JP4116404B2 - ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法及び決定装置並びにナノ粒子の製造方法 - Google Patents
ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法及び決定装置並びにナノ粒子の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4116404B2 JP4116404B2 JP2002334075A JP2002334075A JP4116404B2 JP 4116404 B2 JP4116404 B2 JP 4116404B2 JP 2002334075 A JP2002334075 A JP 2002334075A JP 2002334075 A JP2002334075 A JP 2002334075A JP 4116404 B2 JP4116404 B2 JP 4116404B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser light
- light irradiation
- frequency component
- shock wave
- determining
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法及び決定装置並びにナノ粒子の製造方法並びにナノ粒子の粒径分布推定方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
物質のナノ粒子化は、極端な表面積の増大をもたらす。このため、ナノ粒子とその周囲との反応性が高まり、且つ物質固有の性質が出現しやすくなる。また、粒子が難溶性・不溶性の物質である場合、そのナノ粒子化によりナノ粒子を溶媒中に擬似的に可溶化した状態（ナノ粒子が溶媒中に懸濁している状態であるが、光散乱がないため擬似的に可溶化しているように見える状態）にすることもできる。
【０００３】
このため、ナノ粒子化の技術は、新しい物質の調合方法を提供できる可能性があり、幅広い分野での応用が期待される。
【０００４】
このようなナノ粒子化の方法として、従来、特開２００１−１１３１５９号公報に開示されるものが知られている。同公報には、有機化合物を溶媒中に分散させた後、レーザ光を照射することによって、この有機化合物の微粒子（ナノ粒子）を得るナノ粒子化方法が開示されている。そして、このナノ粒子化方法においては、レーザ光照射条件の一つであるレーザ光照射波長は、微粒子化する有機化合物の吸収波長に合せて決定される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１１３１５９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来の公報に記載のレーザ光照射条件の決定方法は、以下に示す課題を有していた。
【０００７】
すなわち有機化合物のナノ粒子化において、レーザ光の有機物化合物に対する作用が、有機物化合物の種類、懸濁粒子の粒径分布および濃度に応じて異なるため、個々のサンプルについて最適なレーザ光照射条件を把握する必要がある。
【０００８】
また上記公報に記載の方法では、ナノ粒子化処理におけるレーザ光照射時間やレーザ光照射強度が決定されていない。このため、例えば、ナノ粒子化に効率的でないレーザ光強度が選択されたり、レーザ光の照射が時間的及び強度的に過剰に行われたり不足したりする場合がある。その場合には、レーザ光照射に対するナノ粒子化のエネルギー効率が悪くなるか、有機化合物のナノ粒子化が十分に行われなくなる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射条件を的確に決定することができるナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法及び決定装置並びにナノ粒子の製造方法、並びにナノ粒子の粒径分布推定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討した。その結果、被処理液中の物質をナノ粒子化する際に観測される衝撃波について解析を行うことにより、効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射条件を的確に決定できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち本発明は、被処理液中の物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法において、被処理液にレーザ光を照射し、懸濁物質をナノ粒子化処理してナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波を観測する衝撃波観測工程と、衝撃波観測工程で観測される衝撃波の強度について解析を行うことによりナノ粒子化処理におけるレーザ光照射条件を決定する解析工程とを含み、解析工程が、観測される衝撃波の強度とレーザ光照射時間との関係を求める第１工程と、第１工程で求められる関係に基づいて、レーザ光照射時間に対する衝撃波の強度の変化率を算出し、その変化率が所定値以下の値に達した時の時間をナノ粒子化処理におけるレーザ光照射時間として決定する第２工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、観測される衝撃波について解析を行うことにより、衝撃波の周波数成分振幅と周波数成分との関係を求めることができ、この関係からレーザ光照射波長依存性を調べることにより、効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射波長を的確に決定することができる。また衝撃波の周波数成分振幅と周波数成分との関係からレーザ光照射強度依存性を調べることにより、効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射強度を的確に決定することもできる。更に衝撃波のレーザ光照射時間依存性を調べることにより、効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射時間を的確に決定することもできる。
【００１３】
上記解析工程は、観測される衝撃波の強度とレーザ光照射時間との関係を求める第１工程と、前記第１工程で求められる関係から、前記レーザ光照射時間に対する前記衝撃波の強度の変化率を算出し、その変化率が所定値以下の値に達した時の時間をナノ粒子化処理におけるレーザ光照射時間として決定する第２工程とを含む。
【００１４】
本発明者は、被処理液中の物質のナノ粒子化に際して観測される衝撃波の振幅が、ナノ粒子化が進行するにつれて減衰することから、レーザ光照射時間に対する衝撃波の強度の変化率がナノ粒子化進行の目安となることを見出した。ここで、レーザ光照射時間に対する衝撃波の強度の変化率が所定値を超える状態では、まだナノ粒子化処理が進行しており、変化率が所定値に達した時点でナノ粒子化処理の進行がほぼ停止しているものと推定できる。よって、この方法により、効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射時間を的確に決定することができる。
【００１５】
また本発明は、被処理液中の物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法において、被処理液にレーザ光を照射し、前記物質をナノ粒子化処理してナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波の強度を観測してこの衝撃波について周波数解析を行い、周波数成分振幅と周波数成分との関係を求め、この関係に基づいて特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出する第１工程と、第１工程で算出される周波数成分振幅とレーザ光照射時間との関係を求める第２工程と、第２工程で求められる関係に基づいて、レーザ光照射時間に対する周波数成分振幅の変化率を算出し、その変化率が所定値以下の値に達した時の時間をナノ粒子化処理におけるレーザ光照射時間として決定する第３工程とを含むことを特徴とするナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法である。
【００１６】
この発明によれば、レーザ光照射時間に対する周波数成分振幅の変化率が算出され、この変化率はナノ粒子化進行の目安となる。ここで、レーザ光照射時間に対する観測衝撃波強度の変化率が所定値を超える状態では、まだナノ粒子化処理が進行しており、変化率が所定値に達した時点でナノ粒子化処理の進行がほぼ停止しているものと推定できる。よって、この方法により、効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射時間を的確に決定することができる。 また本発明は、被処理液中の物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法において、被処理液にレーザ光を照射し、物質をナノ粒子化処理してナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波の強度を観測してこの衝撃波について周波数解析を行い、周波数成分振幅と周波数成分との関係を求め、この関係に基づいて特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出する工程を、前記レーザ光の波長を変えて複数回行う第１工程と、前記第１工程で算出される周波数成分振幅とレーザ光照射波長との関係を求める第２工程と、前記第２工程で求められる関係に基づいて、周波数成分振幅が最大となるレーザ光照射波長を算出し、そのレーザ光照射波長を、ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射波長として決定する第３工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
この方法によれば、観測した衝撃波について周波数解析を行うことにより周波数成分振幅と周波数成分との関係が求められる。ここで、特定の周波数成分において周波数成分振幅が大きいほど、レーザ光と物質との作用が大きいことを示している。従って、特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出し、この工程を、レーザ光照射波長を変えて複数回行い、周波数成分振幅のレーザ光照射波長依存性を調べ、周波数成分振幅が最大となるレーザ光照射波長を調べることで、物質とレーザ光との作用が最大となるレーザ光照射波長、すなわち効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射波長を的確に決定することができる。
【００１８】
更に本発明は、被処理液中の物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法において、前記被処理液にレーザ光を照射し、前記物質をナノ粒子化処理してナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波の強度を観測してこの衝撃波について周波数解析を行い、周波数成分振幅と周波数成分との関係を求め、この関係に基づいて特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出する工程を、前記レーザ光照射強度を変えて複数回行う第１工程と、前記第１工程で算出される周波数成分振幅とレーザ光照射強度との関係を求める第２工程と、前記第２工程で求められる関係に基づいて、レーザ光強度に対する周波数成分振幅の変化率が最大となるレーザ光照射強度を算出し、その値以上のレーザ光照射強度を、ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射強度として決定する第３工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
この方法によれば、観測した衝撃波について周波数解析を行うことにより周波数成分振幅と周波数成分との関係が求められる。ここで、特定の周波数成分において周波数成分振幅が大きいほど、レーザ光と物質との作用が大きいことを示している。従って、特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出し、この工程を、レーザ光照射強度を変えて複数回行い、周波数成分振幅のレーザ光照射強度依存性を調べることで、物質とレーザ光との作用が大きくなるレーザ光照射強度、すなわち効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射強度を的確に決定することができる。
【００２０】
