JP7359376B2 - Method for manufacturing composite tungsten oxide particles - Google Patents

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Description

本発明は、複合タングステン酸化物粒子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing composite tungsten oxide particles.

良好な可視光透過率を有し透明性を保ちながら日射透過率を低下させる近赤外線遮蔽技術として、これまでさまざまな技術が提案されてきた。なかでも、無機物である導電性粒子を用いた近赤外線遮蔽技術は、その他の技術と比較して近赤外線遮蔽特性に優れ、低コストである上、電波透過性が有り、さらに耐候性が高い等のメリットがある。 Various techniques have been proposed so far as near-infrared shielding techniques that reduce solar transmittance while maintaining good visible light transmittance and transparency. Among these, near-infrared shielding technology that uses inorganic conductive particles has superior near-infrared shielding properties compared to other technologies, is low cost, has radio wave transparency, and has high weather resistance. There are advantages.

例えば特許文献1において、一般式M(但し、Mは、H、He、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、Iのうちから選択される1種類以上の元素、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1、2.2≦z/y≦3.0)で表記される複合タングステン酸化物微粒子を赤外線遮蔽材料微粒子として可視光線を透過する樹脂等の媒体中に分散させた赤外線遮蔽材料微粒子分散体や、該赤外線遮蔽材料微粒子の製造方法等に関する技術が開示されている。特許文献1には、薄膜状の赤外線遮蔽材料微粒子分散体である赤外線遮蔽膜を製造した例等も開示されている。 For example, in Patent Document 1, the general formula M x W y O z (where M is H, He, alkali metal, alkaline earth metal, rare earth element, Mg, Zr, Cr, Mn, Fe, Ru, Co, Rh , Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, B, F, P, S, Se, Br, Te , Ti, Nb, V, Mo, Ta, Re, Be, Hf, Os, Bi, I, W is tungsten, O is oxygen, 0.001≦x/y≦ An infrared shielding material fine particle dispersion in which composite tungsten oxide fine particles expressed as 1, 2.2≦z/y≦3.0 are dispersed as infrared shielding material fine particles in a medium such as a resin that transmits visible light. , a technique related to a method for manufacturing the infrared shielding material fine particles, etc. is disclosed. Patent Document 1 also discloses an example of manufacturing an infrared shielding film which is a thin film-like infrared shielding material fine particle dispersion.

特許文献1によれば、太陽光線、特に近赤外線領域の光をより効率良く遮蔽し、同時に可視光領域の透過率を保持する等、優れた光学特性を有する赤外線遮蔽材料微粒子分散体を作製することが可能になるとされている。このため、特許文献1に開示された赤外線遮蔽材料微粒子分散体を窓ガラス等の各種用途に適用することが検討されている。 According to Patent Document 1, an infrared shielding material fine particle dispersion having excellent optical properties such as more efficiently shielding sunlight, particularly light in the near-infrared region and at the same time maintaining transmittance in the visible light region is produced. It is said that this will be possible. For this reason, it is being considered to apply the infrared shielding material fine particle dispersion disclosed in Patent Document 1 to various uses such as window glass.

そして、近赤外線遮蔽材料として有用な複合タングステン酸化物粒子の製造方法について、各種検討がなされている。 Various studies have been made on methods for producing composite tungsten oxide particles useful as near-infrared shielding materials.

例えば、特許文献1の発明者は、非特許文献1において、固相法よるCs0.32WOナノ粒子の合成方法を提案している。しかしながら、非特許文献1に開示された合成方法では粒子径がサブミクロンサイズであるため、ナノ粒子化するには0.3mmのビーズを用いた数時間以上の粉砕プロセスが必要であった。 For example, the inventor of Patent Document 1 proposes a method for synthesizing Cs 0.32 WO 3 nanoparticles by a solid phase method in Non-Patent Document 1. However, in the synthesis method disclosed in Non-Patent Document 1, since the particle size is submicron, a pulverization process using beads of 0.3 mm for several hours or more was required to form nanoparticles.

非特許文献2には水熱合成法によるCsWOの合成方法が開示されている。しかしながら、水熱合成法では数十時間以上の合成時間を必要とする。また、水熱合成法は、後処理工程などの工程数が多い問題もある。 Non-Patent Document 2 discloses a method for synthesizing Cs x WO 3 by a hydrothermal synthesis method. However, the hydrothermal synthesis method requires a synthesis time of several tens of hours or more. Additionally, the hydrothermal synthesis method has a problem in that it requires a large number of steps such as post-treatment steps.

非特許文献3には、誘導結合熱プラズマ技術に基づく合成方法が開示されている。しかしながら、係る合成方法は誘導結合熱プラズマの装置を導入する必要があり、コストが高くなっていた。 Non-Patent Document 3 discloses a synthesis method based on inductively coupled thermal plasma technology. However, such a synthesis method requires the introduction of an inductively coupled thermal plasma device, resulting in high costs.

特許文献2には化学式KxCsyWOzで表わされるカリウム・セシウム・タングステンブロンズ固溶体粒子調合のためのプロセスであって、式中、x+y≦1および2≦z≦3であり、前記プロセスは適切なタングステン・ソースをカリウム塩およびセシウム塩と混ぜ合わせて粉末混合物を形成し、還元雰囲気下でプラズマトーチに粉末混合物を露出することを含み、好ましくは還元雰囲気が水素/希ガス混合物から成るシースガスによって供給される、プロセスが開示されている。 Patent Document 2 describes a process for preparing potassium-cesium-tungsten bronze solid solution particles represented by the chemical formula K x Cs y WO z , where x+y≦1 and 2≦z≦3, and the process combining a suitable tungsten source with a potassium salt and a cesium salt to form a powder mixture and exposing the powder mixture to a plasma torch under a reducing atmosphere, preferably a sheath gas comprising a hydrogen/noble gas mixture. A process is disclosed, provided by.

しかしながら、特許文献2についてもプラズマを用いる必要があり、プラズマ装置導入のためにコストが高くなっていた。 However, in Patent Document 2, it is also necessary to use plasma, and the cost is high due to the introduction of a plasma device.

Takeda Hiromitsu, and Kenji Adachi, "Near infrared absorption of tungsten oxide nanoparticle dispersions." Journal of the American Ceramic Society,2007 , Vol.90, Issue 12, P.4059-4061Takeda Hiromitsu, and Kenji Adachi, "Near infrared absorption of tungsten oxide nanoparticle dispersions." Journal of the American Ceramic Society,2007 , Vol.90, Issue 12, P.4059-4061 Guo Chongshen, et al., "Novel synthesis of homogenous CsxWO3 nanorods with excellent NIR shielding properties by a water controlled-release solvothermal process." Journal of Materials Chemistry,2010, Vol.20, Issue38, P.8227-8229.Guo Chongshen, et al., "Novel synthesis of homogenous CsxWO3 nanorods with excellent NIR shielding properties by a water controlled-release solvothermal process." Journal of Materials Chemistry,2010, Vol.20, Issue38, P.8227-8229. Mamak Marc, et al., "Thermal plasma synthesis of tungsten bronze nanoparticles for near infra-red absorption applications." Journal of Materials Chemistry, 2010, Vol.20, Issue44, P.9855-9857.Mamak Marc, et al., "Thermal plasma synthesis of tungsten bronze nanoparticles for near infra-red absorption applications." Journal of Materials Chemistry, 2010, Vol.20, Issue44, P.9855-9857.

特許第4096205号公報Patent No. 4096205 特表2012-532822号公報Special Publication No. 2012-532822

既述の様に複合タングステン酸化物粒子は、近赤外線遮蔽材料として有用である。このため、低コストで、かつ製造に要する時間を抑制できる複合タングステン酸化物粒子の製造方法が求められている。 As mentioned above, composite tungsten oxide particles are useful as a near-infrared shielding material. Therefore, there is a need for a method for producing composite tungsten oxide particles that is low cost and can reduce the time required for production.

しかしながら、従来開示された複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、上述のように特殊な高コストの装置の導入を要したり、長時間の粉砕を必要としたり、多くの工程を要する等の問題があった。 However, the conventionally disclosed methods for producing composite tungsten oxide particles have problems such as requiring the introduction of special high-cost equipment, requiring long-time pulverization, and requiring many steps, as described above. was there.

上記従来技術の問題に鑑み、本発明の一側面では、導入コストの低い設備を用いることができ、製造に要する時間を抑制できる複合タングステン酸化物粒子の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned problems of the prior art, one aspect of the present invention aims to provide a method for manufacturing composite tungsten oxide particles that can use equipment with low installation costs and can reduce the time required for manufacturing.

上記課題を解決するため本発明の一側面では、
一般式M(但し、M元素は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、Iのうちから選択される1種類以上の元素、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1、2.2≦z/y≦3.0)で表わされる複合タングステン酸化物粒子の製造方法であり、
被処理物である、タングステン源と前記M元素を含有するM元素源とを含む原料混合溶液の液滴を形成する液滴形成工程と、
前記被処理物を1000℃まで昇温する昇温工程と、
前記被処理物を1000℃以上で1秒以上熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程で得られた粒子を、還元性ガスを含む雰囲気下で、500℃以上で熱処理する還元処理工程と、を有し、
前記昇温工程、前記熱処理工程は、配管と、前記配管を加熱するヒーターと、を有する反応部に前記被処理物を供給して実施し、
前記複合タングステン酸化物粒子の平均粒子径が5nm以上800nm以下である複合タングステン酸化物粒子の製造方法を提供する。

In one aspect of the present invention to solve the above problems,
General formula M Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, B, F, P, S, Se, Br, Te, Ti, Nb, V, Mo, One or more elements selected from Ta, Re, Be, Hf, Os, Bi, I, W is tungsten, O is oxygen, 0.001≦x/y≦1, 2.2≦z/y ≦3.0),
a droplet forming step of forming droplets of a raw material mixed solution containing a tungsten source and an M element source containing the M element, which are the objects to be processed;
a temperature raising step of raising the temperature of the object to be treated to 1000°C;
a heat treatment step of heat treating the object to be treated at 1000° C. or higher for 1 second or more;
a reduction treatment step of heat treating the particles obtained in the heat treatment step at 500° C. or higher in an atmosphere containing a reducing gas,
The temperature raising step and the heat treatment step are carried out by supplying the object to be treated to a reaction section having piping and a heater that heats the piping,
Provided is a method for producing composite tungsten oxide particles, wherein the composite tungsten oxide particles have an average particle diameter of 5 nm or more and 800 nm or less.

本発明の一側面によれば、導入コストの低い設備を用いることができ、製造に要する時間を抑制できる複合タングステン酸化物粒子の製造方法を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing composite tungsten oxide particles that can use equipment with low introduction cost and can reduce the time required for manufacturing.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法に好適に用いることができる複合材料製造装置の模式図。FIG. 1 is a schematic diagram of a composite material manufacturing apparatus that can be suitably used in the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of the present embodiment. 本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法に好適に用いることができる還元処理装置の模式図。FIG. 2 is a schematic diagram of a reduction treatment apparatus that can be suitably used in the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of the present embodiment. 比較例1で用いた複合材料製造装置の反応部の温度分布測定結果。The temperature distribution measurement result of the reaction part of the composite material manufacturing apparatus used in Comparative Example 1. 比較例1、実施例4で得られた複合タングステン酸化物粒子のXRDスペクトル。XRD spectra of composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 1 and Example 4. 比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子の吸収スペクトル。Absorption spectrum of composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 1. 実施例1、2、3で得られた複合タングステン酸化物粒子の吸収スペクトル。Absorption spectra of composite tungsten oxide particles obtained in Examples 1, 2, and 3. 実施例2で得られた複合タングステン酸化物粒子のTEM像。TEM image of composite tungsten oxide particles obtained in Example 2. 実施例2で得られた複合タングステン酸化物粒子のTEM像。TEM image of composite tungsten oxide particles obtained in Example 2. 実施例3で得られた複合タングステン酸化物粒子のXRDスペクトルXRD spectrum of composite tungsten oxide particles obtained in Example 3 実施例3で得られた複合タングステン酸化物粒子のTEM像。TEM image of composite tungsten oxide particles obtained in Example 3. 実施例3で得られた複合タングステン酸化物粒子のTEM像。TEM image of composite tungsten oxide particles obtained in Example 3. 実施例4で得られた複合タングステン酸化物粒子の吸収スペクトル。Absorption spectrum of composite tungsten oxide particles obtained in Example 4. 実施例4で得られた複合タングステン酸化物粒子のTEM像。TEM image of composite tungsten oxide particles obtained in Example 4. 実施例4で得られた複合タングステン酸化物粒子の粒度分布Particle size distribution of composite tungsten oxide particles obtained in Example 4 実施例5で得られた複合タングステン酸化物粒子の吸収スペクトル。Absorption spectrum of composite tungsten oxide particles obtained in Example 5. 実施例5で得られた複合タングステン酸化物粒子のTEM像。TEM image of composite tungsten oxide particles obtained in Example 5. 実施例5で得られた複合タングステン酸化物粒子の粒度分布。Particle size distribution of composite tungsten oxide particles obtained in Example 5. 実施例6で得られた複合タングステン酸化物粒子の吸収スペクトル。Absorption spectrum of composite tungsten oxide particles obtained in Example 6. 実施例6で得られた複合タングステン酸化物粒子のTEM像。TEM image of composite tungsten oxide particles obtained in Example 6. 実施例6で得られた複合タングステン酸化物粒子のTEM像。TEM image of composite tungsten oxide particles obtained in Example 6.

本開示の一実施形態(以下「本実施形態」と記す)に係る複合タングステン酸化物粒子の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
[複合タングステン酸化物粒子の製造方法]
以下、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法の一構成例について説明する。
A specific example of a method for manufacturing composite tungsten oxide particles according to an embodiment of the present disclosure (hereinafter referred to as "this embodiment") will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to these examples, but is indicated by the scope of the claims, and is intended to include all changes within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
[Method for producing composite tungsten oxide particles]
An example of the structure of the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of this embodiment will be described below.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、一般式Mで表わされる複合タングステン酸化物粒子の製造方法に関する。 The method for manufacturing composite tungsten oxide particles of this embodiment relates to a method for manufacturing composite tungsten oxide particles represented by the general formula M x W y O z .

上記一般式中のM元素は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、Iのうちから選択される1種類以上の元素とすることができる。また、Wはタングステン、Oは酸素を表し、x、y、zはそれぞれ、0.001≦x/y≦1、2.2≦z/y≦3.0を満たすことが好ましい。 M element in the above general formula is an alkali metal, an alkaline earth metal, a rare earth element, Mg, Zr, Cr, Mn, Fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, B, F, P, S, Se, Br, Te, Ti, Nb, V, Mo, Ta, Re, Be, It can be one or more elements selected from Hf, Os, Bi, and I. Further, W represents tungsten, O represents oxygen, and x, y, and z preferably satisfy 0.001≦x/y≦1 and 2.2≦z/y≦3.0, respectively.

また、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法で製造する赤外線吸収材料粒子は、その平均粒子径が5nm以上800nm以下であることが好ましい。 Further, it is preferable that the infrared absorbing material particles produced by the method for producing composite tungsten oxide particles of this embodiment have an average particle diameter of 5 nm or more and 800 nm or less.

そして、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、以下の工程を有することができる。 The method for manufacturing composite tungsten oxide particles of this embodiment can include the following steps.

被処理物である、タングステン源とM元素源とを含む原料混合溶液の液滴を形成する液滴形成工程。
被処理物を、500℃以上で熱処理する熱処理工程。
熱処理工程で得られた粒子を、還元性ガスを含む雰囲気下で、500℃以上で熱処理する還元処理工程。
A droplet forming step of forming droplets of a raw material mixed solution containing a tungsten source and an M element source, which are objects to be processed.
A heat treatment process in which the object to be treated is heat treated at 500°C or higher.
A reduction treatment step in which the particles obtained in the heat treatment step are heat treated at 500° C. or higher in an atmosphere containing a reducing gas.

ここでまず、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法で製造する複合タングステン酸化物粒子について説明する。 First, the composite tungsten oxide particles manufactured by the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of this embodiment will be described.

複合タングステン酸化物粒子に含まれる複合タングステン酸化物は、上述のように一般式Mで表記される。式中のM元素、W、O、及びx、y、zについては既述のため、ここでは説明を省略する。 The composite tungsten oxide contained in the composite tungsten oxide particles is expressed by the general formula M x W y O z as described above. Since the M element, W, O, and x, y, and z in the formula have already been described, their explanation will be omitted here.

複合タングステン酸化物は、例えば正方晶、立方晶、及び六方晶のいずれかの、タングステンブロンズ型の結晶構造をとることができる。本実施形態の複合タングステン酸化物粒子に含まれる複合タングステン酸化物の結晶構造は特に限定されず、正方晶、立方晶、六方晶から選択された1種類以上の結晶構造を有することができる。 The composite tungsten oxide can have a tungsten bronze type crystal structure, for example, one of tetragonal, cubic, and hexagonal crystals. The crystal structure of the composite tungsten oxide contained in the composite tungsten oxide particles of this embodiment is not particularly limited, and can have one or more types of crystal structures selected from tetragonal, cubic, and hexagonal.

