JP2020073712A - Method and device for producing nickel fine particles and nickel fine particles - Google Patents

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渡辺健一
Kenichi Watanabe
甲田秀和
Hidekazu Koda
山下史郎
Shiro Yamashita
溥 国上
Hiroshi Kunigami
溥 国上
国上秀樹
Hideki Kunigami
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Abstract

To solve the problem of inhibition of good-quality continuous synthesis of fine particles such as inhibition of absorption of a microwave of a reaction liquid caused by sticking of a metal deposit on the inner wall of a reaction tube when the reaction liquid is produced by mixing a liquid containing a raw material liquid of metal fine particles with a liquid containing a reductant of the liquid, distributed to the reaction tube, and irradiated with the microwave so as to be set to a temperature suited for reduction, thus progressing reduction reaction.SOLUTION: An inactive gas or a reactive gas is inserted into a reaction liquid containing metal salts and a reductant, and the reaction liquid is distributed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ニッケル超微粒子の製造方法及び製造装置ならびにそれによって製造したニッケル超微粒子に関する。さらに具体的には、電子部品に使用可能なニッケル超微粒子を主とする超微粒子の成分を含む原料液を、その還元剤を含む溶液と共に混合して反応液として反応管中を流通させ、前記反応管の少なくとも一部にマイクロ波を照射し、反応液の温度を設定温度に短時間で導き、前記原料液の還元反応を進行させて超微粒子を製造する製造方法及び製造装置ならびにそれによって製造したニッケル超微粒子に関する。前記超微粒子には、30nmの場合を主たる狙いとするが、目的、用途等によって、平均粒子径が200nm以下の場合、100nm以下の場合、30nmの場合,10nm以下の場合がある。また、超微粒子を含有するコロイドやペーストの形態の場合もある。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and an apparatus for producing nickel ultrafine particles, and nickel ultrafine particles produced thereby. More specifically, a raw material liquid containing components of ultrafine particles mainly of ultrafine nickel particles that can be used for electronic parts is mixed with a solution containing a reducing agent thereof and is circulated in a reaction tube as a reaction liquid, At least a part of the reaction tube is irradiated with microwaves, the temperature of the reaction solution is introduced to a set temperature in a short time, and the reduction reaction of the raw material solution is allowed to proceed to produce ultrafine particles. To ultrafine nickel particles. The main purpose of the ultrafine particles is 30 nm, but the average particle size may be 200 nm or less, 100 nm or less, 30 nm, or 10 nm or less depending on the purpose and application. It may also be in the form of a colloid or paste containing ultrafine particles.

近年、粒径が200nm(ナノメートル)以下のナノ粒子の研究・開発が盛んに行われ、多くの提案がなされている。例えば、金属ナノ粒子の原材料としての金属塩を溶解した溶液と前記金属塩の還元剤を含む溶液とを混合させた反応液を反応管の中に流通させ、その反応管の少なくとも一部にマイクロ波を照射して、反応管の中の反応液を還元反応に適した所定の温度まで加熱し、もって、金属塩を還元し、金属ナノ粒子を連続的に製造しようとする試みがその一例である。   In recent years, research and development of nanoparticles having a particle size of 200 nm (nanometer) or less have been actively conducted, and many proposals have been made. For example, a reaction solution obtained by mixing a solution of a metal salt as a raw material of metal nanoparticles and a solution containing a reducing agent of the metal salt is circulated in a reaction tube, and at least a part of the reaction tube is provided with a micro One example is an attempt to irradiate a wave to heat the reaction liquid in the reaction tube to a predetermined temperature suitable for the reduction reaction, thereby reducing the metal salt and continuously producing metal nanoparticles. is there.

例えば、金属塩としての硝酸銀とその還元剤を含む反応液をガラスや樹脂製の反応管の中に流通させ、反応液にマイクロ波を照射して加熱し、反応液の温度を還元反応に適した温度まで上昇させて、もって、硝酸銀の還元反応を行わせ、銀ナノ粒子を得ることが提案されている。しかし、前記硝酸銀の還元を続けようとすると、比較的短時間で反応管の内壁に銀が析出して付着してしまう。内壁に付着した銀はマイクロ波を反射するので、反応液にマイクロ波が吸収されず、反応液の温度が急激に低下してしまう。その結果、生成物の中に還元未反応の硝酸銀が多く混入してしまい、銀ナノ粒子の収率が低くなるという問題があった。そのほか、良質の銀ナノ粒子を製造することができなくなるなどの重大な問題があった。ところが、反応管へのマイクロ波照射を利用して金属ナノ粒子の量産を試みる例がまだ多くないためか、前記の問題を論じた特許文献はあまり見当たらない。   For example, a reaction solution containing silver nitrate as a metal salt and a reducing agent thereof is circulated in a reaction tube made of glass or resin, the reaction solution is irradiated with microwaves and heated, and the temperature of the reaction solution is suitable for the reduction reaction. It has been proposed to raise the temperature to a certain temperature to cause a reduction reaction of silver nitrate to obtain silver nanoparticles. However, if the reduction of silver nitrate is attempted to continue, silver will deposit and adhere to the inner wall of the reaction tube in a relatively short time. Since the silver adhering to the inner wall reflects microwaves, the microwaves are not absorbed by the reaction liquid, and the temperature of the reaction liquid drops sharply. As a result, there is a problem that a large amount of unreacted silver nitrate is mixed in the product, resulting in a low yield of silver nanoparticles. In addition, there were serious problems such as the inability to produce high-quality silver nanoparticles. However, because there are not many examples of attempting mass production of metal nanoparticles using microwave irradiation to a reaction tube, there are not many patent documents that discuss the above problem.

金属塩の還元反応は、多くの場合、常温ではなく、その金属塩と還元剤の還元適性温度に加熱して超微粒子を合成する。そして、加熱手段としては、マイクロ波照射が均一で素早い加熱手段として用いられることがある。   In many cases, the reduction reaction of the metal salt is carried out by heating the metal salt and the reducing agent to an appropriate reduction temperature, not at room temperature, to synthesize ultrafine particles. As the heating means, microwave irradiation may be used as a uniform and quick heating means.

多くの特許文献には、反応液にマイクロ波を照射することにより反応液の均一で立ち上がりの速い温度上昇をもたらす効果が期待され、還元反応を効果的に進めることができると記載されている。そして、製造されるナノ粒子の粒径のバラツキが少なくなること、反応時間が短くなること、製造コストを低減できることなどが期待できると記載されている。   Many patent documents describe that irradiation of a reaction solution with microwaves is expected to have an effect of causing a uniform and rapid rise in temperature of the reaction solution, and the reduction reaction can be effectively advanced. Then, it is described that variations in the particle size of nanoparticles to be produced can be reduced, reaction time can be shortened, and production cost can be reduced.

発明者らの実験では、金属塩と還元剤と分散剤を含む反応液を反応管に流し、マイクロ波照射による加熱の下で還元反応を促進させ、金属ナノ粒子を製造するときに、金属層が反応管の内壁に付着することが確認されている。特に、銀ナノ粒子の場合、そのレベルは深刻である。金属ナノ粒子の析出が反応管の壁面に生じると、反応管の壁面に生じた析出層がマイクロ波を反射する。その結果、発振器や反応管などに損傷が生じたり、反応液の均一性の高い加熱ができなくなったり、加熱の効果が全く生じなくなるなどの問題を生じることが確認されている。この問題は、銅やニッケルなど、銀以外の場合にも大きな問題になっている。   In the experiments by the inventors, a reaction liquid containing a metal salt, a reducing agent and a dispersant was passed through a reaction tube to accelerate the reduction reaction under heating by microwave irradiation, and when producing metal nanoparticles, a metal layer was formed. Has been confirmed to adhere to the inner wall of the reaction tube. Especially in the case of silver nanoparticles, the level is serious. When metal nanoparticles are deposited on the wall surface of the reaction tube, the deposited layer on the wall surface of the reaction tube reflects microwaves. As a result, it has been confirmed that problems such as damage to the oscillator and the reaction tube, heating of the reaction solution with high uniformity cannot be achieved, and the heating effect does not occur at all. This problem is also a major problem in cases other than silver, such as copper and nickel.

また、本発明者らの実験では、反応管に反応液を流しながら金属ナノ粒子を連続的に製造する場合に、前記のマイクロ波による加熱効果に問題が生じることが確認されている。そのほかに、反応管が目詰まりを起こし、反応液が流れなくなり、これにより、爆発を生じる危険性があったり、金属ナノ粒子の製造品質の著しい悪化を招いたり、反応管を取り替えなければならなくなったり、製造コストの上昇を招いたりするなど、大きな問題が生じることが確認されている。また、マイクロ波照射の利点が大きく損なわれてしまうという問題を生じることが確認されている。   In addition, in the experiments conducted by the present inventors, it has been confirmed that when the metal nanoparticles are continuously produced while flowing the reaction solution in the reaction tube, the heating effect by the microwave causes a problem. In addition, the reaction tube becomes clogged and the reaction liquid stops flowing, which may cause an explosion, significantly deteriorate the production quality of the metal nanoparticles, and require the reaction tube to be replaced. It has been confirmed that major problems such as increase in manufacturing cost are caused. In addition, it has been confirmed that there arises a problem that the advantage of microwave irradiation is greatly impaired.

しかし、マイクロ波を照射しながらナノ粒子を製造する場合に発生する前記問題の解決を図ろうとする提案がなされているが十分に有効ではない。バッチ処理で反応液にマイクロ波を照射して反応液中の金属塩の還元反応を行わせるときに、容器の内壁に金属析出物が付着し、容器を破損させてしまうなどの問題が生じること、及びそれを解決する方法が特許文献1に記載されている。   However, there have been proposals to solve the above-mentioned problems that occur when nanoparticles are produced while irradiating microwaves, but they are not sufficiently effective. When the reaction solution is irradiated with microwaves in a batch process to carry out the reduction reaction of the metal salt in the reaction solution, metal deposits may adhere to the inner wall of the container, causing problems such as damage to the container. Patent Document 1 discloses a method for solving the above problem.

特許文献1には、金属酸化物や金属水酸化物を有機溶媒で溶解した反応液をガラス容器内で還元し、金属ナノ粒子を生成することが記載されている。また、マイクロ波を用いて反応液の温度を高め、一定時間還元反応を続けると、金属微粒子が容器の内壁面に付着することが記載されている。また、その付着物がマイクロ波を吸収して加熱され、容器が局部的に高温になり、ガラスが破損する危険性が指摘されている。   Patent Document 1 describes that a reaction solution obtained by dissolving a metal oxide or a metal hydroxide in an organic solvent is reduced in a glass container to generate metal nanoparticles. Further, it is described that when the temperature of the reaction liquid is raised by using microwaves and the reduction reaction is continued for a certain period of time, the metal fine particles adhere to the inner wall surface of the container. Further, it has been pointed out that there is a risk that the adhered material absorbs microwaves and is heated, the temperature of the container locally becomes high, and the glass is broken.

これを解決するため、特許文献1では、1L(1リットル)のセパラブル容器に、マイクロ波を吸収し易い有機溶媒とマイクロ波を吸収し難い有機溶媒の混合溶媒を入れ、この混合溶媒に金属酸化物または金属水酸化物と金属元素に対して等モル量以下の有機修飾剤を添加し、得られた溶液に還元剤を加えて反応液とし、容器の外側からこれにマイクロ波を照射して反応液を加熱して金属ナノ粒子を製造することが記載されている。マイクロ波を吸収し易い有機溶媒とマイクロ波を吸収し難い有機溶媒の混合溶媒を用いることの理由の一つとして、マイクロ波を容器の外側から反応液に照射したときに、容器の壁面に近いところでマイクロ波が吸収されてしまうことに対する緩和策をあげている。金属塩の種類、マイクロ波を吸収しやすい溶媒、マイクロ波を吸収しにくい溶媒、有機修飾剤などには、多くの種類が提案されている。   In order to solve this, in Patent Document 1, a mixed solvent of an organic solvent that easily absorbs microwaves and an organic solvent that hardly absorbs microwaves is placed in a separable container of 1 L (1 liter), and a metal oxide is added to the mixed solvent. Substance or metal hydroxide and an organic modifier in an equimolar amount or less with respect to the metal element, a reducing agent is added to the obtained solution to form a reaction solution, which is irradiated with microwaves from the outside of the container. It is described that the reaction solution is heated to produce metal nanoparticles. One of the reasons for using a mixed solvent of an organic solvent that easily absorbs microwaves and an organic solvent that does not easily absorb microwaves is that it is close to the wall surface of the container when the reaction solution is irradiated with microwaves from the outside of the container. By the way, they are providing mitigation measures against the absorption of microwaves. Many types of metal salts, solvents that easily absorb microwaves, solvents that hardly absorb microwaves, organic modifiers, and the like have been proposed.

特許文献1では、さらに、反応容器の金属微粒子が析出して付着しない部分にはマイクロ波透過材料を用い、反応容器の金属微粒子が析出して付着する部分にはマイクロ波遮蔽部材を配置することが記載されている。   In Patent Document 1, a microwave transparent material is further used in a portion of the reaction container where the metal fine particles are deposited and does not adhere, and a microwave shielding member is arranged in a portion of the reaction container where the metal fine particles are deposited and adhered. Is listed.

本発明者らの実験によれば、一部がマイクロ波照射場を通るフッ素樹脂製の管状反応管に反応液を流通させ、反応液にマイクロ波を照射し、金属イオンを還元し、もって、金属ナノ粒子を製造しようとする場合、特許文献1も含めた従来の方法では、反応管の内壁に析出物が付着することは避けられないことが判明した。また、極めて深刻な問題があることも判明した。   According to the experiments of the present inventors, a reaction solution is circulated in a tubular reaction tube made of a fluororesin, a part of which passes through a microwave irradiation field, the reaction solution is irradiated with microwaves, metal ions are reduced, and thus, When producing metal nanoparticles, it has been found that deposition of deposits on the inner wall of the reaction tube cannot be avoided by the conventional methods including Patent Document 1. It also turned out to be a very serious problem.

例えば、内径が2mmであり、外径が3mmであり、円筒型のマイクロ波キャビティーに入れる部分の長さが100mmであるフッ素樹脂製反応管に反応液を流通させる。また、この反応管に周波数2.4〜2.5GHzのTM010モードのマイクロ波を照射し、銅ナノ粒子や銀ナノ粒子などを生成する。このような場合に、特許文献1に開示されている方法を用いることができないことは自明である。 For example, the reaction liquid is circulated through a fluororesin reaction tube having an inner diameter of 2 mm, an outer diameter of 3 mm, and a portion to be inserted into a cylindrical microwave cavity having a length of 100 mm. Further, this reaction tube is irradiated with TM 010 mode microwave having a frequency of 2.4 to 2.5 GHz to generate copper nanoparticles, silver nanoparticles, and the like. In such a case, it is obvious that the method disclosed in Patent Document 1 cannot be used.

