JP6233219B2 - 紫外線遮蔽性粉末とその製造方法 - Google Patents
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Description
(2)狭い隙間にも成膜できる(トレンチコート)。
(3)ピンホールフリーである。
紫外線遮蔽性粉末において、
炭素の同素体であるフラーレンまたはグラフェンの単体若しくは凝集体から成る粉末基材と、二酸化チタンTiO2(3.2eV:バンドギャップの数値を示す。以下同様)、酸化亜鉛ZnO(3.2eV)、酸化セリウムCeO2(3.1eV)から選択されかつ上記粉末基材を覆う被覆層と、二酸化ケイ素SiO2、酸化アルミニウムAl2O3から選択されかつ上記被覆層を覆う被覆処理層とで構成されると共に、上記被覆層と被覆処理層が原子層堆積法(Atomic Layer Deposition:ALD法)により成膜された1層以上の原子層でそれぞれ構成されていることを特徴とする。
紫外線遮蔽性粉末において、
炭素の同素体であるフラーレンまたはグラフェンの単体若しくは凝集体から成る粉末基材と、酸化ニッケルNiO(3.6eV)、酸化錫SnO2(3.6eV)から選択されかつ上記粉末基材を覆う第一被覆層と、二酸化チタンTiO2(3.2eV)、酸化亜鉛ZnO(3.2eV)、酸化セリウムCeO2(3.1eV)から選択されかつ上記第一被覆層を覆う第二被覆層と、二酸化ケイ素SiO2、酸化アルミニウムAl2O3から選択されかつ上記第二被覆層を覆う被覆処理層とで構成されると共に、上記第一被覆層、第二被覆層および被覆処理層が原子層堆積法(ALD法)により成膜された1層以上の原子層でそれぞれ構成されていることを特徴とする。
第1の発明に記載の紫外線遮蔽性粉末の製造方法において、
炭素の同素体であるフラーレンまたはグラフェンの単体若しくは凝集体から成る粉末基材の表面に原子層堆積法(ALD法)を用いて二酸化チタンTiO2(3.2eV)、酸化亜鉛ZnO(3.2eV)、酸化セリウムCeO2(3.1eV)から選択された被覆層を成膜する工程と、
上記被覆層表面に原子層堆積法(ALD法)を用いて二酸化ケイ素SiO2、酸化アルミニウムAl2O3から選択された被覆処理層を成膜する工程、
を具備することを特徴とし、
第4の発明は、
第2の発明に記載の紫外線遮蔽性粉末の製造方法において、
炭素の同素体であるフラーレンまたはグラフェンの単体若しくは凝集体から成る粉末基材の表面に原子層堆積法(ALD法)を用いて酸化ニッケルNiO(3.6eV)、酸化錫SnO2(3.6eV)から選択された第一被覆層を成膜する工程と、
上記第一被覆層表面に原子層堆積法(ALD法)を用いて二酸化チタンTiO2(3.2eV)、酸化亜鉛ZnO(3.2eV)、酸化セリウムCeO2(3.1eV)から選択された第二被覆層を成膜する工程と、
上記第二被覆層表面に原子層堆積法(ALD法)を用いて二酸化ケイ素SiO2、酸化アルミニウムAl2O3から選択された被覆処理層を成膜する工程、
を具備することを特徴とするものである。
炭素の同素体であるフラーレンまたはグラフェンの単体若しくは凝集体から成る粉末基材と、二酸化チタンTiO2(3.2eV)、酸化亜鉛ZnO(3.2eV)、酸化セリウムCeO2(3.1eV)から選択されかつ上記粉末基材を覆う被覆層と、二酸化ケイ素SiO2、酸化アルミニウムAl2O3から選択されかつ上記被覆層を覆う被覆処理層とで構成されると共に、上記被覆層と被覆処理層が原子層堆積法(ALD法)により成膜された1層以上の原子層でそれぞれ構成されていることを特徴とし、
また、第2実施の形態に係る紫外線遮蔽性粉末(紫外線カットパウダー)は、
炭素の同素体であるフラーレンまたはグラフェンの単体若しくは凝集体から成る粉末基材と、酸化ニッケルNiO(3.6eV)、酸化錫SnO2(3.6eV)から選択されかつ上記粉末基材を覆う第一被覆層と、二酸化チタンTiO2(3.2eV)、酸化亜鉛ZnO(3.2eV)、酸化セリウムCeO2(3.1eV)から選択されかつ上記第一被覆層を覆う第二被覆層と、二酸化ケイ素SiO2、酸化アルミニウムAl2O3から選択されかつ上記第二被覆層を覆う被覆処理層とで構成されると共に、上記第一被覆層、第二被覆層および被覆処理層が原子層堆積法(ALD法)により成膜された1層以上の原子層でそれぞれ構成されていることを特徴とする。
