JP3758761B2 - Heterofine particle fusion product and method for producing the same - Google Patents

Heterofine particle fusion product and method for producing the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属微粒子と化合物微粒子とのヘテロ融合体およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
金属粒子や金属酸化物粒子等の化合物粒子には、その粒径を 100nm以下というように超微粒子化すると、通常の粒子(例えば 1μm 以上)とは異なる特性が出現する。これは、全原子数に対して表面に存在する原子数が増加する、すなわち比表面積が増大するために、粒子の特性に対して表面エネルギーの影響を無視できなくなるためである。
【0003】
上述したような超微粒子は、新しい表面現象の発見やその概略の掌握等に適していたり、また超微粒子ではバルクに比べて融点や焼結温度の低下等が起こり、それらの性質を各種分野に応用し得る可能性があるため、超微粒子自体の物性等に関する研究や超微粒子の利用方法に関する研究等が進められている。
【0004】
従来の超微粒子は、例えば以下に示すような物理的方法や化学的方法で作製されている。すなわち、物理的な超微粒子の製造方法としては、不活性ガス中で金属等を蒸発させ、ガスとの衝突により冷却・凝縮させて超微粒子を生成するガス中蒸発法、蒸発源としてスパッタ現象を利用するスパッタリング法、真空下で金属を加熱し、蒸発した金属原子を有機溶剤と共に有機溶剤の凝固点以下に冷却した基板上に共蒸着させて超微粒子を得る金属蒸気合成法、オイル上に金属を蒸着させる流動油上真空蒸発法等が例示される。
【0005】
また、液相を利用した化学的な超微粒子の製造方法としては、高分子界面活性剤を共存させたアルコール中で貴金属塩を還流条件下で還元するコロイド法、金属アルコキシドの加水分解を利用するアルコキシド法、金属塩の混合液に沈殿剤を加えて沈殿粒子を得る共沈法等が、さらに気相を利用した化学的な超微粒子の製造方法としては、金属カルボニル化合物等の熱分解反応により金属超微粒子を得る有機金属化合物の熱分解法、金属塩化物を反応ガス気流中で還元・酸化または窒化して超微粒子を得る金属塩化物の還元・酸化・窒化法、酸化物・含水化物を水素気流中で加熱して還元する水素中還元法、金属塩溶液をノズルより噴霧し熱風乾燥させる溶媒蒸発法等が例示される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の超微粒子に対する研究や開発は、主として超微粒子の集合体(超微粉体)に関するものであり、超微粒子単体としての性質や応用、さらには各種操作や制御に関する研究は十分に行われているとは言えない。これは、上述した従来の超微粒子の製造方法にも起因しており、従来の製造方法の多くは超微粒子を集合体として作製するには適するものの、超微粒子を粒子単体として得ることが困難であったためである。
【0007】
このように、超微粒子単体に対する各種操作や制御に関する研究は十分には行われていないため、それらに基く超微粒子単体からの応用も具体的には進められていない。例えば、超微粒子の単体同士の融合等を制御された条件の下で実現することによって、超微細生成物やバルクとは異なる性質を有する物質等の作製が可能となることが予測され、さらには金属超微粒子と化合物超微粒子との融合等を制御された条件の下で実現することによって、各種の超微細デバイスや機能材料等の開発が可能となることが予測されるが、従来の超微粒子に関する研究、開発過程では得ることができず、超微粒子の応用展開を妨げている。
【0008】
本発明は、例えば金属超微粒子と化合物超微粒子というように、異種の微粒子間の融合を制御された条件下で実現することによって、融合状態等の制御を可能にしたヘテロ微粒子融合体とその製造方法を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明における第1のヘテロ微粒子融合体は、請求項1に記載したように、金属微粒子と、前記金属微粒子を構成する金属を含む化合物からなる化合物微粒子との融合体であって、前記金属微粒子と化合物微粒子とは、真空雰囲気中での高エネルギービームの同時照射により、前記金属微粒子と化合物微粒子との界面が格子整合するように融合していることを特徴としている。
【0010】
本発明における第2のヘテロ微粒子融合体は、請求項5に記載したように、 Al、Mg、Be、Ca、Ce、TiおよびZrから選ばれる 1種の金属からなる金属微粒子と、前記金属を含む化合物からなる化合物微粒子との融合体であって、前記金属微粒子と化合物微粒子との融合界面が格子整合していることを特徴としている。
【0011】
また、本発明のヘテロ微粒子融合体の製造方法は、請求項7に記載したように、金属微粒子と、前記金属微粒子を構成する金属を含む化合物からなる化合物微粒子とに、真空雰囲気中で同時に高エネルギービームを照射して、前記金属微粒子および化合物微粒子の少なくとも一方を移動させると共に、前記金属微粒子と化合物微粒子との界面で格子整合させつつ融合させることを特徴としている。
【0012】
本発明のヘテロ微粒子融合体の製造方法は、特に請求項8に記載したように、前記高エネルギービームとして 1×1019e/cm2 ・sec 以上の強度を有する電子線を照射することを特徴としており、さらに請求項9に記載したように、前記電子線を、その照射方向と平行な磁場中で照射することを特徴としている。
【0013】
すなわち本発明は、隣接する金属微粒子とその金属を含む化合物微粒子とに、同時に高エネルギービームを照射することによって、これら金属微粒子と化合物微粒子の少なくとも一方を移動させ、これらを溶融させることなく、かつ金属微粒子および化合物微粒子の状態を維持した上で、融合界面で格子整合させつつ融合させることが可能であることを見出したことに基くものである。
【0014】
ここで、本発明において金属微粒子および化合物微粒子とは、粒径が 1μm 以下の微粒子であり、これらのうち少なくとも一方が高エネルギービームの照射により移動可能な粒径を有するものとする。この高エネルギービームの照射により移動可能な微粒子としては、主に粒径 200nm以下の超微粒子が挙げられ、金属微粒子と化合物微粒子の少なくとも一方が上記したような超微粒子であることが好ましいが、高エネルギービームの種類や照射条件、また当初の金属微粒子と化合物微粒子の距離等によっては、それ以上の粒径を有する微粒子であっても、高エネルギービームの照射により移動させて融合させることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【0016】
図1は、本発明によるヘテロ超微粒子融合体の製造工程の一実施形態を模式的に示す図である。まず、図1(a)に示すように、隣接する金属微粒子1と化合物微粒子2とに真空雰囲気中で同時に高エネルギービーム3を照射する。
【0017】
ここで、金属微粒子1としては、Al微粒子、Mg微粒子、Be微粒子、Ca微粒子、Ce微粒子、Ti微粒子、Zr微粒子等が挙げられる。これらの金属の微粒子1は酸化物の標準生成自由エネルギーが小さく、通常の方法ではこれら金属単体の微粒子、特に超微粒子を得ること自体が難しいものであり、さらにその金属を含む化合物微粒子、例えば金属酸化物微粒子と金属状態を維持した上で融合させることは到底できなかったものである。これらのうち、特に酸化しやすいAl微粒子に対して本発明は有効である。
【0018】
本発明で使用する金属微粒子1としては、上記した特に酸化物を形成しやすい金属に限られるものではなく、例えばW微粒子、Mo微粒子、Cu微粒子等、各種金属の微粒子を適用することが可能である。なお、W、MoおよびCuは、後に詳述するように金属超微粒子を形成しやすい元素であり、その意味から本発明のヘテロ微粒子融合体の一方の出発物質として好適である。
【0019】
上述した金属微粒子1は、特に粒径が 0.5〜 200nmの範囲の金属超微粒子であることが好ましい。このような金属超微粒子は、後述する高エネルギービーム3の照射により比較的容易に移動可能であると共に、超微粒子としての種々の特性が得られることから、ヘテロ微粒子融合体4の一方の出発物質として好ましく用いられる。さらに好ましい金属超微粒子の粒径は、移動が容易であると共に、後述する包み込み融合を容易に実現し得る 0.5〜 100nmの範囲であり、特に好ましい粒径範囲は 2〜50nmである。