マイクロ波キャビティー中を通っている反応管の中に、金属塩と還元剤と合成される金属ナノ粒子の分散剤を含む反応液を流し、マイクロ波を照射して反応液を加熱しながら金属ナノ粒子を連続製造する場合、たとえば金属塩を銀塩にした場合、反応管内壁への銀析出物が生じる。また、それによるマイクロ波の反射が起こる。その結果、マイクロ波が反応液に到達せず、還元の適温になっていた反応液の温度を還元に不適切な温度に低下させてしまい、生成物の中に還元未反応の金属塩が混入してしまい、ナノ粒子の収率が低くなる。   A reaction solution containing a dispersant of metal nanoparticles, which is synthesized with a metal salt and a reducing agent, is flown into a reaction tube passing through a microwave cavity, and the reaction solution is heated by irradiating microwaves to heat the metal. When nanoparticles are continuously produced, for example, when the metal salt is changed to a silver salt, silver deposits are formed on the inner wall of the reaction tube. In addition, the microwave is reflected thereby. As a result, the microwave does not reach the reaction solution and the temperature of the reaction solution, which was at the appropriate temperature for the reduction, is lowered to an inappropriate temperature for the reduction, and the unreacted metal salt is mixed in the product. As a result, the yield of nanoparticles decreases.

前記のように、反応管に、銀塩を溶解させた溶液と銀ナノ粒子の分散剤と前記銀塩の還元剤を含む反応液を流通させ、反応液にマイクロ波を照射して反応液の温度を還元適性温度まで高めて、還元反応を行わせると、銀析出物が反応管内壁に付着しはじめ、種々の問題が発生する。   As described above, a reaction solution containing a solution in which a silver salt is dissolved, a dispersant for silver nanoparticles, and a reducing agent for the silver salt is circulated in the reaction tube, and the reaction solution is irradiated with microwaves for reaction. When the temperature is raised to the temperature suitable for reduction and the reduction reaction is carried out, silver deposits start to adhere to the inner wall of the reaction tube, causing various problems.

すなわち、反応管内壁に付着した銀析出物により、反応管の外部から反応管に照射しているマイクロ波が反射され、還元の適温になっていた反応液の温度を還元に不適切な温度に低下させてしまう。また、未反応の溶液が所定量以上に混入し、製造予定の銀ナノ粒子の品質を低下させてしまう。金属ナノ粒子の製造に大きな障害が生じる。反応管の温度分布が大きく変わったりするなどの問題が生じる。   That is, the microwave deposited on the reaction tube from the outside of the reaction tube is reflected by the silver deposits attached to the inner wall of the reaction tube, and the temperature of the reaction solution, which was at the appropriate temperature for the reduction, becomes an inappropriate temperature for the reduction. Will lower it. Moreover, the unreacted solution is mixed in a predetermined amount or more, and the quality of the silver nanoparticles to be manufactured is deteriorated. There are major obstacles to the production of metal nanoparticles. Problems such as a large change in the temperature distribution of the reaction tube occur.

このような現象は製造しようとする金属の種類によってもかなり異なるが、銀以外の金属でも注意を要する、解決すべき課題である。例えば、銅,ニッケル等でも上記現象が起こることが確認されている。   Such a phenomenon is considerably different depending on the kind of metal to be produced, but it is a problem to be solved which requires attention even for metals other than silver. For example, it has been confirmed that the above phenomenon also occurs with copper, nickel and the like.

種々の金属ナノ粒子の連続的な合成が公開特許によって提案され始めており、その合成・精製方法については、生産性、簡便さ、低コスト、スケールアップなどの可能性が開示されている。しかし、実際に前記の問題を解決しようとする提案がなされていない。   The continuous synthesis of various metal nanoparticles has begun to be proposed by published patents, and the synthesis / purification method thereof discloses the possibilities of productivity, convenience, low cost, scale-up, and the like. However, no proposal has been made to actually solve the above problem.

ナノ粒子の合成が提唱されて以来かなり長い年月がたっているが、不明なこと、製品化のために解決しなければならないことはまだ多く残されている。ナノ粒子の粒径と物性の関係がその一例と言える。   It has been quite a long time since the synthesis of nanoparticles was proposed, but there are still many unclear points and things that must be solved for commercialization. One example is the relationship between the particle size of the nanoparticles and the physical properties.

ニッケルナノ粒子は積層コンデンサの内部電極、接合材、電磁波遮蔽材料などの様々な用途が期待されているものの、粒子径が300nm以下のニッケル超微粒子の合成に関しては未だに確立した合成法がないのが現状である。これは、ニッケルナノ粒子の合成反応の難しさに起因するものである。   Although nickel nanoparticles are expected to have various uses such as internal electrodes for multilayer capacitors, bonding materials, and electromagnetic wave shielding materials, there is no established synthetic method for synthesizing nickel ultrafine particles with a particle size of 300 nm or less. The current situation. This is due to the difficulty of the synthetic reaction of nickel nanoparticles.

特許文献2では、微細なニッケル粒子を得ているが、銀イオンを原料に混合して、触媒、種として機能し、粒子化させている。マイクロ波の照射による還元ではあるが、アミンによる還元であるので、200℃以上で反応させて、平均粒子径40〜90nmのニッケル粒子を得ている。   In Patent Document 2, fine nickel particles are obtained, but silver ions are mixed with a raw material to function as a catalyst and seeds to form particles. Although it is a reduction by irradiation with microwaves, it is a reduction by an amine, so that the reaction is performed at 200 ° C. or higher to obtain nickel particles having an average particle diameter of 40 to 90 nm.

特許文献3では、25nmないし30nmの球状に凝集したニッケル粒子を得ているが、危険性かつ有害性の高い有機溶媒である、酢酸エチル又はトルエンを分散媒としている。   In Patent Document 3, nickel particles aggregated in a spherical shape of 25 nm to 30 nm are obtained, but ethyl acetate or toluene, which is a dangerous and highly harmful organic solvent, is used as the dispersion medium.

特許文献4では、28nmのニッケル粒子を得ているが、還元剤のナトリウム塩であるロンガリットを使用している。   In Patent Document 4, although 28 nm nickel particles are obtained, Rongalit which is a sodium salt of a reducing agent is used.

特許文献5では、50nmのニッケル粒子を得ているが、塩化ニッケルや水酸化ナトリウムを使用している。アルカリ金属や塩素などの不純物を完全に除く事は多大な費用を必要とする。   In Patent Document 5, nickel particles of 50 nm are obtained, but nickel chloride or sodium hydroxide is used. Completely removing impurities such as alkali metals and chlorine requires a great deal of expense.

特開2011−012290号公報JP, 2011-012290, A 特開2013−7070号公報JP, 2013-7070, A 特開2004−124237号公報JP, 2004-124237, A 特開2007−284715号公報JP, 2007-284715, A 特開2015−194415号公報JP, 2005-194415, A

ニッケルナノ粒子をインクジェットなどで配線する材料として使用する場合や、塗膜化する場合、あるいは接合に使用する場合には、100nm以下の微細な粒子である事や、親水性のアルコール系の分散媒への分散性の良好なコロイドが求められている。   When nickel nanoparticles are used as a material for wiring with an ink jet or the like, when they are used as a coating film, or when they are used for bonding, they are fine particles of 100 nm or less, and a hydrophilic alcohol-based dispersion medium. There is a demand for a colloid having good dispersibility in water.

配線や電極の材料に金属を使用する際、金属にナトリウムやカリウム等のアルカリ金属、塩素等の不純物が存在すると、イオンマイグレーションが生じる可能性がある。銀が最もイオンマイグレーションが起こり易く、起こり易さは金属種に依存し、ニッケルは銀の10−3の速度というデータもあるが、電子部品は、小型化、微小化している事から、ニッケルナノ粒子にそのような不純物を含まない事が望まれる。 When a metal is used as a material for wiring or electrodes, if an alkali metal such as sodium or potassium or an impurity such as chlorine is present in the metal, ion migration may occur. Ion migration is most likely to occur in silver, and the susceptibility to occurrence depends on the metal species. Nickel has a data rate of 10 −3 that of silver, but electronic components are becoming smaller and smaller, so nickel nano It is desired that the particles do not contain such impurities.

本発明の解決しようとする課題は、前記市場のニーズを解決した金属超微粒子を品質よく、工業レベルで提供できる金属超微粒子コロイド、ペーストの製造方法、製造装置、金属超微粒子コロイド、ペーストを提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is to provide ultrafine metal particles that solve the above-mentioned needs of the market with high quality and at an industrial level, ultrafine metal particle colloid, paste manufacturing method, manufacturing apparatus, ultrafine metal particle colloid, and paste. To do.

本発明の解決しようとする課題は、特に、前記市場のニーズを解決したニッケル超微粒子を品質よく、工業レベルで提供できるニッケル超微粒子コロイド、ペーストの製造方法、製造装置、ニッケル超微粒子コロイド、ペーストを提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is, in particular, a nickel ultrafine particle colloid capable of providing nickel ultrafine particles which have solved the needs of the market in good quality at an industrial level, a method for producing a paste, a manufacturing apparatus, a nickel ultrafine particle colloid, and a paste. To provide.

課題を解決するためになされた本発明の第1の発明(以下、発明1という)は、ニッケル前駆体溶液とヒドラジン化合物とから形成したニッケル−ヒドラジン錯体に、酸解離定数13以上のアミンを添加する事でニッケル−ヒドラジン錯体の水酸化物を形成した水溶液に、マイクロ波を連続的に照射して加熱する事を特徴とするニッケル超微粒子コロイドの製造方法である。   The first invention of the present invention (hereinafter referred to as invention 1) made to solve the problems is to add a amine having an acid dissociation constant of 13 or more to a nickel-hydrazine complex formed from a nickel precursor solution and a hydrazine compound. In this way, the aqueous solution in which the hydroxide of the nickel-hydrazine complex has been formed is continuously irradiated with microwaves and heated to produce a nickel ultrafine particle colloid.

発明1を展開してなされた本発明の第2の発明(以下、発明2という)は、前記酸解離定数13以上のアミンが、1,1,3,3−テトラメチルグアニジンである、発明1に記載の二ッケル超微粒子コロイドの製造方法である。   A second invention of the present invention (hereinafter referred to as invention 2) made by developing invention 1 is that the amine having an acid dissociation constant of 13 or more is 1,1,3,3-tetramethylguanidine. The method for producing the Nikkell ultrafine particle colloid described in 1.

発明1,2を展開してなされた本発明の第3の発明(以下、発明3という)は、ニッケルのシングルナノ粒子を、反応液に加える事を特徴とする、発明1または2に記載のニッケル超微粒子コロイドの製造方法である。   A third invention of the present invention (hereinafter referred to as invention 3) made by developing inventions 1 and 2 is characterized in that nickel single nanoparticles are added to a reaction solution, and the invention 1 or 2 is described. This is a method for producing a nickel superfine particle colloid.

発明1〜3を展開してなされた本発明の第4の発明(以下、発明4という)は、マイクロ波加熱を加圧下で、反応温度90℃以上、170℃以下で行う事を特徴とする、発明1〜3のいずれか1項に記載のニッケル超微粒子コロイドの製造方法である。   A fourth invention of the present invention (hereinafter referred to as invention 4) made by developing inventions 1 to 3 is characterized in that microwave heating is performed under pressure at a reaction temperature of 90 ° C to 170 ° C. The method for producing a nickel superfine particle colloid according to any one of Inventions 1 to 3.

発明1〜4を展開してなされた本発明の第5の発明(以下、発明5という)は、ポリオールを反応液に加える事を特徴とする、発明1〜4のいずれか1項に記載のニッケル超微粒子コロイドの製造方法である。   A fifth invention of the present invention (hereinafter referred to as invention 5) made by developing inventions 1 to 4 is characterized in that a polyol is added to a reaction liquid, and the invention is described in any one of inventions 1 to 4. This is a method for producing a nickel superfine particle colloid.

発明1〜5を展開してなされた本発明の第6の発明(以下、発明6という)は、水及び親水性のアルコールに可溶な分散剤を使用する事を特徴とする、発明1〜5のいずれか1項に記載のニッケル超微粒子コロイドの製造方法である。   A sixth invention of the present invention (hereinafter referred to as invention 6) made by developing inventions 1 to 5 is characterized by using a dispersant soluble in water and a hydrophilic alcohol. 5. The method for producing the nickel ultrafine particle colloid according to any one of 5 above.

発明1〜6を展開してなされた本発明の第7の発明(発明7という)は、発明1〜6のいずれか1項に記載のニッケルコロイド溶液の製造方法によって得られる、アルカリ金属、塩素を含まない、親水性のアルコール又は水に分散しているニッケル超微粒子コロイド溶液である。   The seventh invention of the present invention (referred to as invention 7) made by developing Inventions 1 to 6 is an alkali metal or chlorine obtained by the method for producing a nickel colloid solution according to any one of Inventions 1 to 6. It is a nickel ultrafine particle colloidal solution which is dispersed in a hydrophilic alcohol or water containing no.

課題を解決するためになされた本発明の第8の発明(以下、発明8という)は、ニッケル前駆体溶液とヒドラジン化合物とから形成したニッケル−ヒドラジン錯体に、酸解離定数13以上のアミンを添加する事でニッケル−ヒドラジン錯体の水酸化物を形成した水溶液に、マイクロ波を連続的に照射して加熱する事を特徴とするニッケル超微粒子ペーストの製造方法である。   An eighth invention of the present invention (hereinafter referred to as invention 8) made to solve the problem is to add a amine having an acid dissociation constant of 13 or more to a nickel-hydrazine complex formed from a nickel precursor solution and a hydrazine compound. This is a method for producing a nickel ultrafine particle paste, characterized in that the aqueous solution in which the hydroxide of the nickel-hydrazine complex is formed is continuously irradiated with microwaves and heated.

発明8を展開してなされた本発明の第9の発明(以下、発明9という)は、前記酸解離定数13以上のアミンが、1,1,3,3−テトラメチルグアニジンである、発明8に記載の二ッケル超微粒子ペーストの製造方法である。   A ninth invention of the present invention (hereinafter referred to as invention 9) made by developing invention 8 is that the amine having an acid dissociation constant of 13 or more is 1,1,3,3-tetramethylguanidine. The method for producing the Nikkell ultrafine particle paste described in 1.

発明8または9を展開してなされた本発明の第10の発明(以下、発明10という)は、ニッケルのシングルナノ粒子を、反応液に加える事を特徴とする、発明8または9に記載のニッケル超微粒子ペーストの製造方法である。   The tenth invention of the present invention (hereinafter referred to as invention 10) made by developing invention 8 or 9 is characterized in that nickel single nanoparticles are added to the reaction solution. This is a method for producing a nickel superfine particle paste.

発明8〜10を展開してなされた本発明の第11の発明(以下、発明11という)は、マイクロ波加熱を加圧下で、反応温度90℃以上、170℃以下で行う事を特徴とする、発明8〜10のいずれか1項に記載のニッケル超微粒子ペーストの製造方法である。   An eleventh invention of the present invention (hereinafter referred to as invention 11) made by developing Inventions 8 to 10 is characterized in that microwave heating is performed under pressure at a reaction temperature of 90 ° C. or higher and 170 ° C. or lower. The method for producing a nickel ultrafine particle paste according to any one of Inventions 8 to 10.

発明8〜11を展開してなされた本発明の第12の発明(以下、発明12という)は、ポリオールを反応液に加える事を特徴とする、発明8〜11のいずれか1項に記載のニッケル超微粒子ペーストの製造方法である。   A twelfth invention of the present invention (hereinafter referred to as invention 12) made by developing inventions 8 to 11 is characterized in that a polyol is added to a reaction solution, and the invention is described in any one of inventions 8 to 11. This is a method for producing a nickel superfine particle paste.

