JP5751659B2 - Metallic glass nanowire and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、金属ガラス材料から構成されるナノワイヤの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a nanowire composed of a metallic glass material.

近年、原子分解能を有する様々な顕微鏡法の発展により、新しいナノ構造が発見され、量子論的効果などのナノスケール電子現象も解明されつつあり、さらにこれらのナノ領域に特有の材料特性を積極的に実用化し活用しようとするナノテクノロジー研究が精力的に推進されている。「ナノテク」と呼ばれ一般的な知名度を得たナノテクノロジー研究ではあるが、ナノテクが工業的に実用化された成功例は非常に限定的である。これはナノ構造創製のための複雑な生産技術や、その微小なナノサイズの故にハンドリングが非常に難しい事にある。
例えば、将来的に電子デバイスやナノ電子機械システム(Nano Electro Mechanical Systems; NEMS)の部品材料として有望視され、実際、一部では既に実用化され競争的な研究
開発が進められているカーボンナノチューブ(carbon nanotube; CNT)においては、アレイ状ではあるが、多層CNTでメートル級〔非特許文献2〕、単層CNTでミリ単位〔非特許文献3〕長さの合成法が漸く開発された。
In recent years, with the development of various microscopy methods with atomic resolution, new nanostructures have been discovered, nanoscale electronic phenomena such as quantum effects are being elucidated, and material properties peculiar to these nanoregions have been actively promoted. Nanotechnology research to be put into practical use is being vigorously promoted. Although it is a nanotechnology research called “Nanotech” that has gained general recognition, the number of successful examples of practical application of nanotech to industry is very limited. This is because it is very difficult to handle because of its complicated production technology for creating nanostructures and its small nano size.
For example, carbon nanotubes that are considered promising as parts materials for electronic devices and nano electro mechanical systems (NEMS) in the future, and in fact, some carbon nanotubes that have already been put into practical use and are undergoing competitive research and development ( In carbon nanotube (CNT), although it is in the form of an array, a multi-layer CNT synthetic method of metric class [Non-patent Document 2] and single-walled CNT in millimeter units [Non-patent Document 3] has been gradually developed.

一方、CNTの機械的特性に着目してみると原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope; AFM)によって測定された引張り強度は63GPaという驚異的な値が報告されているが、その強度測定は10μm程度の短い長さのCNTに対して実施されたものである〔非特許文献4〕。同様な結果が透過電子顕微鏡(transmission electron microscope; TEM)観測からも確かめ
られているが、くびれを伴わない破壊過程が観測されることから、その破壊には欠陥サイトが関与していることが報告されている〔非特許文献5〕。
また、究極のトランジスタ素子として活用が期待されている単結晶シリコンナノワイヤは依然として長尺化は困難であり、このような制限は結晶質ナノワイヤに共通した問題としてナノワイヤの本格的な実用化への足かせとなっている。
On the other hand, when looking at the mechanical properties of CNT, the tensile strength measured by Atomic Force Microscope (AFM) has been reported to be astonishing as 63 GPa, but the strength measurement is about 10 μm. This was carried out on CNTs having a short length [Non-patent Document 4]. Similar results have been confirmed by transmission electron microscope (TEM) observations, but the failure process without constriction is observed, and it is reported that defect sites are involved in the destruction. [Non-Patent Document 5].
In addition, single crystal silicon nanowires, which are expected to be used as ultimate transistor elements, are still difficult to lengthen, and this limitation is a problem common to crystalline nanowires and is a drag on full-scale practical application of nanowires. It has become.

この長尺化問題を克服する重要なポイントは、これまでの1次元ナノワイヤはすべて結
晶相から構成されていることにある。一般に結晶質材料は、たとえナノサイズであっても転位、点欠陥、双晶、粒界などの様々な欠陥サイトを含み、これらの欠陥サイトの存在は高強度のナノワイヤを長尺化する際に重大な影響を及ぼす。
これに対して本発明者が発見した金属ガラスナノワイヤ〔非特許文献1、特許文献14〕は非晶質であり(図1)、転位などの欠陥サイトの影響を受けることがない。さらにガラス質に特有な過冷却液体領域における超塑性を利用できる利点があり、これまで結晶質材料をベースとしたナノワイヤでは困難であったミリ単位以上の長尺で高強度のナノワイヤの作製が可能である。更に金属ガラス材料はその合金構成によって様々な優れた機能性を有するため、それらの優れた機能的なナノワイヤの創製は技術開発に大いに貢献できる。
An important point for overcoming this lengthening problem is that all conventional one-dimensional nanowires are composed of crystalline phases. In general, crystalline materials contain various defect sites such as dislocations, point defects, twins, and grain boundaries, even if they are nano-sized. The existence of these defect sites is important when lengthening high-strength nanowires. Serious effect.
On the other hand, the metallic glass nanowires [Non-patent Document 1, Patent Document 14] discovered by the present inventor are amorphous (FIG. 1) and are not affected by defect sites such as dislocations. Furthermore, there is an advantage that superplasticity in the supercooled liquid region peculiar to glass can be used, and it is possible to fabricate nanowires with a length of more than millimeters and high strength that has been difficult with nanowires based on crystalline materials. It is. Furthermore, since metallic glass materials have various excellent functionalities depending on their alloy configurations, the creation of these excellent functional nanowires can greatly contribute to technological development.

東北大学の井上グループは、通常のアモルファス金属では見られない明瞭なガラス転移を示す金属ガラスの過冷却液体状態を安定化することにより、極めてサイズの大きな「バルク状の金属ガラス」を創出し、日本発の新素材材料として世界的な注目を集めている。金属ガラスは転位がないため塑性変形に対する抵抗が強く、超高強度、高弾性伸び、低ヤング率、高耐食性等の優良な材料特性を実現している。最新の報告では直径30ミリのZr基バルク金属ガラスの製造に成功している〔非特許文献6〕。
一方、これら金属ガラスの機械的特性は、精密微小機械やマイクロマシーン部品としての機械的強度要求を十分に満たしており、その実用化が近年急速に進みつつあり、超精密ギヤ(直径0.3 mm)を内蔵した世界最小ギヤードモータの材料として実用化している〔非
特許文献7〕。このモータの耐久負荷テストでは鉄鋼(SK4)ギヤに比べ約100倍の寿命が得られることが報告されている。
The Inoue group at Tohoku University has created an extremely large “bulk-shaped metallic glass” by stabilizing the supercooled liquid state of metallic glass that exhibits a clear glass transition that cannot be seen with ordinary amorphous metals. Has attracted worldwide attention as a new material from Japan. Metallic glass has high resistance to plastic deformation because it has no dislocations, and realizes excellent material properties such as ultra-high strength, high elastic elongation, low Young's modulus, and high corrosion resistance. In the latest report, Zr-based bulk metallic glass with a diameter of 30 mm has been successfully produced [Non-patent Document 6].
On the other hand, the mechanical properties of these metallic glasses sufficiently satisfy the mechanical strength requirements of precision micromachines and micromachine parts, and their practical application is rapidly progressing in recent years. Ultra-precision gears (diameter 0.3 mm) Has been put into practical use as a material for the world's smallest geared motor with built-in [Non-patent Document 7]. In the endurance load test of this motor, it has been reported that the life is about 100 times longer than steel (SK4) gear.

本発明者は、これらの優れた機械的特性を持つ金属ガラス材料のナノテク研究分野への適用を独自に探索し研究を行ってきた〔非特許文献1及び8、特許文献14〕。バルク金属ガラス材料は引張りや圧縮などの機械的試験を行うと剪断破壊が起こり、その破断面上にはミクロンサイズの特有な波状パターンが出現することが30年以上も前から知られていた〔非特許文献9〕。近年、剪断破壊の最終段階における温度分布が解析され、破断直前の100 ns程度の短時間に温度が急激に上昇するという破壊メカニズムの詳細が明らかにされつつある〔非特許文献10〕。この昇温は、引張りや圧縮によって蓄積した歪エネルギーが熱エネルギーとして放出された結果であるが、これによって剪断帯に沿って薄く過冷却液体層が形成される。このガラス質材料に特有な過冷却液体は粘性流動によって変形が起こる。したがって、破断後に現れる波状パターンは、過冷却液体層が分離によって急速冷却し波状に凝固した構造に他ならない。
本発明者はこの破断面を詳細に観察し、ミクロンサイズの波状パターンの他にナノサイズのワイヤが破断面上に形成されていることを見出している〔非特許文献1、特許文献14〕。
The present inventor has independently searched and studied the application of these metallic glass materials having excellent mechanical properties to the field of nanotechnology research [Non-patent Documents 1 and 8, Patent Document 14]. It has been known for over 30 years that bulk metallic glass materials undergo shear fracture when subjected to mechanical tests such as tension and compression, and a unique wavy pattern of micron size appears on the fracture surface [ Non-patent document 9]. In recent years, the temperature distribution in the final stage of shear fracture has been analyzed, and the details of the fracture mechanism in which the temperature rises rapidly in a short time of about 100 ns immediately before fracture has been clarified [Non-patent Document 10]. This temperature rise is the result of the strain energy accumulated by tension or compression being released as thermal energy, which forms a thin supercooled liquid layer along the shear band. The supercooled liquid peculiar to this glassy material is deformed by viscous flow. Therefore, the wavy pattern appearing after the fracture is nothing but a structure in which the supercooled liquid layer is rapidly cooled by separation and solidified in a wavy shape.
The present inventor has observed the fracture surface in detail, and found that a nano-sized wire is formed on the fracture surface in addition to the micron-sized wavy pattern [Non-patent Document 1, Patent Document 14].

特開平3-10041号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-10041 特開平3-158446号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-158446 特開平7-252559号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-252559 特開平9-279318号公報JP-A-9-279318 特開2001-254157号公報JP 2001-254157 A 特開2001-303218号公報JP 2001-303218 A 特開2004-42017号公報JP 2004-42017 Gazette 特開2007-92103号公報JP 2007-92103 A 特開2007-247037号公報JP 2007-247037 特開2007-332413号公報JP 2007-332413 A 特開2008-1939号公報JP 2008-1939 特開2008-24985号公報JP 2008-24985 A 米国特許第5429725号明細書US Pat. No. 5,429,725 特願2008-183080、ナノサイズ金属ガラス構造体、中山幸仁、他Japanese Patent Application 2008-183080, Nano-sized metallic glass structure, Yukihito Nakayama, etc.

K. S. Nakayama, Y. Yokoyama, G. Xie, Q. S. Zhang, M. W. Chen, T. Sakurai, and A. Inoue, "Metallic glass nanowire," Nano. Lett. 8, 516-519 (2008)K. S. Nakayama, Y. Yokoyama, G. Xie, Q. S. Zhang, M. W. Chen, T. Sakurai, and A. Inoue, "Metallic glass nanowire," Nano. Lett. 8, 516-519 (2008) M. Zhang, S. Fang, A. A. Zakhidov, S. B. Lee, A. E. Aliev, C. D. Williams, K. R. Atkinson, and R. H. Baughman, "Strong, Transparent, multifunctional, carbon nanotube sheets," Science 309, 1215-1219 (2005)M. Zhang, S. Fang, A. A. Zakhidov, S. B. Lee, A. E. Aliev, C. D. Williams, K. R. Atkinson, and R. H. Baughman, "Strong, Transparent, multifunctional, carbon nanotube sheets," Science 309, 1215-1219 (2005) K. Hata, D. N. Futaba, K. Mizuno, T. Namai, M. Yumura, and S. Iijima, "Water-assisted highly efficient synthesis of impurity free single walled carbon nanotubes," Science 19, 1362-1364 (2004)K. Hata, D. N. Futaba, K. Mizuno, T. Namai, M. Yumura, and S. Iijima, "Water-assisted highly efficient synthesis of impurity free single walled carbon nanotubes," Science 19, 1362-1364 (2004) M.-F. Yu, O. Lourie, M. J. Dyer, K. Moloni, T. F. Kelly, and R. S. Ruoff, "Strength and breaking mechanism of maltiwalled carbon nanotubes under tensile load," Science 287, 637-640 (2000)M.-F. Yu, O. Lourie, M. J. Dyer, K. Moloni, T. F. Kelly, and R. S. Ruoff, "Strength and breaking mechanism of maltiwalled carbon nanotubes under tensile load," Science 287, 637-640 (2000) B. G. Demczyk, Y. M. Wang, J. Cumings, M. Hetman, W. Han, A. Zettl, R. O. Ritchie, "Direct mechanical measurement of the tensile strength and elastic modulus of multiwalled carbon nanotubes," Materials Science and Engineering 334, 173-178 (2002)BG Demczyk, YM Wang, J. Cumings, M. Hetman, W. Han, A. Zettl, RO Ritchie, "Direct mechanical measurement of the tensile strength and elastic modulus of multiwalled carbon nanotubes," Materials Science and Engineering 334, 173- 178 (2002) Y. Yokoyama, E. Mund, A. Inoue, and L. Schultz, "Production of Zr55Cu30Ni5Al10 glassy alloy rod of 30 mm in diameter by a cap-cast technique," Mater. Trans. 48, 3190-3192 (2007)Y. Yokoyama, E. Mund, A. Inoue, and L. Schultz, "Production of Zr55Cu30Ni5Al10 glassy alloy rod of 30 mm in diameter by a cap-cast technique," Mater. Trans. 48, 3190-3192 (2007) 石田央、竹田英樹、西山信行、網谷健児、喜多和彦、清水幸春、渡邉大智、福島絵里、早乙女康典、井上明久、「金属ガラス製超精密ギヤを用いた世界最小・高トルクギヤードモータ」まてりあ 44, 431-433 (2005)Hiroshi Ishida, Hideki Takeda, Nobuyuki Nishiyama, Kenji Amitani, Kazuhiko Kita, Yukiharu Shimizu, Eri Watanabe, Eri Fukushima, Yasunori Saotome, Akihisa Inoue, “The World's Smallest and High Torque Geared Motor Using Metallic Glass Ultra-precision Gear” Teria 44, 431-433 (2005) K. S. Nakayama, Y. Yokoyama, T. Sakurai, and A. Inoue, "Surface properties of Zr50Cu40Al10 bulk metallic glass," Appl. Phys. Lett. 90, 183105 (2007).F. Spaepen, "On the fracture morphology of metallic glasses," Acta. Mater. 23, 615-621 (1975)KS Nakayama, Y. Yokoyama, T. Sakurai, and A. Inoue, "Surface properties of Zr50Cu40Al10 bulk metallic glass," Appl. Phys. Lett. 90, 183105 (2007) .F. Spaepen, "On the fracture morphology of metallic glasses, "Acta. Mater. 23, 615-621 (1975) J. J. Lewandowski and A. L.Greer, "Temperature rise at shear bands in metallic glasses," Nature Mater. 5, 15-18 (2006)J. J. Lewandowski and A. L. Greer, "Temperature rise at shear bands in metallic glasses," Nature Mater. 5, 15-18 (2006) Y. Kawamura, T. Nakamura, and A. Inoue, Scripta Mater. 39, 301-306 (1998)Y. Kawamura, T. Nakamura, and A. Inoue, Scripta Mater. 39, 301-306 (1998) A. Inoue, Stabilization of metallic supercooled liquid and bulk amorphous alloys, Acta Mater., 48, 279-306 (2000)A. Inoue, Stabilization of metallic supercooled liquid and bulk amorphous alloys, Acta Mater., 48, 279-306 (2000)

