TW202337825A - 組成物 - Google Patents

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TW202337825A
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田中康規
古川颯大
長瀬有理奈
渡邉周
末安志織
中村圭太郎
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日商日清製粉集團本社股份有限公司
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Abstract

本發明提供不以基板等的載體的存在為前提之含有奈米粒子、奈米棒及奈米線的組成物。組成物含有奈米粒子、奈米棒、及奈米線，奈米粒子、奈米棒、及奈米線分別以Si及SiO中的至少一方構成。

Description

組成物
本發明係關於含有奈米粒子、奈米棒及奈米線之組成物。
現今，矽微粒子、氧化物微粒子、氮化物微粒子、碳化物微粒子等的微粒子，在多數的領域被使用。又，奈米線作為可使半導體元件、感測器、太陽電池、鋰離子電池等的性能提升之材料被關注。前述的微粒子、及奈米線被利用於各種用途。 例如，在專利文獻1，記載有於含矽的複數個獨立粒子配置含矽的複數個矽奈米線，構成矽奈米線互相纏繞之矽奈米線網路，使獨立粒子及矽奈米線網路儲存鋰之電氣化學元件的電極材料。 矽奈米線網路係將獨立粒子與獨立粒子相連而存在，獨立粒子的徑為0.5~10μm左右，矽奈米線的徑為10nm~500nm程度。
在專利文獻2，記載有一太陽電池，其包含基板；形成於基板上的第1 ++型多結晶矽層；含有第1 ++型多結晶矽層成長的第1型矽奈米線之第1型矽奈米線層；形成在具備第1型矽奈米線層的基板上之本質層；及形成在本質層上的第2型摻雜層。 又，在專利文獻2，記載有一矽奈米線形成方法，其包含：在基板上形成第1 ++型多結晶矽層之第1 ++型多結晶矽層形成步驟；在第1 ++型多結晶矽層上形成金屬薄膜層之金屬薄膜層形成步驟；將金屬薄膜層形成為金屬奈米粒子之金屬奈米粒子形成步驟；及以金屬奈米粒子作成為種子，從第1 ++型多結晶矽層使第1型矽奈米線成長之第1型矽奈米線成長步驟。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開第2008-269827號公報 [專利文獻2]日本特開第2010-192870號公報
[發明所欲解決之問題]
專利文獻1的矽奈米線網路係獨立粒子的徑為較大的0.5~10μm左右。由於矽帶有電荷則會膨脹，故，藉由與奈米線同在且具有空間，當形成固態電極時，能夠吸收膨脹時的體積。但，若矽粒子的粒徑較大，則在矽粒子周邊需要較大的空間，無法完全抑制龜裂。在將專利文獻1的矽奈米線網路用於電極材料的情況，無法發揮充分的功能。又，在專利文獻1的電極材料的製造方法，並未記載粒徑較小之獨立粒子的製造方法。 在專利文獻2，為第1型矽奈米線層形成於基板上者，針對奈米粒子未有記載。又，亦未記載有奈米粒子的製造方法。且，是以基板等的載體的存在為前提，並非用來製造奈米線單體。又，若藉由從基板刮落，製造奈米線單體，則會被壓饋而無法收集奈米線單體。 如此，現狀為沒有不以基板等的載體的存在為前提之奈米尺寸的微粒子(奈米粒子)與奈米線之混合物。 本發明的目的在於提供不以基板等的載體的存在為前提之含有奈米粒子、奈米棒及奈米線的組成物。 [解決問題之技術手段]
為了達到前述目的，本發明的一態樣提供一種組成物，係含有奈米粒子、奈米棒及奈米線，奈米粒子、奈米棒及奈米線分別以Si及SiO中的至少一方構成。
奈米粒子係粒子為粒徑100nm以下為佳。 奈米粒子係當短軸的直徑設為α、長軸的直徑設為β時，比β/α未滿3為佳。 奈米棒係直徑為40nm以上80nm以下為佳。 奈米線係直徑為1nm以上、未滿40nm為佳。 [發明效果]