ただし、複合タングステン酸化物が六方晶の結晶構造を有する場合、複合タングステン酸化物粒子の可視光線領域の光の透過率、及び近赤外線領域の光の吸収が特に向上するため好ましい。このため、複合タングステン酸化物粒子は、六方晶の結晶構造の複合タングステン酸化物を含むことが好ましい。そして、M元素にCs、Rb、K、Tl、Ba、Inから選択された1種類以上を用いると六方晶を形成し易くなる。このため、M元素はCs、Rb、K、Tl、Ba、Inから選択された1種類以上を含むことが好ましい。 However, when the composite tungsten oxide has a hexagonal crystal structure, it is preferable because the transmittance of the composite tungsten oxide particles for light in the visible light region and the absorption of light in the near-infrared region are particularly improved. Therefore, it is preferable that the composite tungsten oxide particles include a composite tungsten oxide having a hexagonal crystal structure. When one or more selected from Cs, Rb, K, Tl, Ba, and In is used as the M element, it becomes easier to form a hexagonal crystal. For this reason, it is preferable that the M element contains one or more selected from Cs, Rb, K, Tl, Ba, and In.

ここで、複合タングステン酸化物が六方晶の結晶構造を有する場合のM元素の配置の仕方を説明する。 Here, a method of arranging the M element when the composite tungsten oxide has a hexagonal crystal structure will be explained.

Wと、6つのOとを単位として形成される8面体、すなわち頂点にO原子を配し、中央部にW原子を配した8面体が、6個集合することでO原子より構成される六角形の空隙(トンネル)が形成される。そして、当該空隙中に、M元素が配置されて1箇の単位を構成し、この1箇の単位が多数集合して六方晶の結晶構造を構成する。六方晶の結晶構造を有する複合タングステン酸化物が均一な結晶構造を有するとき、M元素の添加量は、x/yの値で0.2以上0.5以下が好ましく、さらに好ましくは0.33である。z/y=3の時、x/yの値が0.33となることで、M元素が六角形の空隙の全てに配置されると考えられる。 An octahedron formed with W and six O atoms as a unit, that is, an octahedron with an O atom at the apex and a W atom in the center, is assembled to form a hexahedron composed of O atoms. A rectangular cavity (tunnel) is formed. Then, in the void, the M element is arranged to form one unit, and a large number of this one unit are aggregated to form a hexagonal crystal structure. When the composite tungsten oxide having a hexagonal crystal structure has a uniform crystal structure, the amount of M element added is preferably 0.2 or more and 0.5 or less in x/y value, and more preferably 0.33. It is. When z/y=3, since the value of x/y is 0.33, it is considered that the M element is arranged in all the hexagonal voids.

同様に、z/y=3の時、立方晶、正方晶のそれぞれの複合タングステン酸化物にも構造に由来したM元素の添加量の上限があり、1モルのタングステンに対するM元素の最大添加量は、立方晶の場合は1モルであり、正方晶の場合は0.5モル程度である。なお、正方晶の場合の1モルのタングステンに対するM元素の最大添加量は、M元素の種類により変化するが、工業的に製造が容易なのは、上述のように0.5モル程度である。但し、これらの構造は、単純に規定することが困難であり、当該範囲は特に基本的な範囲を示した例であることから、本発明がこれに限定されるわけではない。 Similarly, when z/y = 3, each of the cubic and tetragonal composite tungsten oxides has an upper limit to the amount of M element added based on the structure, and the maximum amount of M element added to 1 mole of tungsten is is 1 mol in the case of cubic crystal, and about 0.5 mol in case of tetragonal crystal. In addition, the maximum amount of M element to be added to 1 mol of tungsten in the case of tetragonal crystal varies depending on the type of M element, but the amount that can be easily manufactured industrially is about 0.5 mol as described above. However, these structures are difficult to define simply, and the ranges are examples showing particularly basic ranges, so the present invention is not limited thereto.

また、M元素は極微量でも添加することで、複合タングステン酸化物内に自由電子が生成され、目的とする赤外線吸収効果を得ることができる。このため、x/yは、0.001≦x/y≦1を満たすことが好ましい。 Furthermore, by adding even a very small amount of M element, free electrons are generated within the composite tungsten oxide, and the desired infrared absorption effect can be obtained. Therefore, x/y preferably satisfies 0.001≦x/y≦1.

また、複合タングステン酸化物は、三酸化タングステン(WO)にM元素を添加した組成を有している。そして、三酸化タングステンでは有効な自由電子を含まないため、1モルのタングステンに対する酸素の割合を3未満としないと赤外線吸収効果を発揮することはできない。しかしながら、複合タングステン酸化物では、M元素を添加することで自由電子を生じ、赤外線吸収効果を得ることができる。このため、1モルのタングステンに対する酸素の割合は3以下とすることができる。ただし、WOの結晶相は可視光線領域の光について吸収や散乱を生じさせ、近赤外線領域の光の吸収を低下させる恐れがある。このため、WOの生成を抑制する観点から、1モルのタングステンに対する酸素の割合は2より大きくすることが好ましい。 Moreover, the composite tungsten oxide has a composition in which M element is added to tungsten trioxide (WO 3 ). Since tungsten trioxide does not contain effective free electrons, it cannot exhibit an infrared absorption effect unless the ratio of oxygen to 1 mole of tungsten is less than 3. However, in the composite tungsten oxide, by adding the M element, free electrons are generated and an infrared absorption effect can be obtained. Therefore, the ratio of oxygen to 1 mole of tungsten can be 3 or less. However, the crystal phase of WO 2 causes absorption and scattering of light in the visible light range, and there is a possibility that absorption of light in the near-infrared range may be reduced. Therefore, from the viewpoint of suppressing the generation of WO 2 , the ratio of oxygen to 1 mole of tungsten is preferably greater than 2.

従って、上述のように2.2≦z/y≦3.0を満たすことが好ましい。 Therefore, it is preferable to satisfy 2.2≦z/y≦3.0 as described above.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法により製造する複合タングステン酸化物粒子の粒子径は特に限定されず、使用目的等に応じて選定することができる。 The particle diameter of the composite tungsten oxide particles produced by the method for producing composite tungsten oxide particles of this embodiment is not particularly limited, and can be selected depending on the purpose of use and the like.

例えば透明性を保持することが要求される用途に使用する場合は、800nm以下の粒子径を有していることが好ましい。これは、粒子径が800nm以下の粒子は、散乱により光を完全に遮蔽することが無く、可視光線領域の視認性を高く保持し、同時に効率良く透明性を保持することができるからである。特に可視光線領域の透明性を重視する場合は、さらに粒子による散乱を考慮することが好ましい。 For example, when used in applications requiring transparency, it is preferable that the particles have a particle size of 800 nm or less. This is because particles with a particle size of 800 nm or less do not completely block light due to scattering, and can maintain high visibility in the visible light region and at the same time efficiently maintain transparency. In particular, when emphasis is placed on transparency in the visible light region, it is preferable to further consider scattering by particles.

係る粒子による散乱の低減を重視するとき、粒子径は200nm以下であることが好ましく、100nm以下であることがより好ましい。 When placing emphasis on reducing scattering by such particles, the particle diameter is preferably 200 nm or less, more preferably 100 nm or less.

これは、粒子径が小さければ、幾何学散乱もしくはミー散乱による、波長400nm~780nmの可視光線領域の光の散乱が低減される結果、赤外線遮蔽膜が曇りガラスのようになり、鮮明な透明性が得られなくなるのを回避できるからである。そして、粒子径が200nm以下になると、上記幾何学散乱もしくはミー散乱が低減し、レイリー散乱領域になる。レイリー散乱領域では、散乱光は粒子径の6乗に比例して低減するため、粒子径の減少に伴い散乱が低減し透明性が向上するからである。さらに粒子径が100nm以下になると、散乱光は非常に少なくなり好ましい。光の散乱を回避する観点からは、粒子径が小さい方が好ましい。 This is because if the particle size is small, the scattering of light in the visible light range with a wavelength of 400 nm to 780 nm due to geometric scattering or Mie scattering is reduced, resulting in an infrared shielding film that resembles frosted glass, resulting in clear transparency. This is because it is possible to avoid not being able to obtain . When the particle size becomes 200 nm or less, the above-mentioned geometric scattering or Mie scattering decreases and becomes a Rayleigh scattering region. This is because in the Rayleigh scattering region, scattered light is reduced in proportion to the sixth power of the particle diameter, so as the particle diameter decreases, scattering decreases and transparency improves. Further, when the particle diameter is 100 nm or less, the amount of scattered light is extremely reduced, which is preferable. From the viewpoint of avoiding light scattering, it is preferable that the particle size is small.

このため、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法により製造する複合タングステン酸化物粒子の粒子径は、用いる用途に応じて選択することができる。例えば上述のように可視光線領域の視認性を高く保持することが求められる場合には、粒子径は800nm以下とすることが好ましく、200nm以下とすることがより好ましく、100nm以下とすることがさらに好ましい。本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法により製造する複合タングステン酸化物粒子の粒子径の下限値は特に限定されないが、例えば1nm以上とすることができる。 Therefore, the particle diameter of the composite tungsten oxide particles produced by the method for producing composite tungsten oxide particles of this embodiment can be selected depending on the intended use. For example, when it is required to maintain high visibility in the visible light region as described above, the particle size is preferably 800 nm or less, more preferably 200 nm or less, and even more preferably 100 nm or less. preferable. Although the lower limit of the particle size of the composite tungsten oxide particles manufactured by the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of this embodiment is not particularly limited, it can be, for example, 1 nm or more.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法により得られる複合タングステン酸化物粒子の粒子径は、該粒子を例えばSEMやTEMで観察し、該粒子に外接する最小の外接円を描いた場合の直径とすることができる。 The particle diameter of the composite tungsten oxide particles obtained by the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of this embodiment is determined by observing the particles with, for example, SEM or TEM, and drawing the smallest circumscribed circle circumscribing the particles. It can be the diameter.

また、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法により得られる複合タングステン複合酸化物粒子の平均粒子径は、5nm以上800nm以下であることが好ましく、5nm以上200nm以下であることが好ましく、30nm以上50nm以下であることがより好ましい。 Further, the average particle diameter of the composite tungsten composite oxide particles obtained by the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of the present embodiment is preferably 5 nm or more and 800 nm or less, preferably 5 nm or more and 200 nm or less, and 30 nm or more. More preferably, the thickness is 50 nm or less.

これは複合タングステン酸化物粒子の平均粒子径を800nm以下とすることで、可視光線領域の光の散乱を特に低減することができるからである。 This is because by setting the average particle diameter of the composite tungsten oxide particles to 800 nm or less, scattering of light in the visible light region can be particularly reduced.

ただし、複合タングステン酸化物粒子の平均粒子径を5nm未満とすることは困難であり、生産性が低下する恐れがあることから、複合タングステン複合酸化物粒子の平均粒子径は5nm以上であることが好ましい。 However, it is difficult to make the average particle size of the composite tungsten oxide particles less than 5 nm, and productivity may decrease, so the average particle size of the composite tungsten composite oxide particles should be 5 nm or more. preferable.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法により得られる複合タングステン酸化物粒子の平均粒子径は、以下の手順により算出することができる。まず、評価を行う複合タングステン酸化物粒子を例えばSEMやTEMで観察し、無作為に200個以上500個以下の粒子を選択する。そして、選択した粒子に外接する最小の外接円を描いた場合の直径を該選択した粒子の粒子径とし、選択した粒子の粒子径の平均値を該複合タングステン酸化物粒子の平均粒子径とする。 The average particle diameter of composite tungsten oxide particles obtained by the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of this embodiment can be calculated by the following procedure. First, composite tungsten oxide particles to be evaluated are observed using, for example, SEM or TEM, and 200 to 500 particles are randomly selected. Then, the diameter of the smallest circumscribed circle that circumscribes the selected particles is defined as the particle diameter of the selected particles, and the average value of the particle diameters of the selected particles is defined as the average particle diameter of the composite tungsten oxide particles. .

なお、例えば後述する液滴形成工程において形成する液滴のサイズ等を調整することで、得られる複合タングステン酸化物粒子の粒子径や、平均粒子径を選択することができる。また、例えば還元処理工程の後に、さらに後述の解砕処理工程を実施することで、得られる複合タングステン酸化物粒子の粒子径や、平均粒子径を選択することもできる。 Note that the particle size and average particle size of the resulting composite tungsten oxide particles can be selected by, for example, adjusting the size of the droplets formed in the droplet forming step described below. Further, for example, by further carrying out a crushing treatment step, which will be described later, after the reduction treatment step, the particle diameter and average particle diameter of the resulting composite tungsten oxide particles can be selected.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法により得られた複合タングステン酸化物粒子を含有する赤外線遮蔽材料は近赤外線領域、特に波長1000nm付近の光を大きく吸収するため、その透過色調は青色系から緑色系となる物が多い。 The infrared shielding material containing the composite tungsten oxide particles obtained by the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of the present embodiment largely absorbs light in the near-infrared region, particularly around a wavelength of 1000 nm, so its transmitted color tone is blueish. Many of them are greenish in color.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法により得られた複合タングステン酸化物粒子、具体的には係る複合タングステン酸化物粒子が含有する複合タングステン酸化物の格子定数は特に限定されないが、a軸が7.39Å以上7.42Å以下、c軸が7.58Å以上7.65Å以下であることが好ましく、a軸が7.40Å以上7.42Å以下、c軸が7.58Å以上7.63Å以下であることがより好ましい。 Although the lattice constant of the composite tungsten oxide particles obtained by the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of the present embodiment, specifically the composite tungsten oxide particles contained in the composite tungsten oxide particles, is not particularly limited, is preferably 7.39 Å or more and 7.42 Å or less, the c-axis is preferably 7.58 Å or more and 7.65 Å or less, the a-axis is 7.40 Å or more and 7.42 Å or less, and the c-axis is 7.58 Å or more and 7.63 Å or less. It is more preferable that

これは、複合タングステン酸化物の格子定数を上記範囲とすることで、W(タングステン)欠損のない結晶構造を構成するためである。 This is because by setting the lattice constant of the composite tungsten oxide within the above range, a crystal structure free of W (tungsten) defects is formed.

格子定数の算出方法は特に限定されず、得られた複合タングステン酸化物粒子について測定した粉末X線回折パターンからリートベルト法等を用いて算出することができる。 The method for calculating the lattice constant is not particularly limited, and it can be calculated using the Rietveld method or the like from the powder X-ray diffraction pattern measured for the obtained composite tungsten oxide particles.

なお、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子は、例えばM元素の酸化物等の不可避成分を含有する場合がある。この場合、複合タングステン酸化物の結晶相、すなわち複合タングステン酸化物相の格子定数が上記範囲を満たすことが好ましい。 Note that the composite tungsten oxide particles of this embodiment may contain inevitable components such as, for example, an oxide of element M. In this case, it is preferable that the crystal phase of the composite tungsten oxide, that is, the lattice constant of the composite tungsten oxide phase, satisfies the above range.

次に、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法について具体的に説明する。 Next, the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of this embodiment will be specifically described.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法はタングステン源と、M元素源とを含む液滴を、原料の熱分解温度以上の雰囲気にガス流と共に供給して溶媒の蒸発、熱分解を経て複合タングステン酸化物粒子を得る噴霧熱分解法である。 The method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment involves supplying droplets containing a tungsten source and an M element source together with a gas flow to an atmosphere at a temperature higher than the thermal decomposition temperature of the raw materials, and causing evaporation of the solvent and thermal decomposition. This is a spray pyrolysis method to obtain composite tungsten oxide particles.

そこで、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、既述の様に、被処理物である、タングステン源とM元素源とを含む原料混合溶液の液滴を形成する液滴形成工程を有することができる。また、被処理物である上記液滴を500℃以上で熱処理する熱処理工程を有することができる。
(液滴形成工程)
液滴形成工程では、被処理物である、タングステン源とM元素源とを含む原料混合溶液の液滴を形成することができる。
Therefore, as described above, the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of the present embodiment includes a droplet forming step of forming droplets of a raw material mixed solution containing a tungsten source and an M element source, which are the objects to be treated. can have. Further, it is possible to include a heat treatment step of heat treating the droplet, which is the object to be treated, at 500° C. or higher.
(Droplet formation process)
In the droplet forming step, droplets of a raw material mixed solution containing a tungsten source and an M element source, which are objects to be processed, can be formed.

液滴形成工程において液滴を形成する具体的な手段は特に限定されない。例えばスプレーノズルを用いてタングステン源とM元素源とを含む溶液の液滴を形成する方法や、タングステン源とM元素源とを含む溶液に対して超音波照射を行い、液滴を形成する方法、二流体ノズルを用いて液滴を形成する方法、遠心アトマイザーを初めとした各種アトマイザーを用いて液滴を形成する方法等が挙げられる。 The specific means for forming droplets in the droplet forming step is not particularly limited. For example, a method of forming droplets of a solution containing a tungsten source and an M element source using a spray nozzle, or a method of forming droplets by irradiating a solution containing a tungsten source and an M element source with ultrasonic waves. , a method of forming droplets using a two-fluid nozzle, and a method of forming droplets using various atomizers including a centrifugal atomizer.