また本発明は、被処理液中のナノ粒子の粒径分布推定方法であって、被処理液中の物質にレーザ光を照射し、前記物質をナノ粒子化処理して前記ナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波の強度を観測する衝撃波観測工程と、衝撃波観測工程で観測される衝撃波について周波数解析を行うことによりナノ粒子化処理で生成されるナノ粒子の粒径分布を推定する周波数解析工程とを含むことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、被処理液中の物質をレーザ光照射によりレーザ粉砕してナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波の強度を観測し、この衝撃波について周波数解析を行うと、周波数成分振幅と周波数との関係が求められる。ここで、粒径の大きいナノ粒子ほど振動周期の長い衝撃波を生じる傾向があり、逆に粒径の小さいナノ粒子ほどは振動周期の短い衝撃波が観測される傾向がある。つまり、ナノ粒子の粒径が大きいほど衝撃波の周波数は小さく、ナノ粒子の粒径が小さいほど衝撃波の周波数は大きくなる傾向がある。この理由として、小さい粒径のナノ粒子ほどレーザ光照射時の光作用が小さいこと、及び液相中では小さい粒径のナノ粒子ほど粘性の影響が大きいことから、レーザ光照射時に分割された分割片（ナノ粒子）の初期速度が遅く且つ粘性の影響で分割片が短い制動距離で停止してしまうため、分割片の移動に基づく衝撃波の振動周波数が大きくなることが考えられる。上記理由から、周波数成分振幅と周波数成分との関係自体が粒径分布を表すことになる。この場合、周波数が粒径の逆数に対応し、周波数成分振幅は各粒径ごとの粒子の割合（粒度）に対応する。こうして、衝撃波の周波数解析によりナノ粒子の粒径分布を容易に推定することが可能となる。
【００２２】
また本発明は、被処理液中の物質にレーザ光を照射してナノ粒子を製造するナノ粒子の製造方法において、前記被処理液と同一の被処理液について、上記レーザ光照射条件の決定方法によりレーザ光照射条件を決定するレーザ光照射条件決定工程と、レーザ光照射条件決定工程で決定されるレーザ光照射条件で被処理液にレーザ光を照射するレーザ光照射工程とを含むことを特徴とする。
【００２３】
この製造方法によれば、上記レーザ光照射条件の決定方法により効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射条件が的確に決定され、こうして決定されたレーザ光照射条件で被処理液にレーザ光が照射される。ここで、決定されるレーザ光照射条件がレーザ光照射時間である場合、この条件で被処理液にレーザ光が照射されることにより、少ないエネルギーでナノ粒子を十分に製造することができる。また、決定されるレーザ光照射条件がレーザ光照射波長である場合、この条件で被処理液にレーザ光が照射されることにより、物質とレーザ光との作用を大きくすることができ、ナノ粒子を効率的に製造することができる。更に、決定されるレーザ光照射条件がレーザ光照射強度である場合、この条件で被処理液にレーザ光が照射されることにより、物質とレーザ光との作用を大きくすることができ、ナノ粒子を効率的に製造することができる。
【００２４】
また本発明は、被処理液中の物質にレーザ光を照射してナノ粒子を製造するナノ粒子の製造方法において、前記被処理液と同一の被処理液について、上記レーザ光照射条件の決定方法によりレーザ光照射条件としてのレーザ光照射時間を決定する第１レーザ光照射条件決定工程と、上記レーザ光照射条件の決定方法によってレーザ光照射条件としてのレーザ光照射波長を決定する第２レーザ光照射条件決定工程と、上記レーザ光照射条件の決定方法によってレーザ光照射条件としてのレーザ光照射強度を決定する第３レーザ光照射条件決定工程と、前記第１〜第３レーザ光照射条件決定工程で決定されるレーザ光照射時間、レーザ光照射波長及びレーザ光照射強度で前記被処理液に前記レーザ光を照射するレーザ光照射工程とを含み、前記第１〜第３レーザ光照射条件決定工程を同時に又は任意の順序で行うことを特徴とする。
【００２５】
この製造方法によれば、上記レーザ光照射条件の決定方法により効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射時間、レーザ光照射波長及びレーザ光照射強度が決定され、こうして決定されたレーザ光照射条件で被処理液にレーザ光が照射される。このため、ナノ粒子を極めて効率よく製造することができる。
【００２６】
また本発明は、被処理液中の物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定装置において、被処理液を収容する処理チャンバと、被処理液中の前記物質にレーザ光を照射するレーザ装置と、処理チャンバ内で発生する衝撃波の強度を観測する衝撃波観測装置と、衝撃波観測装置により観測される衝撃波について解析を行い、ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件を決定する解析装置とを備え、解析装置が、レーザ光照射時間に対する衝撃波の振幅の変化率を求めることが可能であると共に、衝撃波を周波数解析して周波数振幅成分と周波数成分との関係を求めることが可能な波形解析装置であることを特徴とする。
【００２７】
このレーザ光照射条件の決定装置によれば、レーザ装置により、処理チャンバ内の被処理液にレーザ光が照射され、衝撃波観測装置で被処理液中の物質のナノ粒子化により観測される衝撃波が観測され、この衝撃波について解析装置で解析が行われるため、上記方法の発明を有効に実施することができる。
【００２８】
上記解析装置は、レーザ光照射時間に対する衝撃波の振幅の変化率を求めることが可能であると共に、衝撃波を周波数解析して周波数振幅成分と周波数成分との関係を求めることが可能な波形解析装置である。
【００２９】
この決定装置によれば、衝撃波観測装置で観測される衝撃波について、波形解析装置によりレーザ光照射時間に対する衝撃波の周波数成分振幅の変化率が求められる。このため、この変化率が所定値以下の値に達する時のレーザ光照射時間を算出することができる。ここで、上記変化率が所定値以下の値に達した時には、ナノ粒子化がほとんど進行していない。従って、上記決定装置により、少ないエネルギーでナノ粒子化処理を十分に行わせることができるレーザ光照射時間を的確に決定することができる。また衝撃波について、波形解析装置により周波数解析がなされ、周波数振幅成分と周波数成分との関係が求められる。このため、この関係に基づいて特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出する工程を、レーザ光照射波長を変えて複数回行い、周波数成分振幅が最大となるレーザ光照射波長を算出することで、物質とレーザ光とが最も大きく作用するレーザ光照射波長を的確に決定することができる。更に、特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出する工程を、レーザ光照射強度を変えて複数回行い、レーザ光強度に対する周波数成分振幅の変化量が最大となるレーザ光照射強度を算出することで、レーザ光と物質とが大きく作用するレーザ光照射強度を的確に決定することができる。さらに、上記決定装置は、波形解析装置により周波数成分振幅と周波数との関係を求めることが可能となる。ここで、上述したように、周波数成分振幅と周波数はナノ粒子の粒径分布を表すことになる。したがって、上記決定装置により、ナノ粒子の粒径分布を容易に推定することが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００３１】
まず本発明に係るナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定装置（以下、「決定装置」と呼ぶ）について説明する。
【００３２】
図１は、本発明の決定装置の一実施形態を示す概略図である。図１に示すように、決定装置１は、懸濁物質で懸濁された被処理液２を収容する処理チャンバ３と、処理チャンバ３内の被処理液２を撹拌する撹拌装置４と、処理チャンバ３に設けられ、処理チャンバ３内の被処理液２で発生する衝撃波の強度を観測する衝撃波観測センサ（衝撃波観測装置）５と、衝撃波観測センサ５で観測される衝撃波について解析を行う解析装置６とを備えている。また決定装置１は、処理チャンバ３内に収容される被処理液２にレーザ光７を照射し、懸濁物質を粉砕してナノ粒子を製造するレーザ装置８を備えている。被処理液２としては、例えば水にバナジルフタロシアニン（以下、「ＶＯＰｃ」という）粒子を懸濁させたものが用いられる。なお、本実施形態では、直径数μｍ〜１０μｍの懸濁粒子を処理対象としているが、本発明に不可欠な衝撃波の発生は物質の形態に依存しないため、処理対象となる物質の形態は特に限定されるものではない。本実施形態では、懸濁粒子として有機化合物であるＶＯＰｃが用いられているが、懸濁粒子は、ＶＯＰｃに限らず、他の有機化合物であってもよい。また、懸濁粒子は、無機化合物や金属であってもよい。
【００３３】
処理チャンバ３は、レーザ装置８から出射されるレーザ光７の波長に対して透明な材質のもの、例えば石英などが用いられる。撹拌装置４は、例えば撹拌子４ａとマグネットスターラ４ｂとで構成される。
【００３４】
レーザ装置８は、被処理液２中の懸濁物質にレーザ光を照射し且つそのレーザ光の波長及び強度を変えることが可能なものである。このようなレーザ装置８としては、例えばパラメトリック発振を利用した波長可変レーザ、複数の異なる波長を有するレーザ群と波長セレクターを組合せた離散波長選択型レーザ、色素レーザなどが用いられる。
【００３５】
解析装置６は、例えば解析装置６で得られた結果に基づきレーザ装置８を制御し、レーザ光の照射波長及び照射強度又はこれらのいずれか一方を調整するものである。解析装置６は、レーザ光照射時間に対する衝撃波の振幅の変化率を求めることが可能であると共に、衝撃波を周波数解析して周波数振幅成分と周波数成分との関係を求めることが可能な波形解析装置であることが好ましい。このような波形解析装置としては、例えばＦＦＴスペクトルアナライザーなどが用いられる。
【００３６】
次に、上記決定装置１を用いたレーザ光照射条件の決定方法について説明する。
【００３７】
（レーザ光照射時間の決定方法）
まずレーザ光照射条件としてのレーザ光照射時間の決定方法について説明する。
【００３８】
この場合、撹拌装置４により被処理液２の撹拌を開始する。そして、レーザ装置８を作動し、処理チャンバ３内の被処理液２にレーザ光を照射して被処理液２中の懸濁物質をナノ粒子化処理する。このとき、懸濁物質のナノ粒子化により衝撃波が発生する。発生した衝撃波は衝撃波観測センサ５で観測する（衝撃波観測工程）。
【００３９】
衝撃波観測センサ５で観測された衝撃波については、解析装置６で解析を行う（解析工程）。
【００４０】
このとき、解析装置６においては、まず、観測される衝撃波の振幅とレーザ光照射時間との関係が求められる（第１工程）。この関係は、例えば図２に示すように、レーザ光照射時間ｔが増大するにつれて衝撃波振幅Ａ（個々の衝撃波に対する最大値）が減少するものとなる。
【００４１】
次に、この関係に基づいて、図３（ａ）に示すように、レーザ光照射時間ｔに対する衝撃波振幅Ａの変化率ＶA（∂A/∂t）が、所定値以下、好ましくはレーザ照射初期の値ＶASに対して１０％以下、つまり０．１ＶASになるときのレーザ光照射時間を算出し、その時間をナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射時間として決定する（第２工程）。
【００４２】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、被処理液にレーザ光を照射して１０分経過後は、衝撃波の強度が大きく、５０分経過後は衝撃波の強度が小さくなることから、被処理液中の懸濁物質のナノ粒子化に際して観測される衝撃波の振幅Ａが、ナノ粒子化が進行するにつれて減衰することを本発明者は見出した。なお、このとき使用したレーザ光はＹＡＧの３倍波（波長：３５５ｎｍ）であり、レーザ特性は、８０ｍＪ／ｃｍ2Ｐｕｌｓｅ、ＦＷＨＭ（Full Width Half Maximum）＝４ｎｓ、繰り返し周波数＝２０Ｈｚとした。また被処理液は、水にＶＯＰｃ粒子を懸濁させたものとした。図２（ａ）において縦軸の１目盛は２００ｍＶ、横軸の１目盛は５００μｓであり、図２（ｂ）において縦軸の１目盛は１００ｍＶ、横軸の１目盛は１００μｓである。
【００４３】
上記のように、ナノ粒子化が進行するにつれて衝撃波の振幅が減衰することから、本発明者は、衝撃波がナノ粒子化進行の目安となることを見出した。ここで、観測した衝撃波のレーザ光照射時間の変化率ＶA（∂Ａ/∂ｔ）がレーザ照射初期の値ＶASに対して１０％を超える状態では、まだナノ粒子化処理が進行しており、変化率がレーザ照射初期の値ＶASに対して１０％に達した時点ではナノ粒子化処理はほとんど進行していないと推定できる。一方、上記変化率がレーザ照射初期の値ＶASに対して１０％に達した後もレーザ光照射を継続すると、ナノ粒子化がこれ以上進行しないにもかかわらず電力を無駄に使用することになる。よって、この方法により、少ないエネルギーでナノ粒子化処理を十分に行わせることができるレーザ光照射時間、すなわち効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射時間ＴAを的確に決定することができる。