本発明者はバルク金属ガラス材料の引張りや圧縮などの機械的試験で生じた上記破断面を詳細に観察し、ミクロンサイズの波状パターンの他にナノサイズのワイヤが破断面上に形成されていることを見出している〔非特許文献1、特許文献14〕。この発見は、優れた機能性を持つ金属ガラス材料を母体としてその性質を引き継いだ新規ナノワイヤを作製できる可能性を導き出すものである。
本発明者が発見した金属ガラスナノワイヤ〔非特許文献1、特許文献14〕を、金属ガラス材料から製造する方法を開発することが求められている。
ナノスケールのデバイスを構築するのに不可欠なナノ構造体を、結晶すべり面がなく、組織構造の均一性に優れ、機械的強度、耐食性に優れた金属ガラス材料から構成することは技術的に大きな意義がある。また、様々な機能性を持った金属ガラス材料の特性がナノサイズの構造体に引き継がれることが期待でき既存の結晶質ナノ構造体とは全く異なるユニークな新実用ナノ材料となる高い可能性がある。
The present inventor observes in detail the above-mentioned fracture surface generated by a mechanical test such as tension or compression of a bulk metallic glass material, and a nano-sized wire is formed on the fracture surface in addition to a micron-sized wavy pattern. [Non-patent document 1, Patent document 14]. This discovery leads to the possibility of producing a novel nanowire that inherits the properties of a metallic glass material having excellent functionality as a base material.
There is a need to develop a method for producing metallic glass nanowires [Non-patent Document 1, Patent Document 14] discovered by the present inventors from metallic glass materials.
It is technically significant to construct a nanostructure that is indispensable for constructing a nanoscale device from a metallic glass material that has no crystal slip surface, excellent tissue structure uniformity, mechanical strength, and corrosion resistance. it makes sense. In addition, the properties of metallic glass materials with various functionalities can be expected to be inherited by nano-sized structures, and there is a high possibility that they will be unique new practical nanomaterials that are completely different from existing crystalline nanostructures. is there.

本発明者はバルク金属ガラスの破壊に至る変形挙動の特徴を詳細に観測する研究を行っている中で、上記したように、圧縮や引張の機械試験において金属ガラスの応力方向に対して傾いた最大剪断応力面に沿った方向に近い面で発生する剪断面上に、加工硬化や結晶化すること無く、母体の金属ガラスと同じ組成成分で構成されるナノサイズのワイヤやチューブの構造体が形成されていることを発見した。これらのナノサイズの構造体発生のメカニズムは、金属ガラスの高温による超塑性特性が要因であり、破断直前の熱発生による粘性流動から生じたものである。
こうして、金属ガラスに超塑性加工を実施するため、過冷却液体領域まで急速に加熱を行い、加工後は結晶化を回避するため急速冷却することによりアモルファス状態を維持することにより金属ガラスナノワイヤの作製法が確立できることを認識するに至った。
金属ガラス材料は過冷却液体領域を有し、過冷却液体状態において超塑性加工が可能であるので〔非特許文献11〕、本発明における加工手段を用いることにより、全ての金属ガラス材料に対してナノワイヤの生成が可能である。
The present inventor conducted research to observe in detail the characteristics of the deformation behavior leading to the fracture of the bulk metallic glass, and as described above, it was inclined with respect to the stress direction of the metallic glass in the compression and tension mechanical tests. A nano-sized wire or tube structure composed of the same compositional components as the base metal glass is formed on the shear surface generated in a plane close to the direction along the maximum shear stress surface without work hardening or crystallization. I found that it was formed. The mechanism of the generation of these nano-sized structures is caused by the superplastic characteristics of the metallic glass due to the high temperature, and is caused by the viscous flow due to the heat generation just before the fracture.
In this way, in order to perform superplastic processing on metallic glass, it is rapidly heated to the supercooled liquid region, and after processing, rapid cooling to avoid crystallization keeps the amorphous state by producing metallic glass nanowires. Recognized that the law can be established.
Since the metallic glass material has a supercooled liquid region and can be superplastically processed in the supercooled liquid state [Non-Patent Document 11], by using the processing means in the present invention, all metallic glass materials can be used. Generation of nanowires is possible.

本発明は、次のものを提供している。
〔1〕 金属ガラスで構成され、ディメンションの少なくとも1つがナノサイズであり、かつ全長が75マイクロメータ(μm)以上であることを特徴とする金属ガラスナノワイヤ

〔2〕 直径が、1000nm以下であることを特徴とする上記〔1〕に記載の金属ガラスナノワイヤ。
〔3〕 直径が、100nm以下であることを特徴とする上記〔1〕に記載の金属ガラスナ
ノワイヤ。
〔4〕 上記〔1〕〜〔3〕のいずれか一に記載の金属ガラスナノワイヤを製造するための製造方法であって、
リボン状または棒状の金属ガラスを、その端部で上下に固定せしめ且つその下端部を牽引することを可能とし、酸化を防止できる雰囲気中において、その下端部の牽引下、
(a)移動式熱加熱フィラメントを当該リボン状または棒状の金属ガラス試料に対し垂直
に接触させる、
(b)上下端に電極を固定し通電と破断直前に通電を遮断する、又は
(c)当該リボン状または棒状の金属ガラス試料をレーザー加熱する、
のいずれか一を施し、金属ガラスを過冷却液体領域まで急速加熱せしめ、形成された金属ガラスナノワイヤを急速冷却することにより、当該ナノワイヤの金属ガラス状態を維持せしめて、上記〔1〕〜〔3〕のいずれか一に記載の金属ガラスナノワイヤを製造することを特徴とする金属ガラスナノワイヤ製造方法。
〔5〕 酸化を防止できる雰囲気が、真空であることを特徴とする上記〔4〕に記載の製造方法。
〔6〕 上記〔1〕〜〔3〕のいずれか一に記載の金属ガラスナノワイヤを製造するための製造装置であって、
金属ガラス試料の酸化を防止できる雰囲気を達成する筐体、当該筐体内に配置されており且つリボン状または棒状の金属ガラスをその端部で上下に固定せしめる少なくとも二つの固定具、下端部の固定具を牽引する荷重付与装置、
(a) 当該リボン状または棒状の金属ガラス試料に対し垂直に接触させることのできる移動式熱加熱フィラメント、
(b)当該試料上下端の固定具に固定され且つ通電と通電の遮断のできる電極、又は
(c)当該リボン状または棒状の金属ガラス試料を加熱できるレーザー
のいずれか一を備え、金属ガラスを過冷却液体領域まで急速加熱せしめ、形成された金属ガラスナノワイヤを急速冷却することにより、当該ナノワイヤの金属ガラス状態を維持せしめて、上記〔1〕〜〔3〕のいずれか一に記載の金属ガラスナノワイヤを製造することができることを特徴とする金属ガラスナノワイヤ製造装置。
〔7〕 酸化を防止できる雰囲気が、真空であることを特徴とする上記〔6〕に記載の製造装置。
The present invention provides the following.
[1] A metallic glass nanowire comprising metallic glass, wherein at least one of the dimensions is nano-sized, and the total length is 75 micrometers (μm) or more.
[2] The metal glass nanowire according to [1], wherein the diameter is 1000 nm or less.
[3] The metallic glass nanowire according to [1], wherein the diameter is 100 nm or less.
[4] A production method for producing the metallic glass nanowire according to any one of [1] to [3],
Ribbon-shaped or rod-shaped metallic glass is fixed at the end up and down and the lower end can be pulled, and in an atmosphere where oxidation can be prevented, the lower end is pulled,
(a) bringing the movable heat-heating filament into contact with the ribbon-shaped or rod-shaped metallic glass sample vertically;
(b) Fix the electrodes on the upper and lower ends and cut off the energization just before energization and breakage, or
(c) laser heating the ribbon-shaped or rod-shaped metal glass sample,
The metal glass is rapidly heated to the supercooled liquid region, and the formed metal glass nanowire is rapidly cooled to maintain the metal glass state of the nanowire, and the above [1] to [3 ] The metal glass nanowire manufacturing method characterized by manufacturing the metal glass nanowire as described in any one of.
[5] The production method according to the above [4], wherein the atmosphere capable of preventing oxidation is a vacuum.
[6] A manufacturing apparatus for manufacturing the metallic glass nanowire according to any one of [1] to [3],
A casing that achieves an atmosphere that can prevent oxidation of the metal glass sample, at least two fixtures that are arranged in the casing and fix the ribbon-shaped or rod-shaped metal glass up and down at the end, and fixing the lower end Load applying device for towing the tool,
(a) a movable thermal heating filament that can be brought into perpendicular contact with the ribbon-shaped or rod-shaped metallic glass sample;
(b) an electrode fixed to the fixture at the upper and lower ends of the sample and capable of energization and de-energization, or
(c) provided with any one of lasers capable of heating the ribbon-shaped or rod-shaped metal glass sample, rapidly heating the metal glass to a supercooled liquid region, and rapidly cooling the formed metal glass nanowire, thereby The metal glass nanowire production apparatus characterized in that the metal glass nanowire according to any one of the above [1] to [3] can be produced by maintaining the state of the metal glass.
[7] The manufacturing apparatus as described in [6] above, wherein the atmosphere capable of preventing oxidation is a vacuum.

本発明に従えば、全ての金属ガラス材料に対してナノワイヤの生成が可能である。また本発明はリボン状または細線金属ガラス材料をベース材料とするため、バルク状の金属ガラスを必要とせず、その観点からも全ての金属ガラス材料に対して応用が可能である。
本発明に従えば、ナノスケールのデバイスを構築するのに不可欠なナノ構造体を、結晶すべり面がなく、組織構造の均一性に優れ、機械的強度、耐食性に優れた金属ガラス材料から構成することが可能となる。また、様々な機能性を持った金属ガラス材料の特性がナノサイズの構造体に引き継がれることが期待でき、既存の結晶質ナノ構造体とは全く異なるユニークな新実用ナノ材料となる。
本発明のその他の目的、特徴、優秀性及びその有する観点は、以下の記載より当業者にとっては明白であろう。しかしながら、以下の記載及び具体的な実施例等の記載を含めた本件明細書の記載は本発明の好ましい態様を示すものであり、説明のためにのみ示されているものであることを理解されたい。本明細書に開示した本発明の意図及び範囲内で、種
々の変化及び/又は改変(あるいは修飾)をなすことは、以下の記載及び本明細書のその他の部分からの知識により、当業者には容易に明らかであろう。本明細書で引用されている全ての特許文献及び参考文献は、説明の目的で引用されているもので、それらは本明細書の一部としてその内容はここに含めて解釈されるべきものである。
According to the present invention, nanowires can be generated for all metallic glass materials. In addition, since the present invention uses a ribbon-like or fine-wire metallic glass material as a base material, it does not require a bulky metallic glass and can be applied to all metallic glass materials from that viewpoint.
According to the present invention, a nanostructure essential for constructing a nanoscale device is composed of a metallic glass material that has no crystal slip surface, excellent tissue structure uniformity, mechanical strength, and corrosion resistance. It becomes possible. In addition, it can be expected that the properties of metallic glass materials having various functionalities will be inherited by nano-sized structures, and this will be a unique new practical nanomaterial that is completely different from existing crystalline nanostructures.
Other objects, features, excellence and aspects of the present invention will be apparent to those skilled in the art from the following description. However, it is understood that the description of the present specification, including the following description and the description of specific examples and the like, show preferred embodiments of the present invention and are presented only for explanation. I want. Various changes and / or modifications (or modifications) within the spirit and scope of the present invention disclosed herein will occur to those skilled in the art based on the following description and knowledge from other parts of the present specification. Will be readily apparent. All patent documents and references cited herein are cited for illustrative purposes and are not to be construed as a part of this specification. is there.