【0020】
ただし、高エネルギービーム3の照射による化合物微粒子2との融合現象のみに着目した場合、化合物微粒子2の粒径にもよるが、金属微粒子1の粒径は 0.5〜 500nmの範囲であってもよい。このような粒径の金属微粒子1であっても、高エネルギービーム3の種類や照射条件、また当初の金属微粒子1と化合物微粒子2の距離、化合物微粒子2の粒径等によっては、化合物微粒子2と融合させることができる。なお、金属微粒子1の粒径が 500nmを超えると、高エネルギービーム3を照射しても融合現象を誘起することができないおそれが大きい。
【0021】
本発明のヘテロ微粒子融合体の他方の出発物質となる化合物微粒子2は、金属微粒子1を構成する金属を含む化合物、例えば金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、金属硼化物等からなるものである。これらのうち、例えば結晶系や価数等が異なる数種の状態を比較的に容易に採り得る金属酸化物が好ましく用いられ、これにより後述する金属微粒子(特に金属超微粒子)および化合物微粒子の作製方法を容易に適用することができる。
【0022】
このような化合物微粒子2の粒径は20nm〜 1μm の範囲とする。粒径が20nm未満の化合物微粒子2は作製自体が困難であり、一方粒径が 1μm を超えると微粒子としての特性が得られない。このように、種々の粒径を有する化合物微粒子2を金属微粒子1と融合させることができ、特に粒径が20〜 200nmの化合物超微粒子を用いれば、金属微粒子1として比較的粒径が大きいものを使用した場合においても、これら両者の融合を良好に行うことができる。さらに、金属微粒子1および化合物微粒子2がいずれも超微粒子である場合には、得られるヘテロ超微粒子融合体に新たな特性が出現する可能性が増大する。
【0023】
なお、図1では金属微粒子1が化合物微粒子2より小さい場合を図示しているが、これに限らず上述したように化合物微粒子2の方が小さい場合であっても条件によっては融合させることができるが、活性化しやすい金属微粒子1を例えば超微粒子(すなわち金属微粒子1が化合物微粒子2より小さい)とし、これを移動させつつ化合物微粒子2と融合させる方が容易である。
【0024】
上記したような金属微粒子1および化合物微粒子2は、金属微粒子単体および化合物微粒子単体として操作、制御が可能であれば作製方法は特に限定されるものでなく、種々の製造方法により得られたものを使用することができるが、特に以下に詳述する準安定化合物粒子に高エネルギービームを照射して、金属微粒子(特に金属超微粒子)と安定相からなる化合物微粒子とを作製する方法を適用したものを用いることが好ましい。このような方法は、化合物特に酸化物が分解しやすいW、Mo、Cu等や、準安定化合物粒子(特に準安定酸化物粒子)が得られやすいAl等に対して好適である。ここでは、Al超微粒子およびAl2 3 微粒子を具体例として説明する。
【0025】
すなわち、還元作用を有するカーボン支持膜等の上に配置したθ−Al2 3 微粒子等の準安定化合物粒子に、真空雰囲気中で 1×1019e/cm2 ・sec 以上の強度を有する電子線等の高エネルギービームを照射する。このような高エネルギービームは、準安定酸化物微粒子等の局所加熱効果と酸素原子の変位効果等をもたらす。これらによって、安定相であるα−Al2 3 やAl2 3 の構成金属であるAlからなる超微粒子が生成する。
【0026】
このようにして得られるAl超微粒子は、表面酸化物を有しない純金属超微粒子であって、いずれも単体として分離可能であり、一方の出発物質である金属微粒子1として使用することができる。また、Al超微粒子の生成に用いたθ− Al2 3 微粒子や、Al超微粒子と同時に生成するα−Al2 3 微粒子は、他方の出発物質である化合物微粒子2として使用することができる。
【0027】
上述した金属微粒子1と化合物微粒子2に照射する高エネルギービーム3は、特に限定されるものではなく、金属微粒子1と化合物微粒子2とを融合し得るエネルギーを有していればよい。例えば、強度が 1×1019e/cm2 ・sec 以上の電子線、この電子線と同等の強度を有するイオンビームのような粒子線、レーザのようなフォトン、X線、γ線、中性子線等が挙げられるが、特に 1×1019e/cm2 ・sec 以上の電子線が好ましく用いられる。
【0028】
高エネルギービーム3として電子線を用いる場合、照射強度が 1×1019e/cm2 ・sec 未満であると、ヘテロ微粒子融合体を生成し得るほどに金属微粒子1と化合物微粒子2、特に金属微粒子1を活性化できないおそれがある。言い換えると 1×1019e/cm2 ・sec 以上の強度を有する電子線(3)は、特に金属微粒子の活性化効果や局所加熱効果等をもたらし、これらによってヘテロ微粒子融合体の生成が可能となる。高エネルギービーム3として粒子線、フォトン、X線、γ線、中性子線等を用いる場合についても同様である。
【0029】
また、高エネルギービーム3として電子線を照射する場合には、その照射方向と平行な磁場中で、言い換えると電子線の照射軸と一致する軸を有する磁場中で電子線照射を行うことが好ましい。これにより、電子線の照射範囲内に存在する金属微粒子1と化合物微粒子2、特に金属微粒子1にローレンツ力が作用して、金属微粒子1を容易に移動させることが可能となる。
【0030】
高エネルギービーム3の照射雰囲気は、 1×10-3Pa以下の真空雰囲気とすることが好ましく、これによって金属微粒子1の酸化や残留ガス原子の吸着等を防ぐことができる。また、高エネルギービーム3の照射は、上述したような還元作用を有するカーボン支持膜上等で行うことが好ましい。高エネルギービーム3の照射は、例えば電子顕微鏡(特にTEM装置等)の室温ステージ上等で実施することができる。
【0031】
隣接する金属微粒子1と化合物微粒子2とに、上記したような高エネルギービーム3を同時に照射すると、金属微粒子1および化合物微粒子2が活性化して接近しはじめ、ついには図1(b)に示すように、金属微粒子1と化合物微粒子2とが融合し、ヘテロ微粒子融合体4が得られる。
【0032】
この際、それぞれの大きさにもよるが、通常は金属微粒子1が化合物微粒子2に接近するように移動する。そして、高エネルギービーム3を照射する前の金属微粒子1と化合物微粒子2との結晶方位等はランダムであるが、金属微粒子1と化合物微粒子2とが融合する際には、特定の結晶面を合せて界面エネルギーが小さくなるように、例えば金属微粒子1の原子配置が変化し、図1(b)に示すように、金属微粒子1と化合物微粒子2とが格子整合した状態で融合したヘテロ微粒子融合体4が得られる。
【0033】
すなわち、金属微粒子1と化合物微粒子2とは、それぞれの状態を維持した上で、界面が格子整合するように融合する。金属微粒子1の特定の結晶面1aと化合物微粒子2の特定の結晶面2aとは平行になっており、ヘテロエピタキシャル関係を有している。
【0034】
このように、隣接する金属微粒子1と化合物微粒子2とに、真空雰囲気中で高エネルギービーム3を同時に照射することによって、金属微粒子1と化合物微粒子2との状態をそれぞれ維持した上で、融合界面が格子整合したヘテロ微粒子融合体4が得られる。このヘテロ微粒子融合体4は、上記したようにヘテロエピタキシャル関係を有するため、安定であると共に界面強度に優れ、例えば各種超微細生成物、各種デバイス、各種機能材料等に応用する上で有用である。また、前述したように、通常の方法では金属単体の超微粒子自体を得ることが難しいAl超微粒子等を用いて、金属状態を維持した金属微粒子1と化合物微粒子2との融合体4を得ることができる。
【0035】
また、図1(b)に示したヘテロ微粒子融合体4は、金属微粒子1と化合物微粒子2とが特定の融合界面を有しているが、このヘテロ微粒子融合体4に対してさらに高エネルギービーム3を照射すると、図1(c)に示すように、さらに融合が進行して金属微粒子1が化合物微粒子2に取り込まれた状態となる。すなわち、金属微粒子1が化合物微粒子2に立体的に包み込まれるように融合したヘテロ微粒子融合体4′が得られる。このヘテロ微粒子融合体4′においても融合界面の格子整合性、すなわちヘテロエピタキシャル関係は維持されている。
【0036】
上記した包み込み状態のヘテロ微粒子融合体4′は、ヘテロエピタキシャル関係を有した上で、金属微粒子(特に金属超微粒子)1がその金属状態を維持して化合物微粒子2に包み込まれているため、例えば金属微粒子1を安定に存在させることができ、例えば各種超微細生成物、各種デバイス、各種機能材料等に応用する上で有用である。また、金属単体の超微粒子自体を得ることが難しいAl超微粒子等を、化合物微粒子内に安定に存在させた融合体を得ることができる。