若依據本發明，能夠提供不以基板等的載體的存在為前提之含有奈米粒子、奈米棒及奈米線的組成物。
以下，依據圖面所示的理想實施形態更詳細地說明本發明的組成物。 再者，以下說明的圖，僅為用來說明本發明的例子，本發明不限於以下所示的圖。 圖1係顯示本發明的實施形態之組成物的製造裝置的一例之示意圖，圖2係顯示本發明的實施形態之組成物的製造裝置的電漿噴燈的一例之示意部分剖面圖。 如圖1所示的組成物的製造裝置10(以下僅稱為製造裝置10)，係使用組成物製造用的原料，製造含有奈米粒子、奈米棒及奈米線之組成物的裝置。 含有奈米粒子、奈米棒及奈米線之組成物用的原料，可使用例如SiO(一氧化矽)或SiOx(其中，0＜x＜2、x≠1)。 含有奈米粒子、奈米棒及奈米線之組成物用的原料，為例如粉體的形態，原料的粉體使用載體氣體供給至製造裝置10。載體氣體使用例如、氬氣、氦氣、及氬氣與氧氣之混合氣體。
[組成物] 如上述般，組成物為含有奈米粒子、奈米棒及奈米線，奈米粒子、奈米棒及奈米線係不以基板等的載體的存在為前提。奈米粒子、奈米棒、及奈米線分別以Si及SiO中的至少一方構成。 ＜奈米粒子＞ 奈米粒子係為奈米尺寸的微粒子，粒徑為100nm以下的粒子。奈米粒子的粒徑，理想為10~100nm。又，奈米粒子，理想為球狀，但不限於球狀。奈米粒子係當例如短軸的直徑設為α、長軸的直徑設為β時，比β/α未滿3的話，則設為奈米粒子。 奈米粒子的粒徑係使用SEM(掃描型電子顯微鏡)，取得微粒子的複數個SEM圖像，測定從3~5幅的SEM圖像隨機地抽出總數500個之微粒子的粒徑所獲得的微粒子的粒徑之平均值。亦可將3~5幅的SEM圖像進行圖像解析，將隨機地抽出的總數500個微粒子視為球體，測定相當於球體的區域的直徑，求取粒徑的平均值。 奈米粒子係如上述般，含有比β/α未滿3者。因此，即使針對非球狀的微粒子，亦測定相當於短軸的長度、和相當於長軸的長度，求取比β/α。 再者，奈米粒子亦可在表面受載或塗佈碳等的構成奈米粒子以外的物質。
＜奈米棒＞ 奈米棒係直徑為40nm以上80nm以下，長度為直徑的3倍以上。若奈米棒係長度為直徑的3倍以上，則上限值未特別限定，例如可接受製造條件等之制約。奈米棒為直徑較奈米線粗的線狀物體。 奈米棒的直徑係使用SEM，取得奈米棒的複數個SEM圖像，測定從3~5幅的SEM圖像隨機地抽出總數500個之奈米棒的直徑所獲得的奈米棒的直徑之平均值。亦可將3~5幅的SEM圖像進行圖像解析，測定相當於隨機地抽出的總數500個奈米棒的直徑之區域的直徑，求取直徑的平均值。 又，奈米棒的長度係使用SEM，取得奈米棒的複數個圖像，測定從3~5幅的SEM圖像隨機地抽出總數500個之奈米棒的長度所獲得的奈米棒的長度之平均值。亦可將3~5幅的SEM圖像進行圖像解析，測定相當於隨機地抽出的總數500個奈米棒的長度之區域的長度，求取長度的平均值。 再者，奈米棒亦可與前述奈米粒子同樣地，在表面受載或塗佈碳等的構成奈米棒以外的物質。
＜奈米線＞ 奈米線係直徑為未滿40nm，長度為直徑的3倍以上者。若奈米線係長度為直徑的3倍以上，則上限值未特別限定，例如可接受製造條件等之制約。奈米線為直徑較奈米棒細的線狀物體。 奈米線的直徑係使用SEM，取得奈米線的複數個圖像，測定從3~5幅的SEM圖像隨機地抽出總數500個之奈米線的直徑所獲得的奈米線的直徑之平均值。亦可將3~5幅的SEM圖像進行圖像解析，測定相當於隨機地抽出的總數500個奈米線的直徑之區域的直徑，求取直徑的平均值。 又，奈米線的長度係使用SEM，取得奈米線的複數個圖像，測定從3~5幅的SEM圖像隨機地抽出總數500個之奈米線的長度所獲得的奈米線的長度之平均值。亦可將3~5幅的SEM圖像進行圖像解析，測定相當於隨機地抽出的總數500個奈米線的長度之區域的長度，求取長度的平均值。 再者，奈米線亦可與前述奈米粒子同樣地，在表面受載或塗佈碳等的構成奈米線以外的物質。