特に微細な液滴を安定して形成できることから、タングステン源とM元素源とを含む溶液に対して超音波を照射して液滴を形成することが好ましい。すなわち超音波を用いた液滴形成方法を好適に用いることができる。 In particular, since fine droplets can be stably formed, it is preferable to form droplets by irradiating a solution containing a tungsten source and an M element source with ultrasonic waves. That is, a droplet forming method using ultrasonic waves can be suitably used.

なお、タングステン源を含む溶液と、M元素源を含む溶液とを別に用意しておき、例えば液滴形成部(液滴形成手段)に供給する直前、もしくは液滴形成部内で混合し、タングステン源とM元素源とを含む溶液を形成することが好ましい。すなわち、液滴形成工程において、タングステン源を含む溶液と、M元素源を含む溶液とを混合し、原料混合溶液を形成することが好ましい。そして、原料混合溶液の形成に引き続き、連続して該原料混合溶液を用いて液滴を形成することが好ましい。 Note that a solution containing a tungsten source and a solution containing an M element source are prepared separately, and for example, they are mixed immediately before being supplied to the droplet forming section (droplet forming means) or within the droplet forming section, and the solution containing the tungsten source is prepared separately. Preferably, a solution is formed containing a source of M element and a source of M element. That is, in the droplet forming step, it is preferable to mix a solution containing a tungsten source and a solution containing an M element source to form a raw material mixed solution. Subsequent to the formation of the raw material mixed solution, it is preferable to continuously form droplets using the raw material mixed solution.

液滴形成工程において両溶液を混合する具体的な方法は特に限定されない。例えばタングステン源を含む溶液と、M元素源を含む溶液とを液滴形成部である超音波噴霧装置(超音波照射装置)に別々に導入し、該装置内で両溶液を混合して原料混合溶液とし、液滴を形成することが好ましい。すなわち、液滴形成工程において、超音波噴霧装置を用いて原料混合溶液の液滴を形成している場合、超音波噴霧装置において、タングステン源を含む溶液と、M元素源を含む溶液とを混合し、原料混合溶液を形成することが好ましい。このように、タングステン源を含む溶液と、M元素源を含む溶液とを別に用意しておき、例えば超音波噴霧装置において混合することで、原料混合溶液を形成してから液滴にするまでの時間を特に短くすることができる。このため、中和反応によりタングステン源と、M元素源とが反応し、原料混合溶液内で析出等が生じることを特に抑制できる。 The specific method of mixing both solutions in the droplet formation step is not particularly limited. For example, a solution containing a tungsten source and a solution containing an M element source are separately introduced into an ultrasonic spraying device (ultrasonic irradiation device) that is a droplet forming section, and both solutions are mixed in the device to mix raw materials. It is preferable to form a solution and form droplets. That is, in the droplet formation step, when droplets of the raw material mixture solution are formed using an ultrasonic atomizer, a solution containing a tungsten source and a solution containing an M element source are mixed in the ultrasonic atomizer. However, it is preferable to form a raw material mixed solution. In this way, by separately preparing a solution containing a tungsten source and a solution containing an M element source and mixing them in an ultrasonic atomizer, for example, the process from forming a raw material mixed solution to forming droplets can be performed. The time can be particularly shortened. Therefore, it is possible to particularly suppress the reaction between the tungsten source and the M element source due to the neutralization reaction, and the occurrence of precipitation in the raw material mixed solution.

タングステン源としては特に限定されず、タングステンの塩等を用いることができ、例えばパラタングステン酸アンモニウムを好ましく用いることができる。パラタングステン酸アンモニウム(ATP:ammonium tungstate pentahydrate)は、例えば(NH10(W1241)・5HOで表すことができる。 The tungsten source is not particularly limited, and tungsten salts can be used, and for example, ammonium paratungstate can be preferably used. Ammonium paratungstate pentahydrate (ATP) can be represented, for example, by (NH 4 ) 10 (W 12 O 41 )·5H 2 O.

パラタングステン酸アンモニウムは、タングステン以外の元素が、N(窒素)、H(水素)、O(酸素)であり、後述する昇温工程や、熱処理工程において系外に排出される。このため、タングステン源を含む溶液の溶質として用いることで、不純物の混入を抑制した複合タングステン酸化物粒子を得ることができるため好ましく用いることができる。 In ammonium paratungstate, elements other than tungsten are N (nitrogen), H (hydrogen), and O (oxygen), and are discharged from the system in a temperature raising step or a heat treatment step, which will be described later. Therefore, by using it as a solute in a solution containing a tungsten source, it is possible to obtain composite tungsten oxide particles in which contamination with impurities is suppressed, so it can be preferably used.

また、タングステン源を含む溶液としては、取扱いの容易さ等から、タングステン源を含む水溶液を好適に用いることができる。このため、タングステン源としては水溶性の塩を好適に用いることができる。そして、パラタングステン酸アンモニウムは水への溶解が容易であり、溶媒として水を用い、タングステン源を含む溶液を容易に形成できるため、好ましく用いることができる。 Further, as the solution containing the tungsten source, an aqueous solution containing the tungsten source can be suitably used because of ease of handling. Therefore, water-soluble salts can be suitably used as the tungsten source. Ammonium paratungstate can be preferably used because it is easily dissolved in water and a solution containing a tungsten source can be easily formed using water as a solvent.

M元素源を含む溶液としては、例えばM元素を含む塩の溶液を用いることができる。M元素源であるM元素の塩の種類は特に限定されないが、例えばM元素の炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、水酸化物等から選択された1種類以上を用いることができる。 As the solution containing the M element source, for example, a solution of a salt containing the M element can be used. The type of salt of element M that is the source of element M is not particularly limited, but for example, one or more types selected from carbonates, acetates, nitrates, hydroxides, etc. of element M can be used.

M元素源を含む溶液としては、取扱いの容易さ等から、M元素源を含む水溶液を好適に用いることができる。このため、M元素の塩としては水溶性の塩を好適に用いることができる。 As the solution containing the M element source, an aqueous solution containing the M element source can be suitably used from the viewpoint of ease of handling. Therefore, a water-soluble salt can be suitably used as the salt of element M.

例えば、M元素がセシウムの場合についても、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、水酸化物等から選択された1種類以上を用いることができるが、炭酸塩を特に好適に用いることができる。これは、炭酸セシウムが水への溶解が容易であるからである。 For example, when the M element is cesium, one or more selected from carbonates, acetates, nitrates, hydroxides, etc. can be used, and carbonates can be particularly preferably used. This is because cesium carbonate is easily dissolved in water.

なお、得られる複合タングステン酸化物中の1モルのタングステンに対する、M元素の割合、すなわちドープ量は、原料混合溶液を形成する際のタングステン源と、M元素源との割合により決まる。このため、例えばタングステン源を含む溶液の濃度や、M元素源を含む溶液の濃度等により制御できる。 Note that the ratio of the M element to 1 mole of tungsten in the obtained composite tungsten oxide, that is, the doping amount, is determined by the ratio of the tungsten source and the M element source when forming the raw material mixed solution. Therefore, it can be controlled by, for example, the concentration of the solution containing the tungsten source or the concentration of the solution containing the M element source.

タングステン源を含む溶液に含まれるタングステン源の濃度は特に限定されない。例えば、タングステン源を含む溶液のタングステン濃度が0.0015mol/L以上12mol/L以下であることが好ましい。このような濃度とすることで、熱処理工程で得られる粒子の生産性を高め、平均粒子径が800nm以下の粒子を得ることを可能とする。タングステン源を含む溶液のタングステン濃度を0.0015mol/L以上とすることで、単位時間当たりの複合タングステン酸化物粒子の生産量を十分に確保でき、例えばフィルター等で十分な量を回収することができ、生産性を高めることができるからである。また、タングステン源を含む溶液のタングステン濃度を12mol/L以下とすることで、平均粒子径が800nm以下となる粒子のみを選択的に得ることができる。また、例えば数μm以上の粗大な複合タングステン酸化物粒子が混入することを抑制できるからである。 The concentration of the tungsten source contained in the solution containing the tungsten source is not particularly limited. For example, it is preferable that the tungsten concentration of the solution containing the tungsten source is 0.0015 mol/L or more and 12 mol/L or less. Such a concentration increases the productivity of particles obtained in the heat treatment step, making it possible to obtain particles with an average particle diameter of 800 nm or less. By setting the tungsten concentration of the solution containing the tungsten source to 0.0015 mol/L or more, a sufficient amount of composite tungsten oxide particles can be produced per unit time, and a sufficient amount can be recovered using a filter, etc. This is because productivity can be increased. Further, by setting the tungsten concentration of the solution containing the tungsten source to 12 mol/L or less, only particles having an average particle diameter of 800 nm or less can be selectively obtained. This is also because it is possible to suppress the incorporation of coarse composite tungsten oxide particles, for example, several micrometers or more.

タングステン源を含む溶液として、例えばパラタングステン酸アンモニウム水溶液を用いる場合、パラタングステン酸アンモニウムは分子内に12個のタングステンを含むため、パラタングステン酸アンモニウムの濃度は0.000125mol/L以上1mol/L以下が好ましい。 For example, when an aqueous ammonium paratungstate solution is used as a solution containing a tungsten source, the concentration of ammonium paratungstate is 0.000125 mol/L or more and 1 mol/L or less because ammonium paratungstate contains 12 tungstens in the molecule. is preferred.

また、M元素源を含む溶液に含まれるM元素の濃度についても特に限定されるものではなく、製造する複合タングステン酸化物粒子における所望の組成や、タングステン源を含む溶液に含まれるタングステン源の濃度等に応じて選択することができる。 Further, the concentration of the M element contained in the solution containing the M element source is not particularly limited, and the desired composition of the composite tungsten oxide particles to be manufactured and the concentration of the tungsten source contained in the solution containing the tungsten source etc. can be selected according to the following.

原料混合溶液には、タングステン源を含む溶液や、M元素源を含む溶液以外にも任意の成分を添加できる。例えば複合タングステン酸化物粒子の還元を促進させるために、還元剤として、アンモニアを添加することもできる。タングステン源を含む溶液として、既述のパラタングステン酸アンモニウム水溶液を用いる場合、上記アンモニアは、例えばパラタングステン酸アンモニウム水溶液に添加しておくことができる。 Any component other than the solution containing the tungsten source and the solution containing the M element source can be added to the raw material mixed solution. For example, ammonia can be added as a reducing agent in order to promote reduction of the composite tungsten oxide particles. When the above-mentioned ammonium paratungstate aqueous solution is used as the solution containing the tungsten source, the ammonia can be added to the ammonium paratungstate aqueous solution, for example.

液滴形成工程で形成する液滴のサイズは特に限定されないが、液滴の直径は100μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましく、5μm以下であることがさらに好ましい。液滴の直径を100μm以下とすることで、得られる複合タングステン酸化物粒子が粗粒化することを防ぎ、ナノメートルオーダーの複合タングステン酸化物粒子を得ることが可能になる。なお、液滴形成工程で形成する液滴のサイズの下限値は特に限定されない。ただし、過度に小さい液滴を形成することは困難であり、生産性が低下する恐れがあることから、例えば1μm以上であることが好ましい。 Although the size of the droplet formed in the droplet forming step is not particularly limited, the diameter of the droplet is preferably 100 μm or less, more preferably 10 μm or less, and even more preferably 5 μm or less. By setting the diameter of the droplets to 100 μm or less, it is possible to prevent the obtained composite tungsten oxide particles from becoming coarse and to obtain nanometer-order composite tungsten oxide particles. Note that the lower limit of the size of droplets formed in the droplet forming step is not particularly limited. However, it is difficult to form droplets that are too small, which may reduce productivity, so it is preferable that the droplet size is, for example, 1 μm or more.

液滴形成工程で形成した液滴は、例えばキャリアガスにより搬送し、熱処理工程や、昇温工程に供することができる。
(熱処理工程)
熱処理工程では被処理物を500℃以上で熱処理することができる。
The droplets formed in the droplet forming step can be transported by, for example, a carrier gas and subjected to a heat treatment step or a temperature raising step.
(Heat treatment process)
In the heat treatment process, the object to be treated can be heat treated at 500°C or higher.

被処理物であるタングステン源とM元素源とを含む原料混合溶液の液滴中に含まれる溶媒は、500℃まで加熱される過程で蒸発し、さらにタングステン源や、M元素源が分解する。そして、係る分解過程でタングステンと、M元素とが反応して複合タングステン酸化物が形成される。 The solvent contained in the droplets of the raw material mixture solution containing the tungsten source and the M element source, which are the objects to be processed, evaporates during the process of heating to 500° C., and the tungsten source and the M element source are further decomposed. Then, in the decomposition process, tungsten and the M element react to form a composite tungsten oxide.

熱処理工程等で液滴を加熱する際、液滴に含まれる溶媒が水の場合、該水の蒸発は50℃以上120℃以下の範囲で生じていると推定される。また、タングステン源や、M元素源の分解は、例えば120℃以上500℃以下の範囲で生じていると推定される。 When a droplet is heated in a heat treatment step or the like, if the solvent contained in the droplet is water, it is estimated that evaporation of the water occurs in a range of 50° C. or higher and 120° C. or lower. Further, it is estimated that the decomposition of the tungsten source and the M element source occurs, for example, in a range of 120° C. or higher and 500° C. or lower.

そして、タングステン源や、M元素源の分解の過程や、さらに高温の温度でタングステンとM元素とが反応して、複合タングステン酸化物が形成されていると考察される。 It is considered that a composite tungsten oxide is formed through the decomposition process of the tungsten source and the M element source, or through the reaction between tungsten and the M element at a higher temperature.

このため、タングステン源や、M元素源の分解を十分に進行させ、複合タングステン酸化物への不純物の混入を抑制するため、熱処理工程ではタングステン源や、M元素源の分解温度以上で熱処理を行うことが好ましい。そして、上述のように、タングステン源や、M元素源の分解は通常500℃以下で生じると考えられる。このため、熱処理工程では、被処理物である液滴を500℃以上で熱処理を行うことができる。 Therefore, in order to sufficiently progress the decomposition of the tungsten source and M element source and to suppress the contamination of impurities into the composite tungsten oxide, heat treatment is performed at a temperature higher than the decomposition temperature of the tungsten source and M element source in the heat treatment process. It is preferable. As mentioned above, it is thought that decomposition of the tungsten source and the M element source usually occurs at temperatures below 500°C. Therefore, in the heat treatment step, the droplet as the object to be treated can be heat treated at 500° C. or higher.

本発明の発明者らの検討によれば、熱処理温度は、得られる複合タングステン酸化物粒子の粒子径にも影響する。そして、本発明の発明者らのさらなる検討によれば、熱処理温度が上がるにつれて、得られる複合タングステン酸化物粒子の粒子径が小さくなる傾向がみられる。 According to studies by the inventors of the present invention, the heat treatment temperature also affects the particle size of the composite tungsten oxide particles obtained. According to further studies by the inventors of the present invention, it has been found that as the heat treatment temperature increases, the particle size of the resulting composite tungsten oxide particles tends to become smaller.

タングステン源の溶液としてパラタングステン酸アンモニウム水溶液を、M元素源の溶液として炭酸セシウム水溶液を用いて、セシウムドープ酸化タングステン酸化物粒子を製造した場合を例に説明する。この場合、熱処理温度が500℃以上1000℃未満の場合は、セシウムドープ酸化タングステン酸化物粒子の粒子径は100nmから1μm未満となった。また、さらに高温の1000℃以上となると、セシウムドープ酸化タングステン酸化物粒子の粒子径は100nm未満となる場合があった。 An example will be described in which cesium-doped tungsten oxide particles are manufactured using an ammonium paratungstate aqueous solution as a tungsten source solution and a cesium carbonate aqueous solution as an M element source solution. In this case, when the heat treatment temperature was 500° C. or higher and lower than 1000° C., the particle diameter of the cesium-doped tungsten oxide particles ranged from 100 nm to less than 1 μm. Further, when the temperature is higher than 1000° C., the particle diameter of the cesium-doped tungsten oxide particles may become less than 100 nm.

これは、熱処理温度が高くなると、生成した複合タングステン酸化物粒子の昇華に熱エネルギーが使われ、昇華により粒子が弾けて微細な粒子径の粒子が得られるためと推認される。 This is presumed to be because when the heat treatment temperature becomes high, thermal energy is used to sublimate the generated composite tungsten oxide particles, and the particles burst due to sublimation, resulting in particles having a fine particle size.