【0037】
また、化合物微粒子2として準安定化合物粒子を用いると、高エネルギービーム3の照射条件等によっては、金属微粒子1と化合物微粒子2との融合と同時に、準安定化合物粒子から安定化合物粒子を生成することができる。これによれば金属微粒子1と安定化合物粒子とが融合し、この安定化合物粒子がさらに準安定化合物粒子と融合した複合融合体を得ることができる。
【0038】
なお、上述した包み込み状態のヘテロ微粒子融合体においては、当初の金属微粒子1と化合物微粒子2の粒径制御等によって、化合物微粒子が金属微粒子に立体的に包み込まれた状態を実現することもできる。
【0039】
上記実施形態では溶融状態を経ていない金属微粒子1と化合物微粒子2とのヘテロ微粒子融合体4を室温ステージ上で形成することができる。一般に、制御された加熱条件下で電子線等の高エネルギービーム3を照射することは困難であるため、室温ステージ上でのヘテロ微粒子融合体4の生成を可能にすることは意義が大きいと共に、溶融させずに融合体の生成が可能であるため、残留歪やミスフィット転位等の格子欠陥を界面近傍に形成することがない等の利点が得られる。
【0040】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について述べる。
【0041】
実施例1
まず、粒径が約 100nm程度の球状θ−Al2 3 微粒子(純度=99.8%)を用意し、これをアルコールに分散させた後、カーボン支持膜上に塗布、乾燥させた。次いで、上記球状のθ−Al2 3 微粒子を配置したカーボン支持膜を、 200kVTEM装置(日本電子社製、JEM-2010(商品名))の真空室内に配置された室温ステージ上に設置した。
【0042】
次に、上記真空室内を 1×10-5Paの真空度まで排気した後、カーボン支持膜上に配置された粒径約 100nmのθ−Al2 3 微粒子に、 1×1020e/cm2 ・sec の電子線(照射径=250nm)を照射した。そして、この電子線照射によって、θ− Al2 3 微粒子から直径 2〜30nm程度のAl超微粒子を生成した。また、この際に直径20〜 100nm程度のα−Al2 3 超微粒子が同時に生成した。
【0043】
上述したAl超微粒子とθ−Al2 3 微粒子を使用して、ヘテロ微粒子融合体を生成した。具体的には、生成したAl超微粒子を有するカーボン支持膜を、上記TEM装置の真空室内に配置した状態(真空度を含む)を維持した上で、カーボン支持膜上のAl超微粒子の中から、θ−Al2 3 微粒子の近傍に位置する直径が10nm程度のAl超微粒子を選択した。そして、このAl超微粒子とθ−Al2 3 微粒子とに、同時に 1×1020e/cm2 ・sec の電子線を照射した。
【0044】
電子線の照射を行いながらAl超微粒子とθ−Al2 3 微粒子との状態をインサイチューで観察した。その結果、Al超微粒子がθ−Al2 3 微粒子に近付くのが観察された。θ−Al2 3 微粒子はこの条件下ではほとんど移動しない。さらに電子線を継続して照射したところ、電子線の照射開始から 500秒程度経過した時点でAl超微粒子とθ−Al2 3 微粒子とが融合した。この状態のTEM観察結果を図2に模式的に示す。
【0045】
図2に示すように、Al超微粒子11とθ−Al2 3 微粒子12とのヘテロ融合体13は融合界面が格子整合しており、Al超微粒子11の {200}面とθ−Al2 3 微粒子12の {113}面とがヘテロエピタキシャル関係を有していた。この融合体13の生成に使用したAl超微粒子11とθ−Al2 3 微粒子12とは、当初は明確な結晶学的な関係を有していなかったものである。
【0046】
また、別のAl超微粒子11を用いて、θ−Al2 3 微粒子12と同時に 1×1020e/cm2 ・sec の電子線を照射したところ、図3のTEM観察結果の模式図に示されるように、θ−Al2 3 微粒子12の周囲に直径20〜50nm程度のα−Al2 3 超微粒子14が生成すると同時に、このα−Al2 3 超微粒子14とAl超微粒子11とが融合した状態が得られた。このように、電子線の照射条件や当初のAl超微粒子の形状、位置等を適宜設定することによって、融合形態を制御することができる。
【0047】
実施例2
実施例1でθ−Al2 3 微粒子への電子線照射により生成した、直径約10nm程度Al超微粒子と直径 100nm以下のα−Al2 3 超微粒子とを使用して、ヘテロ超微粒子融合体を生成した。
【0048】
具体的には、生成したAl超微粒子とα−Al2 3 超微粒子とを有するカーボン支持膜を、TEM装置の真空室内に配置した状態(真空度を含む)を維持した上で、カーボン支持膜上のAl超微粒子の中から、直径 100nm以下のα−Al2 3 超微粒子の近傍に位置する、直径が約10nm程度のAl超微粒子を選択し、これらに同時に 1×1020e/cm2 ・sec の電子線を照射した。
【0049】
電子線の照射を行いながらAl超微粒子とα−Al2 3 超微粒子との状態をインサイチューで観察した。図4(a)は、上記電子線を 120秒照射した後の TEM観察結果を模式的に示す図であり、この図から電子線の照射によりAl超微粒子11とα−Al2 3 超微粒子14とが融合しはじめているがことが分かる。図4(b)は上記電子線をさらに60秒照射した後のTEM観察結果を模式的に示す図であり、この図から電子線を継続照射することによりAl超微粒子11とα−Al2 3 超微粒子14との融合が進行し、Al超微粒子11がほぼα−Al2 3 超微粒子14に取り込まれたヘテロ融合体15が得られていることが分かる。
【0050】
この実施例により得られたヘテロ融合体15は、Al超微粒子11とα−Al2 3 超微粒子14との融合界面が格子整合しており、Al超微粒子11の {200}面とα−Al2 3 超微粒子14の {110}面とがヘテロエピタキシャル関係を有することが確認された。この融合体13の生成に使用したAl超微粒子11とα−Al2 3 超微粒子14とは、当初は明確な結晶学的な関係を有していなかったものである。
【0051】
なお、上述したα−Al2 3 超微粒子に代えて、θ−Al2 3 微粒子と同時にカーボン支持膜上に分散した燐片状のα−Al2 3 超微粒子を用いた場合においても、同様なヘテロ融合体を得ることができた。
【0052】
実施例3
実施例1でθ−Al2 3 粒子への電子線照射により生成したAl超微粒子とα−Al2 3 微粒子とから、実施例2とは別のAl超微粒子とα−Al2 3 微粒子とを選択し、ヘテロ微粒子融合体を生成した。
【0053】
具体的には、生成したAl超微粒子とα−Al2 3 微粒子とを有するカーボン支持膜を、TEM装置の真空室内に配置した状態(真空度を含む)を維持した上で、カーボン支持膜上のAl超微粒子の中から、直径約 100nm程度のα−Al2 3 微粒子の近傍に位置する、直径が約15nm程度のAl超微粒子を選択し、これらに同時に 1×1020e/cm2 ・sec の電子線を照射した。
【0054】
電子線の照射を行いながらAl超微粒子とα−Al2 3 微粒子との状態をインサイチューで観察した。図5(a)は上記電子線を 420秒照射した後のTEM観察結果を模式的に示す図であり、図5(b)は上記電子線をさらに 660秒照射した後のTEM観察結果を模式的に示す図である。
【0055】
図5から明らかなように、電子線を 420秒照射した段階で、Al超微粒子11とα−Al2 3 微粒子14とのヘテロ融合体15が生成しており、このヘテロ融合体15にさらに 660秒間電子線を照射することにより、融合が進行してAl超微粒子11がα−Al2 3 微粒子14に包み込まれたヘテロ融合体15′が生成していることが分かる。この包み込み状態のヘテロ融合体15′も、融合界面はヘテロエピタキシャル関係を有していた。
【0056】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば例えば室温ステージ上という制御の容易な条件下で、融合状態等が制御されたヘテロ微粒子融合体を得ることができる。そして、このような本発明のヘテロ微粒子融合体は、融合状態の制御性や操作性等を有することから、金属超微粒子と化合物微粒子からの各種応用展開に大きく寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態によるヘテロ微粒子融合体の製造過程を模式的に示す図である。
