JP6657429B2 - 窒化ホウ素ナノ材料の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施例では、前駆体を窒素含有反応雰囲気で1000〜1500℃まで加熱し、保温して反応させ、前記窒化ホウ素ナノ材料を取得することを含み、前記前駆体は、ホウ素元素及び少なくとも1種の金属元素及び/又はホウ素元素以外の少なくとも1種の非金属元素を含み、前記金属元素がリチウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、ガリウム、インジウム、亜鉛、チタンからなる群より選択される少なくとも1種であり、前記非金属元素が珪素を含む、窒化ホウ素ナノ材料の製造方法である。
本発明の実施例では、さらに前記方法によって製造される複数種類の窒化ホウ素ナノ材料の用途を提供する。
より好ましくは、前記製造方法はさらにホウ素源を反応雰囲気で1250℃を超え1500℃以下の温度まで加熱し、0.5時間以上、例えば0.5時間〜5時間保温して反応させることを含む。
(1)ホウ素源をアンモニアガス含有雰囲気で1000〜1500℃(好ましくは1250℃を超え1500℃以下)まで加熱し、時間0.5〜5時間保温し、窒素ガス又はアルゴンガスの保護下で室温まで降温させることによって、白い粗生成物を取得する。
(2)ステップ(1)で得られた粗生成物に対して純化、濾過、乾燥させ、純度が99%以上の窒化ホウ素ナノシート粉体を得る。
好ましくは、前記ステップ(2)では前記の乾燥には60〜80℃下で6時間〜12時間乾燥することを含む。
好ましくは、前記実施形態における前駆体薄膜に含まれる前駆体は(Al2O3)m・(B2O3)n(ただしm/nが1:1〜1000:1)である。
好ましくは、前記実施形態における前駆体薄膜に含まれる前駆体は(SiO2)m・(B2O3)n(ただしm/nが1:1〜1000:1)である。
(1)基板上に1層の前駆体薄膜を成長させるステップと、
(2)アンモニアガス及び/又は窒素ガス含有雰囲気で高温反応を行って前記窒化ホウ素ナノシート連続薄膜を得るステップとを含む。
好ましくは、前記実施形態における窒素含有反応雰囲気は、アンモニアガス及び/又は窒素ガス、アンモニアガス及び/又は窒素ガスと、希釈ガスとで形成される混合雰囲気であってもよく、前記希釈ガスには不活性ガス(例えばアルゴンガス)が含まれるが、これらに限定されるものではない。
より好ましくは、前記実施形態における窒化ホウ素ナノシート連続薄膜が直接に前記基板の表面に成長させる。
より具体的な実施形態において、前記後処理は前記粗生成物を酸溶液で洗浄、濾過し、そして60〜80℃で1〜12時間乾燥させることによって前記一次元窒化ホウ素ナノ材料を得ることを含む。
さらに、前記酸溶液に含まれる酸は、前記粗生成物中の副生成物と反応して可溶性物質を形成することができ、前記酸溶液の濃度は0.1〜6mol/Lであることが好ましい。
(1)ホウ素源をアンモニアガス含有雰囲気で1000〜1500℃(好ましくは1200を超え1300℃以下)まで加熱し、0.5〜5時間保温し、窒素ガス又はアルゴンガスの保護雰囲気で室温まで降温させ、白い粗生成物を得るステップと、
(2)ステップ(1)で得られた粗生成物を純化、濾過、乾燥し、純度が99%以上の一次元窒化ホウ素ナノ材料を取得するステップとを含む。
前記実施形態における方法で製造された前記一次元窒化ホウ素ナノ材料はデイープ紫外線発光、結合材、放熱材、摩擦材、薬剤担体、触媒担体等の様々な分野に応用され得る。
2gのCaB4O7を、開放酸化アルミニウム坩堝中に入れ、そして管状炉に置き、10−3Paまで真空吸引し、200標準ml/分(sccm)でNH3を吹き込み、1250℃まで昇温させる。1250℃で180分恒温反応させた後、NH3の吹き込みを停止し、200sccmのN2を吹き込み、N2雰囲気で室温まで降温させ、取り出して粗生成物を得る。そして得られた生成物を超音波で5時間水洗し、濾過、乾燥させることによって、純度が99%以上の窒化ホウ素ナノシート粉体を得る。本実施例では95%の目標生成物生産率を得ることができる。図1は本実施例で製造されて得るBNナノシート粗生成物の実物の写真である。図2は本実施例で得られたBNNS粉体のTEM形状図であり、そのサイズがミクロンオーダであることがわかる。
