JP3404520B2 - Method for producing ultrafine particles and high-density crystals thereof - Google Patents

Method for producing ultrafine particles and high-density crystals thereof

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、粒子のサイズ効果
により発現する量子効果に基づく機能材料、非線形光学
材料、高精度触媒、高機能複合材料等の開発に用いられ
る超微粒子、特に、ナノメータオーダー径の超微粒子及
びその結晶の製造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to ultrafine particles, particularly nanometer order, used for developing functional materials, nonlinear optical materials, high-precision catalysts, high-performance composite materials, etc., which are based on quantum effects expressed by the size effect of particles. The present invention relates to the production of ultrafine particles having a diameter and crystals thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】物質は、ナノメータ(nm)オーダーに
超微粒子化されると、バルク状態とは異なる性質の発
現、例えば、融点の大幅な降下や量子効果の発現等、の
可能性を有することが普通に知られている。このような
新たに発現する性質を利用した次世代技術の開発が活発
に行われており、その具体的な応用例としては、高機能
の複合材料、触媒、非線形光学材料、記憶素子等の多方
面の技術分野に及んでいる。ところが、現状では、これ
らの技術開発の必須要素技術となる物質の微粒子化に関
しては、微細化された微粒子の粒子径、均一性、結晶性
等の構造等について必ずしも十分なものが得られておら
ず、このことが技術開発のネックの一つとなっており、
主要な技術的課題となっている。以下、このことに関し
て記す。
2. Description of the Related Art When a substance is made into ultra-fine particles on the order of nanometers (nm), it has a possibility of exhibiting properties different from those in the bulk state, for example, a drastic drop in melting point and a quantum effect. Is commonly known. Development of next-generation technologies utilizing such newly developed properties is being actively conducted, and specific application examples thereof include high-performance composite materials, catalysts, nonlinear optical materials, storage elements, and so on. It extends to technical fields in the field. However, at present, with regard to atomization of substances, which is an essential elemental technology for these technological developments, it is not always possible to obtain sufficient particles such as particle size, uniformity, and crystallinity of the atomized particles. First, this is one of the bottleneck of technological development,
It has become a major technical challenge. This will be described below.

【0003】一般に、微粒子を製造するには、粒子径の
観点からすると、ブレイクダウンの方法とビルトアップ
の方法とに大別される。現在のところ、ブレイクダウン
の方法では、サブミクロンオーダーの粒径に細分化する
ことが限界と考えられており、nmオーダー径の粒子を
製造するには不適当である。そこで、nmオーダーの粒
子を得るには、主としてビルトアップの方法が採用され
ている。そのビルトアップの方法には、気相法及び液相
法が知られている。
Generally, in order to produce fine particles, from the viewpoint of particle diameter, they are roughly classified into a breakdown method and a built-up method. At present, the breakdown method is considered to be limited to submicron order particle size, and is not suitable for producing particles of nm order size. Therefore, a build-up method is mainly used to obtain particles on the order of nm. The vapor phase method and the liquid phase method are known as the methods for the build-up.

【0004】その液相法としては、主として逆ミセルを
使用した化学反応を利用する方法が採用されているが、
最近、金属石けん等の有機化合物の熱分解を利用する方
法等も提案されている。しかし、液相法は、簡単に多量
の微粒子を製造できるという利点を有するものの、化学
反応を利用しているために、粒子中に不純物が混入した
り、また、数nm以下の微細な粒子を製造することは困
難である等の欠点がある。
As the liquid phase method, a method mainly utilizing a chemical reaction using reverse micelles is adopted.
Recently, methods utilizing the thermal decomposition of organic compounds such as metallic soap have been proposed. However, although the liquid phase method has an advantage that a large amount of fine particles can be easily produced, since a chemical reaction is used, impurities are mixed in the particles and fine particles of several nm or less are generated. It has drawbacks such as difficulty in manufacturing.

【0005】一方、気相法は、主に純物質を気化させた
後、その蒸気を凝縮させる方法であるから、高純度のも
のが得られ易く、半導体物質等を利用した電子デバイス
等には好都合であり、また、1nm以下の超微細な粒子
も比較的得られ易い等の長所があるものの、生産効率が
低く、また、エネルギー効率が悪い等の欠点がある。と
ころで、気相法により製造されたnmオーダーの微粒子
はガス中に分散した希薄な状態であるため、二次処理や
プロセシングの段階で濃縮する必要が生じる。その濃縮
のもっとも単純で容易な方法としては、フィルター等に
よる捕集があるが、単なる捕集では捕集された粒子間に
おける凝集や融着が生じ、完全な孤立状態の粒子を得る
ことは極めて困難である。そこで、粒子間の凝集、融着
を防ぐために、融着防止安定剤を使用して濃縮させる方
法が提案されている。
On the other hand, the vapor phase method is a method of mainly vaporizing a pure substance and then condensing the vapor, so that a high-purity substance is easily obtained, and it is suitable for an electronic device using a semiconductor substance or the like. Although it is convenient and has the advantage that ultrafine particles of 1 nm or less can be obtained relatively easily, it has disadvantages such as low production efficiency and poor energy efficiency. By the way, since nm-order fine particles produced by the vapor phase method are in a dilute state dispersed in a gas, it is necessary to concentrate them in a stage of secondary treatment or processing. The simplest and easiest method of concentration is collection with a filter or the like, but simple collection causes aggregation and fusion between the collected particles, and it is extremely difficult to obtain particles in a completely isolated state. Have difficulty. Therefore, in order to prevent aggregation and fusion between particles, a method of concentrating using a fusion prevention stabilizer has been proposed.

