JP3986818B2

JP3986818B2 - Method for producing boron nitride nanostructure

Info

Publication number: JP3986818B2
Application number: JP2001388122A
Authority: JP
Inventors: 健夫奥; 一人成田
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2021-12-20
Also published as: JP2003192314A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化ホウ素ナノチューブ、ナノコーンなどの窒化ホウ素系ナノ構造物の新規な製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
窒素・ホウ素の６員環ネットが円筒状となった窒化ホウ素ナノチューブ（以下、ＢＮナノチューブと称する）は、カーボンナノチューブと比較して耐熱性に優れ、絶縁性が高く、また高強度であることが知られており、例えば、水素貯蔵材料や半導体材料としての利用が期待されている。
【０００３】
ＢＮナノチューブは、１９９５年にChopraらによりアーク放電法を用いて初めて合成された物質である（N.G.Chopra, R.J.Luyken, K.Cherrey, V.H.Crespi, M.L.Cohen, S.G.Louie and A.Zettl: Science 269,p66-(1995)）。より具体的には、Chopraらは、タングステンチューブにｈ-ＢＮ（六方晶ＢＮ）粉末を詰めた複合陽極を用い、ヘリウムガス（圧力650Torrすなわち約8.65×10⁴Pa）中にてアーク放電（放電電圧30V,アーク電流50A〜150A）を行うことでＢＮ粉末を気化させ、カソードである銅電極上に堆積する煤としてＢＮナノチューブを得ている。
【０００４】
同様に、Terronesらは、タンタルチューブにＢＮ粉末（窒化ホウ素粉末）を詰めた複合陽極を用い、窒素ガス中でアーク放電を行うことで、ＢＮナノチューブの合成に成功している（M.Terrones et al.:Chem. Phys. Lett. 259, p68-(1996)）。その他、アーク放電法を用いたＢＮナノチューブの合成法として、ＨｆＢ₂をロッド状電極（陽極）に成形し、窒素ガス中でのアーク放電を行うことでＨｆＢ₂を気化させる方法(A.Loiseau, F.Willaime, N.Demoncy, G.Hug, H.Pascard:Phys. Rev. Lett.76, p4737-(1996))や、２）ＺｒＢ₂を成形したロッド状電極（陽極）を用いて、アーク放電を行う方法(M.Terauchi, M.Tanaka, T.Matsumoto, Y.Saito:Journal of Electron Microscopy 47, p319(1998))が既に開発されている。
【０００５】
また、アーク放電以外にＢＮナノチューブの成長が観察された例として、高圧窒素ガス雰囲気（５〜１５ＧＰａ）において、ｃ-ＢＮ（立方晶ＢＮ）の単結晶平板をレーザ加熱する方法(D.P.Yu, X.S.Sun, C.S.Lee, I.Bello, S.T.Lee, H.D.Gu, K.M.Leung, G.W.Zhou, Z.F.Dong, Z.Zhang:Appl.Phys.Lett.72, p16(1998))や、ｈ-ＢＮるつぼに入れた非晶質ホウ素を、窒素ガス雰囲気下で加熱する方法(G.W.Zhou, Z.Zhang, Z.G.Bai, D.P.Yu:Solid State Commun.109, p555(1999))などが挙げられる。
【０００６】
さらに、カーボンナノチューブとＢ₂Ｏ₃とを窒素ガス雰囲気下で加熱することで、カーボンナノチューブをＢＮナノチューブに置換する方法も開発されている（特開2000-109306号公報）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、アーク放電法を用いたＢＮナノチューブの製造方法では、窒素化合物またはホウ素化合物（ホウ化物）を均一に含んでなる陽極を作製するという複雑な工程が必要であり、手間がかかるうえコスト高を招来することとなる。また、反応条件の制御が複雑であるため、ＢＮナノチューブの製造に特化したアーク放電装置が必要となる。さらに、ＢＮナノチューブの生成率が比較的低いなどの課題を有する。
【０００８】
また、ｃ-ＢＮの単結晶平板をレーザ加熱する方法や、非晶質ホウ素を窒素ガス雰囲気下で加熱する方法でも、ＢＮナノチューブの生成率が比較的低いなどの課題を有する。
【０００９】
一方、特開2000-109306号公報に記載のＢＮナノチューブの製造方法では、カーボンナノチューブの骨格を利用し、その組成をＣ（炭素）からＢＮに置換する反応を利用するので、アーク放電法などと比較してＢＮナノチューブの生成率が著しく高くなる。しかしながら、カーボンナノチューブを合成する工程を余分に必要とし、手間がかかるうえにコスト高を招来することとなる。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、ＢＮナノチューブなどの窒化ホウ素系ナノ構造物を、安価、容易かつ高生成率で製造可能な方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願発明者等は、窒化ホウ素系ナノ構造物の新規な製造方法について鋭意検討した。その結果、適切な組成のホウ素含有材料を溶解することで、ＢＮナノチューブなどの窒化ホウ素系ナノ構造物を、安価、容易かつ高生成率で製造可能となることを見出し、本願発明を完成させるに至った。
【００１２】
すなわち、本発明にかかる窒化ホウ素系ナノ構造物の製造方法は、上記の課題を解決するために、イットリウム、ニオブおよびジルコニウムからなる群より選択される１種以上の元素とホウ素とを含むホウ素含有材料を、窒素の存在下で溶解する工程を含んでなることを特徴としている。
【００１３】
本発明にかかる窒化ホウ素系ナノ構造物の製造方法では、上記ホウ素含有材料の溶解を、アーク溶解により行うことがより好ましく、上記ホウ素含有材料にアークで直接通電することで、当該ホウ素含有材料を溶解することがさらに好ましい。
【００１４】
本発明にかかる窒化ホウ素系ナノ構造物の製造方法では、上記ホウ素含有材料が、ＹＢ₆、ＮｂＢ₂、ＺｒＢ₂から選択される１種以上の化合物を含んでなることがより好ましい。
【００１５】
本発明にかかる窒化ホウ素系ナノ構造物の製造方法では、１種以上の８族遷移金属の存在下で、上記ホウ素含有材料を溶解することがより好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施の形態について図面に基づいて説明すれぱ、以下のとおりである。なお、本発明の権利範囲は、特にこの実施の形態の記載のみに限定されるものではない。