2gのMg2B2O5を開放酸化アルミニウム坩堝中に入れ、そして管状炉に置く。1000標準ml/分(sccm)のArを吹き込んで炉管内の空気を排出する。そして200sccm Ar及び200sccm NH3で1300℃まで昇温させる。1300℃で4時間恒温反応させた後、NH3の吹き込みを停止し、500sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、坩堝から取り出して粗生成物を得る。そして得られた生成物に対して3mol/L硝酸を使用して、超音波で1時間酸洗し、濾過、乾燥することによって、純度が99%以上の窒化ホウ素ナノシート粉体を得ることができる。本実施例では85%の目標生成物生産率を得る。図3は本実施例で得られたBNナノシートのSEM図であり、鱗片状のBNナノシートが観察された。図4は本実施例で得られたBNNSのXRD図であり、得られた生成物が単一位相の六方晶BNであることが確認された。図5は本実施例で得られた生成物のTEM図であり、生成物がナノシートであって、シート層サイズがミクロンオーダーであることが確認された。
Al4B2O9を開放酸化アルミニウム坩堝中に入れ、そして管状炉に置き、10−3Paまで真空吸引する。そして300sccm NH3で1500℃まで昇温させる。1500℃で120分恒温反応させた後NH3の吹き込みを停止し、200sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、坩堝から取り出して粗生成物を得る。そして得られた生成物を3mol/L硝酸を利用して超音波で5時間酸洗し、濾過、乾燥することによって、純度が99%以上の窒化ホウ素ナノシート粉体を得る。本実施例では95%の目標生成物生産率を得ることができる。図6は本実施例で得られたBNNSのラマンスペクトルであり、1367.9cm−1のピークによれば六方晶構造BNであると判定することができる。
適量のZnB4O7を開放の窒化ホウ素坩堝中に入れ、そして管状炉に置き、10−3Paまで真空吸引する。そして300sccm NH3で1300℃まで昇温させる。1300℃で2時間恒温反応させた後、200sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、坩堝から取り出して粗生成物を得る。そして得られた生成物を超音波で2時間水洗し、濾過、乾燥することによって、純度が99%以上の窒化ホウ素ナノシート粉体を得る。本実施例では80%の目標生成物生産率を得ることができる。図7は本実施例で得られたBNNSのTEM図であり、図から見てそのナノシートの厚さが約15個原子層であることがわかる。
適量のLiOH及びB2O3を1:1の割合で混合させ、開放の窒化ホウ素坩堝中に入れ、そして管状炉に置き、10−3Paまで真空吸引する。そして300sccm Arで800℃まで昇温させ1時間保温し反応させ、ホウ酸リチウムLi2B4O7を生成させる。そして再度1300℃まで昇温させ、Arの吹き込みを停止しNH3を吹き込んで、1300℃で3時間恒温反応させた後NH3の吹き込みを停止し、200sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、坩堝から取り出して粗生成物を得る。そして得られた生成物を機械撹拌の方式で5時間水洗し、濾過、乾燥することによって、純度が99%以上の窒化ホウ素ナノシート粉体を得る。本実施例では80%の目標生成物生産率を得ることができる。
適量のMgO及びB2O3を2:1の割合で混合させ、開放の窒化ホウ素坩堝中に入れ、そして管状炉に置き、10−3Paまで真空吸引する。そして300sccm Arで1000℃まで昇温させ、3時間保温し反応させ、ホウ酸マグネシウムを生成させる。そして再度1400℃まで昇温させ、Arの吹き込みを停止し、NH3を吹き込んで、1400℃で3時間恒温反応させた後、NH3の吹き込みを停止し、200sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、坩堝から取り出し粗生成物を得る。そして得られた生成物を機械撹拌の方式で5時間水洗し、濾過、乾燥することによって、純度が99%以上の窒化ホウ素ナノシート粉体を得る。本実施例では85%の目標生成物生産率を得る。