なお、同様の傾向が他の組成の複合タングステン酸化物粒子の製造でも見られることが確認された。このため、特に微細なナノ粒子である複合タングステン酸化物粒子を得るためには、熱処理温度は1000℃以上とすることが好ましい。すなわち、特に微細なナノ粒子を得ることを目的とする場合、熱処理工程では被処理物を1000℃以上で熱処理することが好ましい。 It was confirmed that a similar tendency was observed in the production of composite tungsten oxide particles having other compositions. Therefore, in order to obtain composite tungsten oxide particles that are particularly fine nanoparticles, the heat treatment temperature is preferably 1000° C. or higher. That is, when the purpose is to obtain particularly fine nanoparticles, it is preferable that the object to be treated be heat treated at 1000° C. or higher in the heat treatment step.

熱処理工程における、被処理物の熱処理温度の上限は特に限定されないが、過度に高温まで昇温しようとすると、加熱装置のコストが高くなる恐れがあることから、1500℃以下であることが好ましい。 The upper limit of the heat treatment temperature of the object to be treated in the heat treatment step is not particularly limited, but if the temperature is raised to an excessively high temperature, the cost of the heating device may increase, so it is preferably 1500° C. or lower.

また、粒子径が100nm未満のナノ粒子の複合タングステン酸化物粒子を製造することを目的とする場合、熱処理工程において被処理物を1000℃以上に熱処理することに加えて、1000℃以上の熱処理温度での熱処理時間を1秒以上とすることが好ましく、3秒以上とすることがより好ましい。これは、1000℃以上の熱処理温度での熱処理時間を1秒以上とすることで、生成した複合タングステン酸化物粒子に対して、十分な熱エネルギーを与えて昇華させ、より確実に例えば粒子径が100nm未満のナノ粒子とすることができるからである。 In addition, when the purpose is to produce nanoparticle composite tungsten oxide particles with a particle size of less than 100 nm, in addition to heat-treating the object to be treated at a temperature of 1000°C or higher in the heat treatment process, a heat treatment temperature of 1000°C or higher is required. The heat treatment time is preferably 1 second or more, more preferably 3 seconds or more. By setting the heat treatment time to 1 second or more at a heat treatment temperature of 1000°C or higher, sufficient thermal energy is given to the generated composite tungsten oxide particles to sublimate them, and the particle size can be more reliably reduced, for example. This is because nanoparticles with a diameter of less than 100 nm can be obtained.

1000℃以上の熱処理温度での熱処理時間の上限値は特に限定されないが、過度に長くしようとすると、熱処理炉の大きさが大きくなり、生産性が低下する恐れや、析出した粉末がフィルターまで到達せずに反応部の配管の内部に落下して閉塞する恐れがある。このため、1000℃以上の熱処理温度での熱処理時間は、例えば100秒以下とすることが好ましい。 The upper limit of the heat treatment time at a heat treatment temperature of 1000°C or higher is not particularly limited, but if you try to make it too long, the size of the heat treatment furnace will increase, which may reduce productivity, or the precipitated powder may reach the filter. Otherwise, it may fall into the reaction section piping and cause a blockage. Therefore, the heat treatment time at a heat treatment temperature of 1000° C. or higher is preferably 100 seconds or less, for example.

液滴形成工程で形成した液滴は、例えばキャリアガスにより電気炉等に搬送され、上述の熱処理工程を実施できる。このため、例えばキャリアガスの流量等を制御することにより、熱処理工程の時間を調整することができる。 The droplets formed in the droplet forming step can be transported to an electric furnace or the like by, for example, a carrier gas, and subjected to the above-described heat treatment step. Therefore, for example, by controlling the flow rate of the carrier gas, etc., the time of the heat treatment process can be adjusted.

なお、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、熱処理工程の前に昇温工程をさらに有することもできる。 Note that the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of this embodiment may further include a temperature raising step before the heat treatment step.

昇温工程では、例えば被処理物である液滴を500℃まで昇温する工程とすることができる。また、例えば上述のように粒子径が特に小さいナノ粒子とする場合には、昇温工程は、被処理物である液滴を1000℃まで昇温する工程とすることができる。 The temperature raising step can be a step of raising the temperature of the droplet, which is the object to be processed, to 500° C., for example. Further, for example, in the case of nanoparticles having a particularly small particle size as described above, the temperature raising step can be a step of raising the temperature of the droplet, which is the object to be treated, to 1000°C.

昇温工程の後は、熱処理工程において熱処理を実施できる。なお、熱処理工程においても必要に応じて所定の温度まで昇温することはできる。 After the temperature raising step, heat treatment can be performed in a heat treatment step. Note that in the heat treatment step, the temperature can be raised to a predetermined temperature as necessary.

昇温工程に要する時間は特に限定されるものではなく、任意に選定することができる。 The time required for the temperature raising step is not particularly limited and can be arbitrarily selected.

既述の様に、被処理物であるタングステン源とM元素源とを含む原料混合溶液の液滴中に含まれる溶媒は、昇温工程の昇温する過程で蒸発し、より高温になるとタングステン源や、M元素源が分解する。そして、係る分解過程でタングステンと、M元素とが反応して複合タングステン酸化物が形成される。
(還元処理工程)
熱処理工程を経て得られた粒子、具体的には複合タングステン酸化物粒子は、赤外線吸収特性を発現しないことがあった。そこで、本発明の発明者らが検討を行ったところ、熱処理工程を経て得られた複合タングステン酸化物粒子について還元処理を行う還元処理工程をさらに実施することで、複合タングステン酸化物粒子は、赤外線吸収特性を発現できることを見出した。
As mentioned above, the solvent contained in the droplets of the raw material mixture solution containing the tungsten source and M element source, which are the objects to be treated, evaporates during the heating process, and as the temperature rises, tungsten source or M element source decomposes. Then, in the decomposition process, tungsten and the M element react to form a composite tungsten oxide.
(Reduction treatment process)
Particles obtained through the heat treatment process, specifically composite tungsten oxide particles, sometimes do not exhibit infrared absorption characteristics. Therefore, the inventors of the present invention conducted a study and found that by further carrying out a reduction treatment step in which the composite tungsten oxide particles obtained through the heat treatment step are reduced, the composite tungsten oxide particles can be It has been found that absorption properties can be expressed.

このため、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、熱処理工程で得られた粒子を、還元性ガスを含む雰囲気下で還元処理する還元処理工程を有することができる。 Therefore, the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment can include a reduction treatment step in which the particles obtained in the heat treatment step are reduced in an atmosphere containing a reducing gas.

還元処理の条件は特に限定されないが、還元処理後の複合タングステン酸化物粒子をX線回折パターンにより解析した場合に、還元処理工程の前後で結晶構造が変化せず、かつ金属のタングステン等が析出しないように還元処理の条件を選択することが好ましい。 The conditions of the reduction treatment are not particularly limited, but when the composite tungsten oxide particles after the reduction treatment are analyzed by X-ray diffraction pattern, the crystal structure does not change before and after the reduction treatment process, and metal tungsten etc. is precipitated. It is preferable to select the conditions for the reduction treatment so as not to cause this.

還元処理工程では、熱処理工程で得られた複合タングステン酸化物を、還元性ガスを含む還元雰囲気下で昇温と降温を行うことで、すなわち熱処理を行うことで還元処理できる。 In the reduction treatment step, the composite tungsten oxide obtained in the heat treatment step can be reduced by increasing and decreasing the temperature in a reducing atmosphere containing a reducing gas, that is, by performing heat treatment.

還元処理工程の間、複合タングステン酸化物粒子は撹拌しても静置してもよく、還元処理工程での複合タングステン酸化物粒子の取り扱いは適宜選択できるが、金属のタングステンが析出しないように取扱い条件を選択することが好ましい。 During the reduction treatment process, the composite tungsten oxide particles may be stirred or left standing, and the handling of the composite tungsten oxide particles during the reduction treatment process can be selected as appropriate, but it must be handled in such a way that metallic tungsten does not precipitate. It is preferable to select the conditions.

還元処理の温度(還元処理温度)は、500℃以上とすることができ、望ましくは500℃以上700℃未満で、より望ましくは550℃以上650℃以下であり、さらに望ましくは550℃以上650℃未満である。なお、液滴形成工程において、原料濃度を低下させると得られる粒子サイズは小径化する。小径化した粒子はより還元しやすくなるため、還元処理工程における温度を従来よりも低下させることができる。室温から、還元処理の温度まで昇温後、再び室温まで降温することができる。 The temperature of the reduction treatment (reduction treatment temperature) can be 500°C or higher, preferably 500°C or higher and lower than 700°C, more preferably 550°C or higher and 650°C or lower, and even more preferably 550°C or higher and lower than 650°C. less than In addition, in the droplet formation step, when the raw material concentration is lowered, the resulting particle size becomes smaller. Since the particles having a smaller diameter are more easily reduced, the temperature in the reduction treatment step can be lowered than before. After raising the temperature from room temperature to the temperature for reduction treatment, the temperature can be lowered to room temperature again.

還元条件は、得られる複合タングステン酸化物粒子の光学特性から、定めることができる。 The reduction conditions can be determined from the optical properties of the composite tungsten oxide particles obtained.

還元処理の温度を500℃以上とすることで複合タングステン酸化物粒子について還元処理を進め、赤外線吸収特性をより確実に発揮できる。また、700℃未満とすることで、複合タングステン酸化物粒子が金属タングステンに還元されることを抑制できる。 By setting the temperature of the reduction treatment to 500° C. or higher, the reduction treatment can proceed on the composite tungsten oxide particles, and the infrared absorption characteristics can be more reliably exhibited. Further, by setting the temperature to be less than 700°C, reduction of the composite tungsten oxide particles to metallic tungsten can be suppressed.

還元雰囲気は、アルゴンなどの不活性ガスと、Hガス(水素ガス)等の還元性ガスとの混合ガスによる雰囲気とすることが好ましく、還元性ガスはHガスが望ましい。 The reducing atmosphere is preferably an atmosphere containing a mixed gas of an inert gas such as argon and a reducing gas such as H 2 gas (hydrogen gas), and the reducing gas is preferably H 2 gas.

還元性ガスとしてHガスを用いる場合、還元雰囲気中のHガスの含有量は、適宜選択できるが、Hガスの含有量は、体積割合で0.1%以上10%以下の範囲が好ましく、2%以上10%以下の範囲がより好ましい。還元性ガスのみの雰囲気で還元すると、還元反応が過剰に進み金属のタングステンが析出することがあるので注意が必要である。 When using H2 gas as the reducing gas, the content of H2 gas in the reducing atmosphere can be selected as appropriate, but the content of H2 gas should be in the range of 0.1% to 10% by volume. It is preferably in the range of 2% or more and 10% or less. Care must be taken when reducing in an atmosphere containing only a reducing gas, as the reduction reaction may proceed excessively and metal tungsten may precipitate.

還元処理工程の時間は、昇温から、降温までの全時間で30分以上とすることが望ましい。還元処理工程の時間の上限は特に限定されず、例えば過度に還元が進行しないように予備試験等を行い、選択することが好ましい。なお、ここでいう昇温から降温までの全時間とは、室温から昇温を開始し、還元処理温度に達した後、室温に冷却するまでの時間を意味する。なお、係る時間、複合タングステン酸化物粒子は、既述の還元雰囲気下に置かれていることが好ましい。 The time required for the reduction treatment step is desirably 30 minutes or more in total from temperature rise to temperature fall. The upper limit of the time for the reduction treatment step is not particularly limited, and it is preferable to select it after conducting a preliminary test, for example, to prevent the reduction from proceeding excessively. In addition, the total time from temperature rise to temperature fall here means the time from starting temperature rise from room temperature until it cools down to room temperature after reaching the reduction treatment temperature. In addition, it is preferable that the composite tungsten oxide particles are placed under the above-mentioned reducing atmosphere for such a period of time.

このように還元処理工程を実施することで、熱処理工程後に得られた複合タングステン酸化物粒子について、目的としない異相を、目的とする複合タングステン酸化物相に変換させることができる。 By performing the reduction treatment step in this manner, it is possible to convert the unintended foreign phase of the composite tungsten oxide particles obtained after the heat treatment step into the intended composite tungsten oxide phase.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、ここまで説明した液滴形成工程、熱処理工程、還元処理工程以外にもさらに任意の工程を有することもできる。例えば以下に説明する解砕処理工程をさらに有することができる。
(解砕処理工程)
本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、還元処理工程によって得られた粒子を、解砕処理することもできる。すなわち、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、上述のように還元処理工程で得られた粒子に解砕処理を行う解砕処理工程をさらに有することもできる。
The method for manufacturing composite tungsten oxide particles of the present embodiment may further include any steps other than the droplet forming step, heat treatment step, and reduction treatment step described above. For example, it can further include a crushing process described below.
(Crushing process)
In the method for producing composite tungsten oxide particles of this embodiment, the particles obtained by the reduction treatment step can also be subjected to a crushing treatment. That is, the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of the present embodiment can further include a crushing process of subjecting the particles obtained in the reduction process to crushing as described above.

本実施形態に係る複合タングステン酸化物粒子の製造方法により得られる複合タングステン酸化物粒子の平均粒子径は、800nm以下であることが好ましい。しかし、還元処理工程によって得られた粒子は凝集していることがある。この様に還元処理工程後に得られる粒子に凝集が生じる場合があるのはナノサイズの粒子を気相法で合成し、乾燥した粉末の形態で捕集しているため、またこの乾燥した粉末を還元処理する際に熱エネルギーを加えるため、と考えられる。複合タングステン酸化物粒子は分散した状態であると可視光線領域における特に優れた透過特性と赤外線領域における特に高い吸収特性を示すことが知られる。このため、還元処理工程後に得られる粒子の状態によっては、弱い解砕処理を行うことで分散したナノサイズの粒子とすることが好ましい。 The average particle diameter of the composite tungsten oxide particles obtained by the method for manufacturing composite tungsten oxide particles according to the present embodiment is preferably 800 nm or less. However, the particles obtained by the reduction treatment step may be agglomerated. The reason that agglomeration may occur in the particles obtained after the reduction treatment process is because the nano-sized particles are synthesized by a gas phase method and collected in the form of a dry powder. This is thought to be due to the addition of thermal energy during the reduction process. It is known that composite tungsten oxide particles in a dispersed state exhibit particularly excellent transmission characteristics in the visible light region and particularly high absorption characteristics in the infrared region. Therefore, depending on the state of the particles obtained after the reduction treatment step, it is preferable to perform a weak crushing treatment to obtain dispersed nano-sized particles.

解砕処理工程において用いる解砕手段としては特に限定されないが、例えば、ビーズミル、ボールミル、サンドミル、ペイントシェーカー、超音波ホモジナイザーなどの装置を用いた解砕処理方法が挙げられる。その中でも、媒体メディア(ビーズ、ボール、オタワサンド)を用いるビーズミル、ボールミル、サンドミル、ペイントシェーカー等の媒体撹拌ミルで解砕させることが、所望とする平均粒子径とするために要する時間を短縮する観点から好ましい。 The crushing means used in the crushing process is not particularly limited, but examples include crushing methods using devices such as bead mills, ball mills, sand mills, paint shakers, and ultrasonic homogenizers. Among these, crushing with a media agitation mill such as a bead mill, ball mill, sand mill, paint shaker, etc. using media (beads, balls, Ottawa sand) shortens the time required to obtain the desired average particle size. Preferable from this point of view.

なお、既述の様に固相法で合成した複合タングステン酸化物はサブミクロンサイズの粒子をナノサイズまで粉砕するためには、例えば粒径が0.3mmのビーズを用いて数時間以上の粉砕処理を行う必要がある。一般に、解砕や粉砕処理では粒子径の大きなビーズを用いると、ビーズ同士の衝突エネルギーが増加することで解砕や粉砕時に被処理粒子が受けるエネルギーが増加する。そのため、粒径が大きな媒体を用いることで、結果として解砕後の被処理粒子の粒子径は細かくできる。しかしながら、この様に粒径の大きな媒体を用いると、解砕や、粉砕時に被処理粒子がダメージを受けて、被処理粒子を構成する物質の結晶構造が変化する場合がある。 As mentioned above, the composite tungsten oxide synthesized by the solid phase method must be crushed for several hours or more using beads with a particle size of 0.3 mm, for example, in order to crush submicron-sized particles to nano-sized particles. It is necessary to perform processing. Generally, when beads with large particle diameters are used in crushing or crushing, the collision energy between the beads increases, which increases the energy received by the particles to be treated during crushing or crushing. Therefore, by using a medium with a large particle size, the particle size of the particles to be treated after crushing can be reduced. However, when such a medium with a large particle size is used, the particles to be treated may be damaged during crushing or pulverization, and the crystal structure of the substance constituting the particles to be treated may change.