Pd基金属ガラスナノワイヤの走査電子顕微鏡像。1cm以上のナノワイヤがリボン状試料の先端に生成している。Scanning electron microscope image of Pd-based metallic glass nanowires. Nanowires of 1 cm or more are generated at the tip of the ribbon-like sample. (a)実験チャンバーの概略図。熱加熱フィラメントが直線導入機で水平移動しリボン試料に接触することが可能。(b)フィラメントがリボンに接触した様子。リボン下端におもりが固定され、その荷重によって垂直方向に歪みが印加される。(c)加工後は下側が切断されるので、熱源であるフィラメントから瞬時に分離でき急冷条件を実現できる。(a) Schematic of experimental chamber. Thermally heated filament can be moved horizontally by a linear introduction machine and contact the ribbon sample. (b) The filament is in contact with the ribbon. A weight is fixed to the lower end of the ribbon, and a strain is applied in the vertical direction by the load. (c) Since the lower side is cut after processing, it can be instantaneously separated from the filament as a heat source, and a rapid cooling condition can be realized. (a)通電加熱法の概略図。(b)レーザー加熱法の概略図。(a) Schematic of current heating method. (b) Schematic diagram of laser heating method.

本発明では、金属ガラス材料からなる成形物、例えば、金属ガラス製リボンまたは細線に対して、歪みを加えながら過冷却液体状態まで急速加熱を実施して、その状態で加工を行い、加工終了時に伴う急速冷却によってナノワイヤにアモルファス状態の構造を保持せしめることを特徴としている。
当該生成されたナノワイヤは、透過電子顕微鏡を使用しての原子構造観測により、それがアモルファス状態のものであることの確認も実施されている。さらに当該ナノワイヤについて、その機械的測定も実施され、それがバルク金属ガラスと同等のヤング率を有することも確認されている。
In the present invention, a molded product made of a metallic glass material, for example, a metallic glass ribbon or thin wire, is heated rapidly to a supercooled liquid state while applying distortion, and processed in that state. It is characterized in that the amorphous structure is held in the nanowire by the accompanying rapid cooling.
The generated nanowire is confirmed to be in an amorphous state by observing an atomic structure using a transmission electron microscope. In addition, the nanowire has been subjected to mechanical measurement, and it has been confirmed that it has a Young's modulus equivalent to that of bulk metallic glass.

本明細書中、金属ガラス(metallic glass)〔ガラス合金(glassy alloy)ともいう〕とは、アモルファス合金〔amorphous alloy, アモルファス金属(amorphous metal)〕の一種であるが、ガラス転移点が明瞭に現れるものを指しており、このガラス転移点を境界として高温側にある過冷却液体領域を示す点で、従来のアモルファス合金とは区別されるものである。すなわち、金属ガラスの熱的挙動を、示差走査熱量計を用いて調べると、温度上昇にともないガラス転移温度(Tg)を過ぎると吸熱温度領域が現れ、結晶化温度(Tx)近傍で発熱ピークを示し、さらに加熱すると融点(Tm)で吸熱ピークが現れる。金属ガラスの組成成分によって各温度点は異なる。過冷却液体温度領域(ΔTx)は、ΔTx=Tx - Tgで定義され
、ΔTxが50〜130℃と非常に大きいことが、冷却液体状態の安定性が高く結晶化を回避し
アモルファス状態を維持できる。従来のアモルファス合金ではこのような熱的挙動は見られずTgが存在しない。
In the present specification, metallic glass (also referred to as glassy alloy) is a kind of amorphous alloy, but the glass transition point appears clearly. It is different from conventional amorphous alloys in that it indicates a supercooled liquid region on the high temperature side with this glass transition point as a boundary. That is, when the thermal behavior of metallic glass is examined using a differential scanning calorimeter, the endothermic temperature region appears after the glass transition temperature (T g ) as the temperature rises, and heat is generated near the crystallization temperature (T x ). Shows a peak, and when heated further, an endothermic peak appears at the melting point (T m ). Each temperature point varies depending on the composition component of the metal glass. The supercooled liquid temperature region (ΔT x ) is defined by ΔT x = T x -T g , and ΔT x is very large as 50 to 130 ° C, so that the stability of the cooling liquid state is high and crystallization is avoided. Amorphous state can be maintained. In conventional amorphous alloys, such thermal behavior is not observed and T g does not exist.

バルク状の金属ガラスを作製するためには、過冷却液体状態の安定が要素であり、これを実現するための組成として、
(1)3成分以上の多元系であること、
(2)主要3成分の原子寸法比が互いに12%以上異なっていること、
(3)主要3成分の混合熱が互いに負の値を有していること、
が経験則として報告されている(A. Inoue, Stabilization of metallic supercooled liquid and bulk amorphous alloys, Acta Mater., 48, 279-306 (2000): 非特許文献11)。
金属ガラス材料の組成としては、様々な例が知られており、例えば、特開平3-10041号
公報〔特許文献1〕、特開平3-158446号公報〔特許文献2〕、特開平7-252559号公報〔特許文献3〕、特開平9-279318号公報〔特許文献4〕、特開2001-254157号公報〔特許文献
5〕、特開2001-303218号公報〔特許文献6〕、特開2004-42017号公報〔特許文献7〕、
特開2007-92103号公報〔特許文献8〕、特開2007-247037号公報〔特許文献9〕、特開2007-332413号公報〔特許文献10〕、特開2008-1939号公報〔特許文献11〕、特開2008-24985
号公報〔特許文献12〕、米国特許第5429725号明細書〔特許文献13〕などに開示のものを
参照できる。
In order to produce bulk metallic glass, the stability of the supercooled liquid state is an element, and as a composition for realizing this,
(1) A multi-component system with three or more components,
(2) The atomic size ratios of the three main components differ from each other by 12% or more,
(3) The heat of mixing of the three main components has a negative value to each other,
Has been reported as a rule of thumb (A. Inoue, Stabilization of metallic supercooled liquid and bulk amorphous alloys, Acta Mater., 48, 279-306 (2000): Non-Patent Document 11).
Various examples of the composition of the metallic glass material are known. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-10041 [Patent Document 1], Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-158446 [Patent Document 2], and Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-252559. [Patent Document 3], JP-A-9-279318 [Patent Document 4], JP-A-2001-254157 [Patent Document 5], JP-A-2001-303218 [Patent Document 6], JP-A-2004 No.-42017 [Patent Document 7],
JP 2007-92103 [Patent Document 8], JP 2007-247037 [Patent Document 9], JP 2007-332413 [Patent Document 10], JP 2008-1939 [Patent Document 11]. ], JP 2008-24985
References disclosed in Japanese Patent Publication [Patent Document 12], US Pat. No. 5,429,725 [Patent Document 13], and the like can be referred to.

金属ガラスとしては、Ln-Al-TM、Mg-Ln-TM、Zr-Al-TM(ここで、Lnは希土類元素、TMは遷移金属を示す)系等が見出されているのをはじめとして、最近までに数多くの組成が報告されている。ガラス合金としては、Mg基、希土類金属基、Zr基、Ti基、Fe基、Ni基、Co基、Pd基、Pd-Cu基、Cu基、Al基などのバルクガラス合金が包含されてよい。
過冷却液体領域の温度幅が広く、加工性に優れるアモルファス合金として、XaMbAlc (X: Zr, Hf、M: Ni, Cu, Fe, Co, Mn、25≦a≦85、5≦b≦70、0≦c≦35)が知られており、例えば、特開平3-158446号公報などを参照することができる。
As metal glasses, Ln-Al-TM, Mg-Ln-TM, Zr-Al-TM (where Ln is a rare earth element, TM is a transition metal), etc. have been found. Many compositions have been reported until recently. Glass alloys may include bulk glass alloys such as Mg group, rare earth metal group, Zr group, Ti group, Fe group, Ni group, Co group, Pd group, Pd-Cu group, Cu group, Al group, etc. .
X a M b Al c (X: Zr, Hf, M: Ni, Cu, Fe, Co, Mn, 25 ≦ a ≦ 85, 5 as an amorphous alloy with a wide temperature range in the supercooled liquid region and excellent workability <= B <= 70, 0 <= c <= 35) is known, for example, Unexamined-Japanese-Patent No. 3-158446 etc. can be referred.

Zr基金属ガラスは、合金の中でZrを他の元素よりも多く含有し、Zr以外に、第4族元素(例えば、Zr以外のTi, Hfなど)、第5族元素(例えば、V, Nb, Taなど)、第6族元素(例えば
、Cr, Mo, Wなど)、第7族元素(例えば、Mnなど)、第8族元素(例えば、Feなど)、第9族元
素(例えば、Coなど)、第10族元素(例えば、Ni, Pd, Ptなど)、第11族元素(例えば、Cu, Agなど)、第13族元素(例えば、Alなど)、第14族元素(例えば、Siなど)、第3族元素(例えば、Y、ランタノイド元素など)などからなる群から選択された1種又は2種以上の元素を含有するものが挙げられる(元素の周期表は、IUPAC Nomenclature of Inorganic Chemistry, 1989に基づく、以下同様)。典型的な場合では、Zrの含有量は、Zr以外に含有せしめ
る元素によっても異なるが、合金全体に対して40質量%以上、好ましくは45質量%以上、より好ましくは45質量%以上である。具体的には、Zr50Cu40Al10(以下、下付数字は原子%を
示す)、Zr55Cu30Al10Ni5、Zr60Cu20Al10Ni10、Zr65Cu15Al10Ni10、Zr66Cu12Al8Ni14、Zr65Cu17.5Al7.5Ni10、Zr48Cu36Al8Ag8、Zr42Cu42Al8Ag8、Zr41Ti14Cu13Ni10Be22、Zr55Al20Ni25、Zr60Cu15Al10Ni10Pd5、Zr48Cu32Al8Ag8Pd4、Zr52.5Ti5Cu20Al12.5Ni10、Zr60Cu18Al10Co3Ni9等が挙げられる。これらの中でも、Zr50Cu40Al10、Zr65Cu15Al10Ni10、Zr48Cu32Al8Ag8Pd4、Zr55Cu30Al10Ni5等のZr基ガラス合金が特に好ましいものとして挙げられる
Zr-based metallic glass contains more Zr than other elements in the alloy, in addition to Zr, Group 4 elements (e.g., Ti, Hf, etc. other than Zr), Group 5 elements (e.g., V, Nb, Ta, etc.), Group 6 elements (e.g., Cr, Mo, W, etc.), Group 7 elements (e.g., Mn, etc.), Group 8 elements (e.g., Fe, etc.), Group 9 elements (e.g., Co), Group 10 elements (e.g., Ni, Pd, Pt, etc.), Group 11 elements (e.g., Cu, Ag, etc.), Group 13 elements (e.g., Al, etc.), Group 14 elements (e.g., Si or the like, and those containing one or more elements selected from the group consisting of Group 3 elements (for example, Y, lanthanoid elements, etc.) (the periodic table of elements is IUPAC Nomenclature of Based on Inorganic Chemistry, 1989, and so on). In a typical case, the content of Zr varies depending on the elements other than Zr, but is 40% by mass or more, preferably 45% by mass or more, more preferably 45% by mass or more based on the entire alloy. Specifically, Zr 50 Cu 40 Al 10 (hereinafter, the subscript indicates atomic%), Zr 55 Cu 30 Al 10 Ni 5 , Zr 60 Cu 20 Al 10 Ni 10 , Zr 65 Cu 15 Al 10 Ni 10 , Zr 66 Cu 12 Al 8 Ni 14 , Zr 65 Cu 17.5 Al 7.5 Ni 10 , Zr 48 Cu 36 Al 8 Ag 8 , Zr 42 Cu 42 Al 8 Ag 8 , Zr 41 Ti 14 Cu 13 Ni 10 Be 22 , Zr 55 Al 20 Ni 25 , Zr 60 Cu 15 Al 10 Ni 10 Pd 5 , Zr 48 Cu 32 Al 8 Ag 8 Pd 4 , Zr 52.5 Ti 5 Cu 20 Al 12.5 Ni 10 , Zr 60 Cu 18 Al 10 Co 3 Ni 9 etc. Can be mentioned. Among these, Zr-based glass alloys such as Zr 50 Cu 40 Al 10 , Zr 65 Cu 15 Al 10 Ni 10 , Zr 48 Cu 32 Al 8 Ag 8 Pd 4 , Zr 55 Cu 30 Al 10 Ni 5 are particularly preferable. Can be mentioned.

金属ガラスとして、PdとPtとを必須元素とする金属ガラスが報告されており、例えば、特開平9-279318号公報などを参照することができる。また、金属ガラス材料としては、Ni72-Co(8-x)-Mox-Z20 (x=0, 2, 4又は6原子%、Z=メタロイド元素)が知られており、例え
ば、米国特許第5429725号明細書などを参照することができる。Pdの他、Nb, V, Ti, Ta, Zrなどの金属が水素透過性能を有することが知られており、このような金属を中心とする金属ガラスは、水素選択透過性を発揮し得る。
As the metal glass, a metal glass containing Pd and Pt as essential elements has been reported. For example, JP-A-9-279318 can be referred to. Further, Ni 72 -Co (8-x) -Mo x -Z 20 (x = 0, 2, 4 or 6 atomic%, Z = metalloid element) is known as a metallic glass material. Reference can be made to Japanese Patent No. 5429725. In addition to Pd, metals such as Nb, V, Ti, Ta, and Zr are known to have hydrogen permeation performance, and a metal glass centered on such a metal can exhibit hydrogen selective permeability.

