JP5548479B2 - 単結晶微粒子の製造方法 - Google Patents
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Description
サーモクロミック特性を有する二酸化バナジウム(VO2)の単結晶微粒子の製造方法であって、
五酸化二バナジウム(V 2 O 5 )、およびバナジン酸アンモニウム(NH 4 VO 3 )のうちの少なくとも1つを含む物質Aと、ヒドラジン(N2H4)またはその水和物(N2H4・nH2O)と、酸化性を有する物質と、水とを含み、二酸化チタン(TiO2)の粒子を含まない溶液を水熱反応させることにより直接に前記単結晶微粒子を得ることを特徴とする単結晶微粒子の製造方法が提供される。
最初に、本発明による二酸化バナジウム(VO2)の単結晶微粒子の製造方法について説明する。
本発明では、サーモクロミック特性を有する二酸化バナジウム(VO2)の単結晶微粒子であって、
アスペクト比が1〜3であり、粒径が10〜100nmであることを特徴とする単結晶微粒子が提供される。
本発明による単結晶微粒子は、例えば、サーモクロミック特性を有する塗料、サーモクロミック特性を有するフィルム、ならびにサーモクロミック特性を有するインクに適用することができる。例えば、サーモクロミック特性を有する塗料およびインクは、一般的な(例えば市販の)塗料となる材料に、本発明による単結晶微粒子を添加することにより、調製することができる。サーモクロミック特性を有するフィルムは、一般的な(例えば市販の)樹脂フィルム等の透明フィルムとなる原料に、本発明による単結晶微粒子をフィラーとして添加して、調製することができる。
(微粒子の製造)
まず、過酸化水素水(濃度35重量%、和光純薬社製)の10重量%水溶液50mlに、五酸化バナジウム(V2O5、和光純薬社製、特級)1.5グラムを加え、これを4時間撹拌して澄んだ赤茶色のゾルを得た。得られたゾル10mlに、ヒドラジン水和物(N2H4・H2O、和光純薬社製、特級)の5重量%水溶液をゆっくり滴下し、pH値が4.0〜5.0(本実施例では、4.5)の溶液を調製した。調製した溶液を、市販の水熱反応処理用オートクレーブ(三愛科学社製、HU−25型)(SUS製本体に25ml容積のテフロン(登録商標)製内筒を備える)内に入れ、270℃で48時間、水熱反応させた。水熱反応後の溶液のpH値は、7.7であった。
次に、得られた微粒子の各特性を評価した。
図1に、得られた微粒子をそのまま用いた粉末XRD測定の結果を、サーモクロミック特性を有する二酸化バナジウム(VO2)結晶の標準回折パターン(JCPDS82−0661)(図1の下側)とともに示す。図1に示すように、サンプルの回折ピークは、標準ピークと一致することがわかった。また得られた回折ピークは、鋭く、半値幅が狭くなっていることから、得られた微粒子は、ナノオーダーであるにも関わらず、極めて良好な結晶性を有することがわかった。
(微粒子の製造)
まず、純水10mlに、ヒドラジン水和物(N2H4・H2O、和光純薬社製、特級)の5重量%水溶液1.6グラムを滴下し、更に、五酸化バナジウム(V2O5、和光純薬社製、特級)0.3グラムを加え、溶液を調製した。調製した溶液を、市販の水熱反応処理用オートクレーブ(三愛科学社製、HU−25型)(SUS製本体に25ml容積のテフロン(登録商標)製内筒を備える)内に入れ、270℃で48時間、水熱反応させた。
図4に、得られた微粒子をそのまま用いた粉末XRD測定の結果を、サーモクロミック特性を有する二酸化バナジウム(VO2)結晶の標準回折パターン(JCPDS82−0661)(図4の下側)とともに示す。図4に示すように、得られた微粒子は、サーモクロミック特性を有する二酸化バナジウム(VO2)で構成されていることが確認された。
(微粒子の製造)
まず、純水10mlに、バナジン酸アンモニウム(NH4VO3、和光純薬社製、特級)0.433グラムを混合し、更に、ヒドラジン水和物(N2H4・H2O、和光純薬社製、特級)の5重量%水溶液をゆっくり滴下し、pH値が9.0〜9.5(本実施例では、9.2)の溶液を調製した。調製した溶液を、市販の水熱反応処理用オートクレーブ(三愛科学社製HU−25型)(SUS製本体に25ml容積のテフロン(登録商標)製内筒を備える)内に入れ、100℃で8時間、引き続き270℃で24時間、水熱反応処理を実施した。
図6に、得られた微粒子をそのまま用いた粉末XRD測定の結果を、サーモクロミック特性を有する二酸化バナジウム(VO2)結晶の標準回折パターン(JCPDS82−0661)(図6の下側)とともに示す。図6に示すように、得られた微粒子は、サーモクロミック特性を有する二酸化バナジウム(VO2)で構成されていることが確認された。