(組成物的製造裝置) 以下，針對圖1所示的製造裝置10，更具體地說明。 如圖1所示的製造裝置10具有：原料供給部12、電漿噴燈14、室16、回收部18、電漿氣體供給部20、電漿產生部21、脈衝訊號產生器22、保護氣體供給部23、及控制部24。控制部24為用來控制製造裝置10的各構成部之構件。 原料供給部12經由中空狀的供給管13連接於電漿噴燈14。 又，在原料供給部12與電漿噴燈14之間，如後述般，設有間歇供給部15。原料供給部12經由供給管13連接於設在電漿噴燈14的上部之間歇供給部15。 在電漿噴燈14的下方設有室16，在該室16設有回收部18。電漿產生部21連接於電漿噴燈14，如後述般，藉由電漿產生部21，使得在電漿噴燈14的內部產生熱電漿炎100 (參照圖2)。
原料供給部12為用來將組成物用的原料供給至在電漿噴燈14的內部所產生之熱電漿炎100中。若原料供給部12可將組成物用的原料供給至熱電漿炎100中，則未特別限定。
在對組成物用的原料(以下，將組成物用的原料亦僅稱為原料)使用SiO或SiOx的粉末的情況，當對電漿噴燈14內的熱電漿炎100中供給原料時，需要將原料分散成粒子狀。因此，例如原料分散於載體氣體而呈粒子狀進行供給。在此情況，例如原料供給部12係為將粉末的原料維持為分散狀態，並且對電漿噴燈14內部的熱電漿炎100中，呈定量的方式將原料在粒子狀態進行供給。作為具有這樣功能之原料供給部12，可利用例如日本專利第3217415號公報、及日本特開2007-138287號公報所揭示的裝置。 例如，原料供給部12具有例如儲存原料的粉末之儲存槽(未圖示)；定量搬運原料的粉末之螺旋供料器(未圖示)；在藉由螺旋供料器進行搬運後的原料的粉末最終被散佈之前，將其分散為粒子的狀態之分散部(未圖示)；及載體氣體供給源(未圖示)。 與自載體氣體供給源被施加按壓壓力之載體氣體一同，原料的粉末經由供給管13供給至電漿噴燈14內的熱電漿炎100中。 原料供給部12，若為防止原料的粉末之凝聚，維持分散狀態的情況下，將原料的粉末以分散為粒子狀的狀態散佈至電漿噴燈14內，則其結構未特別限定。載體氣體例如除了氬氣(Ar gas)以外，可使用氦氣、及氬氣與氧氣之混合氣體。
例如組成物用的原料如上述般，為例如SiO或SiOx，可使用例如SiO或SiOx的粉末。SiO或SiOx的粉末，為了容易在熱電漿炎中蒸發，將其平均粒子徑加以適宜設定。SiO或SiOx的粉末之平均粒子徑，在以例如d 50計算為100μm以下，理想為10μm以下，更加理想為5μm以下。 SiO或SiOx的粉末之平均粒子徑亦即d 50係粒徑頻率分佈的中位數。
電漿噴燈14為在內部產生熱電漿炎100，將藉由原料供給部12所供給的原料以熱電漿炎100蒸發，作成為氣相狀態之混合體34。 如圖2所示，電漿噴燈14以石英管14a、設在石英管14a的外表面且捲繞在電漿噴燈14的外側之高頻振盪用線圈14b所構成。在電漿噴燈14的上部，供供給管13插入的供給口14c設在其中央部，電漿氣體供給口14d形成於其周邊部(同一圓周上)。 例如，粉末狀的原料、氬氣等的載體氣體通過供給管13而供給至電漿噴燈14內。
電漿氣體供給口14d是藉由例如未圖示的配管連接有電漿氣體供給部20。電漿氣體供給部20為經由電漿氣體供給口14d，對電漿噴燈14內供給電漿氣體之構件。作為電漿氣體，例如氬氣及氫氣等可單獨或組合使用。 再者，除了電漿氣體供給部20以外，在電漿噴燈14內亦可設置供給保護氣體之保護氣體供給部23。作為保護氣體，例如氬氣及氫氣等可單獨或組合使用。電漿氣體供給部20與保護氣體供給部23，僅氣體種類不同，基本上為相同結構。 使用於電漿氣體或保護氣體之氫氣的比焓大、熱傳導率大。藉由將氫氣混合於電漿氣體或保護氣體，可期待原料分體的蒸發效率提升，又，可獲得將原料蒸發蒸氣的氧予以還原的效果。