なお、例えば図２（ａ）に示すように、衝撃波の振幅の大きい部分は遅れて発生しているが、これは下記の理由によるものと考えられる。すなわち、ナノ粒子化はレーザ光の通過する領域で生じるため、その領域内の異なる位置で発生した衝撃波が衝撃波モニタ５に到達するまでの距離は異なる。そのため、衝撃波を観測すると、衝撃波は、上記領域内の異なる位置で発生した衝撃波間で若干の時間的誤差を含んで観測され、衝撃波の振幅の大きい部分が遅れて発生するものと考えられる。しかし、本発明の方法により衝撃波について周波数解析を行うと、上記のような時間的遅れが除去できるので、衝撃波の発生位置に依存しない衝撃波のモニタ、すなわちナノ粒子化のモニタが可能になる。よって、レーザ光照射時間ｔに対する衝撃波振幅Ａの変化率ＶA（∂A/∂t）とレーザ光照射時間ｔとの関係をより的確に算出することができ、ひいては効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射時間ＴAをより的確に決定することができる。
【００４４】
次に、上記手法とは別の手法、つまり衝撃波の周波数成分解析に基づいたレーザ光照射時間の決定方法について説明する。
【００４５】
この手法は、衝撃波の周波数成分、すなわち粒径別の衝撃波強度を求めることができるため、特定の粒径の原料粒子に対するナノ粒子化処理の処理時間を決定する際に有用である。
【００４６】
まず、攪拌装置４により被処理液２の攪拌を開始する。そして、レーザ装置８を作動し、処理チャンバ３内の被処理液２中の懸濁物質をナノ粒子化処理する。このとき発生する衝撃波の強度を衝撃波観測センサ５で観測する。そして、衝撃波観測センサ５で観測される衝撃波について解析装置６でフーリエ解析により周波数解析を行い、周波数成分振幅と衝撃波の周波数成分との関係を求める。この関係は、通常、図４に示すように、ある周波数成分において最大値Ｇ0を示し、その周波数成分の前後では周波数成分振幅は小さくなる。
【００４７】
ここで、特定の周波数成分において周波数成分振幅が大きいほど、レーザ光と懸濁物質との作用が大きいことを示している。すなわち、周波数振幅成分は、ナノ粒子化処理の効率を示す指標となる。そこで、特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出し（第１工程）、周波数成分振幅のレーザ光照射時間依存性を調べる（第２工程）。周波数成分振幅とレーザ光照射時間との関係は、レーザ光照射時間ｔが増大するにつれて周波数成分振幅Ｇが減少するものとなる。
【００４８】
次に、ここで図３（ｂ）のように、この関係に基づいて、レーザ光照射時間ｔに対する周波数成分振幅Ｇの変化率ＶG（∂Ｇ/∂ｔ）が所定値以下、好ましくはレーザ照射初期の値ＶGSに対して１０％以下、つまり０．１ＶGSに達したときのレーザ光照射時間を算出し、その時間をナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射時間ＴGとして決定する（第３工程）。こうして少ないエネルギーでナノ粒子化処理を十分に実現できるレーザ光照射時間ＴAを的確に決定することができる。
【００４９】
（レーザ光照射波長の決定方法）
次に、レーザ光照射条件としてのレーザ光照射波長の決定方法について説明する。
【００５０】
まず撹拌装置４により被処理液２の撹拌を開始する。そして、レーザ装置８を作動し、処理チャンバ３内の被処理液２にレーザ光を照射し、懸濁物質をナノ粒子化処理してナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波の強度を衝撃波観測センサ５で観測する。そして、衝撃波観測センサ５で観測される衝撃波について解析装置６でフーリエ解析により周波数解析を行い、周波数成分振幅と衝撃波の周波数成分との関係を求める。この関係は通常、図４に示すように、ある周波数成分において最大値Ｇ0を示し、その周波数成分の前後では周波数成分振幅は小さくなる。
【００５１】
ここで、特定の周波数成分において周波数成分振幅が大きいほど、レーザ光と懸濁物質との作用が大きいことを示している。すなわち周波数成分振幅は、ナノ粒子化処理の効率を示す指標となる。そこで、特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出し、この工程を、レーザ光照射波長を変えて複数回行い（第１工程）、周波数成分振幅のレーザ光照射波長依存性を調べる。これにより、周波数成分振幅が最大となるレーザ光照射波長、すなわち懸濁物質とレーザ光との作用が最大となるレーザ光照射波長を的確に決定することができる。
【００５２】
ここで、特定の周波数成分は、具体的には、周波数成分振幅が最大となるとき（以下、最大となる周波数成分振幅を「最大周波数成分振幅」と呼ぶ）の周波数成分とする。この周波数成分は、懸濁物質の中で最も多く存在する粒径の懸濁物質に相当しており、また最大周波数成分振幅が大きいほどレーザ光と懸濁物質との作用が大きいことを示している。従って、この周波数成分における周波数成分振幅のレーザ光照射波長依存性を調べることで、レーザ光と懸濁物質とを最も作用させやすいレーザ光照射波長をより的確に決定することができる。
【００５３】
レーザ光の照射波長を変える場合には、解析装置６によりレーザ装置８を制御すればよい。
【００５４】
周波数成分振幅が最大となるレーザ光照射波長を調べるには、レーザ光照射波長ごとに求めた最大周波数成分振幅Ｇ0を、レーザ光照射波長に対してプロットすればよい。この場合、レーザ光照射波長と最大周波数成分振幅は、例えば図５に示すような関係となり、この関係に基づいて、いずれのレーザ光照射波長で懸濁物質とレーザ光との作用が最大となるかを知ることができる。すなわち最大周波数成分振幅が最大となるレーザ光照射波長λ0が、懸濁物質とレーザ光との作用を最大とするレーザ光照射波長である（第２工程）。こうしてナノ粒子化処理で使用するレーザ光照射波長を決定する（第３工程）。
【００５５】
このように、観測した衝撃波について周波数解析を行い、周波数成分と周波数成分振幅との関係を求め、特定周波数成分における周波数成分振幅のレーザ光照射波長依存性を調べることにより、懸濁物質とレーザ光との作用を最大とするレーザ光照射波長、すなわち効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射波長を的確に決定することができる。
【００５６】
（レーザ光照射強度の決定方法）
次に、レーザ光照射条件としてのレーザ光照射強度の決定方法について説明する。
【００５７】
まず撹拌装置４により被処理液２の撹拌を開始する。そして、レーザ装置８を作動し、被処理液２にレーザ光を照射し、被処理液２中の懸濁物質をナノ粒子化処理してナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波の強度を衝撃波観測センサ５で観測し、この衝撃波について解析装置６でフーリエ解析により周波数解析を行い、周波数成分振幅と衝撃波の周波数成分との関係を求める。この関係は通常、図４に示すように、ある周波数成分において最大値を示し、その周波数成分の前後では周波数成分振幅は小さくなる。
【００５８】
ここで、特定の周波数成分において周波数成分振幅が大きいほど、レーザ光と懸濁物質との作用が大きいことを示している。そこで、特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出し、この工程を、レーザ光照射強度を変えて複数回行い、周波数成分振幅のレーザ光照射強度依存性を調べる。これにより、懸濁物質とレーザ光との作用が大きくなるレーザ光照射波長を的確に決定することができる。
【００５９】
特定の周波数成分における周波数成分振幅は、具体的にはレーザ光照射波長を決定する場合と同様、最大周波数成分振幅とする。
【００６０】
また周波数成分振幅のレーザ光照射強度依存性を調べるには、レーザ光照射強度ごとに求めた最大周波数成分振幅Ｇ0を、レーザ光照射強度Ｐに対してプロットすればよい。この場合、レーザ光照射強度Ｐと最大周波数成分振幅Ｇ0は、例えば図６（ａ）に示すようにしきい値特性を有する関係となる。すなわち最大周波数成分振幅Ｇ0は、レーザ光照射直後から一定照射強度まではゼロであるが、レーザ光照射強度は、ある値に達すると急激に立ち上がり、その後、緩やかな勾配でレーザ光照射強度に対して増加する。この関係に基づいて、いずれのレーザ光照射強度で懸濁物質とレーザ光との作用が大きくなるかを知ることができる（第２工程）。
【００６１】
上記のようにして求められる関係に基づいて、図６（ｂ）に示すように、レーザ光強度Ｐに対する周波数振幅Ｇ0の変化率ＶG0（∂Ｇ0/∂Ｐ）が最大となるレーザ光照射強度Ｐ0を算出し、その値以上のレーザ光照射強度を、ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射強度として決定する（第３工程）。
【００６２】
このように、観測した衝撃波について周波数解析を行い、周波数成分と周波数成分振幅との関係を求め、特定周波数成分における衝撃波の周波数成分振幅のレーザ光照射強度依存性を調べることにより、懸濁物質とレーザ光との作用を大きくするレーザ光照射強度、すなわち効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射強度Ｐ0を的確に決定することができる。
【００６３】
但し、周波数成分振幅と周波数成分との関係において、最大周波数成分振幅の勾配が緩やかとなるレーザ光照射強度の範囲では、レーザ光照射強度を増加させてもナノ粒子化処理の効率はほとんど上昇しない。従って、電力を節約する観点からは、ナノ粒子化処理に使用するレーザ光照射強度は、レーザ光照射強度をゼロから増大させる時に、レーザ光照射強度Ｐに対する最大周波数成分振幅Ｇ0の変化率ＶG0（∂Ｇ0/∂ｔ）が最大となるレーザ光照射強度とすることが好ましい。
【００６４】
（ナノ粒子の製造方法）
次に、上記決定装置１を用いたナノ粒子の製造方法について説明する。
【００６５】
まず、処理チャンバ３内に、被処理液を入れ、上述したレーザ光照射波長の決定方法により、被処理液２中の懸濁物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射波長を決定する（第１レーザ光照射条件決定工程）。
【００６６】
次に、処理チャンバ３内に、上記レーザ光照射波長の決定に用いた被処理液をこれと同一の被処理液に交換し、上述したレーザ光照射強度の決定方法により、被処理液２中の懸濁物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射強度を決定する（第２レーザ光照射条件決定工程）。
【００６７】
次に、上述した２つのレーザ光照射時間の決定方法のいずれかを用いて、被処理液２中の懸濁物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射時間ＴAもしくはＴGを決定する（第３レーザ光照射条件決定工程）。
【００６８】
次に、レーザ装置８において、レーザ光照射波長、レーザ光照射強度が上記のようにして決定した値となるように設定する。
【００６９】
そして処理チャンバ３内に、上記レーザ光照射強度の決定に使用した被処理液をこれと同一の被処理液に交換した後、撹拌装置４により被処理液２の撹拌を開始する。続いてレーザ装置８を作動し、処理チャンバ３内の被処理液２にレーザ光を照射する（レーザ光照射工程）。
【００７０】
このとき、レーザ光照射波長は、衝撃波の最大周波数成分振幅が最大となる値、すなわちレーザ光と懸濁物質との作用が最大となる値λ0に設定されており、レーザ光照射強度は、レーザ光と懸濁物質との作用が大きくなる値Ｐ0以上に設定されているため、被処理液２にレーザ光を照射すると、レーザ光と懸濁物質との作用が十分に大きくなり、効率的なナノ粒子化処理を実現できる。またレーザ光照射強度として、レーザ光照射強度Ｐに対する最大周波数成分振幅Ｇ0の変化率ＶG0（∂Ｇ0/∂ｔ）が最大の値に達する時のレーザ光照射強度が使用される場合には、電力を十分に節約することができる。
【００７１】
こうして被処理液２にレーザ光を照射し、上記のようにして決定されたレーザ光照射時間が経過したら、レーザ装置８の作動を停止する。このとき、ナノ粒子化はほとんど進行できていないため、ナノ粒子化は十分に行われたことになる。また上記方法で決定したレーザ光照射時間だけレーザ光を照射しているので、電力を無駄に使用することがない。
【００７２】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、決定装置１によりレーザ光照射時間、レーザ光照射波長及びレーザ光照射強度の全てが決定されているが、レーザ光照射時間を決定するだけであれば、レーザ装置８として、波長及び強度を変えることが可能なものを用いる必要はない。またレーザ光照射波長を決定するだけであれば、レーザ装置８として、強度を変えることが可能なものを用いる必要はない。またレーザ光照射強度を決定するだけであれば、レーザ装置８として波長可変のものを用いる必要はない。
【００７３】
また上記ナノ粒子の製造方法の実施形態では、ナノ粒子化処理に先立って、レーザ光照射時間、レーザ光照射波長、及びレーザ光照射強度の全てについてナノ粒子化処理に適した値を決定しているが、全てについて上記決定方法により決定する必要はない。上記レーザ光照射時間、レーザ光照射波長及びレーザ光照射強度のうちの少なくとも１つが、上記決定方法により決定されていればよい。
【００７４】
更に上記ナノ粒子の製造方法の実施形態では、上記したように、レーザ光照射波長、レーザ光照射強度、レーザ光照射時間が順次決定されているが、これらの順序に限定されるものではなく、任意であってもよい。また上記レーザ光照射時間、レーザ光照射波長、レーザ光照射強度の決定は同時に行ってもよい。
