JP7504445B2 - Method for producing a thin film consisting of a nanosheet monolayer film - Google Patents

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Description

本発明は、ナノシート単層膜からなる薄膜を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a thin film consisting of a nanosheet monolayer film.

無機層状物質の単層剥離により得られるナノシートは、原子数個分の厚みに対して横サイズ数百nm~数十μmという高い二次元異方性を持つ物質であることが知られている。代表的な出発物質として、層状酸化物が知られており、その剥離により得られる酸化物ナノシートは、化学組成、構造を反映し、優れた電子・イオン伝導性、半導体性、絶縁性、高誘電性、強誘電性、強磁性、蛍光特性、光触媒性等の特性を示すことが報告されている。 Nanosheets obtained by exfoliating a single layer of inorganic layered materials are known to be materials with high two-dimensional anisotropy, with lateral sizes ranging from several hundred nm to several tens of μm for a thickness equivalent to a few atoms. Layered oxides are known as typical starting materials, and oxide nanosheets obtained by exfoliation of these materials have been reported to reflect their chemical composition and structure and exhibit excellent properties such as electronic and ionic conductivity, semiconductivity, insulation, high dielectric properties, ferroelectricity, ferromagnetism, fluorescence properties, and photocatalysis.

これらの特性を十分に発揮させるためには、ナノシートを基板上で隙間なく配列させて稠密単層膜を形成し、さらにこれを反復した多層膜、超格子の構築が必要とされる。 To fully utilize these properties, it is necessary to arrange the nanosheets tightly on the substrate to form a dense monolayer film, and then repeat this process to construct a multilayer film or superlattice.

このような技術として、例えば、交互吸着法と超音波処理とを組み合わせた方法がある(例えば、非特許文献1を参照)。非特許文献1によれば、正の電荷を持つポリジアリルジメチルアンモニウム(PDDA)イオンでプリコートされた基板を、負の電荷を持つナノシートコロイド分散液に20分間浸漬させ、静電引力によってナノシートを基板に吸着させ、次いで、超音波処理して重なり部分を除去することにより、良好に配列したナノシート単層膜が得られる。さらに、この単層膜作製の操作を繰り返すことで、多層膜、超格子の構築が可能となる。 One such technique is, for example, a method that combines layer-by-layer adsorption and ultrasonic treatment (see, for example, Non-Patent Document 1). According to Non-Patent Document 1, a substrate precoated with positively charged polydiallyldimethylammonium (PDDA) ions is immersed in a negatively charged nanosheet colloidal dispersion for 20 minutes, and the nanosheets are adsorbed onto the substrate by electrostatic attraction. Next, the overlapping portions are removed by ultrasonic treatment, resulting in a well-aligned nanosheet monolayer film. Furthermore, by repeating this process of preparing a monolayer film, it is possible to construct a multilayer film or a superlattice.

別の技術として、Langmuir-Blodgett(LB)法が知られている(例えば、非特許文献2を参照)。非特許文献2によれば、ナノシートコロイド分散液をトラフに展開後、表面圧を印加し、気液界面にナノシートを吸着させ、それを基板に転写することによって、良好に配列したナノシート単層膜が得られる。さらに、この単層膜作製の操作を繰り返すことで、多層膜、超格子の構築が可能となる。 Another technique known is the Langmuir-Blodgett (LB) method (see, for example, Non-Patent Document 2). According to Non-Patent Document 2, after a nanosheet colloidal dispersion is spread in a trough, surface pressure is applied to adsorb nanosheets to the gas-liquid interface, which is then transferred to a substrate, resulting in a well-aligned nanosheet monolayer film. Furthermore, by repeating this process of preparing a monolayer film, it is possible to construct multilayer films and superlattices.

さらに、別の技術として、スピンコート法が知られている(例えば、非特許文献3および特許文献1を参照)。非特許文献3および特許文献1によれば、ナノシートが有機溶媒に分散された有機溶媒ゾルを、基板上に少量滴下し、スピンコートするという簡便な手順により、約1分間という極めて短時間でナノシート稠密配列単層膜が得られる。さらに、この単層膜作製の操作を繰り返すことで、多層膜、超格子の構築が可能となる。 Furthermore, as another technique, spin coating is known (see, for example, Non-Patent Document 3 and Patent Document 1). According to Non-Patent Document 3 and Patent Document 1, a small amount of an organic solvent sol in which nanosheets are dispersed in an organic solvent is dropped onto a substrate and spin-coated, which is a simple procedure that allows a densely-arranged monolayer film of nanosheets to be obtained in an extremely short time of about one minute. Furthermore, by repeating this procedure for producing a monolayer film, it is possible to construct a multilayer film or a superlattice.

しかしながら、非特許文献1および2の技術は、製膜時間が長い(例えば、非特許文献1では2時間、非特許文献2では1時間)、製膜操作が煩雑である、あるいは、製膜できる基板の面積が小さい等の課題があった。他方、非特許文献3および特許文献1のスピンコート法は、非常に簡便な操作で、非特許文献1および2の製膜時間の約10分の1に相当する約1分間という極めて短時間で、大面積の製膜が可能となり、非特許文献1および2の技術に比べ、生産性が改善されている。非特許文献3および特許文献1の技術は、溶液の前処理を要したり、スピンコートの制御を要したりするため、従来の技術の問題点を一掃する新しい製膜技術の開発が求められていた。 However, the techniques of Non-Patent Documents 1 and 2 have problems such as a long film formation time (for example, 2 hours in Non-Patent Document 1 and 1 hour in Non-Patent Document 2), complicated film formation operations, and a small area of substrate on which a film can be formed. On the other hand, the spin coating method of Non-Patent Document 3 and Patent Document 1 is a very simple operation, and enables large-area film formation in an extremely short time of about 1 minute, which is equivalent to about one-tenth of the film formation time of Non-Patent Documents 1 and 2, and has improved productivity compared to the techniques of Non-Patent Documents 1 and 2. The techniques of Non-Patent Document 3 and Patent Document 1 require pretreatment of the solution and control of the spin coating, so there was a demand for the development of a new film formation technique that would eliminate the problems of the conventional techniques.

特開2013-253009号公報JP 2013-253009 A

T.Tanakaら,Adv.Mater.,16,872(2004)T. Tanaka et al., Adv. Mater., 16, 872 (2004) K.Akatsukaら,ACS Nano,3,1097(2009)K. Akatsuka et al., ACS Nano, 3, 1097 (2009) K.Matsubaら,Sci. Adv.,3,e1700414(2018)K. Matsuba et al., Sci. Adv., 3, e1700414 (2018)

本発明の課題は、以上のとおりの背景から、ナノシート単層膜からなる薄膜の新規な製造方法を提供することである。 In light of the above background, the objective of the present invention is to provide a novel method for producing a thin film consisting of a nanosheet monolayer film.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、無機層状物質が単層剥離されたナノシートが分散されたコロイド水溶液を基板に滴下した後、それを吸引して薄膜製造を行えば、従来のナノシートを利用した薄膜製造方法の問題点を解決できることを見出し、これらの知見に基づいて本発明を完成した。
すなわち、本発明は以下のことを特徴としている。
As a result of intensive research into solving the above problems, the inventors have found that the problems associated with conventional thin film manufacturing methods that use nanosheets can be solved by dropping an aqueous colloidal solution in which nanosheets of exfoliated inorganic layered materials are dispersed onto a substrate and then aspirating the solution to produce a thin film. Based on these findings, the present inventors have completed the present invention.
That is, the present invention is characterized as follows.

本発明によるナノシート単層膜からなる薄膜を製造する方法は、無機層状物質が単層剥離されたナノシートが水および炭素数が5以下の低級アルコールを含有する分散媒に分散されたコロイド水溶液を調製することと、前記コロイド水溶液を基板上に滴下すること、前記滴下されたコロイド水溶液を前記基板から吸引することとを包含し、これにより上記課題を解決する。
前記低級アルコールは、メタノール、エタノール、プロパノールおよびブタノールからなる群から少なくとも1種選択されてもよい。
前記分散媒中の前記低級アルコールの含有量は、0.5体積%以上15体積%以下の範囲であってもよい。
前記分散媒中の前記低級アルコールの含有量は、1体積%以上10体積%以下の範囲であってもよい。
前記コロイド水溶液中のナノシートの濃度は、0.01g/L以上1g/L以下の範囲であってもよい。
前記コロイド水溶液中のナノシートの濃度は、0.01g/L以上0.5g/L以下の範囲であってもよい。
前記コロイド水溶液中のナノシートの濃度は、0.02g/L以上0.2g/L以下の範囲であってもよい。
前記滴下することにおいて、前記コロイド水溶液の前記基板に対する滴下量は、0.1μL/mm以上5μL/mm以下の範囲であってもよい。
前記滴下することにおいて、前記コロイド水溶液の前記基板に対する滴下量は、0.3μL/mm以上2.5μL/mm以下の範囲であってもよい。
前記無機層状物質は、層状チタン酸化物、層状ペロブスカイト酸化物、層状マンガン酸化物、層状コバルト酸化物、層状タングステン酸化物、層状ニオブ酸化物、層状タンタル酸化物、層状チタン・ニオブ酸化物、層状チタン・タンタル酸化物、層状モリブデン酸化物、層状ルテニウム酸化物、および、酸化グラファイトからなる群から選択されてもよい。
前記基板を加熱することをさらに包含してもよい。
前記基板を加熱することは、50℃以上150℃以下の温度範囲で加熱してもよい。
前記滴下することと、前記吸引することとを繰り返すことをさらに包含してもよい。
前記繰り返すことは、前記吸引することによって得られた前記基板上のナノシート単層膜からなる薄膜を加熱することと、前記基板上のナノシート単層膜からなる薄膜を純水で洗浄することとをさらに包含してもよい。
前記薄膜を加熱することは、前記基板上のナノシート単層膜からなる薄膜を150℃以上250℃以下の温度範囲で加熱してもよい。
前記吸引することによって得られた前記基板のナノシート単層膜からなる薄膜に紫外光を照射することをさらに包含してもよい。
The method for producing a thin film consisting of a nanosheet monolayer film according to the present invention comprises preparing a colloidal aqueous solution in which nanosheets obtained by exfoliating an inorganic layered material into a single layer are dispersed in a dispersion medium containing water and a lower alcohol having 5 or less carbon atoms, dripping the colloidal aqueous solution onto a substrate, and aspirating the dripped colloidal aqueous solution from the substrate, thereby solving the above-mentioned problem.
The lower alcohol may be at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol and butanol.
The content of the lower alcohol in the dispersion medium may be in the range of 0.5% by volume to 15% by volume.
The content of the lower alcohol in the dispersion medium may be in the range of 1% by volume or more and 10% by volume or less.
The concentration of the nanosheets in the aqueous colloidal solution may be in the range of 0.01 g/L to 1 g/L.
The concentration of the nanosheets in the aqueous colloidal solution may be in the range of 0.01 g/L to 0.5 g/L.
The concentration of the nanosheets in the aqueous colloidal solution may be in the range of 0.02 g/L to 0.2 g/L.
In the dropping, the amount of the colloidal aqueous solution dropped onto the substrate may be in the range of 0.1 μL/mm 2 to 5 μL/mm 2 .
In the dropping, the amount of the colloidal aqueous solution dropped onto the substrate may be in the range of 0.3 μL/mm 2 to 2.5 μL/mm 2 .
The inorganic layered material may be selected from the group consisting of layered titanium oxide, layered perovskite oxide, layered manganese oxide, layered cobalt oxide, layered tungsten oxide, layered niobium oxide, layered tantalum oxide, layered titanium-niobium oxide, layered titanium-tantalum oxide, layered molybdenum oxide, layered ruthenium oxide, and graphite oxide.
The method may further include heating the substrate.
The substrate may be heated at a temperature in the range of 50° C. to 150° C.
The method may further include repeating the dropping and the suction.
The repeating may further include heating the thin film consisting of the nanosheet monolayer film on the substrate obtained by the suction, and washing the thin film consisting of the nanosheet monolayer film on the substrate with pure water.
Heating the thin film may involve heating the thin film made of the nanosheet monolayer film on the substrate at a temperature in the range of 150° C. or more and 250° C. or less.
The method may further include irradiating the thin film consisting of the nanosheet monolayer film on the substrate obtained by the suction with ultraviolet light.

本発明によるナノシート単層膜からなる薄膜を製造する方法は、無機層状物質から単層剥離されたナノシートが、水および炭素数が5以下の低級アルコールを含有する分散媒に分散されたコロイド水溶液を調製し、これを基板に滴下し、吸引することを包含する。本発明の方法を用いることにより、ナノシート単層膜からなる薄膜を簡便な操作で短時間に得ることができる。また、コロイド水溶液の分散媒として低級アルコールを含有するため、コロイド水溶液の表面張力が低下し、滴下したころコロイド水溶液が基板に容易に広がることができる。また、コロイド水溶液中でナノシートの対流が促進し得るので、ナノシートが稠密に配列した高品質なナノシート単層膜が得られる。 The method for producing a thin film consisting of a nanosheet monolayer film according to the present invention includes preparing a colloidal aqueous solution in which nanosheets exfoliated from an inorganic layered material are dispersed in a dispersion medium containing water and a lower alcohol having 5 or less carbon atoms, dropping this onto a substrate, and aspirating the solution. By using the method of the present invention, a thin film consisting of a nanosheet monolayer film can be obtained in a short time with simple operations. In addition, since the colloidal aqueous solution contains a lower alcohol as a dispersion medium, the surface tension of the colloidal aqueous solution is reduced, and the colloidal aqueous solution can easily spread on the substrate when dropped. In addition, since the convection of nanosheets can be promoted in the colloidal aqueous solution, a high-quality nanosheet monolayer film in which nanosheets are densely arranged can be obtained.