発明8〜12を展開してなされた本発明の第13の発明(以下、発明13という)は、水及び親水性のアルコールに可溶な分散剤を使用する事を特徴とする、発明8〜12のいずれか1項に記載のニッケル超微粒子ペーストの製造方法である。   A thirteenth invention of the present invention (hereinafter, referred to as invention 13) made by developing the inventions 8 to 12 is characterized by using a dispersant soluble in water and a hydrophilic alcohol. 13. The method for producing a nickel ultrafine particle paste according to any one of 12 above.

発明8〜13を展開してなされた本発明の第14の発明(発明14という)は、発明8〜13のいずれか1項に記載のニッケルペーストの製造方法によって得られる、アルカリ金属、塩素を含まない、親水性のアルコール又は水に分散しているニッケル超微粒子ペーストである。   A fourteenth invention of the present invention (referred to as invention 14) made by developing the inventions 8 to 13 includes an alkali metal and chlorine obtained by the method for producing a nickel paste according to any one of the inventions 8 to 13. It is a nickel ultrafine particle paste which is not contained and is dispersed in hydrophilic alcohol or water.

配線などの電子部品に金属ナノ粒子を使用する場合、イオンマイグレーションや劣化を促進する可能性のある不純物を含まない事が求められており、本発明のニッケルコロイドは、アルカリ金属や塩素を含んでいない事から好適に用いる事ができる。また、連続法での、90℃から170℃以下での合成であるので、エネルギーコストに優れ、製造コストが安くなる。更に、有害な有機溶媒を使用せず、親水性のアルコール系の分散媒に分散しているコロイドであるので、環境に優しい。   When using metal nanoparticles for electronic parts such as wiring, it is required that they do not contain impurities that may promote ion migration or deterioration.The nickel colloid of the present invention contains alkali metals and chlorine. Since it is not present, it can be preferably used. Moreover, since the synthesis is carried out at 90 ° C. to 170 ° C. or less in the continuous method, the energy cost is excellent and the manufacturing cost is low. Furthermore, since it is a colloid dispersed in a hydrophilic alcohol-based dispersion medium without using a harmful organic solvent, it is environmentally friendly.

本発明の実施の形態例に用いたニッケルナノ粒子製造装置の模式図である。It is a schematic diagram of the nickel nanoparticle manufacturing apparatus used for the example of embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態例に用いたニッケルナノ粒子製造装置の模式図である。It is a schematic diagram of the nickel nanoparticle manufacturing apparatus used for the other embodiment of this invention. 本発明の実施例としてのニッケル超微粒子の合成におけるマイクロ波照射による反応液の温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change of the reaction liquid by microwave irradiation in the synthesis | combination of the nickel ultrafine particle as an Example of this invention. 本発明の実施例としてのニッケル超微粒子の合成におけるマイクロ波照射でのマイクロ波の反射波強度変化を示す図である。It is a figure which shows the reflected wave intensity change of the microwave by microwave irradiation in the synthesis | combination of the nickel ultrafine particle as an Example of this invention.

1:マイクロ波照射口
2,2a:マイクロ波照射場
4:電界モニター
5:温度計
6:マイクロ波発振器・制御器
7,7a〜7n,7r:反応管
8:反応液
21, 21a〜21c:ガス源
22〜25:T字型ジョイント
30:接続部
30a〜30e:反応液取出部
31,32,33, 33a〜33c:液源
34, 34a,34c,x :回収タンク
71a〜71c,72〜78,78a〜78c:流路
a−1〜a−30:矢印
S−1〜S−14:センサー
101, 101a, 101b, 101c :温度曲線
102, 102a, 102b, 102c :マイクロ波の反射波強度曲線
1: Microwave irradiation port 2, 2a: Microwave irradiation field 4: Electric field monitor 5: Thermometer 6: Microwave oscillator / controller 7, 7a to 7n, 7r: Reaction tube 8: Reaction liquid 21, 21a to 21c: Gas sources 22 to 25: T-shaped joint 30: Connection parts 30a to 30e: Reaction liquid extraction parts 31, 32, 33, 33a to 33c: Liquid sources 34, 34a, 34c, x: Recovery tanks 71a to 71c, 72 to 78, 78a to 78c: Flow paths a-1 to a-30: Arrows S-1 to S-14: Sensors 101, 101a, 101b, 101c: Temperature curves 102, 102a, 102b, 102c: Reflected wave intensity of microwaves curve

以下、本発明の実施の形態例を説明する。なお、説明の重複を避けるため、ナノ粒子の製造装置の説明で製造方法の説明やナノ粒子の説明を兼ねることもあり、その逆の場合もある。また、本発明の実施の形態の説明に用いる各図は、本発明の例の説明の都合上、特に断らずに部分的に拡大率を変えて図示する場合もあり、必ずしも実施例などの実物や記述と相似形でない場合もある。また、各図において、同様な構成成分については同一の符号を付けて示し、説明の重複を避けることもある。   Embodiments of the present invention will be described below. In addition, in order to avoid duplication of description, the description of the manufacturing method and the description of the nanoparticles may be combined with the description of the apparatus for producing nanoparticles, and vice versa. Further, for convenience of explanation of the example of the present invention, each drawing used for explaining the embodiment of the present invention may be shown by partially changing the enlargement ratio without being particularly noted. It may not be similar to the description. Further, in each of the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description may be omitted.

図1は、諸要件を考慮して本発明の実施の形態例を説明するために作成したナノ粒子製造装置の模式図である。図中、全ての構成要件が全ての形態例に使用するものではなく、形態例によっては不要なものもあり、具備していない場合もあるが、説明の都合上、具備している場合を説明する。図1で、符号1はマイクロ波照射口(導波管等)、2はマイクロ波照射場、4は電界モニター、5は温度計、6はマイクロ波発振器・制御器、7,7a,7bは反応管、8は反応液、21は不活性ガス源、22〜25はT字型ジョイント、30は接続部、31は第1液源(例えば、A液、C液など)、32は第2液源(例えば、B液、D液など)、33は第3液源(例えば、E液など)、34は回収タンク、72〜78は各液流路または液とガスの混合体流路、71は不活性ガスの流路である。これらのうちには、全てをナノ粒子製造装置に設ける必要はなく、必要なものだけ用いて装置を構成することができる。符号S−1〜S−14は、反応系制御その他の目的に用いる温度、圧力、流量、流速、電界強度等、反応液に関する情報を測定するセンサーで、液源、液流路、ガス流路、回収タンク、マイクロ波照射場などに配置してある。センサーは、不必要な場合は設けなくてもよい。a−1〜a−9は矢印である。送液ポンプは図示していない。実施の形態例によっては図示のうちの一部だけで構成されるものもある。また、図示していないが、各液源、回収タンクなどに攪拌装置を配置し、各液、反応液等の均一化を図っている。   FIG. 1 is a schematic view of a nanoparticle manufacturing apparatus created to explain an embodiment of the present invention in consideration of various requirements. In the figure, not all configuration requirements are used for all the form examples, and some form examples are unnecessary and may not be provided, but for convenience of explanation, the case where they are provided will be described. To do. In FIG. 1, reference numeral 1 is a microwave irradiation port (waveguide, etc.), 2 is a microwave irradiation field, 4 is an electric field monitor, 5 is a thermometer, 6 is a microwave oscillator / controller, 7, 7a, 7b are A reaction tube, 8 is a reaction liquid, 21 is an inert gas source, 22 to 25 are T-shaped joints, 30 is a connecting portion, 31 is a first liquid source (for example, A liquid, C liquid, etc.), 32 is a second liquid source. Liquid source (for example, B liquid, D liquid, etc.), 33 is a third liquid source (for example, E liquid, etc.), 34 is a recovery tank, 72 to 78 are liquid passages or liquid / gas mixture passages, Reference numeral 71 is a flow path for an inert gas. Of these, it is not necessary to provide all of them in the nanoparticle manufacturing apparatus, and the apparatus can be configured by using only necessary ones. Reference numerals S-1 to S-14 are sensors for measuring information on the reaction liquid such as temperature, pressure, flow rate, flow velocity, electric field strength, etc. used for control of the reaction system and other purposes, and are a liquid source, a liquid flow path, and a gas flow path. It is located in a recovery tank, microwave irradiation field, etc. The sensor may not be provided if unnecessary. a-1 to a-9 are arrows. The liquid feed pump is not shown. Some of the embodiments may include only a part of the drawings. Although not shown, a stirring device is arranged in each liquid source, recovery tank, etc. to make each liquid, reaction liquid, etc. uniform.

図1で、例えば、少なくとも符号33と24がない場合について説明する。たとえば混合する液が2種類の場合、液源31に1種類目の液を用意し、液源32に2種類目の液を用意し、それぞれの液源にそれぞれ液送出手段としてのたとえばプランジャーポンプを設け、各所定の送液速度に設定する。液源31,32からの各液は、液源31,32から所定の速度でそれぞれ液流路73,74を矢印a−2,a−7の方向に送られ、T字型ジョイント22,23でそれぞれ不活性ガス源21から矢印a−1,a−4方向に送られてくる不活性ガスを導入される。その後、不活性ガスが導入された各液は、流路77,76を通り、T字型ジョイント25に送られ、T字型ジョイント25で混合され、T字型ジョイント25の残りの流路から一端が反応管7に接続されている液流路78に送られる。   In FIG. 1, for example, a case where at least the reference numerals 33 and 24 are not described will be described. For example, when there are two kinds of liquids to be mixed, the first kind of liquid is prepared in the liquid source 31, the second kind of liquid is prepared in the liquid source 32, and a plunger, for example, as a liquid delivery means is provided in each of the liquid sources. A pump is provided, and each prescribed liquid transfer rate is set. The respective liquids from the liquid sources 31 and 32 are sent from the liquid sources 31 and 32 at predetermined speeds through the liquid flow paths 73 and 74 in the directions of arrows a-2 and a-7, respectively, and the T-shaped joints 22 and 23 are formed. Then, the inert gas sent from the inert gas source 21 in the directions of arrows a-1 and a-4 is introduced. Then, the respective liquids into which the inert gas is introduced pass through the flow paths 77 and 76, are sent to the T-shaped joint 25, are mixed in the T-shaped joint 25, and are supplied from the remaining flow paths of the T-shaped joint 25. One end is sent to the liquid flow path 78 connected to the reaction tube 7.

図1で符号33がある場合は、液原33の液は、所定の速度で液流路72を通り、T字型ジョイント24で不活性ガス源21からの不活性ガスを導入されて後、T字型ジョイント23で第2液源32からの液と混合される。このとき、不活性ガス源21からの不活性ガスは第2液源32からの液にも混合される。なお、液の種類などによって、不活性ガス源21が第2液源32にも直接配置されることもある。   When there is a reference numeral 33 in FIG. 1, the liquid of the liquid source 33 passes through the liquid flow path 72 at a predetermined speed, and after the inert gas from the inert gas source 21 is introduced by the T-shaped joint 24, It is mixed with the liquid from the second liquid source 32 at the T-shaped joint 23. At this time, the inert gas from the inert gas source 21 is also mixed with the liquid from the second liquid source 32. In addition, the inert gas source 21 may be directly arranged also in the second liquid source 32 depending on the type of liquid.

液流路78からの液は、マイクロ波照射場としてのキャビティー2を通る反応管7に入り、マイクロ波照射場2でマイクロ波の照射を受ける。   The liquid from the liquid flow path 78 enters the reaction tube 7 passing through the cavity 2 serving as a microwave irradiation field, and receives microwave irradiation in the microwave irradiation field 2.

マイクロ波照射場2内の反応管7は、300MHz〜300GHzの範囲内におけるマイクロ波の周波数、マイクロ波のモード、液の種類などによって最適形状が異なる場合がある。マイクロ波照射場2内における反応管7の形状を適宜選択することによって、マイクロ波照射の効果をコントロールすることが出来る。   The reaction tube 7 in the microwave irradiation field 2 may have an optimum shape depending on the microwave frequency within the range of 300 MHz to 300 GHz, the microwave mode, the type of liquid, and the like. By appropriately selecting the shape of the reaction tube 7 in the microwave irradiation field 2, the effect of microwave irradiation can be controlled.

反応管7の形状としては、直線状、S字型、コイル状、それらの混合形状等が挙げられる。また、反応管7の一部をマイクロ波照射場2外に配置することによってマイクロ波照射の効果をコントロールすることも出来る。   Examples of the shape of the reaction tube 7 include a linear shape, an S shape, a coil shape, and a mixed shape thereof. Further, the effect of microwave irradiation can be controlled by disposing a part of the reaction tube 7 outside the microwave irradiation field 2.

接続部30は反応管7の出力部7aと反応管7bを接続する接続部であり、ナノ粒子の製造目的や装置、部品の状況などによっては設けない場合もある。その場合は、反応管7bは反応管7と同じ仕様の場合もあり、あるいは目的によっては直径を変えることもある。符号30aは反応液取出部であり、必要に応じて設け、反応のコントロールに利用されることもある。なお、反応管の外径、内径は、装置の構成の都合によって、図示していない部分においても変えることができる。   The connection part 30 is a connection part that connects the output part 7a of the reaction tube 7 and the reaction tube 7b, and may not be provided depending on the purpose of producing nanoparticles, the state of the device, the parts, and the like. In that case, the reaction tube 7b may have the same specifications as the reaction tube 7, or the diameter may be changed depending on the purpose. Reference numeral 30a is a reaction solution take-out section, which may be provided if necessary and used for controlling the reaction. The outer diameter and the inner diameter of the reaction tube can be changed in a portion not shown in the figure depending on the configuration of the apparatus.

反応液取出部には、微粒子の反応状況判断手段、粒径観測手段、粒径分布観測手段、成分観測手段、限外ろ過などの粒径選択や分別手段、分級手段、分流手段、加温や冷却等を含む温度調節手段などの少なくとも1つを必要に応じて設けることが好ましい。例えば、反応液取出部30aに、反応状況判断手段(図示せず)を配置してある場合は、所定レベル以下の反応液を抽出し、本発明の他の実施の形態例に用いたナノ粒子の製造装置の模式図である図2で後述するように、再度マイクロ波照射場を通過する反応管に流し、マイクロ波を照射する。   The reaction liquid extraction section has a means for determining the reaction state of fine particles, a particle size observing means, a particle size distribution observing means, a component observing means, a particle size selecting and sorting means such as ultrafiltration, a classifying means, a diversion means, and a heating means. It is preferable to provide at least one of temperature control means including cooling and the like as required. For example, in the case where a reaction status judging means (not shown) is arranged in the reaction liquid extraction section 30a, the reaction liquid of a predetermined level or lower is extracted, and the nanoparticles used in other embodiments of the present invention are used. As will be described later with reference to FIG. 2 which is a schematic view of the manufacturing apparatus of FIG.