さらに、金属ガラスとして、Nb-Ni-Zr系、Nb-Ni-Zr-Al系、Nb-Ni-Ti-Zr系、Nb-Ni-Ti-Zr-Co系、Nb-Ni-Ti-Zr-Co-Cu系、Nb-Co-Zr系や、Ni-V-(Zr,Ti)系、Ni-Cr-P-B系、Co-V-Zr
系、Cu-Zr-Ti系などが挙げられ、例えば、特開2004-42017号公報などを参照することができる。具体的には、Ni60Nb15Ti15Zr10、Ni65Cr15P16B4等のNb-Ni-Ti-Zr系ガラス合金、Ni-Cr-P-B系ガラス合金などが特に好ましいものとして挙げられる。
さらに、金属ガラスとしては、メタル−メタロイド(半金属)系金属ガラス合金、メタル−メタル系金属ガラス合金、ハード磁性系金属ガラス合金などが挙げられる。
金属元素としてFeを含有するメタル−メタロイド(半金属)系金属ガラス合金としては、例えばFe以外の他の金属元素と半金属元素(メタロイド元素)とを含有してなり、金属元素としてAl, Ga, In, Snのうちの1種または2種以上を含有し、半金属元素として、P,
C, B, Ge, Siのうちの1種または2種以上を含有するものなどが挙げられる。メタル−
メタル系金属ガラス合金の例としては、Fe, Co, Niのうちの1種又は2種以上の元素を主成分とし、Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, Vのうちの1種又は2種以上の元素とBを含むものが挙げられる。
In addition, Nb-Ni-Zr, Nb-Ni-Zr-Al, Nb-Ni-Ti-Zr, Nb-Ni-Ti-Zr-Co, Nb-Ni-Ti-Zr- Co-Cu, Nb-Co-Zr, Ni-V- (Zr, Ti), Ni-Cr-PB, Co-V-Zr
System, Cu-Zr-Ti system, and the like. For example, JP 2004-42017 A can be referred to. Specifically, Nb-Ni-Ti-Zr glass alloys such as Ni 60 Nb 15 Ti 15 Zr 10 and Ni 65 Cr 15 P 16 B 4 and Ni-Cr-PB glass alloys are particularly preferable. It is done.
Furthermore, examples of the metal glass include a metal-metalloid (semi-metal) metal glass alloy, a metal-metal metal glass alloy, and a hard magnetic metal glass alloy.
As a metal-metalloid (metalloid) -based metallic glass alloy containing Fe as a metal element, for example, other metal elements other than Fe and a metalloid element (metalloid element) are contained. , In, Sn containing one or more of them, P,
Examples thereof include those containing one or more of C, B, Ge, and Si. Metal
Examples of metal-based metallic glass alloys are mainly composed of one or more elements of Fe, Co, Ni and one of Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V or The thing containing 2 or more types of elements and B is mentioned.

本発明においては、好適な金属ガラスとして、金属ガラスが複数の元素から構成され、その主成分として少なくともFe, Co, Ni, Ti, Zr, Mg, Cu, Pdのいずれかひとつの原子を30〜80原子%の範囲で含有するものが挙げられる。さらに、第6族元素(Cr, Mo, W)を10〜40原子%、第14族元素(C, Si, Ge, Sn)を1〜10原子%の範囲で、各グループから少なくとも1種類以上の金属原子を組み合わせてもよい。また、鉄族元素に、目的に応じて、Ca, B,
Al, Nb, N, Hf, Ta, Pなどの元素が10原子%以内の範囲で添加されてあってもよい。これらの条件により、高いガラス形成能を有するものであってよい。
In the present invention, as a suitable metallic glass, the metallic glass is composed of a plurality of elements, and at least one atom of Fe, Co, Ni, Ti, Zr, Mg, Cu, Pd as a main component is 30 to The thing contained in 80 atomic% is mentioned. Furthermore, at least one kind from each group in the range of 10-40 atomic% of group 6 elements (Cr, Mo, W) and 1-10 atomic% of group 14 elements (C, Si, Ge, Sn) These metal atoms may be combined. In addition, depending on the purpose, iron group elements can be Ca, B,
Elements such as Al, Nb, N, Hf, Ta, and P may be added within a range of 10 atomic% or less. Under these conditions, it may have a high glass forming ability.

金属ガラスの成分元素として、少なくともFeを含有するものは、耐食性が飛躍的に向上しており、好適なものがある。金属ガラス中のFe含有量としては、30〜80原子%が好適で
ある。Feが30原子%より少ない場合では耐食性が十分に得られず、また、80原子%より多い場合では金属ガラスの形成は困難である。より好ましいFe原子の割合は、35〜60原子%
である。上記の金属ガラス組成は安定なアモルファス相の金属ガラス層を形成すると同時に加工の低温化にも貢献し、均一なガラス組織と結晶質金属組織の層状構造を、形成することができる。好ましい組成としては、例えば、Fe43Cr16Mo16C15B10、Fe75Mo4P12C4B4Si1、Fe52Co20B20Si4Nb4、Fe72Al5Ga2P11C6B4等が挙げられる。
また、本発明において用いる金属ガラスの好適なものとして、Fe100-a-b-cCra TMb (C1-XBXPy )c〔ただし、式中、TM=V, Nb, Mo, Ta, W, Co, Ni, Cuの少なくとも一種以上、a,
b, c, x, yは、それぞれ5原子%≦a≦30原子%, 5原子%≦b≦20原子%, 10原子%≦c≦35原
子%, 25原子%≦a+b≦50原子%, 35原子%≦a+b+c≦60原子%, 0.11≦x≦0.85, 0≦y≦0.57〕で示される組成を有するものが挙げられる。当該金属ガラスは、例えば、特開2001-303218号公報などを参照できる。
An element containing at least Fe as a component element of the metallic glass has drastically improved corrosion resistance and is suitable. The Fe content in the metal glass is preferably 30 to 80 atomic%. When Fe is less than 30 atomic%, sufficient corrosion resistance cannot be obtained, and when it is more than 80 atomic%, it is difficult to form metallic glass. The more preferable proportion of Fe atoms is 35 to 60 atomic%
It is. The above-mentioned metallic glass composition contributes to lowering of processing at the same time as forming a stable amorphous phase metallic glass layer, and can form a uniform glass structure and a layered structure of crystalline metallic structure. Preferred compositions include, for example, Fe 43 Cr 16 Mo 16 C 15 B 10 , Fe 75 Mo 4 P 12 C 4 B 4 Si 1 , Fe 52 Co 20 B 20 Si 4 Nb 4 , Fe 72 Al 5 Ga 2 P 11 C 6 B 4 etc. are mentioned.
Further, as a preferred metal glass used in the present invention, Fe 100-abc Cr a TM b (C 1-X B X P y ) c (where TM = V, Nb, Mo, Ta, W , Co, Ni, at least one of Cu, a,
b, c, x, y are 5 atom% ≤ a ≤ 30 atom%, 5 atom% ≤ b ≤ 20 atom%, 10 atom% ≤ c ≤ 35 atom%, 25 atom% ≤ a + b ≤ 50 atom, respectively. %, 35 atomic% ≦ a + b + c ≦ 60 atomic%, 0.11 ≦ x ≦ 0.85, 0 ≦ y ≦ 0.57]. For the metal glass, for example, JP-A-2001-303218 can be referred to.

当該金属ガラスとしては、軟磁性Fe基金属ガラス合金であってよく、例えば、特開2008-24985号公報並びにそこで引用されている全ての特許文献及び参考文献を参照できる。軟磁性金属ガラス合金としては、例えば、Fe-(Al, Ga)-メタロイド系、(Fe, Co, Ni)-(Zr, Hf, Nb, Ta)-B系、(Fe, Co)-Si-B-Nb系、(Fe, Co)-Ln-B系、Fe-Si-B-P-(C)系などが包含
されてよい。また、硬磁性金属ガラス合金も知られており、そうした硬磁性金属ガラス合金としては、例えば、Fe-Nd-B系、Fe-Pr-B系、Fe-Pt-B系などが包含されてよい。
Co基金属ガラスとしては、例えば、特開2007-332413号公報並びにそこで引用されてい
る全ての特許文献及び参考文献を参照できる。Ni基金属ガラスとしては、例えば、特開2007-247037号公報並びにそこで引用されている全ての特許文献及び参考文献を参照できる
。Mg基金属ガラスとしては、例えば、特開平3-10041号公報、特開2001-254157号公報、特開2007-92103号公報並びにそこで引用されている全ての特許文献及び参考文献を参照できる。Ti基金属ガラスとしては、例えば、特開平7-252559号公報、特開2008-1939号公報並
びにそこで引用されている全ての特許文献を参照できる。
好ましい組成としては、例えば、Ti50Cu25Ni15Zr5Sn5、Mg50Ni30Y20等が挙げられる。
The metallic glass may be a soft magnetic Fe-based metallic glass alloy. For example, JP 2008-24985 A and all patent documents and references cited therein can be referred to. Examples of soft magnetic metallic glass alloys include Fe- (Al, Ga) -metalloid, (Fe, Co, Ni)-(Zr, Hf, Nb, Ta) -B, (Fe, Co) -Si- B-Nb system, (Fe, Co) -Ln-B system, Fe-Si-BP- (C) system and the like may be included. Hard magnetic metallic glass alloys are also known, and examples of such hard magnetic metallic glass alloys may include Fe-Nd-B, Fe-Pr-B, Fe-Pt-B, and the like. .
As Co-based metallic glass, for example, JP-A-2007-332413 and all patent documents and references cited therein can be referred to. As the Ni-based metallic glass, for example, JP-A-2007-247037 and all patent documents and references cited therein can be referred to. As the Mg-based metallic glass, for example, JP-A 3-10041, JP-A 2001-254157, JP-A 2007-92103 and all patent documents and references cited therein can be referred to. As the Ti-based metallic glass, for example, JP-A-7-252559, JP-A-2008-1939 and all patent documents cited therein can be referred to.
Preferable compositions include, for example, Ti 50 Cu 25 Ni 15 Zr 5 Sn 5 , Mg 50 Ni 30 Y 20 and the like.

本発明で、「ナノスケール」とは、三次元空間を表すディメンジョンx, y, zのうちの
少なくとも二つがナノサイズであることを意味する場合を指すものと理解してよく、ここで「ナノサイズ」とは1000ナノメートル(nm)以下の大きさのことを指しており、より好適には、500 nm以下の大きさ、ある場合には200 nm以下の大きさ、典型的には150 nm以下の大きさ、より典型的には120 nm以下の大きさ、さらなる典型では、100 nm以下の大きさ、さらには、80 nm以下の大きさ、ある場合の典型では70 nm以下の大きさ、別の場合には、60 nm以下の大きさ、さらには、55 nm以下の大きさ、あるいは、50 nm以下の大きさを指
すものであってよい。本発明で「ナノサイズ」とは、金属ガラスの種類に応じて1000nm以下の大きさの中から、様々なサイズとすることも可能であり、さらには、40 nm以下の大
きさとか、30 nm以下の大きさとか、20 nm以下の大きさとか、さらに小さい、10 nm以下
の大きさとか、5 nm以下の大きさのものも包含される。典型的には、本発明の金属ガラスナノワイヤでは、ワイヤの直径が上記「ナノサイズ」であることを指すと理解してよい。
以上から明らかなごとく、本発明の金属ガラスナノワイヤは、ディメンジョンの一つ、例えば、長さが上記ナノサイズ以上であってよく、例えば、1マイクロメートル(μm)以上の大きさであるものも包含される。
In the present invention, “nanoscale” may be understood to refer to a case where at least two of the dimensions x, y, z representing a three-dimensional space mean nanosize, `` Size '' refers to a size of 1000 nanometers (nm) or less, more preferably a size of 500 nm or less, in some cases 200 nm or less, typically 150 nm. Less than, typically more than 120 nm, more typically less than 100 nm, even less than 80 nm, in some cases less than 70 nm, In other cases, it may refer to a size of 60 nm or less, a size of 55 nm or less, or a size of 50 nm or less. In the present invention, the “nanosize” can be various sizes from 1000 nm or less depending on the type of metal glass, and further, 40 nm or less or 30 nm. The following sizes, 20 nm or less, or even smaller, 10 nm or less, or 5 nm or less are also included. Typically, in the metallic glass nanowire of the present invention, it may be understood that the diameter of the wire refers to the “nanosize” described above.
As is clear from the above, the metallic glass nanowire of the present invention includes one of the dimensions, for example, the length may be the nano-size or more, for example, the one having a size of 1 micrometer (μm) or more. Is done.

本発明の金属ガラスナノワイヤは、様々な形状のものが包含されてよく、さらに、金属ガラスの種類により各種の形態のものが許容されるが、例えば、ナノスケールの、細線、ファイバー(ナノファイバー)、フィラメント、ロッド(ナノロッド)、シリンダー(ナノシリンダー)などが挙げられる。
本金属ガラスナノワイヤは、直線形、分岐形、ねじれ形、コイル形又はスパイラル形などのいずれであってもよいが、例えば、直線形、円柱状のものなどを挙げることができる。該金属ガラスナノワイヤの形状は、金属ガラスの種類により各種の形態のものにすることができるし、許容されるもので、例えば、細線の断面の形状は、円形、楕円形、西洋梨形など、適宜、任意の形状とすることもできるが、好適には円形又は楕円形のものである。
The metallic glass nanowires of the present invention may include various shapes, and various forms are allowed depending on the type of metallic glass. For example, nanoscale, fine wire, fiber (nanofiber) , Filament, rod (nanorod), cylinder (nanocylinder) and the like.
The metallic glass nanowire may be any of a linear shape, a branched shape, a twisted shape, a coil shape, a spiral shape, and the like, and examples thereof include a linear shape and a cylindrical shape. The shape of the metal glass nanowire can be in various forms depending on the type of metal glass, and is acceptable. For example, the shape of the cross section of the thin wire is circular, elliptical, pear-shaped, etc. Any shape can be used as appropriate, but it is preferably circular or elliptical.