一方、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法において、還元処理工程後に得られる複合タングステン酸化物粒子が既に細かく、また弱い力で凝集しているに過ぎない。このため、本実施形態の複合タングステン酸化物の製造方法において解砕処理工程を実施する場合、解砕用の媒体としては例えば粒径が10μm以上500μm以下のビーズを好適に用いることができ、該ビーズを用いて解砕処理を行うことができる。これは、解砕用の媒体として、粒径が500μm以下のビーズを用いることで、複合タングステン酸化物粒子に過剰なエネルギーを加え、結晶構造が変化すること等を抑制できるからである。また、粒径が10μm以上のビーズを用いることで、複合タングステン酸化物粒子を十分に解砕し、ナノサイズの粒子とすることができるからである。 On the other hand, in the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment, the composite tungsten oxide particles obtained after the reduction treatment step are already fine and are only aggregated with a weak force. Therefore, when carrying out the crushing treatment step in the method for producing composite tungsten oxide of the present embodiment, beads having a particle size of 10 μm or more and 500 μm or less, for example, can be suitably used as the crushing medium. Disintegration treatment can be performed using beads. This is because by using beads with a particle size of 500 μm or less as a crushing medium, it is possible to suppress changes in the crystal structure due to excessive energy being applied to the composite tungsten oxide particles. Further, by using beads having a particle size of 10 μm or more, the composite tungsten oxide particles can be sufficiently crushed to form nano-sized particles.

解砕用の媒体として用いるビーズの材質は特に限定されないが、解砕処理工程後に、分散液中で複合タングステン酸化物粒子と比重の差により分離することが可能な材料であることが好ましく、例えばジルコニア製のビーズ、すなわちジルコニアビーズを好適に用いることができる。 The material of the beads used as the crushing medium is not particularly limited, but it is preferably a material that can be separated from the composite tungsten oxide particles in the dispersion liquid due to the difference in specific gravity after the crushing process. Zirconia beads, ie, zirconia beads, can be suitably used.

また、解砕工程における解砕処理の時間は特に限定されないが、例えば5分以上1時間以下であることが好ましい。これは、解砕処理の時間を1時間以下とすることで、複合タングステン酸化物粒子に過剰なエネルギーを加え、結晶構造が変化すること等を特に抑制できるからである。また、解砕処理の時間を5分以上とすることで、複合タングステン酸化物粒子を十分に解砕し、ナノサイズの粒子とすることができるからである。
[複合材料製造装置、還元処理装置]
本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法に好適に用いることができる複合材料製造装置、還元処理装置の構成例について以下に説明する。
(複合材料製造装置)
図1は、複合材料製造装置10を模式的に示した図である。
Further, the time for the crushing treatment in the crushing step is not particularly limited, but is preferably, for example, 5 minutes or more and 1 hour or less. This is because by setting the crushing time to one hour or less, it is possible to particularly suppress changes in the crystal structure due to excessive energy being applied to the composite tungsten oxide particles. Further, by setting the crushing time to 5 minutes or more, the composite tungsten oxide particles can be sufficiently crushed to form nano-sized particles.
[Composite material manufacturing equipment, reduction processing equipment]
A configuration example of a composite material manufacturing apparatus and a reduction treatment apparatus that can be suitably used in the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of this embodiment will be described below.
(Composite material manufacturing equipment)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a composite material manufacturing apparatus 10. As shown in FIG.

複合材料製造装置10は、液滴形成部11と、輸送部12と、反応部13と、回収部14とを有することができ、既述の液滴形成工程や、昇温工程、熱処理工程を実施することができる。 The composite material manufacturing apparatus 10 can include a droplet forming section 11, a transport section 12, a reaction section 13, and a recovery section 14, and can perform the droplet forming step, temperature raising step, and heat treatment step described above. It can be implemented.

なお、図1に示すように、液滴形成部11と、輸送部12と、反応部13と、回収部14とは配管により接続しておくことが好ましい。 In addition, as shown in FIG. 1, it is preferable that the droplet forming part 11, the transport part 12, the reaction part 13, and the collection part 14 be connected by piping.

液滴形成部11には、必要に応じて付帯設備を接続しておくことができる。例えば液滴形成部11には、原料溶液であるタングステン源を含む溶液を格納する第1格納部151や、M元素源を含む溶液を格納する第2格納部152を接続しておくことができる。なお、第1格納部151と液滴形成部11との間の配管や、第2格納部152と液滴形成部11との間の配管には、例えばポンプ151A、152Aをそれぞれ設けておき、所望の流速で各溶液を液滴形成部11に供給可能に構成できる。また、液滴形成部11で形成した液滴を輸送部12等に搬送するためのキャリアガスを収納したキャリアガスタンク16を接続しておくことができる。 Additional equipment can be connected to the droplet forming section 11 as necessary. For example, the droplet forming section 11 can be connected to a first storage section 151 that stores a solution containing a tungsten source, which is a raw material solution, and a second storage section 152 that stores a solution that contains an M element source. . Note that, for example, pumps 151A and 152A are provided in the piping between the first storage section 151 and the droplet formation section 11 and the piping between the second storage section 152 and the droplet formation section 11, respectively. Each solution can be configured to be supplied to the droplet forming section 11 at a desired flow rate. Further, a carrier gas tank 16 containing a carrier gas for transporting the droplets formed in the droplet forming section 11 to the transport section 12 or the like can be connected.

そして、第1格納部151、及び第2格納部152から液滴形成部11に供給されたタングステン源を含む溶液、およびM元素源を含む溶液は、図1に示した装置では液滴形成部11内の上部で混合され、原料混合溶液が形成される。次いで、形成された原料混合溶液を用いて、液滴形成部11により液滴が形成される。 In the apparatus shown in FIG. The raw materials are mixed at the upper part of the chamber 11 to form a raw material mixed solution. Next, droplets are formed by the droplet forming section 11 using the formed raw material mixed solution.

なお、図1に示した液滴形成部11は超音波噴霧装置の場合を例に示しており、例えば超音波照射部111により、原料混合溶液に超音波が照射され、液滴が形成される。 Note that the droplet forming unit 11 shown in FIG. 1 is an example of an ultrasonic spraying device, and for example, the ultrasonic irradiation unit 111 irradiates the raw material mixed solution with ultrasonic waves to form droplets. .

上述のように、液滴形成部11にはキャリアガスを充てんしたキャリアガスタンク16を接続しておくことができ、該キャリアガスタンク16から液滴形成部11に対してキャリアガスが供給される。そして、液滴形成部11で形成した液滴はキャリアガスにより搬送され、輸送部12を介して反応部13に供給される。 As described above, the droplet forming section 11 can be connected to the carrier gas tank 16 filled with carrier gas, and the carrier gas is supplied to the droplet forming section 11 from the carrier gas tank 16 . The droplets formed in the droplet forming section 11 are transported by a carrier gas and supplied to the reaction section 13 via the transport section 12.

輸送部12は、液滴形成部11と、反応部13とを接続しており、液滴形成部11で形成した液滴を反応部13へと供給することができる。輸送部12を通過する液滴を予め加熱し、反応部13の温度が下がらないように、輸送部12内を加熱できるように構成しておくことが好ましい。具体的には例えば、輸送部12の外側にヒーターを巻きつける等して設置し、輸送部12の内部の温度を30℃以上80℃以下に保つことが好ましい。 The transport unit 12 connects the droplet forming unit 11 and the reaction unit 13 and can supply droplets formed in the droplet forming unit 11 to the reaction unit 13. It is preferable to heat the droplets passing through the transport section 12 in advance so that the inside of the transport section 12 can be heated so that the temperature of the reaction section 13 does not drop. Specifically, for example, it is preferable to install a heater wrapped around the outside of the transport section 12 to maintain the temperature inside the transport section 12 at 30° C. or higher and 80° C. or lower.

反応部13では、既述の昇温工程、及び熱処理工程を実施することができる。このため、反応部13は、例えば図1に示したように耐熱性の配管131と、該配管131を加熱するヒーター132とを有することができる。 In the reaction section 13, the above-mentioned temperature raising step and heat treatment step can be carried out. For this reason, the reaction section 13 can include, for example, a heat-resistant pipe 131 and a heater 132 that heats the pipe 131, as shown in FIG.

配管131としては、例えばセラミック製の配管を用いることができる。 As the pipe 131, for example, a ceramic pipe can be used.

反応部13の長さは特に限定されるものではなく、昇温工程、及び熱処理工程の所定の温度まで加熱することができ、熱処理工程の時間を十分に確保できるように選択することが好ましい。 The length of the reaction section 13 is not particularly limited, and is preferably selected so that it can be heated to a predetermined temperature in the temperature raising step and the heat treatment step, and a sufficient time can be secured for the heat treatment step.

反応部13の配管131の長さは、所定の温度まで加熱し、熱処理工程の時間を十分に確保する観点から1m以上であることが好ましい。配管131の長さの上限は特に限定されないが、過度に長くすると多くのキャリアガスを要することになり、また装置のサイズも大きくなることから、5m以下であることが好ましい。 The length of the pipe 131 of the reaction section 13 is preferably 1 m or more from the viewpoint of heating to a predetermined temperature and ensuring sufficient time for the heat treatment process. The upper limit of the length of the piping 131 is not particularly limited, but if it is too long, a large amount of carrier gas will be required and the size of the device will also increase, so it is preferably 5 m or less.

また、配管131の直径(内径)についても特に限定されないが、生産性の観点から2cm以上であることが好ましい。配管131の直径(内径)の上限値は特に限定さないが、その中心部と、壁面部との温度差が過度に大きくならないように選択することが好ましく、配管131の直径は例えば20cm以下であることが好ましい。 Further, the diameter (inner diameter) of the pipe 131 is not particularly limited either, but from the viewpoint of productivity, it is preferably 2 cm or more. The upper limit of the diameter (inner diameter) of the pipe 131 is not particularly limited, but it is preferably selected so that the temperature difference between the center and the wall surface does not become excessively large, and the diameter of the pipe 131 is, for example, 20 cm or less. It is preferable that there be.

反応部13の配管131は、その長手方向に沿って温度勾配を有するのが通常である。例えば、反応部入口131A側の温度が低く、反応部出口131Bに向かって温度が上昇する。 The piping 131 of the reaction section 13 usually has a temperature gradient along its longitudinal direction. For example, the temperature at the reaction section inlet 131A is low, and the temperature increases toward the reaction section outlet 131B.

このため、反応部出口131B近傍に温度が500℃以上となる温度領域を形成できるように、各種条件を設定することが好ましい。 Therefore, it is preferable to set various conditions so that a temperature region of 500° C. or higher can be formed near the reaction section outlet 131B.

また、特に既述の熱処理工程において被処理物を1000℃以上の温度で熱処理する場合には、反応部出口131B近傍に温度が1000℃以上となる温度領域を形成できるように、各種条件を設定することが好ましい。また、熱処理工程において、例えば1000℃以上の温度での熱処理時間を1秒以上とする場合、反応部13内の1000℃以上となる温度領域を、被処理物が通過する時間が1秒以上となるように、各種条件を設定することが好ましい。具体的には例えば、配管131内の温度分布を予め測定しておき、キャリアガスの供給速度等を調整することが好ましい。 In addition, especially when the object to be treated is heat-treated at a temperature of 1000°C or higher in the heat treatment process described above, various conditions are set so that a temperature region of 1000°C or higher can be formed near the reaction section outlet 131B. It is preferable to do so. In addition, in the heat treatment process, for example, when the heat treatment time at a temperature of 1000°C or more is set to 1 second or more, the time for the object to be processed to pass through the temperature region of 1000°C or higher in the reaction section 13 is 1 second or more. It is preferable to set various conditions so that Specifically, for example, it is preferable to measure the temperature distribution inside the pipe 131 in advance and adjust the supply rate of the carrier gas, etc.

回収部14では、反応部13で生成した複合タングステン酸化物粒子を回収することができる。回収部14の構成は特に限定されるものではなく、製造する複合タングステン酸化物粒子の粒径等に応じて選択することができる。回収部14としては、例えば各種フィルターを用いることができる。もしくは、静電型捕集器を用いることができる。なお、回収部14でタングステン源を含む溶液等に含まれていた液体などが析出しないように、回収部14の周囲にヒーター等の加熱手段を配置し、加熱しておくこともできる。 In the recovery section 14, the composite tungsten oxide particles generated in the reaction section 13 can be recovered. The configuration of the recovery section 14 is not particularly limited, and can be selected depending on the particle size of the composite tungsten oxide particles to be manufactured. As the collection unit 14, various filters can be used, for example. Alternatively, an electrostatic collector can be used. Note that in order to prevent the liquid contained in the solution containing the tungsten source from precipitating in the recovery section 14, a heating means such as a heater may be placed around the recovery section 14 to heat it.

複合材料製造装置10の内部は密閉されており、キャリアガスタンク16から液滴形成部11にガスが流入し、回収部14から流出するようにガス流が構成されていることが好ましい。
(還元処理装置)
還元処理装置では、既述の還元処理工程を実施することができる。
Preferably, the inside of the composite material manufacturing apparatus 10 is sealed, and the gas flow is configured such that gas flows from the carrier gas tank 16 into the droplet forming section 11 and flows out from the recovery section 14.
(reduction processing device)
In the reduction treatment apparatus, the reduction treatment process described above can be carried out.

還元処理装置は、既述の還元処理工程を実施できるように構成されていればよく、特に限定されない。例えば、既述の複合材料製造装置で得られた粒子である複合タングステン酸化物粒子を格納する容器と、該容器内に還元雰囲気とする混合ガスを供給するガス配管と、該容器を加熱する熱源を備えればよい。 The reduction treatment apparatus is not particularly limited as long as it is configured to be able to carry out the reduction treatment process described above. For example, a container that stores composite tungsten oxide particles that are particles obtained by the above-mentioned composite material manufacturing apparatus, a gas pipe that supplies a mixed gas to create a reducing atmosphere into the container, and a heat source that heats the container. All you have to do is prepare.

なお、容器内に還元雰囲気とする混合ガスを導入、排気し、被処理物である複合タングステン酸化物粒子を該混合ガスの気流下に置くこともできる。この場合には、係る気流を形成できるように、ガス配管として混合ガスの供給配管、及び排気配管を設けておくことができる。 Note that it is also possible to introduce a mixed gas to create a reducing atmosphere into the container and exhaust it, and place the composite tungsten oxide particles, which are the objects to be treated, under the airflow of the mixed gas. In this case, a mixed gas supply pipe and an exhaust pipe may be provided as gas pipes so as to form such an air flow.

また、容器内の複合タングステン酸化物粒子を撹拌する撹拌羽なども併用してもよい。 Further, a stirring blade or the like may be used in combination to stir the composite tungsten oxide particles in the container.

図2は還元処理装置の一構成例を模式的に示した図であり、還元処理装置20の反応管21の中心軸を通る面での断面図を示している。 FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration example of a reduction treatment apparatus, and shows a cross-sectional view taken along a plane passing through the central axis of the reaction tube 21 of the reduction treatment apparatus 20. As shown in FIG.

還元処理装置20は、横型の管状炉であり、反応管21の一方の口21Aに図示しないガス導入管を、該管状炉の他方の口21Bに図示しないガス排気管を取り付けて用いることができる。そして、一方の口21A側から還元雰囲気とする混合ガスを供給することで、反応管21内を還元雰囲気とすることができる。 The reduction treatment apparatus 20 is a horizontal tubular furnace, and can be used by attaching a gas inlet pipe (not shown) to one port 21A of the reaction tube 21 and a gas exhaust pipe (not shown) to the other port 21B of the tube furnace. . By supplying a mixed gas to create a reducing atmosphere from one port 21A side, a reducing atmosphere can be created in the reaction tube 21.

反応管21の周囲にはヒーター22を設けておくことができ、複合タングステン酸化物粒子は、ボート等のセラミック製の容器23に入れ、管状炉の反応管21内のヒーター22に対応した位置に配置できる。 A heater 22 can be provided around the reaction tube 21, and the composite tungsten oxide particles are placed in a ceramic container 23 such as a boat and placed at a position corresponding to the heater 22 in the reaction tube 21 of the tube furnace. Can be placed.

係る還元処理装置20を用い、反応管21内を還元雰囲気とし、ヒーター22により所望の温度に加熱することで、容器23に入れられた複合タングステン酸化物粒子24の還元処理を行うことができる。 By using the reduction processing apparatus 20, creating a reducing atmosphere in the reaction tube 21, and heating it to a desired temperature with the heater 22, the composite tungsten oxide particles 24 placed in the container 23 can be reduced.

以上に説明した本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法によれば、液滴形成部や、ヒーター等の導入コストの低い設備を用いることができる。また、近赤外線吸収粒子である複合タングステン酸化物粒子を、長時間の粉砕などのプロセスを経ることなく直接的に得ることができ、工程数も少なくすることができる。従って、容易に複合タングステン酸化物粒子を製造できる。 According to the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of the present embodiment described above, it is possible to use equipment with low installation cost, such as a droplet forming section and a heater. Furthermore, composite tungsten oxide particles, which are near-infrared absorbing particles, can be obtained directly without going through a long process such as pulverization, and the number of steps can be reduced. Therefore, composite tungsten oxide particles can be easily produced.

さらに、還元処理工程を実施することで、確実に赤外線吸収特性を発現することができ、また熱処理工程で合成された複合タングステン酸化物粒子に異相が含まれても、異相を低減、除去できる。そのため、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、産業上の利用価値が高い。 Furthermore, by performing the reduction treatment step, infrared absorption characteristics can be reliably expressed, and even if the composite tungsten oxide particles synthesized in the heat treatment step contain foreign phases, the foreign phases can be reduced and removed. Therefore, the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of this embodiment has high industrial utility value.

