JP3924614B2 - 酸化タングステンナノワイヤーの製造方法 - 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、酸化タングステンナノワイヤー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、一次元の酸化タングステンナノワイヤーを簡便かつ確実に製造することのできる酸化タングステンナノワイヤーの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
近年、酸化タングステンは情報ディスプレイの電極材料やリチウム電池などへの応用が期待されており、これまで一次元でない微粒子や薄層の酸化タングステンがレーザ加熱法や化学気相成長法あるいは電着法によって合成されている。
【０００３】
また一次元のマイクロメートルサイズの酸化タングステンを合成する方法もいくつか提案されており、部分的にＳｉＯ2で覆われたタングステン薄膜をＡｒ雰囲気中において１６００℃で加熱する方法や（非特許文献１）、さらには非晶質の酸化タングステン粉末をＡｒ雰囲気中で１０００℃に加熱してＷＯ2−ＷＯ3混合物のナノロッドを合成するといったことも行われている（非特許文献２）。
【０００４】
このような状況の中、発明者等はこれまでに、空気雰囲気下でタングステンフィラメントを加熱して酸化タングステンのナノロッドを製造する方法を提案している(特願２００２−３３８６４１)。
【０００５】
しかしながら、エレクトロクロミックデバイスのウィンドウ、光学デバイス、ガスセンサー、超伝導材料、触媒等として有用な、一次元の酸化タングステンナノワイヤーを製造するのに適した方法として確立された方法はこれまで見出されていなかった。
【０００６】
【非特許文献１】
Yan Qiu Zhu、Weibing Hu、Wen Kuang Hsu他、“Tungsten oxide tree-like structures”、Chemical Physics Letters、Vol.309、pp.327-334、1999年
【非特許文献２】
Yu Koltyoin、S.I.NikitenkoおよびA.Gedanken、“The sonochemical preparation of tungsten oxide nanoparticles”、Journal of Materials Chemistry、Vol.12、pp.1107-1110、2002年
この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、エレクトロクロミックデバイスのウィンドウ、光学デバイス、ガスセンサー、超伝導材料、触媒等として有用な一次元の酸化タングステンナノワイヤーを簡便かつ確実に製造できる酸化タングステンナノワイヤーの製造方法を提供することを課題としている。
【０００７】
【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、まず第１には、酸化ホウ素で覆われたタングステン線を不活性ガス雰囲気中において１５００℃以上１７００℃以下の高温で酸化反応させることを特徴とする酸化タングステンナノワイヤーの製造方法を提供する。
【０００８】
第２には、この出願の発明は、上記の発明において、酸化反応後に、酸化反応温度よりも低温で加熱することにより酸化ホウ素を除去することを特徴とする酸化タングステンナノワイヤーの製造方法を提供し、第３には、酸化ホウ素で覆われたタングステン線をあらかじめ空気中で６００±２０℃の温度で熱処理し、酸化ホウ素を融解させておくことを特徴とする酸化タングステンナノワイヤーの製造方法を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１０】
この出願の発明の酸化タングステンナノワイヤーの製造方法は、酸化ホウ素で覆われたタングステン線を不活性ガス雰囲気中において１５００℃以上１７００℃以下の高温で酸化反応させることを特徴としている。
【００１１】
不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウムあるいはそれらの混合ガス等を用いることができ、さらにそれらガスの気流中において酸化反応させることがより好ましい。
【００１２】
また１５００℃以上１７００℃以下で酸化ホウ素で覆われたタングステン線を酸化反応させるのであるが、１５００℃以下あるいは１７００℃以上である場合にも１５００℃以上１７００℃以下の範囲からのずれが２０℃以内であれば測定上の許容範囲とみなすことができる。
【００１３】
そして酸化反応後に、さらに酸化反応温度よりも低温で加熱することにより、酸化ホウ素を完全に除去することができ、純粋な一次元の酸化タングステンナノワイヤーを得ることができるのである。また、酸化ホウ素で覆われたタングステン線をあらかじめ空気中においておよそ６００℃の温度で熱処理し、酸化ホウ素を融解させておくことで酸化ホウ素とタングステン線を確実に酸化反応させることができる。なお、“およそ６００℃”とは、熱処理の温度が６００℃近傍であればよいことを示しており、具体的には６００℃から±２０℃以内は許容範囲と見なすことができる。
【００１４】
なお、この出願の製造方法においては、酸化タングステンナノワイヤーは以下のような化学反応により形成されているものと考えられる。