【0006】その融着防止安定剤として、従来より陽イ
オン界面活性剤、チオール基を有するアルカン等が試み
られており、また、その使用法としては、融着防止剤を
スプレーすることにより微粒子を捕集する方法や液体窒
素で有機溶媒とともにトラップする方法が行われてき
た。しかし、これらの方法を用いた粒子の捕集は、必ず
しも十分なものではなく、前者における捕集駆動力であ
る慣性衝突力や後者における温度差泳動力は、必ずしも
生成したすべての粒子にその作用を及ぼすことは困難で
あり、捕捉効率が低いという問題がある。
Cationic surfactants and alkanes having a thiol group have been tried as the anti-fusing stabilizer, and the method of using them is to spray the anti-fusing agent to form fine particles. A method of collecting and a method of trapping with liquid nitrogen in an organic solvent have been used. However, the collection of particles using these methods is not always sufficient, and the inertial collision force, which is the collection driving force in the former case, and the temperature differential migration force in the latter case, do not necessarily affect all generated particles. However, there is a problem that the capture efficiency is low.

【0007】また、フィルターによる捕集は、慣性衝突
力と微小粒子に有効な拡散力による効果が期待できると
ともに、フィルターの層厚や繊維等の充填密度を適宜調
製することによって容易に行うことが可能である。しか
しながら、フィルターを微小粒子の捕集に使用する場
合、先に述べた、粒子間における凝集や融着が発生する
のみならず、フィルターの大きな欠点である目詰まりが
起こるという問題がある。特に、液状の粒子は捕集後の
表面張力により目詰まりし易く、前二者において採用さ
れなかった理由は、これらの点にあるものと推察され
る。
Further, the collection by the filter can be expected to be effected by the inertial collision force and the diffusing force effective for the fine particles, and can be easily carried out by appropriately adjusting the layer thickness of the filter and the packing density of the fibers and the like. It is possible. However, when the filter is used for collecting fine particles, there is a problem that not only the agglomeration and fusion between particles described above occur but also a major drawback of the filter is clogging. In particular, liquid particles are likely to be clogged due to the surface tension after collection, and it is presumed that these are the reasons why they were not adopted by the former two.

【0008】次に、nmオーダー微粒子の応用技術開発
に重要となる、ナノメータ微粒子の形状及び内部構造の
問題点について言及する。従来より、液相法、気相法を
含む種々の方法で製造された微粒子の形状及び内部構造
について、内部構造は、製造法によりその結晶度に差異
が見られるが、一方、形状は、製造法による差異は殆ど
見られず、大部分の微粒子が不定形であり、一般には球
形状のものが多い。しかしながら、量子サイズ効果等の
発現には、二次元のnmオーダー薄膜等の製造にも見ら
れるように、原子レベルにおける制御が不可欠であると
予測される。ナノサイズ微粒子に関する原子レベルでの
制御とは、微粒子の内部のみならず表面についても制御
されなければならない。微粒子表面の制御とは、とりも
なおさず、結晶面が形成された微粒子のことであって、
結晶面を有する超微粒子の製造が求められているのであ
る。以上のとおり、現状では、気相法を利用した孤立状
態で存在するnmオーダーの超微粒子の効率的な製造法
及びその超微粒子が高密度で配列した最密充填構造の超
微粒子結晶の製造法については、未だ満足すべき方法は
知られていない。
Next, the problems of the shape and internal structure of nanometer fine particles, which are important for the development of applied technology of nanometer-order fine particles, will be mentioned. Conventionally, regarding the shape and internal structure of fine particles produced by various methods including a liquid phase method and a gas phase method, the internal structure has a difference in crystallinity depending on the production method, while the shape is There is almost no difference due to the method, most of the fine particles are amorphous, and generally, they are spherical. However, in order to exhibit the quantum size effect and the like, it is predicted that control at the atomic level is indispensable, as seen in the production of two-dimensional nm-order thin films and the like. Atomic level control of nano-sized particles must control not only the inside of the particles but also the surface. The control of the fine particle surface means, in the first place, the fine particles having crystal faces formed,
There is a demand for the production of ultrafine particles having crystal planes. As described above, at present, an efficient method for producing ultrafine particles of the nm order existing in an isolated state using a vapor phase method and a method for producing ultrafine particle crystals of a close-packed structure in which the ultrafine particles are arranged at high density As for, there is still no known satisfactory method.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
における上記した実状に鑑みてなされたものである。す
なわち、本発明の目的は、気相法により調整されたナノ
メーター(nm)オーダーの個々の粒子が安定した孤立
状態で存在する状態のコロイド状超微粒子を効率的に製
造する方法を提供することにある。また、本発明の他の
目的は、その孤立状態で存在するnmオーダーのコロイ
ド状超微粒子が合一することなく高密度で配列した最密
充填構造の超微粒子結晶を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned actual situation in the prior art. That is, an object of the present invention is to provide a method for efficiently producing colloidal ultrafine particles in which individual particles of nanometer (nm) order prepared by a vapor phase method exist in a stable isolated state. It is in. Another object of the present invention is to provide an ultrafine particle crystal having a close-packed structure in which nm-order colloidal ultrafine particles existing in an isolated state are arranged at a high density without coalescence.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の粒子安定剤
で処理を施したフィルターに、nmオーダーの超微粒子
を含むガスを通過させると、フィルターにおいては、個
々の粒子に粒子安定剤が付着し、孤立して存在する状態
で超微粒子が捕集され、その捕集されたフィルターを溶
媒で洗浄すると、コロイド状超微粒子溶液が容易に得ら
れることを見出し、また、そのコロイド状超微粒子を加
熱処理すると、高密度に配列した最密充填構造の超微粒
子結晶が得られることを見出し、本発明を完成するに至
った。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has found that a gas treated with a specific particle stabilizer contains a gas containing ultrafine particles of nm order. When passed, in the filter, the particle stabilizer adheres to the individual particles, and the ultrafine particles are collected in a state where they exist in an isolated state. When the collected filter is washed with a solvent, a colloidal ultrafine particle solution is obtained. Therefore, it was found that the colloidal ultrafine particles can be heat-treated to obtain ultrafine particle crystals having a densely arranged and close-packed structure, and the present invention has been completed.