【図2】 本発明の実施例1で作製したヘテロ微粒子融合体のTEM観察結果を模式的に示す図である。
【図3】 本発明の実施例1で作製した他のヘテロ微粒子融合体のTEM観察結果を模式的に示す図である。
【図4】 本発明の実施例2で作製したヘテロ超微粒子融合体のTEM観察結果を模式的に示す図である。
【図5】 本発明の実施例3で作製した他のヘテロ微粒子融合体のTEM観察結果を模式的に示す図である。
【符号の説明】
1……金属超微粒子
2……化合物微粒子
3……高エネルギービーム
4……ヘテロ微粒子融合体
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heterofusion of metal fine particles and compound fine particles and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Compound particles such as metal particles and metal oxide particles exhibit characteristics different from normal particles (for example, 1 μm or more) when the particles are made ultrafine so that the particle size is 100 nm or less. This is because the number of atoms existing on the surface increases with respect to the total number of atoms, that is, the specific surface area increases, and therefore the influence of surface energy on the properties of the particles cannot be ignored.
[0003]
Ultrafine particles such as those mentioned above are suitable for discovering new surface phenomena and grasping their outlines, etc. In addition, ultrafine particles have a lower melting point and sintering temperature compared to bulk, and their properties can be applied to various fields. Since there is a possibility of application, research on the physical properties of ultrafine particles themselves, research on how to use ultrafine particles, and the like are underway.
[0004]
Conventional ultrafine particles are produced by, for example, the following physical methods and chemical methods. In other words, physical ultrafine particles are produced by evaporating metals, etc. in an inert gas, cooling and condensing by collision with the gas, and generating ultrafine particles. Sputtering method to be used, metal is heated under vacuum, vaporized metal atoms are co-deposited with organic solvent on a substrate cooled below the freezing point of organic solvent, metal vapor synthesis method to obtain ultrafine particles, metal on oil Examples include a vacuum evaporation method on a fluid oil to be deposited.
[0005]
In addition, chemical ultrafine particles can be produced using a liquid phase using a colloidal method in which a noble metal salt is reduced under reflux conditions in alcohol coexisting with a polymer surfactant, or hydrolysis of a metal alkoxide. An alkoxide method, a coprecipitation method in which a precipitant is added to a mixed solution of metal salts to obtain precipitated particles, and a method for producing chemical ultrafine particles using a gas phase include a thermal decomposition reaction of a metal carbonyl compound or the like. Pyrolysis method of organometallic compounds to obtain ultrafine metal particles, reduction, oxidation or nitridation method of metal chlorides to obtain ultrafine particles by reducing, oxidizing or nitriding metal chlorides in a reactive gas stream, oxides and hydrates Examples include a reduction in hydrogen method in which heating is performed in a hydrogen stream and a solvent evaporation method in which a metal salt solution is sprayed from a nozzle and dried in hot air.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, research and development on conventional ultrafine particles are mainly related to aggregates of ultrafine particles (ultrafine powder), and research on the properties and applications of ultrafine particles as a single unit, as well as various operations and controls, has been sufficiently conducted. It cannot be said that it is broken. This is due to the above-described conventional method for producing ultrafine particles, and many of the conventional production methods are suitable for producing ultrafine particles as an aggregate, but it is difficult to obtain ultrafine particles as a single particle. Because there was.