【００１７】
本発明にかかる窒化ホウ素系ナノ構造物の新規な製造方法は、後述するホウ素含有材料を、窒素の存在下で溶解する工程を含んでなる方法である。この方法を採用すれば、安価、容易かつ極めて高い収率で窒化ホウ素系ナノ構造物を大量生成可能となる（実施例参照）。この理由は必ずしも定かではないが、ホウ素含有材料に含まれるイットリウム（Ｙ）、ニオブ（Ｎｂ）、またはジルコニウム（Ｚｒ）とホウ素との間で化合物を生成する際の生成エンタルピーが極めて小さい（すなわちこの化合物の反応性が高い）ため、ホウ素と、Ｙ、Ｎｂ、またはＺｒとを共存させることで特異な触媒活性が生じるためと考えられる。
加えて、通常のアーク放電法のようにホウ素含有材料を瞬時に気化させる方法では、ホウ素含有材料の加熱から冷却にいたる時間（反応可能な時間）は数秒以下と考えられるが、本発明にかかる製造方法では、ホウ素含有材料を溶解させることで反応可能な時間がより長時間持続する。このため、窒化ホウ素系ナノ構造物の収率がより高くなり、またその結晶粒をより大きく成長させることができると考えられる。さらに、ホウ素含有材料として粉末状のものも使用可能となる。以下、本発明についてより詳細に説明する。
【００１８】
本発明において「窒化ホウ素系ナノ構造物」とは、窒素とホウ素との結合により生じた網目構造（ネット）を基本骨格とする、ナノチューブ、ナノコーン、ナノケージ、ナノカプセル、ナノチャプレット、フラーレンなどのナノスケール構造物を指す。これらナノスケール構造物は、単層構造であっても複層構造であってもよい。また、基本骨格の一部が、窒素やホウ素以外の原子、例えば炭素原子（Ｃ）や酸素原子（Ｏ）などで置換されていてもよく、あるいは、窒素（Ｎ）やホウ素（Ｂ）以外の原子（例えば、イットリウム、ニオブ、ジルコニウムまたは８族遷移金属など）または当該原子を含む化合物（例えば、ホウ化物、窒化物など）の少なくとも一つを内包するものであってもよい。
【００１９】
本発明において上記「ホウ素含有材料」とは、イットリウム、ニオブおよびジルコニウムからなる群より選択される１種以上の元素（必須金属ａと称する）とホウ素とを含む混合物、あるいは化合物を指す。
【００２０】
化合物としてのホウ素含有材料は、必須金属ａのホウ化物（常温・常圧で固形物）であれば特に限定されないが、具体的には例えば、ＹＢ₆、ＮｂＢ₂、ＺｒＢ₂が特に好適なものとして例示される。一方、混合物としてのホウ素含有材料は、必須金属ａの単体または化合物の何れかと、ホウ素単体またはホウ化物の何れかとを含む混合物（常温・常圧で固形物）であれば特に限定されない。例えば、ホウ素の対必須金属ａ比を大きくするために、必須金属ａのホウ化物とホウ素単体とを混合した混合物なども、上記ホウ素含有材料の範疇に含まれる。また、いうまでもないが、これらホウ素含有材料は一種のみを使用してもよく、あるいは複数種を併用してもよい。
【００２１】
ホウ素含有材料における必須金属Ａとホウ素との含有比率は特に限定されるものではないが、窒化ホウ素系ナノ構造物の生成率が特に良好となる観点から、原子比率（必須金属ａ：Ｂ）で１０：１〜１：１００の範囲内であることがより好ましく、１：１〜１：１０の範囲内であることがさらに好ましい。
【００２２】
また、上記ホウ素含有材料の形状は特に限定されるものではないが、その溶解を均一かつ容易に行うために、平均粒径０．００１μｍ〜１０００μｍの範囲内にある粉末状とすることがより好ましく、０．０１μｍ〜１０μｍの範囲内にある粉末状とすることがさらに好ましい。なお、粉末状のホウ素含有材料は、成形して固形状（ペレット状）としてもよい。
【００２３】
本発明において「窒素」とは、窒化物あるいは窒素単体のかたちで上記ホウ素含有材料に対して供給される。「窒素」の種類および態は特に限定されるものではないが、供給容易であるという観点からアンモニアガスや窒素ガスなどの窒素系ガス、特に中性、還元性の窒素系ガスがより好ましく、さらに、反応不要物を含まず、安価かつ安全性が高いという観点から窒素ガスが特に好ましい。なお、上記ホウ素含有材料が分子状窒素または窒化物を含む場合には、「窒素」が当該ホウ素含有材料から供給されるようにしてもよい。
【００２４】
なお、上記「窒素」の供給量は特に限定されるものではないが、窒化ホウ素系ナノ構造物の生成率が特に良好となる観点から、ホウ素との原子比率（窒素：ホウ素）が１０：１以上となるように供給することがより好ましく、１：１以上となるように供給することがさらに好ましい。
【００２５】
本発明にかかる窒化ホウ素系ナノ構造物は、上記説明のホウ素含有材料を、上記「窒素」の存在下で溶解する工程（溶解工程）をへて製造される。ホウ素含有材料を溶解する温度は、当該ホウ素含有材料が液体状（液相）となる温度、すなわちその融点以上であれば特に限定されるものではない。ただし、ホウ素含有材料がＹＢ₆、ＮｂＢ₂、ＺｒＢ₂の何れかである場合には、窒素との反応促進という理由から、溶解工程時の温度の下限値は３３００度以上であることがより好ましく、３５００度以上であることがさらに好ましい。
【００２６】
上記溶解工程は、ニッケル（Ｎｉ），パラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ），コバルト（Ｃｏ），ロジウム（Ｒｈ），イリジウム（Ｉｒ），鉄（Ｆｅ），ルテニウム（Ｒｕ），オスミウム（Ｏｓ）からなる群より選択される１種以上の８族遷移金属の存在下で、行うことがより好ましい。これら、８族遷移金属は、窒化ホウ素系ナノ構造物の生成反応（主にホウ素と窒素ガスとの反応）を促進する良好な金属触媒として機能すると考えられる。また、これら８族遷移金属を添加することで、反応条件によっては、異なる構成の窒化ホウ素系ナノ構造物を得ることができる。
【００２７】
上記８族遷移金属を使用する場合、その使用量は特に限定されるものではないが、ホウ素含有材料中に含まれるホウ素との原子比（８族遷移金属：ホウ素）が、１０：１〜１：１００の範囲内であることがより好ましく、１：１〜１：１００の範囲内であることがさらに好ましい。また、使用される８族遷移金属は、単体であっても化合物であってもよく、さらに、当該８族遷移金属が粉体状として使用される場合の粒系なども特に限定されるものではない。
【００２８】
上記溶解工程に引き続き、反応系を冷却する工程（冷却工程）が行われ、本発明にかかる窒化ホウ素系ナノ構造物が製造される。冷却工程は、特に冷却源を用いた強制冷却である必要はなく、溶解工程後に反応系を放置して、例えば、室温程度にまで自然に冷却するのを待ってもよい。
【００２９】
窒化ホウ素系ナノ構造物が生成したか否か、及びその組成の確認は、例えば、エックス線分光解析（ＥＤＸ）による解析（組成分析法）や、高分解能電子顕微鏡（ＨＲＥＭ）による格子像観察および電子回折解析、などの従来公知の方法により行えばよい。