【0011】すなわち、本発明は、気相中で生成した超
微粒子含有ガスを、予め該超微粒子間の凝集及び融着を
防止する粒子安定剤を吸着させた微粒子捕捉用フィルタ
ーを通過させることにより、該フィルターに超微粒子を
捕捉すると同時に、該超微粒子に粒子安定剤を付着さ
せ、次いで、該フィルターを溶媒で洗浄することにより
コロイド状超微粒子溶液を得ることを特徴とする超微粒
子の製造方法を提供するものである。その微粒子捕捉用
フィルターとしては、超微粒子間の凝集及び融着を防止
する粒子安定剤を含む溶液中に浸漬させた後、乾燥させ
て得られたものであることが好ましい。
That is, according to the present invention, the ultrafine particle-containing gas produced in the gas phase is passed through a fine particle capturing filter in which a particle stabilizer for preventing aggregation and fusion between the ultrafine particles is adsorbed in advance. A method for producing ultrafine particles, which comprises capturing ultrafine particles on the filter, attaching a particle stabilizer to the ultrafine particles, and then washing the filter with a solvent to obtain a colloidal ultrafine particle solution. Is provided. The fine particle capturing filter is preferably obtained by immersing the filter in a solution containing a particle stabilizer that prevents aggregation and fusion of ultrafine particles and then drying.

【0012】また、本発明は、上記方法により得られた
コロイド状超微粒子を加熱処理することにより、個々の
粒子が凝集または融着することなく孤立して高密度の配
列状態を形成して集合し、かつ結晶面を有することを特
徴とする高密度超微粒子結晶の製造方法を提供するもの
である。
Further, according to the present invention, the colloidal ultrafine particles obtained by the above-mentioned method are heat-treated, so that the individual particles are not aggregated or fused and are isolated to form a high-density array state and aggregate. And a crystal plane, which provides a method for producing a high-density ultrafine particle crystal.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明において、コロイド状超微粒子溶液の製造
に用いる素材としては、気相法でnmオーダーの超微粒
子を生成できるものであれば使用可能であって、例え
ば、銀、金、白金、ゲルマニウム、鉄、コバルト等の金
属、硫化カドミウム、硫化亜鉛等の金属硫化物、シリコ
ン等の半導体化合物等が挙げられる。また、その素材の
超微粒子を入手する方法としては、従来公知の種々の気
相法、例えば、加熱炉による超微粒子発生方法、熱線式
エアロゾル発生方法等の各種雰囲気下で得られるガス中
に超微粒子が分散したものであればいずれも使用できる
が、超微粒子を簡易に発生できるとともにエネルギーを
節約できる大気圧下、熱線式エアロゾル発生方法により
生成した超微粒子を用いることが好ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below. In the present invention, as the material used for producing the colloidal ultrafine particle solution, any material can be used as long as it can produce ultrafine particles of nm order by a vapor phase method, and examples thereof include silver, gold, platinum, germanium, and iron. Metals such as cobalt, cadmium sulfide, metal sulfides such as zinc sulfide, and semiconductor compounds such as silicon. Further, as a method for obtaining the ultrafine particles of the material, various conventionally known gas phase methods, for example, ultrafine particle generation method by heating furnace, hot wire type aerosol generation method, etc. Any fine particles can be used as long as they are dispersed, but it is preferable to use ultra fine particles generated by a hot-wire type aerosol generating method under atmospheric pressure which can easily generate ultra fine particles and save energy.