[0007]
As described above, research on various operations and controls for single ultrafine particles has not been sufficiently performed, and application from single ultrafine particles based on them has not been specifically promoted. For example, by realizing the fusion of single ultrafine particles under controlled conditions, it is predicted that it will be possible to produce ultrafine products and materials having properties different from bulk, Realization of fusion of metal ultrafine particles and compound ultrafine particles under controlled conditions is expected to enable the development of various ultrafine devices and functional materials. It cannot be obtained in the research and development process, and it has hindered the application development of ultrafine particles.
[0008]
The present invention provides a hetero fine particle fusion product that enables control of the fusion state and the like by realizing fusion between different kinds of fine particles under controlled conditions, such as metal ultra fine particles and compound ultra fine particles, and the production thereof. It aims to provide a method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The first hetero fine particle fusion product according to the present invention is a fusion product of a metal fine particle and a compound fine particle comprising a compound containing a metal constituting the metal fine particle as described in claim 1, wherein the metal fine particle And the compound fine particles are characterized by being fused so that the interface between the metal fine particles and the compound fine particles is lattice-matched by simultaneous irradiation with a high energy beam in a vacuum atmosphere.
[0010]
As described in claim 5, the second hetero fine particle fusion in the present invention comprises a metal fine particle composed of one kind of metal selected from Al, Mg, Be, Ca, Ce, Ti and Zr, and the metal. It is a fusion product of compound fine particles made of a compound containing, wherein the fusion interface between the metal fine particles and the compound fine particles is lattice-matched.
[0011]
In addition, as described in claim 7, the method for producing a heterofine particle fusion product of the present invention can simultaneously apply metal fine particles and compound fine particles comprising a compound containing a metal constituting the metal fine particles in a vacuum atmosphere. It is characterized in that at least one of the metal fine particles and the compound fine particles is moved by irradiating an energy beam and fused while being lattice-matched at the interface between the metal fine particles and the compound fine particles.
[0012]
The method for producing a hetero fine particle fusion according to the present invention is characterized in that, as described in claim 8, 1 × 10 5 as the high energy beam. 19 e / cm 2 It is characterized by irradiating an electron beam having an intensity of sec or more. Further, as described in claim 9, the electron beam is radiated in a magnetic field parallel to the irradiation direction.
[0013]
That is, in the present invention, adjacent metal fine particles and compound fine particles containing the metal are simultaneously irradiated with a high energy beam to move at least one of the metal fine particles and the compound fine particles without melting them, and This is based on the finding that it is possible to perform fusion while maintaining the state of metal fine particles and compound fine particles and lattice matching at the fusion interface.
[0014]
Here, in the present invention, the metal fine particles and the compound fine particles are fine particles having a particle size of 1 μm or less, and at least one of them has a particle size that can be moved by irradiation with a high energy beam. Examples of the fine particles movable by irradiation with the high energy beam mainly include ultrafine particles having a particle diameter of 200 nm or less, and at least one of the metal fine particles and the compound fine particles is preferably the ultrafine particles as described above. Depending on the type and irradiation conditions of the energy beam and the initial distance between the metal fine particles and the compound fine particles, fine particles having a particle size larger than that can be moved and fused by irradiation with a high energy beam.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
[0016]
FIG. 1 is a diagram schematically showing one embodiment of a process for producing a hetero ultrafine particle fusion product according to the present invention. First, as shown in FIG. 1A, adjacent metal fine particles 1 and compound fine particles 2 are simultaneously irradiated with a high energy beam 3 in a vacuum atmosphere.
[0017]
Here, examples of the metal fine particles 1 include Al fine particles, Mg fine particles, Be fine particles, Ca fine particles, Ce fine particles, Ti fine particles, and Zr fine particles. These metal fine particles 1 have a small standard free energy of formation of oxides, and it is difficult to obtain fine particles of these single metals, particularly ultrafine particles themselves, by ordinary methods. Furthermore, compound fine particles containing the metal, for example, metal It has never been possible to fuse oxide fine particles while maintaining their metallic state. Among these, the present invention is particularly effective for Al fine particles that are easily oxidized.
[0018]
The metal fine particles 1 used in the present invention are not limited to the above-mentioned metals that easily form oxides. For example, fine particles of various metals such as W fine particles, Mo fine particles, and Cu fine particles can be applied. is there. W, Mo, and Cu are elements that easily form ultrafine metal particles, as will be described in detail later, and are therefore suitable as one starting material for the heterofine particle fusion of the present invention.
[0019]
The metal fine particles 1 described above are preferably metal ultrafine particles having a particle size in the range of 0.5 to 200 nm. Such metal ultrafine particles can be moved relatively easily by irradiation with a high energy beam 3 to be described later, and various properties as ultrafine particles can be obtained. Are preferably used. Furthermore, the preferable particle diameter of the ultrafine metal particles is in the range of 0.5 to 100 nm, which can easily move and can realize the enveloping and fusion described later, and the particularly preferable particle diameter range is 2 to 50 nm.
[0020]
However, when attention is paid only to the fusion phenomenon with the compound fine particles 2 by irradiation with the high energy beam 3, the particle size of the metal fine particles 1 may be in the range of 0.5 to 500 nm, although it depends on the particle size of the compound fine particles 2. . Even with the metal fine particles 1 having such a particle size, the compound fine particles 2 may be changed depending on the type of the high energy beam 3 and the irradiation conditions, the initial distance between the metal fine particles 1 and the compound fine particles 2, the particle size of the compound fine particles 2, and the like. Can be fused. If the particle size of the metal fine particles 1 exceeds 500 nm, there is a high possibility that the fusion phenomenon cannot be induced even when the high energy beam 3 is irradiated.
[0021]
The compound fine particle 2 which is the other starting material of the hetero fine particle fusion of the present invention is composed of a compound containing a metal constituting the metal fine particle 1, such as a metal oxide, metal carbide, metal nitride, metal boride and the like. is there. Among these, for example, metal oxides that can take several states with different crystal systems and valences and the like relatively easily are preferably used, thereby producing metal fine particles (particularly metal ultrafine particles) and compound fine particles described later. The method can be easily applied.
[0022]
The particle size of such compound fine particles 2 is set in the range of 20 nm to 1 μm. The compound fine particles 2 having a particle diameter of less than 20 nm are difficult to produce themselves, whereas if the particle diameter exceeds 1 μm, the characteristics as fine particles cannot be obtained. Thus, the compound fine particles 2 having various particle diameters can be fused with the metal fine particles 1, and if the compound ultrafine particles having a particle diameter of 20 to 200 nm are used, the metal fine particles 1 have a relatively large particle diameter. Even in the case where is used, both of these can be fused well. Furthermore, when the metal fine particles 1 and the compound fine particles 2 are both ultrafine particles, the possibility that new characteristics appear in the obtained hetero ultrafine particle fusion is increased.
[0023]
Although FIG. 1 illustrates the case where the metal fine particles 1 are smaller than the compound fine particles 2, the present invention is not limited to this, and even if the compound fine particles 2 are smaller as described above, they can be fused depending on conditions. However, it is easier to make the metal fine particles 1 that are easily activated, for example, ultrafine particles (that is, the metal fine particles 1 are smaller than the compound fine particles 2) and fuse them with the compound fine particles 2 while moving them.