本発明によるナノシート単層膜を製造する工程を示すフローチャートA flow chart showing the steps for producing a nanosheet monolayer film according to the present invention. 本発明によるナノシート単層膜を製造する様子を示すプロシージャA procedure illustrating the production of a nanosheet monolayer according to the present invention. 本発明によるナノシート多層膜を製造する工程を示すフローチャートA flow chart showing the steps of producing a nanosheet multilayer film according to the present invention. 例1の滴下用コロイド水溶液の観察結果を示す図FIG. 1 shows the results of observation of the aqueous colloidal solution for dropping in Example 1. 例4の薄膜のCFLM像を示す図FIG. 1 shows a CFLM image of the thin film of Example 4. 例1の薄膜のCFLM像を示す図FIG. 1 shows a CFLM image of the thin film of Example 1. 例5の薄膜のCFLM像を示す図FIG. 1 shows a CFLM image of the thin film of Example 5. 例6の薄膜のCFLM像を示す図FIG. 1 shows a CFLM image of the thin film of Example 6. 例7の薄膜のCFLM像を示す図FIG. 1 shows a CFLM image of the thin film of Example 7. 例8の薄膜のCFLM像を示す図FIG. 1 shows a CFLM image of the thin film of Example 8. 例4の薄膜のAFM像を示す図FIG. 1 shows an AFM image of the thin film of Example 4. 例4の薄膜の種々の場所のAFM像を示す図FIG. 1 shows AFM images of various locations of the thin film of Example 4. 例9の薄膜のAFM像を示す図FIG. 1 shows an AFM image of the thin film of Example 9. 例11の薄膜のAFM像を示す図FIG. 1 shows an AFM image of the thin film of Example 11. 例17の薄膜のAFM像を示す図FIG. 1 shows an AFM image of a thin film of Example 17. 例23の薄膜のAFM像を示す図FIG. 2 shows an AFM image of a thin film of Example 23. 例1の薄膜のUV-vis吸収スペクトルを示す図FIG. 1 shows the UV-vis absorption spectrum of the thin film of Example 1. 例28の薄膜の様子を示す図FIG. 2 shows the appearance of the thin film of Example 28. 例25の薄膜のUV-vis吸収スペクトルを示す図FIG. 2 shows the UV-vis absorption spectrum of the thin film of Example 25. 例25の薄膜のUV-vis吸収スペクトルを示す図FIG. 2 shows the UV-vis absorption spectrum of the thin film of Example 25. 例25の薄膜の吸光度の層数依存性を示す図FIG. 2 shows the layer number dependence of absorbance of the thin film of Example 25. 例25の薄膜の吸光度の層数依存性を示す図FIG. 2 shows the layer number dependence of absorbance of the thin film of Example 25. 例25の薄膜のXRDパターンを示す図FIG. 2 shows an XRD pattern of the thin film of Example 25. 例27の薄膜の断面のHRTEM像を示す図FIG. 1 shows a HRTEM image of a cross section of a thin film of Example 27. 例25の薄膜の屈折率および消光係数の波長依存性を示す図FIG. 2 shows the wavelength dependence of the refractive index and extinction coefficient of the thin film of Example 25. 例27の薄膜の比誘電率および誘電損失の周波数依存性を示す図FIG. 2 shows the frequency dependence of the dielectric constant and dielectric loss of the thin film of Example 27. 例27の薄膜のリーク電流特性を示す図FIG. 2 shows the leakage current characteristics of the thin film of Example 27. 例28の薄膜のシート抵抗を示す図FIG. 2 shows the sheet resistance of the thin film of Example 28.

本発明のナノシート単層膜からなる薄膜を製造する方法を詳述する。なお、本明細書において、用語「ナノシート単層膜」とは、無機層状物質が単層剥離されたナノシートが重なることなく稠密に配列して形成する単層膜を意図する。用語「ナノシート単層膜からなる薄膜」とは、ナノシート単層膜そのものを意図する場合、または、そのナノシート単層膜が多層化した多層膜(ナノシート多層膜とも呼ぶ)を意図する場合に使用される。用語「ナノシート単層膜からなる超格子」とは、異なる種類のナノシート単層膜を2種以上で組み合わせて積層した薄膜を意図することに留意されたい。 A method for producing a thin film made of the nanosheet monolayer film of the present invention will be described in detail. In this specification, the term "nanosheet monolayer film" refers to a monolayer film formed by densely arranging nanosheets obtained by peeling off a single layer of an inorganic layered material without overlapping. The term "thin film made of nanosheet monolayer film" is used when referring to the nanosheet monolayer film itself, or when referring to a multilayer film (also called a nanosheet multilayer film) in which the nanosheet monolayer film is multilayered. It should be noted that the term "superlattice made of nanosheet monolayer film" refers to a thin film formed by combining and stacking two or more different types of nanosheet monolayer films.

また、本明細書において、原子間力顕微鏡の画像解析ソフト(SII Nano Technology社製Nano Navi、バーション5.02)において算出された被覆率(全膜面積中のナノシートの重なりの割合、および、全膜面積中のナノシート間の隙間)が、0%以上10%以下の範囲の重なりであり、かつ、0%以上10%以下の範囲の隙間であれば、ナノシート単層膜であると判定できる。 In addition, in this specification, if the coverage (the ratio of nanosheet overlap in the total film area and the gap between nanosheets in the total film area) calculated using atomic force microscope image analysis software (Nano Navi, version 5.02, manufactured by SII Nano Technology) is in the range of 0% to 10% overlap and 0% to 10% gap, it can be determined to be a nanosheet monolayer film.

本発明のナノシート単層膜からなる薄膜としてナノシート単層膜を製造する場合について説明する。
図1は、本発明によるナノシート単層膜を製造する工程を示すフローチャートである。
図2は、本発明によるナノシート単層膜を製造する様子を示すプロシージャである。
The case of producing a nanosheet monolayer film as a thin film made of the nanosheet monolayer film of the present invention will be described.
FIG. 1 is a flow chart showing the steps of producing a nanosheet monolayer film according to the present invention.
FIG. 2 is a procedure showing how to fabricate a nanosheet monolayer film according to the present invention.

工程S110:無機層状物質が単層剥離されたナノシート210(図2)が、水および炭素数が5以下の低級アルコールを含有する分散媒220(図2)に分散されたコロイド水溶液230(図2)を調製する。
工程S120:工程S110で調製されたコロイド水溶液230を基板240(図2)上に滴下する。基板240に滴下されたコロイド水溶液230は、基板240の端部まで広がった後、表面張力により液滴が安定した状態となる。
工程S130:工程S120で滴下されたコロイド水溶液を基板240から吸引する。図2では、吸引装置としてピペット250が示される。
Step S110: A colloidal aqueous solution 230 (FIG. 2) is prepared in which a nanosheet 210 (FIG. 2) in which an inorganic layered material has been exfoliated into a single layer is dispersed in a dispersion medium 220 (FIG. 2) containing water and a lower alcohol having 5 or less carbon atoms.
Step S120: The colloidal aqueous solution 230 prepared in step S110 is dropped onto the substrate 240 (FIG. 2). The colloidal aqueous solution 230 dropped onto the substrate 240 spreads to the edge of the substrate 240, and then the droplets become stable due to surface tension.
Step S130: The colloidal aqueous solution dropped in step S120 is aspirated from the substrate 240. In Fig. 2, a pipette 250 is shown as the aspirating device.

本願発明者らによれば、上述の工程によって簡便にナノシート単層膜260を製造できることを見出した。特に、ナノシートの分散媒として水に加えて低級アルコールを用いるため、コロイド水溶液の表面張力が低下し、任意の基板に対して、滴下したコロイド水溶液を基板上に効率的に拡げることができる。また、低級アルコールによって、コロイド水溶液中でナノシートの対流が促進されるので、単に吸引によってナノシートが稠密に配列し得るという効果を奏する。 The inventors of the present application have found that the nanosheet monolayer film 260 can be easily manufactured by the above-mentioned process. In particular, because a lower alcohol is used in addition to water as a dispersion medium for the nanosheets, the surface tension of the colloidal aqueous solution is reduced, and the dropped colloidal aqueous solution can be efficiently spread on any substrate. In addition, the lower alcohol promotes convection of the nanosheets in the colloidal aqueous solution, which has the effect of allowing the nanosheets to be densely arranged simply by suction.

各工程を詳細に説明する。
工程S110において、無機層状物質は、ナノシートに単層剥離可能な任意の物質であるが、好ましくは、無機層状物質は、層状チタン酸化物、層状ペロブスカイト酸化物、層状マンガン酸化物、層状コバルト酸化物、層状タングステン酸化物、層状ニオブ酸化物、層状タンタル酸化物、層状チタン・ニオブ酸化物、層状チタン・タンタル酸化物、層状モリブデン酸化物、層状ルテニウム酸化物、および、酸化グラファイトなる群から選択される。これらの物質は、いずれも、電子・イオン伝導性、半導体性、絶縁性、高誘電性、強誘電性、強磁性、蛍光特性、光触媒性等の優れた性質を示す、または、期待されており、これらから単層剥離されたナノシートも同様に上記性質を有し得、実用化に有利である。
Each step will be described in detail.
In step S110, the inorganic layered material is any material that can be peeled into nanosheets, but preferably, the inorganic layered material is selected from the group consisting of layered titanium oxide, layered perovskite oxide, layered manganese oxide, layered cobalt oxide, layered tungsten oxide, layered niobium oxide, layered tantalum oxide, layered titanium-niobium oxide, layered titanium-tantalum oxide, layered molybdenum oxide, layered ruthenium oxide, and graphite oxide. All of these materials exhibit or are expected to exhibit excellent properties such as electron/ion conductivity, semiconductor properties, insulation properties, high dielectric properties, ferroelectric properties, ferromagnetism, fluorescent properties, and photocatalytic properties, and nanosheets peeled from these materials can also have the above properties, which is advantageous for practical use.

層状チタン酸化物は、単層剥離により酸化チタンナノシートを生成する任意の層状チタン酸化物である。ここで単層剥離された酸化チタンナノシートは、例えば、一般式(Ti,M)O2-d(Mは金属元素または空孔であり、0≦d≦1)で表される。このような酸化チタンナノシートを生成する層状チタン酸化物は、例えば、NaTi、KTi、CsTi11、A(Ti,M)(Aは少なくとも1種のアルカリ金属元素であり、Mは1~3価の金属元素である)等がある。 The layered titanium oxide is any layered titanium oxide that produces a titanium oxide nanosheet by exfoliation. Here, the exfoliated titanium oxide nanosheet is represented, for example, by the general formula (Ti,M)O2 -d (where M is a metal element or a vacancy, and 0≦d≦1). Examples of layered titanium oxides that produce such titanium oxide nanosheets include Na2Ti3O7, K2Ti4O9, Cs2Ti5O11, and Ax(Ti,M)2O4 ( where A is at least one alkali metal element, and M is a monovalent to trivalent metal element).

層状ペロブスカイト酸化物は、単層剥離によりペロブスカイトナノシートを生成する任意の層状ペロブスカイト酸化物である。ここで単層剥離されたペロブスカイトナノシートは、例えば、一般式An-13n+1(A=Ca、Sr、Ba、Na、K、希土類元素、M=Nb、Ta、Ti、2≦n≦7)で表される。このようなペロブスカイトナノシートを生成する層状ペロブスカイト酸化物は、A’[An-13n+1]に代表されるDion-Jacobson型(A’:アルカリ金属)、A’[An-13n+1]に代表されるRuddlesden-Popper型、および、(Bi)[An-13n+1]に代表されるAurivillius型が知られている。本化合物系は多様な化学組成をとるが、代表的な層状ペロブスカイト酸化物として、KLaNb、KCaNb10、KSrNb10、CsCaNb10、KCaNaNb13、KCaNaNb16、KCaNaNb19、LiEu2/3Ta、KLaTi10、(K1.5Eu0.5)Ta10等がある。 The layered perovskite oxide is any layered perovskite oxide that produces perovskite nanosheets by exfoliation, for example, the exfoliated perovskite nanosheets represented by the general formula A n-1 M n O 3n+1 (A=Ca, Sr, Ba, Na, K, rare earth elements, M=Nb, Ta, Ti, 2≦n≦7). Known layered perovskite oxides that produce such perovskite nanosheets include the Dion-Jacobson type (A': alkali metal) represented by A'[A n-1 M n O 3n +1 ], the Ruddlesden-Popper type represented by A' 2 [A n-1 M n O 3n+1 ], and the Aurivillius type represented by (Bi 2 O 2 )[A n-1 M n O 3n+1 ]. This compound system has a variety of chemical compositions , but representative layered perovskite oxides include KLaNb2O7 , KCa2Nb3O10 , KSr2Nb3O10 , CsCa2Nb3O10 , KCa2NaNb4O13 , KCa2Na2Nb5O16 , KCa2Na3Nb6O19 , Li2Eu2 / 3Ta2O7 , K2La2Ti3O10 , ( K1.5Eu0.5 ) Ta3O10 , etc.

層状マンガン酸化物は、単層剥離により酸化マンガンナノシートを生成する任意の層状マンガン酸化物である。ここで単層剥離された酸化マンガンナノシートは、例えば、一般式MnO、Mn1-y(Mは金属元素であり、例えば、Fe、Co、0<y<1)で表される。このような酸化マンガンナノシートを生成する層状マンガン酸化物は、一般式AMnO、AMn1-y(Aは少なくとも1種のアルカリ金属元素であり、0<x≦1)で表される。 The layered manganese oxide is any layered manganese oxide that produces manganese oxide nanosheets by exfoliation. Here, the exfoliated manganese oxide nanosheets are represented, for example, by the general formula MnO 2 , Mn 1-y M y O 2 (where M is a metal element, for example, Fe, Co, 0<y<1). The layered manganese oxide that produces such manganese oxide nanosheets is represented by the general formula A x MnO 2 , A x Mn 1-y M y O 2 (where A is at least one alkali metal element, 0<x≦1).

層状コバルト酸化物は、単層剥離により酸化コバルトナノシートを生成する任意の層状コバルト酸化物である。ここで単層剥離された酸化コバルトナノシートは、例えば、一般式CoOで表される。このような酸化コバルトナノシートを生成する層状コバルト酸化物は、一般式ACoO(Aは、少なくとも1種のアルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素または遷移金属元素であり、0<x≦1)で表される。 The layered cobalt oxide is any layered cobalt oxide that produces cobalt oxide nanosheets by exfoliation. The exfoliated cobalt oxide nanosheets are represented by the general formula CoO2 , for example. The layered cobalt oxide that produces such cobalt oxide nanosheets is represented by the general formula AxCoO2 (A is at least one alkali metal element, alkaline earth metal element, or transition metal element, and 0<x≦1).

層状タングステン酸化物は、単層剥離によりタングステン酸ナノシートを生成する任意の層状タングステン酸化物である。層状タングステン酸化物は、Rb1135、Cs6+z1136(0≦z≦0.31)、Cs8.51548等がある。 Layered tungsten oxide is any layered tungsten oxide that can be exfoliated to produce tungstic acid nanosheets. Layered tungsten oxides include Rb4W11O35, Cs6+zW11O36 ( 0 z 0.31), Cs8.5W15O48 , etc.

層状ニオブ酸化物は、単層剥離により酸化ニオブナノシートを生成する任意の層状ニオブ酸化物である。ここで、例示的な酸化ニオブナノシートは、Nb、Nb17等である。このような酸化ニオブナノシートを生成する層状ニオブ酸化物は、KNb、KNb17等がある。 The layered niobium oxide is any layered niobium oxide that produces niobium oxide nanosheets by exfoliation , where exemplary niobium oxide nanosheets are Nb3O8 , Nb6O17 , etc. Layered niobium oxides that produce such niobium oxide nanosheets include KNb3O8 , K4Nb6O17 , etc.

層状タンタル酸化物は、単層剥離により酸化タンタルナノシートを生成する任意の層状タンタル酸化物である。ここで、例示的な酸化タンタルナノシートは、TaO等である。このような酸化タンタルナノシートを生成する層状タンタル酸化物は、RbTaO等がある。 The layered tantalum oxide is any layered tantalum oxide that can be exfoliated to produce tantalum oxide nanosheets, where an exemplary tantalum oxide nanosheet is TaO3 , etc. The layered tantalum oxide that produces such tantalum oxide nanosheets can be RbTaO3 , etc.

層状チタン・ニオブ酸化物は、単層剥離によりチタン・ニオブ酸ナノシートを生成する任意の層状チタン・ニオブ酸化物である。ここで、例示的なチタン・ニオブ酸ナノシートは、TiNbO、TiNbO14、TiNbO等である。このようなチタン・ニオブ酸ナノシートを生成する層状チタン・ニオブ酸化物は、A[TiNbO]、A[TiNbO14]、A[TiNbO](Aは少なくとも1種のアルカリ金属元素である)等がある。 The layered titanium niobium oxide is any layered titanium niobium oxide that can be exfoliated to produce titanium niobate nanosheets, where exemplary titanium niobate nanosheets are TiNbO5 , Ti5NbO14 , Ti2NbO7 , etc. Examples of layered titanium niobium oxides that can produce such titanium niobate nanosheets include A[ TiNbO5 ], A3 [ Ti5NbO14 ], A[ Ti2NbO7 ] ( wherein A is at least one alkali metal element), etc.