本発明に係る紫外線遮蔽性粉末(紫外線カットパウダー)の粉末基材は、炭素の同素体であるフラーレンまたはグラフェンの単体若しくは凝集体で構成されている。
原子層堆積(Atomic Layer Deposition:ALD)法は、分子層(原子層)を構成する元素が含まれる原料ガスを真空装置内に交互に導入し、真空装置内に配置された被成膜体の最表面に吸着された分子と、次に導入される原料ガスとの反応により単原子(単分子)層ずつ堆積させる方法で、層の膜厚を原子層レベルで制御できる方法である。
B.被成膜体の最表面に第1反応ガスが化学吸着
C.被成膜体の最表面が第1反応ガスで飽和
D.真空装置から過剰な第1反応ガスおよび副生成物を排気
E.真空装置に第2反応ガス(反応ガス2)を導入
F.被成膜体の最表面に吸着していた第1反応ガスと第2反応ガスが反応
G.被成膜体の最表面が第2反応ガスで飽和
I.真空装置から過剰な第2反応ガスおよび副生成物を排気
(1層目以降の反応)
2H2O+:O−Al(CH3)2 → :Al−O−Al(OH)2+2CH4
(ii)過剰水分子をパージ排気する。
(iii)酸化アルミニウムAl2O3膜の第2反応ガス(反応ガス2)であるTMA[Trimethyl Aluminum:Al(CH3)3]ガスを導入する。TMA分子がOH基と反応してCH4ガスが発生する。
(1層目の反応)
Al(CH3)3+:O−H → :O−Al(CH3)2+CH4
(1層目以降の反応)
Al(CH3)3+:Al−O−H → :Al−O−Al(CH3)2+CH4
(iv)過剰なTMAガスとCH4ガスをパージ排気する。
原子層堆積法の装置は真空成膜装置としては比較的簡単な構造であり、多くの装置メーカから市販されているが、基本的には、真空チャンバーに反応ガス導入機構が付属した装置である。
光の波長λ(nm)と光子エネルギーhν(eV)の間には、
hν=hc/λ=1239.8/λ……(式1)
の関係が成り立つことが知られている。
「Me」: Methyl
「Et」: Ethyl
「OMe」: Methoxy
「OEt」: Ethoxy
「acac」: Acetylaceto-nato
「thd」: 2, 2, 6, 6-Tetramethyl-3, 5-heptanedionate
「apo」: 2-Amino-Pent-2-en-4-onate
「dmg」: Dimethyl-glyoximato
本発明に係る紫外線遮蔽性粉末(紫外線カットパウダー)は、炭素の同素体である「フラーレン」または「グラフェン」の単体若しくは凝集体から成る粉末基材に対し、UV−A(320〜400nm)波長域の光を吸収する金属酸化物の二酸化チタンTiO2(3.2eV)、酸化亜鉛ZnO(3.2eV)、酸化セリウムCeO2(3.1eV)、および、UV−B(280〜320nm)波長域の光を吸収する金属酸化物の酸化ニッケルNiO(3.6eV)、酸化錫SnO2(3.6eV)を原子層堆積法により成膜して構成されるものである。
図3に示すように粉末基材50に「フラーレン」を使用し、粉末基材50を覆う被覆層51にUV−A波長域の紫外線遮蔽効果の高い二酸化チタンTiO2(3.2eV)、酸化亜鉛ZnO(3.2eV)、酸化セリウムCeO2(3.1eV)から選ばれた材料を成膜し、かつ、上記被覆層51を覆う被覆処理層52にシリカSiO2、酸化アルミニウムAl2O3から選ばれた材料を成膜して第1実施の形態に係る紫外線遮蔽性粉末は構成されている。
図4に示すように粉末基材60に「グラフェン」を使用し、粉末基材60を覆う被覆層61にUV−A波長域の紫外線遮蔽効果の高い二酸化チタンTiO2(3.2eV)、酸化亜鉛ZnO(3.2eV)、酸化セリウムCeO2(3.1eV)から選ばれた材料を成膜し、かつ、上記被覆層61を覆う被覆処理層62にシリカSiO2、酸化アルミニウムAl2O3から選ばれた材料を成膜して第1実施の形態に係る紫外線遮蔽性粉末は構成されている。