[0024]
The metal fine particles 1 and the compound fine particles 2 as described above are not particularly limited as long as the metal fine particles 1 and the compound fine particles 2 can be operated and controlled as a single metal fine particle and a single compound fine particle, and those obtained by various production methods can be used. Can be used, but in particular, a method for producing metal fine particles (particularly metal ultrafine particles) and compound fine particles composed of a stable phase by irradiating metastable compound particles described in detail below with a high energy beam Is preferably used. Such a method is suitable for compounds such as W, Mo, Cu, etc., in which oxides are easily decomposed, and Al, etc., in which metastable compound particles (particularly metastable oxide particles) are easily obtained. Here, Al ultrafine particles and Al 2 O Three The fine particles will be described as a specific example.
[0025]
That is, θ-Al disposed on a carbon support film having a reducing action. 2 O Three 1 × 10 in vacuum atmosphere to metastable compound particles such as fine particles 19 e / cm 2 • Irradiate a high energy beam such as an electron beam with an intensity of sec or more. Such a high energy beam brings about a local heating effect such as metastable oxide fine particles and a displacement effect of oxygen atoms. As a result, α-Al which is a stable phase 2 O Three And Al 2 O Three Ultrafine particles composed of Al, which is a constituent metal of
[0026]
The Al ultrafine particles obtained in this way are pure metal ultrafine particles having no surface oxide, both of which can be separated as a single substance, and can be used as the metal fine particles 1 as one starting material. In addition, θ-Al used to produce Al ultrafine particles 2 O Three Α-Al produced simultaneously with fine particles and Al ultrafine particles 2 O Three The fine particles can be used as the compound fine particles 2 which is the other starting material.
[0027]
The high energy beam 3 irradiating the metal fine particles 1 and the compound fine particles 2 is not particularly limited as long as it has energy capable of fusing the metal fine particles 1 and the compound fine particles 2. For example, the strength is 1 × 10 19 e / cm 2 -An electron beam of sec or more, a particle beam such as an ion beam having the same intensity as this electron beam, a photon such as a laser, an X-ray, a γ-ray, a neutron beam, etc. 19 e / cm 2 -An electron beam of sec or more is preferably used.
[0028]
When an electron beam is used as the high energy beam 3, the irradiation intensity is 1 × 10 19 e / cm 2 If it is less than sec, there is a possibility that the metal fine particles 1 and the compound fine particles 2, particularly the metal fine particles 1, cannot be activated to the extent that a hetero fine particle fusion can be formed. In other words, 1 × 10 19 e / cm 2 -The electron beam (3) having an intensity of sec or more particularly brings about an activation effect of metal fine particles, a local heating effect, and the like, and these make it possible to produce hetero fine particle fusions. The same applies to the case where a particle beam, photon, X-ray, γ-ray, neutron beam or the like is used as the high energy beam 3.
[0029]
Moreover, when irradiating an electron beam as the high energy beam 3, it is preferable to irradiate the electron beam in a magnetic field parallel to the irradiation direction, in other words, in a magnetic field having an axis coinciding with the irradiation axis of the electron beam. . As a result, Lorentz force acts on the metal fine particles 1 and the compound fine particles 2, particularly the metal fine particles 1 existing in the electron beam irradiation range, and the metal fine particles 1 can be easily moved.
[0030]
The irradiation atmosphere of the high energy beam 3 is 1 × 10 -3 It is preferable to use a vacuum atmosphere of Pa or lower, which can prevent oxidation of the metal fine particles 1 and adsorption of residual gas atoms. The irradiation with the high energy beam 3 is preferably performed on the carbon support film having the reducing action as described above. Irradiation with the high energy beam 3 can be performed, for example, on a room temperature stage of an electron microscope (especially a TEM apparatus or the like).
[0031]
When the adjacent metal fine particles 1 and compound fine particles 2 are simultaneously irradiated with the high energy beam 3 as described above, the metal fine particles 1 and the compound fine particles 2 start to be activated and finally approach, as shown in FIG. In addition, the metal fine particles 1 and the compound fine particles 2 are fused to obtain a hetero fine particle fusion body 4.
[0032]
At this time, although depending on the respective sizes, the metal fine particles 1 usually move so as to approach the compound fine particles 2. The crystal orientation of the metal fine particles 1 and the compound fine particles 2 before irradiation with the high energy beam 3 is random, but when the metal fine particles 1 and the compound fine particles 2 are fused, a specific crystal plane is aligned. In order to reduce the interfacial energy, for example, the atomic arrangement of the metal fine particles 1 is changed, and as shown in FIG. 1B, the hetero fine particle fusion in which the metal fine particles 1 and the compound fine particles 2 are fused in a lattice-matched state. 4 is obtained.
[0033]
That is, the metal fine particles 1 and the compound fine particles 2 are fused so that the interface is lattice-matched while maintaining the respective states. The specific crystal surface 1a of the metal fine particle 1 and the specific crystal surface 2a of the compound fine particle 2 are parallel to each other and have a heteroepitaxial relationship.
[0034]
In this way, the adjacent metal fine particles 1 and compound fine particles 2 are simultaneously irradiated with the high energy beam 3 in a vacuum atmosphere, thereby maintaining the state of the metal fine particles 1 and the compound fine particles 2 respectively, and the fusion interface. Can be obtained. Since the hetero fine particle fusion 4 has a heteroepitaxial relationship as described above, it is stable and excellent in interfacial strength, and is useful for application to various ultrafine products, various devices, various functional materials, and the like. . Further, as described above, the fusion 4 of the metal fine particles 1 and the compound fine particles 2 maintaining the metal state is obtained using Al ultrafine particles or the like, which are difficult to obtain ultrafine particles of a single metal by a normal method. Can do.
[0035]
Further, in the hetero fine particle fusion 4 shown in FIG. 1B, the metal fine particles 1 and the compound fine particles 2 have a specific fusion interface. When 3 is irradiated, as shown in FIG. 1C, the fusion further proceeds and the metal fine particles 1 are taken into the compound fine particles 2. That is, a hetero fine particle fusion 4 ′ in which the metal fine particles 1 are fused so as to be three-dimensionally wrapped in the compound fine particles 2 is obtained. Also in this hetero fine particle fusion 4 ', the lattice matching of the fusion interface, that is, the heteroepitaxial relationship is maintained.
[0036]
The above-described heterofine particle fusion 4 'in the encapsulated state has a heteroepitaxial relationship, and the metal fine particles (particularly, the metal ultrafine particles) 1 are encapsulated in the compound fine particles 2 while maintaining the metal state. The metal fine particles 1 can be stably present, and are useful for application to various ultrafine products, various devices, various functional materials, and the like. In addition, a fusion body in which Al ultrafine particles, which are difficult to obtain ultrafine particles of simple metals themselves, are stably present in the compound fine particles can be obtained.
[0037]
Further, when metastable compound particles are used as the compound fine particles 2, depending on the irradiation condition of the high energy beam 3, the compound particles can be generated from the metastable compound particles simultaneously with the fusion of the metal fine particles 1 and the compound fine particles 2. Can do. According to this, it is possible to obtain a composite fusion product in which the metal fine particles 1 and the stable compound particles are fused and the stable compound particles are further fused with the metastable compound particles.
