JPH08218163A - Superfine particle fused body and its production - Google Patents

Superfine particle fused body and its production

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JPH08218163A
JPH08218163A JP2171695A JP2171695A JPH08218163A JP H08218163 A JPH08218163 A JP H08218163A JP 2171695 A JP2171695 A JP 2171695A JP 2171695 A JP2171695 A JP 2171695A JP H08218163 A JPH08218163 A JP H08218163A
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particle
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俊一郎 田中
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Abstract

PURPOSE: To control the fused state, etc., to make a single superfine particle widely applicable and to provide a superfine-particle fused body enhanced in operability. CONSTITUTION: Metallic superfine particles 1 and 2 such as an Al superfine particle are fused together by the surface diffusion of the atoms constituting the superfine particles 1 and 2, and a cluster 3 of the constituent atoms having <=3nm diameter is present at the fused interface. Otherwise, the superfine particles are fused together with their atom arrangements changed so that the crystal faces and crystal orientations are identical with each other. These fused bodies are obtained by irradiating the two superfine particles with an electron beam of >=1×10<19> e/cm<2> .sec in a vacuum.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、金属超微粒子の融合体
およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fusion of ultrafine metal particles and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】金属粒子や金属酸化物粒子等の化合物粒
子には、その粒径を 100nm以下というように超微粒子化
すると、通常の粒子(例えば 1μm 以上)とは異なる特
性が出現する。これは、全原子数に対して表面に存在す
る原子数が増加する、すなわち比表面積が増大するため
に、粒子の特性に対して表面エネルギーの影響を無視で
きなくなるためである。
2. Description of the Related Art When compound particles such as metal particles and metal oxide particles are made into ultrafine particles with a particle size of 100 nm or less, characteristics different from ordinary particles (for example, 1 μm or more) appear. This is because the number of atoms existing on the surface increases with respect to the total number of atoms, that is, the specific surface area increases, so that the influence of surface energy on the characteristics of the particles cannot be ignored.

【0003】上述したような超微粒子は、新しい表面現
象の発見やその概略の掌握等に適していたり、また超微
粒子ではバルクに比べて融点や焼結温度の低下等が起こ
り、それらの性質を各種分野に応用し得る可能性がある
ため、超微粒子自体の物性等に関する研究や超微粒子の
利用方法に関する研究等が進められている。
The ultrafine particles as described above are suitable for discovering new surface phenomena and grasping the outline thereof, and in the ultrafine particles, the melting point and the sintering temperature are lowered as compared with the bulk, and their properties are Since it may be applied to various fields, researches on physical properties of ultrafine particles themselves and researches on methods of using ultrafine particles are underway.

【0004】従来の超微粒子は、例えば以下に示すよう
な物理的方法や化学的方法で作製されている。すなわ
ち、物理的な超微粒子の製造方法としては、不活性ガス
中で金属等を蒸発させ、ガスとの衝突により冷却・凝縮
させて超微粒子を生成するガス中蒸発法、蒸発源として
スパッタ現象を利用するスパッタリング法、真空下で金
属を加熱し、蒸発した金属原子を有機溶剤と共に有機溶
剤の凝固点以下に冷却した基板上に共蒸着させて超微粒
子を得る金属蒸気合成法、オイル上に金属を蒸着させる
流動油上真空蒸発法等が例示される。
Conventional ultrafine particles are produced, for example, by a physical method or a chemical method as shown below. That is, as a method for physically producing ultrafine particles, a metal evaporation method in an inert gas, a gas evaporation method in which ultrafine particles are generated by cooling and condensing by collision with a gas, and a sputtering phenomenon as an evaporation source are used. Sputtering method used, metal vapor synthesis method that heats metal under vacuum, co-evaporates evaporated metal atoms with organic solvent on the substrate cooled below freezing point of organic solvent to obtain ultrafine particles, metal on oil An example is a vacuum evaporation method over fluid oil for vapor deposition.