【0014】次に、そのガス中に分散している超微粒子
を、孤立状態で高効率に捕集するには、捕集装置として
フィルターが用いられる。このフィルターには、あらか
じめ粒子安定剤を吸着させたフィルターを使用すること
が重要である。すなわち、本発明においては、粒子安定
剤の吸着したフィルターに、超微粒子含有ガスを通過さ
せることにより、その粒子安定剤の付着した超微粒子を
フィルターに捕集させるのである。
Next, in order to collect the ultrafine particles dispersed in the gas in an isolated state with high efficiency, a filter is used as a collector. It is important to use a filter in which a particle stabilizer is adsorbed in advance as this filter. That is, in the present invention, by passing the ultrafine particle-containing gas through the filter to which the particle stabilizer is adsorbed, the ultrafine particles to which the particle stabilizer is attached are collected by the filter.

【0015】本発明に用いる微粒子捕捉用フィルターと
しては、粒子安定剤を物理的吸着または化学的吸着した
もののいずれも使用可能であるが、なかでも、粒子安定
剤を含む有機溶剤中にフィルターを浸した後、乾燥させ
て溶媒を除去することにより、粒子捕集部、すなわちフ
ィルター充填繊維の表面に、均一に粒子安定剤を析出さ
せたものが好ましい。この方法によれば、微粒子はフィ
ルター充填繊維に捕集されると同時に、粒子安定剤と接
触する。その結果、微粒子は表面張力により粒子安定剤
に覆われることとなり、捕集された微粒子は、互いに直
接接触することなく近接して高密度な状態となるのであ
る。
As the filter for trapping fine particles used in the present invention, either a filter in which a particle stabilizer is physically adsorbed or chemically adsorbed can be used. Among them, the filter is immersed in an organic solvent containing a particle stabilizer. After that, it is preferable that the particle stabilizer is uniformly deposited on the surface of the particle collecting part, that is, the surface of the filter-filled fiber by removing the solvent by drying. According to this method, the microparticles are collected on the filter-filled fibers and, at the same time, come into contact with the particle stabilizer. As a result, the fine particles are covered with the particle stabilizer due to the surface tension, and the collected fine particles come close to each other without directly contacting each other to be in a high density state.

【0016】本発明に用いるフィルターとしては、小径
の粒子を捕集できる従来公知のフィルターであれば、天
然繊維でも合成繊維でも使用可能であるが、粒子との反
応性が低くて、耐熱性を有するものが好ましく、具体的
には、ナイロン繊維、テトロン繊維、アラミド繊維、テ
フロン繊維等が用いられる。また、その繊維径として
は、空隙率の確保とフィルターの強度の点で、数μm〜
数十μmの範囲のものが好ましく、5〜20μm程度のも
のがより好ましく、具体的には、10μm程度のナイロ
ン繊維からなるフイルターが好適である。
As the filter used in the present invention, any conventionally known filter that can collect small-diameter particles can be used, either natural fibers or synthetic fibers, but it has low reactivity with particles and has high heat resistance. Those having are preferable, and specifically, nylon fiber, tetron fiber, aramid fiber, teflon fiber and the like are used. In addition, as the fiber diameter, from the viewpoint of ensuring the porosity and the strength of the filter, several μm
It is preferably in the range of several tens of μm, more preferably about 5 to 20 μm, and specifically, a filter made of nylon fibers of about 10 μm is suitable.

【0017】そのフィルターに吸着させる粒子安定剤と
しては、使用した素材微粒子の凝集及び融着を防止する
とともに、素材微粒子との親和性或いは結合性を有する
有機化合物であることが必要であり、例えば、チオール
基等の官能基を持つ有機化合物又は界面活性剤等が用い
られ、具体的には、ドデカンチオール、オクタンチオー
ル、オクタデカンチオール等のアルカンチオール類、ア
ルキルトリメチルアンモニウム類等の陽イオン活性剤が
好ましい。
The particle stabilizer to be adsorbed on the filter is required to be an organic compound which prevents agglomeration and fusion of the used material fine particles and has an affinity or a binding property with the material fine particles. , An organic compound having a functional group such as a thiol group or a surfactant is used, and specifically, dodecanethiol, octanethiol, alkanethiols such as octadecanethiol, and cationic surfactants such as alkyltrimethylammonium are used. preferable.