又，電漿噴燈14的石英管14a的外側被形成為同心圓狀的石英管14e所包圍，在石英管14a與14e之間使冷卻水14f循環而將石英管14a進行水冷，防止因在電漿噴燈14內所產生的熱電漿炎100造成石英管14a變得過高溫。
間歇供給部15設在原料供給部12與電漿噴燈14之間，連接於供給管13。又，間歇供給部15連接於脈衝訊號產生器22。 間歇供給部15係使用例如螺線管閥(電磁閥)。間歇供給部15為將原料的供給量進行時間調變。間歇供給部15依據自脈衝訊號產生器22所輸出的脈衝訊號，控制螺線管閥的開閉。 再者，在從螺線管閥打開後到實際上原料被搬運而熱電漿炎100中的原料的供給量變多為止需要花費時間，因此，需要預計加在該搬運時間之時間所花費的時間而控制螺線管閥等。 間歇供給部15，除了螺線管閥以外，亦可使用球形閥。在此情況，亦依據自脈衝訊號產生器22所輸出的脈衝訊號，控制球形閥的開閉。與螺線管閥同樣地，由於在球形閥打開後實際上原料被搬運，故，需要預計加在搬運時間之時間，控制球形閥。
電漿產生部21係如上述般，在電漿噴燈14的內部使熱電漿炎100產生之構件。電漿產生部21具有：包圍電漿噴燈14的周圍之第1線圈32；包圍電漿噴燈14的周圍之第2線圈33；對第1線圈32供給高頻電流之第1電源部21a；及對第2線圈33供給高頻電流之第2電源部21b。對第1線圈32供給之高頻電流亦稱為第1線圈電流，對第2線圈33供給之高頻電流，亦稱為第2線圈電流。
第1線圈32與第2線圈33排列配置於電漿噴燈14的長度方向上，第2線圈33設在第1線圈32的下方。 第1電源部21a及第2電源部21b皆為高頻電源，且互相獨立。又，為了減低第1線圈32與第2線圈33之間的磁性結合，使第1電源部21a的高頻電流之頻率與第2電源部21b的高頻電流之頻率不同為佳。藉此，可抑制對互相的電源部之影響。 再者，藉由第1線圈32與第2線圈33，構成高頻振盪用線圈14b。第1線圈32的捲繞數及第2線圈33的捲繞數未特別限定，因應製造裝置10的規格加以適宜決定。第1線圈32及第2線圈33的材質也未特別限定，因應製造裝置10的規格加以適宜決定。
在電漿產生部21，可藉由使用2個線圈與2個獨立的電源部，構成為感應熱電漿的串聯構造。藉由構成感應熱電漿的串聯構造，可生成對電漿噴燈14的軸方向長之高溫場。藉由利用前述較長的高溫場，可使高熔點材料完全地蒸發。再者，將熱電漿炎在預定時間間隔周期性地作成為高溫狀態、和溫度較此高溫狀態低的低溫狀態，亦即，將熱電漿炎的溫度狀態進行時間調變稱為調變感應熱電漿炎。
電漿產生部21對例如第1線圈32及第2線圈33中的至少一方，供給未進行振幅調變之無調變的高頻電流(參照圖3)。 又，電漿產生部21對例如第1線圈32及第2線圈33中的至少一方，供給進行了振幅調變之高頻電流(參照圖4)。 例如若對第1線圈32供給無調變的高頻電流(參照圖3)，對第2線圈33供給進行了振幅調變之高頻電流(參照圖4)，則在電漿噴燈14的內部產生熱電漿炎100。藉由供給至第2線圈33之進行了振幅調變的高頻電流，能夠改變熱電漿炎100的溫度，進而控制電漿噴燈14的內部之溫度。熱電漿炎100的溫度狀態被時間調變，使得熱電漿炎100的溫度狀態週期性地形成為高溫狀態、和溫度較高溫狀態低的低溫狀態。 再者，亦可藉由對第1線圈32供給無調變的高頻電流而產生熱電漿炎100，能使熱電漿炎100穩定，即使將朝第2線圈33供給之高頻電流進行調變，也能夠抑制熱電漿炎100變得不穩定。藉此，即使在例如大量的原料被供給至熱電漿炎100的情況，亦可抑制熱電漿炎100的溫度降低。 在電漿產生部21，對第1線圈32及第2線圈33之高頻電流的供給，可為供給未進行振幅調變之無調變的高頻電流(參照圖3)及進行了振幅調變之高頻電流(參照圖4)的任一者，該組合未特別限定。