実施例4では、実施例3と同様にして得られた微粒子に、シランカップリング剤による表面処理コーティングを行った。具体的には、まず、エタノール(和光純薬社製、一級)20mlと、純水5mlとを混ぜた溶液に、アンモニア水(濃度28重量%、和光純薬社製、特級)を加え、pH値が11.8の溶液を作製した。この溶液に、実施例3と同様にして得られた二酸化バナジウム(VO2)微粒子1.0グラムと、シランカップリング剤0.3グラムとを加え、4時間攪拌混合した。シランカップリング剤としては、オルトけい酸テトラエチル((C2H5O)4Si、和光純薬社製、特級)を用いた。次に、得られた懸濁液から、ろ過、洗浄によって、微粒子を回収した。回収した微粒子を110℃で1時間乾燥処理を行った。これにより、表面コーティングが施された二酸化バナジウム(VO2)微粒子を得た。
実施例5では、実施例1と同様にして得られた水熱反応後の溶液を用いて、調光性インクを作製した。具体的には、水熱反応後の溶液に純水を加え、超音波による分散処理を10分間行い、調光性インクを作製した。得られた調光性インクは、半透明で黄金色を呈していた。
実施例6では、タングステン(W)を添加した二酸化バナジウム(VO2)の単結晶微粒子の製造を行った。まず、純水10mlに、バナジン酸アンモニウム(NH4VO3、和光純薬社製、特級)0.433グラムと、タングステン酸アンモニウムパラ五水和物((NH4)10W12O41・5H2O、和光純薬社製)0.00957グラムとを混合した溶液を得た。得られた溶液に、ヒドラジン水和物(N2H4・H2O、和光純薬社製、特級)の5重量%水溶液をゆっくり滴下し、pH値が9.0〜9.5(本実施例では、9.2)の溶液を調製した。調製した溶液を、市販の水熱反応処理用オートクレーブ(三愛科学社製HU−25型)(SUS製本体に25ml容積のテフロン(登録商標)製内筒を備える)内に入れ、100℃で8時間、引き続き270℃で24時間、水熱反応処理を実施した。
市販の二酸化バナジウム(VO2)粉末(純度99.9%、メッシュ#180μm、株式会社高純度化学研究所製)を、市販の高透明樹脂粘着テープの表面に均一に塗布し、このテープをガラス基板に貼り付け、評価用のガラス基板サンプル(寸法:縦25mm×横25mm×厚さ1mm)を得た。
Claims (7)
- サーモクロミック特性を有する二酸化バナジウム(VO2)の単結晶微粒子の製造方法であって、
五酸化二バナジウム(V 2 O 5 )、およびバナジン酸アンモニウム(NH 4 VO 3 )のうちの少なくとも1つを含む物質Aと、ヒドラジン(N2H4)またはその水和物(N2H4・nH2O)と、酸化性を有する物質と、水とを含み、二酸化チタン(TiO2)の粒子を含まない溶液を水熱反応させることにより直接に前記単結晶微粒子を得ることを特徴とする単結晶微粒子の製造方法。 - 前記物質Aは五酸化二バナジウムであり、
前記酸化性を有する物質は過酸化水素である、請求項1に記載の単結晶微粒子の製造方法。 - 前記水熱反応は、250℃〜350℃の温度で実施されることを特徴とする請求項1または2に記載の単結晶微粒子の製造方法。
- 前記水熱反応は、1時間〜5日間の時間で実施されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の単結晶微粒子の製造方法。
- 前記溶液には、前記単結晶微粒子に添加する元素を含む物質Bが更に含まれることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の単結晶微粒子の製造方法。
- 前記単結晶微粒子に添加する元素は、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、スズ(Sn)、レニウム(Re)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、ルテニウム(Ru)、ゲルマニウム(Ge)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、フッ素(F)およびリン(P)からなる群から選定された、少なくとも1つの元素であることを特徴とする請求項5に記載の単結晶微粒子の製造方法。
- 前記水熱反応により製造される複数の前記単結晶微粒子は、平均アスペクト比が1〜3であり、平均粒径が10〜100nmであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の単結晶微粒子の製造方法。
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