【００７５】
また上記実施形態では、効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射波長、レーザ光照射強度を決定するに際して、周波数成分振幅のレーザ光照射波長依存性又はレーザ光照射強度依存性を調べており、周波数成分振幅として最大周波数成分振幅を用いているが、周波数成分振幅は、最大周波数成分振幅に限定されず、最大周波数成分振幅より小さい周波数成分振幅であってもよい。
【００７６】
更に、上記実施形態では、レーザ光照射時間に対する衝撃波強度もしくは特定周波数成分振幅の変化率が所定の値、好ましくはレーザ光照射初期の値に対して１０％以下の値に達した時のレーザ光照射時間を、ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射時間として決定しているが、周波数成分振幅の周波数分布の時間変化から求めてもよい。例えば、レーザ光照射初期に得られた周波数分布に対して、高周波成分のみしか観測されなくなったとき、あるいは周波数分布に変化が見られなくなってきたときを検出してレーザ光照射時間を決定することができる。
【００７７】
更に、上記実施形態では、被処理液２にレーザ光を照射し、その際発生する衝撃波を観測することによりレーザ光照射条件を決定しているが、衝撃波を観測し、観測した衝撃波について周波数解析を行い、周波数成分振幅と周波数成分との関係を求めると、この関係に基づいて、被処理液２中の懸濁物質をナノ粒子化して得られるナノ粒子の粒径分布を推定することもできる。すなわちレーザ粉砕の対象となる直径１０ｎｍ〜１０μｍの懸濁粒子についてレーザ粉砕したとき、粒径の大きいナノ粒子ほど振動周期の長い衝撃波を生じる傾向があり、逆に粒径の小さいナノ粒子では振動周期の短い衝撃波が観測される傾向がある。つまり、ナノ粒子の粒径が大きいほど衝撃波の周波数は小さく、ナノ粒子の粒径が小さいほど衝撃波の周波数は大きくなる傾向がある。この理由として、小さい粒径のナノ粒子ほどレーザ光照射時の光作用が小さいこと、及び液相中では小さい粒径のナノ粒子ほど粘性の影響が大きいことから、レーザ光照射時に分割された分割片（ナノ粒子）の初期速度が遅く且つ粘性の影響で分割片が短い制動距離で停止してしまうため、分割片の移動に基づく衝撃波の周波数が大きくなることが考えられる。上記理由から、周波数成分振幅と周波数成分との関係自体が粒径分布を表すことになる（図４参照）。この場合、周波数が粒径の逆数に対応し、周波数成分は各粒径ごとの粒子割合（粒度）に対応する。こうして、衝撃波の周波数解析によりナノ粒子の粒径分布を容易に推定することが可能となる。なお、ナノ粒子の粒径分布は、衝撃波観測センサ５で観測される衝撃波を解析装置６で周波数解析して周波数振幅成分と周波数成分との関係を求めることにより推定することができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のレーザ光照射条件の決定方法及び決定装置によれば、効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射条件を的確に決定することができる。
【００７９】
また本発明のナノ粒子の製造方法によれば、ナノ粒子を効率よく製造することができる。
【００８０】
更に本発明のナノ粒子の粒径分布の推定方法によれば、レーザ光照射により生成される被処理液中のナノ粒子の粒径分布を容易に推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】被処理液にレーザ光を照射したときに観測される衝撃波の波形を示すグラフである。（ａ）は、被処理液にレーザ光を照射して１０分経過後の衝撃波の波形を、（ｂ）は５０分経過後の衝撃波の波形を示している。
【図３】（ａ）は、レーザ光照射時間に対する衝撃波振幅の変化率とレーザ光照射時間との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、レーザ光照射時間に対する衝撃波の特定の周波成分振幅の変化率とレーザ光照射時間との関係を示すグラフである。
【図４】衝撃波の周波数成分振幅と周波数成分との関係を示すグラフである。
【図５】最大周波数成分振幅とレーザ光照射波長との関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）は、最大周波数成分振幅とレーザ光照射強度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、レーザ光照射強度Ｐに対する最大周波数成分振幅Ｇ0の変化率とレーザ光照射強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…レーザ光照射条件の決定装置、２…被処理液、３…処理チャンバ、５…衝撃波観測装置、６…解析装置、８…レーザ装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法及び決定装置並びにナノ粒子の製造方法並びにナノ粒子の粒径分布推定方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
物質のナノ粒子化は、極端な表面積の増大をもたらす。このため、ナノ粒子とその周囲との反応性が高まり、且つ物質固有の性質が出現しやすくなる。また、粒子が難溶性・不溶性の物質である場合、そのナノ粒子化によりナノ粒子を溶媒中に擬似的に可溶化した状態（ナノ粒子が溶媒中に懸濁している状態であるが、光散乱がないため擬似的に可溶化しているように見える状態）にすることもできる。
【０００３】
このため、ナノ粒子化の技術は、新しい物質の調合方法を提供できる可能性があり、幅広い分野での応用が期待される。
【０００４】
このようなナノ粒子化の方法として、従来、特開２００１−１１３１５９号公報に開示されるものが知られている。同公報には、有機化合物を溶媒中に分散させた後、レーザ光を照射することによって、この有機化合物の微粒子（ナノ粒子）を得るナノ粒子化方法が開示されている。そして、このナノ粒子化方法においては、レーザ光照射条件の一つであるレーザ光照射波長は、微粒子化する有機化合物の吸収波長に合せて決定される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１１３１５９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来の公報に記載のレーザ光照射条件の決定方法は、以下に示す課題を有していた。
【０００７】
すなわち有機化合物のナノ粒子化において、レーザ光の有機物化合物に対する作用が、有機物化合物の種類、懸濁粒子の粒径分布および濃度に応じて異なるため、個々のサンプルについて最適なレーザ光照射条件を把握する必要がある。
【０００８】
また上記公報に記載の方法では、ナノ粒子化処理におけるレーザ光照射時間やレーザ光照射強度が決定されていない。このため、例えば、ナノ粒子化に効率的でないレーザ光強度が選択されたり、レーザ光の照射が時間的及び強度的に過剰に行われたり不足したりする場合がある。その場合には、レーザ光照射に対するナノ粒子化のエネルギー効率が悪くなるか、有機化合物のナノ粒子化が十分に行われなくなる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射条件を的確に決定することができるナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法及び決定装置並びにナノ粒子の製造方法、並びにナノ粒子の粒径分布推定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討した。その結果、被処理液中の物質をナノ粒子化する際に観測される衝撃波について解析を行うことにより、効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射条件を的確に決定できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち本発明は、被処理液中の物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法において、被処理液にレーザ光を照射し、懸濁物質をナノ粒子化処理してナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波を観測する衝撃波観測工程と、衝撃波観測工程で観測される衝撃波の強度について解析を行うことによりナノ粒子化処理におけるレーザ光照射条件を決定する解析工程とを含み、解析工程が、観測される衝撃波の強度とレーザ光照射時間との関係を求める第１工程と、第１工程で求められる関係に基づいて、レーザ光照射時間に対する衝撃波の強度の変化率を算出し、その変化率が所定値以下の値に達した時の時間をナノ粒子化処理におけるレーザ光照射時間として決定する第２工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、観測される衝撃波について解析を行うことにより、衝撃波の周波数成分振幅と周波数成分との関係を求めることができ、この関係からレーザ光照射波長依存性を調べることにより、効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射波長を的確に決定することができる。また衝撃波の周波数成分振幅と周波数成分との関係からレーザ光照射強度依存性を調べることにより、効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射強度を的確に決定することもできる。更に衝撃波のレーザ光照射時間依存性を調べることにより、効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射時間を的確に決定することもできる。
【００１３】
上記解析工程は、観測される衝撃波の強度とレーザ光照射時間との関係を求める第１工程と、前記第１工程で求められる関係から、前記レーザ光照射時間に対する前記衝撃波の強度の変化率を算出し、その変化率が所定値以下の値に達した時の時間をナノ粒子化処理におけるレーザ光照射時間として決定する第２工程とを含む。
【００１４】
本発明者は、被処理液中の物質のナノ粒子化に際して観測される衝撃波の振幅が、ナノ粒子化が進行するにつれて減衰することから、レーザ光照射時間に対する衝撃波の強度の変化率がナノ粒子化進行の目安となることを見出した。ここで、レーザ光照射時間に対する衝撃波の強度の変化率が所定値を超える状態では、まだナノ粒子化処理が進行しており、変化率が所定値に達した時点でナノ粒子化処理の進行がほぼ停止しているものと推定できる。よって、この方法により、効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射時間を的確に決定することができる。
【００１５】
また本発明は、被処理液中の物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法において、被処理液にレーザ光を照射し、前記物質をナノ粒子化処理してナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波の強度を観測してこの衝撃波について周波数解析を行い、周波数成分振幅と周波数成分との関係を求め、この関係に基づいて特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出する第１工程と、第１工程で算出される周波数成分振幅とレーザ光照射時間との関係を求める第２工程と、第２工程で求められる関係に基づいて、レーザ光照射時間に対する周波数成分振幅の変化率を算出し、その変化率が所定値以下の値に達した時の時間をナノ粒子化処理におけるレーザ光照射時間として決定する第３工程とを含むことを特徴とするナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法である。
【００１６】
この発明によれば、レーザ光照射時間に対する周波数成分振幅の変化率が算出され、この変化率はナノ粒子化進行の目安となる。ここで、レーザ光照射時間に対する観測衝撃波強度の変化率が所定値を超える状態では、まだナノ粒子化処理が進行しており、変化率が所定値に達した時点でナノ粒子化処理の進行がほぼ停止しているものと推定できる。よって、この方法により、効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射時間を的確に決定することができる。 また本発明は、被処理液中の物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法において、被処理液にレーザ光を照射し、物質をナノ粒子化処理してナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波の強度を観測してこの衝撃波について周波数解析を行い、周波数成分振幅と周波数成分との関係を求め、この関係に基づいて特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出する工程を、前記レーザ光の波長を変えて複数回行う第１工程と、前記第１工程で算出される周波数成分振幅とレーザ光照射波長との関係を求める第２工程と、前記第２工程で求められる関係に基づいて、周波数成分振幅が最大となるレーザ光照射波長を算出し、そのレーザ光照射波長を、ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射波長として決定する第３工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