在此，圖3係電漿產生部的電源部的高頻電流的波形的一例之示意圖，圖4係電漿產生部的高頻電流的波形的一例之示意圖。 圖3為顯示前述未進行振幅調變之無調變的高頻電流的波形101，振幅為恆定，振幅不會改變。圖4為顯示前述進行了振幅調變之高頻電流的波形102者，振幅為對於時間，週期性地調變。圖4顯示矩形波振幅調變。振幅調變不限於如圖4所示的矩形波振幅調變，除此以外，當然亦可使用由包含三角波、鋸齒波、倒鋸齒波、或正弦波等的曲線之反覆波所構成的波形。
在進行了振幅調變的高頻電流，將電流振幅的高值設為HCL(Higher Current Level)、電流振幅的低值設為LCL(Lower Current Level)，在調變一個週期中，將取得HCL的時間定義為開時間、取得LCL的時間定義為關時間。且，將一週期之開時間的比率(開時間/(開時間+關時間)×100(%))作為負載比(DF)。又，振幅的比(LCL/HCL×100(%))作為電流調變率(SCL)。電流調變率(SCL)係顯示電流振幅的調變程度，100%SCL顯示無調變狀態，0%SCL顯示電流振幅最大幅度地調變。在0%SCL，在關時間，亦即，如後述高頻電流的電流振幅低的區域，高頻電流的電流值為0A(安培)。振幅調變，若為0%SCL以上、未滿100%SCL，則未特別限定，但，由於接近0%SCL則調變程度高，亦即，振幅的調變大，故，0%SCL最佳。 再者，開時間(參照圖4)為高頻電流的電流振幅高的區域，關時間(參照圖4)為高頻電流的電流振幅低的區域。又，前述的開時間、關時間、及1循環，均為從微秒到數秒級為佳。 電漿噴燈14內之壓力環境，可因應微粒子的製造條件加以適宜決定。例如，大氣壓以下。在此，針對大氣壓以下的環境，未特別限定，但，能夠設為例如5Torr(666.5Pa)~ 750Torr(99.975kPa)。
如圖1所示，室16是從接近電漿噴燈14側起，上游室16a安裝於與電漿噴燈14同軸方向。又，設置與上游室16a垂直的下游室16b，進一步在下游，設置具備用來捕捉微粒子的期望的過濾器18a之回收部18。在製造裝置10，微粒子的回收場所為例如過濾器18a。 室16是作為冷卻槽發揮功能，在室16內，生成組成物(未圖示)。
回收部18具備：具有過濾器18a的回收室；及經由設在此回收室內下方的管相連接之真空泵浦18b。從室16所輸送的微粒子藉由以前述的真空泵浦18b吸引，將微粒子吸入至回收室內，微粒子在停留於過濾器18a的表面的狀態下被回收。
具體地說明關於電漿產生部21的第1電源部21a及第2電源部21b。 由於第1電源部21a與第2電源部21b為相同結構，故，針對第1電源部21a進行說明，關於第2電源部21b則省略其詳細的說明。 第1電源部21a與第2電源部21b係如圖1所示，具有RF電源30a、整流電路30b、DC-DC轉換器30c、高頻反相器30d、阻抗整合電路30e、及PWM(Pulse Width Modulation)控制器30f。
RF電源30a係作為輸入電源發揮功能者，使用例如三相交流電源。 整流電路30b為進行交流-直流轉換者，使用例如三相全波整流電路。 DC-DC轉換器30c為使輸出電壓值改變者，使用例如IGBT(絕緣匣極雙極性晶體管)。 高頻反相器30d為將直流轉變為交流者，具有調變電流的振幅之功能，能夠將線圈電流進行振幅調變。高頻反相器30d使用例如MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)反相器。 高頻反相器30d在輸出側連接有阻抗整合電路30e。阻抗整合電路30e係例如藉由以電容器、共振線圈構成的串聯共振電路所構成，以包含電漿負載之負載阻抗的共振頻率成為高頻反相器30d的驅動頻率區域內的方式進行阻抗匹配。