適量のAl(OH)3及びH3BO3を9:2の割合で混合させ、開放の窒化ホウ素坩堝中に入れ、そして管状炉に置き、10−3Paまで真空吸引する。そして300sccm Arで1000℃まで昇温させ、3時間保温し反応させ、ホウ酸アルミニウムを生成する。そして再度1500℃まで昇温させ、Arの吹き込みを停止し、NH3を吹き込み、1500℃で3時間恒温反応させた後、NH3の吹き込みを停止し、200sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、坩堝から取り出し粗生成物を得る。そして得られた生成物を機械撹拌の方式で5時間水洗し、濾過、乾燥することによって、純度が99%以上の窒化ホウ素ナノシート粉体を得る。本実施例では90%の目標生成物生産率を得る。
マグネトロンスパッタリング法によって、シリコン基板に約100nm厚のAl18 B 4O33(即ち9Al2O3・2B2O3)薄膜を成長させ、そして管状炉に置き、まず1000標準ml/分(sccm)のArを吹き込んで炉管内の空気を排出し、そして200sccm Ar及び200sccm NH3雰囲気で1300℃まで昇温させ且つ4時間恒温反応させた後NH3の吹き込みを停止し、最後に500sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、シリコンウエハサイズの窒化ホウ素ナノシート連続膜を取得し、赤外線、ラマン等の方式で該窒化ホウ素ナノシート連続膜を分析した結果、窒化ホウ素であることが確認された。さらに、TEM、SEM等の方式で該窒化ホウ素ナノシート連続膜を観察した結果、それはサイズ1〜50μmの六方晶窒化ホウ素ナノシート単結晶から凝集して形成され、厚さが1〜100原子層であることが確認された。
電子ビーム蒸着法で、4インチのシリコン基板に約500nm厚のBドープドSiO2薄膜(ただしBのドーピング量が5at%)を成長させ、そして管状炉に置いて10−3Paまで真空吸引させ、そして200sccm Ar及び200sccm NH3雰囲気で1100℃まで昇温させ、2時間恒温反応させた後、NH3の吹き込みを停止し、最後に500sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、長さ・幅サイズが4インチの窒化ホウ素ナノシート連続膜を取得する。
電子ビーム蒸着法で、シリコン基板に200nm Ca3B2O6(即ち3CaO・B2O3)薄膜を成長させ、そして管状炉に置き、10−3Paまで真空吸引する。そして300sccm NH3で1400℃まで昇温させ、1時間恒温反応させた後、NH3の吹き込みを停止し、最後に200sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、シリコンウエハサイズの窒化ホウ素ナノシート連続膜を取得する。
電子ビーム蒸着法で、シリコン基板に200nm Mg3B2O6(即ち3MgO・B2O3)薄膜を成長、そして管状炉に置き、10−3Paまで真空吸引させ、そして300sccm NH3で1300℃まで昇温させ、1時間恒温反応させた後、NH3の吹き込みを停止し、最後に200sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、シリコンウエハサイズの窒化ホウ素ナノシート連続膜を取得する。
電子ビーム蒸着法で、シリコン基板に100nm ZnB4O7薄膜を成長させ、そして管状炉に置き、10−3Paまで真空吸引させ、そして300sccm NH3で1300℃まで昇温させ、1時間恒温反応させた後、NH3の吹き込みを停止し、最後に200sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、シリコンウエハサイズの窒化ホウ素ナノシート連続膜を取得する。
電子ビーム蒸着法で、シリコン基板に200nmLi2B4O7薄膜を成長させ、そして管状炉に置き、10−3Paまで真空吸引し、そして300sccm NH3で1200℃まで昇温させ、1時間恒温反応させた後、NH3の吹き込みを停止し、最後に200sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、シリコンウエハサイズの窒化ホウ素ナノシート連続膜を取得する。