【００３０】
窒化ホウ素系ナノ構造物は、類似した構造をもつカーボンナノ構造物と比較して、化学的に安定かつ機械的に強靭であることが知られている。よって、本発明にて得られた窒化ホウ素系ナノ構造物は、例えば、エミッタ材料、耐熱性材料、高強度材料、ガス貯蔵材料、などとしてカーボンナノ構造物より好適に使用される。なお、水素ガス、アルゴンガスなどのガスを、ナノ構造物に貯蔵させる工程は加圧条件下で行われるため、ナノ構造物をガス貯蔵材料として利用する際に、その機械的強靭性は重要となる。また、半導体としての窒化ホウ素系ナノ構造物は、カーボンナノ構造物と比較してバンドギャップが広い、化学的に安定、直径のサイズやヘリシティの有無によらず半導体特性がほぼ変化しない、などの特性を有するため、本発明にて得られる窒化ホウ素系ナノ構造物を半導体材料として利用する利点も大きい。その他、本発明にて得られる窒化ホウ素系ナノ構造物を、ナノケーブル用被覆材などの絶縁性材料、あるいは触媒として利用してもよい。
【００３１】
なお、上記したホウ素含有材料の溶解工程は、特に好ましくはアーク溶解法により行われる。アーク溶解法とは、アークによって発生する熱により上記ホウ素含有材料を加熱し溶解する方法であり、溶解工程に必要な高温条件を用意し易く、かつ条件制御が比較的容易である、などの利点を有する。アーク溶解法の種類は、直流アークによる方法、交流アークによる方法の何れでもよく、一般には制御の容易さや生成物回収の容易さから、直流アークによる方法がより好適に採用される。また、ホウ素含有材料に対してアークによる直接通電を行い溶解してもよく（直接式）、電極間に生じたアークを用いてホウ素含有材料を間接的に加熱、溶解してもよい（間接式）。電極を対に設ける必要がなくアーク溶解炉の構成が簡易となることや、電力の利用効率の観点などから、上記直接式がより好適に採用される。
【００３２】
アーク溶解を行う工程におけるアーク電圧、アーク電流、アーク時間などのアーク条件は、上記ホウ素含有材料の溶解、および窒化ホウ素系ナノ構造体の生成が可能な限り特に限定されるものではないが、例えば、上記直接式の場合には、アーク電圧は５０Ｖ〜３００Ｖの範囲内であることがより好ましく、アーク電流は５０Ａ〜３００Ａの範囲内であることがより好ましく、また、アーク時間は１秒〜１０００秒の範囲内であることがより好ましい。
【００３３】
また、アーク溶解を行う工程における気圧条件はアークの発生が可能な限りにおいて特に限定されるものではないが、一般には真空に近い条件で行うことがより好ましい。アーク溶解に際しては、原料となる窒素ガスと、必要に応じて同伴させる、アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガスなどの不活性ガスとが、原料ガスとして一般に使用される。この原料ガスの全圧は特に限定されるものではないが、真空に近いアーク溶解条件の実現のためには、０．５ＭＰａ以下であることがより好ましく、０．１ＭＰａ以下であることがさらに好ましい。
【００３４】
また、アーク溶解において上記「窒素」を窒素系ガスとして供給する場合、全ガスに占める窒素系ガスの割合（体積％）は、反応必要量を供給する限りにおいて特に限定されるものではない。ただし、窒化ホウ素系ナノ構造物の生成率向上の観点から、上記割合の下限値が２０％以上であることがより好ましく、４０％以上であることがさらに好ましく、４５％以上であることが特に好ましい。また、アーク放電電圧（アーク電圧と同義）が工業的に好適な範囲となりスムーズな放電が容易となる観点から、上記割合の上限値が８０％以下であることがより好ましく、６０％以下であることがさらに好ましく、５５％以下であることが特に好ましい。
【００３５】
上記直接式のアーク溶解を行うためのアーク溶解炉の要部は、図１にその断面を示すように、例えばタングステン（Ｗ）などからなる電極１と、ホウ素含有材料を含むペレット２を載置する銅ハース（炉床）３と、を含む真空室４を備えてなる。真空室４にはさらに、内部の真空度を調整するための真空ポンプや真空バルブ、上記窒素ガス・不活性ガスなどの気体を内部に導入するための気体導入路、電気回路系統などが接続されるが、これらは図示しない。なお、このような構成を備えたアーク溶解炉は、例えば、金属溶解用のアーク溶解炉として既に公知であり、詳細な説明は省略する。
【００３６】
【実施例】
以下、図面を用い、実施例１〜３および比較例１〜２に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は、特に以下の実施例の記載のみに限定されるものではない。
【００３７】
〔実施例１〕
ホウ素含有材料であるＹＢ₆粉末（純度９９．６％、粒径３〜６μｍ、高純度化学研究所製）３ｇのアーク溶解を、日新技研株式会社製の超小型真空アーク溶解炉（製品番号：ＮＥＶ−ＡＤ０３）を用いて、以下の要領で行った。なお、上記超小型真空アーク溶解炉の要部構造は、図１に示す通りである。
【００３８】
まず、アーク溶解炉が備える銅ハース３上に上記ＹＢ₆粉末を載置し、真空室４の内部を１０^-3Ｐａまで減圧した。ついで、アルゴンガス（分圧０．０２５ＭＰａ）と窒素ガス（分圧０．０２５ＭＰａ）との混合気体を、真空室４の内部に導入し、アーク電圧２００Ｖ、アーク電流１２５Ａ、時間１０秒のアーク溶解条件でアーク溶解を行った（アーク溶解工程）。次いで、真空室４の内部が室温と同等となるまで放置し（冷却工程）、銅ハース３上に白色〜灰白色の粉末（窒化ホウ素系ナノ構造物）１０ｍｇを得た。
【００３９】
生成した粉末の組成は、Ｒ−ＴＥＭ（ＥＤＡＸ社製の商品名）を用いたエックス線分光解析（ＥＤＸ）により、また、該粉末の構造解析は、透過型高分解能電子顕微鏡（ＨＲＥＭ）ＪＥＭ−３０００Ｆ（日本電子株式会社製の商品名）により行った。図２にはエックス線分光解析の結果を、図３（ａ）〜（ｃ）および図４（ａ）〜（ｃ）にはＪＥＭ−３０００Ｆの観察結果を示す。図２に示すように、生成した粉末は、窒素およびホウ素を主組成分とし、他にイットリウム（ＹＢ₆粉末に由来）、銅（銅ハース３またはＨＲＥＭ試料メッシュに由来）、並びに酸素を副組成分として含んでいた。また、ホウ素（Ｂ）、窒素（Ｎ）のピークは何れもシャープであり、得られた窒化ホウ素系ナノ構造物の原子組成（Ｂ：Ｎ）はほぼ１：１であると測定された。さらに、図３（ａ）〜（ｃ）および図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、生成した粉末は複層のナノチューブ構造（窒化ホウ素系ナノ構造物）を構成していることが確認された。
【００４０】
また、窒化ホウ素系ナノ構造物の生成率（窒化ホウ素系ナノ構造物の生成量（ｍｇ）／採取した粉末量（１０ｍｇ）×１００（％））を算出したところ９０％と極めて高くなることが確認された。