以下に具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[比較例1]
図1に示した複合材料製造装置10を用いて、複合タングステン酸化物粒子として、Cs0.32WO粒子の製造を行い、評価を行った。以下、具体的な条件について説明する。
The present invention will be described below with reference to specific examples, but the present invention is not limited to these examples.
[Comparative example 1]
Using the composite material manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 1, Cs 0.32 WO 3 particles were manufactured as composite tungsten oxide particles and evaluated. The specific conditions will be explained below.

図1に示した複合材料製造装置10は、液滴形成部11と、輸送部12と、反応部13と、回収部14とを有しており、液滴形成部11と、輸送部12と、反応部13と、回収部14とは配管により接続されている。 The composite material manufacturing apparatus 10 shown in FIG. , the reaction section 13 and the recovery section 14 are connected by piping.

液滴形成部11には、原料溶液であるタングステン源を含む溶液を格納する第1格納部151、M元素源を含む溶液を格納する第2格納部152、液滴形成部11で形成した液滴を輸送部12等に搬送するためのキャリアガスを収納したキャリアガスタンク16を接続しておいた。 The droplet forming unit 11 includes a first storage unit 151 that stores a solution containing a tungsten source as a raw material solution, a second storage unit 152 that stores a solution containing an M element source, and a liquid formed in the droplet forming unit 11. A carrier gas tank 16 containing a carrier gas for transporting the droplets to the transport section 12 and the like was connected.

まず、タングステン源を含む溶液として、(NH10(W1241)・5HOで表されるパラタングステン酸アンモニウム(ATP)(関東化学製 純度:88~90%)、及び超純水を用いて1.25mmol/Lのパラタングステン酸アンモニウム水溶液を調製した。そして、係るパラタングステン酸アンモニウム水溶液は、第1格納部151に入れ、第1格納部151に配管で接続された液滴形成部11に、ポンプ151Aにより連続して供給されるように構成した。 First, as a solution containing a tungsten source, ammonium paratungstate (ATP) represented by (NH 4 ) 10 (W 12 O 41 )·5H 2 O (manufactured by Kanto Kagaku, purity: 88 to 90%), and ultrapure A 1.25 mmol/L ammonium paratungstate aqueous solution was prepared using water. The ammonium paratungstate aqueous solution was placed in the first storage section 151 and was configured to be continuously supplied to the droplet forming section 11 connected to the first storage section 151 via piping by a pump 151A.

また、M元素源を含む溶液として、炭酸セシウム(シグマアルドリッチ社製)、及び超純水を用いて2.4mmol/Lの炭酸セシウム水溶液を調製した。そして、係る炭酸セシウム水溶液は、第2格納部152に入れ、第2格納部152に配管で接続された液滴形成部11に、ポンプ152Aにより連続して供給されるように構成した。 Further, as a solution containing an M element source, a 2.4 mmol/L cesium carbonate aqueous solution was prepared using cesium carbonate (manufactured by Sigma-Aldrich) and ultrapure water. The cesium carbonate aqueous solution was placed in the second storage section 152 and was configured to be continuously supplied to the droplet forming section 11 connected to the second storage section 152 via piping by a pump 152A.

なお、上述のようにポンプ151A、152Aにより第1格納部151、及び第2格納部152から、配管を介して液滴形成部11に各溶液が一定の流速で供給され、液滴形成部11内の上部で両溶液が混合され原料混合溶液が形成されるように構成されている。そして、液滴形成部11内で形成される原料混合溶液中の1モルのタングステンに対するセシウムのモル数の割合が0.32となるように供給速度、及び各溶液の濃度を調整した。具体的には、上記各溶液を等量づつ、すなわち単位時間あたりの供給体積が同じになるように供給した。その結果、原料混合溶液中では、0.625mmol/Lのパラタングステン酸アンモニウムと1.2mmol/Lの炭酸セシウムとが含まれていた。 Note that, as described above, each solution is supplied from the first storage section 151 and the second storage section 152 to the droplet formation section 11 at a constant flow rate via piping by the pumps 151A and 152A, and the droplet formation section 11 is supplied with each solution at a constant flow rate. Both solutions are mixed at the upper part of the chamber to form a raw material mixed solution. Then, the supply rate and the concentration of each solution were adjusted so that the ratio of the number of moles of cesium to 1 mole of tungsten in the raw material mixed solution formed in the droplet forming section 11 was 0.32. Specifically, each of the above solutions was supplied in equal amounts, that is, the same volume was supplied per unit time. As a result, the raw material mixed solution contained 0.625 mmol/L of ammonium paratungstate and 1.2 mmol/L of cesium carbonate.

液滴形成部11には、キャリアガスタンク16が接続されており、キャリアガスタンク16としては空気ボンベを用いた。そして、複合タングステン酸化物粒子を製造している間、液滴形成部11にはキャリアガスとして空気ガスが4L/minの流量で供給されるように構成した。 A carrier gas tank 16 was connected to the droplet forming section 11, and an air cylinder was used as the carrier gas tank 16. During production of composite tungsten oxide particles, air gas was supplied as a carrier gas to the droplet forming section 11 at a flow rate of 4 L/min.

液滴形成部11には、超音波照射部111が設けられており、液滴形成部11で形成された原料混合溶液に対して超音波を照射し、直径が1μm以上5μm以下の液滴を形成できるように超音波の出力を調整しておいた。なお、液滴形成部11としては、超音波式ネブライザ(オムロンヘルスケア株式会社製 型式:NE-U17 超音波発信周波数1.7MHz)を用いた。 The droplet forming unit 11 is provided with an ultrasonic irradiation unit 111, which irradiates the raw material mixture solution formed in the droplet forming unit 11 with ultrasonic waves to form droplets with a diameter of 1 μm or more and 5 μm or less. The ultrasonic output was adjusted so that it could be formed. Note that as the droplet forming section 11, an ultrasonic nebulizer (manufactured by OMRON Healthcare Co., Ltd., model: NE-U17, ultrasonic transmission frequency: 1.7 MHz) was used.

そして、輸送部12の外側にヒーターを配置し、輸送部12の内部の温度を70℃に保つように構成した。 A heater was placed outside the transport section 12 to keep the temperature inside the transport section 12 at 70°C.

反応部13は、配管131を備えており、配管131にはセラミック製の長さ1.3m、内径28.5mmの円筒形状の管を用いた。 The reaction section 13 was equipped with a pipe 131, which was a cylindrical ceramic pipe with a length of 1.3 m and an inner diameter of 28.5 mm.

反応部13は、ヒーター132により配管131の外部から加熱するように構成されており反応部入口131Aから、反応部出口131Bに向かって温度が高くなるように温度を設定した。 The reaction section 13 was configured to be heated from the outside of the pipe 131 by a heater 132, and the temperature was set so that the temperature increased from the reaction section inlet 131A toward the reaction section outlet 131B.

本比較例では、反応部出口131B近傍における最高温度が1200℃となるようにヒーター132の温度を設定した。本比較例で用いた反応部の温度分布を図3に示す。図3は、配管131の長さ方向に沿って2cm毎に温度を熱電対により測定して得られた温度分布曲線を示したものである。なお、配管131と回収部14との間の配管部分でも一部温度を測定している。図3中横軸は、反応部入口131Aの位置を0とした場合の、反応部入口131Aからの、配管131の長さ方向に沿った測定点の位置(距離)x(cm)を示している。また、図3中縦軸は、配管131の長さ方向の各位置における炉内温度を示している。 In this comparative example, the temperature of the heater 132 was set so that the maximum temperature near the reaction section outlet 131B was 1200°C. FIG. 3 shows the temperature distribution of the reaction section used in this comparative example. FIG. 3 shows a temperature distribution curve obtained by measuring the temperature every 2 cm along the length of the pipe 131 using a thermocouple. Note that the temperature is also partially measured in the piping section between the piping 131 and the recovery section 14. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the position (distance) x (cm) of the measurement point along the length direction of the pipe 131 from the reaction section inlet 131A, assuming that the position of the reaction section inlet 131A is 0. There is. Further, the vertical axis in FIG. 3 indicates the furnace temperature at each position in the length direction of the pipe 131.

図3に示したように、反応部入口131Aから、反応部出口131Bに向かって温度が徐々に高くなるように温度分布が形成され、1000℃以上になる温度領域も設定されていることが確認できる。 As shown in FIG. 3, it was confirmed that the temperature distribution was formed such that the temperature gradually increased from the reaction section inlet 131A toward the reaction section outlet 131B, and that a temperature range of 1000°C or higher was also set. can.

回収部14には、バグフィルターを配置し、反応部13で昇温工程、及び熱処理工程を終え、形成された複合タングステン酸化物粒子を回収できるように構成した。粉末を乾燥させた状態で回収するため、ガラスフィルターの周囲をガラス繊維テープで目張りし、120℃に加熱した。なお、加温しないと蒸発した液滴が析出する場合がある。 A bag filter was disposed in the recovery section 14 so that the composite tungsten oxide particles formed after the temperature raising step and the heat treatment step were completed in the reaction section 13 could be recovered. In order to collect the powder in a dry state, the glass filter was sealed with glass fiber tape and heated to 120°C. Note that if the temperature is not heated, evaporated droplets may precipitate.

以上の条件により、複合タングステン酸化物粒子の製造を行った。 Composite tungsten oxide particles were manufactured under the above conditions.

具体的には、液滴形成部11において、パラタングステン酸アンモニウム水溶液と、炭酸セシウム水溶液との原料混合溶液の液滴を形成し(液滴形成工程)、炉体温度が1200℃に設定された反応部13にキャリアガスにより該液滴を供給し、昇温工程と、熱処理工程とを実施した。反応部13の配管131内は、図3に示した温度分布を有し、キャリアガスの流量を4L/minとしたことから、液滴は1000℃まで昇温され(昇温工程)、1000℃以上の熱処理温度で3.0秒間熱処理がなされている(熱処理工程)。 Specifically, in the droplet forming section 11, droplets of a raw material mixed solution of an ammonium paratungstate aqueous solution and a cesium carbonate aqueous solution were formed (droplet forming step), and the furnace body temperature was set at 1200°C. The droplets were supplied to the reaction section 13 using a carrier gas, and a temperature raising step and a heat treatment step were performed. The inside of the pipe 131 of the reaction section 13 has the temperature distribution shown in FIG. 3, and since the flow rate of the carrier gas was set to 4 L/min, the temperature of the droplet was raised to 1000°C (heating step), and the droplet was heated to 1000°C. Heat treatment is performed for 3.0 seconds at the above heat treatment temperature (heat treatment step).

回収部14で回収された複合タングステン酸化物粒子について以下の評価を行った。
(1)粉末X線回折
得られた複合タングステン酸化物粒子について、粉末X線回折装置(Bruker社製 型式:D2 PHASER)を用い、粉末X線回折パターン(XRDパターン)の測定を行った。なお、線源としてはCuKα線を用い、管電圧40kV、管電流30mAとして粉末X線回折パターンの測定を行った。
The composite tungsten oxide particles recovered by the recovery unit 14 were evaluated as follows.
(1) Powder X-ray Diffraction The powder X-ray diffraction pattern (XRD pattern) of the obtained composite tungsten oxide particles was measured using a powder X-ray diffractometer (model: D2 PHASER, manufactured by Bruker). Note that powder X-ray diffraction patterns were measured using CuKα rays as a radiation source, with a tube voltage of 40 kV and a tube current of 30 mA.

得られたXRDパターンを図4に示す。図4に示したように、XRDパターンから、得られた複合タングステン酸化物粒子は、2θが15、28、30°近傍にCsW1.6相のピークが確認できたものの、ほぼCs0.32WOの単相であることが確認できた。 The obtained XRD pattern is shown in FIG. As shown in FIG. 4, from the XRD pattern, the obtained composite tungsten oxide particles showed peaks of CsW 1.6 O 6 phase near 2θ of 15, 28, and 30°, but almost Cs 0 .32 It was confirmed that it was a single phase of WO3 .

(2)透過率評価
比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子の濃度が0.02質量%となるようにMIBK(メチルイソブチルケトン)に分散した分散液を、光路長10mmの溶液用セルに充填して光学試料を作製した。得られた光学試料を波長300nm~2100nmの範囲で積分球を備えた分光光度計(日本分光社製、型式:V-670)で透過率を測定した。結果を図5に示す。
(2) Transmittance evaluation A dispersion liquid in which the composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 1 were dispersed in MIBK (methyl isobutyl ketone) so that the concentration was 0.02% by mass was placed in a solution cell with an optical path length of 10 mm. was filled to prepare an optical sample. The transmittance of the obtained optical sample was measured in the wavelength range of 300 nm to 2100 nm using a spectrophotometer equipped with an integrating sphere (manufactured by JASCO Corporation, model: V-670). The results are shown in Figure 5.

図5に示すように、比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子は、波長が900nm以上の赤外線領域における吸収を全く発現しなかった。これは、比較例1に係る粒子は還元処理を行っておらず、赤外線吸収特性が発現しなかったためと考えられる。
[実施例1]
タングステン源を含む溶液として、パラタングステン酸アンモニウム(ATP)(関東化学製 純度:88~90%)、及び超純水を用いて10mmol/Lのパラタングステン酸アンモニウム水溶液を調製した。また、M元素源を含む溶液として、炭酸セシウム(シグマアルドリッチ社製)、及び超純水を用いて19.2mmol/Lの炭酸セシウム水溶液を調製した。そして、以上のタングステン源を含む溶液、およびM元素源を含む溶液を用いた点以外は比較例1と同様に熱処理工程を実施し、粒子を得た。
As shown in FIG. 5, the composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 1 did not exhibit any absorption in the infrared region with a wavelength of 900 nm or more. This is considered to be because the particles according to Comparative Example 1 were not subjected to reduction treatment and did not exhibit infrared absorption characteristics.
[Example 1]
As a solution containing a tungsten source, a 10 mmol/L ammonium paratungstate aqueous solution was prepared using ammonium paratungstate (ATP) (manufactured by Kanto Kagaku, purity: 88 to 90%) and ultrapure water. Further, as a solution containing an M element source, a 19.2 mmol/L cesium carbonate aqueous solution was prepared using cesium carbonate (manufactured by Sigma-Aldrich) and ultrapure water. Then, a heat treatment step was carried out in the same manner as in Comparative Example 1 except that the solution containing the above tungsten source and the solution containing the M element source were used to obtain particles.

次いで、熱処理工程後に得られた粒子について、還元処理温度を650℃として図2に示した還元処理装置20を用いて還元処理を実施し、複合タングステン酸化物粒子を得た(還元処理工程)。 Next, the particles obtained after the heat treatment step were subjected to reduction treatment using the reduction treatment apparatus 20 shown in FIG. 2 at a reduction treatment temperature of 650° C. to obtain composite tungsten oxide particles (reduction treatment step).

還元処理装置20は、横型の管状炉であり、セラミック製のボートである容器23に熱処理工程後に得られた粒子を入れ、該容器23が反応管21内の最高温度、すなわち上記還元処理温度となる位置に配置した。 The reduction treatment apparatus 20 is a horizontal tubular furnace, and the particles obtained after the heat treatment step are placed in a container 23, which is a ceramic boat, and the container 23 is heated to the highest temperature in the reaction tube 21, that is, the above-mentioned reduction treatment temperature. placed in a certain position.

反応管21の一方の口21Aに図示しないガス導入管を、該管状炉の他方の口21Bに図示しないガス排気管を取り付けて用いた。そして、一方の口21A側から、不活性ガスであるアルゴンと、還元性ガスであるHガスとを含む混合ガスを供給することで、反応管21内を還元雰囲気とした。なお、混合ガス中のHガスの含有量は体積割合で5%とし、反応管内の圧力が0.08MPaとなるように供給した。 A gas inlet pipe (not shown) was attached to one port 21A of the reaction tube 21, and a gas exhaust pipe (not shown) was attached to the other port 21B of the tube furnace. Then, by supplying a mixed gas containing argon, which is an inert gas, and H 2 gas, which is a reducing gas, from one port 21A side, the inside of the reaction tube 21 was made into a reducing atmosphere. The content of H 2 gas in the mixed gas was 5% by volume, and it was supplied so that the pressure inside the reaction tube was 0.08 MPa.

反応管21の周囲にはヒーター22を設けておき、室温から650℃まで昇温し、容器23を置いた部分が還元処理温度に到達後、1時間保持し、その後室温まで冷却することで還元処理を行った。
(1)透過率評価
還元処理工程後に得られた複合タングステン酸化物粒子の光学特性の評価を行った。
A heater 22 is installed around the reaction tube 21, and the temperature is raised from room temperature to 650°C. After the part where the container 23 is placed reaches the reduction treatment temperature, it is held for 1 hour, and then the reduction is performed by cooling it to room temperature. processed.
(1) Transmittance evaluation The optical properties of the composite tungsten oxide particles obtained after the reduction treatment step were evaluated.