本発明の実施の形態例を種々検討した結果、マイクロ波照射を受けてナノ粒子原料液の還元反応を含む合成工程で、反応管の内壁に析出物の付着を生じさせないためには、マイクロ波照射の前に反応液に不活性ガスを導入することが好ましいことが判明した。不活性ガスの導入は、反応液を構成する各液の流通のさせ方、不活性ガスの導入の仕方などが重要な要素であることも判明した。前記第1の液と第2の液を混合して反応液を形成してから不活性ガスを反応液に導入しても、反応管壁に鏡現象が生じることを緩和することができる。このほか、第1の液に不活性ガスを導入する方法、第2の液に不活性ガスを導入する方法、あるいは、第2の液に不活性ガスを導入して液流路内を流通させているところへ第1の液を混合する方法、第2の液に不活性ガスを導入して液流路内を流通させているところへ不活性ガスを導入した第1の液を混合する方法など、ナノ粒子の原料とその還元剤の選択の仕方に合わせた適切な方法がある。   As a result of various studies of various embodiments of the present invention, in order to prevent deposits from being deposited on the inner wall of the reaction tube in the synthesis step involving reduction reaction of the nanoparticle raw material liquid under microwave irradiation, It has been found preferable to introduce an inert gas into the reaction solution before irradiation. It has also been found that the introduction of the inert gas is an important factor such as the way of circulating each liquid constituting the reaction liquid and the way of introducing the inert gas. Even if the inert gas is introduced into the reaction liquid after the reaction liquid is formed by mixing the first liquid and the second liquid, it is possible to alleviate the mirror phenomenon on the wall of the reaction tube. In addition, a method of introducing an inert gas into the first liquid, a method of introducing an inert gas into the second liquid, or a method of introducing an inert gas into the second liquid to make it flow in the liquid flow path. Where the first liquid is mixed with the first liquid, and where the inert gas is introduced into the second liquid and the first liquid containing the inert gas is mixed with the liquid flowing in the liquid flow path. Etc., there is an appropriate method according to the selection method of the raw material of the nanoparticles and the reducing agent.

不活性ガスを導入した反応液を反応管中に流すことにより金属析出物が反応管内壁へ付着するのを効果的に予防することができる。たとえば、金属ナノ粒子を合成する場合、不活性ガスを導入した還元剤を含む第2の液を管内に流通させているところへ、不活性ガスを導入した金属塩を含む第1の液を混合する方法や、不活性ガスを導入した還元剤を含む第2の液を管内に流通させているところへ金属塩を含む第1の液を混合する方法がある。第1の液と第2の液を混合して反応液を形成してから、次の段階で不活性ガスを反応液に導入する方法でも不活性ガス導入の顕著な効果を発揮することができる。   By flowing the reaction liquid into which the inert gas has been introduced into the reaction tube, it is possible to effectively prevent the metal deposits from adhering to the inner wall of the reaction tube. For example, when synthesizing metal nanoparticles, the second liquid containing the reducing agent containing the inert gas is mixed with the first liquid containing the metal salt containing the inert gas while the second liquid is circulating in the pipe. And a method of mixing the first liquid containing the metal salt with the second liquid containing the reducing agent into which the inert gas has been introduced is being circulated in the pipe. Even when the first liquid and the second liquid are mixed to form a reaction liquid and then an inert gas is introduced into the reaction liquid in the next step, the remarkable effect of introducing the inert gas can be exhibited. ..

たとえば、流路にそれぞれ第1液源からの液と第2液源からの液を流して各液に不活性ガスを混合し、T字型ジョイントで両液を混合して反応液を形成してから、反応液にマイクロ波を照射する方法の実施の形態例を説明する。   For example, a liquid from the first liquid source and a liquid from the second liquid source are made to flow through the flow paths to mix an inert gas with each liquid, and both liquids are mixed at a T-shaped joint to form a reaction liquid. Then, an embodiment of the method of irradiating the reaction liquid with microwaves will be described.

図1に示してある電界モニター4と温度計5の測定結果は、まず、マイクロ波発振器・制御器6にフィードバックされる。不活性ガスの流量は、図1のセンサーS−8,S−1で測定される。反応液を構成する各液、ガス、及び混合物の流量、流速、並びに成分;ナノ粒子の粒径・分布などの状況;並びに反応液とガスの混合状態などをセンサーS−1〜S−13で必要に応じて測定し、マイクロ波発振器・制御器、各液の送流装置、図示していない温度制御装置、場合によりナノ粒子合成系を制御している制御系に送り、ナノ粒子の合成品質を管理することができる。   The measurement results of the electric field monitor 4 and the thermometer 5 shown in FIG. 1 are first fed back to the microwave oscillator / controller 6. The flow rate of the inert gas is measured by the sensors S-8 and S-1 shown in FIG. The sensors S-1 to S-13 are used to detect the flow rate, flow rate, and components of each liquid, gas, and mixture that make up the reaction liquid, the conditions such as the particle size and distribution of nanoparticles, and the mixed state of the reaction liquid and gas. If necessary, measure and send to a microwave oscillator / controller, a liquid flow device for each liquid, a temperature control device (not shown), and a control system that controls the nanoparticle synthesis system in some cases, to synthesize nanoparticles. Can be managed.

反応管内壁への析出付着物の光学的および/または電気的検出手段を反応管や制御回路等へ設けることができる。反応液の反応過程や反応後のナノ粒子の粒径や粒径分布、平均粒径などの電気的および/または光学的測定手段を反応管あるいはその近傍あるいは回収タンクなどに設けることができる。   Optical and / or electrical detection means for deposits deposited on the inner wall of the reaction tube can be provided in the reaction tube, the control circuit, or the like. Electrical and / or optical measuring means such as the reaction process of the reaction solution and the particle size, particle size distribution, and average particle size of the nanoparticles after the reaction can be provided in the reaction tube or in the vicinity thereof or in the recovery tank.

本発明の実施の形態例においては、反応管内壁への金属析出物付着の状況を、反応液の温度とマイクロ波の反射波の電界強度を測定して判断し、その結果をナノ粒子の合成制御に用いた。また、必要に応じて各センサーからの情報もナノ粒子の合成制御に用いる。   In the embodiment of the present invention, the state of metal deposit adhesion to the inner wall of the reaction tube is determined by measuring the temperature of the reaction solution and the electric field strength of the reflected wave of the microwave, and the result is synthesized into nanoparticles. Used for control. In addition, information from each sensor is also used for controlling the synthesis of nanoparticles as needed.

本発明の実験においては、反応管の一例として、少なくともマイクロ波を照射する部分にマイクロ波を透過するフッ素樹脂製の反応管を基本部分として用いた。ただし、本発明の権利範囲は、この反応管に狭く限定されない。反応液としては、まず、銅や銀のような反応管の内壁に析出物を付着させやすい材料、すなわち管内壁に銅鏡、銀鏡、ニッケル鏡などを形成させやすい成分を含む材料を選び、分散剤や還元剤を含む反応液を作製した。その反応液を反応管の中に流通させた。反応液流路の少なくとも一部で反応管中の反応液にマイクロ波を照射しながら,反応液の還元に適した所定の温度にして還元反応を進行させ、反応管の内壁に付着物が生じるか否かを種々調査した。   In the experiment of the present invention, as an example of the reaction tube, a reaction tube made of a fluororesin that transmits microwaves is used as a basic part in at least a portion irradiated with microwaves. However, the scope of rights of the present invention is not limited to this reaction tube. As the reaction liquid, first, a material such as copper or silver that easily deposits on the inner wall of the reaction tube, that is, a material containing a component that easily forms a copper mirror, a silver mirror, a nickel mirror, etc. on the inner wall of the tube is selected as a dispersant. A reaction solution containing a reducing agent was prepared. The reaction solution was passed through the reaction tube. While irradiating the reaction solution in the reaction tube with microwaves in at least a part of the reaction solution channel, the reduction reaction is allowed to proceed at a predetermined temperature suitable for reducing the reaction solution, and deposits are formed on the inner wall of the reaction tube. Various investigations were carried out.

反応液の加熱に用いるマイクロ波はシングルモード、マルチモードのいずれも用いることができる。また、マイクロ波共振器としては、円筒型、矩形型いずれでもよいが、円筒型がより好ましい。マイクロ波は、一般に、マグネトロンや半導体発振器などから導波路を介して試料を加熱するマイクロ波照射場に送られる。また、マイクロ波のモードによっては、導波路の一端にマイクロ波反射体を設けて反射させ、導波路内の特定位置に電場・磁場を集中させるモードを形成し、試料に発熱させて用いることもできる。   The microwave used for heating the reaction solution may be either single mode or multimode. The microwave resonator may be either a cylindrical type or a rectangular type, but a cylindrical type is more preferable. Microwaves are generally sent from a magnetron, a semiconductor oscillator, or the like to a microwave irradiation field that heats a sample via a waveguide. Depending on the microwave mode, a microwave reflector may be provided at one end of the waveguide to reflect the microwave, and a mode for concentrating an electric field or magnetic field at a specific position in the waveguide may be formed so that the sample is heated to be used. it can.

マイクロ波の周波数帯としては、装置の入手しやすさの観点から2.4〜2.5GHz帯の周波数を用い、前記以外の周波数でも実験した。マイクロ波のモードは,主としてシングルモードでTM010モードを用いた。しかし、マイクロ波の周波数、モードともに、これに狭く限定されない。 As the microwave frequency band, a frequency in the 2.4 to 2.5 GHz band was used from the viewpoint of easy availability of the device, and an experiment was performed at frequencies other than the above. The microwave mode was mainly a single mode and TM 010 mode was used. However, the microwave frequency and mode are not limited to this.

マイクロ波のモードに、TMモードを用いる場合は、mを0以上、nを1以上の整数として、TMmn0モードを用いるのが特に好ましい。TEモードを用いる場合は、TE011,TE101,TE012,TE201モードを用いるのが特に好ましい。 When the TM mode is used as the microwave mode, it is particularly preferable to use the TM mn0 mode with m being 0 or more and n being an integer of 1 or more. When using the TE mode, it is particularly preferable to use the TE 011 , TE 101 , TE 012 , and TE 201 modes.

シングルモードに限らず、マルチモードを用いることができる。マイクロ波照射は円筒型マイクロ波共振器に狭く限定されず、方形導波管を用いるものなど、マイクロ波加熱の長所を用いることができるものならいずれも本発明の効果を発揮することができる。   Not only the single mode but also the multi mode can be used. The microwave irradiation is not limited to the cylindrical microwave resonator, and the effects of the present invention can be exhibited as long as the advantages of microwave heating can be used, such as those using a rectangular waveguide.

実施の形態例では、共振器として円筒型マイクロ波共振器であって、マイクロ波出力が最大500Wである円筒型マイクロ波共振器を用い、反応管の材質としてPFAを用いた。マイクロ波のモードとしては、精度の面で優れたモードの1つであるシングルモードのTM010を用いた。なお、本発明の範囲はこれらに狭く限定されない。 In the embodiment, a cylindrical microwave resonator having a maximum microwave output of 500 W is used as the resonator, and PFA is used as the material of the reaction tube. As the microwave mode, a single mode TM 010 , which is one of the excellent modes in terms of accuracy, was used. The scope of the present invention is not limited to these.

反応管の基本部分の寸法は、これに狭く限定されないが、外径φ3mm、内径φ2mm、マイクロ波共振器に入る基本部分の長さが41cmのものを用いた。反応管は、前記基本部分の長さ41cmのうちの10cmをマイクロ波のTM010モードに概ね直交する方向に、マイクロ波キャビティーの中央部に配置し、反応管内を流通する反応液にマイクロ波を照射して反応液を所定の温度に効果的に加熱し、還元反応を進めた。反応液の流通方向に、反応管の基本部分の前後に同じ内径の反応管を接続し、それぞれ、反応液の入力側、出力側とした。 The size of the basic portion of the reaction tube is not limited to this, but an outer diameter of 3 mm, an inner diameter of 2 mm, and a length of the basic portion of the microwave resonator of 41 cm was used. The reaction tube is arranged such that 10 cm of the length of 41 cm of the basic portion is arranged at the center of the microwave cavity in a direction substantially orthogonal to the TM 010 mode of microwaves, and the reaction solution flowing through the reaction tube is subjected to microwaves. To effectively heat the reaction solution to a predetermined temperature to promote the reduction reaction. A reaction tube having the same inner diameter was connected before and after the basic portion of the reaction tube in the flow direction of the reaction solution, and the reaction tube was used as an input side and an output side of the reaction solution, respectively.

不活性ガスの流し方を種々検討したところ、金属ナノ粒子をその還元剤によって還元することによって金属ナノ粒子を合成する場合、金属ナノ粒子前駆体の種類とその還元剤の種類によって、最適な不活性ガスの反応液への導入の仕方や導入のタイミングに違いがあることが判明した。金属ナノ粒子の還元反応において、鏡反応が比較的激しい場合、たとえば、金属元素が銀で還元剤にジメチルアミノエタノールを使う場合には、銀ナノ粒子の還元剤を含む溶液に不活性ガスを導入して流しておき、そこへ金属ナノ粒子の原料液を混合する方が、反応管内壁への金属の析出物の付着をより効果的に防ぐことが出来ることが判明した。また、金属元素が銅で、その還元剤にヒドラジンを使う場合、銅イオンを含む液とヒドラジンを含む液を混合して反応液とし、それを反応管に流しておき、マイクロ波照射場の直前で不活性ガスを反応液に導入するのが好ましいことが判明した。   Various studies have been conducted on the flow method of the inert gas, and in the case of synthesizing the metal nanoparticles by reducing the metal nanoparticles with the reducing agent, it is possible to optimize the optimum amount depending on the type of the metal nanoparticle precursor and the type of the reducing agent. It was found that there is a difference in the method of introducing the active gas into the reaction liquid and the timing of the introduction. In the reduction reaction of metal nanoparticles, when the mirror reaction is relatively strong, for example, when the metal element is silver and dimethylaminoethanol is used as the reducing agent, an inert gas is introduced into the solution containing the reducing agent of silver nanoparticles. It has been found that it is possible to more effectively prevent the deposition of metal deposits on the inner wall of the reaction tube by allowing the solution to flow and then mixing the raw material liquid of the metal nanoparticles therein. When the metal element is copper and hydrazine is used as the reducing agent, a solution containing copper ions and a solution containing hydrazine are mixed to form a reaction solution, which is allowed to flow in the reaction tube and immediately before the microwave irradiation field. Therefore, it was found preferable to introduce an inert gas into the reaction solution.

マイクロ波照射場内の温度に関しては、反応液が不活性ガスを挿入された状態で反応管内を還元反応をしながら流動するため、温度制御をしても変動しやすい。しかし、銀ナノ粒子の合成中に調べた結果、突発的な一瞬の温度の低下幅が少なく、その温度低下は最大で15℃であることがわかった。この温度低下を10℃以下に抑えることが、ナノ粒子の連続製造をより安定に進めることができることも判明した。反応液の温度変化の測定は毎秒行った。前記一瞬の温度低下とは、設定温度からパルス的に変動して低下したときのピーク値をいう。すなわち、「突発的な一瞬の温度の低下幅」とは、マイクロ波照射場内の温度を1秒ごとに測定したときに、設定温度からパルス的に低下する低下幅のことをいう。また、本発明においては、「突発的な一瞬の温度の低下幅」が15℃、好ましくは10℃以下であることが好ましい。   The temperature in the microwave irradiation field easily fluctuates even if the temperature is controlled, because the reaction liquid flows in the reaction tube while undergoing the reduction reaction while the inert gas is inserted. However, as a result of investigating during the synthesis of the silver nanoparticles, it was found that the range of sudden temperature drop was small and the temperature drop was 15 ° C. at the maximum. It was also found that suppressing this temperature decrease to 10 ° C. or less enables the continuous production of nanoparticles to proceed more stably. The temperature change of the reaction solution was measured every second. The momentary temperature drop means a peak value when the temperature fluctuates in a pulse from the set temperature and drops. That is, the "abruptly decreased temperature range in a moment" refers to a decreased range in a pulsed manner from the set temperature when the temperature in the microwave irradiation field is measured every one second. Further, in the present invention, it is preferable that the "abrupt temperature drop range" is 15 ° C, preferably 10 ° C or less.

