase, which is a different phase, was almost equal to that of Reference Example 1. The ratio of Cs 0.32 WO 3 phase calculated by Rietveld analysis is 87.75% by mass, the ratio of (H 2 O) 0.33 WO 3 phase is 6.86% by mass, and the ratio of Cs 2 O phase is The ratio was 5.39% by mass. FIG. 4B shows the proportions of the Cs 0.32 WO 3 phase, the Cs 2 O phase, and the (H 2 O) 0.33 WO 3 phase.

また、リートベルト解析により複合タングステン酸化物であるCs0.32WO相の格子定数を算出するとa軸=7.38Å、c軸=7.70Åであった。 When the lattice constant of Cs 0.32 WO 3 phase, which is a composite tungsten oxide, was calculated by Rietveld analysis, the a-axis was 7.38 ° and the c-axis was 7.70 °.

図5に格子定数a軸と格子定数c軸の関係を示す。   FIG. 5 shows the relationship between the lattice constant a axis and the lattice constant c axis.

図6に、リートベルト解析により算出した複合タングステン酸化物粒子のCs0.32WO相中の複合タングステン酸化物粒子の原子サイトにおける複合タングステン酸化物粒子の原子の占有率を示す。本粒子におけるCs0.32WO相中の複合タングステン酸化物粒子の原子サイトにおける複合タングステン酸化物粒子の原子の占有率は、87.8%であった。 FIG. 6 shows the occupation ratio of the atoms of the composite tungsten oxide particles at the atomic sites of the composite tungsten oxide particles in the Cs 0.32 WO 3 phase of the composite tungsten oxide particles calculated by Rietveld analysis. The atomic occupancy of the composite tungsten oxide particles in the atomic sites of the composite tungsten oxide particles in the Cs 0.32 WO 3 phase in the particles was 87.8%.

参考例1、実施例1、2及び比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子の濃度が0.02質量%となるようにMIBK(メチルイソブチルケトン)に分散した分散液を、光路長10mmの溶液用セルに充填して光学試料を作製した。得られた光学試料を波長300nm〜21000nmの範囲で積分球を備えた分光光度計(日本分光社製、型式:V−670)で透過率を測定した。結果を図21に示す。   A dispersion liquid dispersed in MIBK (methyl isobutyl ketone) such that the concentration of the composite tungsten oxide particles obtained in Reference Example 1, Examples 1, 2 and Comparative Example 1 was 0.02% by mass was 10 mm in optical path length. Was filled into a solution cell to prepare an optical sample. The transmittance of the obtained optical sample was measured with a spectrophotometer (Model: V-670, manufactured by JASCO Corporation) equipped with an integrating sphere in the wavelength range of 300 nm to 21000 nm. The results are shown in FIG.

図21より本実施形態に係る複合タングステン酸化物粒子の製造方法により得られた実施例1、2の複合タングステン酸化物粒子は、近赤外線領域の透過率が、参考例1等と比較して下がっていることを確認できた。   From FIG. 21, the composite tungsten oxide particles of Examples 1 and 2 obtained by the method for producing composite tungsten oxide particles according to the present embodiment have lower transmittance in the near infrared region as compared with Reference Example 1 and the like. I was able to confirm that.

これは、実施例1、2で作製した複合タングステン酸化物粒子が赤外線を吸収し、800nm以上の赤外線領域の透過率の低下がしたためと考えられる。   This is presumably because the composite tungsten oxide particles produced in Examples 1 and 2 absorbed infrared light, and the transmittance in the infrared region of 800 nm or more was reduced.

一方、還元処理を行っていない参考例1、および還元処理が不十分な比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子は、赤外線の吸収がほとんどないことを確認できた。   On the other hand, it was confirmed that the composite tungsten oxide particles obtained in Reference Example 1 in which the reduction treatment was not performed and Comparative Example 1 in which the reduction treatment was insufficient had almost no infrared absorption.

以上の結果から、既述の複合タングステン酸化物粒子の製造方法によれば、液滴形成部や、ヒーター等の導入コストの低い設備を用いて複合タングステン酸化物粒子を製造できることを確認できた。また、近赤外線吸収粒子である複合タングステン酸化物粒子を、粉砕などのプロセスを経ることなく直接的に得ることができ、工程数も少なくすることができることも確認できた。   From the above results, it was confirmed that according to the method for producing composite tungsten oxide particles described above, composite tungsten oxide particles can be produced using equipment having a low introduction cost, such as a droplet forming section and a heater. It was also confirmed that composite tungsten oxide particles, which are near-infrared absorbing particles, can be directly obtained without going through a process such as pulverization, and the number of steps can be reduced.