[0038]
In the above-described heterofine particle fusion in an encapsulated state, the state in which the compound fine particles are three-dimensionally encapsulated in the metal fine particles can be realized by controlling the particle size of the initial metal fine particles 1 and the compound fine particles 2 or the like.
[0039]
In the above embodiment, the hetero fine particle fusion body 4 of the metal fine particles 1 and the compound fine particles 2 that have not passed through the molten state can be formed on the room temperature stage. In general, since it is difficult to irradiate a high energy beam 3 such as an electron beam under controlled heating conditions, it is significant to enable generation of the heterofine particle fusion 4 on a room temperature stage, Since the fusion product can be generated without melting, it is possible to obtain an advantage that lattice defects such as residual strain and misfit dislocation are not formed in the vicinity of the interface.
[0040]
【Example】
Next, specific examples of the present invention will be described.
[0041]
Example 1
First, spherical θ-Al with a particle size of about 100 nm 2 O Three Fine particles (purity = 99.8%) were prepared, dispersed in alcohol, and then coated on a carbon support film and dried. Next, the spherical θ-Al 2 O Three The carbon support membrane in which the fine particles are arranged was placed on a room temperature stage arranged in a vacuum chamber of a 200 kV TEM apparatus (manufactured by JEOL Ltd., JEM-2010 (trade name)).
[0042]
Next, the above vacuum chamber is 1 × 10 -Five After evacuating to a vacuum of Pa, θ-Al having a particle size of about 100 nm disposed on the carbon support film 2 O Three 1 × 10 for fine particles 20 e / cm 2 -Irradiated with an electron beam of sec (irradiation diameter = 250 nm). And by this electron beam irradiation, θ-Al 2 O Three Al ultrafine particles having a diameter of about 2 to 30 nm were produced from the fine particles. At this time, α-Al having a diameter of about 20 to 100 nm 2 O Three Ultrafine particles were generated at the same time.
[0043]
The above-mentioned Al ultrafine particles and θ-Al 2 O Three Microparticles were used to generate heteroparticulate fusions. Specifically, while maintaining the state (including the degree of vacuum) that the carbon support film having the generated Al ultrafine particles is placed in the vacuum chamber of the TEM device, the carbon support film is selected from among the Al ultrafine particles on the carbon support film. , Θ-Al 2 O Three Al ultrafine particles having a diameter of about 10 nm located in the vicinity of the fine particles were selected. And these Al ultrafine particles and θ-Al 2 O Three 1 × 10 simultaneously with fine particles 20 e / cm 2 • Irradiated with an electron beam of sec.
[0044]
While performing electron beam irradiation, Al ultrafine particles and θ-Al 2 O Three The state of fine particles was observed in situ. As a result, Al ultrafine particles are θ-Al. 2 O Three Approaching the fine particles was observed. θ-Al 2 O Three The microparticles hardly move under these conditions. Furthermore, when the electron beam was continuously irradiated, Al ultrafine particles and θ-Al were added after about 500 seconds from the start of the electron beam irradiation. 2 O Three Fine particles were fused. The TEM observation result in this state is schematically shown in FIG.
[0045]
As shown in FIG. 2, Al ultrafine particles 11 and θ-Al 2 O Three In the hetero-fused body 13 with the fine particle 12, the fusion interface is lattice-matched, and the {200} plane of the Al ultrafine particle 11 and the θ-Al 2 O Three The {113} plane of the fine particles 12 had a heteroepitaxial relationship. Al ultrafine particles 11 and θ-Al used for the production of this fusion 13 2 O Three The microparticles 12 are initially those that did not have a clear crystallographic relationship.
[0046]
Also, using another Al ultrafine particle 11, θ-Al 2 O Three 1 × 10 simultaneously with fine particles 12 20 e / cm 2 When irradiated with an electron beam of sec, as shown in the schematic diagram of the TEM observation result in FIG. 3, θ-Al 2 O Three Α-Al having a diameter of about 20 to 50 nm around the fine particles 12 2 O Three At the same time as the formation of ultrafine particles 14, this α-Al 2 O Three A state in which the ultrafine particles 14 and the Al ultrafine particles 11 were fused was obtained. Thus, the fusion mode can be controlled by appropriately setting the irradiation conditions of the electron beam and the shape and position of the original Al ultrafine particles.
[0047]
Example 2
In Example 1, θ-Al 2 O Three Al ultrafine particles with a diameter of about 10 nm and α-Al with a diameter of 100 nm or less, produced by electron beam irradiation on the fine particles 2 O Three Using ultrafine particles, hetero-fine particle fusions were produced.
[0048]
Specifically, the produced Al ultrafine particles and α-Al 2 O Three While maintaining the state (including the degree of vacuum) that the carbon support film having ultrafine particles is placed in the vacuum chamber of the TEM apparatus, α-Al having a diameter of 100 nm or less is selected from the ultrafine Al particles on the carbon support film. 2 O Three Select Al ultrafine particles with a diameter of about 10 nm located in the vicinity of the ultrafine particles. 20 e / cm 2 • Irradiated with an electron beam of sec.
[0049]
While performing electron beam irradiation, Al ultrafine particles and α-Al 2 O Three The state with ultrafine particles was observed in situ. FIG. 4A is a diagram schematically showing a TEM observation result after irradiating the electron beam for 120 seconds. From this figure, the Al ultrafine particles 11 and α-Al are irradiated by the electron beam irradiation. 2 O Three It can be seen that the ultrafine particles 14 are beginning to fuse. FIG. 4B is a diagram schematically showing a TEM observation result after the electron beam is further irradiated for 60 seconds. From this figure, by continuously irradiating the electron beam, the Al ultrafine particles 11 and α-Al 2 O Three Fusion with the ultrafine particles 14 proceeds, and the Al ultrafine particles 11 are almost α-Al. 2 O Three It can be seen that the heterofusion 15 incorporated into the ultrafine particles 14 is obtained.
[0050]
The heterofusion 15 obtained by this example is composed of Al ultrafine particles 11 and α-Al. 2 O Three The fusion interface with the ultrafine particles 14 is lattice-matched, and the {200} face of the Al ultrafine particles 11 and the α-Al 2 O Three It was confirmed that the ultrafine particles 14 had a heteroepitaxial relationship with the {110} plane. Al ultrafine particles 11 and α-Al used for the production of this fusion 13 2 O Three The ultrafine particles 14 are initially those that did not have a clear crystallographic relationship.
[0051]
In addition, α-Al mentioned above 2 O Three Instead of ultrafine particles, θ-Al 2 O Three The flake-like α-Al dispersed on the carbon support film simultaneously with the fine particles 2 O Three Even when ultrafine particles were used, similar heterofusions could be obtained.
[0052]
Example 3
In Example 1, θ-Al 2 O Three Al ultrafine particles generated by electron beam irradiation of particles and α-Al 2 O Three From the fine particles, Al ultrafine particles different from Example 2 and α-Al 2 O Three Fine particles were selected to produce heterofine particle fusions.