銀ナノ粒子の合成に関して、図1に示した構成で、1種類目の液として硝酸銀を含む液を第1の液源に、2種類目の液として硝酸銀の還元剤を含む液を第2の液源に用意し、それぞれプランジャーポンプで各所定の液送速度で、それぞれの液流路を通ってT字型ジョイントに送り、T字型ジョイントで両液を混合すると、還元適性温度に上昇させる前に混合された両液は還元を開始してしまい、T字型ジョイントに接続されている液流路に流通した反応液が透明から黒色に変化する様子が観測された。   With respect to the synthesis of silver nanoparticles, in the configuration shown in FIG. 1, a liquid containing silver nitrate as a first liquid is used as a first liquid source, and a liquid containing a reducing agent of silver nitrate as a second liquid is used as a second liquid. Prepared in the liquid source, sent to the T-shaped joint through each liquid flow path at each predetermined liquid feeding speed with the plunger pump, and when both liquids are mixed with the T-shaped joint, the reduction suitable temperature rises. It was observed that both liquids mixed before the reaction started reduction, and the reaction liquid flowing through the liquid flow path connected to the T-shaped joint changed from transparent to black.

窒素ガスを早期に挿入するため、この反応液が流れる液流路の長さを約3cmにし、液流路のT字型ジョイントに接続されている端部とは反対側の端部を第2のT字型ジョイントに接続し、第2のT字型ジョイントの一端に接続されている流路から窒素ガスを挿入し、反応液とともに第2のT字型ジョイントの一端に接続されている液流路を通り、マイクロ波照射場を通る反応管へと流入させた。これにより、銀ナノ粒子の合成を、反応管内壁に析出物の付着を生じさせることなく、長時間にわたって行うことができた。   In order to insert nitrogen gas at an early stage, the length of the liquid flow path through which the reaction liquid flows is set to about 3 cm, and the end of the liquid flow path opposite to the end connected to the T-shaped joint is set to the second end. Liquid which is connected to the T-shaped joint of No. 2, and nitrogen gas is inserted from the flow path connected to one end of the second T-shaped joint, and is connected to one end of the second T-shaped joint together with the reaction liquid. It was made to flow into the reaction tube passing through the flow passage and the microwave irradiation field. As a result, the synthesis of silver nanoparticles could be performed for a long period of time without causing deposition of deposits on the inner wall of the reaction tube.

また、反応管のマイクロ波照射場を通る部分以外の少なくとも一部を、加熱源または冷却源としてのマイクロ波以外の温度制御手段を用いて温度制御して、金属ナノ粒子の粒径制御を行うことができる。これに狭く限定されないが、例えば上記一部を、ペルチエ素子を配した熱伝導性の比較的よい物体に接しさせたり、そのような容器内を通過させたり、第1・第2の液源の少なくとも一方をペルチエ素子を用いて温度制御して、金属ナノ粒子の粒径制御を行うことができる。   Further, at least a part of the reaction tube other than the part passing through the microwave irradiation field is temperature-controlled using a temperature control means other than the microwave as a heating source or a cooling source to control the particle size of the metal nanoparticles. be able to. Although not narrowly limited to this, for example, the above part is brought into contact with an object having a relatively good thermal conductivity in which a Peltier element is arranged, or is passed through such a container, or the first or second liquid source By controlling the temperature of at least one of them using a Peltier element, the particle size of the metal nanoparticles can be controlled.

ペルチエ素子は電気的に制御して温度を上げることにも下げることにも使い分けることができるため、金属ナノ粒子の粒径制御や反応適性温度や粒径制御温度を適性に制御することができる。   Since the Peltier element can be selectively used to raise or lower the temperature by electrically controlling it, it is possible to appropriately control the particle size control of the metal nanoparticles, the reaction suitability temperature and the particle size control temperature.

また、金属ナノ粒子の製造工程内の、第1の液、第2の液、前記気体、反応液の各流路又はその近傍等の少なくとも一部に、温度、流量、液に関する反応進行情報や粒径に関する情報の少なくとも1つを検出するセンサーを配置し、その出力を所定の制御系にフィードバックして制御を行うことができる。   Further, in the production process of the metal nanoparticles, at least a part of each of the first liquid, the second liquid, the gas, the reaction liquid, or the vicinity thereof, the temperature, the flow rate, the reaction progress information regarding the liquid, and the like. It is possible to arrange a sensor that detects at least one piece of information regarding the particle size, and feed back the output to a predetermined control system to perform control.

また、金属ナノ粒子の連続製造工程内の反応液の流路もしくは分路における金属ナノ粒子の粒径を測定する手段を設け、金属ナノ粒子のその時点での粒径を測定することができる。   Further, a means for measuring the particle size of the metal nanoparticles in the flow path or the shunt of the reaction liquid in the continuous production process of the metal nanoparticles can be provided to measure the particle size of the metal nanoparticles at that time.

反応液の流路もしくは分路にT型やY型等のジョイントを設け、前記ジョイントから反応液を採取して金属ナノ粒子の粒径を測定したり、反応液の流路もしくは分路において金属ナノ粒子の粒径を直接測定する手段、たとえば、レーザ光の位相回転を利用した測定手段を設けることができる。
これらの粒径に関する情報、温度制御情報、流量制御情報は、たとえば、合成する金属ナノ粒子の粒径分布を制御することに役立つ。
A T-shaped or Y-shaped joint is provided in the flow path or shunt of the reaction solution, and the reaction solution is sampled from the joint to measure the particle size of the metal nanoparticles. A means for directly measuring the particle size of the nanoparticles, for example, a measuring means utilizing the phase rotation of laser light can be provided.
The information on the particle size, the temperature control information, and the flow rate control information are useful for controlling the particle size distribution of the metal nanoparticles to be synthesized, for example.

窒素ガスの流量について検討した結果、わずかな量でも鏡現象の軽減に役立つが、内径2mmで且つマイクロ波照射領域が100mmの前出フッ素樹脂反応管の場合、反応液が銀の場合、0.4L/分以上で反応液に窒素ガスを流入させる効果が大きい。量産に適する合計流量を0.5L/分以上、さらに好ましくは1L/分以上に制御することが安定した効果を示すことがわかった。合計流量は2L/分以下であることがより好ましい。   As a result of investigating the flow rate of nitrogen gas, even a slight amount helps reduce the mirror phenomenon, but in the case of the above-mentioned fluororesin reaction tube having an inner diameter of 2 mm and a microwave irradiation area of 100 mm, when the reaction solution is silver, the amount of the reaction solution is 0. At 4 L / min or more, the effect of introducing nitrogen gas into the reaction solution is great. It has been found that controlling the total flow rate suitable for mass production to 0.5 L / min or more, more preferably 1 L / min or more has a stable effect. More preferably, the total flow rate is 2 L / min or less.

反応液を流す反応管の平均内径を2r(mm)としたときの不活性ガスの反応液への合計挿入量は、0.4×r(リットル)/分以上であることが好ましく、0.5×r(リットル)/分以上であることがより好ましく、1.0×r/分以上であることがさらに好ましい。ただし、経済的には3.0×r(リットル)/分を越えないことが望ましい。 When the average inner diameter of the reaction tube through which the reaction solution flows is 2r (mm), the total amount of the inert gas inserted into the reaction solution is preferably 0.4 × r 2 (liter) / minute or more, and 0 It is more preferably 0.5 × r 2 (liter) / min or more, and further preferably 1.0 × r 2 / min or more. However, economically, it is desirable that it does not exceed 3.0 × r 2 (liter) / min.

反応液に挿入した不活性ガスの反応管内における線速度が2m/秒以上であることが好ましく、線速度が5m/秒以上であるようにすると安定した合成を続けることができた。   The linear velocity of the inert gas inserted into the reaction solution in the reaction tube is preferably 2 m / sec or more, and when the linear velocity is 5 m / sec or more, stable synthesis can be continued.

さらに、不活性ガスとしてのガスの種類を種々変えて実験してみた結果、アルゴンなど窒素以外の不活性ガスでも同様の効果があることが判明した。しかし、経済的には窒素ガスが特に好ましい。   Further, as a result of conducting experiments by changing various kinds of gas as the inert gas, it was found that the same effect can be obtained even with an inert gas other than nitrogen such as argon. However, nitrogen gas is economically preferable.

また、前記第1の液と第2の液を混合して反応液にする前に、前記第1の液と第2の液の少なくとも一方に気体を挿入して混相流にして後、前記第1の液と第2の液を混合して反応液にすることにより、反応系の緻密な制御を可能にする。   In addition, before mixing the first liquid and the second liquid into a reaction liquid, a gas is inserted into at least one of the first liquid and the second liquid to form a multiphase flow, and By mixing the liquid 1 and the second liquid into a reaction liquid, it is possible to precisely control the reaction system.

前記第1の液と第2の液を混合して反応液にする前に、前記第1の液と第2の液に挿入する気体に異なる種類の気体を用いることができる。また、前記第1の液と第2の液を混合して後、気体を挿入する工程をさらに設けることによって、制御の質を金属の種類に適するようにすることができる。   Before mixing the first liquid and the second liquid into a reaction liquid, different kinds of gases can be used as the gas to be inserted into the first liquid and the second liquid. Further, the quality of control can be adapted to the kind of metal by further providing a step of inserting a gas after mixing the first liquid and the second liquid.

また、挿入する気体の圧力または線速度を制御する工程を有するようにすることが好ましい。   Further, it is preferable to have a step of controlling the pressure or linear velocity of the gas to be inserted.

ナノ粒子の分散剤としてM−1000やPVP、酒石酸誘導体、Diperbyk−2015を用いた例を説明したが、これに狭く限定されないが、分散剤として、親水性のものが好ましく、たとえばポリオキシアルキレンアミン、モノアミン、ジアミン、ポリアクリル酸など多くの分散剤がある。また、反応液を構成する液の調整に攪拌作用を利用するにあたり、マグネティックスターラーを用いたが、本発明はこれに狭く限定されず、超音波を用いることなど、他の方法を用いることが可能である。超音波振動を利用する場合、たとえば、30KHzのような低周波の超音波、200KHzのような中程度の周波数の超音波、500KHz近傍の比較的高い周波数の超音波を、その周波数の特性を利用して、本発明の効果を一層大きくすることができる。   Although an example using M-1000, PVP, a tartaric acid derivative, and Diperbyk-2015 as a dispersant for nanoparticles has been described, the dispersant is preferably a hydrophilic one, for example, polyoxyalkyleneamine, although not limited thereto. There are many dispersants such as monoamines, diamines and polyacrylic acid. Further, a magnetic stirrer was used in utilizing the stirring action for adjusting the liquid constituting the reaction liquid, but the present invention is not limited to this, and it is possible to use other methods such as using ultrasonic waves. Is. When using ultrasonic vibration, for example, a low-frequency ultrasonic wave such as 30 KHz, a medium-frequency ultrasonic wave such as 200 KHz, and a relatively high-frequency ultrasonic wave near 500 KHz are used by utilizing their frequency characteristics. Then, the effect of the present invention can be further enhanced.

反応液にマイクロ波を照射する場合、超音波を伝搬させることができるようにし、これにより、合成されるナノ粒子の粒子径やその分布を制御することができる。   When irradiating the reaction liquid with microwaves, it is possible to propagate ultrasonic waves, thereby controlling the particle size and distribution of the nanoparticles to be synthesized.

金属ナノ粒子コロイドを精製する手段としてはフィルターによるろ過、限外ろ過などを挙げることができる。   Examples of means for purifying the metal nanoparticle colloid include filtration with a filter and ultrafiltration.

また、実施例などにおいて、A液とB液の混合や反応液と不活性ガスの混合にT字型ジョイントを用いたが、本発明はこれに狭く限定されず、Y字型ジョイントや、混合する液や不活性ガスの種類や性質等を考慮して多種類の液やガスを混合することができるように設計したジョイントを用いて、還元反応等の効果を緻密に制御し、本発明の効果を一層大ならしめることができる。   Further, in the examples and the like, the T-shaped joint was used for mixing the liquid A and the liquid B and the reaction liquid and the inert gas, but the present invention is not limited to this, and the Y-shaped joint or the mixture is used. The effect of the reduction reaction is precisely controlled by using a joint designed so that various kinds of liquids and gases can be mixed in consideration of the types and properties of the liquids and the inert gas, The effect can be further enhanced.

そして、先に流通させる金属ナノ粒子前駆体の還元剤を含む液とそれに混合させる金属ナノ粒子前駆体を含む液のうちの、少なくとも金属ナノ粒子前駆体の還元剤を含む液に、前記金属ナノ粒子前駆体を含む液を混合する前に、前記気体を挿入することがさらに好ましい。前記気体として不活性ガスを用いると特に大きな効果を発揮することが判明した。   Then, among the liquid containing the reducing agent of the metal nanoparticle precursor to be circulated in advance and the liquid containing the metal nanoparticle precursor mixed with it, the liquid containing at least the reducing agent of the metal nanoparticle precursor, It is further preferable to insert the gas before mixing the liquid containing the particle precursor. It has been found that the use of an inert gas as the gas exerts a particularly great effect.

また、反応液の反応促進に用いるマイクロ波のモードにTM010モードを用いる例を実施例として記載したが、本発明はこれに狭く限定されない。たとえば、TMmn0モード(mは0以上の、nは1以上の整数)のマイクロ波定在波は、円筒の半径方向に電解の集中するところがあり、中心軸に平行な位置では均一な電界強度を有し、同様に利用できる。 Further, although an example in which the TM 010 mode is used as the microwave mode used to accelerate the reaction of the reaction solution is described as an example, the present invention is not limited to this. For example, in a microwave standing wave of TM mn0 mode (m is 0 or more and n is an integer of 1 or more), electrolysis is concentrated in the radial direction of the cylinder, and uniform electric field strength is obtained at a position parallel to the central axis. Have and are available as well.

マイクロ波加熱では、電界による加熱を利用することができるが、磁界による加熱を利用することもできる。   In microwave heating, heating by an electric field can be used, but heating by a magnetic field can also be used.

ナノ粒子の合成を安定化し、合成可能時間を長時間化し、合成品質を高めるには、反応液の流れをより良く制御することが好ましい。   In order to stabilize the synthesis of nanoparticles, prolong the synthesizable time, and improve the synthesis quality, it is preferable to better control the flow of the reaction solution.

その一つの手段として、前記のように、反応液の反応進行状況などをモニターするための各種測定手段を随所に設置する方法がある。マイクロ波の電界をモニターする電界モニターとマイクロ波照射場内の温度あるいは反応管の温度を検出する温度計の少なくとも一方をマイクロ波照射場内に設け、その測定結果をマイクロ波発振器・制御器にフィードバックして、マイクロ波の発信状況を制御するほか、高いレベルの自動製造システムの構築を実現できるものである。   As one of the means, as described above, there is a method in which various measuring means for monitoring the reaction progress of the reaction solution and the like are installed everywhere. At least one of an electric field monitor that monitors the electric field of microwaves and a thermometer that detects the temperature in the microwave irradiation field or the temperature of the reaction tube is installed in the microwave irradiation field, and the measurement results are fed back to the microwave oscillator / controller. In addition to controlling the microwave transmission status, it is possible to build a high-level automatic manufacturing system.

