JP3921532B2 - 酸化モリブデンナノチューブとその複合体ならびにそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、酸化モリブデンナノチューブとその複合体ならびにそれらの製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、多孔質の一次元ナノ物質であり、大きな表面積の酸化モリブデンナノチューブとその複合体、そして、それらの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カーボンナノチューブの発見以来、一次元ナノ物質が注目されている。管状のナノ構造物はその形態に基づく固有の多機能性を有するため、特に注目されており、これまでに炭素、窒化ホウ素、硫化物、酸化物等の多くのナノチューブが研究され、合成されている。層状化した遷移金属酸化物は、学術的観点のみならず工学的応用面から重要視され、これまでに幾つかの成果が得られている。たとえば、タングステン酸化物樹状ナノ構造物及びマイクロチューブ、酸化モリブデン（ＭｏＯ3）ウィスカーやマイクロベルト及び水酸化モリブデン（ＭｏＯ3・３Ｈ2Ｏ）ナノファイバー等がすでに報告されている（たとえば、非特許文献１、２）
ところで、酸化モリブデンは、触媒、フォトクロミズム、エレクトロクロミズム等の性質を示すことが知られており、また、酸化モリブデン薄膜は、情報ディスプレー、センサーデバイス等の次世代の用途への応用が期待されている。このような次世代の機能性薄膜材料等の要求を満たすためには、基板上に配向して成長する酸化モリブデンの一次元ナノ構造物が不可欠であり、加えて高性能の実現のためには、高い多孔性及び大きな表面積も不可欠となる。
【０００３】
【非特許文献１】
J. Z. Zhang，外３名，フィジカル・レビューＥ（Phys. Rev. E），1997年，第５５巻，ｐ．5796
【非特許文献２】
M, Niederberger，外４名，ジャーナル・オブ・フィジカル・ケミストリー（J. Phys. Chem），2001年，第１１巻，ｐ．1941
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の応用に適用することのできる多孔質の一次元ナノ物質で大きな表面積を有する酸化モリブデンナノ構造物の実現は未だ報告されていない。
【０００５】
この出願の発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、酸化モリブデンの価値ある性質に着目し、多孔質の一次元ナノ物質であり、大きな表面積の酸化モリブデンナノチューブとその複合体ならびにそれらの製造方法を提供することを解決すべき課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、酸化モリブデンからなり、単結晶であり、内部に中空部を有し、外形が多角形形状であることを特徴とする酸化モリブデンナノチューブ（請求項１）を提供する。
【０００７】
また、この出願の発明は、請求項１に係る発明に関し、長さが５μｍ〜８μｍであり、横断面における外形幅が５０ｎｍ〜300ｎｍで、中空部の直径が２０ｎｍ〜150ｎｍであること（請求項２）を一態様として提供する。
【０００８】
さらに、この出願の発明は、請求項１又は２記載の酸化モリブデンナノチューブがタンタル基板上に配向して成長し、薄膜状に形成していることを特徴とする酸化モリブデンナノチューブ複合体（請求項３）を提供する。
【０００９】
さらにまた、この出願の発明は、化学気相成長法による製造方法であり、ターゲット材としてのモリブデン箔片を基板としてのタンタルウエハーの上に一定の間隙をあけて配置し、反応炉のチャンバーを５Torr以下に排気し、次いでモリブデン箔片をその上部表面から950℃〜1000℃に１時間加熱した後、室温まで冷却し、請求項１、２又は３記載の酸化モリブデンナノチューブ又は酸化モリブデンナノチューブ複合体を製造することを特徴とする酸化モリブデンナノチューブ又は酸化モリブデンナノチューブ複合体の製造方法（請求項４）を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、以上に示したとおりの特徴を有するものであり、以下、実施例を示し、この出願の発明の酸化モリブデンナノチューブとその複合体ならびにそれらの製造方法についてさらに詳しく説明する。
【００１１】
【実施例】
反応炉として高真空赤外線照射加熱炉を用い、モリブデン箔片（１５ｍｍ×１５ｍｍ×0.2ｍｍ）を加熱ターゲット材とし、炉内のタンタルホルダー上に設置した。基板にはタンタルウエハー（１５ｍｍ×１０ｍｍ）を用い、モリブデン箔片の下２ｍｍのところに配置した。チャンバー内を５Torr以下に排気し、チャンバーを密閉して残余の空気を加熱時の反応空気とした。そして、モリブデン箔片をその上部表面から急速に950℃〜1000℃に加熱した。この時、タンタル基板の温度は450℃〜500℃であった。加熱は１時間続け、その後、チャンバーを室温まで冷却した。タンタル基板の上部表面は明るい青色の薄膜で覆われた。形成した薄膜の形態を操作型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。
【００１２】