この方法によれば、観測した衝撃波について周波数解析を行うことにより周波数成分振幅と周波数成分との関係が求められる。ここで、特定の周波数成分において周波数成分振幅が大きいほど、レーザ光と物質との作用が大きいことを示している。従って、特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出し、この工程を、レーザ光照射波長を変えて複数回行い、周波数成分振幅のレーザ光照射波長依存性を調べ、周波数成分振幅が最大となるレーザ光照射波長を調べることで、物質とレーザ光との作用が最大となるレーザ光照射波長、すなわち効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射波長を的確に決定することができる。
【００１８】
更に本発明は、被処理液中の物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法において、前記被処理液にレーザ光を照射し、前記物質をナノ粒子化処理してナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波の強度を観測してこの衝撃波について周波数解析を行い、周波数成分振幅と周波数成分との関係を求め、この関係に基づいて特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出する工程を、前記レーザ光照射強度を変えて複数回行う第１工程と、前記第１工程で算出される周波数成分振幅とレーザ光照射強度との関係を求める第２工程と、前記第２工程で求められる関係に基づいて、レーザ光強度に対する周波数成分振幅の変化率が最大となるレーザ光照射強度を算出し、その値以上のレーザ光照射強度を、ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射強度として決定する第３工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
この方法によれば、観測した衝撃波について周波数解析を行うことにより周波数成分振幅と周波数成分との関係が求められる。ここで、特定の周波数成分において周波数成分振幅が大きいほど、レーザ光と物質との作用が大きいことを示している。従って、特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出し、この工程を、レーザ光照射強度を変えて複数回行い、周波数成分振幅のレーザ光照射強度依存性を調べることで、物質とレーザ光との作用が大きくなるレーザ光照射強度、すなわち効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射強度を的確に決定することができる。
【００２０】
また本発明は、被処理液中のナノ粒子の粒径分布推定方法であって、被処理液中の物質にレーザ光を照射し、前記物質をナノ粒子化処理して前記ナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波の強度を観測する衝撃波観測工程と、衝撃波観測工程で観測される衝撃波について周波数解析を行うことによりナノ粒子化処理で生成されるナノ粒子の粒径分布を推定する周波数解析工程とを含むことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、被処理液中の物質をレーザ光照射によりレーザ粉砕してナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波の強度を観測し、この衝撃波について周波数解析を行うと、周波数成分振幅と周波数との関係が求められる。ここで、粒径の大きいナノ粒子ほど振動周期の長い衝撃波を生じる傾向があり、逆に粒径の小さいナノ粒子ほどは振動周期の短い衝撃波が観測される傾向がある。つまり、ナノ粒子の粒径が大きいほど衝撃波の周波数は小さく、ナノ粒子の粒径が小さいほど衝撃波の周波数は大きくなる傾向がある。この理由として、小さい粒径のナノ粒子ほどレーザ光照射時の光作用が小さいこと、及び液相中では小さい粒径のナノ粒子ほど粘性の影響が大きいことから、レーザ光照射時に分割された分割片（ナノ粒子）の初期速度が遅く且つ粘性の影響で分割片が短い制動距離で停止してしまうため、分割片の移動に基づく衝撃波の振動周波数が大きくなることが考えられる。上記理由から、周波数成分振幅と周波数成分との関係自体が粒径分布を表すことになる。この場合、周波数が粒径の逆数に対応し、周波数成分振幅は各粒径ごとの粒子の割合（粒度）に対応する。こうして、衝撃波の周波数解析によりナノ粒子の粒径分布を容易に推定することが可能となる。
【００２２】
また本発明は、被処理液中の物質にレーザ光を照射してナノ粒子を製造するナノ粒子の製造方法において、前記被処理液と同一の被処理液について、上記レーザ光照射条件の決定方法によりレーザ光照射条件を決定するレーザ光照射条件決定工程と、レーザ光照射条件決定工程で決定されるレーザ光照射条件で被処理液にレーザ光を照射するレーザ光照射工程とを含むことを特徴とする。
【００２３】
この製造方法によれば、上記レーザ光照射条件の決定方法により効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射条件が的確に決定され、こうして決定されたレーザ光照射条件で被処理液にレーザ光が照射される。ここで、決定されるレーザ光照射条件がレーザ光照射時間である場合、この条件で被処理液にレーザ光が照射されることにより、少ないエネルギーでナノ粒子を十分に製造することができる。また、決定されるレーザ光照射条件がレーザ光照射波長である場合、この条件で被処理液にレーザ光が照射されることにより、物質とレーザ光との作用を大きくすることができ、ナノ粒子を効率的に製造することができる。更に、決定されるレーザ光照射条件がレーザ光照射強度である場合、この条件で被処理液にレーザ光が照射されることにより、物質とレーザ光との作用を大きくすることができ、ナノ粒子を効率的に製造することができる。
【００２４】
また本発明は、被処理液中の物質にレーザ光を照射してナノ粒子を製造するナノ粒子の製造方法において、前記被処理液と同一の被処理液について、上記レーザ光照射条件の決定方法によりレーザ光照射条件としてのレーザ光照射時間を決定する第１レーザ光照射条件決定工程と、上記レーザ光照射条件の決定方法によってレーザ光照射条件としてのレーザ光照射波長を決定する第２レーザ光照射条件決定工程と、上記レーザ光照射条件の決定方法によってレーザ光照射条件としてのレーザ光照射強度を決定する第３レーザ光照射条件決定工程と、前記第１〜第３レーザ光照射条件決定工程で決定されるレーザ光照射時間、レーザ光照射波長及びレーザ光照射強度で前記被処理液に前記レーザ光を照射するレーザ光照射工程とを含み、前記第１〜第３レーザ光照射条件決定工程を同時に又は任意の順序で行うことを特徴とする。
【００２５】
この製造方法によれば、上記レーザ光照射条件の決定方法により効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射時間、レーザ光照射波長及びレーザ光照射強度が決定され、こうして決定されたレーザ光照射条件で被処理液にレーザ光が照射される。このため、ナノ粒子を極めて効率よく製造することができる。
【００２６】
また本発明は、被処理液中の物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定装置において、被処理液を収容する処理チャンバと、被処理液中の前記物質にレーザ光を照射するレーザ装置と、処理チャンバ内で発生する衝撃波の強度を観測する衝撃波観測装置と、衝撃波観測装置により観測される衝撃波について解析を行い、ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件を決定する解析装置とを備え、解析装置が、レーザ光照射時間に対する衝撃波の振幅の変化率を求めることが可能であると共に、衝撃波を周波数解析して周波数振幅成分と周波数成分との関係を求めることが可能な波形解析装置であることを特徴とする。
【００２７】
このレーザ光照射条件の決定装置によれば、レーザ装置により、処理チャンバ内の被処理液にレーザ光が照射され、衝撃波観測装置で被処理液中の物質のナノ粒子化により観測される衝撃波が観測され、この衝撃波について解析装置で解析が行われるため、上記方法の発明を有効に実施することができる。
【００２８】
上記解析装置は、レーザ光照射時間に対する衝撃波の振幅の変化率を求めることが可能であると共に、衝撃波を周波数解析して周波数振幅成分と周波数成分との関係を求めることが可能な波形解析装置である。
【００２９】
この決定装置によれば、衝撃波観測装置で観測される衝撃波について、波形解析装置によりレーザ光照射時間に対する衝撃波の周波数成分振幅の変化率が求められる。このため、この変化率が所定値以下の値に達する時のレーザ光照射時間を算出することができる。ここで、上記変化率が所定値以下の値に達した時には、ナノ粒子化がほとんど進行していない。従って、上記決定装置により、少ないエネルギーでナノ粒子化処理を十分に行わせることができるレーザ光照射時間を的確に決定することができる。また衝撃波について、波形解析装置により周波数解析がなされ、周波数振幅成分と周波数成分との関係が求められる。このため、この関係に基づいて特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出する工程を、レーザ光照射波長を変えて複数回行い、周波数成分振幅が最大となるレーザ光照射波長を算出することで、物質とレーザ光とが最も大きく作用するレーザ光照射波長を的確に決定することができる。更に、特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出する工程を、レーザ光照射強度を変えて複数回行い、レーザ光強度に対する周波数成分振幅の変化量が最大となるレーザ光照射強度を算出することで、レーザ光と物質とが大きく作用するレーザ光照射強度を的確に決定することができる。さらに、上記決定装置は、波形解析装置により周波数成分振幅と周波数との関係を求めることが可能となる。ここで、上述したように、周波数成分振幅と周波数はナノ粒子の粒径分布を表すことになる。したがって、上記決定装置により、ナノ粒子の粒径分布を容易に推定することが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００３１】
まず本発明に係るナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定装置（以下、「決定装置」と呼ぶ）について説明する。
【００３２】
図１は、本発明の決定装置の一実施形態を示す概略図である。図１に示すように、決定装置１は、懸濁物質で懸濁された被処理液２を収容する処理チャンバ３と、処理チャンバ３内の被処理液２を撹拌する撹拌装置４と、処理チャンバ３に設けられ、処理チャンバ３内の被処理液２で発生する衝撃波の強度を観測する衝撃波観測センサ（衝撃波観測装置）５と、衝撃波観測センサ５で観測される衝撃波について解析を行う解析装置６とを備えている。また決定装置１は、処理チャンバ３内に収容される被処理液２にレーザ光７を照射し、懸濁物質を粉砕してナノ粒子を製造するレーザ装置８を備えている。被処理液２としては、例えば水にバナジルフタロシアニン（以下、「ＶＯＰｃ」という）粒子を懸濁させたものが用いられる。なお、本実施形態では、直径数μｍ〜１０μｍの懸濁粒子を処理対象としているが、本発明に不可欠な衝撃波の発生は物質の形態に依存しないため、処理対象となる物質の形態は特に限定されるものではない。本実施形態では、懸濁粒子として有機化合物であるＶＯＰｃが用いられているが、懸濁粒子は、ＶＯＰｃに限らず、他の有機化合物であってもよい。また、懸濁粒子は、無機化合物や金属であってもよい。
【００３３】
処理チャンバ３は、レーザ装置８から出射されるレーザ光７の波長に対して透明な材質のもの、例えば石英などが用いられる。撹拌装置４は、例えば撹拌子４ａとマグネットスターラ４ｂとで構成される。
【００３４】
レーザ装置８は、被処理液２中の懸濁物質にレーザ光を照射し且つそのレーザ光の波長及び強度を変えることが可能なものである。このようなレーザ装置８としては、例えばパラメトリック発振を利用した波長可変レーザ、複数の異なる波長を有するレーザ群と波長セレクターを組合せた離散波長選択型レーザ、色素レーザなどが用いられる。
【００３５】
解析装置６は、例えば解析装置６で得られた結果に基づきレーザ装置８を制御し、レーザ光の照射波長及び照射強度又はこれらのいずれか一方を調整するものである。解析装置６は、レーザ光照射時間に対する衝撃波の振幅の変化率を求めることが可能であると共に、衝撃波を周波数解析して周波数振幅成分と周波数成分との関係を求めることが可能な波形解析装置であることが好ましい。このような波形解析装置としては、例えばＦＦＴスペクトルアナライザーなどが用いられる。
【００３６】
次に、上記決定装置１を用いたレーザ光照射条件の決定方法について説明する。
【００３７】
（レーザ光照射時間の決定方法）