【００４１】
〔実施例２〕
ＹＢ₆粉末３ｇに代えて、ホウ素含有材料であるＮｂＢ₂粉末（純度９９％、粒径約５μｍ、高純度化学研究所製）３ｇを用いた以外は、上記実施例１の記載に従ってアーク溶解工程および冷却工程を行い、銅ハース３上に白色〜灰白色の粉末（窒化ホウ素系ナノ構造物）１０ｍｇを得た。
【００４２】
生成した粉末の構造解析は、透過型高分解能電子顕微鏡（ＨＲＥＭ）ＪＥＭ−３０００Ｆ（日本電子株式会社製の商品名）により行った。図５（ａ）にはＪＥＭ−３０００Ｆの観察結果を、図５（ｂ）には図５（ａ）中の丸囲み個所を拡大した観察結果を示す。該図に示すように、生成した粉末は複層のナノチューブ構造（窒化ホウ素系ナノ構造物）を構成していることが確認された。
【００４３】
また、窒化ホウ素系ナノ構造物の生成率（窒化ホウ素系ナノ構造物の生成量（ｍｇ）／採取した粉末量（１０ｍｇ）×１００（％））を算出したところ８０％と極めて高くなることが確認された。
【００４４】
〔実施例３〕
ホウ素含有材料であるＹＢ₆粉末（純度９９．６％、粒径３〜６μｍ、高純度化学研究所製）と、Ｎｉ粉末（純度９９％、粒径３〜５μｍ、高純度化学研究所製）とを乳鉢で均一に混合し、３ｇの混合粉末を調製した。なお混合粉末中のＹとＮｉとの原子比率は１：１である。次いで、ＹＢ₆粉末に代えて、上記３ｇの混合粉末を用いた以外は、実施例１の記載に従ってアーク溶解工程および冷却工程を行い、銅ハース３上に白色〜灰白色の粉末（窒化ホウ素系ナノ構造物）１０ｍｇを得た。
【００４５】
生成した粉末の構造解析は、透過型高分解能電子顕微鏡（ＨＲＥＭ）ＪＥＭ−３０００Ｆ（日本電子株式会社製の商品名）により行った。図６（ａ）にはＪＥＭ−３０００Ｆの観察結果を、図６（ｂ）には図６（ａ）を拡大した観察結果を示す。該図に示すように、生成した粉末は、ナノチューブ構造物（窒化ホウ素系ナノ構造物）が複数個、束状に集合してなることが確認された。つまり、本実施例で得られたナノチューブ構造物の集合体（窒化ホウ素系ナノ構造物）１２は、図７（ａ）〜（ｃ）に模式的に示すように、ナノチューブ構成物（窒化ホウ素系ナノ構造物）１１が複数個、束状に集合してなる。なお、図７（ａ）〜（ｃ）中、黒丸はホウ素原子を示し、白丸は窒素原子を示す。
【００４６】
また、窒化ホウ素系ナノ構造物の生成率（窒化ホウ素系ナノ構造物の生成量（ｍｇ）／採取した粉末量（１０ｍｇ）×１００（％））を算出したところ約９０％と極めて高くなることが確認された。
【００４７】
〔比較例１〕
ＹＢ₆粉末３ｇに代えて、ＬａＢ₆粉末（純度９９％、粒径約１μｍ、高純度化学研究所製）３ｇを用いた以外は、上記実施例１の記載に従ってアーク溶解工程および冷却工程を行い、銅ハース３上に白色〜灰白色の粉末（窒化ホウ素系ナノ構造物）１０ｍｇを得た。窒化ホウ素系ナノ構造物の生成率（窒化ホウ素系ナノ構造物の生成量（ｍｇ）／採取した粉末量（１０ｍｇ）×１００（％））を算出したところ約１０％と極めて低くなることが確認された。
【００４８】
〔比較例２〕
ＹＢ₆粉末３ｇに代えて、ＶＢ₂粉末（純度９９％、粒径約１００μｍ、高純度化学研究所製）３ｇを用いた以外は、上記実施例１の記載に従ってアーク溶解工程および冷却工程を行った。しかし、銅ハース３上には、少量の窒化ホウ素ナノカプセルを除き窒化ホウ素系ナノ構造物がほとんど生成していなかった。
【００４９】
【発明の効果】
本発明にかかる窒化ホウ素系ナノ構造物の製造方法は、以上のように、イットリウム、ニオブおよびジルコニウムからなる群より選択される１種以上の元素とホウ素とを含むホウ素含有材料を、窒素の存在下で溶解する工程を含んでなる方法である。
【００５０】
上記の方法によれば、窒化ホウ素系ナノ構造物を、安価、容易かつ高生成率で製造可能な方法を提供できるという効果を奏する。
【００５１】
本発明にかかる窒化ホウ素系ナノ構造物の製造方法では、上記の方法において、ホウ素含有材料の溶解を、アーク溶解により行うことがより好ましい。
【００５２】
上記の方法によれば、ホウ素含有材料の溶解工程に必要な高温条件を用意し易く、かつ反応条件の制御が比較的容易となるという効果を加えて奏する。
【００５３】
本発明にかかる窒化ホウ素系ナノ構造物の製造方法では、上記の方法において、ホウ素含有材料が、ＹＢ₆、ＮｂＢ₂、ＺｒＢ₂から選択される１種以上の化合物を含んでなることがより好ましい。
【００５４】
上記の方法によれば、窒化ホウ素系ナノ構造物を、特に高生成率で製造可能な方法を提供できるという効果を加えて奏する。
【００５５】
本発明にかかる窒化ホウ素系ナノ構造物の製造方法では、１種以上の８族遷移金属の存在下で、上記ホウ素含有材料を溶解することがより好ましい。
【００５６】
上記の方法によれば、窒化ホウ素系ナノ構造物の生成反応が促進されるとともに、条件によって異なる構成の窒化ホウ素系ナノ構造物を得ることができるという効果を加えて奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる窒化ホウ素系ナノ構造物の製造方法に用いられる、アーク溶解炉の要部概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例にて得られた窒化ホウ素系ナノ構造物の、エックス線分光解析（ＥＤＸ）の結果を示すチャートである。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施例にて得られた窒化ホウ素系ナノ構造物を、透過型高分解能電子顕微鏡にて構造解析した結果を示す図面である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施例にて得られた窒化ホウ素系ナノ構造物を、透過型高分解能電子顕微鏡にて構造解析した結果を示す図面である。
【図５】（ａ）は、本発明の他の実施例にて得られた窒化ホウ素系ナノ構造物を、透過型高分解能電子顕微鏡にて構造解析した結果を示す図面であり、（ｂ）は、（ａ）中の丸囲み個所を拡大して示す図面である。
【図６】（ａ）〜（ｂ）は、本発明のさらに他の実施例にて得られた窒化ホウ素系ナノ構造物を、透過型高分解能電子顕微鏡にて構造解析した結果を示す図面である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、図６（ａ）・（ｂ）に示す窒化ホウ素系ナノ構造物の立体構造を模式化して示す図面である。
【符号の説明】
２ペレット（ホウ素含有材料）
１１ナノチューブ構成物（窒化ホウ素系ナノ構造物）
１２集合体（窒化ホウ素系ナノ構造物）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel method for producing boron nitride-based nanostructures such as boron nitride nanotubes and nanocones.