図5に示すように粉末基材70に「フラーレン」を使用し、粉末基材70を覆う第一被覆層71にUV−B波長域の紫外線に対しても効果的な紫外線遮断効果を示す酸化ニッケルNiO(3.6eV)、酸化錫SnO2(3.6eV)から選ばれた膜を成膜し、上記第一被覆層71を覆う第二被覆層72にUV−A波長域の紫外線遮蔽効果の高い二酸化チタンTiO2(3.2eV)、酸化亜鉛ZnO(3.2eV)、酸化セリウムCeO2(3.1eV)から選ばれた材料を成膜し、かつ、上記第二被覆層72を覆う被覆処理層73にシリカSiO2、酸化アルミニウムAl2O3から選ばれた材料を成膜して第2実施の形態に係る紫外線遮蔽性粉末は構成されている。
図6に示すように粉末基材80に「グラフェン」を使用し、粉末基材80を覆う第一被覆層81にUV−B波長域の紫外線に対しても効果的な紫外線遮断効果を示す酸化ニッケルNiO(3.6eV)、酸化錫SnO2(3.6eV)から選ばれた膜を成膜し、上記第一被覆層81を覆う第二被覆層82にUV−A波長域の紫外線遮蔽効果の高い二酸化チタンTiO2(3.2eV)、酸化亜鉛ZnO(3.2eV)、酸化セリウムCeO2(3.1eV)から選ばれた材料を成膜し、かつ、上記第二被覆層82を覆う被覆処理層83にシリカSiO2、酸化アルミニウムAl2O3から選ばれた材料を成膜して第2実施の形態に係る紫外線遮蔽性粉末は構成されている。
図7に示す原子層堆積法の装置を用い、パウダートレイ101内に薄く敷き詰めた粉末基材である「フラーレン」または「グラフェン」から成るパウダー102の外表面に被覆層を成膜する方法について説明する。
図7に示す原子層堆積法の装置を用い、粉末基材である「フラーレン」から成るパウダー102の外表面に被覆層と被覆処理層を順に成膜して、実施例1に係る紫外線遮蔽性粉末(紫外線カットパウダー)を製造した。
次に、得られた紫外線遮蔽性粉末(紫外線カットパウダー)の「UV−A波長域における遮蔽(カット)効果」(表では「UV−Aカット効果」と略称する)、および、「触媒活性の抑制効果」(表では「触媒活性抑制効果」と略称する)をそれぞれ測定した。
まず、得られた紫外線遮蔽性粉末(紫外線カットパウダー)をエタノールに分散させた後、UV−A波長域(320〜400nm)の光を透過する合成石英ガラス上に、乾燥後の厚さが約10μmとなるように上記分散液を塗布し、乾燥させた。
次に、得られた紫外線遮蔽性粉末(紫外線カットパウダー)の触媒活性の抑制効果を調べた。
粉末基材として表2に示す「フラーレン」または「グラフェン」を適用し、かつ、被覆層として表2に示す「二酸化チタン」「酸化亜鉛」「酸化セリウム」「酸化ニッケル」および「酸化錫」のいずれかを適用すると共に、被覆処理層として表2に示す「二酸化ケイ素(シリカSiO2)」または「酸化アルミニウム」を適用した点を除き実施例1と同様にして実施例2〜12および比較例1〜8に係る紫外線遮蔽性粉末(紫外線カットパウダー)を製造した。
図7に示す原子層堆積法の装置を用い、粉末基材である「フラーレン」から成るパウダー102の外表面に「第一被覆層」と「第二被覆層」および「被覆処理層」を順に成膜して、実施例13に係る紫外線遮蔽性粉末(紫外線カットパウダー)を製造した。
粉末基材として表3に示す「フラーレン」または「グラフェン」を適用し、第一被覆層として表3に示す「酸化ニッケル」「酸化錫」「二酸化チタン」「酸化亜鉛」および「酸化セリウム」のいずれかを適用し、かつ、第二被覆層として表3に示す「二酸化チタン」「酸化亜鉛」「酸化セリウム」および「酸化ニッケル」のいずれかを適用すると共に、被覆処理層として表3に示す「二酸化ケイ素」または「酸化アルミニウム」を適用した点を除き実施例13と同様にして実施例14〜36および比較例9〜20に係る紫外線遮蔽性粉末(紫外線カットパウダー)を製造した。
粉末基材として表4に示す「フラーレン」または「グラフェン」を適用し、第一被覆層として表4に示す「二酸化チタン」「酸化亜鉛」「酸化セリウム」「酸化ニッケル」および「酸化錫」のいずれかを適用し、かつ、第二被覆層として表4に示す「二酸化チタン」「酸化亜鉛」および「酸化セリウム」のいずれかを適用すると共に、被覆処理層を設けていない点を除き実施例13と同様にして比較例21〜38に係る紫外線遮蔽性粉末(紫外線カットパウダー)を製造した。