図示していないが、必要に応じて各種測定手段を随所に設けることができる。電界モニターと温度計は少なくともそれらの一部がマイクロ波発振器・制御器にフィードバックされている。このほかに、不活性ガスの流量に関しては、たとえば毎分の流量を測定する手段を流路や不活性ガス源の一部に設けることができ、反応液を構成する各液の流量や成分の測定手段をT字型ジョイントあるいはその手前の液流路等に設けることができ、温度の測定手段も温度計に限られず要所に設けることができ、反応管内壁への析出付着物の光学的および/または電気的等検出手段を反応管や制御回路等へ設けることができ、反応液の反応過程や反応後のナノ粒子の粒径や粒径分布、平均粒径などの電気的および/または光学的等測定手段を反応管あるいはその近傍あるいは回収タンクなどに設けることができる。   Although not shown, various measuring means can be provided in various places as needed. At least a part of the electric field monitor and the thermometer is fed back to the microwave oscillator / controller. In addition to the above, with respect to the flow rate of the inert gas, for example, means for measuring the flow rate per minute can be provided in a part of the flow path or the inert gas source, and the flow rate of each liquid constituting the reaction liquid and the components The measuring means can be provided in the T-shaped joint or the liquid flow path in front of it, and the temperature measuring means can be provided not only in the thermometer but also in other important places. And / or electrical detection means can be provided in the reaction tube, the control circuit, etc., and the electrical and / or electrical characteristics such as the reaction process of the reaction solution, the particle size of the nanoparticles after the reaction, the particle size distribution, the average particle size, etc. An optical measuring means can be provided in the reaction tube or in the vicinity thereof or in a recovery tank.

還元適性温度は金属塩と還元剤、分散剤等添加剤によって異なる。   The reduction suitability temperature differs depending on the metal salt and additives such as a reducing agent and a dispersant.

銀の場合の実施の形態例では還元適性温度が70°Cなので、マイクロ波の設定温度を70°Cに設定し、反射電力と温度測定を行った。反応液に不活性ガスを導入しない場合においては、マイクロ波の照射を開始後、反応温度が70°Cに達した54秒から140秒までの86秒における反射電力は75〜308Wであった。また、この間で150W以上を記録したのは46回で、その間300Wを超えたのは2回であった。140秒から停止させる292秒までの152秒の間の反射電力は38〜503Wで、150W以上が78回、300W以上が22回であった。これ以上続けることは危険であったので、マイクロ波照射をやめた。これに対して、反応液に不活性ガスを導入した前記実施の形態例の場合は、マイクロ波の照射を開始後、反応温度が70°Cに達した52秒から実験終了した352秒後の300秒の間での反射電力は0〜219Wであった。また、その間に100W以上を記録したのは12回で、その内で150W以上を記録したのが5回で、その内、200〜230Wを記録したのが2回であった。また、230W以上はなかった。これより、少なくとも、反射電力が150W以上の出現回数が20秒で8回以上になると鏡ができやすいということができる。液の逆流の影響も考慮を要する。   In the case of silver, the reduction suitability temperature is 70 ° C in the embodiment, so the microwave power was set to 70 ° C and the reflected power and temperature were measured. In the case where the inert gas was not introduced into the reaction solution, the reflected power in the 86 seconds from 54 seconds to 140 seconds when the reaction temperature reached 70 ° C. after starting the microwave irradiation was 75 to 308W. Further, during this time, 150 W or more was recorded 46 times, and during that time, 300 W was exceeded twice. The reflected power for 152 seconds from 140 seconds to 292 seconds to stop was 38 to 503 W, 78 times for 150 W or more and 22 times for 300 W or more. It was dangerous to continue any more, so I stopped microwave irradiation. On the other hand, in the case of the above-described embodiment in which an inert gas is introduced into the reaction liquid, after the microwave irradiation is started, 52 seconds after the reaction temperature reaches 70 ° C. and 352 seconds after the experiment ends. The reflected power during 300 seconds was 0 to 219W. Further, during that time, 100 W or more was recorded 12 times, of which 150 W or more was recorded 5 times, and 200 to 230 W was recorded 2 times. Moreover, it was not over 230W. From this, it can be said that a mirror can be easily formed at least when the number of appearances of the reflected power of 150 W or more is 8 or more in 20 seconds. It is necessary to consider the effect of liquid backflow.

これら各種測定手段の測定結果は、製造仕様等によってコントロールすることができる。例えば、測定データをマイクロ波発振器・制御器および/または図示していないシステム制御回路にフィードバックして製造システムを制御することにより、平均粒径、粒径分布などをコントロールすることができる。   The measurement results of these various measuring means can be controlled by manufacturing specifications and the like. For example, the measured particle size, particle size distribution, etc. can be controlled by feeding back the measured data to the microwave oscillator / controller and / or the system control circuit (not shown) to control the manufacturing system.

以下、本発明の他の実施の形態例に用いたナノ粒子の製造装置の模式図である図2を引用して、本発明をさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 2, which is a schematic view of an apparatus for producing nanoparticles used in another embodiment of the present invention.

発明者らは、製造条件により、マイクロ波照射、熱伝達状況、化学反応などのシミュレーションソフトウェアを導入し、製造条件とその進行具合、製造速度、製造品質などとの対応を調べた。ソフトウェアとしては、マイクロ波のモードや過熱状況等をシミュレーションするソフト、熱の伝達状況、時間的変化などをシミュレーションするソフト、化学反応の状況ををシミュレーションするソフトなどのシミュレーションソフトを用いた。たとえば、COMSOL MULTIPHYSICS のRFモジュール、伝熱モジュール、化学反応工学モジュール、粒子トレーシングモジュール、CFDモジュール、最適化モジュール等を適宜用いてシミュレーションを行う。そして、シミュレーション結果と部分的実験や実際の製造工程などとを対比し、考察を加えた。その結果と実際の実験や製造工程の部分あるいは全体とを合わせて、工程管理データを作成した。それを実際の製造管理に活用した。   The inventors introduced simulation software for microwave irradiation, heat transfer conditions, chemical reactions, etc., depending on the manufacturing conditions, and examined the correspondence between the manufacturing conditions and their progress, manufacturing speed, manufacturing quality, and the like. As software, simulation software such as software for simulating microwave mode and overheating condition, software for simulating heat transfer condition and temporal change, and software for simulating chemical reaction condition were used. For example, the simulation is performed by appropriately using a COMSOL MULTIPHYSICS RF module, a heat transfer module, a chemical reaction engineering module, a particle tracing module, a CFD module, an optimization module, and the like. Then, the simulation results were compared with the partial experiments and the actual manufacturing process, and consideration was added. Process control data was created by combining the results with actual experiments and part or all of the manufacturing process. It was used for actual manufacturing control.

金属塩や還元剤の他、これに必要に応じて分散剤、界面活性剤、保護材、溶剤などを混合させた反応液を作製する。それにマイクロ波照射場でマイクロ波を照射する。還元反応を推進させた反応液を反応液取出部に送る。後述する図1や図2の反応液取出部に反応状況判断手段(図示せず)を配置してある場合は、所定レベル以下の反応液を抽出し、再度マイクロ波照射場を通過する反応管に流し、マイクロ波を照射する。   In addition to the metal salt and reducing agent, if necessary, a dispersant, a surfactant, a protective material, a solvent and the like are mixed to prepare a reaction solution. It is irradiated with microwaves in the microwave irradiation field. The reaction solution which promoted the reduction reaction is sent to the reaction solution extraction section. When a reaction status determination means (not shown) is arranged in the reaction liquid outlet of FIGS. 1 and 2 which will be described later, a reaction tube which extracts a reaction liquid of a predetermined level or lower and passes through the microwave irradiation field again. And irradiate with microwave.

照射するマイクロ波の周波数は反応目的に応じて選択することができる。多くの場合、経済的に入手しやすい2.4〜2.5GHzが好ましいが、反応処理の目的や制御条件等によって、たとえば、加熱速度等の微妙な調整や流速・反応管の条件等に適した周波数を用いた検討も行った。   The frequency of the microwave to be irradiated can be selected according to the reaction purpose. In most cases, 2.4 to 2.5 GHz is preferable because it is economically available, but it is suitable for delicate adjustment of heating rate, flow rate, condition of reaction tube, etc. depending on the purpose of reaction treatment and control conditions. We also conducted studies using different frequencies.

図2において、符号2aはマイクロ波照射場、7a〜7n,7rは反応管、21a〜21cはガス源、30b〜30eは反応液取出部、33a〜33cは液源、34a,34c,xは回収タンク、71a〜71c,78a〜78cは流路、a−10〜a−30は矢印である。   In FIG. 2, reference numeral 2a is a microwave irradiation field, 7a to 7n and 7r are reaction tubes, 21a to 21c are gas sources, 30b to 30e are reaction liquid outlets, 33a to 33c are liquid sources, and 34a, 34c, x are The recovery tanks 71a to 71c and 78a to 78c are flow paths, and a-10 to a-30 are arrows.

本発明のナノ粒子等微粒子製造装置では、反応液取出部など必要箇所に、微粒子の反応状況判断手段、粒径観測手段、粒径分布観測手段、成分観測手段、限外ろ過などの粒径選択や分別手段、分級手段、分流手段、加温や冷却等を含む温度調節手段などの少なくとも1つを設けて、製造する微粒子の製造品質向上を図ることができる。   In the apparatus for producing fine particles such as nanoparticles of the present invention, particle size selection such as reaction state determination means for fine particles, particle size observation means, particle size distribution observation means, component observation means, ultrafiltration, etc. can be carried out at necessary locations such as the reaction liquid extraction section. It is possible to improve the production quality of the fine particles to be produced by providing at least one of a separating means, a classifying means, a flow dividing means, a temperature adjusting means including heating and cooling, and the like.

図2を参照して、本発明の実施の形態例における反応液の流れを説明する。図1の流路78を矢印a−8方向に進み、反応管7に入り、マイクロ波照射を受けた反応液は、反応管7aを矢印a−9方向に進み、接続部30を経て、反応管7aを矢印a−10方向に進んで反応液取出部30aに到達する。反応液取出部30aに到達した反応液は、反応液取出部30aに配置されている反応状況判断手段(図示せず)や分級手段(図示せず)によって、第1の所定の規格と第2の所定に規格に分類される。第1の所定の規格に分類された反応液は反応管7bを矢印a−11方向に進み、回収タンク34に収納される。第2の所定の規格に分類された反応液は反応管7cを矢印a−12方向に進み、反応液取出部30bに到達する。   The flow of the reaction solution in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The reaction liquid that has passed through the flow path 78 of FIG. 1 in the direction of arrow a-8 and enters the reaction tube 7 and has been irradiated with microwaves proceeds through the reaction tube 7a in the direction of arrow a-9, passes through the connection portion 30, and reacts. The pipe 7a advances in the direction of the arrow a-10 to reach the reaction liquid outlet 30a. The reaction liquid that has reached the reaction liquid extraction unit 30a is subjected to the first predetermined standard and the second predetermined value by the reaction status determination means (not shown) and the classification means (not shown) arranged in the reaction liquid extraction portion 30a. It is classified into a standard according to the prescribed standard. The reaction liquid classified into the first predetermined standard advances through the reaction tube 7b in the direction of arrow a-11 and is stored in the recovery tank 34. The reaction liquid classified into the second predetermined standard travels through the reaction tube 7c in the direction of arrow a-12 and reaches the reaction liquid outlet 30b.

反応液取出部30bに到達した反応液は、反応液取出部30bに配置されている反応状況判断手段(図示せず)や分級手段(図示せず)によって、反応が不十分な第3の所定の規格と粒径が大きい第4の所定規格に分類され、第4の所定の規格に分類された反応液は、矢印a−13方向に進み、所定の用途用の回収タンク34aに収納されるか、再度溶解して第3の所定の規格の反応液に入れられる。 The reaction liquid that has reached the reaction liquid extraction unit 30b is subjected to a third predetermined reaction in which the reaction is insufficient by a reaction status determination unit (not shown) or a classification unit (not shown) arranged in the reaction liquid extraction unit 30b. standards and the particle size of the classified large fourth predetermined standard, the fourth reaction mixture, which is classified into a predetermined standard, the process proceeds to arrow a-13 direction, is accommodated in the recovery tank 34a for a given application Or it is redissolved and placed in a reaction solution of the third predetermined standard.

第3の所定の規格の反応液は、反応管7dを矢印a−14方向に進んで反応液取出部30cに到達する。反応液取出部30cに到達した反応液は、反応管7eを矢印a−17方向に進み、反応管7fに入り、再度マイクロ波照射を受ける。反応液取出部30cでは、必要に応じて、液源33aから流路78aを流れる液に、ガス源から流路71aを矢印a−15方向に流れるガスを導入されて反応液とされる。   The reaction liquid of the third predetermined standard travels through the reaction tube 7d in the direction of arrow a-14 and reaches the reaction liquid extraction section 30c. The reaction solution that has reached the reaction solution extraction section 30c advances in the reaction tube 7e in the direction of arrow a-17, enters the reaction tube 7f, and is again irradiated with microwaves. In the reaction liquid extraction section 30c, the gas flowing from the gas source in the direction of arrow a-15 in the flow passage 71a is introduced into the liquid flowing from the liquid source 33a in the flow passage 78a as a reaction liquid, if necessary.

反応管7fに入り、再度マイクロ波照射を受けた反応液は、反応管7gを矢印a−18方向に進んで反応液取出部30dに到達する。反応液取出部30dでは、第5の所定の規格に分類された反応液は、反応管7nを矢印a−20方向に進み、回収タンク34bに収納される。あるいは、反応液が反応管7aを通る反応液と同様なものの時は反応管7hを矢印a−19方向に流れて接続部30に到達して、反応管7aを矢印a−10方向へ流れる反応液になる。反応液がそれら以外のものの時は、反応管7iを矢印a−21方向に流れて反応液取出部30eに到達する。反応液取出部30eでは、流路78bを矢印a−23方向に流れる液源33bからの液に、流路71bを矢印a−22方向に流れるガス源21bからのガスが混入されたものが、流路78bを矢印a−24方向に流れて、反応管7iからの反応液と混合される。前記混合液は、反応液取出部30eから反応管7jから反応管7kに入り、マイクロ波照射を受け、反応管7lを矢印a−26方向に流れて反応液取出部30fに到達する。このときのマイクロ波照射は反応管7に照射したものと異なる条件でもよく、その場合は、前記のマイクロ波照射場と異なるマイクロ波照射場を使用することもできる。   The reaction liquid that has entered the reaction tube 7f and has been subjected to microwave irradiation again travels through the reaction tube 7g in the direction of arrow a-18 and reaches the reaction liquid extraction section 30d. In the reaction liquid extraction section 30d, the reaction liquid classified into the fifth predetermined standard advances through the reaction tube 7n in the direction of arrow a-20 and is stored in the recovery tank 34b. Alternatively, when the reaction liquid is the same as the reaction liquid passing through the reaction tube 7a, the reaction flows through the reaction tube 7h in the direction of arrow a-19, reaches the connecting portion 30, and flows through the reaction tube 7a in the direction of arrow a-10. Become a liquid. When the reaction liquid is other than those, it flows through the reaction tube 7i in the direction of the arrow a-21 and reaches the reaction liquid extraction section 30e. In the reaction liquid take-out section 30e, the liquid from the liquid source 33b flowing in the flow path 78b in the direction of arrow a-23 is mixed with the gas from the gas source 21b flowing in the flow path 71b in the direction of arrow a-22. It flows through the flow path 78b in the direction of arrow a-24, and is mixed with the reaction liquid from the reaction tube 7i. The mixed liquid enters the reaction tube 7k from the reaction solution extraction section 30e through the reaction tube 7j, receives microwave irradiation, flows through the reaction tube 7l in the direction of arrow a-26, and reaches the reaction solution extraction section 30f. The microwave irradiation at this time may be performed under different conditions from those applied to the reaction tube 7, and in that case, a microwave irradiation field different from the microwave irradiation field can be used.