[0002]
[Prior art]
Boron nitride nanotubes (hereinafter referred to as BN nanotubes) in which a nitrogen-boron 6-membered ring net is cylindrical are superior in heat resistance, high insulative properties, and high strength compared to carbon nanotubes. For example, it is expected to be used as a hydrogen storage material or a semiconductor material.
[0003]
BN nanotubes are materials first synthesized by Chopra et al. In 1995 using the arc discharge method (NGChopra, RJ Luyken, K. Cherrey, VHCrespi, MLCohen, SGLouie and A. Zetl: Science 269, p66- (1995) ). More specifically, Chopra et al. Used a composite anode in which h-BN (hexagonal BN) powder was packed in a tungsten tube and arc discharge (discharge) in helium gas (pressure 650 Torr or about 8.65 × 10 ⁴ Pa). BN powder is vaporized by performing a voltage of 30 V and an arc current of 50 A to 150 A), and BN nanotubes are obtained as soot deposited on a copper electrode as a cathode.
[0004]
Similarly, Terrones et al. Succeeded in synthesizing BN nanotubes by using a composite anode in which a tantalum tube is filled with BN powder (boron nitride powder) and performing arc discharge in nitrogen gas (M. Terrones et al. al .: Chem. Phys. Lett. 259, p68- (1996)). In addition, as a method for synthesizing BN nanotubes using an arc discharge method, HfB ₂ is formed into a rod-shaped electrode (anode), and arc discharge in nitrogen gas is performed to vaporize HfB ₂ (A.Loiseau, F.Willaime, N.Demoncy, G.Hug, H.Pascard: Phys. Rev. Lett.76, p4737- (1996)) and 2) Arc using a rod-shaped electrode (anode) molded with ZrB ₂ A method of discharging (M. Terauchi, M. Tanaka, T. Matsumoto, Y. Saito: Journal of Electron Microscopy 47, p319 (1998)) has already been developed.
[0005]
In addition to arc discharge, as an example of BN nanotube growth, a method of laser heating a single crystal flat plate of c-BN (cubic BN) in a high-pressure nitrogen gas atmosphere (5 to 15 GPa) (DPYu, XSSun, CSLee, I. Bello, STLee, HDGu, KMLeung, GWZhou, ZFDong, Z. Zhang: Appl. Phys. Lett. 72, p16 (1998)) and amorphous boron in an h-BN crucible. A method of heating in an atmosphere (GWZhou, Z. Zhang, ZGBai, DPYu: Solid State Commun. 109, p555 (1999)) can be mentioned.
[0006]
Furthermore, a method of replacing carbon nanotubes with BN nanotubes by heating the carbon nanotubes and B ₂ O ₃ in a nitrogen gas atmosphere has been developed (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-109306).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the method for producing BN nanotubes using the arc discharge method requires a complicated process of producing an anode uniformly containing a nitrogen compound or a boron compound (boride), which is troublesome and increases the cost. Will be invited. Further, since the control of reaction conditions is complicated, an arc discharge device specialized for the production of BN nanotubes is required. Furthermore, there are problems such as a relatively low generation rate of BN nanotubes.
[0008]
Also, a method of laser heating a single crystal flat plate of c-BN or a method of heating amorphous boron in a nitrogen gas atmosphere has problems such as a relatively low generation rate of BN nanotubes.
[0009]
On the other hand, in the method for producing BN nanotubes described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-109306, the skeleton of carbon nanotubes is used and the reaction of replacing the composition from C (carbon) to BN is used. In comparison, the production rate of BN nanotubes is remarkably increased. However, an extra step of synthesizing the carbon nanotubes is required, which takes time and increases the cost.
[0010]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a method capable of manufacturing a boron nitride-based nanostructure such as a BN nanotube at a low cost, easily and at a high production rate. is there.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present application intensively studied a novel method for producing a boron nitride-based nanostructure. As a result, it has been found that by dissolving a boron-containing material having an appropriate composition, boron nitride-based nanostructures such as BN nanotubes can be manufactured inexpensively, easily and at a high production rate, and the present invention is completed. It came.
[0012]
That is, the method for producing a boron nitride-based nanostructure according to the present invention includes a boron containing one or more elements selected from the group consisting of yttrium, niobium and zirconium and boron in order to solve the above-described problems. It is characterized in that it comprises the step of dissolving the material in the presence of nitrogen.
[0013]
In the method for producing a boron nitride-based nanostructure according to the present invention, it is more preferable to dissolve the boron-containing material by arc melting, and by directly energizing the boron-containing material with an arc, the boron-containing material is More preferably, it dissolves.
[0014]
In the method for producing a boron nitride nanostructure according to the present invention, it is more preferable that the boron-containing material comprises one or more compounds selected from YB ₆ , NbB ₂ , and ZrB ₂ .
[0015]
In the method for producing a boron nitride-based nanostructure according to the present invention, it is more preferable to dissolve the boron-containing material in the presence of one or more group 8 transition metals.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as follows. The scope of rights of the present invention is not particularly limited to the description of this embodiment.