(1)表2に示す結果から、第1層(被覆層)に、UV−A(320〜400nm)波長域の紫外線遮蔽効果が高い二酸化チタンTiO2、酸化亜鉛ZnO、および、酸化セリウムCeO2から選ばれた無機酸化物を成膜し、二酸化ケイ素SiO2または酸化アルミニウムAl2O3から選ばれた被覆処理層を設けた実施例1〜12に係る紫外線遮蔽性粉末(紫外線カットパウダー)においては、「UV−A波長域における遮蔽(カット)効果」が全て「〇」の評価(波長350nmにおける透過率が10%以下50%未満)であり、かつ、「触媒活性の抑制効果」も全て「◎」の評価(アセトアルデヒドの自動酸化による分解率が10%未満)となっており、紫外線カットパウダーとしての特性が良好であることが確認される。
31 第1層(第一被覆層)
40 粉末基材(グラフェン)
41 第1層(第一被覆層)
50 粉末基材(フラーレン)
51 第1層(被覆層)
52 被覆処理層
60 粉末基材(グラフェン)
61 第1層(被覆層)
62 被覆処理層
70 粉末基材(フラーレン)
71 第1層(第一被覆層)
72 第2層(第二被覆層)
73 被覆処理層
80 粉末基材(グラフェン)
81 第1層(第一被覆層)
82 第2層(第二被覆層)
83 被覆処理層
100 真空チャンバー
101 パウダートレイ
102 パウダー
103 メインバルブ
104 真空ポンプ
105 加熱ヒータ
106 プラズマ源
107 バルブ
108 流量計
200 真空チャンバー
201 パウダーキャン
202 パウダー
203 メインバルブ
204 真空ポンプ
205 加熱ヒータ
206 加熱ヒータ
207 バルブ
208 流量計
209 フィルター
Claims (4)
- 炭素の同素体であるフラーレンまたはグラフェンの単体若しくは凝集体から成る粉末基材と、二酸化チタンTiO2(3.2eV:バンドギャップの数値を示す。以下同様)、酸化亜鉛ZnO(3.2eV)、酸化セリウムCeO2(3.1eV)から選択されかつ上記粉末基材を覆う被覆層と、二酸化ケイ素SiO2、酸化アルミニウムAl2O3から選択されかつ上記被覆層を覆う被覆処理層とで構成されると共に、上記被覆層と被覆処理層が原子層堆積法(Atomic Layer Deposition:ALD法)により成膜された1層以上の原子層でそれぞれ構成されていることを特徴とする紫外線遮蔽性粉末。
- 炭素の同素体であるフラーレンまたはグラフェンの単体若しくは凝集体から成る粉末基材と、酸化ニッケルNiO(3.6eV)、酸化錫SnO2(3.6eV)から選択されかつ上記粉末基材を覆う第一被覆層と、二酸化チタンTiO2(3.2eV)、酸化亜鉛ZnO(3.2eV)、酸化セリウムCeO2(3.1eV)から選択されかつ上記第一被覆層を覆う第二被覆層と、二酸化ケイ素SiO2、酸化アルミニウムAl2O3から選択されかつ上記第二被覆層を覆う被覆処理層とで構成されると共に、上記第一被覆層、第二被覆層および被覆処理層が原子層堆積法(ALD法)により成膜された1層以上の原子層でそれぞれ構成されていることを特徴とする紫外線遮蔽性粉末。
- 請求項1に記載の紫外線遮蔽性粉末の製造方法において、
炭素の同素体であるフラーレンまたはグラフェンの単体若しくは凝集体から成る粉末基材の表面に原子層堆積法(ALD法)を用いて二酸化チタンTiO2(3.2eV)、酸化亜鉛ZnO(3.2eV)、酸化セリウムCeO2(3.1eV)から選択された被覆層を成膜する工程と、
上記被覆層表面に原子層堆積法(ALD法)を用いて二酸化ケイ素SiO2、酸化アルミニウムAl2O3から選択された被覆処理層を成膜する工程、
を具備することを特徴とする紫外線遮蔽性粉末の製造方法。 - 請求項2に記載の紫外線遮蔽性粉末の製造方法において、
炭素の同素体であるフラーレンまたはグラフェンの単体若しくは凝集体から成る粉末基材の表面に原子層堆積法(ALD法)を用いて酸化ニッケルNiO(3.6eV)、酸化錫SnO2(3.6eV)から選択された第一被覆層を成膜する工程と、
上記第一被覆層表面に原子層堆積法(ALD法)を用いて二酸化チタンTiO2(3.2eV)、酸化亜鉛ZnO(3.2eV)、酸化セリウムCeO2(3.1eV)から選択された第二被覆層を成膜する工程と、
上記第二被覆層表面に原子層堆積法(ALD法)を用いて二酸化ケイ素SiO2、酸化アルミニウムAl2O3から選択された被覆処理層を成膜する工程、
を具備することを特徴とする紫外線遮蔽性粉末の製造方法。
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