【0005】また、液相を利用した化学的な超微粒子の
製造方法としては、高分子界面活性剤を共存させたアル
コール中で貴金属塩を還流条件下で還元するコロイド
法、金属アルコキシドの加水分解を利用するアルコキシ
ド法、金属塩の混合液に沈殿剤を加えて沈殿粒子を得る
共沈法等が、さらに気相を利用した化学的な超微粒子の
製造方法としては、金属カルボニル化合物等の熱分解反
応により金属超微粒子を得る有機金属化合物の熱分解
法、金属塩化物を反応ガス気流中で還元・酸化または窒
化して超微粒子を得る金属塩化物の還元・酸化・窒化
法、酸化物・含水化物を水素気流中で加熱して還元する
水素中還元法、金属塩溶液をノズルより噴霧し熱風乾燥
させる溶媒蒸発法等が例示される。
Further, as a chemical method for producing ultrafine particles using a liquid phase, a colloid method of reducing a noble metal salt under reflux conditions in an alcohol in the presence of a polymer surfactant, hydrolysis of a metal alkoxide The alkoxide method utilizing the metal salt, the coprecipitation method in which a precipitating agent is added to a mixed solution of metal salts to obtain precipitated particles, and the method for producing chemical ultrafine particles using a gas phase further includes heat treatment of a metal carbonyl compound or the like. Thermal decomposition method of organometallic compounds to obtain ultrafine metal particles by decomposition reaction, reduction / oxidation / nitridation method of metal chlorides to obtain ultrafine particles by reducing / oxidizing or nitriding metal chloride in a reaction gas stream, oxide / Examples include a reduction method in hydrogen in which a hydrate is heated and reduced in a hydrogen stream, and a solvent evaporation method in which a metal salt solution is sprayed from a nozzle and dried with hot air.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の超微
粒子に対する研究や開発は、主として超微粒子の集合体
(超微粉体)に関するものであり、超微粒子単体に対す
る各種操作や制御に関する研究は十分には行われていな
い。これは、上述した従来の超微粒子の製造方法にも起
因しており、従来の製造方法の多くは超微粒子を集合体
として作製するには適するものの、超微粒子を粒子単体
として得ることは困難であった。
By the way, the conventional research and development on ultrafine particles are mainly related to an aggregate of ultrafine particles (ultrafine powder), and research on various operations and control on ultrafine particles alone is sufficient. Has not been done. This is also due to the conventional method for producing ultrafine particles described above, and although many of the conventional production methods are suitable for producing ultrafine particles as an aggregate, it is difficult to obtain ultrafine particles as a single particle. there were.

【0007】上述したように、従来、超微粒子単体に対
する各種操作や制御に関する研究は十分には行われてい
ないため、それらに基く超微粒子の単体からの応用も具
体的には進められていない。例えば、超微粒子の単体同
士の融合等を制御された条件の下で実現することによっ
て、超微細生成物やバルクとは異なる性質を有する物質
等の作製が可能となることが予測される。
[0007] As described above, since various studies and controls on ultrafine particles alone have not been conducted so far, the application of ultrafine particles based on them has not been specifically advanced. For example, it is expected that by realizing fusion of ultrafine particles alone under controlled conditions, it is possible to produce an ultrafine product or a substance having a property different from that of bulk.

【0008】本発明は、例えば超微粒子の単体からの応
用展開を可能にするためになされたもので、融合状態等
の制御が可能であると共に、操作性が高い超微粒子融合
体およびその製造方法を提供することを目的としてい
る。
The present invention has been made, for example, to enable the application and development of ultrafine particles from a single body, and it is possible to control the fusion state and the like, and to have a high operability, and a method for producing the same. Is intended to provide.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段と作用】本発明における第
1の超微粒子融合体は、金属超微粒子同士の融合体であ
って、前記金属超微粒子の構成原子の表面拡散により融
合していると共に、前記融合界面に直径 3nm以下の前記
構成原子のクラスターが存在していることを特徴として
いる。
The first ultrafine particle fusion body according to the present invention is a fusion body of ultrafine metal particles, which are fused by surface diffusion of constituent atoms of the ultrafine metal particles. The clusters of the constituent atoms having a diameter of 3 nm or less are present at the fusion interface.

【0010】また、第2の超微粒子融合体は、金属超微
粒子同士の融合体であって、前記金属超微粒子同士の結
晶面および結晶方位が同一となるよう前記金属超微粒子
の原子配置が変化した状態で融合していることを特徴と
している。
The second ultrafine particle fusion body is a fusion body of the ultrafine metal particles, and the atomic arrangement of the ultrafine metal particles is changed so that the crystal planes and the crystal orientations of the ultrafine metal particles are the same. It is characterized by the fact that they are fused in the same state.

【0011】本発明の超微粒子融合体の製造方法は、少
なくとも 2つの金属超微粒子に、真空雰囲気中で 1×10
19e/cm2 ・sec 以上の電子線を照射して、前記少なくと
も 2つの金属超微粒子同士を融合させることを特徴とし
ている。
The method for producing an ultrafine particle fusion product of the present invention comprises:
It is characterized by irradiating an electron beam of 19 e / cm 2 · sec or more to fuse the at least two ultrafine metal particles.