さらに、還元処理工程を実施することで、確実に赤外線吸収特性を発現することができ、また熱処理工程で合成された複合タングステン酸化物粒子に異相が含まれても、異相を低減、除去できることを確認できた。   Furthermore, by performing the reduction treatment step, infrared absorption characteristics can be reliably exhibited, and even if a heterophase is contained in the composite tungsten oxide particles synthesized in the heat treatment step, the heterophase can be reduced and removed. It could be confirmed.

Claims (8)

一般式M(但し、M元素は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、Iのうちから選択される1種類以上の元素、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1、2.2≦z/y≦3.0)で表わされる複合タングステン酸化物粒子の製造方法であって、
被処理物である、タングステン源と前記M元素源とを含む原料混合溶液の液滴を形成する液滴形成工程と、
前記被処理物を500℃以上で熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程で得られた粒子を、還元性ガスを含む雰囲気下で、400℃より高く700℃未満の範囲の温度で還元処理する還元処理工程と、を有する複合タングステン酸化物粒子の製造方法。
Formula M x W y O z (where, M element, an alkali metal, alkaline earth metal, rare earth elements, Mg, Zr, Cr, Mn , Fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, B, F, P, S, Se, Br, Te, Ti, Nb, V, Mo, At least one element selected from Ta, Re, Be, Hf, Os, Bi and I, W is tungsten, O is oxygen, 0.001 ≦ x / y ≦ 1, 2.2 ≦ z / y ≦ 3.0), wherein the composite tungsten oxide particles are represented by the following formula:
A droplet forming step of forming a droplet of a raw material mixed solution including a tungsten source and the M element source, which is an object to be processed;
A heat treatment step of heat treating the object to be processed at 500 ° C. or higher;
A reduction treatment step of reducing the particles obtained in the heat treatment step at a temperature higher than 400 ° C. and lower than 700 ° C. in an atmosphere containing a reducing gas, the method comprising the steps of:
前記被処理物を1000℃まで昇温する昇温工程をさらに有し、
前記熱処理工程では、前記被処理物を1000℃以上で熱処理する請求項1に記載の複合タングステン酸化物粒子の製造方法。
The method further includes a temperature raising step of raising the temperature of the object to 1000 ° C.
The method for producing composite tungsten oxide particles according to claim 1, wherein in the heat treatment step, the object is heat-treated at 1000 ° C. or higher.
前記液滴形成工程において、前記タングステン源を含む溶液と、前記M元素源を含む溶液とを混合し、前記原料混合溶液を形成する請求項1または請求項2に記載の複合タングステン酸化物粒子の製造方法。   3. The composite tungsten oxide particles according to claim 1, wherein, in the droplet forming step, a solution containing the tungsten source and a solution containing the M element source are mixed to form the raw material mixed solution. 4. Production method. 前記液滴形成工程では、超音波噴霧装置を用いて前記原料混合溶液の液滴を形成しており、
前記超音波噴霧装置において、前記タングステン源を含む溶液と、前記M元素源を含む溶液とを混合し、前記原料混合溶液を形成する請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の複合タングステン酸化物粒子の製造方法。
In the droplet forming step, droplets of the raw material mixed solution are formed using an ultrasonic spray device,
The composite according to any one of claims 1 to 3, wherein the ultrasonic atomizer mixes the solution containing the tungsten source and the solution containing the M element source to form the raw material mixed solution. A method for producing tungsten oxide particles.
前記タングステン源がパラタングステン酸アンモニウムである請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の複合タングステン酸化物粒子の製造方法。 The method for producing composite tungsten oxide particles according to any one of claims 1 to 4, wherein the tungsten source is ammonium paratungstate. 前記M元素源が、M元素の炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、水酸化物から選択された1種類以上である請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の複合タングステン酸化物粒子の製造方法。   The composite tungsten oxide particles according to any one of claims 1 to 5, wherein the M element source is at least one selected from carbonate, acetate, nitrate, and hydroxide of the M element. Production method. 前記複合タングステン酸化物粒子の格子定数が、a軸が7.37Å以上7.42Å以下、c軸が7.58Å以上7.70Å以下である請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の複合タングステン酸化物粒子の製造方法。   The lattice constant of the composite tungsten oxide particles has an a-axis of 7.37 ° to 7.42 ° and a c-axis of 7.58 ° to 7.70 °, according to any one of claims 1 to 6. Of producing composite tungsten oxide particles. 前記複合タングステン酸化物粒子の複合タングステン酸化物相中のタングステン原子サイトにおけるタングステン原子の占有率が、90%以上である請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の複合タングステン酸化物粒子の製造方法。   The composite tungsten oxide particles according to any one of claims 1 to 7, wherein the occupancy of tungsten atoms in tungsten atom sites in the composite tungsten oxide phase of the composite tungsten oxide particles is 90% or more. Manufacturing method.
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