JP3921539B2 - 硫化亜鉛の還元による亜鉛ナノシートの製造方法 - Google Patents
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硫化亜鉛の還元による亜鉛ナノシートの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
亜鉛の一次元構造物である亜鉛ナノベルトは、硫化亜鉛とグラファイト粉末の混合物をアルゴン気流中で1000℃に加熱することにより、製造されている（例えば、非特許文献1参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
Y.Wang,ほか,ケミカル・コミュニケーションズ(Chem.Commun.),2001年,2632頁
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、再充電可能な電池用電極や酸化亜鉛半導体、硫化亜鉛半導体、セレン化亜鉛半導体等を製造するための材料として有用な二次元構造の亜鉛ナノシートを製造する方法を提供することを解決すべき課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、硫化亜鉛を還元することにより、二次元構造の亜鉛ナノシートを製造する方法を見出した。
【０００６】
すなわち、本発明は、反応容器中において、窒素と水蒸気の気流下で、炭素の粉末と炭素の繊維を1500〜1600℃に、硫化亜鉛粉末を1200〜1250℃にそれぞれ加熱し、200〜400℃に保持された基板に生成物を堆積させることを特徴とする亜鉛ナノシートの製造方法、である。
【０００７】
本発明の出発物質の一つとして使用する炭素の粉末および炭素の繊維は、蒸留水に窒素ガスを吹き込んで生じる窒素ガスと水蒸気の混合気流中で、1500〜1600℃に加熱される。窒素ガスは、炭素と反応させる水蒸気のキャリアガスである。炭素の粉末と炭素の繊維を混ぜる理由は、流動床的に、水蒸気との接触を良くするためである。
【０００８】
一方、もう一つの出発原料である硫化亜鉛は1200〜1250℃に加熱される。炭素粉末と炭素繊維および硫化亜鉛粉末の加熱温度は、それぞれ上記の範囲が好ましい。これ以上の温度に上げても反応効率は向上しないし、これ以下の温度では、反応が不完全になる。反応時間は0.5〜3時間が好ましく、3時間を超えて時間をかけても収率の変化はなく、0.5時間より短時間であると反応が完結しない。
【０００９】
炭素粉末、炭素繊維、硫化亜鉛粉末の重量比は、生成ガスの逸散を考慮するとおよそ1:1:2程度が好ましい。重量比をこの値から変化させてもあまり収量は変化しない。炭素粉末と炭素繊維の重量比は、１：１程度が接触効率と量lossを考慮すると使用しやすい。
【００１０】
加熱中に200〜400℃に維持された基板の表面に銀灰色の生成物、すなわち、亜鉛ナノシートが堆積する。このナノシートは厚さがおよそ５〜１００ｎｍ、シートの平面方向の寸法は数十マイクロメートルである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の方法を実施するために使用する縦型高周波誘導加熱炉を概念的に示す。石英管１の周りに加熱コイル２を配した縦型高周波誘導加熱炉３の内部に反応容器としてグラファイト製るつぼ４Ａと４Ｂを離して設置する。グラファイト製るつぼ４Ａと４Ｂは、断熱材のグラファイト製フェルト６で周囲を包囲したグラファイト製支持台５によって加熱炉３の中央部に保持する。混合した炭素粉末と繊維７を底部に穴を設けたグラファイト製るつぼ４Ａの底部に入れ、さらに、底部に穴を設けたグラファイト製るつぼ４Ｂに硫化亜鉛粉末９を入れる。
【００１２】
次に、蒸留水に窒素ガスを吹き込んだ気流をＮ２＋Ｈ２Ｏ導入口１０から導入し、底部の穴からるつぼ４Ａ内に導入して、混合した炭素粉末と繊維７に通じる。このとき、流量は窒素ガスが1.5L/minで、水蒸気は0.3L/min程度である。窒素ガスを上部のＮ２導入口１１から補足的に石英管１内に供給してもよい。水蒸気は粉末と繊維を混合した炭素と反応し、底部の穴からるつぼ４Ｂ内に入り、硫化亜鉛粉末と反応する。
【００１３】
この際、加熱コイル２を用いて、Gradientを利用して、炭素粉末と繊維７を1500〜1600℃に加熱し、硫化亜鉛粉末９を1200〜1250℃に加熱する。るつぼ４Ａ，４Ｂ内の温度は、プリズム１３を介してパイロメータ１４で測定する。