まずレーザ光照射条件としてのレーザ光照射時間の決定方法について説明する。
【００３８】
この場合、撹拌装置４により被処理液２の撹拌を開始する。そして、レーザ装置８を作動し、処理チャンバ３内の被処理液２にレーザ光を照射して被処理液２中の懸濁物質をナノ粒子化処理する。このとき、懸濁物質のナノ粒子化により衝撃波が発生する。発生した衝撃波は衝撃波観測センサ５で観測する（衝撃波観測工程）。
【００３９】
衝撃波観測センサ５で観測された衝撃波については、解析装置６で解析を行う（解析工程）。
【００４０】
このとき、解析装置６においては、まず、観測される衝撃波の振幅とレーザ光照射時間との関係が求められる（第１工程）。この関係は、例えば図２に示すように、レーザ光照射時間ｔが増大するにつれて衝撃波振幅Ａ（個々の衝撃波に対する最大値）が減少するものとなる。
【００４１】
次に、この関係に基づいて、図３（ａ）に示すように、レーザ光照射時間ｔに対する衝撃波振幅Ａの変化率ＶA（∂A/∂t）が、所定値以下、好ましくはレーザ照射初期の値ＶASに対して１０％以下、つまり０．１ＶASになるときのレーザ光照射時間を算出し、その時間をナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射時間として決定する（第２工程）。
【００４２】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、被処理液にレーザ光を照射して１０分経過後は、衝撃波の強度が大きく、５０分経過後は衝撃波の強度が小さくなることから、被処理液中の懸濁物質のナノ粒子化に際して観測される衝撃波の振幅Ａが、ナノ粒子化が進行するにつれて減衰することを本発明者は見出した。なお、このとき使用したレーザ光はＹＡＧの３倍波（波長：３５５ｎｍ）であり、レーザ特性は、８０ｍＪ／ｃｍ2Ｐｕｌｓｅ、ＦＷＨＭ（Full Width Half Maximum）＝４ｎｓ、繰り返し周波数＝２０Ｈｚとした。また被処理液は、水にＶＯＰｃ粒子を懸濁させたものとした。図２（ａ）において縦軸の１目盛は２００ｍＶ、横軸の１目盛は５００μｓであり、図２（ｂ）において縦軸の１目盛は１００ｍＶ、横軸の１目盛は１００μｓである。
【００４３】
上記のように、ナノ粒子化が進行するにつれて衝撃波の振幅が減衰することから、本発明者は、衝撃波がナノ粒子化進行の目安となることを見出した。ここで、観測した衝撃波のレーザ光照射時間の変化率ＶA（∂Ａ/∂ｔ）がレーザ照射初期の値ＶASに対して１０％を超える状態では、まだナノ粒子化処理が進行しており、変化率がレーザ照射初期の値ＶASに対して１０％に達した時点ではナノ粒子化処理はほとんど進行していないと推定できる。一方、上記変化率がレーザ照射初期の値ＶASに対して１０％に達した後もレーザ光照射を継続すると、ナノ粒子化がこれ以上進行しないにもかかわらず電力を無駄に使用することになる。よって、この方法により、少ないエネルギーでナノ粒子化処理を十分に行わせることができるレーザ光照射時間、すなわち効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射時間ＴAを的確に決定することができる。
なお、例えば図２（ａ）に示すように、衝撃波の振幅の大きい部分は遅れて発生しているが、これは下記の理由によるものと考えられる。すなわち、ナノ粒子化はレーザ光の通過する領域で生じるため、その領域内の異なる位置で発生した衝撃波が衝撃波モニタ５に到達するまでの距離は異なる。そのため、衝撃波を観測すると、衝撃波は、上記領域内の異なる位置で発生した衝撃波間で若干の時間的誤差を含んで観測され、衝撃波の振幅の大きい部分が遅れて発生するものと考えられる。しかし、本発明の方法により衝撃波について周波数解析を行うと、上記のような時間的遅れが除去できるので、衝撃波の発生位置に依存しない衝撃波のモニタ、すなわちナノ粒子化のモニタが可能になる。よって、レーザ光照射時間ｔに対する衝撃波振幅Ａの変化率ＶA（∂A/∂t）とレーザ光照射時間ｔとの関係をより的確に算出することができ、ひいては効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射時間ＴAをより的確に決定することができる。
【００４４】
次に、上記手法とは別の手法、つまり衝撃波の周波数成分解析に基づいたレーザ光照射時間の決定方法について説明する。
【００４５】
この手法は、衝撃波の周波数成分、すなわち粒径別の衝撃波強度を求めることができるため、特定の粒径の原料粒子に対するナノ粒子化処理の処理時間を決定する際に有用である。
【００４６】
まず、攪拌装置４により被処理液２の攪拌を開始する。そして、レーザ装置８を作動し、処理チャンバ３内の被処理液２中の懸濁物質をナノ粒子化処理する。このとき発生する衝撃波の強度を衝撃波観測センサ５で観測する。そして、衝撃波観測センサ５で観測される衝撃波について解析装置６でフーリエ解析により周波数解析を行い、周波数成分振幅と衝撃波の周波数成分との関係を求める。この関係は、通常、図４に示すように、ある周波数成分において最大値Ｇ0を示し、その周波数成分の前後では周波数成分振幅は小さくなる。
【００４７】
ここで、特定の周波数成分において周波数成分振幅が大きいほど、レーザ光と懸濁物質との作用が大きいことを示している。すなわち、周波数振幅成分は、ナノ粒子化処理の効率を示す指標となる。そこで、特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出し（第１工程）、周波数成分振幅のレーザ光照射時間依存性を調べる（第２工程）。周波数成分振幅とレーザ光照射時間との関係は、レーザ光照射時間ｔが増大するにつれて周波数成分振幅Ｇが減少するものとなる。
【００４８】
次に、ここで図３（ｂ）のように、この関係に基づいて、レーザ光照射時間ｔに対する周波数成分振幅Ｇの変化率ＶG（∂Ｇ/∂ｔ）が所定値以下、好ましくはレーザ照射初期の値ＶGSに対して１０％以下、つまり０．１ＶGSに達したときのレーザ光照射時間を算出し、その時間をナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射時間ＴGとして決定する（第３工程）。こうして少ないエネルギーでナノ粒子化処理を十分に実現できるレーザ光照射時間ＴAを的確に決定することができる。
【００４９】
（レーザ光照射波長の決定方法）
次に、レーザ光照射条件としてのレーザ光照射波長の決定方法について説明する。
【００５０】
まず撹拌装置４により被処理液２の撹拌を開始する。そして、レーザ装置８を作動し、処理チャンバ３内の被処理液２にレーザ光を照射し、懸濁物質をナノ粒子化処理してナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波の強度を衝撃波観測センサ５で観測する。そして、衝撃波観測センサ５で観測される衝撃波について解析装置６でフーリエ解析により周波数解析を行い、周波数成分振幅と衝撃波の周波数成分との関係を求める。この関係は通常、図４に示すように、ある周波数成分において最大値Ｇ0を示し、その周波数成分の前後では周波数成分振幅は小さくなる。
【００５１】
ここで、特定の周波数成分において周波数成分振幅が大きいほど、レーザ光と懸濁物質との作用が大きいことを示している。すなわち周波数成分振幅は、ナノ粒子化処理の効率を示す指標となる。そこで、特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出し、この工程を、レーザ光照射波長を変えて複数回行い（第１工程）、周波数成分振幅のレーザ光照射波長依存性を調べる。これにより、周波数成分振幅が最大となるレーザ光照射波長、すなわち懸濁物質とレーザ光との作用が最大となるレーザ光照射波長を的確に決定することができる。
【００５２】
ここで、特定の周波数成分は、具体的には、周波数成分振幅が最大となるとき（以下、最大となる周波数成分振幅を「最大周波数成分振幅」と呼ぶ）の周波数成分とする。この周波数成分は、懸濁物質の中で最も多く存在する粒径の懸濁物質に相当しており、また最大周波数成分振幅が大きいほどレーザ光と懸濁物質との作用が大きいことを示している。従って、この周波数成分における周波数成分振幅のレーザ光照射波長依存性を調べることで、レーザ光と懸濁物質とを最も作用させやすいレーザ光照射波長をより的確に決定することができる。
【００５３】
レーザ光の照射波長を変える場合には、解析装置６によりレーザ装置８を制御すればよい。
【００５４】
周波数成分振幅が最大となるレーザ光照射波長を調べるには、レーザ光照射波長ごとに求めた最大周波数成分振幅Ｇ0を、レーザ光照射波長に対してプロットすればよい。この場合、レーザ光照射波長と最大周波数成分振幅は、例えば図５に示すような関係となり、この関係に基づいて、いずれのレーザ光照射波長で懸濁物質とレーザ光との作用が最大となるかを知ることができる。すなわち最大周波数成分振幅が最大となるレーザ光照射波長λ0が、懸濁物質とレーザ光との作用を最大とするレーザ光照射波長である（第２工程）。こうしてナノ粒子化処理で使用するレーザ光照射波長を決定する（第３工程）。
【００５５】
このように、観測した衝撃波について周波数解析を行い、周波数成分と周波数成分振幅との関係を求め、特定周波数成分における周波数成分振幅のレーザ光照射波長依存性を調べることにより、懸濁物質とレーザ光との作用を最大とするレーザ光照射波長、すなわち効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射波長を的確に決定することができる。
【００５６】
（レーザ光照射強度の決定方法）
次に、レーザ光照射条件としてのレーザ光照射強度の決定方法について説明する。
【００５７】
まず撹拌装置４により被処理液２の撹拌を開始する。そして、レーザ装置８を作動し、被処理液２にレーザ光を照射し、被処理液２中の懸濁物質をナノ粒子化処理してナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波の強度を衝撃波観測センサ５で観測し、この衝撃波について解析装置６でフーリエ解析により周波数解析を行い、周波数成分振幅と衝撃波の周波数成分との関係を求める。この関係は通常、図４に示すように、ある周波数成分において最大値を示し、その周波数成分の前後では周波数成分振幅は小さくなる。
【００５８】
ここで、特定の周波数成分において周波数成分振幅が大きいほど、レーザ光と懸濁物質との作用が大きいことを示している。そこで、特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出し、この工程を、レーザ光照射強度を変えて複数回行い、周波数成分振幅のレーザ光照射強度依存性を調べる。これにより、懸濁物質とレーザ光との作用が大きくなるレーザ光照射波長を的確に決定することができる。
【００５９】
特定の周波数成分における周波数成分振幅は、具体的にはレーザ光照射波長を決定する場合と同様、最大周波数成分振幅とする。
【００６０】
また周波数成分振幅のレーザ光照射強度依存性を調べるには、レーザ光照射強度ごとに求めた最大周波数成分振幅Ｇ0を、レーザ光照射強度Ｐに対してプロットすればよい。この場合、レーザ光照射強度Ｐと最大周波数成分振幅Ｇ0は、例えば図６（ａ）に示すようにしきい値特性を有する関係となる。すなわち最大周波数成分振幅Ｇ0は、レーザ光照射直後から一定照射強度まではゼロであるが、レーザ光照射強度は、ある値に達すると急激に立ち上がり、その後、緩やかな勾配でレーザ光照射強度に対して増加する。この関係に基づいて、いずれのレーザ光照射強度で懸濁物質とレーザ光との作用が大きくなるかを知ることができる（第２工程）。
【００６１】
上記のようにして求められる関係に基づいて、図６（ｂ）に示すように、レーザ光強度Ｐに対する周波数振幅Ｇ0の変化率ＶG0（∂Ｇ0/∂Ｐ）が最大となるレーザ光照射強度Ｐ0を算出し、その値以上のレーザ光照射強度を、ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射強度として決定する（第３工程）。
【００６２】
このように、観測した衝撃波について周波数解析を行い、周波数成分と周波数成分振幅との関係を求め、特定周波数成分における衝撃波の周波数成分振幅のレーザ光照射強度依存性を調べることにより、懸濁物質とレーザ光との作用を大きくするレーザ光照射強度、すなわち効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射強度Ｐ0を的確に決定することができる。
【００６３】
但し、周波数成分振幅と周波数成分との関係において、最大周波数成分振幅の勾配が緩やかとなるレーザ光照射強度の範囲では、レーザ光照射強度を増加させてもナノ粒子化処理の効率はほとんど上昇しない。従って、電力を節約する観点からは、ナノ粒子化処理に使用するレーザ光照射強度は、レーザ光照射強度をゼロから増大させる時に、レーザ光照射強度Ｐに対する最大周波数成分振幅Ｇ0の変化率ＶG0（∂Ｇ0/∂ｔ）が最大となるレーザ光照射強度とすることが好ましい。
【００６４】
（ナノ粒子の製造方法）
次に、上記決定装置１を用いたナノ粒子の製造方法について説明する。
【００６５】
まず、処理チャンバ３内に、被処理液を入れ、上述したレーザ光照射波長の決定方法により、被処理液２中の懸濁物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射波長を決定する（第１レーザ光照射条件決定工程）。