電子ビーム蒸着法で、シリコン基板に200nm GaBO3(即ちGa2O3・B2O3)薄膜を成長させ、そして管状炉に置き、10−3Paまで真空吸引し、そして300sccm NH3で1250℃まで昇温させ、1時間恒温反応させた後、NH3の吹き込みを停止し、最後に200sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、シリコンウエハサイズの窒化ホウ素ナノシート連続膜を取得する。
電子ビーム蒸着法で、シリコン基板に300nmInBO3(即ちIn2O3・B2O3)薄膜を成長させ、そして管状炉に置き、10−3Paまで真空吸引し、そして300sccm NH3で1200℃まで昇温させ、1時間恒温反応させた後、NH3の吹き込みを停止し、最後に200sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、シリコンウエハサイズの窒化ホウ素ナノシート連続膜を取得する。
電子ビーム蒸着法で、シリコン基板に200nm H2BeB4O8薄膜を成長させ、そして管状炉に置き、10−3Paまで真空吸引させ、そして300sccm NH3で1200℃まで昇温させ、1時間恒温反応させた後NH3の吹き込みを停止し、最後に200sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、シリコンウエハサイズの窒化ホウ素ナノシート連続膜を取得する。
電子ビーム蒸着法で、シリコン基板に100nm Ba3B2O6(即ち3BaO・B2O3)薄膜を成長させ、そして管状炉に置き、10−3Paまで真空吸引し、そして300sccm NH3で1250℃まで昇温させ、1時間恒温反応させた後NH3の吹き込みを停止し、最後に200sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、シリコンウエハサイズの窒化ホウ素ナノシート連続膜を取得する。
電子ビーム蒸着法で、シリコン基板に100nm Sr3B2O6(即ち3SrO・B2O3)薄膜を成長させ、そして管状炉に置き、10−3Paまで真空吸引し、そして300sccm NH3で1300℃まで昇温させ、1時間恒温反応させた後NH3の吹き込みを停止し、最後に200sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、シリコンウエハサイズの窒化ホウ素ナノシート連続膜を取得する。
電子ビーム蒸着法で、シリコン基板に200nm TiBO3(即ちTi2O3・B2O3)薄膜を成長させ、そして管状炉に置き、10−3Paまで真空吸引し、そして300sccm NH3で1400℃まで昇温させ、1時間恒温反応させた後、NH3の吹き込みを停止し、最後に200sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、シリコンウエハサイズの窒化ホウ素ナノシート連続膜を取得する。
直径が約50nm、長さが約10μmのMg2B2O5ウイスカ2gを開放酸化アルミニウム坩堝中に入れ、そして管状炉中に置き、10−3Paまで真空吸引し、200標準ml/分(sccm)のNH3を吹き込んで1300℃まで昇温させる。1300℃で180分恒温反応させた後NH3の吹き込みを停止し、200sccmのN2を吹き込み、N2雰囲気で室温まで降温させ、取り出して粗生成物を取得する。そして得られた生成物を超音波で5時間水洗し、濾過、乾燥することによって、純度が99%以上の窒化ホウ素ナノチューブを得る。得られたナノチューブの直径が約500nmで、長さが10μmである。本実施例では95%の目標生成物生産率を得る。図8は本実施例で製造されて得るBNNT(窒化ホウ素ナノチューブ)のSEM図である。図9は本実施例で得られたBNNTのTEM形状図である。図10及び図11はそれぞれ本実施形態で得られたBNNTのXTD図及びラマンスペクトルである。
Al4B2O9ナノウイスカ2gを開放酸化アルミニウム坩堝中に入れ、そして管状炉に置く。1000標準ml/分(sccm)のArを吹き込んで炉管内の空気を排出する。そして200sccm Ar及び200sccm NH3で1300℃まで昇温させる。1300℃で4時間恒温反応させた後、NH3の吹き込みを停止し、500sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、坩堝から取り出して粗生成物を得る。そして得られた生成物を3mol/L硝酸を利用して、超音波で1時間酸洗し、濾過、乾燥することによって、純度が99%以上の窒化ホウ素ナノチューブを得る。本実施例では90%の目標生成物生産率を得る。図12は本実施例で得られたBNNTのSEM図であり、該BNNTナノチューブの平均直径が約20nmであることが観察された。図13は本実施例で得られたBNNTのラマン図である。