【００１５】
Ｗ ＋ ２Ｂ2Ｏ3 → ＷＯ2 ＋ ２Ｂ2Ｏ2 （１）
この出願の発明の酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）を用いた酸化タングステンナノワイヤーの製造方法は、前述したようなＳｉＯ2を用いた酸化タングステンの製造方法などに比べて酸化タングステンナノワイヤーを成長させるのに適しているといえる。それというのも酸化ホウ素は低い融点を有しかつ溶融した状態での粘度が高いという特徴を有しているからであり、溶融することで酸化ホウ素のガラス状の膜がタングステン線の表面を覆うため、酸化タングステンナノワイヤーの成長として適した気相−固相成長を提供することができるのである。また酸化ホウ素には強い溶解力と流動作用があるため（１）のような金属化合物の変化が容易に行われると考えられる。
【００１６】
上記のような方法を用いることによって、エレクトロクロミックデバイスのウィンドウ、光学デバイス、ガスセンサー、超伝導材料、触媒等として有用な一次元の酸化タングステンナノワイヤーを、非常に簡便かつ確実に製造することができるのである。
【００１７】
以下、添付した図面に沿って実施例を示し、この出願の発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００１８】
【実施例】
＜実施例１＞
この出願の発明の製造方法により一次元の酸化タングステンナノワイヤーを製造した。
【００１９】
まず、酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）を部分的にまぶした細いタングステン線を透過型電子顕微鏡用のホルダーに取り付け、このタングステン線を直流電源供給装置につなぎ、空気中で６００℃に加熱した。このようにすることで酸化ホウ素の粉末がタングステン線の表面で融解した。そして室温まで冷却すると酸化ホウ素はガラス状になった。
【００２０】
次いでそのホルダーを真空容器に移し、０．０４Ｐａの圧力のもとで窒素ガスを流しながらタングステン線を１５分間、１６００℃で加熱した。そしてその後３０分間温度を１２００℃に保ち、タングステン線表面についている未反応の酸化ホウ素を蒸発させて除去した。
【００２１】
そして室温に冷却後、Ｘ線エネルギー拡散スペクトロメータを取り付けた高分解能透過型電子顕微鏡の中にそのホルダーを挿入し生成物の観察と化学組成の分析を行った。
【００２２】
透過型電子顕微鏡で観察して得られた生成物の代表的な像を図１に示す。この生成物は直径が１０〜３０ｎｍであって、長さが３μｍの酸化タングステンナノワイヤーであり、その断面は多角形であった。
【００２３】
次に、得られた生成物のＸ線エネルギー拡散スペクトルを図２に示す。同図より、生成されたナノワイヤーの化学組成は、Ｏ／Ｗ（原子の割合）が２．３±０．３の酸化タングステンであることが分かった。
【００２４】
この値はＸ線エネルギー拡散スペクトロメータの誤差を含んでいるのでさらに高分解能透過型電子顕微鏡での観察と電子線回折パターンを詳細に調べた結果、単斜晶系のＷＯ2であることが分かった。
【００２５】
【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、エレクトロクロミックデバイスのウィンドウ、光学デバイス、ガスセンサー、超伝導材料、触媒等として有用な一次元の酸化タングステンナノワイヤーを非常に簡便かつ確実に製造することのできる酸化タングステンナノワイヤーの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の方法により製造した酸化タングステンナノワイヤーの透過型電子顕微鏡像の写真である。
【図２】この出願の発明の製造方法により製造した酸化タングステンナノワイヤーのＸ線エネルギー拡散スペクトルを例示したグラフである。
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、酸化タングステンナノワイヤー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、一次元の酸化タングステンナノワイヤーを簡便かつ確実に製造することのできる酸化タングステンナノワイヤーの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
近年、酸化タングステンは情報ディスプレイの電極材料やリチウム電池などへの応用が期待されており、これまで一次元でない微粒子や薄層の酸化タングステンがレーザ加熱法や化学気相成長法あるいは電着法によって合成されている。
【０００３】
また一次元のマイクロメートルサイズの酸化タングステンを合成する方法もいくつか提案されており、部分的にＳｉＯ2で覆われたタングステン薄膜をＡｒ雰囲気中において１６００℃で加熱する方法や（非特許文献１）、さらには非晶質の酸化タングステン粉末をＡｒ雰囲気中で１０００℃に加熱してＷＯ2−ＷＯ3混合物のナノロッドを合成するといったことも行われている（非特許文献２）。
【０００４】
このような状況の中、発明者等はこれまでに、空気雰囲気下でタングステンフィラメントを加熱して酸化タングステンのナノロッドを製造する方法を提案している(特願２００２−３３８６４１)。
【０００５】