PWM控制器30f係藉由依據在脈衝訊號產生器22所產生的脈衝控制訊號之調變訊號將電流振幅進行調變者，例如FET閘極訊號電路(未圖示)。PWM控制器30f連接於DC-DC轉換器30c。又，PWM控制器30f連接於脈衝訊號產生器22。 在此，脈衝訊號產生器22係為產生用來對維持高周波調變感應熱電漿之線圈電流的振幅施加矩形波調變之脈衝控制訊號的構件。在PWM控制器30f，從脈衝控制訊號，獲得用來將電流振幅進行調變之調變訊號。 PWM控制器30f係將依據在脈衝訊號產生器22所產生的脈衝控制訊號之調變訊號供給至DC-DC轉換器30c，例如將IGBT切換，藉此將電流振幅進行調變。如此，在第1電源部21a，以依據脈衝訊號產生器22之脈衝控制訊號的調變訊號，將線圈電流進行振幅調變而使振幅相對地變大或變小，例如可如圖4所示，將線圈電流進行脈衝調變。可藉由將線圈電流進行脈衝調變，將熱電漿炎100以預定時間間隔週期性地作成為高溫狀態和溫度較此高溫狀態低的低溫狀態。在電漿產生部21，亦可藉由對高頻振盪用線圈14b僅供給高頻電流，產生溫度狀態不會改變之熱電漿炎。 在間歇地供給原料的情況，可與熱電漿炎100的高溫狀態同步而供給原料，使原料在高溫狀態下完全地蒸發而作成為氣相狀態的混合體34(參照圖2)。
再者，第1電源部21a使用例如三相交流電源作為輸入電源，藉由三相全波整流電路，進行交流-直流轉換後，藉由DC-DC轉換器30c使該輸出值改變。又，高頻反相器30d將以整流電路30b所獲得並經過DC-DC轉換器30c之直流電流轉換為交流電流。如上述般，將依據脈衝控制訊號之調變訊號供給至DC-DC轉換器30c，再將IGBT切換，使反相器出力，亦即，線圈電流被振幅調變(AM調變)。藉由阻抗整合電路30e，如上述般，以包含電漿負載之負載阻抗的共振頻率成為高頻反相器30d的驅動頻率區域內的方式進行阻抗匹配。 又，第2電源部21b係與第1電源部21a相同的結構，且第1電源部21a同樣地可將線圈電流進行脈衝調變。又，第1電源部21a與第2電源部21b亦可將線圈電流作成為無調變。在此情況，例如從脈衝訊號產生器22不輸入脈衝控制訊號。
在此，圖5係第1線圈的高頻電流的波形的一例、第2線圈的高頻電流的波形的一例、及原料供給的波形的一例之圖表。在圖5中，符號104顯示第1線圈的高頻電流的波形，符號105顯示第2線圈的高頻電流的波形，符號106顯示原料的供給的波形。 在圖5中，第1線圈的高頻電流的電流值、和第2線圈的高頻電流的電流值是同步改變。因此，若第1線圈的高頻電流的電流值高，則第2線圈的高頻電流的電流值也高，若第1線圈的高頻電流的電流值低，則第2線圈的高頻電流的電流值也低。當第1線圈的高頻電流的電流值及第2線圈的高頻電流的電流值高時，熱電漿炎100為高溫狀態，當第1線圈的高頻電流的電流值及第2線圈的高頻電流的電流值低時，熱電漿炎100為低溫狀態。 原料係在熱電漿炎100為高溫狀態下進行供給，在低溫狀態下則不供給。藉此，可使原料有效率地蒸發，且可將蒸發蒸氣冷卻。再者，藉由使第2線圈的高頻電流的調變變大，可進一步使蒸發蒸氣冷卻。
(組成物的製造方法) 以下，針對使用前述的製造裝置10之組成物的製造方法進行說明。組成物的製造方法，不限於使用製造裝置10者。 首先，作為組成物的原料的粉末，準備例如d 50為5μm的SiO或SiOx的粉末。 對電漿氣體使用例如氬氣，在高頻振盪用線圈14b(參照圖2)施加高頻電壓，讓電漿噴燈14內產生熱電漿炎100。
其次，作為載體氣體，使用例如氬氣，將SiO或SiOx的粉末進行氣體搬運，經由供給管13供給至電漿噴燈14內的熱電漿炎100中。此時，作為保護氣體，供給氫氣。 讓電漿噴燈14內產生熱電漿炎，但，此時，第1線圈及第2線圈皆未將線圈電流進行調變。亦即，未將熱電漿炎100的溫度狀態進行調變。此時，原料粉末也未改變供給量，仍是以一定量進行供給。
被供給的SiO或SiOx的粉末，在熱電漿炎100中蒸發，形成為氣相狀態的混合體34(參照圖2)。在室16內，生成由Si及SiO中的至少一方構成的奈米粒子、奈米棒及奈米線，獲得含有奈米粒子、奈米棒及奈米線之組成物。針對此事，應為藉由在保護氣體使用氫氣，使得SiO或SiOx的蒸發及冷卻過程改變，獲得形狀不同的生成物，亦即，奈米粒子、奈米棒及奈米線。 又，在室16內所獲得的奈米粒子、奈米棒及奈米線係不以基板等的載體的存在為前提者，如上述般，藉由真空泵浦18b之來自於回收部18的負壓(吸引力)，被回收部18的過濾器18a捕捉。奈米粒子、奈米棒及奈米線，分別非固定於基板上的形態，而是以單獨的形態存在。