[0017]
A novel method for producing a boron nitride-based nanostructure according to the present invention is a method comprising a step of dissolving a boron-containing material described later in the presence of nitrogen. By adopting this method, it becomes possible to produce a large amount of boron nitride-based nanostructures at a low cost, easily and at a very high yield (see Examples). The reason for this is not necessarily clear, but the enthalpy of formation when forming a compound between yttrium (Y), niobium (Nb) or zirconium (Zr) contained in the boron-containing material and boron is extremely small (that is, this This is considered to be due to the presence of boron and Y, Nb, or Zr coexisting to produce a specific catalytic activity.
In addition, in the method of instantaneously vaporizing the boron-containing material as in the ordinary arc discharge method, the time from the heating to the cooling of the boron-containing material (reactive time) is considered to be several seconds or less, but the present invention is applied. In the production method, the reactionable time lasts for a longer time by dissolving the boron-containing material. For this reason, it is considered that the yield of the boron nitride-based nanostructure becomes higher and the crystal grains can be grown larger. Further, a powdered material can be used as the boron-containing material. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
[0018]
In the present invention, “boron nitride-based nanostructure” means a nanostructure such as a nanotube, nanocone, nanocage, nanocapsule, nanochaplet, fullerene, etc., which has a network structure (net) formed by the combination of nitrogen and boron. Refers to a scale structure. These nanoscale structures may have a single layer structure or a multilayer structure. Further, a part of the basic skeleton may be substituted with an atom other than nitrogen or boron, such as a carbon atom (C) or an oxygen atom (O), or other than nitrogen (N) or boron (B). It may include at least one of an atom (for example, yttrium, niobium, zirconium, or a group 8 transition metal) or a compound containing the atom (for example, boride, nitride, or the like).
[0019]
In the present invention, the “boron-containing material” refers to a mixture or compound containing one or more elements selected from the group consisting of yttrium, niobium and zirconium (referred to as an essential metal a) and boron.
[0020]
The boron-containing material as the compound is not particularly limited as long as it is a boride of the essential metal a (solid at normal temperature and normal pressure), and specifically, for example, YB ₆ , NbB ₂ , and ZrB ₂ are particularly suitable. As an example. On the other hand, the boron-containing material as a mixture is not particularly limited as long as it is a mixture (solid at normal temperature and normal pressure) containing either a simple substance or a compound of the essential metal a and either a simple boron or a boride. For example, in order to increase the ratio of boron to the essential metal a, a mixture of a boride of the essential metal a and simple boron is also included in the category of the boron-containing material. Needless to say, these boron-containing materials may be used alone or in combination.
[0021]
The content ratio of the essential metal A and boron in the boron-containing material is not particularly limited, but in terms of the atomic ratio (essential metal a: B) from the viewpoint that the production rate of the boron nitride-based nanostructure is particularly good. More preferably, it is within the range of 10: 1 to 1: 100, and even more preferably within the range of 1: 1 to 1:10.
[0022]
In addition, the shape of the boron-containing material is not particularly limited, but in order to uniformly and easily dissolve the boron-containing material, it is more preferable to form a powder having an average particle size in the range of 0.001 μm to 1000 μm. More preferably, the powder is in the range of 0.01 μm to 10 μm. The powdered boron-containing material may be molded into a solid form (pellet form).
[0023]
In the present invention, “nitrogen” is supplied to the boron-containing material in the form of nitride or nitrogen alone. The type and state of “nitrogen” are not particularly limited, but from the viewpoint of easy supply, nitrogen-based gases such as ammonia gas and nitrogen gas, particularly neutral and reducing nitrogen-based gases are more preferable. Nitrogen gas is particularly preferred from the standpoint that it does not contain reaction unnecessary substances, is inexpensive and has high safety. When the boron-containing material contains molecular nitrogen or nitride, “nitrogen” may be supplied from the boron-containing material.
[0024]
The supply amount of the above “nitrogen” is not particularly limited, but the atomic ratio with boron (nitrogen: boron) is 10: 1 from the viewpoint that the production rate of the boron nitride-based nanostructure is particularly good. It is more preferable to supply so that it becomes above, and it is still more preferable to supply so that it may become 1: 1 or more.
[0025]
The boron nitride-based nanostructure according to the present invention is manufactured through a step (dissolution step) of dissolving the above-described boron-containing material in the presence of the above-mentioned “nitrogen”. The temperature at which the boron-containing material is dissolved is not particularly limited as long as the temperature is such that the boron-containing material becomes liquid (liquid phase), that is, the melting point or higher. However, when the boron-containing material is any of YB ₆ , NbB ₂ , and ZrB ₂ , the lower limit value of the temperature during the melting step is more preferably 3300 ° C. or more for the reason of promoting the reaction with nitrogen. More preferably, it is 3500 degrees or more.
[0026]
The melting step is made of nickel (Ni), palladium (Pd), platinum (Pt), cobalt (Co), rhodium (Rh), iridium (Ir), iron (Fe), ruthenium (Ru), osmium (Os). More preferably, it is carried out in the presence of one or more Group 8 transition metals selected from the group consisting of These group 8 transition metals are considered to function as a good metal catalyst for promoting the formation reaction of boron nitride-based nanostructures (mainly the reaction between boron and nitrogen gas). Further, by adding these group 8 transition metals, boron nitride nanostructures having different structures can be obtained depending on the reaction conditions.
[0027]
When the group 8 transition metal is used, the amount used is not particularly limited, but the atomic ratio with the boron contained in the boron-containing material (group 8 transition metal: boron) is 10: 1 to 1. : More preferably within the range of 100, and even more preferably within the range of 1: 1 to 1: 100. Further, the group 8 transition metal used may be a simple substance or a compound, and the grain system when the group 8 transition metal is used as a powder is not particularly limited. Absent.
[0028]
Subsequent to the dissolution step, a step of cooling the reaction system (cooling step) is performed, and the boron nitride-based nanostructure according to the present invention is manufactured. The cooling step is not necessarily forced cooling using a cooling source, and the reaction system may be allowed to stand after the dissolution step and wait for natural cooling to about room temperature, for example.
[0029]
Whether or not boron nitride-based nanostructures have been generated and their composition can be confirmed by, for example, analysis by X-ray spectroscopic analysis (EDX) (composition analysis method), lattice image observation by high-resolution electron microscope (HREM) and electrons A conventionally known method such as diffraction analysis may be used.