しかしながら、エレクトロクロミックデバイスのウィンドウ、光学デバイス、ガスセンサー、超伝導材料、触媒等として有用な、一次元の酸化タングステンナノワイヤーを製造するのに適した方法として確立された方法はこれまで見出されていなかった。
【０００６】
【非特許文献１】
Yan Qiu Zhu、Weibing Hu、Wen Kuang Hsu他、“Tungsten oxide tree-like structures”、Chemical Physics Letters、Vol.309、pp.327-334、1999年
【非特許文献２】
Yu Koltyoin、S.I.NikitenkoおよびA.Gedanken、“The sonochemical preparation of tungsten oxide nanoparticles”、Journal of Materials Chemistry、Vol.12、pp.1107-1110、2002年
この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、エレクトロクロミックデバイスのウィンドウ、光学デバイス、ガスセンサー、超伝導材料、触媒等として有用な一次元の酸化タングステンナノワイヤーを簡便かつ確実に製造できる酸化タングステンナノワイヤーの製造方法を提供することを課題としている。
【０００７】
【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、まず第１には、酸化ホウ素で覆われたタングステン線を不活性ガス雰囲気中において１５００℃以上１７００℃以下の高温で酸化反応させることを特徴とする酸化タングステンナノワイヤーの製造方法を提供する。
【０００８】
第２には、この出願の発明は、上記の発明において、酸化反応後に、酸化反応温度よりも低温で加熱することにより酸化ホウ素を除去することを特徴とする酸化タングステンナノワイヤーの製造方法を提供し、第３には、酸化ホウ素で覆われたタングステン線をあらかじめ空気中で６００±２０℃の温度で熱処理し、酸化ホウ素を融解させておくことを特徴とする酸化タングステンナノワイヤーの製造方法を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１０】
この出願の発明の酸化タングステンナノワイヤーの製造方法は、酸化ホウ素で覆われたタングステン線を不活性ガス雰囲気中において１５００℃以上１７００℃以下の高温で酸化反応させることを特徴としている。
【００１１】
不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウムあるいはそれらの混合ガス等を用いることができ、さらにそれらガスの気流中において酸化反応させることがより好ましい。
【００１２】
また１５００℃以上１７００℃以下で酸化ホウ素で覆われたタングステン線を酸化反応させるのであるが、１５００℃以下あるいは１７００℃以上である場合にも１５００℃以上１７００℃以下の範囲からのずれが２０℃以内であれば測定上の許容範囲とみなすことができる。
【００１３】
そして酸化反応後に、さらに酸化反応温度よりも低温で加熱することにより、酸化ホウ素を完全に除去することができ、純粋な一次元の酸化タングステンナノワイヤーを得ることができるのである。また、酸化ホウ素で覆われたタングステン線をあらかじめ空気中においておよそ６００℃の温度で熱処理し、酸化ホウ素を融解させておくことで酸化ホウ素とタングステン線を確実に酸化反応させることができる。なお、“およそ６００℃”とは、熱処理の温度が６００℃近傍であればよいことを示しており、具体的には６００℃から±２０℃以内は許容範囲と見なすことができる。
【００１４】
なお、この出願の製造方法においては、酸化タングステンナノワイヤーは以下のような化学反応により形成されているものと考えられる。
【００１５】
Ｗ ＋ ２Ｂ2Ｏ3 → ＷＯ2 ＋ ２Ｂ2Ｏ2 （１）
この出願の発明の酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）を用いた酸化タングステンナノワイヤーの製造方法は、前述したようなＳｉＯ2を用いた酸化タングステンの製造方法などに比べて酸化タングステンナノワイヤーを成長させるのに適しているといえる。それというのも酸化ホウ素は低い融点を有しかつ溶融した状態での粘度が高いという特徴を有しているからであり、溶融することで酸化ホウ素のガラス状の膜がタングステン線の表面を覆うため、酸化タングステンナノワイヤーの成長として適した気相−固相成長を提供することができるのである。また酸化ホウ素には強い溶解力と流動作用があるため（１）のような金属化合物の変化が容易に行われると考えられる。
【００１６】
上記のような方法を用いることによって、エレクトロクロミックデバイスのウィンドウ、光学デバイス、ガスセンサー、超伝導材料、触媒等として有用な一次元の酸化タングステンナノワイヤーを、非常に簡便かつ確実に製造することができるのである。
【００１７】
以下、添付した図面に沿って実施例を示し、この出願の発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００１８】
【実施例】
＜実施例１＞
この出願の発明の製造方法により一次元の酸化タングステンナノワイヤーを製造した。
【００１９】