図１（ａ）（ｂ）に示したように、内部に中空部を有し、外形が多角形状のナノチューブが得られた。ナノチューブの長さは、５μｍ〜８μｍの範囲内にある。ナノチューブの横断面における外形幅は５０ｎｍ〜 300 ｎｍの範囲内で、中空部の直径は２０ｎｍ〜 150 ｎｍの範囲内にある。
【００１３】
図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、ナノチューブの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像である。ほとんどのナノチューブは、図２（ａ）に示したように、長さ方向に中空であり、中空部が中心付近にある。この他、ナノチューブには、図２（ｂ）に示したように、中空部が中心にはなく、準筒状となっていたり、図２（ｃ）に示したように、一端部が閉塞していたりするものもある。
【００１４】
図２（ｄ）は、得られたナノチューブのエネルギー拡散Ｘ線スペクトルであるが、モリブデンと酸素が検出されており、原子比は１：３である。純粋な酸化モリブデンであることが確認される。なお、図２（ｄ）図中のＣｕ（銅）元素に対応するピークは、透過型電子顕微鏡観察に用いた銅格子から生じたものである。
【００１５】
図３は、高分解能透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）像である。この図３から、すべてのナノチューブが、［１００］方向に軸方向を有する斜方晶系の単結晶であることが確認される。
【００１６】
以上の酸化モリブデンのナノチューブは、図１（ａ）（ｂ）に示したように、各々のナノチューブがタンタル基板面の垂直方向に対して約３０°以下の角度でタンタル基板上に配向して成長し、大面積の薄膜を形成している。また、酸化モリブデンナノチューブは、透過型電子顕微鏡等の観察のためにサンプルを作製する際に、薄膜から小片を切り出し、細長く切断してアルコール液の中で超音波振動を加え、分散させても、観察後にも変容しない安定した物性を有していた。
【００１７】
酸化モリブデンは、加熱時にチャンバー内の酸素ガスによる酸化作用によりモリブデン箔片上で形成し、酸化モリブデンは、融点が約800℃であり、加熱時のモリブデン箔片の温度が950℃〜1000℃であるため、酸化モリブデン分子が、モリブデン箔片から継続的に気化し、タンタル基板上に堆積してナノチューブの核を形成し、成長したと考えられる。
【００１８】
もちろん、この出願の発明は、以上の実施例によって限定されるものではない。細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、一次元の酸化モリブデンのナノ構造物である多孔質で大きな表面積を有する酸化モリブデンナノチューブとその複合体ならびにその製造方法が提供される。触媒、光学的デバイス等への応用が期待されるとともに、薄膜として、たとえば、情報ディスプレー、センサーデバイス等の次世代の機能性材料として応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は、それぞれ、実施例で得られた酸化モリブデンナノチューブ複合体の操作型電子顕微鏡像である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、実施例で得られた酸化モリブデンナノチューブの透過型電子顕微鏡像であり、（ｄ）は、実施例で得られた酸化モリブデンナノチューブの原子構成を示すエネルギー拡散Ｘ線スペクトルである。
【図３】（ａ）（ｂ）は、それぞれ、実施例で得られた酸化モリブデンナノチューブの高分解能透過型電子顕微鏡像である。図中の差込み図は、それぞれ、［０１０］方向、［００１］方向の入射ビームによるＥＤパターンである。
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、酸化モリブデンナノチューブとその複合体ならびにそれらの製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、多孔質の一次元ナノ物質であり、大きな表面積の酸化モリブデンナノチューブとその複合体、そして、それらの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カーボンナノチューブの発見以来、一次元ナノ物質が注目されている。管状のナノ構造物はその形態に基づく固有の多機能性を有するため、特に注目されており、これまでに炭素、窒化ホウ素、硫化物、酸化物等の多くのナノチューブが研究され、合成されている。層状化した遷移金属酸化物は、学術的観点のみならず工学的応用面から重要視され、これまでに幾つかの成果が得られている。たとえば、タングステン酸化物樹状ナノ構造物及びマイクロチューブ、酸化モリブデン（ＭｏＯ3）ウィスカーやマイクロベルト及び水酸化モリブデン（ＭｏＯ3・３Ｈ2Ｏ）ナノファイバー等がすでに報告されている（たとえば、非特許文献１、２）
ところで、酸化モリブデンは、触媒、フォトクロミズム、エレクトロクロミズム等の性質を示すことが知られており、また、酸化モリブデン薄膜は、情報ディスプレー、センサーデバイス等の次世代の用途への応用が期待されている。このような次世代の機能性薄膜材料等の要求を満たすためには、基板上に配向して成長する酸化モリブデンの一次元ナノ構造物が不可欠であり、加えて高性能の実現のためには、高い多孔性及び大きな表面積も不可欠となる。
【０００３】
【非特許文献１】
J. Z. Zhang，外３名，フィジカル・レビューＥ（Phys. Rev. E），1997年，第５５巻，ｐ．5796