以下，針對生成奈米粒子、奈米棒及奈米線之機制進行說明。具體而言，針對SiO系材料的核生成機制進行熱力學式檢討。 圖6係顯示使用氬氣時的熱平衡粒子組成之計算結果的圖表，圖7係顯示使用氬氣與氫氣時的熱平衡粒子組成的計算結果之圖表。 圖6係顯示組成比為98mol%Ar+2mol%SiO、壓力300torr(≒40kPa)時的粒子組成之計算結果。此組成比為模擬在氬氣的ICTP(介電結合型熱電漿)內導入SiO原料的情況之奈米材料生成時的氣體混合比。 從圖6可知，在對超過10000K之熱電漿導入SiO原料的情況，Si-O鍵結被切斷，生成Si及O原子。從該處，熱電漿的電漿下降，當形成為溫度5000K以下時，從Si原子%與O原子，主要逐漸生成氣相SiO並且亦存在有氣相Si。這應為該等分別產生核生成，進行生成Si奈米粒子及SiO奈米粒子。
相對於此，圖7係顯示熱平衡粒子組成對於Ar-H-O-Si系蒸氣之計算結果，顯示組成比為90mol%Ar+ 1mol%SiO+9mol%H 2、壓力300torr(≒40kPa)時的粒子組成的計算結果。此組成比為模擬在氬氣與氫氣的ICTP(介電結合型熱電漿)內導入SiO原料的情況之奈米材料生成時的氣體混合比。 從圖7可知，當熱電漿的溫度從10000K降低至5000K時，逐漸生成氣相SiO並且亦存在有氣相Si。亦可知，從該處，熱電漿的溫度進一步下降，即使形成為3000K以下，與氣相SiO一同，氣相Si更大量殘留。並且，在混合有氫氣的熱電漿條件下，溫度梯度變大一事為習知，因此，可考量蒸氣溫度進一步急遽地下降。因此，可考量比起在氬氣的ICTP(介電結合型熱電漿)內導入SiO原料的情況，在氬氣與氫氣的ICTP(介電結合型熱電漿)內導入SiO原料的情況，Si的均等核生成能產生更多。又，可考量依據產生更多的Si的核與溫度梯度的改變，促進SiO朝特定方向的成長，進而生成奈米粒子、奈米棒及奈米線。
(用途) 含有奈米粒子、和奈米棒與奈米線之組成物，作為用途，可舉出例如以鋰離子電池的負極材料、作為電子皮膚發揮功能的感測器為首之可撓性裝置、太陽電池、資料儲存裝置及發光二極體等。
本發明基本上為如以上所構成。以上，詳細說明了關於本發明的混合物的製造裝置及混合物的製造方法，但本發明不限於前述實施形態，在不超出本發明的技術思想範圍內，能夠進行各種改良或變更等。 [實施例]
以下，關於本發明的組成物，更具體地說明。 在本實施例，嘗試進行含有奈米粒子、奈米棒及奈米線之組成物的製造(實驗例1)。在含有奈米粒子、奈米棒及奈米線之組成物的製造，使用如圖1所示的製造裝置10。以下顯示製造條件。
作為製造條件，使用為d 50為5μm的SiO粉末。SiO的粉體的平均粒徑為以粒度分佈計測定到的值。再者，d 50係SiO的粉末的粒徑頻率分佈的中位數。 關於原料供給，載體氣體使用Ar氣體，與載體氣體一同，以1.43g/分鐘進行供給。載體氣體的流量設為4L/分鐘(標準狀態換算)。 保護氣體使用Ar氣體與氫氣，將Ar氣體的流量設為90L/分鐘(標準狀態換算)、將H 2氣體的流量設為1.5slpm (=1.5L/分鐘(標準状態換算))。 將朝第1線圈之平均輸入設為15kW恆定，頻率設為400kHz。將朝第2線圈之平均輸入設為10kW，頻率設為200kHz。 再者，第1線圈為8捲繞，第2線圈為8捲繞。室內的壓力設為300torr(≒40kPa)。 上述的保護氣體作為電漿氣體發揮功能。再者，未進行電漿的調變，且未使用急冷氣體。
