JP2004217463A

JP2004217463A - Manufacturing method of magnesium boride nanowire

Info

Publication number: JP2004217463A
Application number: JP2003006301A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Bando; 義雄板東; Ma Renzhi; ルンチィ・マ; Takao Mori; 孝雄森; Golberg Dmitri; デミトリー・ゴルバーグ
Original assignee: National Institute for Materials Science
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: JP3837532B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel method for manufacturing a magnesium boride nanowire useful as a superconductive material. <P>SOLUTION: The magnesium boride nanowire is manufactured by heating a mixture of a magnesium powder and an amorphous boron powder in an argon atmosphere at 700-830°C to prepare a magnesium boride nanoparticle precursor and heating the precursor at 850-950°C in an argon gas flow. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、ホウ化マグネシウムナノワイヤーの製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、超電導材料として有用なホウ化マグネシウムナノワイヤーの新規な製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ホウ化マグネシウムは、転移温度３９Ｋを示す超電動材料である。ホウ化マグネシウムは、多結晶、薄膜、ワイヤー、テープ、単結晶等の各種の形態を有する。そして、粒子径約４０〜１００ナノメートルのホウ化マグネシウムのナノメートルサイズの球状粒子が圧力下で高温処理を施すことにより得られている（たとえば、非特許文献１参照。）。また、最近、直径５０〜４００ナノメートルの多結晶ホウ化マグネシウムナノワイヤーが高温反応により得られている（たとえば、非特許文献２参照。）。
【０００３】
得られたホウ化マグネシウムナノワイヤーの超電導を示す転移温度は、いずれも３３Ｋである。
【０００４】
【非特許文献１】
Ａ．Ｇｍｂｅｌ外，アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．），２００２年，第８０巻，ｐ．２７２５
【非特許文献２】
Ｙ．Ｗｕ外，アドバンスト・マテリアルズ（Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．），２００１年，第１３巻，ｐ．１４８７
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この出願の発明は、これまでに提案されている方法とは異なる方法によりホウ化マグネシウムナノワイヤーを製造することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、マグネシウム粉末と非晶質ホウ素粉末の混合物をアルゴン雰囲気中で７００〜８３０℃に加熱し、ホウ化マグネシウムナノ粒子前駆物質を作製した後、このホウ化マグネシウムナノ粒子前駆物質をアルゴン気流中で８５０〜９５０℃に加熱することを特徴とするホウ化マグネシウムナノワイヤーの製造方法を提供する。
【０００７】
以下、実施例を示しつつ、この出願の発明のホウ化マグネシウムナノワイヤーの製造方法についてさらに詳しく説明する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この出願の発明のホウ化マグネシウムナノワイヤーの製造方法では、上述のとおり、マグネシウム粉末と非晶質ホウ素粉末を混合し、たとえば窒化ホウ素製のるつぼ等に入れ、アルゴン雰囲気中で７００〜８３０℃に加熱してホウ化マグネシウムナノ粒子前駆物質を作製する。ホウ化マグネシウムナノ粒子前駆物質を作製する際の加熱温度は７６０℃が最適であるが、実験制御、精度等を考慮して７００〜８３０℃とする。
【０００９】
次いで、上記ホウ化マグネシウムナノ粒子前駆物質をアルゴン気流中で、たとえば赤外照射加熱炉等を用いて８５０〜９５０℃に加熱すると、結晶性のホウ化マグネシウムナノワイヤーが得られる。このときの加熱温度は９００℃が最適であり、加熱時の実験制御、精度等を考慮して加熱温度は８５０〜９５０℃とする。
【００１０】
得られたホウ化マグネシウムナノワイヤーは、転移温度３９Ｋを示す超電導体であり、転移温度の上昇が見られる。
【００１１】
【実施例】
マグネシウム粉末（純度９９．９％、３２５メッシュ）と非晶質ホウ素粉末（純度９９．９％、粒子径約５０ｎｍ）の混合物（モル比２．５：１）を十分に混ぜ合わせた後、混合物を窒化ホウ素製のるつぼに入れた。このるつぼを石英管の中に配置し、高周波誘導加熱炉を用いてアルゴンガス雰囲気中で７５０〜７８０℃に２時間加熱した後、室温まで冷却した。ホウ化マグネシウムナノ粒子前駆物質が得られた。
【００１２】
次いで、得られたホウ化マグネシウムナノ粒子前駆物質を、赤外線照射加熱炉を用いてアルゴンガスを流しながら急速に温度を上げ、５分以内に９００℃まで上昇させ、この温度に４０分間維持した。
【００１３】
ホウ化マグネシウムナノ粒子前駆物質の走査型電子顕微鏡像を図１（ａ）に示した。粒子径が約１００〜５００ナノメートルのナノ粒子であると確認される。また、図１（ｂ）は、ホウ化マグネシウムナノ粒子前駆物質のＸ線回折パターンであり、ＭｇＢ_２と少量の未反応マグネシウムからなっていることが確認される。
【００１４】
図２（ａ）は、９００℃で処理した後の試料のＸ線回折パターンであり、図１（ｂ）のＸ線回折パターンと比較すると、未反応のマグネシウムのピークが消失しており、ＭｇＢ_２の相構造とよく一致している。また、Ｘ線回折パターンからは、少量の酸素とマグネシウムが反応したと考えられる酸化マグネシウムがわずかに存在していることが確認される。
【００１５】
図２（ｂ）は、９００℃で処理した後の試料の走査型電子顕微鏡像であるが、１０〜２０ナノメートルの均一な直径を有するナノワイヤーが生成していることが確認される。一方、Ｘ線エネルギー拡散スペクトルと電子エネルギー損失スペクトルの測定結果からは、ホウ素とマグネシウムが主成分で少量の酸素が含まれおり、Ｍｇ：Ｂ：Ｏの原子比は１．０：２．０：０．３〜０．５であることが確認される。電子線回折の測定結果からは、試料は、六方晶系のホウ化マグネシウム（ａ＝３．０８Å、Ｃ＝３．５２Å）であると確認される。
【００１６】
図３は、以上のホウ化マグネシウムナノ粒子前駆物質及びホウ化マグネシウムナノワイヤーの超電導性に関する磁化率と温度の関係について測定したグラフである。
【００１７】
ホウ化マグネシウムナノ粒子前駆物質の転移温度が３６．５Ｋであるのに対し、ホウ化マグネシウムナノワイヤーの転移温度は３９Ｋであり、ナノワイヤーにすることによる転移温度の上昇が確認される。また、得られたホウ化マグネシウムナノワイヤーは、これまでのものに比べ、転移温度が高くなっている。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、超電導材料として有用なホウ化マグネシウムナノワイヤーが、まったく新しい方法により得られ、しかも転移温度の上昇が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は、それぞれ、実施例で得られたホウ化マグネシウムナノ粒子前駆物質の走査型電子顕微鏡像、Ｘ線回折スペクトルである。
【図２】（ａ）（ｂ）は、それぞれ、実施例で得られたホウ化マグネシウムナノワイヤーのＸ線回折スペクトル、走査型電子顕微鏡像である。
【図３】実施例で得られたホウ化マグネシウムナノ粒子前駆物質及びホウ化マグネシウムナノワイヤーの磁化率を示したグラフである。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The invention of this application relates to a method for producing a magnesium boride nanowire. More specifically, the invention of this application relates to a novel method for producing magnesium boride nanowires useful as a superconducting material.
[0002]
[Prior art]
Magnesium boride is a super-electric material exhibiting a transition temperature of 39K. Magnesium boride has various forms such as polycrystal, thin film, wire, tape, and single crystal. Then, nanometer-sized spherical particles of magnesium boride having a particle diameter of about 40 to 100 nanometers are obtained by performing a high-temperature treatment under pressure (for example, see Non-Patent Document 1). Recently, polycrystalline magnesium boride nanowires having a diameter of 50 to 400 nanometers have been obtained by a high-temperature reaction (for example, see Non-Patent Document 2).
[0003]
The transition temperature indicating superconductivity of the obtained magnesium boride nanowires is 33K in all cases.
[0004]
[Non-patent document 1]
A. Gmbel et al., Applied Physics Letters (Appl. Phys. Lett.), 2002, Vol. 80, p. 2725
[Non-patent document 2]
Y. Wu et al., Advanced Materials (Adv. Mater.), 2001, Vol. 13, p. 1487
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the invention of this application is to produce a magnesium boride nanowire by a method different from a method proposed so far.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention of this application is to solve the above-mentioned problems, by heating a mixture of magnesium powder and amorphous boron powder to 700 to 830 ° C. in an argon atmosphere to produce a magnesium boride nanoparticle precursor, A method for producing a magnesium boride nanowire is provided, wherein the magnesium boride nanoparticle precursor is heated to 850 to 950 ° C. in an argon stream.
[0007]
Hereinafter, the method for producing a magnesium boride nanowire of the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the method for producing a magnesium boride nanowire of the invention of the present application, as described above, a magnesium powder and an amorphous boron powder are mixed, put into a crucible made of, for example, boron nitride, and heated to 700 to 830 ° C. in an argon atmosphere. Heat to produce magnesium boride nanoparticle precursor. The heating temperature for preparing the magnesium boride nanoparticle precursor is optimally 760 ° C., but is set to 700 to 830 ° C. in consideration of experimental control, accuracy and the like.
[0009]
Next, when the magnesium boride nanoparticle precursor is heated to 850 to 950 ° C. in an argon stream using, for example, an infrared irradiation heating furnace, a crystalline magnesium boride nanowire is obtained. The heating temperature at this time is optimally 900 ° C, and the heating temperature is 850 to 950 ° C in consideration of experimental control, accuracy, and the like during heating.
[0010]
The obtained magnesium boride nanowire is a superconductor having a transition temperature of 39 K, and the transition temperature is increased.
[0011]
【Example】
After thoroughly mixing a mixture (molar ratio 2.5: 1) of magnesium powder (purity 99.9%, 325 mesh) and amorphous boron powder (purity 99.9%, particle diameter of about 50 nm), the mixture was mixed. Was placed in a crucible made of boron nitride. This crucible was placed in a quartz tube, heated to 750 to 780 ° C. for 2 hours in an argon gas atmosphere using a high-frequency induction heating furnace, and then cooled to room temperature. A magnesium boride nanoparticle precursor was obtained.
[0012]
Next, the temperature of the obtained magnesium boride nanoparticle precursor was rapidly increased while flowing argon gas using an infrared irradiation heating furnace, raised to 900 ° C. within 5 minutes, and maintained at this temperature for 40 minutes.
[0013]
A scanning electron microscope image of the magnesium boride nanoparticle precursor is shown in FIG. It is confirmed that the particles have a particle diameter of about 100 to 500 nanometers. FIG. 1B is an X-ray diffraction pattern of the magnesium boride nanoparticle precursor, and it is confirmed that the precursor consists of MgB ₂ and a small amount of unreacted magnesium.
[0014]
FIG. 2A is an X-ray diffraction pattern of the sample after the treatment at 900 ° C. Compared with the X-ray diffraction pattern of FIG. 1B, the peak of unreacted magnesium has disappeared, and MgB _This is in good agreement with phase structure ₂ . The X-ray diffraction pattern confirms that a small amount of magnesium oxide, which is considered to have reacted with a small amount of oxygen and magnesium, is present.
[0015]
FIG. 2B is a scanning electron microscope image of the sample after the treatment at 900 ° C., and it is confirmed that nanowires having a uniform diameter of 10 to 20 nm are generated. On the other hand, the measurement results of the X-ray energy diffusion spectrum and the electron energy loss spectrum show that boron and magnesium are main components and a small amount of oxygen is contained, and the atomic ratio of Mg: B: O is 1.0: 2.0: It is confirmed that it is 0.3 to 0.5. From the results of the electron diffraction measurement, it is confirmed that the sample is hexagonal magnesium boride (a = 3.08 °, C = 3.52 °).
[0016]
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the magnetic susceptibility and the temperature of the superconductivity of the magnesium boride nanoparticle precursor and the magnesium boride nanowire described above.
[0017]
The transition temperature of the magnesium boride nanoparticle precursor is 36.5K, whereas the transition temperature of the magnesium boride nanowire is 39K, and the transition temperature is increased by using the nanowire. In addition, the obtained magnesium boride nanowire has a higher transition temperature than the conventional ones.
[0018]
【The invention's effect】
As described in detail above, magnesium boride nanowires useful as a superconducting material can be obtained by a completely new method, and the transition temperature can be increased.
[Brief description of the drawings]
1 (a) and 1 (b) are a scanning electron microscope image and an X-ray diffraction spectrum of a magnesium boride nanoparticle precursor obtained in an example, respectively.
FIGS. 2 (a) and (b) are an X-ray diffraction spectrum and a scanning electron microscope image of a magnesium boride nanowire obtained in an example, respectively.
FIG. 3 is a graph showing the magnetic susceptibilities of magnesium boride nanoparticle precursors and magnesium boride nanowires obtained in Examples.

Claims

マグネシウム粉末と非晶質ホウ素粉末の混合物をアルゴン雰囲気中で７００〜８３０℃に加熱し、ホウ化マグネシウムナノ粒子前駆物質を作製した後、このホウ化マグネシウムナノ粒子前駆物質をアルゴン気流中で８５０〜９５０℃に加熱することを特徴とするホウ化マグネシウムナノワイヤーの製造方法。A mixture of magnesium powder and amorphous boron powder is heated to 700 to 830 ° C. in an argon atmosphere to produce a magnesium boride nanoparticle precursor, and then the magnesium boride nanoparticle precursor is heated to 850 to 850 ° C in an argon stream. A method for producing magnesium boride nanowires, comprising heating to 950 ° C.