【0018】本発明では、粒子の凝集及び融着を防止す
るために用いる粒子安定剤は、超微粒子の周りに、単分
子層または2分子層を形成できる量であれば十分であっ
て、粒子安定剤が全て有効に利用されるならば、その量
はそれほど多くを必要とするものではなく、この際の粒
子安定剤の使用量は、粒子の凝集及び融着を防止するに
は僅かな量でよく、捕集される超微粒子量に対して、数
倍〜数十倍の範囲で十分であり、この作用が、次々と順
に捕集される粒子に及ぶのである。本発明の上記した方
法は、従来のスプレー法等と比べて、超微粒子がフィル
ターに捕集されると同時に、粒子安定剤が、その表面張
力によって個々の超微粒子の周りを取り囲むため、次に
捕集される超微粒子と凝集や融着を起こさないという利
点がある。
In the present invention, the particle stabilizer used for preventing aggregation and fusion of particles is sufficient if it can form a monomolecular layer or a bimolecular layer around the ultrafine particles. If all the stabilizers are effectively used, the amount thereof does not need to be so large, and the amount of the particle stabilizer used at this time is a small amount to prevent the particles from agglomerating and fusing. It is sufficient that the range of several times to several tens of times is sufficient for the amount of ultrafine particles to be collected, and this action extends to the particles to be collected one after another. The above-mentioned method of the present invention, as compared with the conventional spraying method, etc., because the ultrafine particles are collected by the filter and at the same time, the particle stabilizer surrounds the periphery of the individual ultrafine particles by its surface tension. There is an advantage that it does not cause aggregation or fusion with the collected ultrafine particles.

【0019】ところで、この捕集効果を十分に発揮させ
るには、捕集される微粒子と粒子安定剤とがよく接触し
なければならない。そのためには、粒子安定剤がフィル
ター繊維等の充填材にコーティング状に付着している必
要がある。そこで、本発明では、粒子安定剤をベンゼ
ン、トルエン、ヘキサン、オクタン等の揮発性の有機溶
剤に溶解させて、その中にフィルターを浸した後、乾燥
させる方法を採ることが好ましい。この方法によれば、
粒子安定剤がフィルター充填材に平均的に均一に吸着ま
たは付着しているため、捕捉された超微粒子は、必ず粒
子安定剤と接触することになり、孤立状態で高密度に捕
集される。
By the way, in order to fully exhibit this trapping effect, the trapped fine particles and the particle stabilizer must be in good contact with each other. For that purpose, the particle stabilizer needs to adhere to the filler such as the filter fiber in a coating form. Therefore, in the present invention, it is preferable to employ a method in which the particle stabilizer is dissolved in a volatile organic solvent such as benzene, toluene, hexane, or octane, the filter is immersed therein, and then dried. According to this method
Since the particle stabilizer is uniformly adsorbed or adhered to the filter packing material, the captured ultrafine particles always come into contact with the particle stabilizer, and are collected in a high density in an isolated state.

【0020】次に、上記の方法で超微粒子を捕集したフ
ィルターは、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、オクタン
等の有機溶媒中に浸漬して洗浄されると、コロイド状超
微粒子を含む安定した溶液を容易に得ることができる。
Next, the filter which has collected the ultrafine particles by the above-mentioned method is immersed in an organic solvent such as benzene, toluene, hexane, octane or the like to be washed to obtain a stable solution containing colloidal ultrafine particles. Can be easily obtained.

【0021】上記の方法で捕集された超微粒子は、かな
り高密度の孤立状態であると予想されるが、最適量以上
の粒子安定剤等が存在するため、完全に理想的な高密度
状態は達成されていない。ここに言う理想状態とは、孤
立微粒子間に粒子安定剤の単分子層または2分子層のみ
が存在し、最密充填構造となっている状態である。そこ
で、未だ不完全な高密度構造を理想的な最密充填構造と
するためには、微粒子間に存在する不必要な粒子安定剤
を除去する必要がある。従来、この過剰な粒子安定剤を
除去するには、溶媒による洗浄等により行われていた
が、粒子も一緒に洗浄除去される可能性が高く、必ずし
も充分な方法ではなく、歩留まり等のの良好な方法が求
められていた。
The ultrafine particles collected by the above method are expected to be in a highly dense isolated state. However, since an optimum amount of the particle stabilizer and the like are present, a completely ideal high density state is obtained. Has not been achieved. The ideal state here is a state in which only a monomolecular layer or a bimolecular layer of the particle stabilizer exists between the isolated fine particles, and the structure has a close-packed structure. Therefore, in order to make an incomplete high-density structure into an ideal close-packed structure, it is necessary to remove unnecessary particle stabilizers existing between the particles. Conventionally, removal of this excess particle stabilizer has been performed by washing with a solvent, etc., but there is a high possibility that the particles will be washed and removed together, and this is not always a sufficient method and good yield etc. Was needed.