幅100nm、長さ10μmのMg3B2O6ナノリボンを開放酸化アルミニウム坩堝中に入れ、そして管状炉に置き、10−3Paまで真空吸引する。そして300sccm NH3で1400℃まで昇温させる。1400℃である120分恒温反応させた後NH3の吹き込みを停止し、200sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、坩堝から取り出して粗生成物を得る。そして得られた生成物を3mol/L硝酸を利用して、超音波で5時間酸洗し、濾過、乾燥することによって、幅100nm、長さ10μmの窒化ホウ素ナノリボンを得て、その純度が99%以上である。本実施例では85%の目標生成物生産率を得る。
幅200nm、長さ100μmのCa3B2O6ナノリボンを適量に開放窒化ホウ素坩堝中に入れ、そして管状炉に置き、10−3Paまで真空吸引する。そして300sccm NH3で1250℃まで昇温させる。1250℃で2時間恒温反応させた後NH3の吹き込みを停止し、200sccmのArを吹き込んで室温まで降温させ、坩堝から取り出して粗生成物を得る。そして得られた生成物を超音波で2時間水洗し、濾過、乾燥することによって、幅200nm、長さ100μmの窒化ホウ素ナノリボンを得て、純度が99%以上である。本実施例では80%の目標生成物生産率を得る。
(付記1)
前駆体を窒素含有反応雰囲気で1000〜1500℃まで加熱し、保温して反応させ、窒化ホウ素ナノ材料を取得することを含み、前記前駆体はホウ素元素及び少なくとも1種の金属元素及び/又はホウ素元素以外の少なくとも1種の非金属元素を含み、前記金属元素がリチウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、ガリウム、インジウム、亜鉛、チタンからなる群より選択される少なくとも1種であり、前記非金属元素が珪素を含む、ことを特徴とする窒化ホウ素ナノ材料の製造方法。
固体ホウ素源を前記前駆体として使用し、固体ホウ素源を窒素含有反応雰囲気で1000〜1500℃まで加熱し、保温して反応させ、その後保護性雰囲気で室温まで降温させ、粗生成物を取得し、そして前記粗生成物に対して後処理を行って、窒化ホウ素ナノシート粉体を取得することを含み、前記固体ホウ素源がホウ酸塩であり、前記ホウ素源がリチウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、ガリウム、インジウム、亜鉛、チタンからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含有するホウ酸塩である、ことを特徴とする付記1に記載の製造方法。
前記固体ホウ素源はホウ酸カルシウム、ホウ酸マグネシウム、ホウ酸リチウム、アルミニウムのホウ酸塩、亜鉛のホウ酸塩からなる群より選択されるいずれか1種又は2種以上の組合せである、ことを特徴とする付記2に記載の製造方法。
前記固体ホウ素を窒素含有反応雰囲気で1250℃を超え1500℃以下の温度まで加熱し、保温して反応させることを含む、ことを特徴とする付記2に記載の製造方法。
前記固体ホウ素源を、窒素含有反応雰囲気で1250℃を超え1500℃以下の温度まで加熱し、0.5時間以上保温する、ことを特徴とする付記4に記載の製造方法。
前記窒素含有反応雰囲気は、アンモニアガス雰囲気、窒素ガス雰囲気、又は、アンモニアガス及び窒素ガス雰囲気と、アルゴンガスとで形成される混合雰囲気である、ことを特徴とする付記2に記載の製造方法。
前記保護性雰囲気は窒素ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気又は窒素ガス−アルゴンガス混合雰囲気である、ことを特徴とする付記2に記載の製造方法。
前記後処理は前記粗生成物を酸溶液で洗浄、濾過し、そして60〜80℃で1時間〜12時間乾燥させることを含み、前記酸溶液に含まれる酸が前記粗生成物中の副生成物と反応して可溶性物質を形成することができ、前記酸溶液の濃度が0.1〜6mol/Lである、ことを特徴とする付記2に記載の製造方法。