反応液取出部30fでは、流路71cを矢印a−27方向に流れるガス源21cからの
ガスが混入された液源33cの液が、所定の条件で流路78cを矢印a−28方向に流れて、反応管7lからの反応液と混合される。前記混合液は反応管7mを矢印a−29方向に流れて、マイクロ波照射場2aでマイクロ波照射を受ける。
In the reaction liquid extraction section 30f, the liquid of the liquid source 33c mixed with the gas from the gas source 21c flowing in the flow path 71c in the direction of arrow a-27 flows in the flow path 78c in the direction of arrow a-28 under a predetermined condition. And mixed with the reaction liquid from the reaction tube 7l. The mixed solution flows through the reaction tube 7m in the direction of arrow a-29 and is subjected to microwave irradiation in the microwave irradiation field 2a.

マイクロ波照射場2aでマイクロ波照射を受けた反応液は、反応管7rを矢印a−29方向に流れて、回収タンクxに入る。回収タンクxでは、反応液に物理的、化学的、電気的あるいはその他の合成あるいは加工処理等を行うことができる。例えば、合成物質の形成やデバイスの作成なども行うことができる。   The reaction liquid that has been subjected to microwave irradiation in the microwave irradiation field 2a flows through the reaction tube 7r in the direction of arrow a-29 and enters the recovery tank x. In the recovery tank x, the reaction liquid can be subjected to physical, chemical, electrical or other synthesis or processing. For example, formation of a synthetic substance or device can be performed.

図2では、図の煩雑さを避けるため、図1で図示したようなセンサーを図示しなかったが、必要なところに各種センサーを配置してあり、それらの検出結果をシステムや部分の制御に反映させている。   In FIG. 2, the sensors as shown in FIG. 1 are not shown in order to avoid complication of the figure, but various sensors are arranged where necessary, and the detection results are used for system and part control. It is reflected.

粒径の揃ったナノ粒子を製造する方法の一つに、マイクロ波照射条件を弱くして、反応度を低くし、反応進行状況判定手段や分級手段などを駆使して分級し、マイクロ波を選択的に繰り返し照射するなどにより、粒径をコントロールすることを挙げることができる。粒径を選別する手段として、例えば限外濾過を利用することもできる。また、反応性ガスの利用などにより、ナノ粒子の改質が可能である。   One of the methods for producing nanoparticles with uniform particle size is to weaken the microwave irradiation conditions to reduce the reactivity, classify by using reaction progress judgment means, classification means, etc. It can be mentioned that the particle size is controlled by selectively repeating irradiation. As a means for selecting the particle size, for example, ultrafiltration can be used. In addition, the nanoparticles can be modified by using a reactive gas.

マイクロ波照射場において、マイクロ波照射場に入射するマイクロ波の進行方向を変える手段(マイクロ波方向変更手段)を設けることにより、反応液に照射するマイクロ波の条件を変えることができる。   In the microwave irradiation field, by providing a means for changing the traveling direction of the microwave incident on the microwave irradiation field (microwave direction changing means), the condition of the microwave applied to the reaction liquid can be changed.

マイクロ波方向変更手段は、たとえば、所定のセンサーの検出データに基づいて、コンピュータ制御によりマイクロ波の進行方向を変えろことができる。マイクロ波照射場やマイクロ波照射後の反応液のマイクロ波の吸収状況、温度等の反応液の変化状況を検出し、反応液の微妙な変化に対応して、製造条件の適切な制御が可能である。   The microwave direction changing means can change the traveling direction of the microwave by computer control based on the detection data of a predetermined sensor, for example. It is possible to detect the microwave absorption field and the microwave absorption state of the reaction solution after microwave irradiation, and the change status of the reaction solution such as temperature, and respond appropriately to the subtle changes in the reaction solution to enable appropriate control of manufacturing conditions. Is.

なお、本発明の方法で製造した金属ナノ粒子には、その製造上、反応液に挿入して混相流とした気体、不活性ガス、窒素ガス等が少なくとも微量混入している可能性が大きい。   It is highly possible that the metal nanoparticles produced by the method of the present invention are mixed with at least a small amount of a gas, an inert gas, a nitrogen gas, etc., which is inserted into the reaction solution to form a multiphase flow in the production.

本発明の金属ナノ粒子は、顧客の要望に応じて、前記種々の形態をとって製品になりうるものである。そして、本発明は、前記種々の例に狭く限定されず、本発明の技術思想に従って多くのバリエーションを可能としている。たとえば、図1や図2のセンサーからの検出情報を基に、各構成要素の組み合わせ方、使用不使用の選択、ナノ粒子によっては、還元力のある水素や物質改変性のある反応性ガスの利用によるナノ粒子の改善、構成要素の洗浄等々をあげることが出来る。また、図2を用いて説明した前記の本発明は、反応液にガス源からのガスを混合しない反応液を用いてナノ粒子を製造する製造工程,製造装置、それらを用いて製造したナノ粒子にも適用可能なものであり、粒径の揃ったナノ粒子を安価に提供できるという多大な効果を発揮するものである。   The metal nanoparticles of the present invention can be made into products in various forms as described above according to the customer's request. The present invention is not narrowly limited to the various examples described above, and many variations are possible in accordance with the technical idea of the present invention. For example, based on the detection information from the sensor of FIG. 1 and FIG. 2, how to combine each constituent element, selection of use / non-use, and, depending on nanoparticles, hydrogen with reducing power or reactive gas with substance modification property may be selected. It can be used to improve nanoparticles, clean components, and so on. Further, the present invention described with reference to FIG. 2 is a manufacturing process for manufacturing nanoparticles using a reaction liquid in which a gas from a gas source is not mixed with a reaction liquid, a manufacturing apparatus, and nanoparticles manufactured using them. It is also applicable to, and exerts a great effect that nanoparticles having a uniform particle size can be provided at low cost.

本発明の説明においては反応液に気体として不活性ガスを導入して、反応管内壁に析出物の付着を防ぐことを中心に説明してきた。還元性のある水素ガスを不活性ガスの代わりに導入することもでき、半導体分野などで使われている反応性ガスを導入することもでき、鏡を防ぐとともに、物性の付与、改質をすることも可能である。また、マイクロ波照射部分を複数段設けて、制御により多目的に使うこと、すなわち、還元反応その他を高精度に実施することも可能である。マイクロ波として複数種類の波長を用いることも可能である。
微粒子自体の測定器と組み合わせて、種々の測定、加工なども可能である。
In the description of the present invention, the explanation has been centered on the introduction of an inert gas as a gas into the reaction solution to prevent the deposition of deposits on the inner wall of the reaction tube. Reducing hydrogen gas can be introduced instead of inert gas, and reactive gas used in the semiconductor field can also be introduced to prevent mirrors and add or modify physical properties. It is also possible. It is also possible to provide a plurality of microwave irradiation portions in multiple stages and use them for various purposes by control, that is, to carry out the reduction reaction and the like with high accuracy. It is also possible to use a plurality of types of wavelengths as the microwave.
In combination with a measuring device for the fine particles themselves, various measurements and processing are possible.

次に説明する本発明の例は、マイクロ波が急速かつ均一加熱が可能である事を生かして、連続的に、還元剤を含有するニッケル錯体の溶液を、加圧下で170℃以下に加熱する事により、100nm以下のニッケルコロイドの製造方法であって、上記還元は、シングルナノ粒子のニッケルコロイドと、水や親水性のアルコールに可溶な分散剤の存在下で、ポリオールを加えて行なう事を特徴とするニッケルコロイドの製造方法である。   In the example of the present invention described below, a solution of a nickel complex containing a reducing agent is continuously heated to 170 ° C. or less under pressure by utilizing the fact that microwave can rapidly and uniformly heat. In a method for producing a nickel colloid having a particle size of 100 nm or less, the reduction is performed by adding a polyol in the presence of a nickel colloid having a single nanoparticle and a dispersant soluble in water or a hydrophilic alcohol. And a method for producing a nickel colloid.

上記還元剤を含有するニッケル錯体の溶液とは、還元剤をヒドラジンとし、水に可溶にし、かつ反応を迅速に行なう為に、1,1,3,3−テトラメチルグアニジン、1,3−ジフェニルグアニジン等のpKa13以上のアミンをアルカリとして添加して、ニッケル−ヒドラジン錯体の水酸化物を形成したものである。   The solution of the nickel complex containing the reducing agent is 1,1,3,3-tetramethylguanidine, 1,3-, in order to make the reducing agent hydrazine, to make it soluble in water, and to carry out the reaction quickly. An amine having a pKa of 13 or more such as diphenylguanidine is added as an alkali to form a hydroxide of a nickel-hydrazine complex.

上記1,1,3,3−テトラメチルグアニジンの酸解離定数は13.6、1,3−ジフェニルグアニジンは14.5であり、ニッケルイオンを還元するには十分である事が分かった。又、1,1,3,3−テトラメチルグアニジンにより、ニッケルのヒドラジン錯体を水酸化物にする事で、水溶性にする事ができる事が分かった。酸解離定数13以上のアミンを単独で使用しても良く、混合しても良い。   It was found that the acid dissociation constant of 1,1,3,3-tetramethylguanidine was 13.6 and that of 1,3-diphenylguanidine was 14.5, which was sufficient to reduce nickel ions. It was also found that 1,1,3,3-tetramethylguanidine can be made water-soluble by converting the nickel hydrazine complex into a hydroxide. Amines having an acid dissociation constant of 13 or more may be used alone or may be mixed.

更に、pHを上げて反応速度を高くする為に、1,1,3,3−テトラメチルグアニジンに加えて、アルカノールアミンやアミンを添加する事ができる。限定はしないが、沸点が170℃と高いエタノールアミンが好適である。   Further, in order to raise the pH and increase the reaction rate, alkanolamine or amine can be added in addition to 1,1,3,3-tetramethylguanidine. Although not limited, ethanolamine having a high boiling point of 170 ° C. is preferable.

上記還元剤を含有するニッケル錯体の溶液を作製する為のニッケル前駆体は、酢酸ニッケルが好適で、ギ酸ニッケル、シュウ酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケルでは不十分である。粗大粒子の存在しない、100nm以下のニッケルコロイドを得るには、ニッケル錯体を溶液の状態にして還元させる事が重要である。   Nickel acetate is preferable as the nickel precursor for preparing the solution of the nickel complex containing the reducing agent, and nickel formate, nickel oxalate, nickel nitrate, and nickel chloride are insufficient. In order to obtain a nickel colloid of 100 nm or less in which coarse particles are not present, it is important to reduce the nickel complex in a solution state.

上記還元剤を含有するニッケル錯体の溶液をろ過する事で余分なヒドラジンを分離して、還元反応をする事ができる。その場合、1,1,3,3−テトラメチルグアニジンを添加しただけでは、水溶液にはならない場合、アルカノールアミンを添加して水溶液にする事ができる。   By filtering the solution of the nickel complex containing the reducing agent, excess hydrazine can be separated and the reduction reaction can be carried out. In that case, when only 1,1,3,3-tetramethylguanidine is added to obtain an aqueous solution, an alkanolamine can be added to obtain an aqueous solution.

本発明のニッケルコロイドの製造方法は、加圧下で、マイクロ波照射により加熱して、連続的に還元するものである。   The method for producing a nickel colloid of the present invention is a method in which heating is performed by applying microwaves under pressure to continuously reduce the pressure.

上記加圧は、反応温度を高くする事で、反応速度を早くして、100nm以下のニッケル粒子を生成する為のものである。加圧しないで、90℃以下で反応させた場合、200nm以上のニッケル粒子を多数生成しまう事が分かった。   The pressurization is for increasing the reaction temperature to accelerate the reaction rate and generate nickel particles of 100 nm or less. It was found that a large number of nickel particles of 200 nm or more were generated when the reaction was performed at 90 ° C. or lower without applying pressure.

上記加圧は、限定されないが、安全性から考えて0.1〜0.5MPaが有効である。   The above-mentioned pressurization is not limited, but 0.1-0.5 MPa is effective from the viewpoint of safety.

上記連続的還元において、反応管に窒素ガス等のガスを流す事ができる。還元されて金属が生成する際に、反応管に金属が析出し、マイクロ波を吸収し加熱ができなくなり、終いてはスパークしてしまう事が良くあるが、反応管にガスを流す事により析出を防止する事ができる。ガスの種類は問わないが、窒素ガスが好適で、その流量は、反応液の流れを一定にする流量を流す事が好ましい。   In the above continuous reduction, a gas such as nitrogen gas can be passed through the reaction tube. When metal is generated by reduction, metal precipitates in the reaction tube, absorbs microwaves and cannot be heated, and eventually sparks.However, by flowing gas into the reaction tube, it precipitates. Can be prevented. The type of gas is not limited, but nitrogen gas is preferable, and the flow rate is preferably such that the flow rate of the reaction liquid is constant.

上記連続的還元において、反応管がマイクロ波装置のキャビティーに入る前に、反応管を超音波装置の中を通すことにより、超音波を照射する事ができる。具体的には、図1において、32の液源にニッケル−ヒドラジン錯体の水酸化物溶液を入れて流した場合は、流路74もしくは流路76に超音波装置を設ける事ができる。   In the above continuous reduction, ultrasonic waves can be emitted by passing the reaction tube through the ultrasonic device before the reaction tube enters the cavity of the microwave device. Specifically, in FIG. 1, when a nickel-hydrazine complex hydroxide solution is put into a liquid source 32 and allowed to flow, an ultrasonic device can be provided in the channel 74 or channel 76.

マイクロ波照射により加熱する前に液を超音波照射する事で、生成するニッケルの粒子径を微細にする事ができる。   By irradiating the liquid with ultrasonic waves before heating by microwave irradiation, it is possible to reduce the particle size of nickel generated.

上記マイクロ波装置の周波数は、例えば2450MHzで行なう事ができ、周波数を制御しているシングルモードのマイクロ波装置を使用する事が好ましい。   The frequency of the microwave device can be set to, for example, 2450 MHz, and it is preferable to use a single mode microwave device whose frequency is controlled.

本発明のニッケルコロイドの製造方法は、シングルナノ粒子のニッケル粒子を含む液を、マイクロ波加熱する事である。   The method for producing a nickel colloid of the present invention is to subject a liquid containing nickel particles of single nanoparticles to microwave heating.

上記シングルナノ粒子のニッケルを加える事により、ニッケル錯体の還元温度を下げる事ができ、小粒径のニッケル粒子を生成する事ができる事が分かった。先行文献では、貴金属のイオンを反応液に添加して、ニッケル粒子を生成しているが、ニッケルナノ粒子でもニッケル粒子を生成できる、シングルナノ粒子の合成方法は問わないが、真空蒸発法によるニッケルナノコロイドが最適である。ニッケル以外の金属を含まないニッケルコロイドである。   It was found that the addition temperature of nickel of the above-mentioned single nanoparticles can lower the reduction temperature of the nickel complex, and nickel particles of small particle size can be produced. In the prior art document, noble metal ions are added to the reaction solution to generate nickel particles, but nickel nanoparticles can also be used to generate nickel particles. Any method for synthesizing single nanoparticles is acceptable, but nickel by vacuum evaporation is used. Nanocolloids are the best choice. It is a nickel colloid containing no metal other than nickel.