【0022】ところで、捕集後の高密度な状態は、先に
述べたように、必ずしも理想的な最密充填構造を形成し
ているものではないため、これを、粒子間の凝集及び融
着を防止できる粒子安定剤の最少量である単分子層また
は2分子層により区切られている理想的な最密充填構造
とするために、洗浄等による従来の方法と異なる方法と
して、本発明では、捕集された高密度の超微粒子に、加
熱処理を施す方法を見出した。
By the way, since the high-density state after collection does not always form an ideal close-packed structure as described above, this is caused by agglomeration and fusion between particles. In order to obtain an ideal close-packed structure divided by a monolayer or bilayer, which is the minimum amount of particle stabilizer capable of preventing We have found a method of applying heat treatment to the collected high-density ultrafine particles.

【0023】本発明方法による加熱処理によりある一定
の温度に達すると、過剰の粒子安定剤は蒸発気化し、一
方、超微粒子に結合している粒子安定剤は、その結合力
により残存する作用を行うものと考えられる。この超微
粒子と粒子安定剤との結合力は、物理的な結合力と化学
的な結合力が考えられるが、通常は、いずれも粒子安定
剤分子間の結合力よりも強いものである。なぜなら、こ
のような特性を有している材料を粒子安定剤として選定
しているからである。この加熱処理の温度としては、使
用する粒子安定剤の種類によって異なるが、通常、10
0〜300℃、好ましくは150〜200℃の範囲で加
熱処理を施すことが好ましい。これを減圧下で加熱処理
を行うと、その温度をさらに低下させることも可能であ
る。
When a certain temperature is reached by the heat treatment according to the method of the present invention, the excess particle stabilizer evaporates and vaporizes, while the particle stabilizer bound to the ultrafine particles has a function of remaining due to its binding force. It is thought to be done. The binding force between the ultrafine particles and the particle stabilizer may be a physical binding force or a chemical binding force, but in general, both are stronger than the binding force between the particle stabilizer molecules. This is because the material having such characteristics is selected as the particle stabilizer. The temperature of this heat treatment varies depending on the type of particle stabilizer used, but is usually 10
It is preferable to perform heat treatment in the range of 0 to 300 ° C, preferably 150 to 200 ° C. If this is heat-treated under reduced pressure, the temperature can be further lowered.

【0024】また、このような高密度の超微粒子を加熱
処理することは、別の重要な作用をも引き起こす。すな
わち、粒子径が約10ナノメータより小さくなると、そ
の融点は、その粒子の微小さのため著しく低下し、例え
ば、銀では、その融点が約980℃から200℃以下に
まで大きく降下するのである。この現象は、別の観点か
らすると、捕集時の粒子間における凝集または融着を引
き起こす負の効果の原因ともなっている。また、別の観
点からすると、粒子の再結晶化をもたらす要因ともなっ
ていると考えられる。
The heat treatment of such high-density ultrafine particles causes another important action. That is, when the particle size is smaller than about 10 nanometers, the melting point is remarkably lowered due to the fineness of the particles, and for example, in the case of silver, the melting point is greatly lowered from about 980 ° C to 200 ° C or less. From another viewpoint, this phenomenon also causes a negative effect of causing aggregation or fusion between particles at the time of collection. From another point of view, it is also considered to be a factor that causes recrystallization of particles.

【0025】従来方法では、ナノメータ微粒子を加熱す
ると、微小なナノメータ粒子は相互に融着し、成長する
傾向があるのに対して、本発明では、含まれる粒子安定
剤が、加熱処理による粒子の成長を妨げる方向に作用す
ると考えられる。そのため、温度等により定まる限界径
が存在し、その限界径以下の粒子は成長して結晶化する
が、限界径以上への粒子の成長は妨げられることにな
る。この傾向は、いうまでもなく、粒子径の均一化をも
たらす結果となる。また、加熱処理による再結晶化の場
合、十分な時間をかけて徐々に加熱した後、冷却するこ
とにより、粒子の表面を結晶面とすることができる。こ
のように、粒子安定剤を含むnmオーダー微粒子の加熱
処理過程では、先に述べた理想的な最密充填構造の形成
を実現できるのみならず、粒子径の均一化、結晶面を有
する結晶微粒子の生成をももたらすことができる。
In the conventional method, when the nanometer fine particles are heated, the fine nanometer particles tend to be fused to each other and grow, whereas in the present invention, the particle stabilizer contained in the fine nanometer particles is It is thought to act in the direction of hindering growth. Therefore, there is a limit diameter determined by the temperature and the like, and particles having a diameter smaller than the limit diameter grow and crystallize, but the growth of the particles having a diameter larger than the limit diameter is hindered. Needless to say, this tendency results in uniform particle size. In the case of recrystallization by heat treatment, the surface of the particle can be made into a crystal plane by gradually heating for a sufficient time and then cooling. As described above, in the heat treatment process of the nm-order fine particles containing the particle stabilizer, not only the formation of the ideal close-packed structure described above can be realized, but also the crystal fine particles having the uniform particle diameter and the crystal planes. Can also result in the generation of

【0026】ところで、この再結晶化の温度と過剰の粒
子安定化剤の除去に必要な温度とは必ずしも同一ではな
い。そこで、これらを別々に処理する場合には、他の制
御因子として、雰囲気圧力等を変えて、それらの作用を
制御することが可能である。すなわち、過剰の粒子安定
剤を除去するには温度及び圧力を制御因子とし、他方、
再結晶化には温度のみを制御因子とすることも可能であ
る。
By the way, the recrystallization temperature and the temperature required for removing the excess grain stabilizer are not necessarily the same. Therefore, when treating these separately, it is possible to control the action thereof by changing the atmospheric pressure or the like as another control factor. That is, temperature and pressure are control factors for removing excess particle stabilizer, while
It is also possible to use only temperature as a controlling factor for recrystallization.