層状チタン・タンタル酸化物は、単層剥離によりチタン・タンタル酸ナノシートを生成する任意の層状チタン・タンタル酸化物である。ここで、例示的なチタン・タンタル酸ナノシートは、TiTaO、TiTaO14、TiTaO等である。このようなチタン・タンタル酸ナノシートを生成する層状チタン・タンタル酸化物は、A[TiTaO]、A[TiTaO14]、A[TiTaO](Aは少なくとも1種のアルカリ金属元素である)等がある。 The layered titanium-tantalum oxide is any layered titanium-tantalum oxide that can be exfoliated to produce titanium-tantalate nanosheets, where exemplary titanium-tantalate nanosheets are TiTaO5 , Ti5TaO14 , Ti2TaO7 , etc. Layered titanium-tantalum oxides that produce such titanium-tantalate nanosheets include A[ TiTaO5 ], A3 [ Ti5TaO14 ], A[ Ti2TaO7 ] (A is at least one alkali metal element), etc.

層状モリブデン酸化物は、単層剥離によりモリブデン酸ナノシートを生成する任意の層状モリブデン酸化物である。ここで、例示的なモリブデン酸ナノシートは、MoOで表される。このようなモリブデン酸ナノシートを生成する層状モリブデン酸化物は、一般式AMoO(Aは少なくとも1種のアルカリ金属元素であり、Mは少なくとも1種のアルカリ金属元素である)で表される。 The layered molybdenum oxide is any layered molybdenum oxide that produces molybdic acid nanosheets by exfoliation. Here, an exemplary molybdic acid nanosheet is represented by MoO2 . The layered molybdenum oxide that produces such molybdic acid nanosheets is represented by the general formula AMoO2 (A is at least one alkali metal element, and M is at least one alkali metal element).

層状ルテニウム酸化物は、単層剥離により酸化ルテニウムナノシートを生成する任意の層状ルテニウム酸化物である。ここで、例示的な酸化ルテニウムナノシートは、RuOならびにRuO2.1で表される。このような酸化ルテニウムナノシートを生成する層状ルテニウム酸化物は、一般式ARuO(Aは少なくとも1種のアルカリ金属元素である)で表される。 The layered ruthenium oxide is any layered ruthenium oxide that produces ruthenium oxide nanosheets by exfoliation. Exemplary ruthenium oxide nanosheets are represented by RuO2 and RuO2.1 . The layered ruthenium oxide that produces such ruthenium oxide nanosheets is represented by the general formula ARuO2 (A is at least one alkali metal element).

層状チタン酸化物、層状ペロブスカイト酸化物、層状マンガン酸化物、層状コバルト酸化物、層状タングステン酸化物、層状ニオブ酸化物、層状タンタル酸化物、層状チタン・ニオブ酸化物、層状チタン・タンタル酸化物、層状モリブデン酸化物、層状ルテニウム酸化物等の単層剥離のための処理は、ソフト化学処理と呼ばれ、酸処理とコロイド化処理を組み合わせた処理である。 The process for the single layer peeling of layered titanium oxide, layered perovskite oxide, layered manganese oxide, layered cobalt oxide, layered tungsten oxide, layered niobium oxide, layered tantalum oxide, layered titanium-niobium oxide, layered titanium-tantalum oxide, layered molybdenum oxide, layered ruthenium oxide, etc. is called soft chemical treatment, which is a combination of acid treatment and colloidal treatment.

例えば、上述の無機層状物質の粉末に塩酸などの酸水溶液を接触させ、生成物をろ過、洗浄後、乾燥させると、処理前に層間に存在していたアルカリ金属イオンがすべて水素イオンまたはオキソニウムイオンに置き換わり、水素イオン交換体が得られる。次に、得られた水素イオン交換体をテトラブチルアンモニウムイオン(TBA)、テトラプロピルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラメチルアンモニウムイオン、n-プロピルアミン、n-エチルアミンおよびエタノールアミンアミンなどの塩基性物質を含有する水溶液中に入れ撹拌すると、コロイド化する。このようにして、層状構造を構成していた層が1枚1枚にまで剥離され、ナノシートが得られる。 For example, when the powder of the inorganic layered material described above is contacted with an aqueous acid solution such as hydrochloric acid, and the product is filtered, washed, and then dried, all of the alkali metal ions present between the layers before the treatment are replaced with hydrogen ions or oxonium ions, and a hydrogen ion exchanger is obtained. Next, the hydrogen ion exchanger obtained is placed in an aqueous solution containing a basic substance such as tetrabutylammonium ion (TBA + ), tetrapropylammonium ion, tetraethylammonium ion, tetramethylammonium ion, n-propylamine, n-ethylamine, and ethanolamine, and stirred to form a colloid. In this way, the layers that constituted the layered structure are peeled off one by one, and nanosheets are obtained.

酸化グラファイトは、黒鉛を化学的に酸化することにより得られる。黒鉛を硫酸、過硫酸カリウム、過マンガン酸カリウムなどの強酸で酸化後、単層剥離により、酸化グラフェン(GOと称する)ナノシートが合成できる。酸化グラフェンは、水酸基、カルボン酸、エポキシ基、カルボニル基等の酸素官能基を表面に含み、水溶性であるため、コロイド水溶液として得られ、本発明の薄膜製造に好適である。 Graphite oxide can be obtained by chemically oxidizing graphite. After oxidizing graphite with a strong acid such as sulfuric acid, potassium persulfate, or potassium permanganate, graphene oxide (GO) nanosheets can be synthesized by exfoliation. Graphene oxide contains oxygen functional groups such as hydroxyl, carboxylic acid, epoxy, and carbonyl groups on its surface and is water-soluble, so it can be obtained as a colloidal aqueous solution and is suitable for the thin film production of the present invention.

なお、上述した無機層状物質の一般式は例示であって、層状構造を維持する限り、添加元素等の異種金属元素が固溶されていてもよく、必ずしも上述の元素のみ、ならびに、上述の組成のみから構成されるものではない。 The general formula of the inorganic layered material described above is merely an example, and as long as the layered structure is maintained, dissimilar metal elements such as additive elements may be dissolved in the material, and the material is not necessarily composed only of the above elements or the above composition.

工程S110において、低級アルコールは、炭素数が5以下であれば水との親和性もよく特に制限はないが、好ましくは、メタノール、エタノール、プロパノール、および、ブタノールからなる群から少なくとも1種選択される。これらは、入手が容易であり、取り扱いが簡便である。プロパノールは、1-プロパノール、2-プロパノールのいずれであってもよい。ブタノールは、1-ブタノール、2-メチル-1-プロパノール、2-ブタノール、2-メチル-2-プロパノールのいずれであってもよい。中でも、エタノールは、コロイド水溶液の表面張力の低減、滴下したコロイド水溶液中の分散媒の蒸発速度の増大、分散媒中のナノシートの対流の促進の観点から、特に好適である。 In step S110, the lower alcohol has good affinity with water as long as it has 5 or less carbon atoms and is not particularly limited, but preferably at least one type is selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, and butanol. These are easy to obtain and easy to handle. Propanol may be either 1-propanol or 2-propanol. Butanol may be either 1-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-butanol, or 2-methyl-2-propanol. Among them, ethanol is particularly suitable from the viewpoints of reducing the surface tension of the colloidal aqueous solution, increasing the evaporation rate of the dispersion medium in the dropped colloidal aqueous solution, and promoting convection of the nanosheets in the dispersion medium.

工程S110において、分散媒中の低級アルコールの含有量は、好ましくは、0.5質量%以上15体積%以下の範囲である。この範囲であれば、ナノシート単層膜の製造を促進する。分散媒中の低級アルコールの含有量は、より好ましくは、1体積%以上10体積%以下であり、なお好ましくは、1体積%以上5体積%以下である。これにより、少ないアルコール添加によっても、表面張力の低下やナノシートの対流を促進し、稠密なナノシート単層膜が得られ得る。 In step S110, the content of the lower alcohol in the dispersion medium is preferably in the range of 0.5 mass% to 15 volume%. This range promotes the production of a nanosheet monolayer film. The content of the lower alcohol in the dispersion medium is more preferably 1 volume% to 10 volume%, and even more preferably 1 volume% to 5 volume%. This promotes the reduction in surface tension and the convection of the nanosheets even with the addition of a small amount of alcohol, and makes it possible to obtain a dense nanosheet monolayer film.

工程S110において、コロイド水溶液中のナノシートの濃度は、好ましくは、0.01g/L以上1g/L以下の範囲である。これにより、稠密なナノシート単層膜を高効率で得られる。コロイド水溶液中のナノシートの濃度は、より好ましくは、0.01g/L以上0.5g/L以下の範囲である。これにより、稠密なナノシート単層膜をより高効率で得られる。コロイド水溶液中のナノシートの濃度は、なお好ましくは、0.02g/L以上0.2g/L以下の範囲である。これにより、稠密なナノシート単層膜をなお一層高効率で得られる。 In step S110, the concentration of the nanosheets in the aqueous colloidal solution is preferably in the range of 0.01 g/L or more and 1 g/L or less. This allows a dense nanosheet monolayer film to be obtained with high efficiency. The concentration of the nanosheets in the aqueous colloidal solution is more preferably in the range of 0.01 g/L or more and 0.5 g/L or less. This allows a dense nanosheet monolayer film to be obtained with higher efficiency. The concentration of the nanosheets in the aqueous colloidal solution is even more preferably in the range of 0.02 g/L or more and 0.2 g/L or less. This allows a dense nanosheet monolayer film to be obtained with even higher efficiency.

工程S120において、コロイド水溶液を滴下する基板は、特に制限はないが、例示的には、Au、Pt等の金属基板、Si、GaAs等の半導体基板、石英、ガラス等の透明基板、サファイア、MgO、ITO、SrTiO、SrTiO:Nb(Nb添加されたSrTiO)、SrRuO等の酸化物単結晶基板、プラスチック等の有機基板等任意の基板を採用できる。 In step S120, the substrate onto which the colloidal aqueous solution is dropped is not particularly limited, but examples of the substrate that can be used include metal substrates such as Au and Pt, semiconductor substrates such as Si and GaAs, transparent substrates such as quartz and glass, oxide single crystal substrates such as sapphire, MgO, ITO, SrTiO3 , SrTiO3 :Nb (Nb-added SrTiO3 ), and SrRuO3 , and organic substrates such as plastic.

基板の表面は、洗浄処理により親水化処理されていることが好ましい。洗浄処理は、アセトンで表面を拭き、有機物が除去された基板を、メタノールと塩酸との混合溶液(体積比で1:1で混合)に15分~45分浸漬させ、超純水で洗浄後、濃塩酸に15分~45分浸漬、再度、超純水で洗浄すればよい。また、洗浄処理は、オゾン雰囲気下で、15分~30分間、紫外線照射を行うことでも代用できる。 The surface of the substrate is preferably made hydrophilic by a cleaning process. The cleaning process involves wiping the surface with acetone, immersing the substrate from which organic matter has been removed in a mixed solution of methanol and hydrochloric acid (mixed at a volume ratio of 1:1) for 15 to 45 minutes, cleaning with ultrapure water, immersing in concentrated hydrochloric acid for 15 to 45 minutes, and then cleaning again with ultrapure water. The cleaning process can also be substituted by irradiating the substrate with ultraviolet light for 15 to 30 minutes in an ozone atmosphere.

工程S120において、コロイド水溶液の滴下は、ノズルを備えた溶液の滴下可能な手段であれば特に制限はないが、例示的には、液量計量が可能なマイクロピペット等のピペット、スポイト、インクジェットプリンター等の滴下器具を採用できる。 In step S120, the colloidal aqueous solution can be dripped using any means capable of dripping a solution equipped with a nozzle, but examples of dripping devices that can be used include a micropipette or other pipette capable of measuring the amount of liquid, a dropper, an inkjet printer, or the like.

工程S120において、コロイド水溶液の基板に対する滴下量は、基板を覆う程度に滴下すれば制限はないが、好ましくは、0.1μL/mm以上5μL/mm以下の範囲である。この範囲であれば、ナノシート単層膜を効率的に製造できる。滴下量は、より好ましくは、0.3μL/mm以上2.5μL/mm以下の範囲である。この範囲であれば、少ないコロイド水溶液にてナノシート単層膜を効率的に製造できる。滴下量は、なお好ましくは、1μL/mm以上2.5μL/mm以下の範囲である。この範囲であれば、少ないコロイド水溶液にて基板を選ぶことなくナノシート単層膜を効率的に製造できる。 In step S120, the amount of the colloidal aqueous solution dropped onto the substrate is not limited as long as it is dropped enough to cover the substrate, but is preferably in the range of 0.1 μL/ mm2 or more and 5 μL/ mm2 or less. Within this range, a nanosheet monolayer film can be efficiently produced. The amount of the drop is more preferably in the range of 0.3 μL/ mm2 or more and 2.5 μL/mm2 or less . Within this range, a nanosheet monolayer film can be efficiently produced with a small amount of colloidal aqueous solution. The amount of the drop is even more preferably in the range of 1 μL/ mm2 or more and 2.5 μL/ mm2 or less. Within this range, a nanosheet monolayer film can be efficiently produced with a small amount of colloidal aqueous solution without having to choose a substrate.

工程S130において、滴下されたコロイド水溶液の吸引は、ノズルを備えた溶液の吸引可能な手段であれば特に制限はないが、例示的には、液量計量が可能なマイクロピペット等のピペット、スポイト、吸引ノズルを採用できる。 In step S130, the dropped colloidal aqueous solution can be aspirated using any means capable of aspirating a solution equipped with a nozzle, but examples of the means include a pipette such as a micropipette capable of measuring the amount of liquid, a dropper, and an aspirating nozzle.

工程S130において、滴下されたコロイド水溶液の吸引は、自然に揮発する分を除いて、実質的に滴下量と同量を吸引すればよいが、工程S130は、工程S120に連続して行われるため、自然に揮発する量を無視してもよい。吸引に要する時間は、選択した無機層状物質の種類、コロイド水溶液濃度、基板の種類にもよるが、例示的には、15秒以上1分以下の範囲である。このため、製造プロセス全体の時間も短く、効率的である。 In step S130, the dropped colloidal aqueous solution is aspirated in an amount substantially equal to the amount dropped, excluding the amount that naturally evaporates, but since step S130 is performed immediately after step S120, the amount that naturally evaporates may be ignored. The time required for aspirating varies depending on the type of inorganic layered material selected, the concentration of the colloidal aqueous solution, and the type of substrate, but is illustratively in the range of 15 seconds to 1 minute. Therefore, the entire manufacturing process is short and efficient.

工程S130において、吸引後、一定時間保持してもよい。これにより、残留する分散媒を乾燥・除去できる。このような保持時間は、例示的には、3秒以上10秒以下である。 In step S130, the mixture may be held for a certain period of time after suction. This allows the remaining dispersion medium to be dried and removed. The holding time is, for example, 3 seconds or more and 10 seconds or less.