[0053]
Specifically, the produced Al ultrafine particles and α-Al 2 O Three While maintaining the state (including the degree of vacuum) that the carbon support film having fine particles is placed in the vacuum chamber of the TEM apparatus, α-Al having a diameter of about 100 nm is selected from the Al ultra fine particles on the carbon support film. 2 O Three Select Al ultrafine particles with a diameter of about 15 nm located in the vicinity of the fine particles. 20 e / cm 2 • Irradiated with an electron beam of sec.
[0054]
While performing electron beam irradiation, Al ultrafine particles and α-Al 2 O Three The state of fine particles was observed in situ. FIG. 5A is a diagram schematically showing a TEM observation result after irradiating the electron beam for 420 seconds, and FIG. 5B schematically shows a TEM observation result after further irradiating the electron beam for 660 seconds. FIG.
[0055]
As is apparent from FIG. 5, at the stage of irradiation with an electron beam for 420 seconds, the Al ultrafine particles 11 and α-Al 2 O Three A hetero-fusion 15 with the fine particles 14 is formed. By irradiating the hetero-fusion 15 with an electron beam for 660 seconds, the fusion proceeds and the Al ultrafine particles 11 become α-Al. 2 O Three It can be seen that the heterofusion 15 'encapsulated in the microparticles 14 is formed. Also in this encapsulated heterofusion 15 ', the fusion interface had a heteroepitaxial relationship.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a hetero fine particle fusion in which the fusion state and the like are controlled, for example, on a room temperature stage under easy control conditions. And since the hetero fine particle fusion body of the present invention has controllability and operability of the fusion state, it greatly contributes to various application developments from metal ultrafine particles and compound fine particles.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a production process of a hetero fine particle fusion product according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a TEM observation result of a hetero fine particle fusion product produced in Example 1 of the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a TEM observation result of another hetero fine particle fusion product produced in Example 1 of the present invention.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a TEM observation result of the hetero ultrafine particle fusion product produced in Example 2 of the present invention.
FIG. 5 is a diagram schematically showing a TEM observation result of another hetero fine particle fusion product produced in Example 3 of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 …… Ultrafine metal particles
2. Compound fine particles
3. High energy beam
4 …… Heterofine particle fusion

Claims (10)

金属微粒子と、前記金属微粒子を構成する金属を含む化合物からなる化合物微粒子との融合体であって、
前記金属微粒子と化合物微粒子とは、真空雰囲気中での高エネルギービームの同時照射により、前記金属微粒子と化合物微粒子との界面が格子整合するように融合していることを特徴とするヘテロ微粒子融合体。
A fusion product of metal fine particles and compound fine particles comprising a compound containing a metal constituting the metal fine particles,
The hetero fine particle fusion product, wherein the metal fine particles and the compound fine particles are fused so that the interface between the metal fine particles and the compound fine particles is lattice-matched by simultaneous irradiation with a high energy beam in a vacuum atmosphere. .
請求項1記載のヘテロ微粒子融合体において、
前記金属微粒子と化合物微粒子とは、前記高エネルギービームとして電子線を、その照射方向と平行な磁場中で照射することにより融合してなることを特徴とするヘテロ微粒子融合体。
The hetero fine particle fusion according to claim 1, wherein
The hetero fine particle fusion product, wherein the metal fine particles and the compound fine particles are fused by irradiating an electron beam as the high energy beam in a magnetic field parallel to the irradiation direction.
請求項1記載のヘテロ微粒子融合体において、
前記金属微粒子は、前記化合物微粒子に包み込まれるように融合していることを特徴とするヘテロ微粒子融合体。
The hetero fine particle fusion according to claim 1, wherein
The heterofine particle fusion product, wherein the metal fine particles are fused so as to be encased in the compound fine particles.
請求項1記載のヘテロ微粒子融合体において、
前記金属微粒子はAl、Mg、Be、Ca、Ce、Ti、Zr、W、MoおよびCuから選ばれる 1種の金属からなることを特徴とするヘテロ微粒子融合体。
The hetero fine particle fusion according to claim 1, wherein
The hetero fine particle fusion product, wherein the metal fine particles comprise one kind of metal selected from Al, Mg, Be, Ca, Ce, Ti, Zr, W, Mo and Cu.
Al、Mg、Be、Ca、Ce、TiおよびZrから選ばれる 1種の金属からなる金属微粒子と、前記金属を含む化合物からなる化合物微粒子との融合体であって、前記金属微粒子と化合物微粒子との融合界面が格子整合していることを特徴とするヘテロ微粒子融合体。A fusion of a metal fine particle made of one kind of metal selected from Al, Mg, Be, Ca, Ce, Ti and Zr and a compound fine particle made of a compound containing the metal, wherein the metal fine particle and the compound fine particle A heterofine particle fusion product characterized in that the fusion interface of is lattice-matched. 請求項5記載のヘテロ微粒子融合体において、
前記金属微粒子は、前記化合物微粒子に包み込まれるように融合していることを特徴とするヘテロ微粒子融合体。
The hetero fine particle fusion according to claim 5,
The heterofine particle fusion product, wherein the metal fine particles are fused so as to be encased in the compound fine particles.
金属微粒子と、前記金属微粒子を構成する金属を含む化合物からなる化合物微粒子とに、真空雰囲気中で同時に高エネルギービームを照射して、前記金属微粒子および化合物微粒子の少なくとも一方を移動させると共に、前記金属微粒子と化合物微粒子との界面で格子整合させつつ融合させることを特徴とするヘテロ微粒子融合体の製造方法。At least one of the metal fine particles and the compound fine particles is moved by simultaneously irradiating the metal fine particles and the compound fine particles made of a compound containing a metal constituting the metal fine particles with a high energy beam in a vacuum atmosphere, and moving the metal fine particles and the compound fine particles. A method for producing a hetero fine particle fusion product, comprising fusing the fine particles and compound fine particles while lattice-matching them. 請求項7記載のヘテロ微粒子融合体の製造方法において、
前記高エネルギービームとして、 1×1019e/cm2 ・sec 以上の強度を有する電子線を照射することを特徴とするヘテロ微粒子融合体の製造方法。
The method for producing a hetero fine particle fusion according to claim 7,
A method for producing a hetero fine particle fusion product, comprising irradiating an electron beam having an intensity of 1 × 10 19 e / cm 2 · sec or more as the high energy beam.
請求項8記載のヘテロ微粒子融合体の製造方法において、
前記電子線を、その照射方向と平行な磁場中で照射することを特徴とするヘテロ微粒子融合体の製造方法。
The method for producing a hetero fine particle fusion according to claim 8,
A method for producing a hetero fine particle fusion product, wherein the electron beam is irradiated in a magnetic field parallel to the irradiation direction.
請求項7記載のヘテロ微粒子融合体の製造方法において、
前記金属微粒子としてAl、Mg、Be、Ca、Ce、Ti、Zr、W、MoおよびCuから選ばれる 1種の金属の微粒子を用いることを特徴とするヘテロ微粒子融合体の製造方法。
The method for producing a hetero fine particle fusion according to claim 7,
A method for producing a hetero fine particle fusion product, wherein fine particles of one kind of metal selected from Al, Mg, Be, Ca, Ce, Ti, Zr, W, Mo, and Cu are used as the metal fine particles.
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