【００１４】
反応ガスはるつぼ４Ｂの上方から石英管１内に流れ、窒素ガスはＮ２排出口１２から排出される。0.5〜3時間加熱を続けた後、加熱炉を室温に冷却する。生成物を堆積する基板として石英管１を兼用する場合は、亜鉛薄膜を堆積させるためMelting Pointを考慮して、200〜400℃に保持された石英管１の部分に銀灰色の生成物が堆積する。
【００１５】
【実施例】
次に、実施例を示して、さらに詳しく本発明について説明する。
（実施例１）
図１に示すような縦型高周波誘導加熱炉を用いて、シグマ・アルドリッチ社製の炭素粉末（325メッシュ、99.999%）0.5gと炭素繊維(直径3mm、長さ150mm)0.5gをグラファイト製るつぼに入れてグラファイト製支持台に取り付け、石英管の中に配置した。一方、シグマ・アルドリッチ社製の硫化亜鉛粉末1.0gをグラファイト製るつぼに入れて、炭素粉末および炭素繊維の入ったるつぼの上方に離して設置した。
【００１６】
蒸留水に窒素ガスを吹き込むことにより生成する水蒸気を含んだ窒素ガスを1.5L/minの流速で石英管の中に移送した。縦型高周波誘導加熱炉を用いて、炭素粉末と炭素繊維を1500〜1600℃に加熱し、硫化亜鉛粉末を1200〜1250℃にそれぞれ加熱した。この温度で0.5時間加熱を続けた後、炉を室温に冷却した。加熱時に石英管の温度が200〜400℃に維持されていた部分に銀灰色の粉末が堆積した。
【００１７】
得られた銀灰色の生成物の走査型電子顕微鏡像の写真を図２aに示した。生成物の大部分はシート状形状を示しており、その寸法は数十マイクロメートルであることが確認できる。また、図２bには、このシート状物の断面の走査型電子顕微鏡像を示したが、その厚さは約20ナノメートルである。X線エネルギー拡散スペクトルを図２b中に挿入図として載せたが、その化学組成は亜鉛から成ることが分かった。なお、図２中に銅と炭素のピークが現れているが、これはカーボンコートした銅グリッドに由来するものである。
【００１８】
このナノシートのX線回折のパターンを調べた結果、2.47、2.30、2.09、1.77、1.68および1.34Åに回折を示し、これは六方晶の亜鉛の相であることが分かった。さらに、高分解能透過型電子顕微鏡を用いて観察した結果、(100)平面の面間距離は0.23nmであり、電子線回折の結果から、格子定数はa=0.26、c=0.49nmであった。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したとおり、本発明により、簡単な方法で新規な亜鉛ナノシートを製造することが出来る。この発明によって電池用電極、酸化亜鉛半導体等の製造のための材料として提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の方法を実施するために使用する反応装置の概念図である。
【図２】図２aは、実施例１で得られた亜鉛ナノシートを示す図面代用の走査型電子顕微鏡像の写真である。図２bは、実施例１で得られた亜鉛ナノシートの断面を示す図面代用の走査型電子顕微鏡像の写真である。挿入図は実施例１で得られた亜鉛ナノシートのX線エネルギー拡散スペクトルの図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、硫化亜鉛の還元による亜鉛ナノシートの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
亜鉛の一次元構造物である亜鉛ナノベルトは、硫化亜鉛とグラファイト粉末の混合物をアルゴン気流中で1000℃に加熱することにより、製造されている（例えば、非特許文献1参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
Y.Wang,ほか,ケミカル・コミュニケーションズ(Chem.Commun.),2001年,2632頁
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、再充電可能な電池用電極や酸化亜鉛半導体、硫化亜鉛半導体、セレン化亜鉛半導体等を製造するための材料として有用な二次元構造の亜鉛ナノシートを製造する方法を提供することを解決すべき課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、硫化亜鉛を還元することにより、二次元構造の亜鉛ナノシートを製造する方法を見出した。