【0012】すなわち本発明は、 2つの金属超微粒子に
真空雰囲気中で同時に 1×1019e/cm2 ・sec (2A/cm2
以上の電子線を照射することによって、特別な温度制御
を必要としない室温ステージ上で、金属超微粒子同士を
溶融させることなく融合させることが可能であること、
および当初の金属超微粒子の粒径等に応じて融合状態が
制御可能であることを見出したことに基くものである。
That is, according to the present invention, two ultrafine metal particles are simultaneously subjected to 1 × 10 19 e / cm 2 · sec (2 A / cm 2 ) in a vacuum atmosphere.
By irradiating the above electron beam, it is possible to fuse ultrafine metal particles without melting each other on a room temperature stage that does not require special temperature control.
It is based on the finding that the fusion state can be controlled according to the initial particle diameter of the ultrafine metal particles and the like.

【0013】本発明の超微粒子融合体の出発物質として
用いる金属超微粒子としては、例えば粒径が 5〜30nm程
度のAl超微粒子が例示される。出発物質としての金属超
微粒子の粒径が30nmを超えると、 1×1019e/cm2 ・sec
以上の電子線を照射しても融合現象を誘起することがで
きず、また粒径が 5nm未満の金属超微粒子は作製自体が
困難である。このような 2つの金属超微粒子に対して真
空雰囲気中にて同時に電子線を照射すると金属超微粒子
融合体が生成し、金属超微粒子融合体の融合状態は出発
物質としての金属超微粒子の粒径に応じたものとなる。
Examples of the ultrafine metal particles used as a starting material for the ultrafine particle fusion product of the present invention include Al ultrafine particles having a particle size of about 5 to 30 nm. If the particle size of the ultrafine metal particles as the starting material exceeds 30 nm, 1 × 10 19 e / cm 2 · sec
Irradiation with the above electron beams cannot induce the fusion phenomenon, and it is difficult to prepare ultrafine metal particles with a particle size of less than 5 nm. When such two ultrafine metal particles are simultaneously irradiated with an electron beam in a vacuum atmosphere, a ultrafine metal particle fusion product is generated, and the fusion state of the ultrafine metal particle fusion product is the particle size of the ultrafine metal particles as a starting material. According to.

【0014】本発明の第1の超微粒子融合体は、上述し
た金属超微粒子への電子線照射により得られる金属超微
粒子融合体であって、出発物質として特に小径の金属超
微粒子を用いたものである。すなわち、出発物質である
金属超微粒子の粒径が特に小径であると、具体的には粒
径が 5〜10nmの範囲であると、電子線照射により金属超
微粒子の構成原子の表面拡散が起こり、直径 3nm以下の
構成原子のクラスターが生成する。そして、この生成し
た直径 3nm以下のクラスターを介して金属超微粒子同士
が融合する。
The first ultrafine particle fusion product of the present invention is a metal ultrafine particle fusion product obtained by irradiating the above-mentioned metal ultrafine particles with an electron beam, in which a metal ultrafine particle having a particularly small diameter is used as a starting material. Is. That is, when the particle size of the starting metal ultrafine particles is particularly small, specifically, when the particle size is in the range of 5 to 10 nm, surface diffusion of the constituent atoms of the ultrafine metal particles occurs by electron beam irradiation. , Clusters of constituent atoms with a diameter of 3 nm or less are generated. Then, the ultrafine metal particles are fused with each other through the generated clusters having a diameter of 3 nm or less.

【0015】このような第1の超微粒子融合体は、融合
界面に直径 3nm以下の構成原子のクラスターが存在して
いるため、外力に対して融合界面が靭性に富むというよ
うな利点や、機能性材料等への応用可能性を有してい
る。
Since such a first ultrafine particle fusion material has clusters of constituent atoms having a diameter of 3 nm or less at the fusion interface, it has the advantage that the fusion interface is rich in toughness against external force, and functions. It has the potential to be applied to functional materials.