前記後処理で前記粗生成物の副生成物と洗浄用酸溶液との反応によって形成した可溶性副生成物を収集して、前記ホウ素源の合成に用いることをさらに含む、ことを特徴とする付記2又は8に記載の窒化ホウ素ナノシート粉体の低コスト量産方法。
前記後処理は撹拌又はボールミルを含む配合機械又は超音波方法によって、酸溶液で前記粗生成物を十分洗浄することを含む、ことを特徴とする付記2又は8に記載の製造方法。
前記前駆体は基板上に被覆される前駆体薄膜であり、前記前駆体薄膜を窒素含有反応雰囲気で1000〜1400℃まで加熱し、保温して反応させ、窒化ホウ素ナノシート連続薄膜を取得することを含み、前記前駆体薄膜は少なくとも3種の元素を含み、その内の2種の元素がそれぞれホウ素、酸素であり、他の元素がリチウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、ガリウム、インジウム、亜鉛、チタン及び珪素からなる群より選択されるいずれか1種又は2種以上の組合せである、ことを特徴とする付記1に記載の製造方法。
前記前駆体薄膜が直接に前記基板の表面に形成される、ことを特徴とする付記11に記載の製造方法。
前記前駆体薄膜に含まれる前駆体の成分は(MxOy)m・(B2O3)n(ただし、Mがリチウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、ガリウム、インジウム、亜鉛、チタン及び珪素からなる群より選択されるいずれか1種又は2種以上の組合せであり、m/n=1:10〜1000:1、Mが1価金属イオンである場合にx=2y、Mが2価金属イオンである場合にx=y、Mが3価金属イオンである場合に2y=3x、Mが4価Siイオンである場合にy=2x)である、ことを特徴とする付記11に記載の製造方法。
基板上に前記前駆体薄膜を被覆させ、その後窒素含有反応雰囲気で1000〜1400℃まで加熱し、保温して反応させることによって、前記基板の表面に前記窒化ホウ素ナノシート連続薄膜を形成することと、前記基板及び窒化ホウ素ナノシート連続薄膜上に金属酸化物層又は酸化珪素層を形成することと、を含む、ことを特徴とする付記11又は13に記載の製造方法。
マグネトロンスパッタリング、電子ビーム蒸着、熱蒸着、パルスレーザ成長、分子線エピタキシー及び原子層成長からなる群より選択される少なくとも1種の方式によって前記基板の表面に前記前駆体薄膜を成長し形成することを含む、ことを特徴とする付記11に記載の製造方法。
前記前駆体薄膜の厚さが1〜500nmである、ことを特徴とする付記11に記載の製造方法。
前記窒素含有反応雰囲気はアンモニアガス及び/又は窒素ガス、又はアンモニアガス及び/又は窒素ガスと希釈ガスとで形成される混合雰囲気であり、前記希釈ガスには不活性ガスを含み、及び/又は前記基板はシリコン基板又は酸化珪素基板を含む、ことを特徴とする付記11に記載の製造方法。
前記窒化ホウ素ナノシート連続薄膜と基板の間に金属触媒層が存在しない、ことを特徴とする付記11に記載の製造方法。
一次元ホウ酸塩前駆体を前記前駆体として、一次元ホウ酸塩前駆体を窒素含有雰囲気で1000〜1500℃まで加熱し、保温して反応させ、その後保護雰囲気で室温まで降温させ、粗生成物を得てから、前記粗生成物に対して後処理を行うことによって、一次元窒化ホウ素ナノ材料を取得することを含み、前記一次元ホウ酸塩前駆体はリチウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、ガリウム、インジウム、亜鉛、チタンからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含有する一次元ホウ酸塩材料である、ことを特徴とする付記1に記載の製造方法。
前記一次元ホウ酸塩材料はホウ酸塩ウイスカ、ホウ酸塩ナノ棒、ホウ酸塩ナノワイヤ、ホウ酸塩ナノリボン中のいずれか1種を含む、ことを特徴とする付記19に記載の製造方法。
前記一次元ホウ酸塩前駆体を窒素含有雰囲気で1200℃を超え1500℃以下の温度まで加熱し、保温して反応させることを含む、ことを特徴とする付記19に記載の製造方法。
前記一次元ホウ酸塩前駆体を窒素含有雰囲気で1200℃を超え1300℃以下の温度まで加熱し、保温して反応させることを含む、ことを特徴とする付記21に記載の製造方法。
