JP5290656B2 - ホウ素ドープダイヤモンドの製造方法 - Google Patents
ホウ素ドープダイヤモンドの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5290656B2 JP5290656B2 JP2008188619A JP2008188619A JP5290656B2 JP 5290656 B2 JP5290656 B2 JP 5290656B2 JP 2008188619 A JP2008188619 A JP 2008188619A JP 2008188619 A JP2008188619 A JP 2008188619A JP 5290656 B2 JP5290656 B2 JP 5290656B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- boron
- substrate
- diamond
- doped diamond
- tungsten
- 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
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
(1)ダイヤモンド砥粒の製造方法と同じように、高温高圧法によって作製したダイヤモンドの塊を粉砕して導電性ダイヤモンド粒子を得る方法(特許文献1〜3参照)。具体的には、ホウ素を0.5wt%以上15wt%以下含む黒鉛と、ダイヤモンド転換金属触媒とを、1200℃以上の温度及び4.5GPa以上の圧力の高温高圧下で共存させ、黒鉛をダイヤモンドに変換すると、20〜30μmの微粒子が集合した7mm径のダイヤモンド集合体が得られる。そのダイヤモンド集合体を乳鉢で擦りつぶしてダイヤモンド粒子を製造する。
(2)マイクロ波プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、粒子状材料の表面に直接ダイヤモンドを成膜する方法。流動層を用いたバッチ式(特許文献4〜5参照)や、回転反応容器の回転と勾配を利用した方式(特許文献6参照)が開示されている。具体的には、タングステンやモリブデン等の耐熱金属の粉末や、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、ダイヤモンド等のセラミックスの粉末をダイヤモンド析出材料として、プラズマ発生室に入れる。流動法、振動床法、移動床法等の粉体流動手段によって、該ダイヤモンド析出材料を流動状態に保ち、流動層中にプラズマを励起することで、ダイヤモンド析出材料の表面に導電性ダイヤモンドを析出させて成る粉体を得る。
(3)核付け処理したシリコンウェハにダイヤモンドを成膜し、次に、フッ化水素酸等によってシリコンを溶解し、自立ダイヤモンドを得た後、乳鉢等による粉砕を行って、導電性ダイヤモンド粒子を製造する方法。
CVD法を用い、ホウ素ドープダイヤモンドを、タングステン又はその酸化物が少なくとも表面の一部に露出した基板上に成長させるホウ素ドープダイヤモンドの製造方法であって、
前記基板の表面粗さが0.5μm以下であり、
前記基板の表面において、タングステン又はその酸化物から成る領域と、タングステンを含まない領域とが混在し、
前記ホウ素ドープダイヤモンドを前記基板上で成長させた後、前記ホウ素ドープダイヤモンド及び前記基板の温度を、前記成長のときよりも下げる冷却工程を有し、
前記冷却工程のとき、又は前記冷却工程の後、前記基板のうち、前記ホウ素ドープダイヤモンドを成長させた面を水平方向に対し傾斜させることを特徴とするホウ素ドープダイヤモンドの製造方法を要旨とする。
前記タングステンを含まない領域を構成する物質としては、タングステン又はその酸化物に比べてホウ素ドープダイヤモンドの成長が生じ難い材質であれば広く用いることができ、例えば、銅、カーボン、チタン等が挙げられる。
前記基板は、常時傾斜していてもよいし、冷却工程のとき、又は冷却工程の後でのみ傾斜させてもよい。
マイクロ波プラズマCVD法を用い、表1に示す条件A〜Rにて、ホウ素ドープダイヤモンドを、基板上に成長させた。
マイクロ波プラズマ出力:8kW
圧力:120Torr
水素ガス:500sccm
基板温度:900℃
各条件において、基板は、上記表1における「基板」に記載された材質のものを用いた。表1における「表面粗さ」は基板の表面粗さ(Ra)であり、測定装置としてキーエンス社のレーザー顕微鏡を用い、非接触で面粗1を測定したものである。表1の「表面処理」における「酸素プラズマ」とは、タングステン基板の表面に酸素プラズマ照射を行い、酸化タングステン層を形成する処理である。
各条件において、ホウ素ドープダイヤモンドの成長は、6〜12時間行い、各条件におけるホウ素ドープダイヤモンドの膜厚を数μmから数十μmとした。ホウ素ドープダイヤモンドを成長させる工程の終了後、CVD装置を自然冷却した。その後、ホウ素ドープダイヤモンドの薄片を、基板から取り外した。
(2)ホウ素ドープダイヤモンドの評価
得られた試料について、走査型電子顕微鏡による表面観察、ラマン分光測定、X線回折測定、四端子法による電気抵抗率測定を用いて、ホウ素ドープダイヤモンドが成長したか否かを確認した。ホウ素ドープダイヤモンドが成長した場合は◎と評価し、成長しなかった場合は×と評価した。
◎:CVD装置の冷却終了時に、ホウ素ドープダイヤモンドと基板とが完全剥離
○:CVD装置の冷却終了時に、ホウ素ドープダイヤモンドと基板とがほぼ剥離
△:CVD装置の冷却終了時に、ホウ素ドープダイヤモンドと基板とが一部剥離
×:CVD装置の冷却終了時に、ホウ素ドープダイヤモンドと基板とが未剥離
評価結果を上記表1に示す。表1から明らかなように、基板がタングステンから成る場合、ホウ素ドープダイヤモンドの成長が見られた。また、基板の表面粗さが0.5μm以下のタングステン基板を用いた場合、ホウ素ドープダイヤモンドと基板との剥離性が良好であった。
また、基板に酸素プラズマ処理をした場合と、その処理をしていない場合とで、ホウ素ドープダイヤモンドの成長、及び剥離性において差は見られなかった。このことから、例えば、ホウ素ドープダイヤモンドを基板から除去するために、加熱処理や酸素プラズマ照射等の酸化処理を用い、それに伴って基板が酸化されても、基板を再利用することが可能であることが確認できた。
鏡面仕上げを施した多角錐(ピラミッド型)のカーボン材料の表面に、高周波マグネトロンスパッタリング装置を用い、タングステン層を形成させたものを基板とした。タングステン層の形成条件は、以下のものとした。