【0016】また、本発明の第2の超微粒子融合体は、
上述した金属超微粒子への電子線照射により得られる金
属超微粒子融合体であって、出発物質として比較的大径
の金属超微粒子を用いたものである。すなわち、出発物
質である金属超微粒子の粒径が比較的大径であると、具
体的には粒径が10〜30nmの範囲であると、電子線照射に
より金属超微粒子同士が近付き始めた際に、結晶面およ
び結晶方位を合せて界面エネルギーが極小となるよう
に、金属超微粒子の原子配置が変化する。そして、結晶
面および結晶方位が同一となった接点からネッキングが
起こって融合体が生成する。この融合体は、当初は元の
超微粒子形状をそれぞれ維持しており、電子線の照射時
間の経過に伴ってやがて一体化が完成する。
Further, the second ultrafine particle fusion body of the present invention comprises:
An ultrafine metal particle fusion product obtained by irradiating the ultrafine metal particles described above with an electron beam, wherein ultrafine metal particles having a relatively large diameter are used as a starting material. That is, when the particle size of the starting material ultrafine metal particles is relatively large, specifically, the particle size is in the range of 10 to 30 nm, when the ultrafine metal particles start to approach each other by electron beam irradiation. In addition, the atomic arrangement of the ultrafine metal particles is changed so that the interfacial energy becomes minimum by matching the crystal planes and crystal orientations. Then, necking occurs from a contact having the same crystal plane and crystal orientation to generate a fusion body. Initially, this fusion maintains the original ultrafine particle shape, and eventually the integration is completed as the irradiation time of the electron beam elapses.

【0017】このような第2の超微粒子融合体は、当初
の超微粒子形状を維持したままで結晶面および結晶方位
が同一のエピタキシャル関係を持つ融合界面を有する融
合体とすることができるため、界面強度が高いというよ
うな利点を有し、構造部材等への応用可能性を有してい
る。
Such a second ultrafine particle fusion product can be a fusion product having a fusion interface having an epitaxial relationship in which the crystal planes and crystal orientations are the same while maintaining the original ultrafine particle shape. It has advantages such as high interfacial strength, and has applicability to structural members and the like.

【0018】本発明の製造方法において、金属超微粒子
に照射する電子線の強度は 1×1019e/cm2 ・sec (2A/cm
2 )以上とする。照射する電子線強度が 1×1019e/cm2
・sec 未満であると、金属超微粒子同士が融合し得るほ
どに活性化することができない。言い換えると、 1×10
19e/cm2 ・sec 以上の強度を有する電子線は、金属超微
粒子の局所加熱効果と原子変位誘起(knock-on)効果等を
もたらし、これらによって超微粒子融合体を生成するこ
とが可能となる。
In the manufacturing method of the present invention, the intensity of the electron beam with which the ultrafine metal particles are irradiated is 1 × 10 19 e / cm 2 · sec (2 A / cm
2 ) At least. Irradiation electron beam intensity is 1 × 10 19 e / cm 2
-If it is less than sec, the ultrafine metal particles cannot be activated enough to fuse with each other. In other words, 1 × 10
An electron beam with an intensity of 19 e / cm 2 · sec or more brings about the local heating effect and atomic displacement induction (knock-on) effect of ultrafine metal particles, and it is possible to generate ultrafine particle fusion by these. Become.

【0019】また、金属超微粒子への電子線の照射は真
空雰囲気中で行うものとし、具体的には10-5Pa以下の真
空雰囲気中で電子線照射を行うことが好ましい。電子線
照射時の真空雰囲気が10-5Paを超えると、残留ガス中の
不純物原子との化合物が生じ、界面強度が低下するおそ
れがある ここで、本発明では真空雰囲気中での 1×1019e/cm2
sec 以上の電子線照射によって、溶融状態を経ていない
金属超微粒子同士の融合体の生成を室温ステージ上で実
施することができる。一般に、制御された加熱条件下で
電子線を照射することは困難であるため、室温ステージ
上での電子線照射により金属超微粒子融合体の生成を可
能にすることは意義が大きいと共に、溶融させずに融合
体の生成が可能であるため、残留歪やミスフィット転位
等の格子欠陥を界面近傍に形成させることがなく、省エ
ネルギー化が可能となる。
Further, the electron beam irradiation to the ultrafine metal particles is carried out in a vacuum atmosphere, and specifically, the electron beam irradiation is preferably carried out in a vacuum atmosphere of 10 −5 Pa or less. If the vacuum atmosphere at the time of electron beam irradiation exceeds 10 −5 Pa, a compound with impurity atoms in the residual gas may be generated, which may reduce the interface strength. Here, in the present invention, 1 × 10 6 in a vacuum atmosphere is used. 19 e / cm 2
By irradiating the electron beam for sec or more, it is possible to generate a fusion body of ultrafine metal particles that have not passed through a molten state on a room temperature stage. In general, it is difficult to irradiate an electron beam under controlled heating conditions.Therefore, it is significant to enable the generation of ultrafine metal particle fusion particles by irradiating an electron beam on a room temperature stage, and at the same time, melting Since it is possible to generate a fusion body without forming a lattice defect such as residual strain or misfit dislocation in the vicinity of the interface, energy can be saved.