まず、酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）を部分的にまぶした細いタングステン線を透過型電子顕微鏡用のホルダーに取り付け、このタングステン線を直流電源供給装置につなぎ、空気中で６００℃に加熱した。このようにすることで酸化ホウ素の粉末がタングステン線の表面で融解した。そして室温まで冷却すると酸化ホウ素はガラス状になった。
【００２０】
次いでそのホルダーを真空容器に移し、０．０４Ｐａの圧力のもとで窒素ガスを流しながらタングステン線を１５分間、１６００℃で加熱した。そしてその後３０分間温度を１２００℃に保ち、タングステン線表面についている未反応の酸化ホウ素を蒸発させて除去した。
【００２１】
そして室温に冷却後、Ｘ線エネルギー拡散スペクトロメータを取り付けた高分解能透過型電子顕微鏡の中にそのホルダーを挿入し生成物の観察と化学組成の分析を行った。
【００２２】
透過型電子顕微鏡で観察して得られた生成物の代表的な像を図１に示す。この生成物は直径が１０〜３０ｎｍであって、長さが３μｍの酸化タングステンナノワイヤーであり、その断面は多角形であった。
【００２３】
次に、得られた生成物のＸ線エネルギー拡散スペクトルを図２に示す。同図より、生成されたナノワイヤーの化学組成は、Ｏ／Ｗ（原子の割合）が２．３±０．３の酸化タングステンであることが分かった。
【００２４】
この値はＸ線エネルギー拡散スペクトロメータの誤差を含んでいるのでさらに高分解能透過型電子顕微鏡での観察と電子線回折パターンを詳細に調べた結果、単斜晶系のＷＯ2であることが分かった。
【００２５】
【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、エレクトロクロミックデバイスのウィンドウ、光学デバイス、ガスセンサー、超伝導材料、触媒等として有用な一次元の酸化タングステンナノワイヤーを非常に簡便かつ確実に製造することのできる酸化タングステンナノワイヤーの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の方法により製造した酸化タングステンナノワイヤーの透過型電子顕微鏡像の写真である。
【図２】この出願の発明の製造方法により製造した酸化タングステンナノワイヤーのＸ線エネルギー拡散スペクトルを例示したグラフである。
Claims (3)
- 酸化ホウ素で覆われたタングステン線を不活性ガス雰囲気中において１５００℃以上１７００℃以下の高温で酸化反応させることを特徴とする酸化タングステンナノワイヤーの製造方法。
- 酸化反応後に、酸化反応温度よりも低温で加熱することにより酸化ホウ素を除去することを特徴とする請求項１記載の酸化タングステンナノワイヤーの製造方法。
- 酸化ホウ素で覆われたタングステン線をあらかじめ空気中で６００±２０℃の温度で熱処理し、酸化ホウ素を融解させておくことを特徴とする請求項１または２記載の酸化タングステンナノワイヤーの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002379624A JP3924614B2 (ja) | 2002-12-27 | 2002-12-27 | 酸化タングステンナノワイヤーの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002379624A JP3924614B2 (ja) | 2002-12-27 | 2002-12-27 | 酸化タングステンナノワイヤーの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004210563A JP2004210563A (ja) | 2004-07-29 |
| JP3924614B2 true JP3924614B2 (ja) | 2007-06-06 |
Family
ID=32816074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002379624A Expired - Lifetime JP3924614B2 (ja) | 2002-12-27 | 2002-12-27 | 酸化タングステンナノワイヤーの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3924614B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2049436B1 (en) * | 2006-08-11 | 2012-10-17 | Agency for Science, Technology and Research | Nanowire sensor, nanowire sensor array and method of fabricating the same |
-
2002
- 2002-12-27 JP JP2002379624A patent/JP3924614B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004210563A (ja) | 2004-07-29 |
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