【００６６】
次に、処理チャンバ３内に、上記レーザ光照射波長の決定に用いた被処理液をこれと同一の被処理液に交換し、上述したレーザ光照射強度の決定方法により、被処理液２中の懸濁物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射強度を決定する（第２レーザ光照射条件決定工程）。
【００６７】
次に、上述した２つのレーザ光照射時間の決定方法のいずれかを用いて、被処理液２中の懸濁物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射時間ＴAもしくはＴGを決定する（第３レーザ光照射条件決定工程）。
【００６８】
次に、レーザ装置８において、レーザ光照射波長、レーザ光照射強度が上記のようにして決定した値となるように設定する。
【００６９】
そして処理チャンバ３内に、上記レーザ光照射強度の決定に使用した被処理液をこれと同一の被処理液に交換した後、撹拌装置４により被処理液２の撹拌を開始する。続いてレーザ装置８を作動し、処理チャンバ３内の被処理液２にレーザ光を照射する（レーザ光照射工程）。
【００７０】
このとき、レーザ光照射波長は、衝撃波の最大周波数成分振幅が最大となる値、すなわちレーザ光と懸濁物質との作用が最大となる値λ0に設定されており、レーザ光照射強度は、レーザ光と懸濁物質との作用が大きくなる値Ｐ0以上に設定されているため、被処理液２にレーザ光を照射すると、レーザ光と懸濁物質との作用が十分に大きくなり、効率的なナノ粒子化処理を実現できる。またレーザ光照射強度として、レーザ光照射強度Ｐに対する最大周波数成分振幅Ｇ0の変化率ＶG0（∂Ｇ0/∂ｔ）が最大の値に達する時のレーザ光照射強度が使用される場合には、電力を十分に節約することができる。
【００７１】
こうして被処理液２にレーザ光を照射し、上記のようにして決定されたレーザ光照射時間が経過したら、レーザ装置８の作動を停止する。このとき、ナノ粒子化はほとんど進行できていないため、ナノ粒子化は十分に行われたことになる。また上記方法で決定したレーザ光照射時間だけレーザ光を照射しているので、電力を無駄に使用することがない。
【００７２】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、決定装置１によりレーザ光照射時間、レーザ光照射波長及びレーザ光照射強度の全てが決定されているが、レーザ光照射時間を決定するだけであれば、レーザ装置８として、波長及び強度を変えることが可能なものを用いる必要はない。またレーザ光照射波長を決定するだけであれば、レーザ装置８として、強度を変えることが可能なものを用いる必要はない。またレーザ光照射強度を決定するだけであれば、レーザ装置８として波長可変のものを用いる必要はない。
【００７３】
また上記ナノ粒子の製造方法の実施形態では、ナノ粒子化処理に先立って、レーザ光照射時間、レーザ光照射波長、及びレーザ光照射強度の全てについてナノ粒子化処理に適した値を決定しているが、全てについて上記決定方法により決定する必要はない。上記レーザ光照射時間、レーザ光照射波長及びレーザ光照射強度のうちの少なくとも１つが、上記決定方法により決定されていればよい。
【００７４】
更に上記ナノ粒子の製造方法の実施形態では、上記したように、レーザ光照射波長、レーザ光照射強度、レーザ光照射時間が順次決定されているが、これらの順序に限定されるものではなく、任意であってもよい。また上記レーザ光照射時間、レーザ光照射波長、レーザ光照射強度の決定は同時に行ってもよい。
【００７５】
また上記実施形態では、効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射波長、レーザ光照射強度を決定するに際して、周波数成分振幅のレーザ光照射波長依存性又はレーザ光照射強度依存性を調べており、周波数成分振幅として最大周波数成分振幅を用いているが、周波数成分振幅は、最大周波数成分振幅に限定されず、最大周波数成分振幅より小さい周波数成分振幅であってもよい。
【００７６】
更に、上記実施形態では、レーザ光照射時間に対する衝撃波強度もしくは特定周波数成分振幅の変化率が所定の値、好ましくはレーザ光照射初期の値に対して１０％以下の値に達した時のレーザ光照射時間を、ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射時間として決定しているが、周波数成分振幅の周波数分布の時間変化から求めてもよい。例えば、レーザ光照射初期に得られた周波数分布に対して、高周波成分のみしか観測されなくなったとき、あるいは周波数分布に変化が見られなくなってきたときを検出してレーザ光照射時間を決定することができる。
【００７７】
更に、上記実施形態では、被処理液２にレーザ光を照射し、その際発生する衝撃波を観測することによりレーザ光照射条件を決定しているが、衝撃波を観測し、観測した衝撃波について周波数解析を行い、周波数成分振幅と周波数成分との関係を求めると、この関係に基づいて、被処理液２中の懸濁物質をナノ粒子化して得られるナノ粒子の粒径分布を推定することもできる。すなわちレーザ粉砕の対象となる直径１０ｎｍ〜１０μｍの懸濁粒子についてレーザ粉砕したとき、粒径の大きいナノ粒子ほど振動周期の長い衝撃波を生じる傾向があり、逆に粒径の小さいナノ粒子では振動周期の短い衝撃波が観測される傾向がある。つまり、ナノ粒子の粒径が大きいほど衝撃波の周波数は小さく、ナノ粒子の粒径が小さいほど衝撃波の周波数は大きくなる傾向がある。この理由として、小さい粒径のナノ粒子ほどレーザ光照射時の光作用が小さいこと、及び液相中では小さい粒径のナノ粒子ほど粘性の影響が大きいことから、レーザ光照射時に分割された分割片（ナノ粒子）の初期速度が遅く且つ粘性の影響で分割片が短い制動距離で停止してしまうため、分割片の移動に基づく衝撃波の周波数が大きくなることが考えられる。上記理由から、周波数成分振幅と周波数成分との関係自体が粒径分布を表すことになる（図４参照）。この場合、周波数が粒径の逆数に対応し、周波数成分は各粒径ごとの粒子割合（粒度）に対応する。こうして、衝撃波の周波数解析によりナノ粒子の粒径分布を容易に推定することが可能となる。なお、ナノ粒子の粒径分布は、衝撃波観測センサ５で観測される衝撃波を解析装置６で周波数解析して周波数振幅成分と周波数成分との関係を求めることにより推定することができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のレーザ光照射条件の決定方法及び決定装置によれば、効率的なナノ粒子化処理を実現できるレーザ光照射条件を的確に決定することができる。
【００７９】
また本発明のナノ粒子の製造方法によれば、ナノ粒子を効率よく製造することができる。
【００８０】
更に本発明のナノ粒子の粒径分布の推定方法によれば、レーザ光照射により生成される被処理液中のナノ粒子の粒径分布を容易に推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】被処理液にレーザ光を照射したときに観測される衝撃波の波形を示すグラフである。（ａ）は、被処理液にレーザ光を照射して１０分経過後の衝撃波の波形を、（ｂ）は５０分経過後の衝撃波の波形を示している。
【図３】（ａ）は、レーザ光照射時間に対する衝撃波振幅の変化率とレーザ光照射時間との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、レーザ光照射時間に対する衝撃波の特定の周波成分振幅の変化率とレーザ光照射時間との関係を示すグラフである。
【図４】衝撃波の周波数成分振幅と周波数成分との関係を示すグラフである。
【図５】最大周波数成分振幅とレーザ光照射波長との関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）は、最大周波数成分振幅とレーザ光照射強度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、レーザ光照射強度Ｐに対する最大周波数成分振幅Ｇ0の変化率とレーザ光照射強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…レーザ光照射条件の決定装置、２…被処理液、３…処理チャンバ、５…衝撃波観測装置、６…解析装置、８…レーザ装置。
Claims (7)
- 被処理液中の物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法において、
前記被処理液にレーザ光を照射し、前記物質をナノ粒子化処理してナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波を観測する衝撃波観測工程と、
前記衝撃波観測工程で観測される衝撃波の強度について解析を行うことにより前記ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件を決定する解析工程と、
を含み、
前記解析工程が、
観測される衝撃波の強度とレーザ光照射時間との関係を求める第１工程と、
前記第１工程で求められる関係に基づいて、前記レーザ光照射時間に対する前記衝撃波の強度の変化率を算出し、その変化率が所定値以下の値に達した時の時間をナノ粒子化処理におけるレーザ光照射時間として決定する第２工程と、
を含むことを特徴とするナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法。 - 被処理液中の物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法において、
前記被処理液にレーザ光を照射し、前記物質をナノ粒子化処理してナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波の強度を観測してこの衝撃波について周波数解析を行い、周波数成分振幅と周波数成分との関係を求め、この関係に基づいて特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出する第１工程と、
前記第１工程で算出される周波数成分振幅とレーザ光照射時間との関係を求める第２工程と、
前記第２工程で求められる関係に基づいて、前記レーザ光照射時間に対する前記周波数成分振幅の変化率を算出し、その変化率が所定値以下の値に達した時の時間をナノ粒子化処理におけるレーザ光照射時間として決定する第３工程と、
を含むことを特徴とするナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法。 - 被処理液中の物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法において、
前記被処理液にレーザ光を照射し、前記物質をナノ粒子化処理してナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波の強度を観測してこの衝撃波について周波数解析を行い、周波数成分振幅と周波数成分との関係を求め、この関係に基づいて特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出する工程を、前記レーザ光の波長を変えて複数回行う第１工程と、
前記第１工程で算出される周波数成分振幅とレーザ光照射波長との関係を求める第２工程と、
前記第２工程で求められる関係に基づいて、周波数成分振幅が最大となるレーザ光照射波長を算出し、そのレーザ光照射波長をナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射波長として決定する第３工程と、
を含むことを特徴とするナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法。 - 被処理液中の物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法において、
前記被処理液にレーザ光を照射し、前記物質をナノ粒子化処理してナノ粒子を生成させ、そのとき発生する衝撃波の強度を観測してこの衝撃波について周波数解析を行い、周波数成分振幅と周波数成分との関係を求め、この関係に基づいて特定の周波数成分における周波数成分振幅を算出する工程を、前記レーザ光照射強度を変えて複数回行う第１工程と、
前記第１工程で算出される周波数成分振幅とレーザ光照射強度との関係を求める第２工程と、
前記第２工程で求められる関係に基づいて、レーザ光強度に対する周波数成分振幅の変化率が最大となるレーザ光照射強度を算出し、その値以上のレーザ光照射強度をナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射強度として決定する第３工程と、
を含むことを特徴とするナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法。 - 被処理液中の物質にレーザ光を照射してナノ粒子を製造するナノ粒子の製造方法において、
前記被処理液と同一の被処理液について、請求項１〜４のいずれか一項に記載のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法によりレーザ光照射条件を決定するレーザ光照射条件決定工程と、
前記レーザ光照射条件決定工程で決定されるレーザ光照射条件で前記被処理液に前記レーザ光を照射するレーザ光照射工程と、