【非特許文献２】
M, Niederberger，外４名，ジャーナル・オブ・フィジカル・ケミストリー（J. Phys. Chem），2001年，第１１巻，ｐ．1941
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の応用に適用することのできる多孔質の一次元ナノ物質で大きな表面積を有する酸化モリブデンナノ構造物の実現は未だ報告されていない。
【０００５】
この出願の発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、酸化モリブデンの価値ある性質に着目し、多孔質の一次元ナノ物質であり、大きな表面積の酸化モリブデンナノチューブとその複合体ならびにそれらの製造方法を提供することを解決すべき課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、酸化モリブデンからなり、単結晶であり、内部に中空部を有し、外形が多角形形状であることを特徴とする酸化モリブデンナノチューブ（請求項１）を提供する。
【０００７】
また、この出願の発明は、請求項１に係る発明に関し、長さが５μｍ〜８μｍであり、横断面における外形幅が５０ｎｍ〜300ｎｍで、中空部の直径が２０ｎｍ〜150ｎｍであること（請求項２）を一態様として提供する。
【０００８】
さらに、この出願の発明は、請求項１又は２記載の酸化モリブデンナノチューブがタンタル基板上に配向して成長し、薄膜状に形成していることを特徴とする酸化モリブデンナノチューブ複合体（請求項３）を提供する。
【０００９】
さらにまた、この出願の発明は、化学気相成長法による製造方法であり、ターゲット材としてのモリブデン箔片を基板としてのタンタルウエハーの上に一定の間隙をあけて配置し、反応炉のチャンバーを５Torr以下に排気し、次いでモリブデン箔片をその上部表面から950℃〜1000℃に１時間加熱した後、室温まで冷却し、請求項１、２又は３記載の酸化モリブデンナノチューブ又は酸化モリブデンナノチューブ複合体を製造することを特徴とする酸化モリブデンナノチューブ又は酸化モリブデンナノチューブ複合体の製造方法（請求項４）を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、以上に示したとおりの特徴を有するものであり、以下、実施例を示し、この出願の発明の酸化モリブデンナノチューブとその複合体ならびにそれらの製造方法についてさらに詳しく説明する。
【００１１】
【実施例】
反応炉として高真空赤外線照射加熱炉を用い、モリブデン箔片（１５ｍｍ×１５ｍｍ×0.2ｍｍ）を加熱ターゲット材とし、炉内のタンタルホルダー上に設置した。基板にはタンタルウエハー（１５ｍｍ×１０ｍｍ）を用い、モリブデン箔片の下２ｍｍのところに配置した。チャンバー内を５Torr以下に排気し、チャンバーを密閉して残余の空気を加熱時の反応空気とした。そして、モリブデン箔片をその上部表面から急速に950℃〜1000℃に加熱した。この時、タンタル基板の温度は450℃〜500℃であった。加熱は１時間続け、その後、チャンバーを室温まで冷却した。タンタル基板の上部表面は明るい青色の薄膜で覆われた。形成した薄膜の形態を操作型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。
【００１２】
図１（ａ）（ｂ）に示したように、内部に中空部を有し、外形が多角形状のナノチューブが得られた。ナノチューブの長さは、５μｍ〜８μｍの範囲内にある。ナノチューブの横断面における外形幅は５０ｎｍ〜 300 ｎｍの範囲内で、中空部の直径は２０ｎｍ〜 150 ｎｍの範囲内にある。
【００１３】
図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、ナノチューブの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像である。ほとんどのナノチューブは、図２（ａ）に示したように、長さ方向に中空であり、中空部が中心付近にある。この他、ナノチューブには、図２（ｂ）に示したように、中空部が中心にはなく、準筒状となっていたり、図２（ｃ）に示したように、一端部が閉塞していたりするものもある。
【００１４】
図２（ｄ）は、得られたナノチューブのエネルギー拡散Ｘ線スペクトルであるが、モリブデンと酸素が検出されており、原子比は１：３である。純粋な酸化モリブデンであることが確認される。なお、図２（ｄ）図中のＣｕ（銅）元素に対応するピークは、透過型電子顕微鏡観察に用いた銅格子から生じたものである。
【００１５】
図３は、高分解能透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）像である。この図３から、すべてのナノチューブが、［１００］方向に軸方向を有する斜方晶系の単結晶であることが確認される。
【００１６】
以上の酸化モリブデンのナノチューブは、図１（ａ）（ｂ）に示したように、各々のナノチューブがタンタル基板面の垂直方向に対して約３０°以下の角度でタンタル基板上に配向して成長し、大面積の薄膜を形成している。また、酸化モリブデンナノチューブは、透過型電子顕微鏡等の観察のためにサンプルを作製する際に、薄膜から小片を切り出し、細長く切断してアルコール液の中で超音波振動を加え、分散させても、観察後にも変容しない安定した物性を有していた。