当該金属ガラスナノワイヤにおいては、細線の直径は1000nm以下の大きさであり、典型的には、500 nm以下の大きさ、あるいは、200 nm以下の大きさ、ある場合には、150 nm以下の大きさあるいは120 nm以下の大きさ、具体的には100 nm以下の大きさや90 nm以下の
大きさ、さらには、85 nm以下の大きさや80 nm以下の大きさ、別の場合には、75 nm以下
の大きさあるいは70 nm以下の大きさ、より具体的には65 nm以下の大きさや60 nm以下の
大きさ、もっと典型的な場合では、55 nm以下の大きさや50 nm以下の大きさをもつもの、さらには、45 nm以下の大きさや40 nm以下の大きさ、あるいは、35 nm以下の大きさや30 nm以下の大きさ、また、20 nm以下の大きさ、さらには、15 nm以下の大きさ、さらに別の場合では、10 nm以下の大きさ、あるいは、5 nm以下の大きさをもつものが挙げられる。
該細線の直径は、金属ガラスの種類により各種のサイズとすることも可能であり、1000nm以下の大きさの中から、様々なサイズとすることも可能であり、例えば、10 nm以下の大
きさとか、5 nm以下の大きさのものも包含される。当該金属ガラスナノワイヤの細線長さとしては、1μm以上とすることも可能であり、5μm又はそれ以上、10μm又はそれ以上、20μm又はそれ以上、30μm又はそれ以上、50μm又はそれ以上のものも包含され、例えば、0.1mm又はそれ以上、0.25mm又はそれ以上、0.5mm又はそれ以上、1.0cm又はそれ以上のも
のも得られる。
In the metallic glass nanowire, the diameter of the thin wire is 1000 nm or less, typically 500 nm or less, or 200 nm or less, and in some cases 150 nm or less. Or less than 120 nm, specifically less than 100 nm or less than 90 nm, or less than 85 nm or less than 80 nm, in other cases, 75 nm Less than or below 70 nm, more specifically below 65 nm or below 60 nm, more typically below 55 nm or below 50 nm. Or less than 45 nm, 40 nm or less, 35 nm or less, 30 nm or less, 20 nm or less, or 15 nm or less Size, in other cases, a size of 10 nm or less, or 5 nm or less It is.
The diameter of the thin wire can be various sizes depending on the type of metal glass, and can be various sizes from a size of 1000 nm or less, for example, a size of 10 nm or less. Or a size of 5 nm or less. The wire length of the metal glass nanowire can be 1 μm or more, and includes 5 μm or more, 10 μm or more, 20 μm or more, 30 μm or more, 50 μm or more. For example, 0.1 mm or more, 0.25 mm or more, 0.5 mm or more, 1.0 cm or more can be obtained.

当該金属ガラスナノワイヤにおいては、アスペクト比(線材の径のサイズ対長さの比)は、適宜、任意の値のものとすることができるし、さらに、金属ガラスの種類により各種の値とすることも可能であり、例えば、1:75〜1:500,000の範囲、あるいは、1:100〜1:450,000の範囲、ある場合には、1:250〜1:400,000の範囲、別の場合では、1:500〜1:5,000
の範囲で選択することができる。
典型的な例では、本発明の金属ガラスナノワイヤのアスペクト比は、例えば、1:1,000
〜1:500,000の範囲、あるいは、1:2,000〜1:450,000の範囲、ある場合には、1:1,000〜1:400,000の範囲、別の場合では、1:2,000〜1:400,000の範囲で選択することができる。
別の具体的な態様では、本発明の金属ガラスナノワイヤのアスペクト比は、例えば、1:1,000〜1:10,000の範囲、あるいは、1:10,000〜1:450,000の範囲、ある場合には、1:1,000〜1:2,000の範囲、別の場合では、1:1,000〜1:5,000の範囲で選択することができる。
具体例の一つでは、本金属ガラスナノワイヤとしては、直径がおおよそ100〜500nmで、細線の長さがおおよそ75〜20,000μmのものが挙げられる。別の具体例では、本金属ガラ
スナノワイヤは、直径がおおよそ10〜100nmで、細線の長さがおおよそ100〜15,000μmの
ものが挙げられる。
In the metallic glass nanowire, the aspect ratio (ratio of the size of the wire diameter to the length) can be arbitrarily set to any value, and various values can be set depending on the type of the metallic glass. Is also possible, for example in the range 1:75 to 1: 500,000, or in the range 1: 100 to 1: 450,000, in some cases in the range 1: 250 to 1: 400,000, in other cases 1 : 500〜1: 5,000
The range can be selected.
In a typical example, the aspect ratio of the metallic glass nanowire of the present invention is, for example, 1: 1,000.
In the range of ~ 1: 500,000, or in the range of 1: 2,000 to 1: 450,000, in some cases in the range of 1: 1,000 to 1: 400,000, in other cases in the range of 1: 2,000 to 1: 400,000 can do.
In another specific embodiment, the aspect ratio of the metallic glass nanowires of the present invention is, for example, in the range of 1: 1,000 to 1: 10,000, alternatively in the range of 1: 10,000 to 1: 450,000, in some cases 1: It can be selected in the range of 1,000 to 1: 2,000, in other cases in the range of 1: 1,000 to 1: 5,000.
In one specific example, the present metallic glass nanowire has a diameter of about 100 to 500 nm and a thin wire length of about 75 to 20,000 μm. In another embodiment, the metallic glass nanowire has a diameter of approximately 10-100 nm and a thin wire length of approximately 100-15,000 μm.

さらに、別の具体例の一つでは、本金属ガラスナノワイヤとしては、直径がおおよそ40〜120nmで、細線の長さがおおよそ500〜13,000μmのものが挙げられる。また、別の具体
例では、本金属ガラスナノワイヤは、直径がおおよそ40〜100nmで、細線の長さがおおよ
そ250〜13,000μmのものが挙げられる。さらなる具体例の一つでは、本金属ガラスナノワイヤとしては、直径がおおよそ100〜500nmで、細線の長さがおおよそ400〜7,500μmのも
のが挙げられる。また、別の具体例では、本金属ガラスナノワイヤは、直径がおおよそ35〜50nmで、細線の長さがおおよそ500〜14,000μmのものが挙げられる。また、さらなる具体例の一つでは、本金属ガラスナノワイヤとしては、直径がおおよそ60〜80nmで、細線の長さがおおよそ80〜150μmのものが挙げられる。また、別の具体例では、本金属ガラスナノワイヤは、直径がおおよそ80〜110nmで、細線の長さがおおよそ150〜450μmのものが挙げられる。
上記金属ガラスナノワイヤなどの線材の太さは、必ずしも全て同一である必要はなく、ある程度は大小であるものも包含されてよい。
Furthermore, in another specific example, examples of the present metallic glass nanowire include those having a diameter of about 40 to 120 nm and a thin wire length of about 500 to 13,000 μm. In another specific example, the metallic glass nanowire has a diameter of about 40 to 100 nm and a thin wire length of about 250 to 13,000 μm. In one further specific example, the present metallic glass nanowire has a diameter of about 100 to 500 nm and a thin wire length of about 400 to 7,500 μm. In another specific example, the metallic glass nanowire has a diameter of about 35 to 50 nm and a thin wire length of about 500 to 14,000 μm. In another specific example, examples of the present metallic glass nanowire include those having a diameter of approximately 60 to 80 nm and a thin wire having a length of approximately 80 to 150 μm. In another specific example, the metallic glass nanowire has a diameter of about 80 to 110 nm and a thin wire length of about 150 to 450 μm.
The thicknesses of the wire rods such as the above-described metallic glass nanowires are not necessarily the same, and may include those having a certain size.

当該金属ガラスナノワイヤにおいては、細線の直径は1000nm以下の太さであり、典型的には100nm以下の太さをもつものが挙げられる。細線の長さは1cm以上とすることも可能であり、それ以上のものも包含される。アスペクト比は、適宜、任意の値とすることができる。これらのサイズは金属ガラスの高温の過冷却液体領域における粘性に依存するので、金属ガラスの種類により各種の値とすることが可能である。例えば、先端の直径が100nm
、元径が1000nmの場合、平均直径は550nmであるが、全長を1cmとした場合、アスペクト比は1:18,182となる。
In the metallic glass nanowire, the diameter of the thin wire is 1000 nm or less, and typically has a thickness of 100 nm or less. The length of the fine line can be 1 cm or more, and more than that is included. The aspect ratio can be arbitrarily set as appropriate. Since these sizes depend on the viscosity of the metallic glass in the high-temperature supercooled liquid region, various values can be obtained depending on the type of metallic glass. For example, the tip diameter is 100 nm
When the original diameter is 1000 nm, the average diameter is 550 nm, but when the total length is 1 cm, the aspect ratio is 1: 18,182.

一つの具体的な態様では、本発明の金属ガラスナノワイヤは、リボン状または棒状の金属ガラスを、その端部で上下に固定せしめ且つその下端部を牽引することを可能とし、酸化を防止できる雰囲気中において、その下端部の牽引下、移動式熱加熱フィラメントを当該リボン状または棒状の金属ガラス試料に対し垂直に接触させ、金属ガラスを過冷却液体領域まで急速加熱せしめ、形成された金属ガラスナノワイヤを急速冷却することにより、当該ナノワイヤの金属ガラス状態を維持せしめて、製造することができる。別の具体的な態様では、本発明の金属ガラスナノワイヤは、リボン状または棒状の金属ガラスを、その端部で上下に固定せしめ且つその下端部を牽引することを可能とし、酸化を防止できる雰囲気中において、その下端部の牽引下、上下端に電極を固定し通電と破断直前に通電を遮断し、金属ガラスを過冷却液体領域まで急速加熱せしめ、形成された金属ガラスナノワイヤを急速冷却することにより、当該ナノワイヤの金属ガラス状態を維持せしめて製造することができる。さらに、一つの具体的な態様では、本発明の金属ガラスナノワイヤは、リボン状または棒状の金属ガラスを、その端部で上下に固定せしめ且つその下端部を牽引することを可能とし、酸化を防止できる雰囲気中において、その下端部の牽引下、当該リボン状または棒状の金属ガラス試料をレーザー加熱し、金属ガラスを過冷却液体領域まで急速加熱せしめ、形成された金属ガラスナノワイヤを急速冷却することにより、当該ナノワイヤの金属ガラス状態を維持せしめて製造することができる。   In one specific embodiment, the metallic glass nanowire of the present invention is an atmosphere in which ribbon-shaped or rod-shaped metallic glass can be fixed vertically at its end and pulled at its lower end to prevent oxidation. The metal glass nanowires are formed by bringing the movable heat-heating filament into contact with the ribbon-shaped or rod-shaped metal glass sample vertically under the pulling of the lower end thereof, and rapidly heating the metal glass to the supercooled liquid region. Can be manufactured while maintaining the metallic glass state of the nanowire. In another specific embodiment, the metallic glass nanowire of the present invention is an atmosphere in which ribbon-shaped or rod-shaped metallic glass can be fixed up and down at its end and pulled at its lower end to prevent oxidation. Inside, pulling the lower end, fixing the electrodes to the upper and lower ends, shutting off the energization just before energization and breaking, rapidly heating the metal glass to the supercooled liquid region, and rapidly cooling the formed metal glass nanowire Thus, the metal glass state of the nanowire can be maintained and manufactured. Furthermore, in one specific embodiment, the metallic glass nanowire of the present invention can fix a ribbon-shaped or rod-shaped metallic glass up and down at its end and tow its lower end to prevent oxidation. In a possible atmosphere, under the pulling of its lower end, the ribbon-shaped or rod-shaped metallic glass sample is laser-heated, the metallic glass is rapidly heated to the supercooled liquid region, and the formed metallic glass nanowire is rapidly cooled. The nanowire can be manufactured while maintaining the metallic glass state.

より好ましい態様では、本発明の金属ガラスナノワイヤは、以下に説明する金属ガラスナノワイヤ製造装置を利用して、それを製造できる。
該金属ガラスナノワイヤ製造装置は、金属ガラス試料の酸化を防止できる雰囲気を達成する筐体、当該筐体内に配置されており且つリボン状または棒状の金属ガラスをその端部で上下に固定せしめる少なくとも二つの固定具、下端部の固定具を牽引する荷重付与装置、
(a) 当該リボン状または棒状の金属ガラス試料に対し垂直に接触させることのできる移動式熱加熱フィラメント、
(b)当該試料上下端の固定具に固定され且つ通電と通電の遮断のできる電極、又は
(c)当該リボン状または棒状の金属ガラス試料を加熱できるレーザー
のいずれか一を備え、金属ガラスを過冷却液体領域まで急速加熱せしめ、形成された金属ガラスナノワイヤを急速冷却することにより、当該ナノワイヤの金属ガラス状態を維持せ
しめて、金属ガラスナノワイヤを製造することができるものである。
In a more preferred embodiment, the metallic glass nanowire of the present invention can be produced using a metallic glass nanowire production apparatus described below.
The metal glass nanowire manufacturing apparatus includes a casing that achieves an atmosphere capable of preventing oxidation of a metal glass sample, and at least two ribbon glass or rod-shaped metal glasses that are disposed in the casing and fixed vertically at the ends thereof. One fixture, a load applying device that pulls the fixture at the lower end,
(a) a movable thermal heating filament that can be brought into perpendicular contact with the ribbon-shaped or rod-shaped metallic glass sample;
(b) an electrode fixed to the fixture at the upper and lower ends of the sample and capable of energization and de-energization, or
(c) provided with any one of lasers capable of heating the ribbon-shaped or rod-shaped metal glass sample, rapidly heating the metal glass to a supercooled liquid region, and rapidly cooling the formed metal glass nanowire, thereby The metallic glass nanowire can be manufactured by maintaining the metallic glass state.