[0030]
Boron nitride-based nanostructures are known to be chemically stable and mechanically tough compared to carbon nanostructures with similar structures. Therefore, the boron nitride-based nanostructure obtained by the present invention is more preferably used than the carbon nanostructure as an emitter material, a heat resistant material, a high strength material, a gas storage material, and the like. In addition, since the process of storing a gas such as hydrogen gas or argon gas in the nanostructure is performed under pressurized conditions, the mechanical toughness is important when using the nanostructure as a gas storage material. Become. In addition, boron nitride nanostructures as semiconductors have a wider band gap than carbon nanostructures, are chemically stable, and have substantially no change in semiconductor characteristics regardless of the size of the diameter or the presence of helicity. Since it has characteristics, the advantage of using the boron nitride-based nanostructure obtained by the present invention as a semiconductor material is also great. In addition, the boron nitride-based nanostructure obtained by the present invention may be used as an insulating material such as a coating material for nanocable, or a catalyst.
[0031]
Note that the above-described melting step of the boron-containing material is particularly preferably performed by an arc melting method. The arc melting method is a method in which the boron-containing material is heated and melted by the heat generated by the arc, and it is easy to prepare the high-temperature conditions necessary for the melting process and the condition control is relatively easy. Have The arc melting method may be either a direct current arc method or an alternating current arc method. In general, the direct current arc method is more preferably employed because of easy control and easy product recovery. Alternatively, the boron-containing material may be melted by direct current application with an arc (direct type), or the boron-containing material may be indirectly heated and melted using an arc generated between the electrodes (indirect type). ). It is not necessary to provide electrodes in pairs, and the above direct formula is more suitably employed from the viewpoint of simplifying the configuration of the arc melting furnace and the viewpoint of power utilization efficiency.
[0032]
Arc conditions such as arc voltage, arc current, and arc time in the arc melting step are not particularly limited as long as the above boron-containing material can be dissolved and the boron nitride nanostructure can be generated. In the case of the direct formula, the arc voltage is more preferably in the range of 50V to 300V, the arc current is more preferably in the range of 50A to 300A, and the arc time is 1 second to 1000V. More preferably within the range of seconds.
[0033]
Further, the atmospheric pressure conditions in the step of performing the arc melting are not particularly limited as long as the arc can be generated, but in general, it is more preferably performed under conditions close to vacuum. In arc melting, nitrogen gas as a raw material and an inert gas such as argon gas, helium gas, neon gas, etc., which are accompanied as necessary, are generally used as the raw material gas. The total pressure of the raw material gas is not particularly limited, but is preferably 0.5 MPa or less, and more preferably 0.1 MPa or less for realizing arc melting conditions close to vacuum. .
[0034]
In addition, when supplying the above-mentioned “nitrogen” as a nitrogen-based gas in arc melting, the ratio (volume%) of the nitrogen-based gas in the total gas is not particularly limited as long as the necessary reaction amount is supplied. However, from the viewpoint of improving the production rate of boron nitride-based nanostructures, the lower limit of the above ratio is more preferably 20% or more, further preferably 40% or more, and particularly preferably 45% or more. preferable. Further, from the viewpoint that the arc discharge voltage (synonymous with the arc voltage) is an industrially suitable range and smooth discharge is easy, the upper limit of the above ratio is more preferably 80% or less, and 60% or less. More preferably, it is particularly preferably 55% or less.
[0035]
The main part of the arc melting furnace for performing the direct arc melting is mounted with an electrode 1 made of, for example, tungsten (W) and a pellet 2 containing a boron-containing material, as shown in FIG. And a vacuum chamber 4 including a copper hearth (furnace floor) 3. The vacuum chamber 4 is further connected with a vacuum pump and a vacuum valve for adjusting the degree of vacuum inside, a gas introduction path for introducing a gas such as nitrogen gas and inert gas, and an electric circuit system. These are not shown. In addition, the arc melting furnace provided with such a structure is already well-known as an arc melting furnace for metal melting, for example, and detailed description is abbreviate | omitted.
[0036]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 with reference to the drawings. Note that the present invention is not particularly limited only to the description of the following examples.
[0037]
[Example 1]
Arc melting of 3 g of YB ₆ powder (purity 99.6%, particle size 3 to ₆ μm, manufactured by High Purity Chemical Laboratory), a boron-containing material, : NEV-AD03) in the following manner. In addition, the principal part structure of the said micro vacuum arc melting furnace is as showing in FIG.
[0038]
First, the YB ₆ powder was placed on the copper hearth 3 provided in the arc melting furnace, and the inside of the vacuum chamber 4 was depressurized to 10 ⁻³ Pa. Next, a mixed gas of argon gas (partial pressure 0.025 MPa) and nitrogen gas (partial pressure 0.025 MPa) is introduced into the vacuum chamber 4, and arc melting is performed with an arc voltage of 200 V, an arc current of 125 A, and a time of 10 seconds. Arc melting was performed under conditions (arc melting step). Subsequently, the inside of the vacuum chamber 4 was left until it became equal to room temperature (cooling step), and 10 mg of white to grayish white powder (boron nitride-based nanostructure) was obtained on the copper hearth 3.
[0039]
The composition of the generated powder was determined by X-ray spectroscopic analysis (EDX) using R-TEM (trade name, manufactured by EDAX), and the structural analysis of the powder was performed by transmission high-resolution electron microscope (HREM) JEM-3000F. (Trade name, manufactured by JEOL Ltd.). FIG. 2 shows the results of X-ray spectroscopic analysis, and FIGS. 3A to 3C and FIGS. 4A to 4C show the observation results of JEM-3000F. As shown in FIG. 2, the generated powder has nitrogen and boron as main components, and additionally, yttrium (derived from YB ₆ powder), copper (derived from copper hearth 3 or HREM sample mesh), and oxygen as sub-compositions. Included as a minute. The peaks of boron (B) and nitrogen (N) were both sharp, and the atomic composition (B: N) of the obtained boron nitride-based nanostructure was measured to be approximately 1: 1. Furthermore, as shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c) and FIGS. 4 (a) to 4 (c), the generated powder may constitute a multi-walled nanotube structure (boron nitride-based nanostructure). confirmed.
[0040]
In addition, when the generation rate of boron nitride-based nanostructures (the amount of boron nitride-based nanostructures generated (mg) / the amount of collected powder (10 mg) × 100 (%)) is calculated, it can be as extremely high as 90%. confirmed.
[0041]
[Example 2]
Arc melting step according to the description in Example 1 above, except that 3 g of NbB ₂ powder (purity 99%, particle size of about 5 μm, manufactured by High Purity Chemical Laboratory), which is a boron-containing material, was used instead of 3 g of YB ₆ powder. And the cooling process was performed, and 10 mg of white to gray white powder (boron nitride-based nanostructure) was obtained on the copper hearth 3.