針對實驗例1，取得4幅的SEM圖像，從4幅的SEM圖像隨機地抽出總數500個的線狀物體，針對500個的線狀物體，分別測定相當於直徑之區域的直徑。其結果，獲得如圖8所示的直徑頻率分佈。圖8係實驗例1的組成物的直徑度數分佈之圖表。如圖8所示的曲線107，顯示線狀物體的計算數。 在實驗例1，關於線狀物體，生成具有各種的直徑者。 實驗例1係如圖8所示，平均直徑d為31.8nm，d 50為23.0nm，標準偏差σ為19.3nm。再者，d 50顯示直徑之值。前述的d 50為直徑度數分佈的中位數。 如圖8所示，可知在實驗例1，生成直徑不同的線狀物體。
又，關於實驗例1，使用XRD(X射線繞射法)，實施結晶構造的解析。其結果，如圖9所示。圖9係實驗例1的組成物的XRD之圖表。 如圖9所示的XRD頻譜，以Si(111)的峰值作為1加以規格化。在實驗例1，由於可觀察到Si(111)等的Si結晶的峰值，故，局部地產生Si結晶。 從如圖10及圖11所示的SEM像，確認到獲得奈米粒子110(參照圖11)、奈米棒112(參照圖11)及奈米線114(參照圖11)混合之組成物。再者，圖10係實驗例1的組成物的SEM像之示意圖，圖11係實驗例1的組成物的SEM像放大顯示之示意圖。 粒子狀的物體，亦即，生成奈米粒子和直徑數nm的線狀之奈米線的同時，亦生成直徑超過40nm的線狀之奈米棒。如此，獲得含有奈米粒子、奈米棒及奈米線之組成物。
10:微粒子的製造裝置(製造裝置) 12:原料供給部 13:供給管 14:電漿噴燈 14a:石英管 14b:高頻振盪用線圈 14c:供給口 14d:電漿氣體供給口 14e:石英管 14f:冷卻水 15:間歇供給部 16:室 16a:上游室 16b:下游室 18:回收部 18a:過濾器 18b:真空泵浦 20:電漿氣體供給部 21:電漿產生部 21a:第1電源部 21b:第2電源部 22:脈衝訊號產生器 23:保護氣體供給部 24:控制部 30a:RF電源 30b:整流電路 30c:DC-DC轉換器 30d:高頻反相器 30e:阻抗整合電路 30f:PWM控制器 32:第1線圈 33:第2線圈 34:混合體 100:熱電漿炎 101:無調變的高頻電流的波形 102:振幅調變的高頻電流的波形 104:第1線圈的高頻電流的波形 105:第2線圈的高頻電流的波形 106:顯示原料的供給的波形 107:曲線 110:奈米粒子 112:奈米棒 114:奈米線
[圖1]係顯示本發明的實施形態之組成物的製造裝置的一例之示意圖。 [圖2]係顯示本發明的實施形態之組成物的製造裝置的電漿噴燈的一例之部分剖面圖。 [圖3]係電漿產生部的電源部的高頻電流的波形的一例之示意圖。 [圖4]係電漿產生部的高頻電流的波形的一例之示意圖。 [圖5]係第1線圈的高頻電流的波形的一例、第2線圈的高頻電流的波形的一例、及原料供給的波形的一例之圖表。 [圖6]係顯示使用氬氣時的熱平衡粒子組成的計算結果之圖表。 [圖7]係顯示使用氬氣與氫氣時的熱平衡粒子組成的計算結果之圖表。 [圖8]係實驗例1的組成物的直徑度數分佈之圖表。 [圖9]係實驗例1的組成物的XRD之圖表。 [圖10]係實驗例1的組成物的SEM像之示意圖。 [圖11]係實驗例1的組成物的SEM像放大顯示之示意圖。
110:奈米粒子
112:奈米棒
114:奈米線

Claims (6)

  1. 一種組成物，係含有奈米粒子、奈米棒、及奈米線， 前述奈米粒子、前述奈米棒、及前述奈米線分別以Si及SiO中的至少一方構成。
  2. 如請求項1的組成物，其中，前述奈米粒子係粒徑為100nm以下。
  3. 如請求項2的組成物，其中，前述奈米粒子係當短軸的直徑設為α、長軸的直徑設為β時，比β/α未滿3。
  4. 如請求項1至3中任一項的組成物，其中，前述奈米棒係直徑為40nm以上80nm以下。
  5. 如請求項1至3中任一項的組成物，其中，前述奈米線係直徑為1nm以上、未滿40nm。
  6. 如請求項4的組成物，其中，前述奈米線係直徑為1nm以上、未滿40nm。
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