雰囲気:アルゴンガス
真空度:0.6Pa
出力:70W
成膜時間:1時間
タングステン層の膜厚:5μm
この基板は、ホウ素ドープダイヤモンドを成長させる面が、水平面に対し傾斜している。この基板を用いて前記実施例1の条件と同様にホウ素ドープダイヤモンドを合成したところ、CVD合成中は良好にホウ素ドープダイヤモンドが成長し、CVD合成終了後に基板が自然冷却されると同時に、ホウ素ドープダイヤモンド層が完全に基板から剥離し、多角錐の傾斜に沿って基板から流れ落ち、基板下端で回収することができた。
前記実施例1〜3で得られたホウ素ドープダイヤモンドの薄片をメノー乳鉢で3時間粉砕し、ホウ素ドープダイヤモンドの粒子(導電性ダイヤモンドの粒子)を製造した。ホウ素ドープダイヤモンドの薄片の厚みは数μmから数十μm程度であるから、粉砕は容易であった。なお、粉砕には、遊星ボールミル等の粉砕機を用いてもよい。
(2)導電性ダイヤモンド粒子の評価(その1)
前記実施例1の条件で製造された、膜厚が10μmのホウ素ドープダイヤモンドを粉砕して得られた導電性ダイヤモンド粒子(以下、導電性ダイヤモンド粒子αとする)の形態を走査型電子顕微鏡で観察した。図3は導電性ダイヤモンド粒子αの形態を表す走査型電子顕微鏡写真である。導電性ダイヤモンド粒子αの粒径は、最大でも30μm×30μm×10μmであり、粒径は一様に揃っていた。このように、本実施例で製造した導電性ダイヤモンド粒子αは、微粒子化されており、均一な粒径を有することが分かった。
(3)導電性ダイヤモンド粒子の評価(その2)
図5に示すような測定治具を用いて、導電性ダイヤモンド粒子α、及びダイヤモンド粒子βの電気抵抗率を測定した。測定方法は以下のとおりとした。
(4)電極の製造
導電性ダイヤモンド粒子αを用いて電極を製造した。電極の製造は以下のように行った。
また、導電性ダイヤモンド粒子αの代わりに、同量のダイヤモンド粒子βを用い、上記と同様の方法で、電極βを製造した。
(5)電極の評価
電極α、β、γを、通常の三極式ガラスセルに組み込んで、それぞれ、電気化学特性の試験を行った。試験はサイクリックボルタンメトリーで行い、鉄シアノ錯体に対する応答を調べた。酸化還元種の濃度を1mMとし、0.1Mの塩化カリウムに溶解した試験液を用いて、走査速度を100mV/sに設定して測定を行った。なお、電流密度は、BET比表面積にて算出した各々のカーボン粒子の表面積に対する実効表面積で換算した。
導電性ダイヤモンド粒子αを用いて燃料電池用電極α2を製造した。燃料電池用電極α2は、高分子固体電解質型燃料電池(PEFC)に用いることができるものである。
また、導電性ダイヤモンド粒子αの代わりに、同量のカーボンブラック(ホルベイン工業製)を用い、上記と同様の方法で、燃料電池用電極γ2を製造した。
(2)燃料電池用電極の評価
メタノールを水素に改質せずに直接セルに供給して反応させることができるダイレクトメタノール型燃料電池(DMFC)を想定して以下の評価を行った。
以上より、燃料電池用電極α2は、ダイヤモンドを担体にしているため担体の腐食の心配がなく、耐食性があり残余電流が小さいため、触媒担持電極に好適で、燃料電池用電極や工業電解用電極に適することが実証できた。
101、201・・・基板、103、203・・・ホウ素ドープダイヤモンド、
105・・・粉体
Claims (1)
- CVD法を用い、ホウ素ドープダイヤモンドを、タングステン又はその酸化物が少なくとも表面の一部に露出した基板上に成長させるホウ素ドープダイヤモンドの製造方法であって、
前記基板の表面粗さが0.5μm以下であり、
前記基板の表面において、タングステン又はその酸化物から成る領域と、タングステンを含まない領域とが混在し、
前記ホウ素ドープダイヤモンドを前記基板上で成長させた後、前記ホウ素ドープダイヤモンド及び前記基板の温度を、前記成長のときよりも下げる冷却工程を有し、
前記冷却工程のとき、又は前記冷却工程の後、前記基板のうち、前記ホウ素ドープダイヤモンドを成長させた面を水平方向に対し傾斜させることを特徴とするホウ素ドープダイヤモンドの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008188619A JP5290656B2 (ja) | 2008-07-22 | 2008-07-22 | ホウ素ドープダイヤモンドの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008188619A JP5290656B2 (ja) | 2008-07-22 | 2008-07-22 | ホウ素ドープダイヤモンドの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010024506A JP2010024506A (ja) | 2010-02-04 |
JP5290656B2 true JP5290656B2 (ja) | 2013-09-18 |
Family
ID=41730598
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008188619A Expired - Fee Related JP5290656B2 (ja) | 2008-07-22 | 2008-07-22 | ホウ素ドープダイヤモンドの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5290656B2 (ja) |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011219285A (ja) * | 2010-04-06 | 2011-11-04 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンドフレークの製造方法およびダイヤモンドフレークを含有した伝熱性強化材 |
JP5668602B2 (ja) * | 2011-05-30 | 2015-02-12 | 日立金属株式会社 | 半絶縁性窒化物半導体層の成長方法及び成長装置 |
JP2013095935A (ja) * | 2011-10-28 | 2013-05-20 | Eagle Industry Co Ltd | 放電表面処理用電極 |