【０００６】
すなわち、本発明は、反応容器中において、窒素と水蒸気の気流下で、炭素の粉末と炭素の繊維を1500〜1600℃に、硫化亜鉛粉末を1200〜1250℃にそれぞれ加熱し、200〜400℃に保持された基板に生成物を堆積させることを特徴とする亜鉛ナノシートの製造方法、である。
【０００７】
本発明の出発物質の一つとして使用する炭素の粉末および炭素の繊維は、蒸留水に窒素ガスを吹き込んで生じる窒素ガスと水蒸気の混合気流中で、1500〜1600℃に加熱される。窒素ガスは、炭素と反応させる水蒸気のキャリアガスである。炭素の粉末と炭素の繊維を混ぜる理由は、流動床的に、水蒸気との接触を良くするためである。
【０００８】
一方、もう一つの出発原料である硫化亜鉛は1200〜1250℃に加熱される。炭素粉末と炭素繊維および硫化亜鉛粉末の加熱温度は、それぞれ上記の範囲が好ましい。これ以上の温度に上げても反応効率は向上しないし、これ以下の温度では、反応が不完全になる。反応時間は0.5〜3時間が好ましく、3時間を超えて時間をかけても収率の変化はなく、0.5時間より短時間であると反応が完結しない。
【０００９】
炭素粉末、炭素繊維、硫化亜鉛粉末の重量比は、生成ガスの逸散を考慮するとおよそ1:1:2程度が好ましい。重量比をこの値から変化させてもあまり収量は変化しない。炭素粉末と炭素繊維の重量比は、１：１程度が接触効率と量lossを考慮すると使用しやすい。
【００１０】
加熱中に200〜400℃に維持された基板の表面に銀灰色の生成物、すなわち、亜鉛ナノシートが堆積する。このナノシートは厚さがおよそ５〜１００ｎｍ、シートの平面方向の寸法は数十マイクロメートルである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の方法を実施するために使用する縦型高周波誘導加熱炉を概念的に示す。石英管１の周りに加熱コイル２を配した縦型高周波誘導加熱炉３の内部に反応容器としてグラファイト製るつぼ４Ａと４Ｂを離して設置する。グラファイト製るつぼ４Ａと４Ｂは、断熱材のグラファイト製フェルト６で周囲を包囲したグラファイト製支持台５によって加熱炉３の中央部に保持する。混合した炭素粉末と繊維７を底部に穴を設けたグラファイト製るつぼ４Ａの底部に入れ、さらに、底部に穴を設けたグラファイト製るつぼ４Ｂに硫化亜鉛粉末９を入れる。
【００１２】
次に、蒸留水に窒素ガスを吹き込んだ気流をＮ２＋Ｈ２Ｏ導入口１０から導入し、底部の穴からるつぼ４Ａ内に導入して、混合した炭素粉末と繊維７に通じる。このとき、流量は窒素ガスが1.5L/minで、水蒸気は0.3L/min程度である。窒素ガスを上部のＮ２導入口１１から補足的に石英管１内に供給してもよい。水蒸気は粉末と繊維を混合した炭素と反応し、底部の穴からるつぼ４Ｂ内に入り、硫化亜鉛粉末と反応する。
【００１３】
この際、加熱コイル２を用いて、Gradientを利用して、炭素粉末と繊維７を1500〜1600℃に加熱し、硫化亜鉛粉末９を1200〜1250℃に加熱する。るつぼ４Ａ，４Ｂ内の温度は、プリズム１３を介してパイロメータ１４で測定する。
【００１４】
反応ガスはるつぼ４Ｂの上方から石英管１内に流れ、窒素ガスはＮ２排出口１２から排出される。0.5〜3時間加熱を続けた後、加熱炉を室温に冷却する。生成物を堆積する基板として石英管１を兼用する場合は、亜鉛薄膜を堆積させるためMelting Pointを考慮して、200〜400℃に保持された石英管１の部分に銀灰色の生成物が堆積する。
【００１５】
【実施例】
次に、実施例を示して、さらに詳しく本発明について説明する。
（実施例１）
図１に示すような縦型高周波誘導加熱炉を用いて、シグマ・アルドリッチ社製の炭素粉末（325メッシュ、99.999%）0.5gと炭素繊維(直径3mm、長さ150mm)0.5gをグラファイト製るつぼに入れてグラファイト製支持台に取り付け、石英管の中に配置した。一方、シグマ・アルドリッチ社製の硫化亜鉛粉末1.0gをグラファイト製るつぼに入れて、炭素粉末および炭素繊維の入ったるつぼの上方に離して設置した。
【００１６】
蒸留水に窒素ガスを吹き込むことにより生成する水蒸気を含んだ窒素ガスを1.5L/minの流速で石英管の中に移送した。縦型高周波誘導加熱炉を用いて、炭素粉末と炭素繊維を1500〜1600℃に加熱し、硫化亜鉛粉末を1200〜1250℃にそれぞれ加熱した。この温度で0.5時間加熱を続けた後、炉を室温に冷却した。加熱時に石英管の温度が200〜400℃に維持されていた部分に銀灰色の粉末が堆積した。
【００１７】
得られた銀灰色の生成物の走査型電子顕微鏡像の写真を図２aに示した。生成物の大部分はシート状形状を示しており、その寸法は数十マイクロメートルであることが確認できる。また、図２bには、このシート状物の断面の走査型電子顕微鏡像を示したが、その厚さは約20ナノメートルである。X線エネルギー拡散スペクトルを図２b中に挿入図として載せたが、その化学組成は亜鉛から成ることが分かった。なお、図２中に銅と炭素のピークが現れているが、これはカーボンコートした銅グリッドに由来するものである。
【００１８】
このナノシートのX線回折のパターンを調べた結果、2.47、2.30、2.09、1.77、1.68および1.34Åに回折を示し、これは六方晶の亜鉛の相であることが分かった。さらに、高分解能透過型電子顕微鏡を用いて観察した結果、(100)平面の面間距離は0.23nmであり、電子線回折の結果から、格子定数はa=0.26、c=0.49nmであった。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したとおり、本発明により、簡単な方法で新規な亜鉛ナノシートを製造することが出来る。この発明によって電池用電極、酸化亜鉛半導体等の製造のための材料として提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の方法を実施するために使用する反応装置の概念図である。
【図２】図２aは、実施例１で得られた亜鉛ナノシートを示す図面代用の走査型電子顕微鏡像の写真である。図２bは、実施例１で得られた亜鉛ナノシートの断面を示す図面代用の走査型電子顕微鏡像の写真である。挿入図は実施例１で得られた亜鉛ナノシートのX線エネルギー拡散スペクトルの図である。
Claims (1)
- 反応容器中において、窒素と水蒸気の気流下で、炭素の粉末と炭素の繊維を1500〜1600℃に、硫化亜鉛粉末を1200〜1250℃にそれぞれ加熱し、200〜400℃に保持された基板に生成物を堆積させることを特徴とする亜鉛ナノシートの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003201482A JP3921539B2 (ja) | 2003-07-25 | 2003-07-25 | 硫化亜鉛の還元による亜鉛ナノシートの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003201482A JP3921539B2 (ja) | 2003-07-25 | 2003-07-25 | 硫化亜鉛の還元による亜鉛ナノシートの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005042148A JP2005042148A (ja) | 2005-02-17 |
| JP3921539B2 true JP3921539B2 (ja) | 2007-05-30 |
Family
ID=34261528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003201482A Expired - Lifetime JP3921539B2 (ja) | 2003-07-25 | 2003-07-25 | 硫化亜鉛の還元による亜鉛ナノシートの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3921539B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109301213B (zh) * | 2018-09-30 | 2021-07-13 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种锂离子电池负极材料及其制备方法 |
-
2003
- 2003-07-25 JP JP2003201482A patent/JP3921539B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2005042148A (ja) | 2005-02-17 |
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