本発明のナノシート単層膜は、室温(10℃以上35℃以下の温度範囲)、大気下で行うことが可能であるが、基板を加熱してもよい。これにより、滴下したコロイド水溶液中の分散媒の蒸発速度、ナノシートの対流の精密に制御できる。基板の加熱は、工程S110に先立って行ってもよいし、あるいは、工程S110後に行ってもよい。 The nanosheet monolayer film of the present invention can be produced at room temperature (temperature range of 10°C to 35°C) in the atmosphere, but the substrate may also be heated. This allows precise control of the evaporation rate of the dispersion medium in the dropped colloidal aqueous solution and the convection of the nanosheets. The substrate may be heated prior to step S110 or after step S110.

基板を加熱する場合の加熱温度は、好ましくは、50℃以上150℃以下の温度範囲である。これにより、短時間でナノシート単層膜を得ることができる。より好ましくは、加熱温度は、90℃以上130℃以下の温度範囲である。これにより、ナノシート単層膜を歩留まりよく得られる。加熱には、ホットプレートなど通常の加熱装置を使用できる。 When heating the substrate, the heating temperature is preferably in the range of 50°C or higher and 150°C or lower. This allows a nanosheet monolayer film to be obtained in a short time. More preferably, the heating temperature is in the range of 90°C or higher and 130°C or lower. This allows a nanosheet monolayer film to be obtained with a good yield. For heating, a normal heating device such as a hot plate can be used.

以上説明してきたように、本発明の方法によれば、水とアルコールとを含有する分散媒を用いたコロイド水溶液を基板に滴下した後、吸引するという簡便な操作で、ナノシート単層膜を極めて短時間で製造することができる。 As explained above, according to the method of the present invention, a nanosheet monolayer film can be produced in an extremely short time by a simple operation of dropping an aqueous colloidal solution using a dispersion medium containing water and alcohol onto a substrate and then aspirating it.

上述の工程を繰り返して、薄膜としてナノシート多層膜あるいはナノシート単層膜からなる超格子を製造できる。
図3は、本発明によるナノシート多層膜を製造する工程を示すフローチャートである。
By repeating the above steps, a superlattice consisting of a nanosheet multilayer film or a nanosheet monolayer film can be produced as a thin film.
FIG. 3 is a flow chart showing the steps of producing a nanosheet multilayer film according to the present invention.

図1で例示したナノシート単層膜を製造する工程に続いて、コロイド水溶液を基板に滴下する工程と、滴下したコロイド水溶液を基板から吸引する工程とを繰り返し行えばよい(図3の工程310)。これにより、ナノシート単層膜が多層化したナノシート多層膜を得ることができる。 Following the process for producing the nanosheet monolayer film illustrated in FIG. 1, the process of dropping the colloidal aqueous solution onto the substrate and the process of sucking the dropped colloidal aqueous solution from the substrate can be repeated (step 310 in FIG. 3). This makes it possible to obtain a nanosheet multilayer film in which the nanosheet monolayer film is multilayered.

工程S310は、好ましくは、工程S130によって得られた基板上のナノシート単層膜からなる薄膜を加熱する工程と、基板上のナノシート単層膜からなる薄膜を純水で洗浄する工程とをさらに包含する。 Step S310 preferably further includes a step of heating the thin film consisting of the nanosheet monolayer film on the substrate obtained by step S130, and a step of washing the thin film consisting of the nanosheet monolayer film on the substrate with pure water.

加熱する工程によって、不要な有機物(例えば、ナノシートの剥離に用いるTBA、TMA等)が除去される。加熱温度は、有機物が除去される温度であれば特に制限はないが、好ましくは、150℃以上250℃以下の温度範囲である。加熱時間は、特に制限はなく、少なくとも5分以上であればよい。これにより、ナノシート単層膜からなる薄膜に残留する有機物が除去され、ナノシート単層膜とナノシート単層膜とが密着した強固な多層膜が得られる。 The heating step removes unnecessary organic substances (e.g., TBA + , TMA + , etc., used for peeling off the nanosheets). The heating temperature is not particularly limited as long as it is a temperature at which the organic substances can be removed, but is preferably in the range of 150° C. or more and 250° C. or less. The heating time is not particularly limited, and may be at least 5 minutes or more. This removes the organic substances remaining in the thin film made of the nanosheet monolayer film, and a strong multilayer film in which the nanosheet monolayer film and the nanosheet monolayer film are closely attached to each other is obtained.

加熱後の洗浄する工程により、表面がコロイド水溶液になじみやすくなり、次の積層の工程が容易になる。 The washing process after heating makes the surface more compatible with the colloidal aqueous solution, facilitating the next lamination process.

前記工程を1セットとして、複数回(n)繰り返すことにより、ナノシート単層膜がn層積層した多層膜の製造が可能となる。 By repeating the above steps multiple times (n) as one set, it is possible to produce a multilayer film in which n nanosheet monolayer films are stacked.

また、前記工程を1セットとして、異なる種類のナノシート単層膜を2種以上で組み合わせて積層することで、超格子の製造が可能となる。 In addition, by combining two or more different types of nanosheet monolayer films and laminating them together using the above process as one set, it is possible to produce a superlattice.

得られたナノシート多層膜または超格子に紫外光(波長200nm以上400nm以下の範囲の光)を照射してもよい。これにより、ナノシート単層膜間の有機物が除去される。選択した層状無機物質によっては、ナノシート単層膜が紫外光照射により光触媒効果を誘起し得る。これにより、ナノシート単層膜間にある有機物(例えば、ナノシートの剥離に用いるTBA、TMA等)が分解され、除去される。その結果、ナノシート多層膜、超格子を、有機物を含まない無機薄膜化できる。紫外光の照射と有機物除去のための加熱とを組み合わせてもよい。 The obtained nanosheet multilayer film or superlattice may be irradiated with ultraviolet light (light having a wavelength in the range of 200 nm to 400 nm). This removes organic matter between the nanosheet monolayer films. Depending on the selected layered inorganic substance, the nanosheet monolayer film may induce a photocatalytic effect by ultraviolet light irradiation. This decomposes and removes organic matter (e.g., TBA + , TMA + , etc., used for peeling off the nanosheets) between the nanosheet monolayer films. As a result, the nanosheet multilayer film or superlattice can be made into an inorganic thin film that does not contain organic matter. The irradiation of ultraviolet light may be combined with heating for removing organic matter.

紫外光の照射条件は、ナノシート多層膜、超格子の層数に応じて、適宜改変されるが、例えば、ナノシート多層膜が10層であれば、1mW/cmの紫外光を約72時間以上照射すれば、十分に有機物を除去できる。 The ultraviolet light irradiation conditions are appropriately modified depending on the number of layers of the nanosheet multilayer film and superlattice. For example, if the nanosheet multilayer film has 10 layers, irradiation with 1 mW/ cm2 ultraviolet light for about 72 hours or more can sufficiently remove organic matter.

このようなナノシート多層膜は、有機物が除去されているので、安定である。また、ナノシート多層膜は、酸化物ナノシートの有する優れた電子・イオン伝導性、半導体性、絶縁性、高誘電性、強誘電性、強磁性、蛍光特性、光触媒性等の特性を安定、有効に働かせるために有利である。 Such nanosheet multilayer films are stable because organic matter has been removed. In addition, nanosheet multilayer films are advantageous in that they allow oxide nanosheets to stably and effectively utilize their excellent properties, such as electronic and ionic conductivity, semiconductivity, insulation, high dielectric properties, ferroelectricity, ferromagnetism, fluorescent properties, and photocatalytic properties.

以上説明してきたように、本発明によれば、単に図1の工程を繰り返すだけで、ナノシート単層膜を多層化することができるので、操作が簡便であり、短時間に薄膜、厚膜を製造することができる。 As explained above, according to the present invention, a nanosheet monolayer film can be multilayered simply by repeating the steps shown in FIG. 1, making the operation simple and allowing thin and thick films to be produced in a short time.

本発明による方法によって得られた薄膜は、酸化物ナノシートの有する優れた電子・イオン伝導性、半導体性、絶縁性、高誘電性、強誘電性、強磁性、蛍光特性、光触媒性等の特性を具備した薄膜の提供が可能となる。このような薄膜を本発明の製造方法により、簡便、少量の溶液で、かつ高品質に製造できるので、薄膜製造にかかるコストを大幅に削減できる。 The thin film obtained by the method of the present invention can provide a thin film that has the excellent properties of oxide nanosheets, such as excellent electronic and ionic conductivity, semiconductivity, insulating properties, high dielectric properties, ferroelectric properties, ferromagnetic properties, fluorescent properties, and photocatalytic properties. The manufacturing method of the present invention allows such thin films to be manufactured easily, with a small amount of solution, and with high quality, thereby significantly reducing the costs of thin film manufacturing.

次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例によって限定されるものでないことは言うまでもない。 Next, the present invention will be described in detail using specific examples, but it goes without saying that the present invention is not limited to these examples.

[製造に使用したナノシートの調製]
1.酸化チタンナノシート(Ti0.87)の調製
層状チタン酸化物(K0.8Ti1.73Li0.27)を出発原料に、酸化チタンナノシート(Ti0.87)を調製した。
[Preparation of nanosheets used in production]
1. Preparation of titanium oxide nanosheet ( Ti0.87O2 ) Using layered titanium oxide ( K0.8Ti1.73Li0.27O4 ) as a starting material, a titanium oxide nanosheet (Ti0.87O2 ) was prepared.

層状チタン酸化物(K0.8Ti1.73Li0.27)は、固相合成法により合成した。TiO(Rare Metallic社製、純度99.99%)、KCO(Rare Metallic社製、純度99.99%)およびLiCO(Rare Metallic社製、純度99.99%)の原料粉末を、化学量論比TiO:KCO:LiCO=1:0.23:0.078に基づいて秤量し、アルミナ乳鉢を用いて60分間粉砕・混合した。なお、焼成の際に、アルカリ金属炭酸塩であるKCOおよびLiCOの一部が蒸発するため、モル比で5%過剰に加えた。粉砕・混合した原料粉末を白金るつぼに入れ、900℃、1時間電気炉で仮焼成した。その後、仮焼成した原料粉末をアルミナ乳鉢で再度30分間粉砕・混合した。次いで、粉砕・混合した原料粉末を白金るつぼに入れ、1000℃で20時間焼成し、層状チタン酸化物K0.8Ti1.73Li0.27を得た。 Layered titanium oxide ( K0.8Ti1.73Li0.27O4 ) was synthesized by solid-phase synthesis. Raw material powders of TiO2 (Rare Metallic, purity 99.99%), K2CO3 (Rare Metallic, purity 99.99 % ) and Li2CO3 (Rare Metallic, purity 99.99%) were weighed based on the stoichiometric ratio TiO2 : K2CO3 : Li2CO3 = 1:0.23:0.078, and were ground and mixed for 60 minutes using an alumina mortar. During firing, part of the alkali metal carbonates K2CO3 and Li2CO3 evaporates, so they were added in a molar ratio of 5 % excess. The ground and mixed raw material powder was placed in a platinum crucible and pre-fired in an electric furnace at 900° C. for 1 hour. The pre-fired raw material powder was then ground and mixed again in an alumina mortar for 30 minutes. The ground and mixed raw material powder was then placed in a platinum crucible and fired at 1000° C. for 20 hours to obtain layered titanium oxide K 0.8 Ti 1.73 Li 0.27 O 4 .

得られた層状チタン酸化物(0.2g)と塩酸水溶液(200mL)とをビーカ中撹拌、72時間酸処理を行ない、水素イオン交換体(H1.07Ti1.73・HO)を得た。次いで、水素イオン交換体を、テトラブチルアンモニウムカチオン(TBA)/プロトン(H)の比が1になるように濃度を調整した水酸化テトラブチルアンモニウム水溶液に、4g/Lの割合で混合し、室温にて2週間反応させて、組成式Ti0.87で表される、厚さ約1nm、横サイズ5μm~10μmのナノシートが分散した乳白色のコロイド水溶液を作製した。酸化チタンナノシートを含有するコロイド水溶液(原液)の濃度は0.36質量%であった。 The obtained layered titanium oxide (0.2 g) and an aqueous hydrochloric acid solution (200 mL) were stirred in a beaker and subjected to an acid treatment for 72 hours to obtain a hydrogen ion exchanger (H 1.07 Ti 1.73 O 4.H 2 O). Next, the hydrogen ion exchanger was mixed at a ratio of 4 g/L with an aqueous tetrabutylammonium hydroxide solution whose concentration was adjusted so that the ratio of tetrabutylammonium cation (TBA + )/proton (H + ) was 1, and the mixture was allowed to react at room temperature for 2 weeks to produce a milky white colloidal aqueous solution in which nanosheets with a thickness of about 1 nm and a lateral size of 5 μm to 10 μm, represented by the composition formula Ti 0.87 O 2 , were dispersed. The concentration of the colloidal aqueous solution (undiluted solution) containing titanium oxide nanosheets was 0.36 mass%.

2.ペロブスカイトナノシート(CaNb10)の調製
層状ペロブスカイト酸化物(KCaNb10)を出発原料に、ペロブスカイトナノシート(CaNb10)を調製した。
2. Preparation of Perovskite Nanosheets (Ca 2 Nb 3 O 10 ) Perovskite nanosheets (Ca 2 Nb 3 O 10 ) were prepared using layered perovskite oxide (KCa 2 Nb 3 O 10 ) as a starting material.

層状ペロブスカイト酸化物(KCaNb10)は、固相合成法により合成した。KCO(Rare Metallic社製、純度99.99%)、CaCO(Rare Metallic社製、純度99.99%)およびNb(Rare Metallic社製、純度99.99%)の原料粉末を、化学量論比KCO:CaCO:Nb=1:4:3に基づいて秤量し、アルミナ乳鉢を用いて60分間粉砕・混合した。なお、焼成の際に、アルカリ金属炭酸塩であるKCOの一部が蒸発するため、モル比で10%過剰に加えた。粉砕・混合した原料粉末を白金るつぼに入れ、900℃、1時間電気炉で仮焼成後、1200℃で12時間焼成し、層状ペロブスカイト酸化物KCaNb10を得た。 The layered perovskite oxide (KCa 2 Nb 3 O 10 ) was synthesized by solid-phase synthesis. Raw material powders of K 2 CO 3 (Rare Metallic, purity 99.99%), CaCO 3 (Rare Metallic, purity 99.99%) and Nb 2 O 5 (Rare Metallic, purity 99.99%) were weighed based on the stoichiometric ratio of K 2 CO 3 :CaCO 3 :Nb 2 O 5 = 1:4:3, and were ground and mixed for 60 minutes using an alumina mortar. During firing, part of the alkali metal carbonate K 2 CO 3 evaporates, so it was added in a molar ratio of 10% excess. The ground and mixed raw material powder was placed in a platinum crucible, pre-fired in an electric furnace at 900° C. for 1 hour, and then fired at 1200° C. for 12 hours to obtain a layered perovskite oxide KCa 2 Nb 3 O 10 .

得られた層状ペロブスカイト酸化物(5g)と硝酸水溶液(200mL)とをビーカ中撹拌し、72時間酸処理を行ない、水素イオン交換体(HCaNb10・1.5HO)を得た。次いで、水素イオン交換体(0.4g)を、TBA/Hの比が2になるように濃度を調整した水酸化テトラブチルアンモニウム水溶液(100mL)に混合し、室温にて2週間反応させて、組成式CaNb10で表される、厚さ約1.5nm、横サイズ2μm~5μmのナノシートが分散した乳白色のコロイド水溶液を作製した。ペロブスカイトナノシートを含有するコロイド水溶液(原液)の濃度は0.4質量%であった。 The obtained layered perovskite oxide (5 g) and a nitric acid aqueous solution (200 mL) were stirred in a beaker and subjected to acid treatment for 72 hours to obtain a hydrogen ion exchanger (HCa 2 Nb 3 O 10 ·1.5H 2 O). Next, the hydrogen ion exchanger (0.4 g) was mixed with a tetrabutylammonium hydroxide aqueous solution (100 mL) whose concentration was adjusted so that the TBA + /H + ratio was 2, and the mixture was allowed to react at room temperature for 2 weeks to produce a milky white colloidal aqueous solution in which nanosheets with a thickness of about 1.5 nm and a lateral size of 2 μm to 5 μm, represented by the composition formula Ca 2 Nb 3 O 10 , were dispersed. The concentration of the colloidal aqueous solution (stock solution) containing the perovskite nanosheets was 0.4 mass%.

3.酸化ルテニウムナノシート(RuO2.1)の調製
層状ルテニウム酸化物(K0.2RuO2.1)を出発原料に、酸化ルテニウムナノシート(RuO2.1)を調製した。
3. Preparation of Ruthenium Oxide Nanosheets (RuO 2.1 ) Ruthenium oxide nanosheets (RuO 2.1 ) were prepared using layered ruthenium oxide (K 0.2 RuO 2.1 ) as a starting material.

層状ルテニウム酸化物(K0.2RuO2.1)は、固相合成法により合成した。KCO(Rare Metallic社製、純度99.99%)およびRuO(Rare Metallic社製、純度99.99%)の原料粉末を、化学量論比KCO:RuO=0.625:1に基づいて秤量し、アルミナ乳鉢を用いて60分間粉砕・混合した。粉砕・混合した原料粉末を白金るつぼに入れ、Ar雰囲気下、900℃で12時間焼成し、層状ルテニウム酸化物K0.2RuO2.1を得た。 Layered ruthenium oxide ( K0.2RuO2.1 ) was synthesized by solid-phase synthesis . Raw material powders of K2CO3 (Rare Metallic, purity 99.99%) and RuO2 (Rare Metallic, purity 99.99%) were weighed based on the stoichiometric ratio K2CO3 : RuO2 = 0.625 :1, and ground and mixed for 60 minutes using an alumina mortar. The ground and mixed raw material powders were placed in a platinum crucible and fired at 900°C for 12 hours in an Ar atmosphere to obtain layered ruthenium oxide K0.2RuO2.1 .

得られた層状ルテニウム酸化物(5g)と塩酸水溶液(200mL)とをビーカ中で撹拌、72時間酸処理を行ない、水素イオン交換体(H0.2RuO2.1・0.9HO)を得た。次いで、水素イオン交換体(0.4g)を、TBA/Hの比が5になるように濃度を調整した水酸化テトラブチルアンモニウム水溶液(100mL)に混合し、室温にて2週間反応させて、組成式RuO2.1で表される、厚さ約1nm、横サイズ1μm~5μmのナノシートが分散した褐色のコロイド水溶液を作製した。酸化ルテニウムナノシートを含有するコロイド水溶液(原液)の濃度は0.4質量%であった。 The obtained layered ruthenium oxide (5 g) and hydrochloric acid solution (200 mL) were stirred in a beaker and acid-treated for 72 hours to obtain a hydrogen ion exchanger (H 0.2 RuO 2.1 ·0.9H 2 O). Next, the hydrogen ion exchanger (0.4 g) was mixed with a tetrabutylammonium hydroxide solution (100 mL) whose concentration was adjusted so that the TBA + /H + ratio was 5, and the mixture was reacted at room temperature for 2 weeks to produce a brown colloidal aqueous solution in which nanosheets with a thickness of about 1 nm and a lateral size of 1 μm to 5 μm, represented by the composition formula RuO 2.1, were dispersed. The concentration of the colloidal aqueous solution (stock solution) containing ruthenium oxide nanosheets was 0.4 mass%.

4.酸化グラフェンナノシート(GO)の調製
黒鉛(グラファイト)を出発原料に、酸化グラフェンナノシート(GO)を調製した。
4. Preparation of Graphene Oxide Nanosheets (GO) Graphene oxide nanosheets (GO) were prepared using graphite as a starting material.

グラファイト粉末(和光純薬製)を、アルミナ乳鉢を用いて60分間粉砕し、微細粉末状に処理した。硝酸ナトリウム(0.75g)および過マンガン酸カリウム(4.5g)を濃硫酸(100mL)に溶解させた溶液を用意し、黒鉛粉末(1g)を加え、室温で7日間攪拌した。反応液を冷却して5%硫酸(100mL)をゆっくりと加え、さらに30%過酸化水素水(3mL)を加え、室温で2時間攪拌した。これにより、酸化グラファイトを含む溶液を準備した。 Graphite powder (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was ground in an alumina mortar for 60 minutes to produce a fine powder. A solution of sodium nitrate (0.75 g) and potassium permanganate (4.5 g) dissolved in concentrated sulfuric acid (100 mL) was prepared, to which graphite powder (1 g) was added and stirred at room temperature for 7 days. The reaction solution was cooled, and 5% sulfuric acid (100 mL) was slowly added, followed by 30% hydrogen peroxide (3 mL), and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours. This prepared a solution containing graphite oxide.

酸化グラファイトを含む溶液に、3%硫酸と0.5%過酸化水素水の混合溶液を加え、沈殿を再分散させてから遠心分離(7000rpm、60分)し、上澄みを廃棄。この再分散/遠心分離操作を15回繰り返した。次いで、超純水を加え、再分散、遠心分離(7000rpm、30分)、上澄み廃棄の操作を15回繰り返した。その後、上澄みを回収し、超純水を加えて攪拌し、酸化グラフェンナノシートが分散した黒色のコロイド水溶液を得た。酸化グラフェンナノシートを含有するコロイド水溶液(原液)の濃度は0.2質量%であった。 A mixed solution of 3% sulfuric acid and 0.5% hydrogen peroxide was added to the solution containing graphite oxide, and the precipitate was redispersed, then centrifuged (7000 rpm, 60 minutes), and the supernatant was discarded. This redispersion/centrifugation procedure was repeated 15 times. Next, ultrapure water was added, and the procedure of redispersion, centrifugation (7000 rpm, 30 minutes), and discarding the supernatant was repeated 15 times. The supernatant was then collected, and ultrapure water was added and stirred to obtain a black colloidal aqueous solution in which graphene oxide nanosheets were dispersed. The concentration of the colloidal aqueous solution (undiluted solution) containing graphene oxide nanosheets was 0.2% by mass.

[例1~例9]
例1~例9では、酸化チタンナノシートを含有するコロイド水溶液の原液を用いて、各種濃度の薄膜用コロイド水溶液を調製し、各種基板上に薄膜として酸化チタンナノシート単層膜を製造した。
[Examples 1 to 9]
In Examples 1 to 9, a stock solution of a colloidal aqueous solution containing titanium oxide nanosheets was used to prepare colloidal aqueous solutions of various concentrations for thin films, and titanium oxide nanosheet monolayer films were produced as thin films on various substrates.

上述の酸化チタン(Ti0.87)ナノシートを含有するコロイド水溶液(原液)を、表1に示す量秤量し、超純水(日本ミリポア社製超純水装置Milli-Q Element)5mLで希釈し、次いで、種々の添加量のエタノールを添加し、滴下用コロイド水溶液(コーティング液)を調製した(図1の工程S110)。表1には、各コーティング液の分散媒中のエタノールの含有量(体積%)、ならびに、コーティング液中のナノシートの濃度(g/L)も併せて示す。 The above-mentioned titanium oxide ( Ti0.87O2 ) nanosheet-containing colloidal aqueous solution (stock solution) was weighed out in the amount shown in Table 1, diluted with 5 mL of ultrapure water (Ultrapure water device Milli-Q Element manufactured by Japan Millipore), and then various amounts of ethanol were added to prepare a colloidal aqueous solution for dropping (coating solution) (step S110 in FIG. 1). Table 1 also shows the ethanol content (volume %) in the dispersion medium of each coating solution, and the nanosheet concentration (g/L) in the coating solution.

図4は、例1の滴下用コロイド水溶液の観察結果を示す図である。 Figure 4 shows the observation results of the colloidal aqueous solution for dropping in Example 1.

図4によれば、コロイド水溶液は、薄い乳白色を示しており、Ti0.87ナノシートが均一に分散していることが分かった。 As shown in FIG. 4, the colloidal aqueous solution exhibited a light milky white color, and it was found that the Ti 0.87 O 2 nanosheets were uniformly dispersed.

表2に示すように、基板には、石英ガラス基板(30mmφ)、シリコン(Si)ウェハ(30mmφ)、90nmの自然酸化膜付きSi基板(1インチ角)、Pt基板(30mmφ)、SrTiO:Nb基板(15mm角)、PET基板(50mm角)を利用した。 As shown in Table 2, the substrates used were a quartz glass substrate (30 mmφ), a silicon (Si) wafer (30 mmφ), a Si substrate (1 inch square) with a 90 nm native oxide film, a Pt substrate (30 mmφ), a SrTiO 3 :Nb substrate (15 mm square), and a PET substrate (50 mm square).

石英ガラス基板、Siウェハ、自然酸化膜付きSi基板の表面をそれぞれアセトンで拭き、有機物等を除去した。次いで、メタノールと濃塩酸との混合溶液(体積比1:1で混合した)に各基板を30分間浸漬させ、超純水で洗浄した。その後、各基板を濃塩酸に30分間浸漬させ、超純水で洗浄した。これにより親水化基板を得た。Pt基板、SrTiO:Nb基板、PET基板については、オゾン雰囲気下で、15分紫外線照射し、洗浄処理を行った。 The surfaces of the quartz glass substrate, the Si wafer, and the Si substrate with a native oxide film were wiped with acetone to remove organic matter. Next, each substrate was immersed in a mixed solution of methanol and concentrated hydrochloric acid (mixed at a volume ratio of 1:1) for 30 minutes and washed with ultrapure water. After that, each substrate was immersed in concentrated hydrochloric acid for 30 minutes and washed with ultrapure water. This resulted in a hydrophilic substrate. The Pt substrate, the SrTiO 3 :Nb substrate, and the PET substrate were irradiated with ultraviolet light for 15 minutes in an ozone atmosphere and washed.

次いで、洗浄後の基板を表2の温度に加熱したホットプレート上に配置し、3分間保持した。その後、コーティング液を表2に示す量だけ基板に滴下(図1の工程S120)した。次いで、滴下したコーティング液の実質全量を、マイクロピペットを用いて吸引した(図1の工程S130)。なお、例5の薄膜は、吸引後3秒間保持した。 Next, the cleaned substrate was placed on a hot plate heated to the temperature shown in Table 2 and held there for 3 minutes. After that, the coating liquid was dripped onto the substrate in the amount shown in Table 2 (step S120 in FIG. 1). Next, substantially the entire amount of the dripped coating liquid was aspirated using a micropipette (step S130 in FIG. 1). Note that the thin film of Example 5 was held there for 3 seconds after aspirating.

例1~例9の薄膜について、共焦点レーザー顕微鏡(CFLM、オリンパス社製、OLS4000)により表面観察を行った。観察結果を図5~図10に示す。 The surfaces of the thin films of Examples 1 to 9 were observed using a confocal laser microscope (CFLM, Olympus Corporation, OLS4000). The observation results are shown in Figures 5 to 10.

例1~例9の薄膜について、原子間力顕微鏡(AFM、SII Nano Technology社製、E-Sweep走査型プローブ顕微鏡システム)により表面観察を行った。プローブは、シリコンカンチレバー(バネ定数k=20N/m)を使用し、タッピングモードで観察した。観察結果を図11~図13に示す。 The surfaces of the thin films of Examples 1 to 9 were observed using an atomic force microscope (AFM, manufactured by SII Nano Technology, Inc., E-Sweep scanning probe microscope system). A silicon cantilever (spring constant k = 20 N/m) was used as the probe, and observations were performed in tapping mode. The observation results are shown in Figures 11 to 13.

例1~例3および例9の薄膜について、分光光度計(Hitachi社製、U-4100)を用いUV-Vis吸収スペクトルを測定した。入射光が石英ガラス基板に垂直に入射するように、試料を設置した。測定結果を図17に示す。 The UV-Vis absorption spectra of the thin films of Examples 1 to 3 and 9 were measured using a spectrophotometer (Hitachi U-4100). The samples were placed so that the incident light was perpendicular to the quartz glass substrate. The measurement results are shown in Figure 17.

[例10~例15]
例10~例15では、酸化ルテニウムナノシートを含有するコロイド水溶液の原液を用いて、各種濃度の薄膜用コロイド水溶液を調製し、各種基板上に薄膜としてルテニウム酸化物ナノシート単層膜を製造した。
[Examples 10 to 15]
In Examples 10 to 15, a stock solution of a colloidal aqueous solution containing ruthenium oxide nanosheets was used to prepare colloidal aqueous solutions of various concentrations for thin films, and ruthenium oxide nanosheet monolayer films were produced as thin films on various substrates.

上述の酸化ルテニウム(RuO2.1)ナノシートを含有するコロイド水溶液(原液)を、表3に示す量秤量し、超純水(日本ミリポア社製超純水装置Milli-Q Element)5mLで希釈し、次いで、種々の添加量のエタノールを添加し、滴下用コロイド水溶液(コーティング液)を調製した(図1の工程S110)。表3には、各コーティング液の分散媒中のエタノールの含有量(体積%)、ならびに、コーティング液中のナノシートの濃度(g/L)も併せて示す。 The above-mentioned colloidal aqueous solution (stock solution) containing ruthenium oxide (RuO 2.1 ) nanosheets was weighed out in the amounts shown in Table 3, diluted with 5 mL of ultrapure water (Ultrapure water device Milli-Q Element manufactured by Japan Millipore), and then various amounts of ethanol were added to prepare colloidal aqueous solutions for dropping (coating solutions) (step S110 in FIG. 1). Table 3 also shows the ethanol content (volume %) in the dispersion medium of each coating solution, as well as the concentration (g/L) of nanosheets in the coating solution.

例1~例9と同様に、各種基板を洗浄した。洗浄後の基板を表4の温度に加熱したホットプレート上に配置し、3分間保持した。その後、コーティング液を表4に示す量だけ基板に滴下(図1の工程S120)した。次いで、滴下したコーティング液の実質全量を、マイクロピペットを用いて吸引した(図1の工程S130)。なお、例12の薄膜は、吸引後3秒間保持した。 Various substrates were cleaned in the same manner as in Examples 1 to 9. The cleaned substrates were placed on a hot plate heated to the temperature shown in Table 4 and held there for 3 minutes. Then, the coating liquid was dripped onto the substrate in the amount shown in Table 4 (step S120 in FIG. 1). Next, substantially the entire amount of the dripped coating liquid was aspirated using a micropipette (step S130 in FIG. 1). Note that the thin film of Example 12 was held there for 3 seconds after aspirating.

例10~例15の薄膜について、例1~例9と同様に、共焦点レーザー顕微鏡および原子間力顕微鏡による観察を行い、例10の薄膜について分光光度計を用いUV-vis吸収スペクトルを測定した。結果を図14に示す。 The thin films of Examples 10 to 15 were observed using a confocal laser microscope and an atomic force microscope in the same manner as in Examples 1 to 9, and the UV-vis absorption spectrum of the thin film of Example 10 was measured using a spectrophotometer. The results are shown in Figure 14.

[例16~例21]
例16~例21では、ペロブスカイトナノシートを含有するコロイド水溶液の原液を用いて、各種濃度の薄膜用コロイド水溶液を調製し、各種基板上に薄膜としてペロブスカイトナノシート単層膜を製造した。
[Examples 16 to 21]
In Examples 16 to 21, a stock solution of a colloidal aqueous solution containing perovskite nanosheets was used to prepare colloidal aqueous solutions for thin films of various concentrations, and perovskite nanosheet monolayer films were produced as thin films on various substrates.

上述のペロブスカイトナノシート(CaNb10)ナノシートを含有するコロイド水溶液(原液)を、表5に示す量秤量し、超純水(日本ミリポア社製超純水装置Milli-Q Element)5mLで希釈し、次いで、種々の添加量のエタノールを添加し、滴下用コロイド水溶液(コーティング液)を調製した(図1の工程S110)。表5には、各コーティング液の分散媒中のエタノールの含有量(体積%)、ならびに、コーティング液中のナノシートの濃度(g/L)も併せて示す。 The above-mentioned colloidal aqueous solution (stock solution) containing the perovskite nanosheet (Ca 2 Nb 3 O 10 ) nanosheet was weighed out in the amount shown in Table 5, diluted with 5 mL of ultrapure water (Ultrapure water device Milli-Q Element manufactured by Japan Millipore Co., Ltd.), and then various amounts of ethanol were added to prepare a colloidal aqueous solution (coating solution) for dropping (step S110 in FIG. 1). Table 5 also shows the content (volume %) of ethanol in the dispersion medium of each coating solution, and the concentration (g/L) of nanosheet in the coating solution.

例1~例9と同様に、各種基板を洗浄した。洗浄後の基板を表6の温度に加熱したホットプレート上に配置し、3分間保持した。その後、コーティング液を表6に示す量だけ基板に滴下(図1の工程S120)した。次いで、滴下したコーティング液の実質全量を、マイクロピペットを用いて吸引した(図1の工程S130)。 Various substrates were cleaned in the same manner as in Examples 1 to 9. The cleaned substrates were placed on a hot plate heated to the temperature shown in Table 6 and held there for 3 minutes. After that, the coating liquid was dripped onto the substrate in the amount shown in Table 6 (step S120 in FIG. 1). Next, substantially the entire amount of the dripped coating liquid was aspirated using a micropipette (step S130 in FIG. 1).

例16~例21の薄膜について、例1~例9と同様に、共焦点レーザー顕微鏡および原子間力顕微鏡による観察を行い、例17の薄膜について分光光度計を用いUV-vis吸収スペクトルを測定した。結果を図15に示す。 The thin films of Examples 16 to 21 were observed using a confocal laser microscope and an atomic force microscope in the same manner as in Examples 1 to 9, and the UV-vis absorption spectrum of the thin film of Example 17 was measured using a spectrophotometer. The results are shown in Figure 15.

[例22~例24]
例22~例24では、酸化グラフェンナノシートを含有するコロイド水溶液の原液を用いて、各種濃度の薄膜用コロイド水溶液を調製し、各種基板上に薄膜として酸化グラフェンナノシート単層膜を製造した。
[Examples 22 to 24]
In Examples 22 to 24, a stock solution of a colloidal aqueous solution containing graphene oxide nanosheets was used to prepare colloidal aqueous solutions of various concentrations for thin films, and graphene oxide nanosheet monolayer films were produced as thin films on various substrates.

上述の酸化グラフェン(GO)ナノシートを含有するコロイド水溶液(原液)を、表7に示す量秤量し、超純水(日本ミリポア社製超純水装置Milli-Q Element)5mLで希釈し、次いで、種々の添加量のエタノールおよび水酸化テトラブチルアンモニウム(TBAOH)水溶液を添加し、滴下用コロイド水溶液(コーティング液)を調製した(図1の工程S110)。表7には、各コーティング液の分散媒中のエタノールの含有量(体積%)、ならびに、コーティング液中のナノシートの濃度(g/L)も併せて示す。 The colloidal aqueous solution (stock solution) containing the above-mentioned graphene oxide (GO) nanosheets was weighed out in the amounts shown in Table 7 and diluted with 5 mL of ultrapure water (Ultrapure water system Milli-Q Element manufactured by Japan Millipore Corporation), and then various amounts of ethanol and tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH) aqueous solution were added to prepare a colloidal aqueous solution for dropping (coating solution) (step S110 in Figure 1). Table 7 also shows the ethanol content (volume %) in the dispersion medium of each coating solution, as well as the concentration of nanosheets (g/L) in the coating solution.

例1~例9と同様に、各種基板を洗浄した。洗浄後の基板を表8の温度に加熱したホットプレート上に配置し、3分間保持した。その後、コーティング液を表8に示す量だけ基板に滴下(図1の工程S120)した。次いで、滴下したコーティング液の実質全量を、マイクロピペットを用いて吸引した(図1の工程S130)。 Various substrates were cleaned in the same manner as in Examples 1 to 9. The cleaned substrates were placed on a hot plate heated to the temperature shown in Table 8 and held there for 3 minutes. After that, the coating liquid was dripped onto the substrate in the amount shown in Table 8 (step S120 in FIG. 1). Next, substantially the entire amount of the dripped coating liquid was aspirated using a micropipette (step S130 in FIG. 1).

例22~例24の薄膜について、例1~例9と同様に、共焦点レーザー顕微鏡および原子間力顕微鏡による観察を行い、例23の薄膜について分光光度計を用いUV-vis吸収スペクトルを測定した。結果を図16に示す。 The thin films of Examples 22 to 24 were observed using a confocal laser microscope and an atomic force microscope in the same manner as in Examples 1 to 9, and the UV-vis absorption spectrum of the thin film of Example 23 was measured using a spectrophotometer. The results are shown in Figure 16.

以上の例1~例24の薄膜の結果をまとめて説明する。
図5は、例4の薄膜のCFLM像を示す図である。
図6は、例1の薄膜のCFLM像を示す図である。
図7は、例5の薄膜のCFLM像を示す図である。
図8は、例6の薄膜のCFLM像を示す図である。
図9は、例7の薄膜のCFLM像を示す図である。
図10は、例8の薄膜のCFLM像を示す図である。
The results of the thin films of Examples 1 to 24 will be summarized below.
FIG. 5 shows a CFLM image of the thin film of Example 4.
FIG. 6 shows a CFLM image of the thin film of Example 1.
FIG. 7 shows a CFLM image of the thin film of Example 5.
FIG. 8 shows a CFLM image of the thin film of Example 6.
FIG. 9 shows a CFLM image of the thin film of Example 7.
FIG. 10 shows a CFLM image of the thin film of Example 8.

図5によれば、例4の薄膜には、Siウェハに由来する黒色の領域が観察されず、Siウェハ全体がTi0.87ナノシートで被覆されていることが分かった。図6~図10によれば、基板の種類に関わらず、基板全体がTi0.87ナノシートで被覆されていた。図示しないが、例10~例24の薄膜のCFLM像も同様の様態であった。 According to Fig. 5, no black areas originating from the Si wafer were observed in the thin film of Example 4, and it was found that the entire Si wafer was covered with Ti0.87O2 nanosheets. According to Figs. 6 to 10, the entire substrate was covered with Ti0.87O2 nanosheets regardless of the type of substrate. Although not shown, the CFLM images of the thin films of Examples 10 to 24 also had the same appearance .

図11は、例4の薄膜のAFM像を示す図である。
図12は、例4の薄膜の種々の場所のAFM像を示す図である。
図13は、例9の薄膜のAFM像を示す図である。
図14は、例11の薄膜のAFM像を示す図である。
図15は、例17の薄膜のAFM像を示す図である。
図16は、例23の薄膜のAFM像を示す図である。
FIG. 11 shows an AFM image of the thin film of Example 4.
FIG. 12 shows AFM images of various locations of the thin film of Example 4.
FIG. 13 shows an AFM image of the thin film of Example 9.
FIG. 14 shows an AFM image of the thin film of Example 11.
FIG. 15 shows an AFM image of the thin film of Example 17.
FIG. 16 shows an AFM image of the thin film of Example 23.

図11によれば、例4の薄膜は、Ti0.87ナノシートからなり、Siウェハ全体を被覆していた。例4の薄膜は、ナノシート同士が重なることなく、隙間なく稠密に配列したナノシート単層膜であることが確認された。画像解析(SII Nano Technology社製Nan o Nav i、バーション5.02)を行い、被覆率を算出したところ、重なり0%、隙間3%であり、ナノシートが稠密に配列していることが明らかとなった。図示しないが、例1~例3および例5~例8の薄膜も、同様の様態を示し、いずれも重なり0%以上10%以下であり、隙間は0%以上10%以下の範囲であった。 According to FIG. 11, the thin film of Example 4 was composed of Ti 0.87 O 2 nanosheets, and covered the entire Si wafer. It was confirmed that the thin film of Example 4 was a nanosheet monolayer film in which the nanosheets were arranged densely without overlapping each other and without gaps. When the coverage was calculated by performing image analysis (Nano Navi, version 5.02, manufactured by SII Nano Technology), it was found that the overlap was 0% and the gap was 3%, and it was revealed that the nanosheets were arranged densely. Although not shown, the thin films of Examples 1 to 3 and Examples 5 to 8 also showed a similar state, with the overlap being 0% to 10% and the gap being in the range of 0% to 10%.

図12は、Siウェハの中心1から端部3に向けて、例4の薄膜の被覆率の位置依存性を評価した結果を示す。中央付近1、端部3、その中間2、いずれの点においても、ナノシート同士の重なり、および、隙間なく稠密に配列したナノシート単層膜が得られたことが確認された。 Figure 12 shows the results of evaluating the position dependence of the coverage of the thin film of Example 4 from the center 1 to the edge 3 of the Si wafer. It was confirmed that at all points, near the center 1, at the edge 3, and in between 2, a monolayer film of nanosheets was obtained in which the nanosheets overlapped with each other and were densely arranged without gaps.

図14によれば、例11の薄膜は、RuO2.1ナノシートからなり、Siウェハ全体を被覆していた。例11の薄膜は、ナノシート同士が重なることなく、隙間なく稠密に配列したナノシート単層膜であることが確認された。画像解析を行い、被覆率を算出したところ、重なり3%、隙間5%であり、ナノシートが稠密に配列していることが明らかとなった。図示しないが、例10および例12~例15の薄膜も、同様の様態を示し、いずれも重なり0%以上10%以下であり、隙間は0%以上10%以下の範囲であった。 According to FIG. 14, the thin film of Example 11 was composed of RuO 2.1 nanosheets, and covered the entire Si wafer. It was confirmed that the thin film of Example 11 was a nanosheet monolayer film in which the nanosheets were arranged densely without overlapping each other and without gaps. When the coverage was calculated by performing image analysis, it was found that the overlap was 3% and the gap was 5%, and it was revealed that the nanosheets were arranged densely. Although not shown, the thin films of Examples 10 and 12 to 15 also showed a similar state, with the overlap being 0% to 10% and the gap being in the range of 0% to 10%.

図15によれば、例17の薄膜は、CaNb10ナノシートからなり、Siウェハ全体を被覆していた。例17の薄膜は、ナノシート同士が重なることなく、隙間なく稠密に配列したナノシート単層膜であることが確認された。画像解析を行い、被覆率を算出したところ、重なり2%、隙間8%であり、ナノシートが稠密に配列していることが明らかとなった。図示しないが、例16および例18~例21の薄膜も、同様の様態を示し、いずれも重なり0%以105%以下であり、隙間は0%以上10%以下の範囲であった。 According to FIG. 15, the thin film of Example 17 was composed of Ca 2 Nb 3 O 10 nanosheets, and covered the entire Si wafer. It was confirmed that the thin film of Example 17 was a nanosheet monolayer film in which the nanosheets were arranged densely without overlapping each other and without gaps. When the coverage was calculated by performing image analysis, it was found that the overlap was 2% and the gap was 8%, and it was revealed that the nanosheets were arranged densely. Although not shown, the thin films of Examples 16 and 18 to 21 also showed a similar state, and all of them had an overlap of 0% to 105% and a gap in the range of 0% to 10%.

図16によれば、例23の薄膜は、酸化グラフェンナノシートからなり、Siウェハ全体を被覆していた。例23の薄膜は、ナノシート同士が重なることなく、隙間なく稠密に配列したナノシート単層膜であることが確認された。画像解析を行い、被覆率を算出したところ、重なり1%、隙間8%であり、ナノシートが稠密に配列していることが明らかとなった。図示しないが、例22および例24の薄膜も、同様の様態を示し、いずれも重なり0%以上10%以下であり、隙間は0%以上10%以下の範囲であった。 According to FIG. 16, the thin film of Example 23 was composed of graphene oxide nanosheets, and covered the entire Si wafer. It was confirmed that the thin film of Example 23 was a single layer of nanosheets in which the nanosheets were densely arranged without overlapping or gaps. Image analysis was performed to calculate the coverage rate, which revealed that the overlap was 1% and the gap was 8%, making it clear that the nanosheets were densely arranged. Although not shown, the thin films of Examples 22 and 24 also showed a similar appearance, with both overlapping between 0% and 10% and gaps in the range between 0% and 10%.

一方、図13によれば、低級アルコールを分散媒に用いなかった例9の薄膜は、目視にて、ナノシート同士が重なっていたり、隙間が多かったり、稠密に配列していなかった。被覆率を算出したところ、重なりおよび隙間ともに10%を超えていた。 On the other hand, according to Figure 13, in the thin film of Example 9, in which a lower alcohol was not used as a dispersion medium, the nanosheets were visually observed to overlap, had many gaps, and were not densely arranged. When the coverage rate was calculated, both the overlaps and gaps exceeded 10%.

図17は、例1の薄膜のUV-vis吸収スペクトルを示す図である。 Figure 17 shows the UV-vis absorption spectrum of the thin film of Example 1.

図17によれば、例1の薄膜の吸収スペクトルには、波長265nmにTi0.87ナノシートに由来する吸収帯が観測された。また、波長265nmにおける吸光度は、石英ガラス基板の位置に依存することなく、いずれの場所においても、ほぼ0.065であった。この値は、Ti0.87ナノシート単層膜に相当する吸光度の範囲内であり、このことからも、例1の薄膜はTi0.87ナノシート単層膜であることが示された。例2および例3の薄膜も、同様の吸光度を示し、ナノシート単層膜であった。 According to Fig. 17, in the absorption spectrum of the thin film of Example 1, an absorption band originating from Ti0.87O2 nanosheets was observed at a wavelength of 265 nm. In addition, the absorbance at a wavelength of 265 nm was approximately 0.065 at any location, regardless of the position of the quartz glass substrate. This value was within the range of absorbance corresponding to a Ti0.87O2 nanosheet monolayer film, which also showed that the thin film of Example 1 was a Ti0.87O2 nanosheet monolayer film. The thin films of Examples 2 and 3 also showed similar absorbance and were nanosheet monolayer films.

なお、図示しないが、例10の薄膜の吸収スペクトルには、波長380nmにRuO2.1ナノシートに由来する吸収帯が観測され、その吸光度は約0.071であった。例16の薄膜の吸収スペクトルには、波長260nmにCaNb10ナノシートに由来する吸収帯が観測され、その吸光度は約0.068であった。例22の薄膜の吸収スペクトルには、波長235nmにGOナノシートに由来する吸収帯が観測され、その吸光度は約0.011であった。 Although not shown, in the absorption spectrum of the thin film of Example 10, an absorption band originating from RuO 2.1 nanosheets was observed at a wavelength of 380 nm, and its absorbance was about 0.071. In the absorption spectrum of the thin film of Example 16, an absorption band originating from Ca 2 Nb 3 O 10 nanosheets was observed at a wavelength of 260 nm, and its absorbance was about 0.068. In the absorption spectrum of the thin film of Example 22, an absorption band originating from GO nanosheets was observed at a wavelength of 235 nm, and its absorbance was about 0.011.

以上の結果から、図1に示す、分散媒に炭素数5以下の低級アルコールを用いたナノシートが分散したコロイド水溶液を基板上に滴下し、吸引する本発明の方法によって、ナノシート単層膜が得られることが示された。また、本発明の方法は、任意の基板および層状無機化合物が単層剥離した任意のナノシートに対して有効であることが示された。本発明の方法を採用すれば、極めて短時間で均一なナノシート単層膜を大面積の基板全体にわたって得られることが示された。 The above results show that a nanosheet monolayer film can be obtained by the method of the present invention, in which a colloidal aqueous solution in which nanosheets are dispersed using a lower alcohol with 5 or less carbon atoms as a dispersion medium, as shown in Figure 1, is dropped onto a substrate and then sucked up. It was also shown that the method of the present invention is effective for any substrate and any nanosheet in which a layered inorganic compound has been exfoliated into a single layer. It was shown that by employing the method of the present invention, a uniform nanosheet monolayer film can be obtained over the entire surface of a large-area substrate in an extremely short time.

[例25~例28]
例25では、酸化チタンナノシートまたは酸化ルテニウムナノシートを含有するコロイド水溶液の原液を用いて、薄膜用コロイド水溶液を調製し、各種基板上に薄膜としてナノシート多層膜を製造した。
[Examples 25 to 28]
In Example 25, a stock solution of a colloidal aqueous solution containing titanium oxide nanosheets or ruthenium oxide nanosheets was used to prepare a colloidal aqueous solution for thin films, and nanosheet multilayer films were produced as thin films on various substrates.

上述の酸化チタン(Ti0.87)ナノシートまたは酸化ルテニウムナノシート(RuO2.1)を含有するコロイド水溶液(原液)を、表9に示す量秤量し、超純水(日本ミリポア社製超純水装置Milli-Q Element)5mLで希釈し、次いで、種々の添加量のエタノールを添加し、滴下用コロイド水溶液(コーティング液)を調製した(図1の工程S110)。 The above-mentioned aqueous colloidal solution (stock solution) containing titanium oxide ( Ti0.87O2 ) nanosheet or ruthenium oxide nanosheet ( RuO2.1 ) was weighed out in the amounts shown in Table 9 and diluted with 5 mL of ultrapure water (Ultrapure water system Milli-Q Element manufactured by Japan Millipore Corporation). Various amounts of ethanol were then added to prepare aqueous colloidal solutions (coating solutions) for dropping (step S110 in FIG. 1).

表10に示すように、基板には、石英ガラス基板(30mmφ)、シリコン(Si)ウェハ(30mmφ)、SrTiO:Nb基板(15mm角)、PET基板(50mm角)を利用した。基板の前処理は例1~例8と同様であった。 As shown in Table 10, the substrates used were a quartz glass substrate (30 mmφ), a silicon (Si) wafer (30 mmφ), a SrTiO 3 :Nb substrate (15 mm square), and a PET substrate (50 mm square). The pretreatment of the substrates was the same as in Examples 1 to 8.

次いで、洗浄後の基板を表10の温度に加熱したホットプレート上に配置し、3分間保持した。その後、コーティング液を表10に示す量だけ基板に滴下(図1の工程S120)した。次いで、滴下したコーティング液の実質全量を、マイクロピペットを用いて吸引した(図1の工程S130)。表10に示すように、滴下および吸引の工程を繰り返し、合計n回(nは最大100回であり、nはナノシートが稠密に配列した層数に相当する)実施した(図3の工程S310)。n=1の場合は、例えば、滴下および吸引の工程を1回だけ行った例1の酸化チタンナノシート単層膜に相当する。 The cleaned substrate was then placed on a hot plate heated to the temperature shown in Table 10 and held for 3 minutes. The coating liquid was then dripped onto the substrate in the amount shown in Table 10 (step S120 in FIG. 1). Next, substantially the entire amount of the dripped coating liquid was aspirated using a micropipette (step S130 in FIG. 1). As shown in Table 10, the dripping and suction steps were repeated a total of n times (n is a maximum of 100 times, and n corresponds to the number of layers in which the nanosheets are densely arranged) (step S310 in FIG. 3). When n=1, for example, this corresponds to the titanium oxide nanosheet monolayer film of Example 1 in which the dripping and suction steps were performed only once.

詳細には、n≦2の場合には、各吸引後に薄膜を200℃で15分間加熱した。これにより、ナノシート単層膜中に残留するTBAを除去した。次いで、加熱後の薄膜を純水で洗浄した。これにより、コーティング液をなじみやすくした。 In detail, when n≦2, the thin film was heated at 200° C. for 15 min after each suction. This removed the TBA + remaining in the nanosheet monolayer film. The heated thin film was then washed with pure water. This allowed the coating liquid to be more easily absorbed.

所定の回数を繰り返し、薄膜として、例25の薄膜として石英ガラス基板上にTi0.87ナノシートからなる多層膜(最大100層(n=1~100)のナノシート多層膜)、例26の薄膜としてSiウェハ上にTi0.87ナノシートからなる多層膜(最大10層(n=1~10)のナノシート多層膜)、例27の薄膜としてSrTiO:Nb基板にTi0.87ナノシートからなる多層膜(最大50層(n=1~50)のナノシート多層膜)、例28の薄膜としてPET基板上にRuO2.1ナノシートからなる多層膜(最大5層(n=1~5)のナノシート多層膜)を製造した。得られたナノシート多層膜に、紫外光(波長:200~300nm、強度:1mW/cm)を72時間の間、照射し、ナノシート単層膜間にある有機物を除去した。 The process was repeated a predetermined number of times to produce the following thin films: a multilayer film made of Ti0.87O2 nanosheets on a quartz glass substrate as a thin film of Example 25 (a nanosheet multilayer film of up to 100 layers (n = 1 to 100)); a multilayer film made of Ti0.87O2 nanosheets on a Si wafer as a thin film of Example 26 (a nanosheet multilayer film of up to 10 layers (n = 1 to 10)); a multilayer film made of Ti0.87O2 nanosheets on a SrTiO3 : Nb substrate as a thin film of Example 27 (a nanosheet multilayer film of up to 50 layers (n = 1 to 50)); and a multilayer film made of RuO2.1 nanosheets on a PET substrate as a thin film of Example 28 (a nanosheet multilayer film of up to 5 layers (n = 1 to 5)). The obtained nanosheet multilayer film was irradiated with ultraviolet light (wavelength: 200 to 300 nm, intensity: 1 mW/cm 2 ) for 72 hours to remove organic matter present between the nanosheet monolayer films.

例28の薄膜の様子を観察した。結果を図18に示す。例25の薄膜について、例1と同様に、UV-vis吸収スペクトルを測定し、吸光度を求めた。結果を図19~図22に示す。例25~例28の薄膜についてCuKα線による粉末X線回折(XRD)を行った。XRD測定には、Rigaku社製Rint-2000を用いた。結果を図23に示す。例25~例28の薄膜の断面を、高分解能透過型電子顕微鏡(HRTEM)によって観察した。HRTEM観察には、株式会社日立ハイテク製H-9000を用いた。結果を図24に示す。 The appearance of the thin film of Example 28 was observed. The results are shown in Figure 18. For the thin film of Example 25, the UV-vis absorption spectrum was measured in the same manner as in Example 1, and the absorbance was calculated. The results are shown in Figures 19 to 22. Powder X-ray diffraction (XRD) was performed using CuKα radiation for the thin films of Examples 25 to 28. For the XRD measurement, a Rint-2000 manufactured by Rigaku Corporation was used. The results are shown in Figure 23. The cross sections of the thin films of Examples 25 to 28 were observed with a high-resolution transmission electron microscope (HRTEM). For the HRTEM observation, an H-9000 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation was used. The results are shown in Figure 24.

次に、例25~例28の薄膜の光学特性、誘電特性および伝導特性を評価した。例25の薄膜について、エピプソメータにより、屈折率および消光係数の評価を行った。エピプソ測定には、J.A.Woollam社製、M-2000を用いた。測定結果を図25に示す。例27の薄膜について誘電特性を測定した。薄膜上に上部電極として金(100μmφ)を蒸着し、SrTiO:Nb基板と上部電極とにそれぞれプローブを当て、誘電特性を測定した。結果を図26および図27に示す。例28の薄膜について、4端子法により伝導特性の評価を行った。測定結果を図28に示す。 Next, the optical properties, dielectric properties, and conductive properties of the thin films of Examples 25 to 28 were evaluated. The refractive index and extinction coefficient of the thin film of Example 25 were evaluated using an epipsometer. For the epipsometer measurement, M-2000 manufactured by J. A. Woollam was used. The measurement results are shown in FIG. 25. The dielectric properties of the thin film of Example 27 were measured. Gold (100 μmφ) was evaporated onto the thin film as an upper electrode, and probes were applied to the SrTiO 3 :Nb substrate and the upper electrode, respectively, to measure the dielectric properties. The results are shown in FIG. 26 and FIG. 27. The conductive properties of the thin film of Example 28 were evaluated using a four-terminal method. The measurement results are shown in FIG. 28.

以上の結果をまとめて示す。
図18は、例28の薄膜の様子を示す図である。
The above results are summarized below.
FIG. 18 is a diagram showing the appearance of the thin film of Example 28.

図18(A)は、例28の薄膜(n=1に相当)の様子を示し、図18(B)は、例28の薄膜(n=2)の様子を示す。図18によれば、ナノシート単層膜もナノシート多層膜も、可視光に透明かつ高い透過率を有しており、また曲げた状態でも安定であった。これにより、本発明の方法によって得られた薄膜は、ナノシート単層膜であっても、多層膜であっても、基板全体に対して均一な膜が得られることが分かった。また、フレキシブル基板を選択することにより、フレキシビリティのある薄膜を提供できることが示された。 Figure 18 (A) shows the appearance of the thin film of Example 28 (corresponding to n = 1), and Figure 18 (B) shows the appearance of the thin film of Example 28 (n = 2). As shown in Figure 18, both the nanosheet monolayer film and the nanosheet multilayer film were transparent to visible light and had high transmittance, and were stable even when bent. This shows that the thin film obtained by the method of the present invention, whether it is a nanosheet monolayer film or a nanosheet multilayer film, is a uniform film over the entire substrate. It was also shown that by selecting a flexible substrate, a flexible thin film can be provided.

図19は、例25の薄膜のUV-vis吸収スペクトルを示す図である。
図20は、例25の薄膜のUV-vis吸収スペクトルを示す図である。
図21は、例25の薄膜の吸光度の層数依存性を示す図である。
図22は、例25の薄膜の吸光度の層数依存性を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing the UV-vis absorption spectrum of the thin film of Example 25.
FIG. 20 shows the UV-vis absorption spectrum of the thin film of Example 25.
FIG. 21 is a graph showing the layer number dependence of absorbance of the thin film of Example 25.
FIG. 22 is a graph showing the layer number dependence of absorbance of the thin film of Example 25.

図19および図21は、n=1~10の例25の薄膜(n=1は例1の薄膜に同じ)の結果に関し、図20および図22は、n=10、20、30、40、50、60、70、80、90、100の例25の薄膜の結果に関する。図19中の「L」は層(レイヤ)を表し、例えば、「1L」は、n=1であるナノシート単層膜1層であり、「2L」は、n=2である2層のナノシート単層膜からなるナノシート多層膜を表す。他の図面においても同様の意味である。 Figures 19 and 21 show the results of thin films of Example 25 where n=1 to 10 (n=1 is the same as the thin film of Example 1), and Figures 20 and 22 show the results of thin films of Example 25 where n=10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, and 100. "L" in Figure 19 represents a layer; for example, "1L" represents a single nanosheet monolayer film where n=1, and "2L" represents a nanosheet multilayer film consisting of two nanosheet monolayer films where n=2. The same applies to the other figures.

図19~図22によれば、層数nの増大に伴い、波長265nmにおける吸光度が線形に増大することが分かった。特に、図19および図21に着目すると、本発明の方法によれば、一層ずつ確実に多層化したナノシート単層膜が得られることが示された。また、図20および図22に着目すると、本発明の方法によれば、従来の成膜技術で困難であった100nmレベルの厚膜の製造も可能となることが分かった。 Figures 19 to 22 show that the absorbance at a wavelength of 265 nm increases linearly with an increase in the number of layers n. In particular, Figures 19 and 21 show that the method of the present invention can produce a nanosheet monolayer film that is reliably multilayered layer by layer. Furthermore, Figures 20 and 22 show that the method of the present invention can produce a thick film at the 100 nm level, which was difficult to achieve with conventional film formation techniques.

図23は、例25の薄膜のXRDパターンを示す図である。 Figure 23 shows the XRD pattern of the thin film of Example 25.

図23には、例25の薄膜(n=1~10)のXRDパターンが示され、いずれのXRDパターンにも、Ti0.87ナノシート由来の基本回折系列が観測され、層数nの増大に伴い、回折ピークの強度が増大することが分かった。このことは、ナノシート単層膜が一定間隔で規則正しく積み重なっていることを示しており、秩序だった積層構造を持つナノシート多層膜が、本発明の方法により、形成されることが確認された。 23 shows the XRD patterns of the thin films (n = 1 to 10) of Example 25. In each XRD pattern, the basic diffraction series derived from Ti0.87O2 nanosheets was observed, and it was found that the intensity of the diffraction peak increased with an increase in the number of layers n. This indicates that the nanosheet monolayer films are regularly stacked at regular intervals, and it was confirmed that a nanosheet multilayer film having an ordered layered structure was formed by the method of the present invention.

図24は、例27の薄膜の断面のHRTEM像を示す図である。 Figure 24 shows an HRTEM image of a cross section of the thin film of Example 27.

図24には、例27の薄膜(n=10の場合)の断面のHRTEM像が示される。図24によれば、基板上にナノシートが原子レベルで平行に累積した積層構造が確認されており、単層ナノシートの緻密性、平滑性を維持してレイヤーバイレイヤーで積層した高品位多層膜が実現しているものといえる。さらに注目すべきが、基板とナノシートとの界面に、既往の薄膜プロセスにおいてしばしば問題となる熱アニールによる界面劣化や組成ズレに付随する界面反応層(デッドレイヤー)が形成していない点である。これは、本発明の製造方法が界面劣化の影響のない低温での溶液プロセスを利用していることによる画期的な効果といえる。 Figure 24 shows an HRTEM image of the cross section of the thin film of Example 27 (n = 10). Figure 24 confirms that the nanosheets are stacked in parallel on the substrate at the atomic level, and it can be said that a high-quality multilayer film has been realized that is stacked layer-by-layer while maintaining the density and smoothness of a single nanosheet. It is also noteworthy that no interfacial reaction layer (dead layer) is formed at the interface between the substrate and the nanosheets, which is often a problem in conventional thin film processes due to interfacial deterioration caused by thermal annealing or compositional deviation. This is a groundbreaking effect that is due to the manufacturing method of the present invention using a low-temperature solution process that is not affected by interfacial deterioration.

図25は、例25の薄膜の屈折率および消光係数の波長依存性を示す図である。 Figure 25 shows the wavelength dependence of the refractive index and extinction coefficient of the thin film of Example 25.

図25には例25の薄膜(n=10の場合)の屈折率および消光係数の波長依存性が示される。図25によれば、ナノシート10層からなるナノシート多層膜は、膜厚10nmの極薄膜ながら、測定波長域全体にわたって2.5以上の高い屈折率を有し、実質0の優れた消光係数を示した。このことから、本発明の方法によって得られた薄膜が、光学フィルターの応用に好適であることが確認された。図示しないが、n=50の薄膜においても、同様に高い屈折率および0に近い消光係数を示した。 Figure 25 shows the wavelength dependence of the refractive index and extinction coefficient of the thin film of Example 25 (n = 10). According to Figure 25, the nanosheet multilayer film consisting of 10 nanosheet layers, although it is an extremely thin film with a thickness of 10 nm, has a high refractive index of 2.5 or more over the entire measured wavelength range and exhibits an excellent extinction coefficient of essentially 0. This confirmed that the thin film obtained by the method of the present invention is suitable for application in optical filters. Although not shown, a thin film with n = 50 also exhibited a similarly high refractive index and an extinction coefficient close to 0.

図26は、例27の薄膜の比誘電率および誘電損失の周波数依存性を示す図である。
図27は、例27の薄膜のリーク電流特性を示す図である。
FIG. 26 is a graph showing the frequency dependence of the dielectric constant and dielectric loss of the thin film of Example 27.
FIG. 27 shows the leakage current characteristics of the thin film of Example 27.

図26および図27には、例27の薄膜(n=10、20、50)の誘電特性およびリーク電流特性が示される。図26によれば、本発明の方法によって得られたナノシート多層膜(例えば、10層または20層)は、115~125の高い比誘電率と3%以下の良好な誘電損失特性を示し、その比誘電率は、二元系単純酸化物で最高とされるルチル型TiOの比誘電率(20~60)よりも大きな値を有することが分かった。さらに、本発明のナノシート多層膜は、比誘電率の周波数依存性、膜厚依存性がほぼ無く、良好な誘電特性を有することが分かった。 26 and 27 show the dielectric properties and leakage current properties of the thin films (n=10, 20, 50) of Example 27. According to FIG. 26, the nanosheet multilayer film (e.g., 10 layers or 20 layers) obtained by the method of the present invention exhibits a high relative dielectric constant of 115 to 125 and good dielectric loss properties of 3% or less, and it was found that the relative dielectric constant has a value larger than the relative dielectric constant (20 to 60) of rutile-type TiO 2 , which is considered to be the highest among binary simple oxides. Furthermore, it was found that the nanosheet multilayer film of the present invention has almost no frequency dependence or film thickness dependence of the relative dielectric constant and has good dielectric properties.

図27によれば、本発明の方法によって得られたナノシート多層膜は、わずか10層にも関わらず、印加電界1MV/cmで10-7A/cm以下の良好なリーク電流特性とともに、優れた耐電圧特性3.8MV/cmを示した。さらに20層、50層と層数を増加することにより、絶縁特性、耐電圧特性の向上も可能であることが確認された。 27, the nanosheet multilayer film obtained by the method of the present invention showed good leakage current characteristics of 10 -7 A/cm2 or less at an applied electric field of 1 MV/cm, as well as excellent voltage resistance characteristics of 3.8 MV/cm, despite having only 10 layers. It was also confirmed that the insulation characteristics and voltage resistance characteristics can be improved by increasing the number of layers to 20 or 50 layers.

このことから、本発明の方法によって得られたナノシート多層膜は、高誘電率を有し、誘電体材料として機能することが示された。 This indicates that the nanosheet multilayer film obtained by the method of the present invention has a high dielectric constant and functions as a dielectric material.

図28は、例28の薄膜のシート抵抗を示す図である。 Figure 28 shows the sheet resistance of the thin film of Example 28.

図28には、例28の薄膜(n=1、2、4)のシート抵抗とともに、酸化スズドープ酸化インジウム透明導電膜(ITO、40nm~300nm)およびグラフェン(0.35nm~1.5nm)のシート抵抗も併せて示す。ITOおよびグラフェンのシート抵抗値は、F.Bonaccorsoら,Nat.Photon.,4,611,2010のFigure 2bに基づく。 Figure 28 shows the sheet resistance of the thin films (n = 1, 2, 4) of Example 28, as well as the sheet resistance of a tin oxide-doped indium oxide transparent conductive film (ITO, 40 nm to 300 nm) and graphene (0.35 nm to 1.5 nm). The sheet resistance values of ITO and graphene are based on Figure 2b in F. Bonaccorso et al., Nat. Photon., 4, 611, 2010.

図28によれば、ナノシートからなる単層膜、多層膜は、膜厚10nm以下の極薄膜ながら、300~900Ω/□の低いシート抵抗を示し、透明電極として利用されているITO、および、二次元物質の中で最も高い伝導度を有するグラフェンに匹敵する高い伝導度を有することが確認された。 As shown in Figure 28, the single-layer and multi-layer films made of nanosheets are extremely thin, with a thickness of 10 nm or less, but they exhibit a low sheet resistance of 300 to 900 Ω/□, and it has been confirmed that they have high conductivity comparable to that of ITO, which is used as a transparent electrode, and graphene, which has the highest conductivity among two-dimensional materials.

図18に示すように、フレキシブル基板上にナノシート単層膜、ナノシート多層膜を形成すれば、フレキシブルな透明電極材料を提供できることが示された。 As shown in Figure 18, it was shown that flexible transparent electrode materials can be provided by forming a nanosheet monolayer film or a nanosheet multilayer film on a flexible substrate.

本発明の製造方法によれば、ナノシート単層膜からなる薄膜を、簡便、短時間、少量の溶液で、大面積でかつ高品質に製造できるので、薄膜製造にかかるコストを大幅に削減でき、工業的な成膜法として有効である。また、本発明の製造方法によって得られた薄膜は、酸化物ナノシートの有する優れた電子・イオン伝導性、半導体性、絶縁性、高誘電性、強誘電性、強磁性、蛍光特性、光触媒性等の特性を具備した薄膜の提供が可能となり、各種機能材料、デバイスの重要部材としての応用が期待される。 The manufacturing method of the present invention allows thin films consisting of nanosheet monolayer films to be produced easily, in a short time, and with a small amount of solution, with a large area and high quality, which significantly reduces the costs of thin film production and is effective as an industrial film formation method. In addition, the thin films obtained by the manufacturing method of the present invention can provide thin films that have the excellent properties of oxide nanosheets, such as excellent electronic and ionic conductivity, semiconductivity, insulation, high dielectric properties, ferroelectricity, ferromagnetism, fluorescent properties, and photocatalytic properties, and are expected to be used as important components of various functional materials and devices.

210 ナノシート
220 分散媒
230 コロイド水溶液
240 基板
250 ピペット
260 ナノシート単層膜
210 Nanosheet 220 Dispersion medium 230 Colloidal aqueous solution 240 Substrate 250 Pipette 260 Nanosheet monolayer film

Claims (16)

ナノシート単層膜からなる薄膜を製造する方法であって、
無機層状物質が単層剥離されたナノシートが水および炭素数が5以下の低級アルコールを含有する分散媒に分散されたコロイド水溶液を調製することと、
前記コロイド水溶液を基板上に滴下すること、
前記滴下されたコロイド水溶液を、前記基板の前記コロイド水溶液を滴下した側から吸引することと
を包含する方法。
A method for producing a thin film consisting of a nanosheet monolayer film, comprising the steps of:
preparing a colloidal aqueous solution in which nanosheets obtained by exfoliating an inorganic layered material are dispersed in a dispersion medium containing water and a lower alcohol having 5 or less carbon atoms;
Dropping the colloidal aqueous solution onto a substrate;
and sucking the dropped aqueous colloidal solution from the side of the substrate on which the aqueous colloidal solution was dropped .
前記低級アルコールは、メタノール、エタノール、プロパノールおよびブタノールからなる群から少なくとも1種選択される、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the lower alcohol is at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, and butanol. 前記分散媒中の前記低級アルコールの含有量は、0.5体積%以上15体積%以下の範囲である、請求項1または2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the content of the lower alcohol in the dispersion medium is in the range of 0.5% by volume or more and 15% by volume or less. 前記分散媒中の前記低級アルコールの含有量は、1体積%以上10体積%以下の範囲である、請求項3に記載の方法。 The method according to claim 3, wherein the content of the lower alcohol in the dispersion medium is in the range of 1% by volume or more and 10% by volume or less. 前記コロイド水溶液中のナノシートの濃度は、0.01g/L以上1g/L以下の範囲である、請求項1~4のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the concentration of the nanosheets in the aqueous colloidal solution is in the range of 0.01 g/L or more and 1 g/L or less. 前記コロイド水溶液中のナノシートの濃度は、0.01g/L以上0.5g/L以下の範囲である、請求項5に記載の方法。 The method according to claim 5, wherein the concentration of the nanosheets in the aqueous colloidal solution is in the range of 0.01 g/L to 0.5 g/L. 前記吸引することは、前記滴下されたコロイド水溶液を15秒以上1分以下の範囲で吸引する、請求項1~6のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 6 , wherein the sucking comprises sucking the dropped aqueous colloid solution for a period of time ranging from 15 seconds to 1 minute . 前記滴下することにおいて、前記コロイド水溶液の前記基板に対する滴下量は、0.1μL/mm以上5μL/mm以下の範囲である、請求項1~7のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the amount of the colloidal aqueous solution dropped onto the substrate in the dropping step is in the range of 0.1 µL/ mm2 to 5 µL/ mm2 . 前記滴下することにおいて、前記基板に対する滴下量は、0.3μL/mm以上2.5μL/mm以下の範囲である、請求項8に記載の方法。 The method according to claim 8 , wherein the amount of the solution dispensed onto the substrate is in the range of 0.3 μL/mm 2 to 2.5 μL/mm 2 . 前記無機層状物質は、層状チタン酸化物、層状ペロブスカイト酸化物、層状マンガン酸化物、層状コバルト酸化物、層状タングステン酸化物、層状ニオブ酸化物、層状タンタル酸化物、層状チタン・ニオブ酸化物、層状チタン・タンタル酸化物、層状モリブデン酸化物、層状ルテニウム酸化物、および、酸化グラファイトからなる群から選択される、請求項1~9のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the inorganic layered material is selected from the group consisting of layered titanium oxide, layered perovskite oxide, layered manganese oxide, layered cobalt oxide, layered tungsten oxide, layered niobium oxide, layered tantalum oxide, layered titanium-niobium oxide, layered titanium-tantalum oxide, layered molybdenum oxide, layered ruthenium oxide, and graphite oxide. 前記基板を加熱することをさらに包含する、請求項1~10のいずれかに記載の方法。 The method of any one of claims 1 to 10, further comprising heating the substrate. 前記基板を加熱することは、50℃以上150℃以下の温度範囲で加熱する、請求項11に記載の方法。 The method of claim 11, wherein the substrate is heated to a temperature range of 50°C or more and 150°C or less. 前記滴下することと、前記吸引することとを繰り返すことをさらに包含する、請求項1~12のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 12, further comprising repeating the dropping and the suction. 前記繰り返すことは、
前記吸引することによって得られた前記基板上のナノシート単層膜からなる薄膜を加熱することと、
前記基板上のナノシート単層膜からなる薄膜を純水で洗浄することと
をさらに包含する、請求項13に記載の方法。
The repeating step comprises:
heating the thin film formed of the nanosheet monolayer film on the substrate obtained by the suction;
The method according to claim 13 , further comprising: washing the thin film consisting of the nanosheet monolayer film on the substrate with pure water.
前記薄膜を加熱することは、前記基板上のナノシート単層膜からなる薄膜を150℃以上250℃以下の温度範囲で加熱する、請求項14に記載の方法。 The method according to claim 14, wherein heating the thin film comprises heating the thin film consisting of the nanosheet monolayer film on the substrate at a temperature range of 150°C or more and 250°C or less. 前記吸引することによって得られた前記基板のナノシート単層膜からなる薄膜に紫外光を照射することをさらに包含する、請求項1~15のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 15, further comprising irradiating the thin film of the nanosheet monolayer film of the substrate obtained by the suction with ultraviolet light.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004250321A (en) 2003-01-31 2004-09-09 Asahi Glass Co Ltd Inorganic porous thin film, laminate using it, and method of manufacturing inorganic porous thin film
JP2010248586A (en) 2009-04-17 2010-11-04 Japan Vilene Co Ltd Diamond coating structure and method for manufacturing the same
WO2013031782A1 (en) 2011-08-31 2013-03-07 株式会社ニコン Production method for zinc oxide thin film, and device
JP2013226662A (en) 2012-04-24 2013-11-07 Ishihara Sangyo Kaisha Ltd Hard-coat film, and manufacturing method of the same
JP2013253009A (en) 2011-10-25 2013-12-19 National Institute For Materials Science Method for producing thin film consisting of nanosheet monolayer film by spin coat method, and hyperhydrophilized material, substrate for oxide thin film and dielectric material obtained therefrom
US20150140331A1 (en) 2011-10-18 2015-05-21 University Of Georgia Research Foundation, Inc. Nanoparticles and method of making nanoparticles
JP2017504554A (en) 2013-12-19 2017-02-09 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Exfoliation method of graphite
WO2019155946A1 (en) 2018-02-07 2019-08-15 国立大学法人神戸大学 Composite separation membrane

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004250321A (en) 2003-01-31 2004-09-09 Asahi Glass Co Ltd Inorganic porous thin film, laminate using it, and method of manufacturing inorganic porous thin film
JP2010248586A (en) 2009-04-17 2010-11-04 Japan Vilene Co Ltd Diamond coating structure and method for manufacturing the same
WO2013031782A1 (en) 2011-08-31 2013-03-07 株式会社ニコン Production method for zinc oxide thin film, and device
US20150140331A1 (en) 2011-10-18 2015-05-21 University Of Georgia Research Foundation, Inc. Nanoparticles and method of making nanoparticles
JP2013253009A (en) 2011-10-25 2013-12-19 National Institute For Materials Science Method for producing thin film consisting of nanosheet monolayer film by spin coat method, and hyperhydrophilized material, substrate for oxide thin film and dielectric material obtained therefrom
JP2013226662A (en) 2012-04-24 2013-11-07 Ishihara Sangyo Kaisha Ltd Hard-coat film, and manufacturing method of the same
JP2017504554A (en) 2013-12-19 2017-02-09 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Exfoliation method of graphite
WO2019155946A1 (en) 2018-02-07 2019-08-15 国立大学法人神戸大学 Composite separation membrane

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