当該金属ガラスナノワイヤ製造装置に備えられた筐体は、排気口を備えており、該排気口を介して排気装置により、その内部に置いた加工用金属ガラス材料の周囲雰囲気を、実質的に真空環境とすることができる。したがって、当該筐体は、通常、当該分野で知られている真空室、減圧室などの筐体であってよい。該排気装置としては、減圧ポンプ、真空ポンプなどのが包含されてよく、排気口は当該排気装置に連結されている。該排気装置は、例えば、機械式真空ポンプ、運動量輸送式の真空ポンプ、例えば、金属製のタービン翼を持った回転体であるロータが高速回転し、気体分子を弾き飛ばすことによりガスを排気するポンプであるターボ分子ポンプ(ターボモレキュラーポンプ、Turbo Molecular Pump; TMP)などを包含するものであってよい。   The housing provided in the metallic glass nanowire manufacturing apparatus has an exhaust port, and the atmosphere surrounding the metal glass material for processing placed therein is substantially vacuumed by the exhaust device through the exhaust port. It can be the environment. Therefore, the casing may be a casing such as a vacuum chamber or a decompression chamber that is generally known in the art. The exhaust device may include a decompression pump, a vacuum pump, and the like, and the exhaust port is connected to the exhaust device. The exhaust device is, for example, a mechanical vacuum pump, a momentum transport type vacuum pump, for example, a rotor which is a rotating body having a metal turbine blade, and rotates at high speed, and exhausts gas molecules by blowing off gas molecules. It may include a turbo molecular pump (Turbo Molecular Pump; TMP) which is a pump.

当該筐体は、その筐体内に配置されており且つリボン状または棒状の金属ガラスをその端部で上下に固定せしめる少なくとも二つの固定具、並びに出発金属ガラス材料の下端部の固定具を牽引する荷重付与装置を備えることができる。
当該金属ガラスナノワイヤ製造装置は、また、当該筐体内に配置された当該リボン状または棒状の金属ガラス試料に対し垂直に接触させることのできる移動式熱加熱フィラメント、当該試料上下端の固定具に固定され且つ通電と通電の遮断のできる電極、及び/又は、当該リボン状または棒状の金属ガラス試料を加熱できるレーザーを備えることができる。
前記加熱フィラメントとしては、例えば、タングステンフィラメントのコイルなどが挙げられ、加熱用電流供給回路により電力供給を受けているものであってよい。
出発の金属ガラス材料の下端部にかける荷重は、錘を利用した重力加重であってもし、牽引式の機械的な加重するものであってもよく、さらに、各装置の移動、温度制御、電流供給、パワーの賦与などは、制御装置によって行われるものであることもできる。
The housing is arranged in the housing and pulls at least two fixtures for fixing the ribbon-shaped or rod-shaped metallic glass up and down at the ends thereof, and the fixture at the lower end of the starting metallic glass material. A load applying device can be provided.
The metal glass nanowire manufacturing apparatus is also fixed to a movable heat heating filament that can be brought into perpendicular contact with the ribbon-shaped or rod-shaped metal glass sample disposed in the housing, and a fixture at the upper and lower ends of the sample. In addition, an electrode capable of energizing and interrupting energization and / or a laser capable of heating the ribbon-shaped or rod-shaped metal glass sample can be provided.
Examples of the heating filament include a tungsten filament coil, and the heating filament may be supplied with power by a heating current supply circuit.
The load applied to the lower end of the starting metallic glass material may be gravity-weighted using a weight, or may be mechanically-weighted towed, and further, movement of each device, temperature control, current Supply, power supply, and the like can be performed by a control device.

以下に、具体的な装置を参照しながら、代表的な製造処理工程を説明する。
図2(a)には、試料をほぼ中心部に配置固定できるスペースを有している真空室を有し
ているほぼ円筒形のチャンバー型の装置が示されている。該装置には、排気口があり、ポンプでチャンバー内を実質的に真空状態にできる。かくして、重力荷重下における熱フィラメント接触法を図2(a)に示す。リボン状または線状金属ガラス試料の下端に重りを固
定して荷重を加え、上端はチャンバーの天井に固定した。真空中で予め熱せられたフィラメントをリボンに接触するまで水平に移動することにより局所的な急加熱を実現している〔図2(b)〕。表面酸化を抑えるため真空中で加熱を実施する。温度がガラス転移温度以
上に到達すると粘性流動変形によってリボンが切断されるが、局部的には図2(c)のような液体架橋状態が生じ、高温における試料の粘性率と荷重条件に依存してナノワイヤが生成される。リボン下側は熱源から瞬時に切り離されるので急冷条件が満たされ、その結果アモルファス相の維持が可能になる。
In the following, typical manufacturing process steps will be described with reference to a specific apparatus.
FIG. 2 (a) shows a substantially cylindrical chamber-type apparatus having a vacuum chamber having a space in which a sample can be arranged and fixed substantially at the center. The apparatus has an exhaust port, and the inside of the chamber can be substantially evacuated by a pump. Thus, the hot filament contact method under gravity load is shown in FIG. A weight was applied to the lower end of the ribbon-shaped or linear metal glass sample to apply a load, and the upper end was fixed to the ceiling of the chamber. Local rapid heating is realized by moving the filament preheated in vacuum horizontally until it contacts the ribbon [FIG. 2 (b)]. Heating is performed in a vacuum to suppress surface oxidation. When the temperature reaches the glass transition temperature or higher, the ribbon is cut by viscous flow deformation, but locally a liquid cross-linked state as shown in Fig. 2 (c) occurs, depending on the viscosity of the sample at high temperature and the load conditions. As a result, nanowires are generated. Since the lower side of the ribbon is instantaneously disconnected from the heat source, the rapid cooling condition is satisfied, and as a result, the amorphous phase can be maintained.

通電加熱法を図3(a)に示す。リボン状試料上下端に電極を固定し、図2と同様に荷重
を加える。予備実験で、電圧を一定の割合で増加させた際の電流値を測定しておいて、適切な条件を選択するようにしてもよい。例えば、電力増加に伴い加熱温度が上昇するとリボン形状にくびれが発生した。更に電力が増加すると高温加熱による粘性低下が生じ破断に至るが、破断直前に電圧(電流)を遮断することによりナノワイヤが生成できる。
The electric heating method is shown in FIG. Electrodes are fixed to the upper and lower ends of the ribbon-shaped sample, and a load is applied as in FIG. In a preliminary experiment, an appropriate value may be selected by measuring a current value when the voltage is increased at a constant rate. For example, when the heating temperature rises with an increase in power, the ribbon shape is constricted. Further, when the electric power increases, the viscosity decreases due to high-temperature heating and breaks, but nanowires can be generated by cutting off the voltage (current) just before the break.

レーザー加熱法を図3(b)に示す。ミリ秒からナノ秒以下までパルス幅を調整できるレ
ーザーは、急速加熱・冷却を実現できるので、結晶化の回避、即ちアモルファス相の維持という点から理想的な熱源である。また、照射領域内では均一な加熱を行うことができる。予備実験を実施したところ、大気中において金属ガラスリボンならびに径1ミリの棒状
試料に対してレーザー照射加熱に成功している。その結果、0.5〜4.0 msのパルス幅で0.5
〜20 Jの熱量を与えることにより試料が切断可能であることを確認している。従って、ナノワイヤ表面酸化を防止するため真空中で荷重を加えながら加熱を実施することでナノワイヤの作製が可能である。
The laser heating method is shown in FIG. A laser capable of adjusting the pulse width from millisecond to nanosecond or less can realize rapid heating and cooling, and is therefore an ideal heat source from the viewpoint of avoiding crystallization, that is, maintaining an amorphous phase. Further, uniform heating can be performed in the irradiation region. Preliminary experiments have been carried out, and laser irradiation heating has been successfully performed on metallic glass ribbons and rod-shaped samples with a diameter of 1 mm in the atmosphere. As a result, 0.5 to 4.0 ms pulse width
It has been confirmed that the sample can be cut by applying a heat amount of ˜20 J. Therefore, nanowires can be produced by heating while applying a load in vacuum to prevent nanowire surface oxidation.

本金属ガラスナノワイヤは、ナノマテリアル(NMS)の鍵となる材料であり、電極材、モ
ーター材料、ナノエレクトリニクス材料、ナノ医療デバイス、ナノセンサー、オプティカル材料などとして有用である。金属ガラスナノワイヤは、例えば、磁気材料、セミコンダクターの配線、電極材などを含め、医療機器、ナノテクノロジー応用機器、磁気材料、エレクトリニクス機器などにおいて利用できる。本金属ガラスナノワイヤ、金属ガラスナノロッドなどは、その機械的強度が局所的な欠陥・転位に影響されず、ナノ領域において超高強度材料、超弾性伸び材料として有用である。
This metallic glass nanowire is a key material for nanomaterials (NMS), and is useful as an electrode material, a motor material, a nanoelectronics material, a nanomedical device, a nanosensor, an optical material, and the like. Metallic glass nanowires can be used in, for example, medical equipment, nanotechnology applied equipment, magnetic materials, and electronics equipment, including magnetic materials, semiconductor wiring, electrode materials, and the like. The metallic glass nanowire, metallic glass nanorod, and the like are useful as ultrahigh-strength materials and superelastic elongation materials in the nano-region because their mechanical strength is not affected by local defects and dislocations.

金属ガラス、特にはバルク金属ガラスは、粘い金属であり、高い引張強度、大きな弾性限界値を示し、破壊強度も大きく、高靭性を示すなど、高硬度、高弾性で、非常に高強度の材料で、優れた耐食性、耐磨耗性を示す。金属ガラスは、低ヤング率を示し、平滑性、転写性も有する材料で、高比表面積材料でもあり、高透磁率、耐傷性もあり、磁性材料としても有望である。金属ガラスは、その優れた機械強度、耐食性、表面平滑性、精密鋳造性、超塑性などの優れた特性を生かし、それを電磁弁、アクチュエータ、スプリング部材、位置センサー、受信センサー、磁気センサー、張力センサー、歪センサー、トルクセンサー、圧力センサーなどの用途利用も期待され、内視鏡・ロータブレータ・血栓吸引カテーテルなどの医療機器、精密工学機器、産業用小型・高性能デバイスを含めた産業機器、検査ロボット、産業用ロボット、マイクロファクトリーなどへの応用も考えられている。
金属ガラス材料は、さらに、例えば、切削工具、バネ材料、高周波トランス、チョークコイル、高速機構部材、精密機械部品、精密光学部材、宇宙材料、電極材料、燃料電池部材、輸送機器部材、航空機部材、精密医療機器、原子力プラント、生体材料、化学プラントなどへの用途・適用が期待できる。したがって、金属ガラスナノワイヤなどは、上記金属ガラスの特性を生かす分野やマイクロマシーンや半導体・精密電子部品の分野など広範な分野での利用が期待される。
Metallic glasses, especially bulk metallic glasses, are viscous metals, exhibit high tensile strength, large elastic limit values, large fracture strength, high toughness, etc., high hardness, high elasticity, and very high strength. The material shows excellent corrosion resistance and wear resistance. Metallic glass is a material having a low Young's modulus, smoothness and transferability, a high specific surface area material, high permeability and scratch resistance, and is also promising as a magnetic material. Metallic glass makes good use of its excellent mechanical strength, corrosion resistance, surface smoothness, precision castability, superplasticity, etc., and uses it as a solenoid valve, actuator, spring member, position sensor, reception sensor, magnetic sensor, tension Applications such as sensors, strain sensors, torque sensors, and pressure sensors are also expected, medical equipment such as endoscopes, rotabrators, and thrombus aspiration catheters, precision engineering equipment, industrial equipment including industrial compact and high-performance devices, and inspections Applications to robots, industrial robots, micro factories, etc. are also being considered.
Metallic glass materials further include, for example, cutting tools, spring materials, high-frequency transformers, choke coils, high-speed mechanism members, precision machine parts, precision optical members, space materials, electrode materials, fuel cell members, transportation equipment members, aircraft members, Applications and applications to precision medical equipment, nuclear power plants, biomaterials, chemical plants, etc. can be expected. Accordingly, metallic glass nanowires and the like are expected to be used in a wide range of fields such as fields that make use of the characteristics of the above-mentioned metallic glass, micromachines, semiconductors and precision electronic components.