【0027】[0027]

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。大気圧中、熱線式エアロゾル発生器で生成した粒径
1〜20nm程度の粒度分布からなる銀の超微粒子を含
むガス(超微粒子個数濃度約5×10 個/cc)を
使用した。一方、超微粒子捕集用として10μmのナイ
ロン繊維から構成される厚さ約10mmのフィルター
を、粒子安定剤のドデカンチオール約1%を含むトルエ
ン溶液中に、フィルター内に気泡が残らないように浸し
た後、常温で乾燥させたフィルターを得た。このように
して得られたフィルターに、上記したエアロゾル発生器
から発生した銀の超微粒子を含むガスを常温常圧下に流
速約10ないし20cm/秒で通過させることにより、
銀の超微粒子の捕集を行った。フィルター通過後のガス
を検査したところ、銀の超微粒子は含まれていなかった
ので、ガスに含有されていた銀微粒子は、ほぼ完全に捕
集されたものと考えられる。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples. A gas (ultrafine particle number concentration of about 5 × 10 8 particles / cc) containing ultrafine particles of silver having a particle size distribution of about 1 to 20 nm generated by a hot-wire type aerosol generator was used under atmospheric pressure. On the other hand, a filter with a thickness of about 10 mm composed of 10 μm nylon fiber for collecting ultrafine particles is immersed in a toluene solution containing about 1% of dodecanethiol as a particle stabilizer so that no bubbles remain in the filter. After that, a filter dried at room temperature was obtained. By passing the gas containing ultrafine particles of silver generated from the above-mentioned aerosol generator at room temperature and normal pressure at a flow rate of about 10 to 20 cm / sec, through the filter thus obtained,
The ultrafine particles of silver were collected. When the gas after passing through the filter was inspected, it was found that the ultrafine silver particles were not contained, so it is considered that the silver fine particles contained in the gas were almost completely collected.

【0028】その後、そのフィルターをトルエンで充分
に洗浄したところ、トルエン中に銀の超微粒子(粒径約
1〜20nm)が分散したコロイド状超微粒子溶液を得
た。得られたコロイド状超微粒子溶液からトルエンを除
去した後、銀の超微粒子を電子顕微鏡により撮影した写
真が、図1である。図1によると、個々の粒子は、ある
程度濃縮された状態で、しかも孤立状態であることが分
かる。
Then, the filter was thoroughly washed with toluene to obtain a colloidal ultrafine particle solution in which ultrafine silver particles (particle size: about 1 to 20 nm) were dispersed in toluene. FIG. 1 shows a photograph of ultrafine silver particles taken by an electron microscope after removing toluene from the obtained colloidal ultrafine particle solution. According to FIG. 1, it can be seen that the individual particles are in a state of being concentrated to some extent and in an isolated state.

【0029】次に、上記方法で得られた銀の超微粒子
を、窒素ガス中、約170℃で約30分間加熱した。こ
の加熱処理により得られた銀の超微粒子を電子顕微鏡に
より撮影した写真が、図2である。図2によると、粒子
が非常に密になっており、粒子間隔はドデカンチオール
2分子にほぼ相当しており、最密充填構造に近い状態で
あることが分かる。さらに、図2と図1を比較すると、
図1では粒子の粒度分布はかなり広がりがあるのに対
し、図2では微少粒子の割合が減少して粒度分布幅が狭
くなり、粒子は均一化していることが分かる。また、粒
子の形状については、図1では円形に近い形状をしてい
るのに対し、図2では六角形や三角形の影を見ることが
でき、これは結晶面を持つ粒子であることを示してい
る。図1と図2に見られる差異を確認するために、電子
線回折を調べた結果、図1では非晶質を示す回折パター
ンであるのに対し、図2では結晶質を示す回折格子パタ
ーンであることが判明した。
Next, the ultrafine silver particles obtained by the above method were heated in nitrogen gas at about 170 ° C. for about 30 minutes. FIG. 2 is a photograph of the ultrafine silver particles obtained by this heat treatment, taken by an electron microscope. According to FIG. 2, the particles are very dense, the particle spacing is almost equivalent to two molecules of dodecanethiol, and it is found that the particles are in a state close to the closest packing structure. Further, comparing FIG. 2 and FIG. 1,
It can be seen that in FIG. 1, the particle size distribution of the particles is considerably wide, whereas in FIG. 2, the ratio of the minute particles is reduced and the particle size distribution width is narrowed, and the particles are uniformized. Regarding the shape of the particles, in Fig. 1, the shape is close to a circle, whereas in Fig. 2, the shadows of hexagons and triangles can be seen, which indicates that the particles have crystal faces. ing. In order to confirm the difference between FIG. 1 and FIG. 2, as a result of examining electron beam diffraction, the diffraction pattern showing an amorphous state is shown in FIG. 1, whereas the diffraction pattern showing a crystalline state is shown in FIG. It turned out to be.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明によれば、以上に説明したよう
に、nmオーダーの孤立粒子を簡易に効率的に得ること
ができると共に、さらに、その孤立粒子から構成される
最密充填構造の超微粒子結晶は、個々の粒子の特性を損
なうことなく、その特性を集合体として強められた特性
の発現に寄与するものと考えられ、例えば、従来得られ
なかった均一な微小粒子化により発現される発光等の量
子効果を集合体として集積させることにより、光学材
料、電子材料としての利用等の実用化に役立つものと期
待される。
As described above, according to the present invention, it is possible to easily and efficiently obtain isolated particles of nm order, and further, it is possible to obtain a super close packed structure composed of the isolated particles. Fine particle crystals are considered to contribute to the development of properties that have been strengthened as an aggregate without impairing the properties of individual particles. For example, they are expressed by uniform microparticulation that has not been obtained in the past. By integrating quantum effects such as light emission as an aggregate, it is expected to be useful for practical application such as utilization as an optical material or electronic material.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明方法により得られた銀の超微粒子を撮影
した写真である。
FIG. 1 is a photograph of ultrafine silver particles obtained by the method of the present invention.