【００１７】
酸化モリブデンは、加熱時にチャンバー内の酸素ガスによる酸化作用によりモリブデン箔片上で形成し、酸化モリブデンは、融点が約800℃であり、加熱時のモリブデン箔片の温度が950℃〜1000℃であるため、酸化モリブデン分子が、モリブデン箔片から継続的に気化し、タンタル基板上に堆積してナノチューブの核を形成し、成長したと考えられる。
【００１８】
もちろん、この出願の発明は、以上の実施例によって限定されるものではない。細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、一次元の酸化モリブデンのナノ構造物である多孔質で大きな表面積を有する酸化モリブデンナノチューブとその複合体ならびにその製造方法が提供される。触媒、光学的デバイス等への応用が期待されるとともに、薄膜として、たとえば、情報ディスプレー、センサーデバイス等の次世代の機能性材料として応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は、それぞれ、実施例で得られた酸化モリブデンナノチューブ複合体の操作型電子顕微鏡像である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、実施例で得られた酸化モリブデンナノチューブの透過型電子顕微鏡像であり、（ｄ）は、実施例で得られた酸化モリブデンナノチューブの原子構成を示すエネルギー拡散Ｘ線スペクトルである。
【図３】（ａ）（ｂ）は、それぞれ、実施例で得られた酸化モリブデンナノチューブの高分解能透過型電子顕微鏡像である。図中の差込み図は、それぞれ、［０１０］方向、［００１］方向の入射ビームによるＥＤパターンである。
Claims (4)
- 酸化モリブデンからなり、単結晶であり、内部に中空部を有し、外形が多角形形状であることを特徴とする酸化モリブデンナノチューブ。
- 長さが５μｍ〜８μｍであり、横断面における外形幅が５０ｎｍ〜300ｎｍで、中空部の直径が２０ｎｍ〜150ｎｍである請求項１記載の酸化モリブデンナノチューブ。
- 請求項１又は２記載の酸化モリブデンナノチューブがタンタル基板上に配向して成長し、薄膜状に形成していることを特徴とする酸化モリブデンナノチューブ複合体。
- 化学気相成長法による製造方法であり、ターゲット材としてのモリブデン箔片を基板としてのタンタルウエハーの上に一定の間隙をあけて配置し、反応炉のチャンバーを５Torr以下に排気し、次いでモリブデン箔片をその上部表面から950℃〜1000℃に１時間加熱した後、室温まで冷却し、請求項１、２又は３記載の酸化モリブデンナノチューブ又は酸化モリブデンナノチューブ複合体を製造することを特徴とする酸化モリブデンナノチューブ又は酸化モリブデンナノチューブ複合体の製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002343710A JP3921532B2 (ja) | 2002-11-27 | 2002-11-27 | 酸化モリブデンナノチューブとその複合体ならびにそれらの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002343710A JP3921532B2 (ja) | 2002-11-27 | 2002-11-27 | 酸化モリブデンナノチューブとその複合体ならびにそれらの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004175619A JP2004175619A (ja) | 2004-06-24 |
| JP3921532B2 true JP3921532B2 (ja) | 2007-05-30 |
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ID=32705436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002343710A Expired - Lifetime JP3921532B2 (ja) | 2002-11-27 | 2002-11-27 | 酸化モリブデンナノチューブとその複合体ならびにそれらの製造方法 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP3921532B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4674349B2 (ja) * | 2004-10-19 | 2011-04-20 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 結晶性珪素マイクロチューブ及びその製造方法 |
| JP2010120786A (ja) * | 2008-11-17 | 2010-06-03 | Tohoku Univ | 酸化物中空粒子、その製造方法及び酸化物中空粒子製造装置 |
-
2002
- 2002-11-27 JP JP2002343710A patent/JP3921532B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004175619A (ja) | 2004-06-24 |
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