ナノワイヤはナノ電子機械システム構築を行う際の重要な構成材料要素である。よって、金属ガラスの持つ超高強度、超弾性伸び、超軟磁性などの優れた特性を、ナノ領域で、本発明の金属ガラスナノワイヤなどを使用して活用することが可能であり、ナノ電子機械システムの基板材料としてのみでなく、ナノ磁気センサー、数cmまでの長さの金属ガラスナノワイヤなどでは先端医療器具に利用でき、例えば、ナノワイヤの径が100nm程度のも
のであれば人細胞と比較して十分に小さいので、痛みなどを伴わずに人体への侵入を可能にできるので、センサーとして患部からの直接的な診断や、周辺細胞に影響を及ぼすことなく患部細胞にのみ電流刺激を行って活性化したり、悪性腫瘍を破壊したりすることなども可能となる。
以下に実施例を掲げ、本発明を具体的に説明するが、この実施例は単に本発明の説明のため、その具体的な態様の参考のために提供されているものである。これらの例示は本発明の特定の具体的な態様を説明するためのものであるが、本願で開示する発明の範囲を限定したり、あるいは制限することを表すものではない。本発明では、本明細書の思想に基づく様々な実施形態が可能であることは理解されるべきである。
全ての実施例は、他に詳細に記載するもの以外は、標準的な技術を用いて実施したもの、又は実施することのできるものであり、これは当業者にとり周知で慣用的なものである。
The nanowire is an important constituent material element when constructing a nanoelectromechanical system. Therefore, it is possible to utilize the excellent properties of metallic glass such as ultra-high strength, super-elastic elongation, and ultra-soft magnetism in the nano region using the metallic glass nanowire of the present invention, In addition to the substrate material of the system, nano-magnetic sensors and metallic glass nanowires up to several centimeters long can be used for advanced medical devices.For example, if the nanowire diameter is about 100 nm, it can be compared with human cells. It is small enough to allow invasion into the human body without causing pain, etc., so as a sensor, direct diagnosis from the affected area and stimulation of current only to the affected cells without affecting surrounding cells It becomes possible to activate or destroy malignant tumors.
The present invention will be described in detail with reference to the following examples, which are provided merely for the purpose of illustrating the present invention and for reference to specific embodiments thereof. These exemplifications are for explaining specific specific embodiments of the present invention, but are not intended to limit or limit the scope of the invention disclosed in the present application. In the present invention, it should be understood that various embodiments based on the idea of the present specification are possible.
All examples were performed or can be performed using standard techniques, except as otherwise described in detail, and are well known and routine to those skilled in the art. .

図2に示された装置を使用して、金属ガラスナノワイヤの生産を試みた。図2に示された装置は、試料をほぼ中心部に配置固定できるスペースを有している真空室を有するほぼ円筒形のチャンバー型装置である。該装置には、排気口があり、ポンプでチャンバー内を
実質的に真空状態にできる。該装置は、重力荷重下における熱フィラメント接触法を実施できるものである。チャンバー内で、リボン状または線状金属ガラス試料の下端に重りを固定して荷重を加え、上端はチャンバーの天井に固定した。真空中で予め熱せられたフィラメントをリボンに接触するまで水平に移動することにより局所的な急加熱を実現している(図2(b))。表面酸化を抑えるため真空中で加熱を実施する。温度がガラス転移温度
以上に到達すると粘性流動変形によってリボンが切断されるが、局部的には図2(c)のような液体架橋状態が生じ、高温における試料の粘性率と荷重条件に依存してナノワイヤが生成される。リボン下側は熱源から瞬時に切り離されるので急冷条件が満たされ、その結果アモルファス相の維持が可能になる。
An attempt was made to produce metallic glass nanowires using the apparatus shown in FIG. The apparatus shown in FIG. 2 is a substantially cylindrical chamber-type apparatus having a vacuum chamber having a space in which a sample can be arranged and fixed substantially in the center. The apparatus has an exhaust port, and the inside of the chamber can be substantially evacuated by a pump. The apparatus can perform a hot filament contact method under a gravity load. Within the chamber, a weight was applied to the lower end of the ribbon-shaped or linear metallic glass sample and a load was applied, and the upper end was fixed to the ceiling of the chamber. Local rapid heating is realized by moving the filament preheated in vacuum horizontally until it contacts the ribbon (FIG. 2 (b)). Heating is performed in a vacuum to suppress surface oxidation. When the temperature reaches the glass transition temperature or higher, the ribbon is cut by viscous flow deformation, but locally a liquid cross-linked state as shown in Fig. 2 (c) occurs, depending on the viscosity of the sample at high temperature and the load conditions. As a result, nanowires are generated. Since the lower side of the ribbon is instantaneously disconnected from the heat source, the rapid cooling condition is satisfied, and as a result, the amorphous phase can be maintained.

本実施例で使用する金属ガラスリボン試料は、メルトスピニング法で調製された。
図2の装置において、真空チャンバー内に金属ガラスリボンの上下端を固定し、表1で示す条件にて、タングステンフィラメントを用いて加熱した。当該フィラメントを水平方向に移動せしめ、金属ガラスリボンに熱が伝わるように操作した。該リボン試料にかける荷重は、1.70gの重りを使用し、16.7mNの垂直の一定の荷重がかかるようにした。真空チ
ャンバー内は、ターボ分子ポンプを使用して排気処理して真空状態の雰囲気にせしめた。
フィラメントの温度は試料接触前に放射温度計(放射率0.35)用いて測定を行い、加熱温度が所定の温度になるように調整された。加熱されたフィラメントが試料に接触し、粘性流動による加工が行われる。その際、ガラス転移温度以上に急加熱されるが、加工の始まるガラス転移温度は素材合金組成によって異なる。
図2Cで示すように一度に数本の金属ガラスナノワイヤが得られた。この条件で得られた金属ガラスナノワイヤは、直径100nm、長さ0.5mm以上であった。
The metallic glass ribbon sample used in this example was prepared by a melt spinning method.
In the apparatus of FIG. 2, the upper and lower ends of the metal glass ribbon were fixed in a vacuum chamber, and heated using a tungsten filament under the conditions shown in Table 1. The filament was moved in the horizontal direction so that heat was transferred to the metallic glass ribbon. The load applied to the ribbon sample was a weight of 1.70 g so that a vertical constant load of 16.7 mN was applied. The inside of the vacuum chamber was evacuated using a turbo molecular pump to create a vacuum atmosphere.
The temperature of the filament was measured using a radiation thermometer (emissivity 0.35) before contacting the sample, and adjusted so that the heating temperature became a predetermined temperature. The heated filament comes into contact with the sample, and processing by viscous flow is performed. At that time, the glass transition temperature is rapidly heated to a temperature higher than the glass transition temperature, but the glass transition temperature at which processing starts varies depending on the material alloy composition.
Several metallic glass nanowires were obtained at one time as shown in FIG. 2C. The metallic glass nanowire obtained under these conditions had a diameter of 100 nm and a length of 0.5 mm or more.

Zr48Cu32Ag8Al8Pd4の金属ガラスナノワイヤは、走査電子顕微鏡(scanning electoron microscope; SEM)で観察したところ、一つの例では、長さが500マイクロメータ以上であり、直径がおおよそ数100 nm程度であり、一様な形態的特徴を示すものであり、そのナノワイヤの末端部には如何なる触媒クラスターも現れていなかった。また、エネルギー分散型X線分光分析装置(energy dispersive X-ray spectroscopy)で分析した結果、Zr, Cu, Al, Ag, Pdを含有していることが示され、出発試料の組成と同じであることが確認された。SEM観察で、おおよそ230 nm〜おおよそ290 nmの直径を有し、500マイクロメータ以上の長さを有する金属ガラスナノワイヤが得られていることが認められた。 Zr 48 Cu 32 Ag 8 Al 8 Pd 4 metallic glass nanowires were observed with a scanning electoron microscope (SEM) and, in one example, had a length of 500 micrometers or more and an approximate diameter of several. It was about 100 nm, showing uniform morphological characteristics, and no catalyst cluster appeared at the end of the nanowire. In addition, as a result of analysis with an energy dispersive X-ray spectroscopy apparatus, it is shown to contain Zr, Cu, Al, Ag, and Pd, which is the same as the composition of the starting sample. It was confirmed. SEM observation confirmed that metallic glass nanowires having a diameter of approximately 230 nm to approximately 290 nm and a length of 500 micrometers or more were obtained.

実施例1と同様、図2に示された装置を使用して、Zr基金属ガラスナノワイヤの生産を
試みた。 本実施例で使用する金属ガラスリボン試料は、メルトスピニング法で調製された。フィラメントへの電力量は、0.23Wに下げて処理された。
Zr65Cu15Ni10Al10の金属ガラス組成において、加熱温度973Kにて直径60nmまで、長さ0.5mmまでの金属ガラスナノワイヤが得られた。
本金属ガラスナノワイヤは、SEMで観察したところ、上記サイズであり、一様な形態的
特徴を示すものであり、そのナノワイヤの末端部には如何なる触媒クラスターも現れていなかった。また、エネルギー分散型X線分光分析装置で分析した結果、出発試料の組成と同じであることが確認された。
As in Example 1, production of Zr-based metallic glass nanowires was attempted using the apparatus shown in FIG. The metallic glass ribbon sample used in this example was prepared by a melt spinning method. The amount of power to the filament was reduced to 0.23W.
With the metallic glass composition of Zr 65 Cu 15 Ni 10 Al 10 , metallic glass nanowires with a diameter of 60 nm and a length of 0.5 mm were obtained at a heating temperature of 973 K.
When this metal glass nanowire was observed by SEM, it was the said size, and showed a uniform morphological feature, and any catalyst cluster did not appear in the terminal part of the nanowire. Further, as a result of analysis with an energy dispersive X-ray spectrometer, it was confirmed that the composition was the same as that of the starting sample.

これまでに以下の金属ガラス材料に対して、本発明における図2の手法を用いてナノワイヤ作製の実施に成功している。
(1)Pd基金属ガラス
Pd40Cu30Ni10P20の金属ガラス合金組成において、以下の条件にて処理し、以下の形状
のナノワイヤが得られた(図1)。
金属ガラスリボン形状:断面0.03×0.8 mm2、長さ約3 cm
荷重:152 mN
雰囲気:1.2×10-8 Torr以下の真空
フィラメントへの電力量:0.145 W
フィラメント温度(放射温度計により測定):450〜550℃
金属ガラスナノワイヤ
直径:最小で40 nm
長さ:最長で1.3 cm
So far, the following metallic glass materials have been successfully produced using the method of FIG. 2 in the present invention.
(1) Pd-based metallic glass
In the metallic glass alloy composition of Pd 40 Cu 30 Ni 10 P 20 , a nanowire having the following shape was obtained by processing under the following conditions (FIG. 1).
Metal glass ribbon shape: cross section 0.03 x 0.8 mm 2 , length about 3 cm
Load: 152 mN
Atmosphere: 1.2 × 10 −8 Torr or less Vacuum Filament power: 0.145 W
Filament temperature (measured with a radiation thermometer): 450-550 ° C
Metallic glass nanowire Diameter: Min. 40 nm
Length: up to 1.3 cm

(2)Fe基金属ガラス
Fe76(Si0.3B0.5P0.2)24の金属ガラス合金組成において、以下の条件にて処理し、以下
の形状のナノワイヤが得られた。
金属ガラスリボン形状:断面0.03×0.8 mm2、長さ約3 cm
荷重:131 mN
雰囲気:5.4×10-8 Torr以下の真空
フィラメントへの電力量:0.364 W
フィラメント温度(放射温度計により測定):725〜775℃
金属ガラスナノワイヤ
直径:最小で70 nm
長さ:最長で100マイクロメータ
(2) Fe-based metallic glass
In the metallic glass alloy composition of Fe 76 (Si 0.3 B 0.5 P 0.2 ) 24 , treatment was performed under the following conditions, and nanowires having the following shapes were obtained.
Metal glass ribbon shape: cross section 0.03 x 0.8 mm 2 , length about 3 cm
Load: 131 mN
Atmosphere: 5.4 × 10 -8 Torr or less Vacuum Filament power: 0.364 W
Filament temperature (measured with a radiation thermometer): 725-775 ° C
Metallic glass nanowire diameter: 70 nm minimum
Length: up to 100 micrometers

(3)Au基金属ガラス
Au49Ag5.5Pd2.3Cu26.9Si16.3の金属ガラス合金組成において、以下の条件にて処理し、以下の形状のナノワイヤが得られた。
金属ガラスリボン形状:断面0.03×0.8 mm2、長さ約3 cm
荷重:243 mN
雰囲気:5.2×10-8 Torr以下の真空
フィラメントへの電力量:0.066 W
フィラメント温度(放射温度計により測定):約300℃
金属ガラスナノワイヤ
直径:最小で100 nm
長さ:最長で250マイクロメータ
(3) Au-based metallic glass
In the metallic glass alloy composition of Au 49 Ag 5.5 Pd 2.3 Cu 26.9 Si1 6.3 , it was processed under the following conditions, and nanowires having the following shapes were obtained.
Metal glass ribbon shape: cross section 0.03 x 0.8 mm 2 , length about 3 cm
Load: 243 mN
Atmosphere: 5.2 × 10 −8 Torr or less Vacuum Filament power: 0.066 W
Filament temperature (measured with a radiation thermometer): approx. 300 ° C
Metallic glass nanowire diameter: 100 nm minimum
Length: up to 250 micrometers

これらの金属ガラスナノワイヤは、SEMで観察したところ、上記サイズであり、一様な
形態的特徴を示すものであり、そのナノワイヤの末端部には如何なる触媒クラスターも現れていなかった。また、エネルギー分散型X線分光分析装置で分析した結果、出発試料の組成と同じであることが確認された。
実施例においてはサイズが幅0.8〜1mm、厚さ20〜50μm、長さ3cmのリボン状試料を用
いたが、これは実験を簡便に実行するためのサイズである。
Pd基金属ガラスを用いると、図1に示すような長さ1cm以上の金属ガラスナノワイヤ
が得られた。
When these metal glass nanowires were observed by SEM, they were the above-mentioned size and showed uniform morphological characteristics, and no catalyst clusters appeared at the end portions of the nanowires. Further, as a result of analysis with an energy dispersive X-ray spectrometer, it was confirmed that the composition was the same as that of the starting sample.
In the examples, a ribbon-like sample having a width of 0.8 to 1 mm, a thickness of 20 to 50 μm, and a length of 3 cm was used, but this is a size for performing the experiment easily.
When Pd-based metallic glass was used, metallic glass nanowires having a length of 1 cm or more as shown in FIG. 1 were obtained.