本実施例で還元処理工程後に得られた複合タングステン酸化物粒子を用いた点以外は、比較例1と同様にして分散液を作製し、透過率を測定した。結果を図6に示す。 A dispersion liquid was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that composite tungsten oxide particles obtained after the reduction treatment step were used in this example, and the transmittance was measured. The results are shown in FIG.

図6に示すように、波長が900nm以上の赤外線領域において透過率10%以下となる吸収を示した。波長が500nm~800nm程度の可視光線領域における透過率は最大で48%であった。 As shown in FIG. 6, it exhibited absorption with a transmittance of 10% or less in the infrared region with a wavelength of 900 nm or more. The maximum transmittance in the visible light region with a wavelength of about 500 nm to 800 nm was 48%.

このことから、可視光線領域の光を十分に透過させつつ、優れた赤外線吸収特性を発揮できていることを確認できた。
(2)TEM像観察
得られた複合タングステン酸化物粒子について、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope 日本電子株式会社製 型式:JEM-3000F)を用いて観察を行った。観察は印加電圧を297kVとして行った。
From this, it was confirmed that it was able to exhibit excellent infrared absorption characteristics while sufficiently transmitting light in the visible light range.
(2) TEM image observation The obtained composite tungsten oxide particles were observed using a transmission electron microscope (TEM: Transmission Electron Microscope, manufactured by JEOL Ltd., model: JEM-3000F). The observation was performed with an applied voltage of 297 kV.

得られたTEM像より視野内の200個の粒子を無作為に選択した。そして、選択した粒子に外接する最小の外接円を描いた場合の直径を該選択した粒子の粒子径とし、選択した粒子の粒子径の平均値を該複合タングステン酸化物粒子の平均粒子径として求めたところ、32.8nmであった。
[実施例2]
タングステン源を含む溶液として、パラタングステン酸アンモニウム(ATP)(関東化学製 純度:88~90%)、及び超純水を用いて2.5mmol/Lのパラタングステン酸アンモニウム水溶液を調製した。また、M元素源を含む溶液として、炭酸セシウム(シグマアルドリッチ社製)、及び超純水を用いて4.8mmol/Lの炭酸セシウム水溶液を調製した。そして、以上のタングステン源を含む溶液、およびM元素源を含む溶液を用いた点および熱処理工程における1000℃以上となる温度領域を約半分とした点以外は比較例1と同様に熱処理工程を実施し、粒子を得た。
200 particles within the field of view were randomly selected from the obtained TEM image. Then, the diameter of the smallest circumscribed circle that circumscribes the selected particles is taken as the particle size of the selected particles, and the average value of the particle sizes of the selected particles is determined as the average particle size of the composite tungsten oxide particles. As a result, it was 32.8 nm.
[Example 2]
As a solution containing a tungsten source, a 2.5 mmol/L ammonium paratungstate aqueous solution was prepared using ammonium paratungstate (ATP) (manufactured by Kanto Kagaku, purity: 88 to 90%) and ultrapure water. Further, as a solution containing an M element source, a 4.8 mmol/L cesium carbonate aqueous solution was prepared using cesium carbonate (manufactured by Sigma-Aldrich) and ultrapure water. Then, the heat treatment process was carried out in the same manner as in Comparative Example 1, except that the solution containing the above tungsten source and the solution containing the M element source were used, and the temperature range of 1000°C or higher in the heat treatment process was approximately halved. and obtained particles.

なお、本実施例では、熱処理工程における1000℃以上の熱処理温度で熱処理される時間は1.5秒となる。 In this example, the time for heat treatment at a heat treatment temperature of 1000° C. or higher in the heat treatment step is 1.5 seconds.

次いで、熱処理工程後に得られた粒子について、実施例1の場合と同様にして還元処理を実施し、複合タングステン酸化物粒子を得た(還元処理工程)。
(1)透過率評価
得られた複合タングステン酸化物粒子を用いた点以外は、比較例1と同様にして分散液を作製し、透過率を測定した。結果を図6に示す。
Next, the particles obtained after the heat treatment step were subjected to reduction treatment in the same manner as in Example 1 to obtain composite tungsten oxide particles (reduction treatment step).
(1) Transmittance evaluation A dispersion liquid was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the obtained composite tungsten oxide particles were used, and the transmittance was measured. The results are shown in FIG.

図6に示すように、波長が900nm以上の赤外線領域において透過率10%以下となる吸収を示した。波長が500nm~800nm程度の可視光線領域における透過率は最大で44%であった。 As shown in FIG. 6, it exhibited absorption with a transmittance of 10% or less in the infrared region with a wavelength of 900 nm or more. The maximum transmittance in the visible light region with a wavelength of about 500 nm to 800 nm was 44%.

このことから、可視光線領域の光を十分に透過させつつ、優れた赤外線吸収特性を発揮できていることを確認できた。 From this, it was confirmed that it was able to exhibit excellent infrared absorption characteristics while sufficiently transmitting light in the visible light range.

なお、実施例2では、実施例1と比較して原料濃度を低下させているため粒子サイズが微細化しており、かつ還元温度を650℃としているため、還元後の結晶相にタングステンが生成した可能性が高い。そして、タングステン相の影響により、赤外線領域での吸収、および可視光線領域での透過率が、実施例1と比較して若干低下したと考えられる。
(2)TEM像観察
得られた複合タングステン酸化物粒子について、実施例1と同様の条件で透過型電子顕微鏡を用いて観察を行った。
In addition, in Example 2, the particle size was made finer because the raw material concentration was lowered compared to Example 1, and the reduction temperature was set at 650°C, so tungsten was generated in the crystal phase after reduction. Probability is high. It is considered that the absorption in the infrared region and the transmittance in the visible light region were slightly reduced compared to Example 1 due to the influence of the tungsten phase.
(2) TEM image observation The obtained composite tungsten oxide particles were observed using a transmission electron microscope under the same conditions as in Example 1.

得られたTEM画像を図7(A)、図7(B)、図8に示す。 The obtained TEM images are shown in FIG. 7(A), FIG. 7(B), and FIG. 8.

本実施例で得られた複合タングステン酸化物のほとんどは図7(A)、図7(B)に示すように50nm以下の微細な粒子であることが確認できた。ただし、一部に図8に示す100nmの球状粒子が含まれていることが確認できた。 It was confirmed that most of the composite tungsten oxide obtained in this example was fine particles of 50 nm or less, as shown in FIGS. 7(A) and 7(B). However, it was confirmed that 100 nm spherical particles shown in FIG. 8 were partially included.

得られたTEM像より視野内の200個の粒子を無作為に選択した。そして、選択した粒子に外接する最小の外接円を描いた場合の直径を該選択した粒子の粒子径とし、選択した粒子の粒子径の平均値を該複合タングステン酸化物粒子の平均粒子径として求めたところ、62.7nmであった。
[実施例3]
タングステン源を含む溶液として、パラタングステン酸アンモニウム(ATP)(関東化学製 純度:88~90%)、及び超純水を用いて0.625mmol/Lのパラタングステン酸アンモニウム水溶液を調製した。また、M元素源を含む溶液として、炭酸セシウム(シグマアルドリッチ社製)、及び超純水を用いて1.2mmol/Lの炭酸セシウム水溶液を調製した。そして、以上のタングステン源を含む溶液、およびM元素源を含む溶液を用いた点以外は比較例1と同様に熱処理工程を実施し、粒子を得た。
200 particles within the field of view were randomly selected from the obtained TEM image. Then, the diameter of the smallest circumscribed circle that circumscribes the selected particles is taken as the particle size of the selected particles, and the average value of the particle sizes of the selected particles is determined as the average particle size of the composite tungsten oxide particles. As a result, it was 62.7 nm.
[Example 3]
As a solution containing a tungsten source, a 0.625 mmol/L ammonium paratungstate aqueous solution was prepared using ammonium paratungstate (ATP) (manufactured by Kanto Kagaku, purity: 88 to 90%) and ultrapure water. Further, as a solution containing an M element source, a 1.2 mmol/L cesium carbonate aqueous solution was prepared using cesium carbonate (manufactured by Sigma-Aldrich) and ultrapure water. Then, a heat treatment step was carried out in the same manner as in Comparative Example 1 except that the solution containing the above tungsten source and the solution containing the M element source were used to obtain particles.

次いで、熱処理工程後に得られた粒子について、実施例1の場合と同様にして還元処理を実施し、複合タングステン酸化物粒子を得た(還元処理工程)。
(1)粉末X線回折
還元処理工程後に得られた複合タングステン酸化物粒子について比較例1と同じ条件で粉末X線回折パターン(XRDパターン)の測定を行った。図9に実施例3の還元処理工程後に得られた複合タングステン酸化物粒子のXRDスペクトルを示す。図9に示すように、Cs0.32WO相以外にWが析出していることが確認できた。また、CsW1.6相も確認できた。これは、本実施例では、実施例1と比較して原料濃度を低下させているため粒子サイズが微細化しており、かつ還元温度を650℃としているため、還元処理工程での還元が実施例1の場合よりも進行したためと考えられる。
(2)透過率評価
得られた複合タングステン酸化物粒子を用いた点以外は、比較例1と同様にして分散液を作製し、透過率を測定した。結果を図6に示す。
Next, the particles obtained after the heat treatment step were subjected to reduction treatment in the same manner as in Example 1 to obtain composite tungsten oxide particles (reduction treatment step).
(1) Powder X-ray diffraction Powder X-ray diffraction pattern (XRD pattern) was measured under the same conditions as in Comparative Example 1 for the composite tungsten oxide particles obtained after the reduction treatment step. FIG. 9 shows the XRD spectrum of the composite tungsten oxide particles obtained after the reduction treatment step of Example 3. As shown in FIG. 9, it was confirmed that W was precipitated in addition to the Cs 0.32 WO 3 phase. Moreover, CsW 1.6 O 6 phase was also confirmed. This is because in this example, the raw material concentration is lowered compared to Example 1, so the particle size is finer, and the reduction temperature is set at 650°C, so the reduction in the reduction treatment process is lower than in Example 1. This is thought to be because the disease has progressed more than in case 1.
(2) Transmittance evaluation A dispersion liquid was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the obtained composite tungsten oxide particles were used, and the transmittance was measured. The results are shown in FIG.

図6に示すように、波長が900nm以上の赤外線領域において透過率10%以下となる吸収を示した。波長が500nm~800nm程度の可視光線領域における透過率は最大で52%であった。 As shown in FIG. 6, it exhibited absorption with a transmittance of 10% or less in the infrared region with a wavelength of 900 nm or more. The maximum transmittance in the visible light region with a wavelength of about 500 nm to 800 nm was 52%.

このことから、可視光線領域の光を十分に透過させつつ、優れた赤外線吸収特性を発揮できていることを確認できた。 From this, it was confirmed that it was able to exhibit excellent infrared absorption characteristics while sufficiently transmitting light in the visible light range.

なお、実施例3では、実施例1と比較して原料濃度を低下させているため、複合タングステン酸化物粒子の粒子サイズが微細化し、可視光線領域における透過率が向上したと考えられる。ただし、複合タングステン酸化物粒子が微細化し、かつ還元温度を650℃としているため、還元後の結晶相にタングステンが生成した可能性が高く、既述の様にXRDスペクトルからも確認できた。
(3)TEM像観察
得られた複合タングステン酸化物粒子について、実施例1と同様の条件で透過型電子顕微鏡を用いて観察を行った。
In Example 3, since the raw material concentration was lowered compared to Example 1, it is thought that the particle size of the composite tungsten oxide particles became finer and the transmittance in the visible light region improved. However, since the composite tungsten oxide particles were made finer and the reduction temperature was set at 650°C, there is a high possibility that tungsten was generated in the crystal phase after reduction, which was also confirmed from the XRD spectrum as described above.
(3) TEM image observation The obtained composite tungsten oxide particles were observed using a transmission electron microscope under the same conditions as in Example 1.

得られたTEM像を図10(A)、図10(B)、図11(A)、図11(B)に示す。図10(A)、図10(B)、図11(A)、図11(B)に示すように、TEM像においても、100nm以下の微細な粒子が得られていることを確認できた。 The obtained TEM images are shown in FIG. 10(A), FIG. 10(B), FIG. 11(A), and FIG. 11(B). As shown in FIGS. 10(A), 10(B), 11(A), and 11(B), it was confirmed in the TEM images that fine particles of 100 nm or less were obtained.

得られたTEM像より視野内の200個の粒子を無作為に選択した。そして、選択した粒子に外接する最小の外接円を描いた場合の直径を該選択した粒子の粒子径とし、選択した粒子の粒子径の平均値を該複合タングステン酸化物粒子の平均粒子径として求めたところ、23.8nmであった。
[実施例4]
タングステン源を含む溶液として、パラタングステン酸アンモニウム(ATP)(関東化学製 純度:88~90%)、及び超純水を用いて1.25mmol/Lのパラタングステン酸アンモニウム水溶液を調製した。また、M元素源を含む溶液として、炭酸セシウム(シグマアルドリッチ社製)、及び超純水を用いて2.4mmol/Lの炭酸セシウム水溶液を調製した。そして、以上のタングステン源を含む溶液、およびM元素源を含む溶液を用いた点以外は比較例1と同様に熱処理工程を実施し、粒子を得た。すなわち、熱処理工程までは、比較例1と同様にして粒子を得た。
200 particles within the field of view were randomly selected from the obtained TEM image. Then, the diameter of the smallest circumscribed circle that circumscribes the selected particles is taken as the particle size of the selected particles, and the average value of the particle sizes of the selected particles is determined as the average particle size of the composite tungsten oxide particles. As a result, it was 23.8 nm.
[Example 4]
As a solution containing a tungsten source, a 1.25 mmol/L ammonium paratungstate aqueous solution was prepared using ammonium paratungstate (ATP) (manufactured by Kanto Kagaku, purity: 88 to 90%) and ultrapure water. Further, as a solution containing an M element source, a 2.4 mmol/L cesium carbonate aqueous solution was prepared using cesium carbonate (manufactured by Sigma-Aldrich) and ultrapure water. Then, a heat treatment step was carried out in the same manner as in Comparative Example 1 except that the solution containing the above tungsten source and the solution containing the M element source were used to obtain particles. That is, particles were obtained in the same manner as in Comparative Example 1 up to the heat treatment step.

次いで、熱処理工程後に得られた粒子について、還元処理温度を600℃とした点以外は、実施例1の場合と同様にして還元処理を実施し、複合タングステン酸化物粒子を得た(還元処理工程)。
(1)粉末X線回折
還元処理工程後に得られた複合タングステン酸化物粒子について比較例1と同じ条件で粉末X線回折パターン(XRDパターン)の測定を行った。得られたXRDパターンを図4に示す。図4に示したように、得られた複合タングステン酸化物粒子のXRDパターンは、図4にあわせて示したJCPDS81-1244のCs0.32WO相と一致することが確認できた。本実施例では、還元処理時の温度を600℃まで低下させているため、タングステン相が析出せず、単相のCs0.32WO相のナノ粒子が得られた。
(2)透過率評価
還元処理工程後に得られた複合タングステン酸化物粒子を用いた点以外は、比較例1と同様にして分散液を作製し、透過率を測定した。結果を図12に示す。
Next, the particles obtained after the heat treatment step were subjected to reduction treatment in the same manner as in Example 1 except that the reduction treatment temperature was 600°C to obtain composite tungsten oxide particles (reduction treatment step ).
(1) Powder X-ray diffraction Powder X-ray diffraction pattern (XRD pattern) was measured under the same conditions as in Comparative Example 1 for the composite tungsten oxide particles obtained after the reduction treatment step. The obtained XRD pattern is shown in FIG. As shown in FIG. 4, it was confirmed that the XRD pattern of the obtained composite tungsten oxide particles matched the Cs 0.32 WO 3 phase of JCPDS81-1244 shown in FIG. In this example, since the temperature during the reduction treatment was lowered to 600° C., the tungsten phase did not precipitate, and single-phase Cs 0.32 WO three -phase nanoparticles were obtained.
(2) Transmittance evaluation A dispersion liquid was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that composite tungsten oxide particles obtained after the reduction treatment step were used, and transmittance was measured. The results are shown in FIG.

図12に示すように、波長が900nm以上の赤外線領域において透過率が概ね10%以下となる吸収を示した。波長が500nm~800nm程度の可視光線領域における透過率は最大で57%であった。 As shown in FIG. 12, it exhibited absorption with a transmittance of approximately 10% or less in the infrared region with a wavelength of 900 nm or more. The maximum transmittance in the visible light region with a wavelength of about 500 nm to 800 nm was 57%.

このことから、可視光線領域の光を十分に透過させつつ、優れた赤外線吸収特性を発揮できていることを確認できた。
(3)TEM像観察
得られた複合タングステン酸化物粒子について、実施例1と同様の条件で透過型電子顕微鏡を用いて観察を行った。
From this, it was confirmed that it was able to exhibit excellent infrared absorption characteristics while sufficiently transmitting light in the visible light range.
(3) TEM image observation The obtained composite tungsten oxide particles were observed using a transmission electron microscope under the same conditions as in Example 1.