本発明のニッケルコロイドの製造方法は、水やアルコールに可溶な分散剤の存在下で、ポリオールを加えて行なう事を特徴とするニッケルコロイドの製造方法である。   The method for producing a nickel colloid of the present invention is a method for producing a nickel colloid, which comprises adding a polyol in the presence of a dispersant soluble in water or alcohol.

上記分散剤は、水や親水性のアルコールに可溶な分散剤で、凝集して粗大粒子を形成し易いニッケルの凝集を抑制する化合物で、アミンであればM−1000、酸であれば、酒石酸の誘導体、Disperbyk−2015などがあげられる。ノニオンであれば、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコールが用いられる。これらを単独で使用しても良く、混合しても良い。   The above-mentioned dispersant is a dispersant soluble in water or hydrophilic alcohol, and is a compound that suppresses agglomeration of nickel that easily aggregates to form coarse particles. If it is an amine, M-1000, and if it is an acid, Examples thereof include tartaric acid derivatives, Disperbyk-2015, and the like. If nonionic, polyvinylpyrrolidone and polyethylene glycol are used. These may be used alone or may be mixed.

上記ポリオールは、分散剤を溶解できるものであれば良く、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、1,4−ブタンジオールなどが挙げられる。   The above-mentioned polyol may be any as long as it can dissolve the dispersant, and examples thereof include ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, and 1,4-butanediol.

還元剤を含有するニッケル錯体の溶液を水で希釈すると、溶液のpHが低下して、還元反応が進行しないが、希釈する水と同量のグリコールで希釈した場合は、還元反応が進行して、ニッケル超微粒子コロイドが生成する事が分かった。   When the solution of the nickel complex containing the reducing agent is diluted with water, the pH of the solution is lowered and the reduction reaction does not proceed, but when diluted with the same amount of glycol as the water to be diluted, the reduction reaction proceeds. It was found that a nickel superfine particle colloid was generated.

(実施例)
以下、本発明について実施例を掲げて詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
(Example)
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
(酢酸ニッケル/ヒドラジン/1,1,3,3−テトラメチルグアニジン/M−1000/PVP/ジベンゾイル−l−酒石酸/蒸発法Ni/EGの系)
(Example 1)
(Nickel acetate / hydrazine / 1,1,3,3-tetramethylguanidine / M-1000 / PVP / dibenzoyl-1-tartaric acid / evaporation Ni / EG system)

(A液の調整)
酢酸ニッケル・4H2O 5.10g(0.0205mol)を200ml三角フラスコに分取し、イオン交換水を加えて40.0gにして溶解させた。攪拌しながら、80%ヒドラジン・H2Oを12.3g(0.197mol)滴下し、40分攪拌する事で縣濁状態になり、ニッケルヒドラジン錯体を形成させた。次に、1、1、3、3−テトラメチルグアニジンを12.6g(0.109mol)加え、溶解させた。そこへ、M −1000を60g、別に用意したポリビニルピロリドンK−15(分子量10,000)のエチレングリコール溶液を順次添加した。更に、ジベンゾイル−L−酒石酸0.24g(0.00067mol)のエチレングリコール溶液10.24gを添加した。最後に、蒸発法で作製した0.04wt%ニッケルナノ粒子/エチレングリコール溶液30gを加えた。
(Adjustment of liquid A)
5.10 g (0.0205 mol) of nickel acetate.4H 2 O was dispensed into a 200 ml Erlenmeyer flask, and ion-exchanged water was added to make it 40.0 g and dissolved. With stirring, 12.3 g (0.197 mol) of 80% hydrazine.H 2 O was added dropwise, and the mixture was stirred for 40 minutes to be in a suspended state, forming a nickel hydrazine complex. Next, 12.6 g (0.109 mol) of 1,1,3,3-tetramethylguanidine was added and dissolved. Then, 60 g of M-1000 and a separately prepared ethylene glycol solution of polyvinylpyrrolidone K-15 (molecular weight 10,000) were sequentially added. Further, 10.24 g of an ethylene glycol solution containing 0.24 g (0.00067 mol) of dibenzoyl-L-tartaric acid was added. Finally, 30 g of 0.04 wt% nickel nanoparticle / ethylene glycol solution prepared by the evaporation method was added.

(B液の調整)
ドデカン210gとBDG(ジエチレングリコールモノブチルエーテル)70gを混合してB液を調整した。
(Preparation of solution B)
A solution B was prepared by mixing 210 g of dodecane and 70 g of BDG (diethylene glycol monobutyl ether).

マイクロ波装置のキャビティー出口のチューブを加圧容器に連結し、窒素ガスを流して窒素ガス圧を0.20MPaに加圧した。   The tube at the cavity outlet of the microwave device was connected to a pressure vessel, and nitrogen gas was flown to pressurize the nitrogen gas pressure to 0.20 MPa.

A液を5ml/分、B液を5ml/分で耐圧性のプランジャーポンプで送液した。
目標温度を130℃に設定した。
Solution A was delivered at 5 ml / min and solution B at 5 ml / min by a pressure-resistant plunger pump.
The target temperature was set to 130 ° C.

150nm以下のニッケル粒子であった。   The nickel particles were 150 nm or less.

マイクロ波照射による反応液の温度変化を縦軸に温度(°C)、横軸に時間(秒)をとって図3に、マイクロ波強度変化のデータを、縦軸に反射波の強度(W(ワット))、横軸に時間(秒)をとって図4に示す。   The temperature change of the reaction solution due to microwave irradiation is plotted along the vertical axis as temperature (° C) and the horizontal axis as time (sec), and the microwave intensity change data is shown in FIG. 3, and the reflected wave intensity (W (Watts)), and the horizontal axis represents time (seconds), which is shown in FIG.

図3〜4において、符号101は温度曲線、101aはマイクロ波立ち上がり時の温度曲線、101bはマイクロ波照射が定常状態に達してからの温度曲線、101cは 合成終了によるマイクロ波照射終了時の温度曲線、符号102はマイクロ波の反射波強度曲線、101aはマイクロ波の立ち上がり時の反射波強度曲線、101bはマイクロ波照射が定常状態に達してからの反射波強度曲線、101cは 合成終了によるマイクロ波照射終了時の反射波強度曲線を示す。   3 to 4, reference numeral 101 is a temperature curve, 101a is a temperature curve at the time of rising of microwaves, 101b is a temperature curve after microwave irradiation reaches a steady state, and 101c is temperature at the end of microwave irradiation due to completion of synthesis. A curve, reference numeral 102 is a reflected wave intensity curve of microwaves, 101a is a reflected wave intensity curve at the rising time of microwaves, 101b is a reflected wave intensity curve after microwave irradiation reaches a steady state, and 101c is a micro wave due to the end of synthesis The reflected wave intensity curve at the end of wave irradiation is shown.

反応温度は、マイクロ波照射開始から30秒で122℃に達し、定常状態になってからは、121.5℃から137.2℃の範囲であった。反射波強度は60Wを超えた回数は28回あり、その内100Wを超えた回数は10回であった。   The reaction temperature reached 122 ° C. 30 seconds after the start of microwave irradiation, and was in the range of 121.5 ° C. to 137.2 ° C. after the steady state was reached. The number of times the reflected wave intensity exceeded 60 W was 28 times, of which the number of times exceeded 100 W was 10 times.

(比較例1)
実施例1と同じ組成で、マイクロ波照射をせずに、オイルバスを用いて、加熱温度80℃で行なったところ、ニッケル粒子はできたが、200nm以上の粒子を含んでいた。
(Comparative Example 1)
When the composition was the same as that of Example 1 and the heating was performed at 80 ° C. using an oil bath without microwave irradiation, nickel particles were formed, but contained particles of 200 nm or more.

(比較例2)
実施例1と同じ組成で、マイクロ波連続法で、加熱温度80℃で行なったところ、ニッケル粒子はできたが、200nm以上の粒子を含んでいた。
(Comparative example 2)
When the composition was the same as that of Example 1 and was carried out by a microwave continuous method at a heating temperature of 80 ° C., nickel particles were formed, but they contained particles of 200 nm or more.

(実施例2)
(酢酸ニッケル/ヒドラジン/1,1,3,3,−テトラメチルグアニジン/Disperbyk−2015/ジベンゾイル-L-酒石酸/蒸発法Ni/EGの系)
(Example 2)
(Nickel acetate / hydrazine / 1,1,3,3, -tetramethylguanidine / Disperbyk-2015 / dibenzoyl-L-tartaric acid / evaporation Ni / EG system)

(A液の調整)
酢酸ニッケル・4H2O 5.10g(0.0205mol)を200ml三角フラスコに分取し、イオン交換水を加えて40.0gにして溶解させた。攪拌しながら、80%ヒドラジン・H2Oを12.3g(0.197mol)滴下し、40分攪拌する事で縣濁状態になり、ニッケルヒドラジン錯体を形成させた。次に、1、1、3、3−テトラメチルグアニジンを12.6g(0.109mol)加え、溶解させた。そこへ、10wt%Disperbyk−2015/1,4−ブタンジオール6g加えた。
更に、ジベンゾイル−L−酒石酸0.24g(0.00067mol)の1,4−ブタンジオール溶液10.24gを添加した。最後に、蒸発法で作製した0.04wt%ニッケルナノ粒子/1,4−ブタンジオール溶液30gを加えた。
(Adjustment of liquid A)
5.10 g (0.0205 mol) of nickel acetate.4H 2 O was dispensed into a 200 ml Erlenmeyer flask, and ion-exchanged water was added to make it 40.0 g and dissolved. With stirring, 12.3 g (0.197 mol) of 80% hydrazine.H 2 O was added dropwise, and the mixture was stirred for 40 minutes to be in a suspended state, forming a nickel hydrazine complex. Next, 12.6 g (0.109 mol) of 1,1,3,3-tetramethylguanidine was added and dissolved. 6 g of 10 wt% Disperbyk-2015 / 1,4-butanediol was added thereto.
Further, 10.24 g of a 1,4-butanediol solution of 0.24 g (0.00067 mol) of dibenzoyl-L-tartaric acid was added. Finally, 30 g of 0.04 wt% nickel nanoparticle / 1,4-butanediol solution prepared by the evaporation method was added.

(B液の調整)
ドデカン210gとBDG(ジエチレングリコールモノブチルエーテル)70gを混合してB液を調整した。
(Preparation of solution B)
A solution B was prepared by mixing 210 g of dodecane and 70 g of BDG (diethylene glycol monobutyl ether).

マイクロ波装置のキャビティー出口のチューブを加圧容器に連結し、窒素ガスを流して窒素ガス圧を0.20MPaに加圧した。   The tube at the cavity outlet of the microwave device was connected to a pressure vessel, and nitrogen gas was supplied to pressurize the nitrogen gas pressure to 0.20 MPa.

A液を5ml/分、B液を5ml/分で耐圧性のプランジャーポンプで送液した。設定温度を120℃に設定した。   Solution A was delivered at 5 ml / min and solution B at 5 ml / min by a pressure-resistant plunger pump. The set temperature was set to 120 ° C.

150nm以下のニッケル粒子であった。   The nickel particles were 150 nm or less.

ニッケル超微粒子コロイドを金属濃度が高くし、凡そ、60重量%以上の金属濃度にしたペーストを作成した。   The nickel ultrafine particle colloid was made to have a high metal concentration to prepare a paste having a metal concentration of about 60% by weight or more.

上記説明で得られた、分散媒エタノールのニッケル超微粒子コロイドに、高沸点の有機溶媒、例えば沸点230℃のBDG(ジエチレングリコールモノブチルエーテル)あるいは、沸点219℃のターピネオールを添加し、減圧下、加温してエタノールを留去して、BDGを分散媒とするニッケル超微粒子ペーストを作製した。高沸点の有機溶媒は、ニッケル超微粒子コロイド中の分散剤が溶解するものを選定する。   A high-boiling organic solvent, for example, BDG (diethylene glycol monobutyl ether) having a boiling point of 230 ° C. or terpineol having a boiling point of 219 ° C. was added to the nickel ultrafine particle colloid of the dispersion medium ethanol obtained in the above description, and heated under reduced pressure. Then, ethanol was distilled off to prepare a nickel ultrafine particle paste using BDG as a dispersion medium. The organic solvent having a high boiling point is selected such that the dispersant in the nickel ultrafine particle colloid can be dissolved.

以上、本発明を実施例も含めて説明したが、本発明はこれらの例に狭く限定されず、本発明の技術思想に基づいて多くのバリエーションを可能とするものである。   Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these examples, and many variations are possible based on the technical idea of the present invention.

本発明のニッケル超微粒子のコロイド及びペーストは、親水性のアルコールに分散していることや劣化の原因となる不純物を含んでいないことから、積層コンデンサー用の電極材料や、電子基板の配線、電子部品の接合、ニッケルメッキなど電子・電機業界、自動車業界における広い技術分野において大きな効果を発揮する。その他、有機合成の触媒として用いることができる。   Since the nickel ultrafine particle colloid and paste of the present invention are dispersed in hydrophilic alcohol and do not contain impurities that cause deterioration, they are used as electrode materials for multilayer capacitors, wiring of electronic substrates, and electronic materials. It has a great effect in a wide range of technical fields such as joining parts, nickel plating, etc. in the electronic / electrical industry and the automobile industry. In addition, it can be used as a catalyst for organic synthesis.

Claims (4)

金属前駆体溶液に、酸解離定数13以上のアミンを添加した溶液を、加熱する事を特徴とする金属超微粒子コロイドの製造方法であって、アルカリ金属及び/又は塩素を含まないことを特徴とする金属超微粒子コロイドの製造方法。A method of producing a metal ultrafine particle colloid, which comprises heating a solution of an amine having an acid dissociation constant of 13 or more to a metal precursor solution, characterized by containing no alkali metal and / or chlorine. Method for producing ultrafine metal particle colloid. 金属前駆体溶液に、酸解離定数13以上のアミンを添加した溶液を、マイクロ波を照射して加熱する事を特徴とするニッケル超微粒子コロイドの製造方法であって、アルカリ金属及び/又は塩素を含まないことを特徴とする金属超微粒子コロイドの製造方法 A method of producing a nickel ultrafine particle colloid, which comprises heating a solution obtained by adding an amine having an acid dissociation constant of 13 or more to a metal precursor solution, and heating the solution, wherein an alkali metal and / or chlorine is added. A method for producing an ultrafine metal particle colloid, which is characterized by not containing it . 請求項1又は2に記載の製造方法によって製造されるアルカリ金属及び/又は塩素を含まないことを特徴とする金属超微粒子コロイド。An ultrafine metal particle colloid produced by the production method according to claim 1 or 2, which does not contain an alkali metal and / or chlorine. 請求項1又は2に記載の製造方法によって製造されるアルカリ金属及び/又は塩素を含まないことを特徴とする金属超微粒子。Ultrafine metal particles produced by the production method according to claim 1 or 2 and free of alkali metal and / or chlorine.
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