JP4118818B2 - 単結晶酸化セリウム粉末の製造方法 - Google Patents
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Description
な粒子形状及び粒径分布を有し低温で生成できるだけでなく、従来の水熱反応では合成し難い約30nm以上の粒径を有する単結晶酸化セリウムナノ粉末の製造方法に関するものである。
能性粉末であって、最近は、半導体産業の発達に伴ってその製造工程のうちのCMP(Chemical Mechanical Polishing)工程に用いられるスラリーの主要成分として脚光を浴び
ている。
、粒子の形状が球形である酸化セリウム(CeO2)粉末の合成が非常に必要な状況であ
るが、粒度及び分散の制御が難しい高温固相合成法以外には特別な製造方法がなく、粒度及び形状の制御が比較的容易である共沈法、水熱合成法、エマルジョン法などの各種溶液法では30nm以上の単結晶酸化セリウム(CeO2)粉末を合成した研究結果がないた
め、酸化セリウム(CeO2)粉末の活用は非常に困難である。
適切な溶媒、溶質の濃度、温度、及び溶解度を調節して粒子の形状を調節するための添加剤の選択が非常に重要である。
O、(NH4)4Ce(SO4)4・2H2O、(NH4)2Ce(NO3)6などを原料として
用い、これをパイレックス(R)管に密封し、一定の温度に加熱して水酸化セリウムを沈殿させた後、約600℃で焼成して、六角形の板状及び球形の酸化セリウム粒子を得ることができると報告している(Wan Peter Hsu, Lena Roannquist, Egon Matijevic, Preparation and Properties of Monodispersed Colloidal Particles of Lanthanide Compounds. 2. Cerium(IV), Langmuir, 4, 31-37 (1998))。
用い、メカノケミカル(Mechanochemical)工程と焼成工程とを利用してナノサイズの均
一な酸化セリウムを合成した。1次粉砕工程では、塩化セリウム、NaOH及びNaClを鉄球(steel ball)で粉砕することにより、メカノケミカル反応によって水酸化セリ
ウムが合成され、この水酸化セリウムを500℃以上で焼成して、球形のナノサイズの酸化セリウムが合成されると報告している。
G. McCormick, Synthesis of Ultrafine Ceria Powders by Mechanochemical Porcessing, J. Am. Ceram. Soc., 84(7), 1453-58, (2001))。
本発明の酸化セリウム粉末を製造する方法は、有機溶媒と水との混合溶液の存在下でセリウム塩から水酸化セリウムを沈殿させる工程と、該水酸化セリウムを水熱反応させる工程を含んでいる。この方法により、約30nm以上の粒径を有する単結晶酸化セリウム粉末を容易に得ることができる。また、従来のセリウム塩から水酸化セリウムを沈殿させる沈殿法が、水だけを溶媒として用いており、粒子の大きさ及び形状を調整できなかったのに対して、本発明は、有機溶媒と水との混合溶媒を用いて、約30nm以上の粒径を有し、形状が一定である粉末を製造できるようにしたものである。適切な有機溶媒の添加により、本発明の方法は水酸化セリウムの結晶化度を調節し、酸化セリウム粉末の粒度及び形状が制御しやすくなる。本発明の製造方法で製造される単結晶酸化セリウムナノ粉末は、約30乃至約300nmの粒径を有することが好ましい。
i)アルコール:メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなど、
ii)グリコール:エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコールなど、
iii)その他:アセトン、グリセロール、蟻酸、エチルアセテートなど
が好ましい。
前記セリウム塩の原料としては様々な化学物質を用いることができるが、陰イオン成分は、後の反応溶液の組成に大きな影響を与えるので慎重に考慮しなければならない。本発明では、硝酸セリウム(cerium nitrate)、酢酸セリウム(cerium acetate)などのセリ
ウム塩を、沈殿反応のための出発原料として用いた。
前記水熱反応は、通常の温度条件より低い温度、たとえば300℃程度で行うのが好ましく、この水熱反応は、さらに塩化ナトリウム、硝酸、又は尿素などの添加剤を加えて行うことができる。