【0020】本発明で出発物質として用いる粒径 5〜30
nm程度の金属超微粒子は、例えば以下のようにして作製
することができる。ここでは、Al超微粒子を例として説
明する。
Particle size 5 to 30 used as a starting material in the present invention
The ultrafine metal particles having a size of about nm can be produced, for example, as follows. Here, Al ultrafine particles will be described as an example.

【0021】すなわち、θ−Al2 O 3 粒子等の準安定金
属酸化物粒子に、真空雰囲気中にて1×1019e/cm2 ・sec
以上の強度を有する電子線を照射する。 1×1019e/cm
2 ・sec 以上の強度を有する電子線は、準安定金属酸化
物粒子の局所加熱効果と酸素原子の変位効果等をもたら
す。これらによって、安定相であるα−Al2 O 3 やAl2
O 3 の構成金属であるAlからなると共に、出発原料であ
るθ−Al2 O3 粒子より小径の超微粒子が生成する。こ
のようにして得られるAl超微粒子は、表面酸化物を有し
ない粒径が 5〜30nm程度で純金属超微粒子であって、い
ずれも単体として分離可能である。従って、本発明の出
発物質としての金属超微粒子として用いることができ
る。ただし、上記した方法に限らず、超微粒子単体とし
て操作することが可能な金属超微粒子が得られれば、種
々の製造方法を適用することができる。
That is, the metastable metal oxide particles such as θ-Al 2 O 3 particles are subjected to 1 × 10 19 e / cm 2 · sec in a vacuum atmosphere.
The electron beam having the above intensity is irradiated. 1 x 10 19 e / cm
The electron beam having an intensity of 2 sec or more brings about a local heating effect of the metastable metal oxide particles and a displacement effect of oxygen atoms. By these, α-Al 2 O 3 and Al 2 which are stable phases
Together consisting of O is a third configuration metals Al, the small diameter of the super fine particles generated from theta-Al 2 O 3 particles as the starting material. The Al ultrafine particles thus obtained are pure metal ultrafine particles having a surface oxide-free particle size of about 5 to 30 nm, and any of them can be separated as a simple substance. Therefore, it can be used as ultrafine metal particles as the starting material of the present invention. However, not limited to the above-mentioned method, various manufacturing methods can be applied as long as the ultrafine metal particles that can be operated as a single ultrafine particle are obtained.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0023】実施例1 まず、粒径が 100nm程度の球状θ−Al2 O 3 粒子(純度
=99.8%)を用意し、これをアルコールに分散させた後、
カーボン支持膜上に塗布、乾燥させた。次いで、上記球
状のθ−Al2 O 3 粒子を配置したカーボン支持膜を、 2
00kVTEM装置(日本電子社製、JEM-2010(商品名))
の真空室内に配置された室温ステージ上に設置した。
Example 1 First, spherical θ-Al 2 O 3 particles having a particle size of about 100 nm (purity
= 99.8%), and after dispersing this in alcohol,
It was coated on a carbon support film and dried. Then, the carbon support film on which the spherical θ-Al 2 O 3 particles are arranged is
00kV TEM device (JEM-2010 (trade name) manufactured by JEOL Ltd.)
It was installed on a room temperature stage placed in the vacuum chamber of.

【0024】次に、上記真空室内を 1×10-5Paの真空度
まで排気した後、カーボン支持膜上に配置された粒径 1
00nmのθ−Al2 O 3 粒子に、 1.3×1020e/cm2 ・sec(20
A/cm2 )の電子線(照射径=250nm)を照射した。そし
て、この電子線照射によって、θ−Al2 O 3 粒子から直
径 5〜10nm程度のAl超微粒子を生成した。
Next, after the vacuum chamber was evacuated to a vacuum degree of 1 × 10 -5 Pa, the particle size 1 on the carbon support film was reduced.
The θ-Al 2 O 3 particles of 00nm, 1.3 × 10 20 e / cm 2 · sec (20
A / cm 2 ) electron beam (irradiation diameter = 250 nm) was irradiated. Then, by this electron beam irradiation, Al ultrafine particles having a diameter of about 5 to 10 nm were generated from the θ-Al 2 O 3 particles.