前記窒素含有反応雰囲気にはアンモニアガス雰囲気、窒素ガス雰囲気、又はアンモニアガス及び窒素ガス雰囲気中の少なくとも1種とアルゴンガスで形成される混合雰囲気を含む、ことを特徴とする付記19に記載の製造方法。
前記保護性雰囲気には窒素ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気又は窒素ガス−アルゴンガス混合雰囲気を含む、ことを特徴とする付記19に記載の製造方法。
前記後処理は前記粗生成物を酸溶液で洗浄、濾過し、60〜80℃で1時間〜12時間乾燥させることによって、前記一次元窒化ホウ素ナノ材料を取得することを含み、前記酸溶液に含まれる酸が、前記粗生成物中の副生成物と反応して可溶性物質を形成し、前記酸溶液の濃度が0.1〜6mol/Lである、ことを特徴とする付記19に記載の製造方法。
前記後処理で前記粗生成物の副生成物と洗浄用酸溶液との反応によって形成した可溶性副生成物を収集して、前記一次元ホウ酸塩前駆体の合成に用いることをさらに含む、ことを特徴とする付記19又は25に記載の製造方法。
純度が99%以上の六方晶窒化ホウ素ナノシートであって、前記六方晶窒化ホウ素ナノシートの厚さが1〜20原子層であり、径方向サイズが1〜20μmである、ことを特徴とする付記2〜10のいずれか一つに記載の方法で製造された窒化ホウ素ナノシート粉体。
前記窒化ホウ素ナノシート連続薄膜はサイズが1〜50μmの六方晶窒化ホウ素ナノシート単結晶で凝集されてなり、且つ前記窒化ホウ素ナノシート連続薄膜の厚さが1〜100原子層である付記11〜18のいずれか一つに記載の方法で製造された窒化ホウ素ナノシート連続薄膜。
付記28に記載の窒化ホウ素ナノシート連続薄膜のグラフェン又は遷移金属二硫化物を含む二次元ナノ材料又は二次元ナノ材料を含む素子の製造での用途。
付記19〜26のいずれか一つに記載の方法で製造された窒化ホウ素ナノチューブ又は窒化ホウ素ナノリボンを含む一次元窒化ホウ素ナノ材料。
前記窒化ホウ素ナノチューブの管壁の厚さが単原子層〜多原子層であり、長さ及び直径が使用する前駆体によって決定され、又は、前記窒化ホウ素ナノリボンの厚さが単原子層〜多原子層であり、その幅及び長さが使用する前駆体の幅及び長さによって決定される、ことを特徴とする付記30に記載の一次元窒化ホウ素ナノ材料。
Claims (13)
- 固体ホウ素源を窒素含有反応雰囲気で1000〜1500℃まで加熱し、保温して反応させ、その後保護性雰囲気で室温まで降温させ、粗生成物を取得し、そして前記粗生成物に対して後処理を行って、窒化ホウ素ナノシート粉体を取得することを含み、
前記固体ホウ素源がホウ酸塩であり、前記ホウ酸塩がリチウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、ガリウム、インジウム、亜鉛、チタンからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含有するホウ酸塩であり、
前記窒素含有反応雰囲気は、アンモニアガス雰囲気、窒素ガス雰囲気、又は、アンモニアガス及び窒素ガス雰囲気と、アルゴンガスとで形成される混合雰囲気である、ことを特徴とする窒化ホウ素ナノ材料の製造方法。 - 前記固体ホウ素源はホウ酸カルシウム、ホウ酸マグネシウム、ホウ酸リチウム、アルミニウムのホウ酸塩、亜鉛のホウ酸塩からなる群より選択されるいずれか1種又は2種以上の組合せである、ことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 前記固体ホウ素源を窒素含有反応雰囲気で1250℃を超え1500℃以下の温度まで加熱し、保温して反応させることを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 前記保護性雰囲気は窒素ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気又は窒素ガス−アルゴンガス混合雰囲気である、ことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 前記後処理は前記粗生成物を酸溶液で洗浄、濾過し、そして60〜80℃で1時間〜12時間乾燥させることを含み、前記酸溶液に含まれる酸が前記粗生成物中の副生成物と反応して可溶性物質を形成することができ、前記酸溶液の濃度が0.1〜6mol/Lである、ことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 基板上に被覆される前駆体薄膜を窒素含有反応雰囲気で1000〜1400℃まで加熱し、保温して反応させ、窒化ホウ素ナノシート連続薄膜を取得することを含み、前記前駆体薄膜は少なくとも3種の元素を含み、その内の2種の元素がそれぞれホウ素元素、酸素であり、他の元素がリチウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、ガリウム、インジウム、亜鉛、チタン及び珪素からなる群より選択されるいずれか1種又は2種以上の組合せであり、