【図2】本発明方法により得られた銀の高密度超微粒子
結晶を撮影した写真である。
FIG. 2 is a photograph of a silver high-density ultrafine particle crystal obtained by the method of the present invention.

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 気相中で生成した超微粒子含有ガスを、
予め該超微粒子間の凝集及び融着を防止する粒子安定剤
を吸着させた微粒子捕捉用フィルターを通過させること
により、該フィルターに超微粒子を捕捉すると同時に、
該超微粒子に粒子安定剤を付着させ、次いで、該フィル
ターを溶媒で洗浄することによりコロイド状超微粒子溶
液を得ることを特徴とする超微粒子の製造方法。
1. An ultrafine particle-containing gas produced in a gas phase,
At the same time as capturing the ultrafine particles on the filter, by passing through a filter for capturing particles which adsorbs a particle stabilizer that prevents aggregation and fusion between the ultrafine particles in advance,
A method for producing ultrafine particles, characterized in that a colloidal ultrafine particle solution is obtained by attaching a particle stabilizer to the ultrafine particles and then washing the filter with a solvent.
【請求項2】 微粒子捕捉用フィルターが、超微粒子間
の凝集及び融着を防止する粒子安定剤を含む溶剤中に浸
漬させた後、乾燥させて得られたものであることを特徴
とする請求項1に記載の超微粒子の製造方法。
2. The filter for trapping fine particles is obtained by immersing the filter in a solvent containing a particle stabilizer that prevents aggregation and fusion between ultrafine particles and then drying the filter. Item 2. The method for producing ultrafine particles according to Item 1.
【請求項3】 超微粒子が、ナノメータ(nm)径の粒
子であることを特徴とする請求項1又は2に記載の超微
粒子の製造方法。
3. The method for producing ultrafine particles according to claim 1, wherein the ultrafine particles are particles having a nanometer (nm) diameter.
【請求項4】 超微粒子が、金属、金属酸化物、金属硫
化物又はシリコン等の半導体化合物であることを特徴と
する請求項1〜3のいずれか1項に記載の超微粒子の製
造方法。
4. The method for producing ultrafine particles according to claim 1, wherein the ultrafine particles are a semiconductor compound such as a metal, a metal oxide, a metal sulfide or silicon.
【請求項5】 粒子安定剤が、チオール化合物であるこ
とを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の超
微粒子の製造方法。
5. The method for producing ultrafine particles according to any one of claims 1 to 4, wherein the particle stabilizer is a thiol compound.
【請求項6】 チオール化合物が、ドデカンチオール、
オクタンチオールまたはオクタデカンチオールであるこ
とを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の超
微粒子の製造方法。
6. The thiol compound is dodecanethiol,
It is octane thiol or octadecane thiol, The manufacturing method of the ultrafine particle of any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned.
【請求項7】 請求項1〜6で得られたコロイド状超微
粒子を加熱処理することにより、個々の粒子が凝集また
は融着することなく孤立して高密度の配列状態を形成し
て集合し、かつ結晶面を有することを特徴とする高密度
超微粒子結晶の製造方法。
7. By subjecting the colloidal ultrafine particles obtained in any one of claims 1 to 6 to a heat treatment, the individual particles are not aggregated or fused and are isolated to form a high-density array state and aggregate. And a method for producing a high-density ultrafine particle crystal having a crystal plane.
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