【0025】上述したAl超微粒子を使用して、Al超微粒
子融合体を生成した。具体的には、生成したAl超微粒子
を有するカーボン支持膜を、上記TEM装置の真空室内
に配置した状態(真空度を含む)を維持し、カーボン支
持膜上のAl超微粒子の中から直径が 5nm程度の近接する
2つのAl超微粒子を選択した。そして、この 2つのAl超
微粒子に同時に 1.3×1020e/cm2 ・sec(20A/cm2 )の電
子線を照射した。
An Al ultrafine particle fusion was produced using the Al ultrafine particles described above. Specifically, while maintaining the state (including the degree of vacuum) of the carbon support film having the generated Al ultrafine particles in the vacuum chamber of the TEM device, the diameter of the carbon ultrafine particles on the carbon support film is Close to about 5 nm
Two ultrafine Al particles were selected. Then, the two ultrafine Al particles were simultaneously irradiated with an electron beam of 1.3 × 10 20 e / cm 2 · sec (20 A / cm 2 ).

【0026】電子線の照射を行いながら 2つのAl超微粒
子の状態をインサイチューで観察した。この観察結果に
ついて、図1の模式図を参照しながら説明する。まず、
電子線の照射開始から30秒程度経過したところで、図1
(a)に示すように、 2つのAl超微粒子1、2それぞれ
から構成原子の表面拡散が観察された。この構成原子の
表面拡散により、各Al超微粒子1、2の表面には小径の
Al原子クラスター3が形成され始める。さらに、電子線
を照射し続けると、 2つのAl超微粒子1、2が近付くと
共に、それらの表面に形成されたAl原子クラスター3、
具体的には直径2nm程度のAlクラスター3が 2つのAl超
微粒子1、2間を埋めていき、電子線の照射開始から 2
00秒程度経過したところで、図1(b)に示すように、
Al原子クラスター3を介してAl超微粒子1、2同士が融
合した。
The state of the two Al ultrafine particles was observed in situ while irradiating the electron beam. The observation result will be described with reference to the schematic diagram of FIG. First,
About 30 seconds after the start of electron beam irradiation,
As shown in (a), surface diffusion of constituent atoms was observed from each of the two Al ultrafine particles 1 and 2. Due to the surface diffusion of these constituent atoms, the surface of each of the Al ultrafine particles 1 and 2 has a small diameter.
Al atom cluster 3 begins to be formed. Further, when the electron beam is continuously irradiated, the two Al ultrafine particles 1 and 2 approach each other, and the Al atom clusters 3 formed on their surfaces,
Specifically, an Al cluster 3 with a diameter of about 2 nm fills the space between the two Al ultrafine particles 1 and 2, and 2 from the start of electron beam irradiation.
After about 00 seconds, as shown in Fig. 1 (b),
The Al ultrafine particles 1 and 2 were fused with each other through the Al atom cluster 3.

【0027】このようにして、 2つのAl超微粒子1、2
への電子線照射に伴う表面拡散によるAl超微粒子融合体
4を得た。この融合は、照射した電子による局所加熱効
果と原子変位誘起(knock-on)効果の両方によるものと考
えられる。得られたAl超微粒子融合体4は、上述したよ
うに融合界面に直径 2nm程度のAl原子クラスター3が存
在しており、また基本的には当初のAl超微粒子1、2の
結晶構造、形状、塑性を維持していた。
In this way, two Al ultrafine particles 1, 2 are obtained.
As a result, Al ultrafine particle fusion body 4 was obtained by surface diffusion accompanied by electron beam irradiation. It is considered that this fusion is due to both the local heating effect by the irradiated electrons and the atomic displacement induction (knock-on) effect. The obtained Al ultrafine particle fusion body 4 has Al atom clusters 3 having a diameter of about 2 nm at the fusion interface as described above, and basically, the crystal structure and shape of the original Al ultrafine particles 1 and 2 are formed. , Plasticity was maintained.