フィラメントの温度は試料接触前に放射温度計(放射率0.35)用いて測定を行い、加熱温度が500〜700℃になるように調整された。加熱されたフィラメントが試料に接触し、粘性流動による加工が行われる。その際、ガラス転移温度以上に急加熱されるが、加工の始まるガラス転移温度は素材合金組成によって異なる。例えば、Pd基金属ガラスで代表的なPd40Cu30Ni10P20のガラス転移温度は561 K 〔N. Nishiyama, A. Inoue, and J.Z. Jiang,
Appl. Phys. Lett. 78, 1985 (2001)〕であり、Zr基金属ガラスで代表的なZr65Al10Ni10Cu15では652 K 〔Y. Kawamura, T. Shibata, and A. Inoue, Appl. Phys. Lett. 71, 779
(1997)〕である。
The temperature of the filament was measured using a radiation thermometer (emissivity 0.35) before contacting the sample, and the heating temperature was adjusted to 500 to 700 ° C. The heated filament comes into contact with the sample, and processing by viscous flow is performed. At that time, the glass transition temperature is rapidly heated to a temperature higher than the glass transition temperature, but the glass transition temperature at which processing starts varies depending on the material alloy composition. For example, the typical glass transition temperature of Pd 40 Cu 30 Ni 10 P 20 in Pd-based metallic glass is 561 K (N. Nishiyama, A. Inoue, and JZ Jiang,
Appl. Phys. Lett. 78, 1985 (2001)] and Zr 65 Al 10 Ni 10 Cu 15 which is a typical Zr-based metallic glass, 652 K (Y. Kawamura, T. Shibata, and A. Inoue, Appl. Phys. Lett. 71, 779
(1997)].

ナノワイヤ表面酸化防止と熱フィラメント維持のため、作製チャンバー雰囲気は10-8Torr以下の真空が望ましい。リボン試料下端には17〜243 mNの範囲の応力を印加したが、ナノワイヤ生成における応力依存性は確認できなかった。したがって、リボン状試料がフィラメントに対して垂直接触を可能とするような配置を与える程度の応力で構わない。 In order to prevent nanowire surface oxidation and maintain hot filament, the chamber atmosphere is preferably a vacuum of 10 −8 Torr or less. Although stress in the range of 17 to 243 mN was applied to the lower end of the ribbon sample, the stress dependence in nanowire generation could not be confirmed. Therefore, the stress may be sufficient to give an arrangement that allows the ribbon-like sample to make vertical contact with the filament.

本発明の技術は、産業上、次のような利用可能性を有している。
バルク金属ガラスは、高い引張強度、大きな弾性限界値、大きな破壊強度、高靱性、低ヤング率、耐食性を示すので、これらの特性を引き継いだナノ構造体は、MEMSやナノエレクトロ機械システム(NEMS)の軸となる材料である。例えば、Zr基金属ガラスナノワイヤは、圧力センサー、精密工学機器部品、産業小型。高性能デバイスを含めた産業機器、産業ロボット、マイクロ・ナノファクトリーなどへの応用も考えられる。
The technology of the present invention has the following applicability in the industry.
Bulk metallic glass exhibits high tensile strength, large elastic limit, large fracture strength, high toughness, low Young's modulus, and corrosion resistance, so nanostructures that have inherited these properties are MEMS and nanoelectromechanical systems (NEMS) It is a material that becomes the axis of For example, Zr-based metallic glass nanowires are pressure sensors, precision engineering equipment parts, and industrial small size. Applications to industrial equipment including high-performance devices, industrial robots, and micro / nano factories are also possible.

水素吸蔵性のあるMgやPdアモルファス合金を水素感応体の部材として水素センサーに利用する技術が公開されている(特開2005-256028号)。Pd基金属ガラスナノワイヤを水素
センサーの感応体として利用すれば高感度、微量水素濃度測定、小型サイズ化が期待でき、水素エネルギー活用の際の安全利用に貢献できる。またPdの高い水素触媒作用を利用した水素発生装置の応用も考えられる。
A technology that utilizes Mg or Pd amorphous alloy having hydrogen storage properties as a hydrogen sensitive member in a hydrogen sensor is disclosed (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-256028). If Pd-based metallic glass nanowires are used as the sensor for the hydrogen sensor, high sensitivity, trace hydrogen concentration measurement, and miniaturization can be expected, contributing to the safe use of hydrogen energy. The application of a hydrogen generator utilizing hydrogen catalysis with high Pd is also conceivable.

Fe、Ni、Coから構成されるアモルファススパッタ膜は高感度の磁気インピーダンス素子としての報告されている(特開2000-292506)。Fe基金属ガラスは、同様な磁気センサー
としての軟磁性特性を持ち、この材料でナノワイヤが作製されるとさらに超高感度、超小型磁気センサーへの応用が期待できる。更に、Au基金属ガラスナノワイヤでは、Auの合金比率が約50%であるため、高い伝導率が期待できナノサイズの半導体デバイス上のワイヤボンデングにおけるリード線としての応用が期待できる。
An amorphous sputtered film composed of Fe, Ni, and Co has been reported as a highly sensitive magneto-impedance element (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-292506). Fe-based metallic glass has soft magnetic properties as a similar magnetic sensor, and if nanowires are made of this material, it can be expected to be applied to ultra-high sensitivity and ultra-small magnetic sensors. Furthermore, since the Au-based metallic glass nanowire has an Au alloy ratio of about 50%, high conductivity can be expected, and application as a lead wire in wire bonding on a nano-sized semiconductor device can be expected.

上記のマイクロマシンや半導体・精密電子部品・センサー部品の他に、金属ガラスの特性を活かす生体材料などの分野など広範囲な分野での利用が期待される。本発明は実施例に特に記載した合金組成以外にも実行できることは明白であり、ナノワイヤにおいて低ヤング率特性を保持する事実から弾性変形領域が広く、フレキシブルな変形が可能である。   In addition to the above micromachines, semiconductors, precision electronic components, and sensor components, it is expected to be used in a wide range of fields such as biomaterials that utilize the characteristics of metallic glass. It is clear that the present invention can be carried out in addition to the alloy compositions specifically described in the examples, and the elastic deformation region is wide due to the fact that the nanowire retains the low Young's modulus characteristics, and flexible deformation is possible.

本発明により製造される金属ガラスナノワイヤなどは、金属ガラスの優れた特性、例えば、優れた機械強度、耐食性、表面平滑性、精密鋳造性、超塑性などを生かし、それを位置センサー、受信センサー、電磁弁、磁気センサー、圧力センサーなどの用途利用に適用可能で、内視鏡・ロータブレータ・血栓吸引カテーテルなどの医療機器、精密工学機器、産業用小型・高性能デバイスを含めた産業機器、検査ロボット、産業用ロボット、マイクロファクトリーなどへの応用も期待できる。本発明の金属ガラスナノワイヤなどは、上記金属ガラスの特性を生かす分野やマイクロマシーンや半導体・精密電子部品の分野など、そして電極材、モーター材料、ナノエレクトリニクス材料、ナノ医療デバイス、ナノセン
サー、オプティカル材料などとして有用で、例えば、磁気材料、セミコンダクターの配線、電極材などを含め、医療機器、ナノテクノロジー応用機器、磁気材料、エレクトリニクス機器など広範な分野での利用が期待される。
本発明は、前述の説明及び実施例に特に記載した以外も、実行できることは明らかである。上述の教示に鑑みて、本発明の多くの改変及び変形が可能であり、従ってそれらも本件添付の請求の範囲の範囲内のものである。
The metallic glass nanowires produced by the present invention make use of the excellent properties of metallic glass, for example, excellent mechanical strength, corrosion resistance, surface smoothness, precision castability, superplasticity, etc. Applicable for applications such as solenoid valves, magnetic sensors, pressure sensors, medical equipment such as endoscopes, rotabrators, thrombus suction catheters, precision engineering equipment, industrial equipment including industrial small and high performance devices, inspection robots Applications to industrial robots and micro factories are also expected. The metallic glass nanowires of the present invention include the fields that make use of the characteristics of the metallic glass, the fields of micromachines, semiconductors and precision electronic parts, and electrode materials, motor materials, nanoelectronic materials, nanomedical devices, nanosensors, optical It is useful as a material and is expected to be used in a wide range of fields such as medical devices, nanotechnology applied devices, magnetic materials, and electronic devices including magnetic materials, semiconductor wiring, and electrode materials.
It will be apparent that the invention may be practiced otherwise than as particularly described in the foregoing description and examples. Many modifications and variations of the present invention are possible in light of the above teachings, and thus are within the scope of the claims appended hereto.

Claims (7)

金属ガラスで構成され、ディメンションの少なくとも1つが1000nm以下の大きさであるナノサイズであり、かつ全長が0.5mm以上であることを特徴とする金属ガラスナノワイヤ。 A metallic glass nanowire, characterized in that it is composed of metallic glass, is nano-sized with at least one dimension of 1000 nm or less , and has a total length of 0.5 mm or more. 直径が、1000nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の金属ガラスナノワイヤ。   The metal glass nanowire according to claim 1, wherein the diameter is 1000 nm or less. 直径が、100nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の金属ガラスナノワイヤ。   The metal glass nanowire according to claim 1, wherein the diameter is 100 nm or less. 請求項1〜3のいずれか一に記載の金属ガラスナノワイヤを製造するための製造方法であって、
リボン状または棒状の金属ガラスを、その端部で上下に固定せしめ且つその下端部を牽引することを可能とし、酸化を防止できる雰囲気中において、その下端部の牽引下、
(a)移動式熱加熱フィラメントを当該リボン状または棒状の金属ガラス試料に対し垂直に接触させる、
(b)上下端に電極を固定し通電破断直前に通電を遮断する、又は
(c)当該リボン状または棒状の金属ガラス試料をレーザー加熱する、
のいずれか一を施し、金属ガラスを過冷却液体領域まで急速加熱せしめ、形成された金属ガラスナノワイヤを急速冷却することにより、当該ナノワイヤの金属ガラス状態を維持せしめて、請求項1〜3のいずれか一に記載の金属ガラスナノワイヤを製造することを特徴とする金属ガラスナノワイヤ製造方法。
A manufacturing method for manufacturing the metallic glass nanowire according to any one of claims 1 to 3,
Ribbon-shaped or rod-shaped metallic glass is fixed at the end up and down and the lower end can be pulled, and in an atmosphere where oxidation can be prevented, the lower end is pulled,
(a) bringing the movable heat-heating filament into contact with the ribbon-shaped or rod-shaped metallic glass sample vertically;
(b) the electrode is fixed turning off the power energized just before breaking the upper and lower ends, or
(c) laser heating the ribbon-shaped or rod-shaped metal glass sample,
The metal glass is rapidly heated to the supercooled liquid region and the formed metal glass nanowire is rapidly cooled to maintain the metal glass state of the nanowire. A method for producing a metallic glass nanowire according to claim 1, wherein the metallic glass nanowire is produced.
酸化を防止できる雰囲気が、真空であることを特徴とする請求項4に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 4, wherein the atmosphere capable of preventing oxidation is a vacuum. 請求項1〜3のいずれか一に記載の金属ガラスナノワイヤを製造するための製造装置であって、
金属ガラス試料の酸化を防止できる雰囲気を達成する筐体、当該筐体内に配置されており且つリボン状または棒状の金属ガラスをその端部で上下に固定せしめる少なくとも二つの固定具、下端部の固定具を牽引する荷重付与装置、
(a) 当該リボン状または棒状の金属ガラス試料に対し垂直に接触させることのできる移動式熱加熱フィラメント、
(b)当該試料上下端の固定具に固定され且つ通電と通電の遮断のできる電極、又は
(c)当該リボン状または棒状の金属ガラス試料を加熱できるレーザー
のいずれか一を備え、金属ガラスを過冷却液体領域まで急速加熱せしめ、形成された金属ガラスナノワイヤを急速冷却することにより、当該ナノワイヤの金属ガラス状態を維持せしめて、請求項1〜3のいずれか一に記載の金属ガラスナノワイヤを製造することができることを特徴とする金属ガラスナノワイヤ製造装置。
A manufacturing apparatus for manufacturing the metallic glass nanowire according to any one of claims 1 to 3,
A casing that achieves an atmosphere that can prevent oxidation of the metal glass sample, at least two fixtures that are arranged in the casing and fix the ribbon-shaped or rod-shaped metal glass up and down at the end, and fixing the lower end Load applying device for towing the tool,
(a) a movable thermal heating filament that can be brought into perpendicular contact with the ribbon-shaped or rod-shaped metallic glass sample;
(b) an electrode fixed to the fixture at the upper and lower ends of the sample and capable of energization and de-energization, or
(c) provided with any one of lasers capable of heating the ribbon-shaped or rod-shaped metal glass sample, rapidly heating the metal glass to a supercooled liquid region, and rapidly cooling the formed metal glass nanowire, thereby The metal glass nanowire production apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal glass nanowire according to any one of claims 1 to 3 can be produced by maintaining the state of the metal glass.
酸化を防止できる雰囲気が、真空であることを特徴とする請求項6に記載の製造装置。   The manufacturing apparatus according to claim 6, wherein the atmosphere capable of preventing oxidation is a vacuum.
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