前記窒素含有反応雰囲気は、アンモニアガス雰囲気、窒素ガス雰囲気、又は、アンモニアガス及び窒素ガス雰囲気と、アルゴンガスとで形成される混合雰囲気である、ことを特徴とする窒化ホウ素ナノ材料の製造方法。 - 前記前駆体薄膜が直接に前記基板の表面に形成され、及び/又は、
前記前駆体薄膜の厚さが1〜500nmであり、及び/又は、
前記窒化ホウ素ナノシート連続薄膜と基板の間に金属触媒層が存在せず、及び/又は、
前記前駆体薄膜に含まれる前駆体の成分は(MxOy)m・(B2O3)n(ただし、Mがリチウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、ガリウム、インジウム、亜鉛、チタン又は珪素であり、m/n=1:10〜1000:1、Mが1価金属イオンである場合にx=2y、Mが2価金属イオンである場合にx=y、Mが3価金属イオンである場合に2y=3x、Mが4価Siイオンである場合にy=2x)で表される化合物からなる群より選択されるいずれか1種又は2種以上の組合せである、ことを特徴とする請求項6に記載の製造方法。 - 基板上に前記前駆体薄膜を被覆させ、その後窒素含有反応雰囲気で1000〜1400℃まで加熱し、保温して反応させることによって、前記基板の表面に前記窒化ホウ素ナノシート連続薄膜を形成することと、前記基板及び窒化ホウ素ナノシート連続薄膜上に金属酸化物層又は酸化珪素層を形成することと、を含む、ことを特徴とする請求項6に記載の製造方法。
- 前記窒素含有反応雰囲気はアンモニアガス及び/又は窒素ガス、又はアンモニアガス及び/又は窒素ガスと不活性ガスとで形成される混合雰囲気であり、及び/又は前記基板はシリコン基板又は酸化珪素基板を含む、ことを特徴とする請求項6に記載の製造方法。
- 一次元ホウ酸塩前駆体を窒素含有反応雰囲気で1000〜1500℃まで加熱し、保温して反応させ、その後保護性雰囲気で室温まで降温させ、粗生成物を得てから、前記粗生成物に対して後処理を行うことによって、一次元窒化ホウ素ナノ材料を取得することを含み、
前記一次元ホウ酸塩前駆体はリチウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、ガリウム、インジウム、亜鉛、チタンからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含有する一次元ホウ酸塩材料であり、
前記一次元ホウ酸塩材料はホウ酸塩ウイスカ、ホウ酸塩ナノ棒、ホウ酸塩ナノワイヤ、ホウ酸塩ナノリボンの中のいずれか1種を含み、
前記窒素含有反応雰囲気は、アンモニアガス雰囲気、窒素ガス雰囲気、又は、アンモニアガス及び窒素ガス雰囲気と、アルゴンガスとで形成される混合雰囲気である、ことを特徴とする窒化ホウ素ナノ材料の製造方法。 - 前記一次元ホウ酸塩前駆体を窒素含有雰囲気で1200℃を超え1500℃以下の温度まで加熱し、保温して反応させることを含む、ことを特徴とする請求項10に記載の製造方法。
- 前記保護性雰囲気には窒素ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気又は窒素ガス−アルゴンガス混合雰囲気を含む、ことを特徴とする請求項10に記載の製造方法。
- 前記後処理は前記粗生成物を酸溶液で洗浄、濾過し、60〜80℃で1時間〜12時間乾燥させることによって、前記一次元窒化ホウ素ナノ材料を取得することを含み、前記酸溶液に含まれる酸が、前記粗生成物中の副生成物と反応して可溶性物質を形成し、前記酸溶液の濃度が0.1〜6mol/Lである、ことを特徴とする請求項10に記載の製造方法。
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