【0028】実施例2 実施例1と同様に、θ−Al2 O 3 粒子への電子線照射に
より生成したAl超微粒子を使用して、Al超微粒子融合体
を生成した。具体的には、生成したAl超微粒子を有する
カーボン支持膜を、TEM装置の真空室内に配置した状
態(真空度を含む)を維持し、カーボン支持膜上のAl超
微粒子の中から近接する 2つのAl超微粒子を選択した。
これらのAl超微粒子は直径約15nmの多重双晶粒である。
そして、この 2つのAl超微粒子にTEMの室温ステージ
上で、同時に 1.3×1020e/cm2 ・sec(20A/cm2 )の電子
線を照射した。
Example 2 Similar to Example 1, an Al ultrafine particle fusion body was produced by using Al ultrafine particles produced by electron beam irradiation of θ-Al 2 O 3 particles. Specifically, the carbon support film having the generated Al ultrafine particles is maintained in the vacuum chamber of the TEM apparatus (including the degree of vacuum), and the carbon ultrafine particles on the carbon support film are brought close to each other. Two Al ultrafine particles were selected.
These ultrafine Al particles are multiple twin grains with a diameter of about 15 nm.
Then, these two ultrafine Al particles were simultaneously irradiated with an electron beam of 1.3 × 10 20 e / cm 2 · sec (20 A / cm 2 ) on a TEM room temperature stage.

【0029】電子線の照射を行いながら 2つのAl超微粒
子の状態をインサイチューで観察した。この観察結果に
ついて、図2の模式図を参照しながら説明する。まず、
電子線の照射以前は、図2(a)に示すように、 2つの
Al超微粒子5、6は異なる結晶方位を有していた。
The state of the two ultrafine Al particles was observed in situ while irradiating the electron beam. The observation result will be described with reference to the schematic diagram of FIG. First,
Before irradiation with an electron beam, as shown in FIG.
The Al ultrafine particles 5 and 6 had different crystal orientations.

【0030】この状態から 2つのAl超微粒子5、6に電
子線を照射すると、 {111}面で囲まれた 2つのAl超微粒
子5、6同士が互いに近付き始め、それに伴って明確な
双晶境界がなくなり、結晶全体が多面体からドーム構造
へと変化していくことが観察された。しかも、図2
(b)に示すように、双方の {111}面が平行、すなわち
エピタキシー関係を持つよう粒子構成原子全体が湾曲す
ることが観察された。すなわち、 2つのAl超微粒子5、
6がお互いに近付くと、積極的に結晶面と方位を合わせ
て界面エネルギーが極小となるように原子配置を変化さ
せる。
When the two Al ultrafine particles 5 and 6 are irradiated with an electron beam from this state, the two Al ultrafine particles 5 and 6 surrounded by the {111} planes start to come close to each other, and as a result, clear twinning occurs. It was observed that the boundary disappeared and the whole crystal changed from a polyhedron to a dome structure. Moreover, FIG.
As shown in (b), it was observed that both {111} planes were parallel, that is, all the constituent atoms of the grain were curved so as to have an epitaxy relationship. That is, two Al ultrafine particles 5,
When 6 approaches each other, the orientation of atoms is positively aligned with the crystal plane to change the atomic arrangement so that the interface energy becomes minimum.

【0031】さらに、電子線照射を続けると、接点では
ネッキングが始まり、電子線の照射開始から 300秒程度
経過したところで、図2(c)に示すように、Al超微粒
子5、6同士の固体融合体7が生成した。なお、この状
態からさらに電子線を照射し続けると、照射開始から 3
50秒程度経過したところで、固体融合体7は融合一体化
した。
Further, when the electron beam irradiation is continued, necking starts at the contact point, and about 300 seconds after the start of electron beam irradiation, as shown in FIG. 2 (c), solids of Al ultrafine particles 5 and 6 are solid. Fusion 7 was produced. If you continue to irradiate the electron beam from this state, 3
After about 50 seconds, the solid fusion body 7 was fused and integrated.

【0032】このようにして、 2つのAl超微粒子5、6
への電子線照射に伴う原子の再配列によるAl超微粒子融
合体7を得た。この融合は、実施例1と同様に、照射し
た電子による局所加熱効果と原子変位誘起(knock-on)効
果の両方によるものと考えられる。得られたAl超微粒子
融合体7は、図2(c)に示した状態では当初の粒子形
状(7角形)を維持した上で、エピタキシー関係を有す
る界面を形成して融合していた。
In this way, the two ultrafine Al particles 5, 6 are formed.
Al ultrafine particle fusion body 7 was obtained by rearrangement of atoms accompanied with electron beam irradiation. It is considered that this fusion is due to both the local heating effect by the irradiated electrons and the atomic displacement induction (knock-on) effect, as in Example 1. In the state shown in FIG. 2 (c), the obtained Al ultrafine particle fusion body 7 maintained the initial grain shape (hexagonal shape) and was fused by forming an interface having an epitaxy relationship.

