JP2011179023A - ナノ粒子製造装置及びナノ粒子製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のナノ粒子製造装置1は、原料金属粉末とキャリアガスの混合物を、加熱空間での加熱・溶融、冷却空間Yでの冷却ならびに捕集空間Zでの捕集処理を行い、ナノ粒子を製造するナノ粒子製造装置であって、前記加熱空間X、冷却空間Yならびに捕集空間Zが連続した逆流のない流路を形成し、かつ、前記加熱空間Xならびに前記冷却空間Yの断面積に対して、捕集空間の断面積Zを大きく設定し、また、前記加熱空間Xの加熱・溶融温度は、前記原料金属粉末の融点以上の第1温度に保たれ、前記冷却空間Yは、前記原料金属粉末の融点より低い第2温度に保たれ、前記捕集空間Zは、前記冷却空間の第2温度より低い第3温度に保たれていることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
前記加熱空間、冷却空間ならびに捕集空間が連続した逆流のない流路を形成し、かつ、前記加熱空間ならびに前記冷却空間の断面積に対して、捕集空間の断面積を大きく設定したことを特徴とするナノ粒子製造装置である。
加熱・溶融処理と、冷却空間での冷却処理ならびに捕集空間での捕集処理を行い、ナノ粒子を製造するナノ粒子製造方法であって、前記加熱空間での加熱・溶融処理、冷却空間での冷却処理ならびに捕集空間での捕集処理が連続した逆流のない流路を形成し、かつ、前記加熱空間ならびに前記冷却空間の断面積に対して、捕集空間の断面積を大きく設定することによってナノ粒子の製造が行われることを特徴とする。
前記冷却空間の冷却処理の温度は、前記原料金属粉末の融点より低い第2温度に保たれ、
前記捕集空間の捕集処理の温度は、前記冷却空間の第2温度より低い第3温度に保たれてナノ粒子の製造が行われることを特徴とする。
却部40と、冷却部40を通過した原料金属粉末を捕集する捕集部50とを有している。
性ガスに、粉末状の原料金属粉末をのせて第1の処理工程である加熱工程へと供給するものである。本発明に係るナノ粒子製造装置1によってナノ粒子を製造可能な原料金属粉末は、単一金属、合金、金属間化合物であり、原料供給部10は、単一金属、合金、金属間化合物いずれかの粉末状の原料金属粉末を微量ずつ落下させることができるような構成となっている。本発明の実施形態に係るナノ粒子製造装置1において、原料供給部10によって供給する原料金属粉末の平均粒子径は500μm以下、より好ましくは100μm以下である。
第1温度に保つようにしている。すなわち、第2導通管部22内の空間は、原料供給導管15から落下した原料金属粉末が通過すると原料金属粉末が気化する加熱空間Xとして機能する。
さらに、加熱空間Xと冷却空間Yとは、断面積および断面形状が略同一であることが好適である。
見を得ることができた。そこで、本発明のナノ粒子製造装置1においては、原料金属粉末が冷却空間Yを通過する速度を制御する制御手段を設けるようにして、捕集部50で捕集される原料金属粉末からなるナノ粒子の特性を制御することを特徴としている。
を指定することができるようになっている。
(1)原料金属粉末が第2導通管部22内の加熱空間Xを落下しながら通過すると、原料金属粉末は瞬時に蒸発する。
(2)気化した原料金属粉末は、加熱空間Xを通過後、徐々に凝縮し、核が生成される。(3)第3導通管部41内の冷却空間Yにおいては、(2)で生成された核がより集まり粒子へと成長する。
(4)成長したナノ粒子は捕集空間Zへ移動し、不活性ガス中を浮遊し、捕集部50の捕集空間Zの内壁面53で捕集される。ナノ粒子同士が凝集することはなく、個々ばらばらの状態で付着し凝縮する。
が温度の低い固体壁等へ向かって移動し、付着するケースが一般的で、例えば、煙突の内壁にすすが付着する現象などは、熱泳動現象に大きく起因している。
は冷却空間Yを構成する第3導通管部41として、内径r0と異なる内径r1のものが用いられている例を示している。冷却空間Yにおける原料金属粉末の通過速度を調整する一方法として、図5(A)に示す第3導通管部41と、図5(B)に示す第3導通管部41とを交換可能に構成する。