を含むことを特徴とするナノ粒子の製造方法。 - 被処理液中の物質にレーザ光を照射してナノ粒子を製造するナノ粒子の製造方法において、
前記被処理液と同一の被処理液について、請求項１または請求項２に記載のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法によってレーザ光照射条件としてのレーザ光照射時間を決定する第１レーザ光照射条件決定工程と、
請求項３に記載のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法によってレーザ光照射条件としてのレーザ光照射波長を決定する第２レーザ光照射条件決定工程と、
請求項４に記載のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法によってレーザ光照射条件としてのレーザ光照射強度を決定する第３レーザ光照射条件決定工程と、
前記第１〜第３レーザ光照射条件決定工程で決定されるレーザ光照射時間、レーザ光照射波長及びレーザ光照射強度で前記被処理液に前記レーザ光を照射するレーザ光照射工程と、
を含み、前記第１〜第３レーザ光照射条件決定工程を同時に又は任意の順序で行うことを特徴とするナノ粒子の製造方法。 - 被処理液中の物質のナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定装置において、
前記被処理液を収容する処理チャンバと、
前記被処理液中の前記懸濁物質にレーザ光を照射するレーザ装置と、
前記処理チャンバ内で発生する衝撃波の強度を観測する衝撃波観測装置と、
前記衝撃波観測装置により観測される衝撃波について解析を行い、ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件を決定する解析装置と、
を備え、
前記解析装置が、レーザ光照射時間に対する衝撃波の振幅の変化率を求めることが可能であると共に、衝撃波を周波数解析して周波数振幅成分と周波数成分との関係を求めることが可能な波形解析装置であることを特徴とするナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002334075A JP4116404B2 (ja) | 2002-11-18 | 2002-11-18 | ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法及び決定装置並びにナノ粒子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002334075A JP4116404B2 (ja) | 2002-11-18 | 2002-11-18 | ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法及び決定装置並びにナノ粒子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004167316A JP2004167316A (ja) | 2004-06-17 |
| JP4116404B2 true JP4116404B2 (ja) | 2008-07-09 |
Family
ID=32698618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002334075A Expired - Fee Related JP4116404B2 (ja) | 2002-11-18 | 2002-11-18 | ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法及び決定装置並びにナノ粒子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4116404B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007301534A (ja) | 2006-05-15 | 2007-11-22 | Ebara Corp | 微細化装置 |
| JP2007306950A (ja) | 2006-05-15 | 2007-11-29 | Osaka Univ | 薬効成分ナノ粒子分散液の製造方法 |
| EP2018875A1 (en) | 2006-05-15 | 2009-01-28 | Ebara Corporation | Poorly-water-soluble pharmaceutical agent |
| US8992815B2 (en) | 2010-02-10 | 2015-03-31 | Imra America, Inc. | Production of organic compound nanoparticles with high repetition rate ultrafast pulsed laser ablation in liquids |
| JP6283501B2 (ja) * | 2013-11-12 | 2018-02-21 | 浜松ホトニクス株式会社 | 周波数解析装置及び周波数解析方法 |
| RU2716344C1 (ru) * | 2019-03-14 | 2020-03-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ получения гранулированного сварочного флюса |
| KR102324097B1 (ko) * | 2020-10-20 | 2021-11-08 | 동우 화인켐 주식회사 | 유동 나노입자 측정장치 및 이를 이용한 나노입자 판단방법 |
-
2002
- 2002-11-18 JP JP2002334075A patent/JP4116404B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004167316A (ja) | 2004-06-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Varnavski et al. | Femtosecond excitation dynamics in gold nanospheres and nanorods | |
| Keller et al. | Ultrafast surface-enhanced Raman spectroscopy | |
| JP4116404B2 (ja) | ナノ粒子化処理に用いるレーザ光照射条件の決定方法及び決定装置並びにナノ粒子の製造方法 | |
| Banin et al. | Vibrational relaxation of nascent diiodide ions studied by femtosecond transient resonance impulsive stimulated Raman scattering (TRISRS); experiment and simulation | |
| Badmus et al. | Quantification of radicals generated in a sonicator | |
| Markel et al. | Resonance Raman spectra of photodissociating CH3I and CD3I in solution | |
| Patterson et al. | Science opportunities at the SwissFEL x-ray laser | |
| Gudkov et al. | Laser-Induced Optical Breakdown of an Aqueous Colloidal Solution Containing Terbium Nanoparticles: The Effect of Oxidation of Nanoparticles | |
| Misochko et al. | Coherent lattice dynamics in opaque crystals: Testing the adequacy of two-tensor model | |
| Bargheer et al. | Subpicosecond spin-flip induced by the photodissociation dynamics of ClF in an Ar matrix | |
| Plotnikov et al. | An approach to the reconstruction of true concentration profile from transient signal in spatially resolved analysis by means of laser ablation ICP MS | |
| Singh et al. | The viscosity and surface tension of supercooled levitated droplets determined by excitation of shape oscillations | |
| Luxenburger et al. | Laser ultrasonic absorption measurement in fatigue-damaged materials | |
| JP5012158B2 (ja) | 固液界面の評価方法および評価装置 | |
| JP4401700B2 (ja) | 光照射による分子挙動の観測方法 | |
| CN114858783A (zh) | 一种增强激光诱导击穿光谱信号的方法 | |
| Ohmura et al. | Quantum beats of confined exciton-LO phonon complexes in CuCl nanocrystals | |
| Alba-Rosales et al. | In situ characterization of laser ablation by pulsed photoacoustics: the case of organic nanocrystal synthesis | |
| JP4355593B2 (ja) | テラヘルツ電磁波発生照射検知装置 | |
| Kim et al. | Deep-learning approach for predicting crystalline phase distribution of femtosecond laser-processed silicon | |
| Fuentes-Domínguez et al. | Nano ultrasonic measurements of nanoparticles | |
| US11840919B2 (en) | Photoacoustic nanotracers | |
| Yamazaki et al. | Terahertz irradiation stimulates actin polymerization | |
| NOME et al. | Femtosecond terahertz pulse propagation measurements and simulations of dewetting kinetics in real time | |
| Lee et al. | Photoacoustic sensitization and laser-induced cavitation in polymer solutions by carbon nanotubes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050621 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080118 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080122 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080314 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080415 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080417 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110425 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4116404 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110425 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120425 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130425 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130425 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140425 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |