JP2008031554A - 金属ナノ粒子の製造方法及び同法で製造される金属ナノ粒子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属元素の塩または錯体の溶液にレーザー光を照射して溶液中で該塩または錯体を分解及び/又は還元して該溶液中に平均粒径が0.3〜100nmの範囲の金属ナノ粒子を生成させることを含む金属ナノ粒子の製造方法。
【選択図】なし。
Description
前駆体非規則性合金ナノ粒子を含有する塗布液を支持体上に塗布した後、その塗膜にレーザー照射してCuAu型あるいはCu3Au型硬磁性規則化する製造方法が報告(特許文献4)された。また、非晶質ナノ粒子を有機配位子で保護したものを予めホットソープ法等の湿式法で製造し精製した後、有機配位子で安定化されたナノ粒子にレーザー光を照射して結晶化する磁性ナノ粒子の製法が報告(特許文献5)された。
また、該合金が固溶体合金である上記製造方法、更に、該合金が規則性合金である金属ナノ粒子の上記製造方法を提供する。
また、本発明は上記の製造方法で製造される、粒径が0.3〜100nmの範囲にある金属ナノ粒子を提供する。該合金ナノ粒子として、合金ナノ粒子、固溶体合金ナノ粒子、更には規則性合金ナノ粒子をも提供する。
また、A群の金属元素とB群の金属元素との合金ナノ粒子の場合、平均粒径が3nmを超える粒子の場合はX線回折で回折パターンから、結晶構造が固溶体か規則性合金かを判別でき、回折角2θの単独金属の固有回折角2θからのズレの大きさによって合金化度を、メインピークの半値幅から結晶子径を評価できる。但し、平均粒径3nm以下、特に1nm以下の超微細なナノ粒子の場合、通常X線回折ピークは相当ブロードとなり、合金の結晶構造・規則性や結晶子径を評価することは困難を伴う。本発明では平均粒径3nm以下の微細なCuAu型の規則性合金ナノ粒子の製造が可能であり、その規則性の確認は、強磁性規則性合金特有の磁気特性の測定によって行われる。500万倍から1000万倍の高倍率のTEM観察で格子縞が観察される結晶化合金でも、単なる固溶体合金の場合は、振動試料測定法でMH曲線がヒステリシスループを示さない。規則性合金化している場合はMH曲線がヒステリシスループを示し、Mがゼロの時のHの値、即ち保持力Hcの大きさから規則性の度合を評価できる。現在知られている磁性体の中で最も磁気異方性が高い合金の一つとされるFePt合金の場合、これまで報告されている最も微細な粒子径は3〜4nmであり、従来はこれ以上微細になると超常磁性効果で常温領域では磁気異方性を示さなくなると考えられてきた。
直径55mm、高さ70mm、内容積100mLの石英ビーカーに溶媒として超純水50mLを入れ、塩化白金酸H2PtCl6・6H2O 207mgとクエン酸一水和物210mgとを溶解させた。この石英ビーカーの側面からは、KrFガスを用いる波長248.5nmのエキシマパルスレーザーを、HV25kV、レーザーエネルギー630mJ、周波数40Hzで照射した。石英ビーカーのレーザー入射の反対側にレーザーパワーメータ検出器を置き、石英ビーカーを透過してくるレーザー光の出力をモニターし、レーザー光の透過量が飽和に達し反応が完結したと思われる10分後にレーザー照射を止めた。最初の黄色透明溶液は暗褐色のコロイド溶液に変化した。このコロイドを数滴サンプリングしてCu製シートメッシュ上に滴下し室温で数時間乾燥させた後、透過電子顕微鏡−エネルギー分散X線分析(TEM-EDX分析)を行った。TEMはHITACHI製HF-2200で加速電圧200kV、直接倍率20,000, 50,000, 100,000, 500,000倍で観察し、写真で10倍に拡大したTEM像を得た。EDXはNORAN製VANTAGEで加速電圧200kVで使用した。ビームサイズは1nmである。TEMにより平均粒径μ2.0nm、標準偏差σ0.2nmの、微細で且つ粒度分布の狭いナノ粒子の生成が確認された。電子線回折で2.19Å、1.94Å、1.38Åの回折環が観察され白金結晶であることが確認された。クエン酸一水和物は、白金塩のレーザー光照射下での分解・還元促進剤及び生成した白金ナノ粒子の配位性有機保護剤として機能している。
石英ビーカーに溶媒としてエタノール50mLを入れ、鉄(III)アセチルアセトナート47.1mgと白金(II)アセチルアセトナート26.2mg及び配位性有機保護剤としてポリN-ビニルピロリドン(PVP)11.1mgを溶解させた。エタノールは溶媒であると同時に鉄及び白金錯体の分解・還元促進剤として機能する。雰囲気を窒素置換した後、この石英ビーカーの側面から、エキシマパルスレーザーを、HV25kV、レーザーエネルギー410mJ、周波数40Hzで、20分間照射した。最初の黄色透明溶液は暗赤褐色のコロイド溶液に変化した。このコロイドをTEM-EDX分析したところ、平均粒径μ1.5nm、標準偏差σ0.2nmの、微細で且つ粒度分布の狭いナノ粒子の生成が確認された。粒子が微細すぎて、電子線回折では明瞭な回折環は検知されなかった。但し、倍率5,000,000の写真(図1参照)を見ると、微細ながらも各粒子の内部に格子縞が観察され結晶性が高いことを示した。
実施例2において、配位性有機保護剤としてPVPの代わりに、オレイン酸70.6mgとオレイルアミン66.9mgとの混合物を溶解させた以外は実施例2と同様に処理して暗赤褐色のコロイドを得た。TEMにより平均粒径μ0.7nm、標準偏差σ0.08nmと、実施例1よりも更に微細なナノ粒子を得た。EDXからPt、Feが検出され強度比は約2:3であった。VSMで磁気異方性を示し、保持力は0.98kOeであった。実施例3のFePt規則性合金ナノ粒子のMH図を図4に示す。
実施例2において、溶媒エタノールの代わりに2―ジメトキシエタノール50mLを用いた以外は実施例2と同様に処理して暗赤褐色のコロイドを得た。TEMにより平均粒径μ2.0nm、標準偏差σ0.5nmであった。EDXからPt、Feが検出され、強度比は約3:2であった。VSMで磁気異方性を示し、保持力は0.73kOeであった。実施例4のFePt規則性合金ナノ粒子のMH図を図5に示す。
石英ビーカーに溶媒としてエタノール50mLを入れ、鉄(III)アセチルアセトナート47.1mgとパラジウム(II)アセチルアセトナート20.4mg及びオレイン酸70.6mgとオレイルアミン66.9mgを溶解させた。雰囲気を窒素置換した後、この石英ビーカーの側面から、Nd:YAGレーザー(3倍波:波長355nm)を、ビーム径9.5mm直径、レーザーパワー0.9〜1.0W、周波数10Hzで、40分間照射した。最初の橙褐色透明溶液は黒色のコロイド溶液に変化した。このコロイドをTEMで観察したところ、平均粒子径μ1.5nm、標準偏差σ0.2nmの、微細で且つ粒度分布の狭いナノ粒子の生成が確認された。EDXではPd:Fe原子比=1:1のFePd合金と確認された。図6は実施例5のFePd合金ナノ粒子のTEM像である。
実施例5において、鉄(III)アセチルアセトナートの代わりにコバルト(III)アセチルアセトナート47.4mg、パラジウム(II)アセチルアセトナートの代わりに白金(II)アセチルアセトナート26.2mgを、それぞれ用い、Nd:YAGレーザーの代わりにKrFエキシマレーザー(波長248nm)を、23.5kV、レーザーパワー400mJで、20分照射した以外は、実施例5と同様に処理して、黒色のコロイド溶液を得た。このコロイドをTEMで観察したところ、平均粒子径μ1.0nm、標準偏差σ0.2nmの、微細で且つ粒度分布の狭いナノ粒子の生成が確認された。この粒子のEDX分析ではPt:Co原子比は1:1であり、CoPt合金と同定された。図7に実施例6のCoPt合金コロイドのTEM像を示す。
S.Sunらの製法(非特許文献1)に習って、以下の通り、ポリオール法でFe-Ptナノ粒子を製造した。
Claims (17)
- 金属元素の塩及び/又は錯体の溶液にレーザー光を照射して溶液中で該塩及び/又は錯体を分解及び/又は還元して該溶液中に平均粒径が0.3〜100nmの範囲の金属ナノ粒子を直接生成させることを含む金属ナノ粒子の製造方法。
- 金属ナノ粒子の平均粒径が0.3〜10nmである請求項1の製造方法。
- 金属ナノ粒子の平均粒径が0.3〜3nmである請求項1の製造方法。
- 前記レーザー光がエキシマパルスレーザー光又はNd:YAGレーザー光である請求項1〜3のいずれか1項に係る製造方法。
- 溶液中にレーザー光を照射するにあたり、生成する金属ナノ粒子に配位して凝集を防ぐ配位性有機保護剤を予め溶液に共存させる請求項1〜4のいずれか1項に係る製造方法。
- 溶液中に、レーザー光を吸収し金属の塩及び/又は錯体の分解及び/又は還元を促進する分解・還元促進剤を共存させる請求項1〜5のいずれか1項に係る製造方法。
- 前記分解・還元促進剤が含酸素有機化合物である請求項6に係る製造方法。
- 前記分解・還元促進剤がアルコールである請求項6又は7の製造方法。
- 前記アルコールがエタノールである請求項8の製造方法。
- 前記金属元素の塩及び/又は錯体が、白金、パラジウム、金、銀、ロジウム、ルテニウム及びイリジウムからなる群から選ばれる一つの金属元素の塩及び/又は錯体である請求項1〜9のいずれか1項に係る製造方法。
- 前記金属元素の塩及び/又は錯体が、白金、パラジウム、金、銀、ロジウム、ルテニウム及びイリジウムからなる群(A群)の少なくとも一つの元素の塩及び/又は錯体と、鉄、コバルト、ニッケル、銅及びクロムからなる群(B群)の少なくとも一つの元素の塩及び/又は錯体とを含み、得られる金属ナノ粒子がこれらの元素の合金からなる請求項1〜9のいずれか1項に係る製造方法。
- 前記合金がA群の元素とB群の元素との固溶体合金である請求項11の方法。
- 前記合金がA群の元素とB群の元素との規則性合金である請求項11の方法。
- 請求項10に係る製造方法で製造される、平均粒径が0.3〜100nmの範囲の金属ナノ粒子。
- 請求項11に係る製造方法で製造される、平均粒径が0.3〜100nmの範囲の合金ナノ粒子。
- 請求項12に係る製造方法で製造される、平均粒径が0.3〜100nmの範囲の固溶体合金ナノ粒子。
- 請求項13に係る製造方法で製造される、平均粒径が0.3〜100nmの範囲の規則性合金ナノ粒子。
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