JP6506924B2 (ja) * | 2014-07-30 | 2019-04-24 | 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所 | 電極形成用導電性ダイヤモンド粉末含有塗料、電極及び歯科治療器具 |
CN108883407A (zh) | 2015-12-16 | 2018-11-23 | 阿马斯坦技术有限责任公司 | 球状脱氢金属和金属合金颗粒 |
CN106119807B (zh) * | 2016-07-09 | 2018-04-10 | 大连理工大学 | 一种掺硼金刚石粉末的制备方法 |
GB201701173D0 (en) | 2017-01-24 | 2017-03-08 | Element Six Tech Ltd | Synthetic diamond plates |
JP6969743B2 (ja) * | 2017-12-27 | 2021-11-24 | 旭ダイヤモンド工業株式会社 | ダイヤモンド製造方法 |
AU2020264446A1 (en) | 2019-04-30 | 2021-11-18 | 6K Inc. | Mechanically alloyed powder feedstock |
AU2020400980A1 (en) | 2019-11-18 | 2022-03-31 | 6K Inc. | Unique feedstocks for spherical powders and methods of manufacturing |
US11590568B2 (en) | 2019-12-19 | 2023-02-28 | 6K Inc. | Process for producing spheroidized powder from feedstock materials |
CA3180426A1 (en) | 2020-06-25 | 2021-12-30 | Richard K. Holman | Microcomposite alloy structure |
US11963287B2 (en) | 2020-09-24 | 2024-04-16 | 6K Inc. | Systems, devices, and methods for starting plasma |
AU2021371051A1 (en) | 2020-10-30 | 2023-03-30 | 6K Inc. | Systems and methods for synthesis of spheroidized metal powders |
AU2022246797A1 (en) | 2021-03-31 | 2023-10-05 | 6K Inc. | Systems and methods for additive manufacturing of metal nitride ceramics |
US12040162B2 (en) | 2022-06-09 | 2024-07-16 | 6K Inc. | Plasma apparatus and methods for processing feed material utilizing an upstream swirl module and composite gas flows |
US12094688B2 (en) | 2022-08-25 | 2024-09-17 | 6K Inc. | Plasma apparatus and methods for processing feed material utilizing a powder ingress preventor (PIP) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06100398A (ja) * | 1992-09-18 | 1994-04-12 | Kobe Steel Ltd | 鏡面を有するダイヤモンド膜の製造方法 |
JP4420611B2 (ja) * | 2003-03-03 | 2010-02-24 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 酸化チタン粉体表面改質方法 |
JP5172084B2 (ja) * | 2005-09-26 | 2013-03-27 | 住友電気工業株式会社 | ダイヤモンド被覆基板、濾過フィルター及び電極 |
JP2008063607A (ja) * | 2006-09-06 | 2008-03-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド被覆基板、電気化学的処理用電極、電気化学的処理方法及びダイヤモンド被覆基板の製造方法 |
-
2008
- 2008-07-22 JP JP2008188619A patent/JP5290656B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010024506A (ja) | 2010-02-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5290656B2 (ja) | ホウ素ドープダイヤモンドの製造方法 | |
Fan et al. | A novel strategy for the synthesis of sulfur-doped carbon nanotubes as a highly efficient Pt catalyst support toward the methanol oxidation reaction | |
Han et al. | Ternary mesoporous cobalt-iron-nickel oxide efficiently catalyzing oxygen/hydrogen evolution reactions and overall water splitting | |
Ishizaki et al. | Electrocatalytic activity for the oxygen reduction reaction of oxygen-containing nanocarbon synthesized by solution plasma | |
CN109621998B (zh) | 一种三维介孔碳负载碳化钼及其制备方法和应用 | |
Deng et al. | Tuning the interface of Ni@ Ni (OH) 2/Pd/rGO catalyst to enhance hydrogen evolution activity and stability | |
Wang et al. | In situ synthesis of edge-enriched MoS 2 hierarchical nanorods with 1T/2H hybrid phases for highly efficient electrocatalytic hydrogen evolution | |
JP2007257888A (ja) | 固体高分子形燃料電池用酸素極触媒およびそれを用いた酸素還元電極およびそれらの製造方法 | |
Wondimu et al. | High catalytic activity of oxygen-vacancy-rich tungsten oxide nanowires supported by nitrogen-doped reduced graphene oxide for the hydrogen evolution reaction | |
Cao et al. | Molten-salt-assisted thermal emitting method to transform bulk Fe2O3 into Fe single atom catalysts for oxygen reduction reaction in Zn-air battery | |
Xi et al. | In-situ constructed Ru-rich porous framework on NiFe-based ribbon for enhanced oxygen evolution reaction in alkaline solution | |
Chouki et al. | Solvothermal synthesis of iron phosphides and their application for efficient electrocatalytic hydrogen evolution | |
JP2013058436A (ja) | 固体高分子形燃料電池用電極触媒およびその製造方法 | |
Wang et al. | N-doped NiO nanosheet arrays as efficient electrocatalysts for hydrogen evolution reaction | |
Vu et al. | Synthesis of Pt/rGO catalysts with two different reducing agents and their methanol electrooxidation activity | |
JP2008290062A (ja) | 触媒担体、触媒、触媒担体の製造方法、および触媒の製造方法 | |
Gan et al. | Pyrolytic carbon supported alloying metal dichalcogenides as free-standing electrodes for efficient hydrogen evolution | |
Li et al. | Ionic liquids-noncovalently functionalized multi-walled carbon nanotubes decorated with palladium nanoparticles: A promising electrocatalyst for ethanol electrooxidation | |
Ma et al. | One-step ultrafast laser induced synthesis of strongly coupled 1T-2H MoS2/N-rGO quantum-dot heterostructures for enhanced hydrogen evolution | |
Li et al. | Highly dispersed Pt species anchored on W18O49 nanowires mediate efficient and durable hydrogen evolution in acidic water | |
Fu et al. | N-doped hollow carbon tubes derived N-HCTs@ NiCo2O4 as bifunctional oxygen electrocatalysts for rechargeable Zinc-air batteries | |
Liu et al. | Ultrathin PdCu Nanosheet as Bifunctional Electrocatalysts for Formate Oxidation Reaction and Oxygen Reduction Reaction | |
CN113235108A (zh) | 一种MXene负载贵金属团簇催化剂及其制备方法和应用 | |
Ma et al. | In situ hybridization of CoO X nanoparticles on N-doped graphene through one step mineralization of co-responsive hydrogels | |
Suo et al. | Electrocatalytic oxygen reduction reaction activity of KOH etched carbon films as metal-free cathodic catalysts for fuel cells |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110525 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20121108 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121211 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130514 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130606 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |