JPH0511491B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術の分野） この発明は、超微粒子の製造法に関するもので
ある。さらに詳しくは、新しい機能性材料として
有用な、表面に被膜を有する超微粒子の製造方法
に関するものである。

（技術の背景） 金属、半金属、セラミツクスなどの超微粒子
は、触媒、センサー、磁性材料、顔料、トナー等
として広く工業的に利用されるもので、今後、
増々、その発展が期待されている。

このような超微粒子は、その粒子サイズが極め
て小さいことから表面活性が著しく大きく、機能
性材料への応用が期待されるが、また一方では、
この大きな表面活性が耐候安定性を低下させると
いう問題がある。

従来より、より大きな粒子サイズの粉体などに
おいては、その物性の変化、あるいは特性の劣化
を防止するために、粉体粒子の表面を異種の物質
によつて被覆して保護することが一般的に行われ
てきている。この方法は、化学的、物理的、ある
いは物理化学的方法等に類別され、粉体の使用目
的、用途に応じて適宜な方法が用いられてきてい
る。

またこの際に、被覆表面処理によつて粉体の表
面に新しい物性、機能を付与し、表面改質するこ
ともしばしば行わている。ドライコーテイング、
いわゆる気相被覆処理法もこのうちの有力な方法
の一つである。

このドライコーテイングは、液相処理に比べて
処理プロセス、そのための装置が簡単で、かつ、
コンパクトなものである。また、形成された被覆
が強固で、さらには液相法のように処理液を処分
することにともなう問題もない。この点で非常に
有利な処理方法である。

しかしながら、従来の表面処理方法である真空
蒸着、スパツタリング、イオンプレーテイング法
などでは、蒸発物質が蒸発源から直接的に飛行す
るために、粉体粒子の全表面を均一にコーテイン
グすることは難しかつた。

また、これらの従来法においては、たとえば、
0.1μｍ以下の径の超微粒子の表面を処理すること
は全く考えてもみなかつたことである。超微粒子
の表面に均一な被膜を形成すること、さらにはこ
の被膜に新しい機能を付与することなど、とても
考えられなかつたのである。

このため、今後、増々その利用が進む超微粒子
について、優れた表面活性の維持と、さらなる新
たな機能を付与するために、新しい表面処理方
法、新しい超微粒子の製造方法の実現が強く望ま
れていた。

（発明の目的） この発明は、このような事情に鑑みてなされた
ものであり、高い表面活性を維持するための、あ
るいは新しい表面物性を付与し、表面改質するこ
とも可能とする表面に被覆を有する超微粒子の製
造法を提供することを目的としている。

（発明の開示） この発明は、上記の目的を達成するために、高
温で、１〜400Torrのガス圧からなる不活性ガス
と反応性ガスの混合ガス雰囲気下において、アー
ク放電を発生させ、超微粒子形成物質をガス中蒸
発させて超微粒子表面に反応性ガスによる反応に
よつて原子層堆積の反応被膜を形成することを特
徴とする反応被膜を有する超微粒子の製造法を提
供する。

使用する反応性ガスとしては、超微粒子の生成
と同時にその表面に反応性被膜を形成しえるもの
が用いられ、たとえば、炭化水素、一酸化炭素、
有機アミン、アルコール、エーテル、有機金属化
合物などの任意のものを用いることができる。酸
素、アンモニア、硫化水素などを用いてもよい。
また、不活性ガスを反応系に共存させることとす
る。

超微粒子生成のための蒸発物質としては、金
属、半金属、セラミツクスなど適宜なものを用い
ることができる。

ガス中蒸発を行うため、一般的には１〜
400Torr程度の減圧、300〜1200℃程度の高温の
条件を採用する。また、アーク放電を発生させ
る。もちろん、被膜の厚さ、その組成、さらには
新たに付与する物性については、使用する反応性
ガス、蒸発物質の種類、温度、圧力、時間を調整
することによつて所望のものとすることができ
る。

好ましい反応性ガスの一つである炭化水素ガス
を用いる場合には、これらの条件を調整すること
により原子状レベルの炭化薄膜を形成することが
できる。アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスと
の混合ガスを用いる。

この方法においては、超微粒子表面への被膜形
成、たとえば炭素の付着は、粒子表面での活性化
による反応であると考えられる。このため、炭素
被膜と粒子の密着性が強く、安定した被膜が形成
される。

また、鉄、ニツケル、コバルト等の触媒活性の
高い遷移元素の超微粒子を製造する場合には、付
着した炭素被膜は原子状のグラフアイト構造を持
つ結晶として成長する。グラフアイトのＣ面は粒
子表面に平行である。

グラフアイトについては、その膜厚は、最小二
原子層（6.8A）から数10原子層にまで任意の原
子層堆積の膜厚に成長させることができる。この
ようなグラフアイト膜は、安定で、かつ非磁性物
質であるため、金属磁性粉末の表面コーテイング
膜形成法として極めて有効なものである。磁性を
持つトナー材料、顔料、磁性流体を製造すること
もできる。また、この磁性粉体は、表面が活性で
あるため、薬剤担体として、その表面に各種の薬
剤を重合反応によつて容易にコーテイングするこ
とができる。

もちろんこの発明の製造法は、炭素被膜形成の
場合に限定されるものではない。温度、圧力、ガ
ス成分の調整によつて、炭化物、窒化物、硫化
物、酸化物、さらには金属、半金属の反応性被膜
の形成さえ可能となる。

次に、この発明の方法に用いることのできる反
応装置について説明すると、この装置は、密閉容
器と、この容器内部を排気する排気系と、反応性
ガス、または反応性ガスと不活性ガスとの容器内
の導入系と、超微粒子生成のための蒸発原料の支
持台と、蒸発原料の加熱手段と、被膜を有する超
微粒子の捕集器と、捕集のための吸引手段とから
なり、捕集器によつて超微粒子を捕集した後のガ
スを密閉容器内に循環する手段を備えていること
を特徴としている。

添付した図面に沿つて説明すると、第１図は、
アーク放電により加熱する装置の例を示してい
る。

蒸発原料の支持台１の上に原料２を置く。密閉
容器３を排気系４によつて排気する。ガス供給系
５により反応性ガスおよび不活性ガスを導入す
る。

原料２は、アーク放電用の電極をかねる。もう
一つの電極６と一対をなす。この電極６は棒状の
カーボンまたはタングステンである。この電極に
よつてアーク放電７を発生させる。原料支持台１
と電極支持台８は水冷手段９，１０によつて冷却
する。蒸発した原料はガス中で超微粒子になり、
被膜を形成する。この超微粒子はガスと共に吸引
ポンプ１１によつて吸引し、捕集器１２で捕集す
る。ガスは循環手段１３によつて密閉容器内に戻
す。

第２図は、参考として示した抵抗加熱によるも
のである。この場合にも超微粒子生成が可能であ
るが、原子層堆積の生成効果においてアーク放電
の場合よりも劣るものである。

次に、この発明の実施例を示す。

もちろん、この実施例に発明が限定されること
はない。

実施例 １ 第１図に示した装置を用いて炭素被膜を有する
ニツケルの超微粒子を製造した。

ガスの組成、圧力は、メタン（50Torr）、およ
びアルゴン（150Torr）とした。

ニツケル超微粒子の周囲に、厚さ20Aのグラフ
アイト化した炭素被膜が形成された。この生成し
た被膜を有するニツケル超微粒子の電子顕微鏡写
真（25mm：100A）を第３図に示す。

実施例 ２ 実施例１と同様にして、コバルトの超微粒子を
製造し、表面に厚さ20Aの炭素被膜を有するコバ
ルトの超微粒子を得た。

実施例 ３ 同様にしてアルゴン（200Torr）、メタン
（100Torr）のガス圧において、タングステンの
超微粒子を製造した。

厚さ28Aの炭素被膜を有するタングステン超微
粒子を得た。

実施例 ４ 同様にしてチタン超微粒子を製造し、アルゴン
（150Torr）、アンモニア（50Torr）のガス圧下
に反応させ、表面に32AのTiN層を有するチタン
超微粒子を得た。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の装置の例を示している。
第２図は、参考例を示したものである。また、第
３図は、ニツケル超微粒子の電子顕微鏡写真であ
る。なお、図中の番号は次のものを示している。 １……原料支持台、２……原料、３……容器、
４……排気系、５……ガス供給系、６……電極、
７……アーク放電、電極支持台、９，１０……水
冷手段、１１……吸引ポンプ、１２……捕集器、
１３……循環手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高温で１〜400Torrのガス圧からなる不活性
   ガスと反応性ガスの混合ガス雰囲気下において、
   アーク放電を発生させ、超微粒子形成物質をガス
   中蒸発させて超微粒子表面に反応性ガスによる反
   応によつて原子層堆積の反応被膜を形成すること
   を特徴とする反応被膜を有する超微粒子の製造
   法。