得られたTEM像を図13(A)、図13(B)に示す。 The obtained TEM images are shown in FIGS. 13(A) and 13(B).

図13(A)、図13(B)に示すように、TEM像においても、粒径が100nm以下の微細な粒子が得られていることを確認できた。特に、粒径が30nm程度のサイズの粒子が多く、本サイズの粒子は結合もしくは凝集しやすい。 As shown in FIGS. 13(A) and 13(B), it was confirmed in the TEM images that fine particles with a particle size of 100 nm or less were obtained. In particular, there are many particles with a particle size of about 30 nm, and particles of this size tend to combine or aggregate.

図13(A)、図13(B)に示したTEM像より視野内の200個の粒子を無作為に選択した。そして、選択した粒子に外接する最小の外接円を描いた場合の直径を該選択した粒子の粒子径とし、導出した粒度分布を図14に示す。選択した粒子の粒子径の平均値を該複合タングステン酸化物粒子の平均粒子径として求めたところ、29.3nmであった。
[実施例5]
実施例4で還元処理工程後に得られた複合タングステン酸化物粒子について、粒径が50μmのジルコニアビーズを用い、10分間の解砕処理を行った(解砕処理工程)。
200 particles within the field of view were randomly selected from the TEM images shown in FIGS. 13(A) and 13(B). Then, the diameter of the smallest circumscribed circle circumscribing the selected particles is defined as the particle diameter of the selected particles, and the derived particle size distribution is shown in FIG. 14. When the average value of the particle diameters of the selected particles was determined as the average particle diameter of the composite tungsten oxide particles, it was found to be 29.3 nm.
[Example 5]
The composite tungsten oxide particles obtained after the reduction treatment step in Example 4 were crushed for 10 minutes using zirconia beads having a particle size of 50 μm (pulverization treatment step).

具体的にはまず、実施例4で還元処理工程後に得られた複合タングステン酸化物粒子を200mg用意し、分散媒であるMIBK12.5mL(比重0.8)と、分散剤(商品名:EFKA440)0.2mLと混合し、複合タングステン酸化物粒子を分散させたインクを作製した。なお、インク中の、MIBKに対する複合タングステン酸化物粒子の質量濃度は2質量%となる。次いで、粒径が50μmのジルコニアビーズ(大研化学社製)を50mLのガラス瓶に導入し、ペイントシェーカーを用いて解砕した。
(1)透過率評価
解砕後に得られた分散液を用いた点以外は、比較例1と同様にして透過率の評価を行った。結果を図15に示す。
Specifically, first, 200 mg of the composite tungsten oxide particles obtained after the reduction treatment step in Example 4 were prepared, 12.5 mL of MIBK (specific gravity 0.8) as a dispersion medium, and a dispersant (trade name: EFKA440). 0.2 mL to prepare an ink in which composite tungsten oxide particles were dispersed. Note that the mass concentration of composite tungsten oxide particles relative to MIBK in the ink is 2% by mass. Next, zirconia beads (manufactured by Daiken Kagaku Co., Ltd.) having a particle size of 50 μm were introduced into a 50 mL glass bottle and crushed using a paint shaker.
(1) Evaluation of transmittance Transmittance was evaluated in the same manner as in Comparative Example 1, except that the dispersion obtained after crushing was used. The results are shown in FIG.

図15に示すように、波長が900nm、1400nm付近において、透過率が3%程度となる強い吸収を示した。そして、このような強い吸収を維持しながら波長が500nm~800nm程度の可視光線領域における透過率は最大で67%程度まで到達した。 As shown in FIG. 15, strong absorption with a transmittance of about 3% was exhibited near wavelengths of 900 nm and 1400 nm. While maintaining such strong absorption, the transmittance in the visible light region with wavelengths of about 500 nm to 800 nm reached a maximum of about 67%.

以上の結果から、実施例4で還元処理工程後に得られた複合タングステン酸化物粒子について、10分程度のわずかな解砕処理を加えることで赤外線領域の吸収を増加しつつ、可視光線領域での透過率が改善することを確認できた。 From the above results, the composite tungsten oxide particles obtained after the reduction treatment step in Example 4 were slightly crushed for about 10 minutes to increase the absorption in the infrared region while increasing the absorption in the visible light region. It was confirmed that the transmittance improved.

また、実施例5の可視光線領域の透過率のピークは、波長490nmに発現するところ、実施例4では波長590nmに発現し、透過する光線の波長が異なることも確認された。
(2)TEM像観察
解砕処理工程後に得られた複合タングステン酸化物粒子について、実施例1と同様の条件で透過型電子顕微鏡を用いて観察を行った。
Furthermore, the peak of the transmittance in the visible light region in Example 5 appears at a wavelength of 490 nm, but in Example 4 it appears at a wavelength of 590 nm, and it was also confirmed that the wavelengths of the transmitted light rays are different.
(2) TEM image observation The composite tungsten oxide particles obtained after the crushing process were observed using a transmission electron microscope under the same conditions as in Example 1.

得られたTEM像を図16(A)、図16(B)に示す。 The obtained TEM images are shown in FIGS. 16(A) and 16(B).

図16(A)、図16(B)に示すように、TEM像においても、100nm以下の微細な粒子が得られていることを確認できた。30nmサイズの粒子が多く、本サイズの粒子は結合もしくは凝集しやすい。 As shown in FIGS. 16(A) and 16(B), it was confirmed in the TEM images that fine particles of 100 nm or less were obtained. Most of the particles are 30 nm in size, and particles of this size tend to combine or aggregate.

図16(A)、図16(B)に示したTEM像より視野内の200個の粒子を無作為に選択した。そして、選択した粒子に外接する最小の外接円を描いた場合の直径を該選択した粒子の粒子径とし、導出した粒度分布を図17に示す。選択した粒子の粒子径の平均値を該複合タングステン酸化物粒子の平均粒子径として求めたところ、28.6nmであった。一次粒子の大きさを測長しているため、図14に示した解砕処理を行う前の実施例4の粒子サイズとほぼ同じ大きさであると考えられる。 200 particles within the field of view were randomly selected from the TEM images shown in FIGS. 16(A) and 16(B). Then, the diameter of the smallest circumscribed circle circumscribing the selected particles is defined as the particle diameter of the selected particles, and the derived particle size distribution is shown in FIG. 17. When the average value of the particle diameters of the selected particles was determined as the average particle diameter of the composite tungsten oxide particles, it was found to be 28.6 nm. Since the size of the primary particles was measured, it is thought that the particle size is approximately the same as the particle size of Example 4 before the crushing process shown in FIG. 14 is performed.

ただし、解砕処理を行う前の実施例4の複合タングステン酸化物粒子は一次粒子同士がゆるやかに結合しており、この結合が可視域におけるレイリー散乱を引き起こし、その最大値が低下していたと考えられる。一方、解砕処理を行った後の実施例5における複合タングステン酸化物粒子は一次粒子が全体的に分散していることが確認された。このため、可視光線領域におけるレイリー散乱が低下して透過率が改善した。また、表面プラズモン現象などの量子現象はナノ粒子が分散した状態で引き起こされるため、解砕処理にともなって赤外線領域における吸収が強まったと考えられる。
[実施例6]
タングステン源を含む溶液として、パラタングステン酸アンモニウム(ATP)(関東化学製 純度:88~90%)、及び超純水を用いて5mmol/Lのパラタングステン酸アンモニウム水溶液を調製した。また、M元素源を含む溶液として、炭酸セシウム(シグマアルドリッチ社製)、及び超純水を用いて9.6mmol/Lの炭酸セシウム水溶液を調製した。そして、以上のタングステン源を含む溶液、およびM元素源を含む溶液を用いた点、および図3に示した場合と同様に、反応部入口131Aから、反応部出口131Bに向かって温度が徐々に高くなるように温度分布が形成され、最高温度を800℃になる温度領域も設定したこと以外は、比較例1と同様にして熱処理工程により粒子を得た
次いで、熱処理工程後に得られた粒子について、実施例1の場合と同じ条件で還元処理を実施し、複合タングステン酸化物粒子を得た(還元処理工程)。
(1)透過率評価
得られた複合タングステン酸化物粒子を用いた点以外は、比較例1と同様にして分散液を作製し、透過率を測定した。結果を図18に示す。
However, in the composite tungsten oxide particles of Example 4 before the crushing treatment, the primary particles were loosely bonded to each other, and it is thought that this bond caused Rayleigh scattering in the visible range, reducing its maximum value. It will be done. On the other hand, it was confirmed that the primary particles of the composite tungsten oxide particles in Example 5 after the crushing treatment were dispersed throughout. For this reason, Rayleigh scattering in the visible light region was reduced and the transmittance was improved. In addition, since quantum phenomena such as surface plasmon phenomena occur when nanoparticles are dispersed, it is thought that absorption in the infrared region was strengthened as a result of the disintegration process.
[Example 6]
As a solution containing a tungsten source, a 5 mmol/L ammonium paratungstate aqueous solution was prepared using ammonium paratungstate (ATP) (manufactured by Kanto Kagaku, purity: 88 to 90%) and ultrapure water. Further, as a solution containing an M element source, a 9.6 mmol/L cesium carbonate aqueous solution was prepared using cesium carbonate (manufactured by Sigma-Aldrich) and ultrapure water. 3, the temperature gradually increases from the reaction section inlet 131A toward the reaction section outlet 131B. Particles were obtained by the heat treatment process in the same manner as in Comparative Example 1, except that a temperature distribution was formed such that the temperature increased and a temperature range where the maximum temperature was 800 ° C. Next, regarding the particles obtained after the heat treatment process. A reduction treatment was performed under the same conditions as in Example 1 to obtain composite tungsten oxide particles (reduction treatment step).
(1) Transmittance evaluation A dispersion liquid was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the obtained composite tungsten oxide particles were used, and the transmittance was measured. The results are shown in FIG.

図18に示すように、波長が900nm以上の赤外線領域において透過率10%以下となる吸収を示した。波長が500nm~800nm程度の可視光線領域における透過率は最大で33.6%程度であった。 As shown in FIG. 18, it exhibited absorption with a transmittance of 10% or less in the infrared region with a wavelength of 900 nm or more. The maximum transmittance in the visible light region with a wavelength of about 500 nm to 800 nm was about 33.6%.

このことから、可視光線領域の光を十分に透過させつつ、優れた赤外線吸収特性を発揮できていることを確認できた。 From this, it was confirmed that it was able to exhibit excellent infrared absorption characteristics while sufficiently transmitting light in the visible light range.

本実施例では、熱処理工程の最高温度を800℃としたため、熱処理工程において、昇華現象が発現せずに他の実施例と比較して粗大な粒子が生じ、可視光線領域における透過率の最大値が、他の実施例と比較して低くなったものと考えられる。
(3)TEM像観察
得られた複合タングステン酸化物粒子について、実施例1と同様の条件で透過型電子顕微鏡を用いて観察を行った。
In this example, since the maximum temperature of the heat treatment process was 800°C, the sublimation phenomenon did not occur in the heat treatment process and coarse particles were generated compared to other examples, resulting in the maximum transmittance in the visible light region. This is considered to be lower than in other examples.
(3) TEM image observation The obtained composite tungsten oxide particles were observed using a transmission electron microscope under the same conditions as in Example 1.

得られたTEM像を図19(A)、図19(B)、図20(A)、図20(B)に示す。TEM像において、100~800nm程度以下の微細な粒子が得られていることを確認できた。 The obtained TEM images are shown in FIG. 19(A), FIG. 19(B), FIG. 20(A), and FIG. 20(B). In the TEM image, it was confirmed that fine particles of about 100 to 800 nm or less were obtained.

得られたTEM像より視野内の200個の粒子を無作為に選択した。そして、選択した粒子に外接する最小の外接円を描いた場合の直径を該選択した粒子の粒子径とし、選択した粒子の粒子径の平均値を該複合タングステン酸化物粒子の平均粒子径として求めたところ、343nmであった。 200 particles within the field of view were randomly selected from the obtained TEM image. Then, the diameter of the smallest circumscribed circle that circumscribes the selected particles is taken as the particle size of the selected particles, and the average value of the particle sizes of the selected particles is determined as the average particle size of the composite tungsten oxide particles. The wavelength was 343 nm.

Claims (9)

一般式M(但し、M元素は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、Iのうちから選択される1種類以上の元素、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1、2.2≦z/y≦3.0)で表わされる複合タングステン酸化物粒子の製造方法であり、
被処理物である、タングステン源と前記M元素を含有するM元素源とを含む原料混合溶液の液滴を形成する液滴形成工程と、
前記被処理物を1000℃まで昇温する昇温工程と、
前記被処理物を1000℃以上で1秒以上熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程で得られた粒子を、還元性ガスを含む雰囲気下で、500℃以上で熱処理する還元処理工程と、を有し、
前記昇温工程、前記熱処理工程は、配管と、前記配管を加熱するヒーターと、を有する反応部に前記被処理物を供給して実施し、
前記複合タングステン酸化物粒子の平均粒子径が5nm以上800nm以下である複合タングステン酸化物粒子の製造方法。
General formula M Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, B, F, P, S, Se, Br, Te, Ti, Nb, V, Mo, One or more elements selected from Ta, Re, Be, Hf, Os, Bi, I, W is tungsten, O is oxygen, 0.001≦x/y≦1, 2.2≦z/y ≦3.0),
a droplet forming step of forming droplets of a raw material mixed solution containing a tungsten source and an M element source containing the M element, which are the objects to be processed;
a temperature raising step of raising the temperature of the object to be treated to 1000°C;
a heat treatment step of heat treating the object to be treated at 1000° C. or higher for 1 second or more;
a reduction treatment step of heat treating the particles obtained in the heat treatment step at 500° C. or higher in an atmosphere containing a reducing gas,
The temperature raising step and the heat treatment step are carried out by supplying the object to be treated to a reaction section having piping and a heater that heats the piping,
A method for producing composite tungsten oxide particles, wherein the composite tungsten oxide particles have an average particle diameter of 5 nm or more and 800 nm or less.
前記液滴形成工程において、前記タングステン源を含む溶液と、前記M元素源を含む溶液とを混合し、前記原料混合溶液を形成する請求項1に記載の複合タングステン酸化物粒子の製造方法。 2. The method for producing composite tungsten oxide particles according to claim 1, wherein in the droplet forming step, a solution containing the tungsten source and a solution containing the M element source are mixed to form the raw material mixed solution. 前記液滴形成工程では、超音波噴霧装置を用いて前記原料混合溶液の液滴を形成しており、
前記超音波噴霧装置において、前記タングステン源を含む溶液と、前記M元素源を含む溶液とを混合し、前記原料混合溶液を形成する請求項1または請求項2に記載の複合タングステン酸化物粒子の製造方法。
In the droplet forming step, droplets of the raw material mixed solution are formed using an ultrasonic atomizer,
The composite tungsten oxide particles according to claim 1 or 2, wherein in the ultrasonic spraying device, a solution containing the tungsten source and a solution containing the M element source are mixed to form the raw material mixed solution. Production method.
前記タングステン源がパラタングステン酸アンモニウムである請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の複合タングステン酸化物粒子の製造方法。 The method for producing composite tungsten oxide particles according to any one of claims 1 to 3, wherein the tungsten source is ammonium paratungstate. 前記M元素源が、前記M元素の炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、水酸化物から選択された1種類以上である請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の複合タングステン酸化物粒子の製造方法。 The composite tungsten oxide particles according to any one of claims 1 to 4, wherein the M element source is one or more types selected from carbonates, acetates, nitrates, and hydroxides of the M element. manufacturing method. 前記複合タングステン酸化物粒子の平均粒子径が30nm以上50nm以下である請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の複合タングステン酸化物粒子の製造方法。 The method for producing composite tungsten oxide particles according to any one of claims 1 to 5, wherein the average particle diameter of the composite tungsten oxide particles is 30 nm or more and 50 nm or less. 前記還元処理工程で得られた粒子に解砕処理を行う解砕処理工程をさらに有する請求項1~請求項6のいずれか一項に記載の複合タングステン酸化物粒子の製造方法。 The method for producing composite tungsten oxide particles according to any one of claims 1 to 6, further comprising a crushing process of subjecting the particles obtained in the reduction process to a crushing process. 前記解砕処理工程において、粒径が10μm以上500μm以下のビーズを用いて解砕処理を行う請求項7に記載の複合タングステン酸化物粒子の製造方法。 8. The method for producing composite tungsten oxide particles according to claim 7, wherein in the crushing process, beads having a particle size of 10 μm or more and 500 μm or less are used. 前記解砕処理工程における解砕処理の時間が5分以上1時間以下である請求項7または請求項8に記載の複合タングステン酸化物粒子の製造方法。 The method for producing composite tungsten oxide particles according to claim 7 or 8, wherein the crushing time in the crushing step is 5 minutes or more and 1 hour or less.
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