JP4487057B2 - 酸化亜鉛ナノプレートとナノロッドとの接合物及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、広いバンドギャップエネルギーを持つ半導体であり、圧電素子、バリスター
，蛍光体、センサー、透明導電膜等として有用な酸化亜鉛ナノプレート-ナノロッド接合
体およびその製造方法に関する。

１nm〜200nmの狭寸法及び5〜2000の縦横比を有する各種金属酸化物のナノロッドが知ら
れている（特許文献１）。酸化亜鉛ナノ構造体は、ナノワイヤー（例えば、非特許文献１
参照）、ナノベルト（例えば、非特許文献２参照）、ナノプロペラ（例えば、非特許文献
３参照）、テトラポッド（例えば、非特許文献４参照）、ナノチューブ（例えば、非特許
文献５参照）などの種々の形態が知られており、金属触媒を用いる方法、加熱蒸発法、水
熱合成法等によって製造されている。

M.H.Huang,ほか、Science 292巻、1897頁、2001年 Z.W.Pan,ほか、Science 291巻、1947頁、2001年 J.Y.Lao,ほか、Nano Lett. 2巻、1287頁、2002年 V.A.L.Roy,ほか、Appl.Phys.Lett. 83巻、141頁、2003年 Z.R.Dai,ほか、Adv.Funct.Mater. 13巻、9頁、2003年 特表2002-502347号公報

本発明は、上記のような現状を踏まえて、従来公知の構造体とは異なる構造の酸化亜鉛
ナノ構造体とその製造方法を提供することを課題としている。

本発明は、上記課題を達成するため、単一な形状ではなく、ナノプレートとナノロッド
が接合した酸化亜鉛ナノプレート-ナノロッド接合体とその製造方法を提供するものであ
る。本発明の酸化亜鉛ナノプレートとナノロッドとの接合体は、二次元の面状のナノプレ
ートの厚さが約50ナノメートルで一次元の線状のナノロッドの直径が約40ナノメートルの
構成であることを特徴としている。

なお、ナノ構造体については、通常、一次元の棒状・線状のものは「ナノワイヤー」、
「ナノロッド」、「ナノチューブ」、「ナノファイバー」、「ナノ繊維」などと呼ばれている。また、二次元の平たいものは「ナノシート」、「ナノフィルム」、「ナノプレート」などと呼ばれている。本明細書において、ナノロッドは一次元の棒状・線状のものを意味し、ナノプレートは二次元の平たいものを意味し、他の表現と特に区別するために用いたものではない。

また、上記課題を達成するため、本発明の酸化亜鉛ナノプレートとナノロッドとの接合
物の製造方法は、酸化亜鉛粉末とグラファイト粉末の混合物をアルミナ管に入れ、このア
ルミナ管を加熱炉の中に取り付け、所定の加熱温度に、所定の時間加熱することによって
、酸化亜鉛ナノプレートとナノロッドとの接合物を得ることを特徴とする。上記において
、酸化亜鉛粉末とグラファイト粉末のモル比は1:2〜1：6の範囲が好ましい。また、所定
の加熱温度は1000〜1200℃の範囲が好ましく、所定の加熱時間は10〜40分間の範囲が好ま
しい。

本発明により、単一形態でなく、ナノプレートとナノロッドが接合した酸化亜鉛ナノプ
レート-ナノロッド複合体が製造可能となったので、他の材料を組み合わせることなく三
端子トランジスターなどのマイクロエレクトロニクスへの応用が期待される。

酸化亜鉛粉末とグラファイト粉末の混合物を一方の端が閉じたアルミナ管の中に入れる
。このアルミナ管を横型石英管状炉の中に設置する。石英管の両端を閉じて、混合物を10
00〜1200℃で3〜6間保って十分な量の反応性の蒸気を発生させた後、少量の空気を導入す
るために、石英管の一端を開放し、白色の蒸気を発生させる。最初から石英管の一端を開
放しておくと空気が多すぎて、金属亜鉛の蒸気の発生効率が悪くなる可能性がある。次い
で、1000〜1200℃に10〜40分間加熱することにより、白色の蒸気が石英管の開口部近傍の
アルミナ管の温度よりも低温領域に移動し、ここに堆積する。