以下の実施例によって本発明をより詳細に説明する。但し、実施例は本発明を単に説明するためのものであり、本発明はこれらだけに限定されるわけではない。
[実施例]
水熱合成法によるセラミック粉末の製造方法は、原料の混合及び分散、適切な反応装置内での水熱反応、ならびに洗浄及び乾燥の工程からなる。
[比較例1]
硝酸セリウム(Aldrich社製、純度99%)0.02molを蒸溜水300mlに溶解
し、0.08molのNH4OHを添加して30℃で水酸化セリウムを沈殿させた。沈殿
した水酸化物を蒸溜水で洗浄し、全溶液の体積が100mlになるように蒸溜水に分散させた。
[実施例1]
硝酸セリウム(Aldrich社製、純度99%)0.04molを蒸溜水200mlとエチ
レングリコール100mlとの混合溶液に溶解し、0.5M濃度のNaOH水溶液160mlを添加して50℃で水酸化セリウムを沈殿させた。沈殿した水酸化物を蒸溜水で洗浄
し、全溶液の体積が100mlになるように蒸溜水に分散させた。
図3に示す。SEM写真の倍率は100,000倍であり、スケールバーの長さは100nmを表す。
[実施例2]
硝酸セリウム(Aldrich社製、純度99%)0.06molを蒸溜水100mlとブタ
ノール200mlとの混合溶液に溶解し、0.5M濃度のKOH水溶液200mlを添加して50℃で水酸化セリウムを沈殿させた。沈殿した水酸化物を蒸溜水で洗浄し、全溶液の体積が100mlになるように蒸溜水に分散させた。
硝酸セリウム(Aldrich社製、純度99%)0.1molを蒸溜水300mlとグリセ
ロール200mlとの混合水溶液に溶解し、0.5M濃度のKOH水溶液400mlを添加して80℃で水酸化セリウムを沈殿させた。沈殿した水酸化物を蒸溜水で洗浄し、全溶液の体積が300mlになるように蒸溜水に分散させた。
[実施例4]
硝酸セリウム(Aldrich社製、純度99%)0.2molを蒸溜水300mlとメタノ
ール200mlとの混合溶液に溶解し、0.5M濃度のKOH水溶液500mlを添加して30℃で水酸化セリウムを沈殿させた。沈殿した水酸化物を蒸溜水で洗浄し、全溶液の体積が100mlになるように蒸溜水に分散させた。
[実施例5]
硝酸セリウム(Aldrich社製、純度99%)0.08molを蒸溜水200mlとブチ
レングリコール50mlとブタノール50mlとの混合水溶液に溶解し、0.5M濃度のKOH水溶液300mlを添加して10℃で水酸化セリウムを沈殿させた。沈殿した水酸化物を蒸溜水で洗浄し、全溶液の体積が100mlになるように蒸溜水に分散させた。
Claims (6)
- 有機溶媒と水との混合溶媒の存在下で、硝酸セリウム又は酢酸セリウムから水酸化セリウムを沈殿させる工程;及び
前記水酸化セリウムを水熱反応させる工程;
を含む単結晶酸化セリウム(CeO2)ナノ粉末の製造方法であって、
前記有機溶媒がアルコール系有機溶媒、グリコール系有機溶媒、アセトン、グリセロール、蟻酸、及びエチルアセテートからなる群より選択される1種以上の化合物であり、
前記混合溶媒における前記有機溶媒と水との混合重量比が0.1:1乃至5:1であり、
前記水熱反応が180乃至300℃で行われる
ことを特徴とする単結晶酸化セリウム(CeO 2 )ナノ粉末の製造方法。 - 前記沈殿が、NaOH、KOH、及びアンモニア水からなる群より選択されるpH調整剤の添加によりアルカリ条件下で行われることを特徴とする、請求項1に記載の単結晶酸化セリウム(CeO 2 )ナノ粉末の製造方法。
- 前記沈殿が、20乃至80℃の沈殿反応温度で行われることを特徴とする、請求項1に記載の単結晶酸化セリウム(CeO 2 )ナノ粉末の製造方法。
- 前記沈殿が、さらに塩化ナトリウム又は尿素を添加して行われることを特徴とする、請求項1に記載の単結晶酸化セリウム(CeO 2 )ナノ粉末の製造方法。
- 前記水熱反応が、さらに塩化ナトリウム、硝酸、又は尿素を添加して行われることを特徴とする、請求項1に記載の単結晶酸化セリウム(CeO 2 )ナノ粉末の製造方法。
- 前記単結晶酸化セリウムナノ粉末の粒径が30乃至300nmであることを特徴とする、請求項1に記載の単結晶酸化セリウム(CeO 2 )ナノ粉末の製造方法。
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JP6124832B2 (ja) | 赤外線遮蔽材料微粒子の製造方法、赤外線遮蔽材料微粒子分散液の製造方法、赤外線遮蔽材料微粒子、赤外線遮蔽材料微粒子粉末、赤外線遮蔽材料微粒子分散液、赤外線遮蔽材料微粒子分散体および被覆基材 |
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