【0033】上述した各実施例からも明らかなように、
本発明によれば超微粒子の結晶制御を含む融合制御等が
室温ステージ上という制御の容易な条件下での電子線照
射により実現できるため、ナノメータ径の電子線による
様々なマニュピレーションへの展開という大きな可能性
を有するものである。
As is clear from the above-mentioned embodiments,
According to the present invention, fusion control including crystal control of ultrafine particles can be realized by electron beam irradiation under a condition of easy control on a room temperature stage. Therefore, it can be widely applied to various manipulations with an electron beam having a nanometer diameter. It has the potential.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の超微粒子
融合体の製造方法によれば、室温ステージ上という制御
の容易な条件下で、融合状態等が制御された超微粒子融
合体を得ることができる。そして、このような本発明の
超微粒子融合体は、融合状態の制御や操作性等を有する
ことから、例えば金属超微粒子単体からの応用展開等に
大きく寄与するものである。
As described above, according to the method for producing an ultrafine particle fusion product of the present invention, an ultrafine particle fusion product in which the fusion state and the like are controlled can be obtained under the condition of being easily controlled on a room temperature stage. be able to. Since such an ultrafine particle fusion product of the present invention has control and operability of a fusion state, it greatly contributes to application development from a single metal ultrafine particle alone.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の一実施例における超微粒子融合体の
生成過程を模式的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a process of producing an ultrafine particle fusion body in one example of the present invention.

【図2】 本発明の他の実施例における超微粒子融合体
の生成過程を模式的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a process of producing an ultrafine particle fusion body in another example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2……Al超微粒子 3……Al原子クラスター 4……表面拡散によるAl超微粒子融合体 5、6……Al超微粒子(多重双晶粒) 7……原子の再配列によるAl超微粒子融合体 1, 2 ... Al ultrafine particles 3 ... Al atomic clusters 4 ... Al ultrafine particle fusion by surface diffusion 5,6 ... Al ultrafine particles (multiple twin grains) 7 ... Al ultrafine particles by rearrangement of atoms Fusion

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属超微粒子同士の融合体であって、前
記金属超微粒子の構成原子の表面拡散により融合してい
ると共に、前記融合界面に直径 3nm以下の前記構成原子
のクラスターが存在していることを特徴とする超微粒子
融合体。
1. A fusion of ultrafine metal particles, wherein the ultrafine metal particles are fused by surface diffusion of the atoms, and clusters of the atoms having a diameter of 3 nm or less are present at the fusion interface. Ultrafine particle fusion characterized by being
【請求項2】 請求項1記載の超微粒子融合体におい
て、 前記金属超微粒子は、粒径 5〜10nmのAl超微粒子である
ことを特徴とする超微粒子融合体。
2. The ultrafine particle fusion body according to claim 1, wherein the metal ultrafine particles are Al ultrafine particles having a particle size of 5 to 10 nm.
【請求項3】 金属超微粒子同士の融合体であって、前
記金属超微粒子同士の結晶面および結晶方位が同一とな
るよう前記金属超微粒子の原子配置が変化した状態で融
合していることを特徴とする超微粒子融合体。
3. A fusion of ultrafine metal particles, wherein the ultrafine metal particles are fused in a state in which the atomic arrangement of the ultrafine metal particles is changed so that the crystal planes and crystal orientations of the ultrafine metal particles are the same. Characteristic ultrafine particle fusion.
【請求項4】 請求項3記載の超微粒子融合体におい
て、 前記金属超微粒子は、粒径10〜30nmのAl超微粒子である
ことを特徴とする超微粒子融合体。
4. The ultrafine particle fusion body according to claim 3, wherein the metal ultrafine particles are Al ultrafine particles having a particle size of 10 to 30 nm.
【請求項5】 少なくとも 2つの金属超微粒子に、真空
雰囲気中で 1×1019e/cm2 ・sec 以上の電子線を照射し
て、前記少なくとも 2つの金属超微粒子同士を融合させ
ることを特徴とする超微粒子融合体の製造方法。
5. The at least two ultrafine metal particles are irradiated with an electron beam of 1 × 10 19 e / cm 2 · sec or more in a vacuum atmosphere to fuse the at least two ultrafine metal particles. And a method for producing an ultrafine particle fusion product.
【請求項6】 請求項5記載の超微粒子融合体の製造方
法において、 前記金属超微粒子として、直径 5〜30nmのAl超微粒子を
用いることを特徴とする超微粒子融合体の製造方法。
6. The method for producing an ultrafine particle fusion product according to claim 5, wherein Al ultrafine particles having a diameter of 5 to 30 nm are used as the metal ultrafine particles.
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