上記において、酸化亜鉛粉末とグラファイト粉末のモル比は、1:2〜1:6の範囲が好まし
く、この範囲よりも酸化亜鉛粉末のモル比が多いと酸化亜鉛が完全に蒸発しない。逆に、
酸化亜鉛粉末がこの範囲よりも少ない場合、すなわち、グラファイト粉末が多いときは、
グラファイト粉末の量はこの範囲の上限で十分であるので、これ以上のグラファイト粉末
を使用する必要はない。

加熱する際の前記所定温度は1000〜1200℃の範囲が好ましく、この範囲よりも高温にす
ると、加熱装置が熱的に損傷する。1000℃未満の場合は反応が極めて遅く、非効率的であ
る。加熱する際の前記所定時間は、10〜40分間の範囲が好ましく、40分で反応が完結する
ので、これを超えるの時間をかける必要はない。10分未満では反応が完結しない。

以上のような操作を施すことにより、石英管の開口部に白色の粉末が堆積する。この白
色粉末を分析することにより、厚さがおよそ50ナノメートルの酸化亜鉛ナノプレートの辺
と直径がおよそ40ナノメートルの酸化亜鉛ナノロッドの先端とが繋がって接合されたナノ
構造物が形成されていることが確認される。

次に、実施例を示して、さらに具体的に説明する。
（実施例） 高純度化学研究所（株）製の酸化亜鉛粉末（純度99.99%）0.83gとメルク
社製グラファイト粉末（試薬特級）0.6gの混合物を一端が閉じたアルミナ管に入れた。こ
のアルミナ管を横型石英管状炉の中に設置した後、石英管の両端を閉じた。加熱炉の温度
を上げ、アルミナ管を1150℃に３分保った後、石英管の一端を開けた。白色の蒸気が発生
し、この蒸気が石英管の開放端の方へ移送された。加熱炉の温度をそのまま1150℃に30分
間保持した。石英管の開口部近傍のアルミナ管よりも低温領域に白色の粉末が0.1g堆積し
た。

図１に、得られた白色粉末の高倍率走査型電子顕微鏡像の写真を示した。また、図２に
白色粉末の透過型電子顕微鏡像の写真を示した。これらの写真から、直径40ナノメートル
±10％程度を有する長い棒状のナノロッドと厚さ50ナノメートル±10％程度の平面状のナ
ノプレートが接合していることが確認された。さらに、詳細に観察した結果、接合してい
ないナノロッドだけの生成物も少量存在していた。

図３に、白色粉末のX線回折のパターンを示した。このパターンから、六方晶系の酸化
亜鉛であることが確認された。以上のように、本発明は、厚さ約50ナノメートルの酸化亜
鉛ナノプレートと直径約40ナノメートルの酸化亜鉛ナノロッドが接合された形態からなる
ことが理解される。

本発明により、酸化亜鉛ナノプレートとナノロッドの接合体の製造が可能となったので
、従来の酸化亜鉛の用途に加え、三端子トランジスター等への新規な応用も期待できる。

酸化亜鉛ナノプレートとナノロッドの接合体の高倍率走査型電子顕微鏡像の写真である。 酸化亜鉛ナノプレートとナノロッドの接合体の透過型電子顕微鏡像の写真である。 酸化亜鉛ナノプレートとナノロッドの接合体のX線回折のパターンである。

Claims (3)

1. 直径40ナノメートル±10%の酸化亜鉛ナノロッドと厚さ50ナノメートル±10%の酸化亜鉛ナノプレートが接合されていることを特徴とする酸化亜鉛ナノプレートとナノロッドとの接合物。
2. 酸化亜鉛粉末とグラファイト粉末の混合物を一方の端が閉じたアルミナ管の中に入れ、該アルミナ管を横型石英管状炉の中に設置し、該石英管状炉の両端を閉じて、前記混合物を1000〜1200℃の温度で3〜6分間保持して反応性の蒸気を発生させた後、石英管の一端を開放し、引き続き、1000〜1200℃の温度に10〜40分間加熱することを特徴とする酸化亜鉛ナノプレートとナノロッドとの接合物の製造方法。
3. 前記において、酸化亜鉛粉末とグラファイト粉末のモル比が１：２〜１：６の範囲であることを特徴とする請求項2記載の酸化亜鉛ナノプレートとナノロッドとの接合物の製造方法。

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