[0042]
The structural analysis of the generated powder was performed with a transmission high-resolution electron microscope (HREM) JEM-3000F (trade name, manufactured by JEOL Ltd.). FIG. 5 (a) shows the observation result of JEM-3000F, and FIG. 5 (b) shows the observation result of enlarging the encircled portion in FIG. 5 (a). As shown in the figure, it was confirmed that the produced powder constituted a multi-walled nanotube structure (boron nitride-based nanostructure).
[0043]
Moreover, when the production rate of boron nitride nanostructures (the amount of boron nitride nanostructures produced (mg) / the amount of collected powder (10 mg) × 100 (%)) is calculated, it can be as high as 80%. confirmed.
[0044]
Example 3
Boron-containing material YB ₆ powder (purity 99.6%, particle size 3-6 μm, manufactured by High Purity Chemical Laboratory) and Ni powder (purity 99%, particle size 3-5 μm, manufactured by High Purity Chemical Laboratory) Were uniformly mixed in a mortar to prepare 3 g of mixed powder. The atomic ratio of Y and Ni in the mixed powder is 1: 1. Subsequently, an arc melting step and a cooling step were performed according to the description in Example 1 except that the 3 g mixed powder was used instead of the YB ₆ powder, and white to gray white powder (boron nitride-based nano-particles were formed on the copper hearth 3. Structure) 10 mg was obtained.
[0045]
The structural analysis of the generated powder was performed with a transmission high-resolution electron microscope (HREM) JEM-3000F (trade name, manufactured by JEOL Ltd.). FIG. 6A shows an observation result of JEM-3000F, and FIG. 6B shows an observation result obtained by enlarging FIG. 6A. As shown in the figure, it was confirmed that the produced powder was formed by collecting a plurality of nanotube structures (boron nitride-based nanostructures) in a bundle. That is, the aggregate of nanotube structures (boron nitride-based nanostructure) 12 obtained in this example is a nanotube structure (boron nitride-based) as schematically shown in FIGS. A plurality of nanostructures 11 are assembled in a bundle. 7A to 7C, black circles indicate boron atoms, and white circles indicate nitrogen atoms.
[0046]
Moreover, when the production rate of boron nitride nanostructures (the amount of boron nitride nanostructures produced (mg) / the amount of collected powder (10 mg) × 100 (%)) is calculated, it is extremely high at about 90%. Was confirmed.
[0047]
[Comparative Example 1]
The arc melting step and the cooling step were performed as described in Example 1 except that 3 g of LaB ₆ powder (purity 99%, particle size of about 1 μm, manufactured by High Purity Chemical Laboratory) was used instead of 3 g of YB ₆ powder. Then, 10 mg of white to gray white powder (boron nitride-based nanostructure) was obtained on the copper hearth 3. It was confirmed that the yield of boron nitride nanostructures (the amount of boron nitride nanostructures produced (mg) / the amount of powder collected (10 mg) × 100 (%)) was calculated to be as low as about 10%. It was done.
[0048]
[Comparative Example 2]
The arc melting step and the cooling step were performed as described in Example 1 except that 3 g of VB ₂ powder (purity 99%, particle size of about 100 μm, manufactured by High Purity Chemical Laboratory) was used instead of 3 g of YB ₆ powder. It was. However, almost no boron nitride-based nanostructure was formed on the copper hearth 3 except for a small amount of boron nitride nanocapsules.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, the method for producing a boron nitride-based nanostructure according to the present invention includes a boron-containing material containing one or more elements selected from the group consisting of yttrium, niobium, and zirconium, and boron. It is a method comprising the step of dissolving below.
[0050]
According to said method, there exists an effect that the method which can manufacture a boron nitride type nanostructure cheaply, easily and with a high production rate can be provided.
[0051]
In the method for producing a boron nitride-based nanostructure according to the present invention, in the above method, the boron-containing material is more preferably dissolved by arc melting.
[0052]
According to said method, it is effective in adding the effect that it is easy to prepare the high temperature conditions required for the melt | dissolution process of a boron containing material, and control of reaction conditions becomes comparatively easy.
[0053]
In the method for producing a boron nitride-based nanostructure according to the present invention, in the above method, it is more preferable that the boron-containing material comprises one or more compounds selected from YB ₆ , NbB ₂ , and ZrB _2. .
[0054]
According to said method, there exists an effect that the method which can manufacture a boron nitride-type nanostructure with especially a high production rate can be provided.
[0055]
In the method for producing a boron nitride-based nanostructure according to the present invention, it is more preferable to dissolve the boron-containing material in the presence of one or more group 8 transition metals.
[0056]
According to said method, while producing | generating reaction of boron nitride type nanostructure is accelerated | stimulated, there exists an effect that the boron nitride type nanostructure of a structure which changes with conditions can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a main part of an arc melting furnace used in a method for producing a boron nitride-based nanostructure according to the present invention.
FIG. 2 is a chart showing the results of X-ray spectroscopic analysis (EDX) of the boron nitride-based nanostructure obtained in one example of the present invention.
FIGS. 3A to 3C are drawings showing the results of structural analysis of a boron nitride-based nanostructure obtained in an example of the present invention using a transmission high-resolution electron microscope. FIGS.
FIGS. 4A to 4C are drawings showing the results of structural analysis of a boron nitride-based nanostructure obtained in one example of the present invention using a transmission high-resolution electron microscope. FIGS.
FIG. 5 (a) is a drawing showing the result of structural analysis of a boron nitride-based nanostructure obtained in another example of the present invention using a transmission type high-resolution electron microscope, (b) These are drawings which expand and show the encircled part in (a).
FIGS. 6 (a) to 6 (b) are drawings showing the results of structural analysis of a boron nitride nanostructure obtained in yet another example of the present invention using a transmission type high resolution electron microscope. is there.
FIGS. 7A to 7C are drawings schematically showing a three-dimensional structure of the boron nitride-based nanostructure shown in FIGS. 6A and 6B. FIG.
[Explanation of symbols]
2 Pellet (boron-containing material)
11 Nanotube composition (Boron nitride nanostructure)
12 Aggregate (Boron Nitride Nanostructure)

Claims

A boron nitride-based nanostructure comprising a step of arc-melting a boron-containing material containing at least one element selected from the group consisting of yttrium, niobium and zirconium and boron in the presence of nitrogen Manufacturing method.

The method for producing a boron nitride-based nanostructure according to claim 1, wherein the boron-containing material contains one or more compounds selected from YB ₆ , NbB ₂ , and ZrB ₂ .

The method for producing a boron nitride-based nanostructure according to claim 1 or 2 , wherein the boron-containing material is dissolved in the presence of one or more group 8 transition metals.