ここで、分級装置80は、粒子の分布を短時間に測定できる装置であればいずれの方法でも良いが、特許第4204045号「粒子分布測定装置」等を利用することができる。
図7は、図1で示す実施例に対して、加熱空間Xと冷却空間Yとの間を気化した金属原料粉末を所定の速度で通過させることを基本にして展開した別の実施例の装置構成であり、これまでに説明した装置と同様の符号が付された構成については同様のものを示している。これまでに説明した装置と異なるのは、熱源部24が装置底面側に設けられており、加熱空間は熱源部24の直上方の領域に形成される。また、熱源部24から横方向にずれた空間が冷却空間Yとして機能する。
顕微鏡で観察した。図8が透過型電子顕微鏡写真であり、図8(A)は冷却空間通過速度V0で生成されたナノ粒子の写真であり、図8(B)は冷却空間通過速度2V0で生成されたナノ粒子の写真であり、図8(C)は冷却空間通過速度4V0で生成されたナノ粒子の
写真である。
の流速」を示し、金属原料粉末毎に、予め、実験等によって適宜定められるものである。
れたナノ粒子については、5〜10nm程度の粒径が極めて小さいナノ粒子も製造することができた。
ナノ粒子同士の数珠つなぎ・ネッキング発生状況の制御を行うことが可能となり、粒径5nm〜10nm程度の単一金属からなるナノ粒子の製造ができるようになる。
上記では、メインコントローラ4による制御を前提として説明を行ったが、メインコントローラ4によらずにナノ粒子製造を行うことができる。
3 入力部
4 メインコントローラー
5 ポンプコントローラー
6 バルブコントローラー
7 キャリアガス調整バルブ
8 流量計
9 キャリアガス導入管
10 原料供給部
11 ホッパー
12 ノズル
13 振動子
15 原料供給導管
16 スリット入りホッパー
17 打振棒
18 先端部
19 遮蔽板
20 加熱部
21 第1導通管部
22 第2導通管部
23 保護層部
24 熱源部
40 冷却部
41 第3導通管部
42 冷媒導入管
43 冷媒排出管
44 冷媒路
50 捕集部
51 外囲部
52 内囲部
53 内壁面
55 排気管
58 圧力計
59 真空ポンプ
60 冷媒路
61 冷媒導入管
62 冷媒排出管
80 分級装置
X 加熱空間
Y 冷却空間
Z 捕集空間
Claims (4)
- 原料金属粉末とキャリアガスの混合物を、加熱空間での加熱・溶融、冷却空間での冷却ならびに捕集空間での捕集処理を行い、ナノ粒子を製造するナノ粒子製造装置であって、前記加熱空間、冷却空間ならびに捕集空間が連続した逆流のない流路を形成し、かつ、前記加熱空間ならびに前記冷却空間の断面積に対して、捕集空間の断面積を大きく設定したことを特徴とするナノ粒子製造装置。
- 前記加熱空間の加熱・溶融温度は、前記原料金属粉末の融点以上の第1温度に保たれ、
前記冷却空間は、前記原料金属粉末の融点より低い第2温度に保たれ、
前記捕集空間は、前記冷却空間の第2温度より低い第3温度に保たれていることを特徴とする請求項1に記載のナノ粒子製造装置。 - 原料金属粉末とキャリアガスの混合物を、加熱空間での加熱・溶融処理と、冷却空間での冷却処理ならびに捕集空間での捕集処理を行い、ナノ粒子を製造するナノ粒子製造方法であって、
前記加熱空間での加熱・溶融処理、冷却空間での冷却処理ならびに捕集空間での捕集処理が連続した逆流のない流路を形成し、かつ、前記加熱空間ならびに前記冷却空間の断面積に対して、捕集空間の断面積を大きく設定することによってナノ粒子の製造が行われることを特徴とするナノ粒子製造方法。 - 前記加熱空間の加熱・溶融処理の処理温度は、前記原料金属粉末の融点以上の第1温度に保たれ、
前記冷却空間の冷却処理の温度は、前記原料金属粉末の融点より低い第2温度に保たれ、
前記捕集空間の捕集処理の温度は、前記冷却空間の第2温度より低い第3温度に保たれてナノ粒子の製造が行われることを特徴とする請求項3に記載のナノ粒子製造方法。
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