株式会社希少金属材料研究所

従来、鱗片状粒子の作製方法として、代表的な製法は二通りある。一つは前駆体として金属箔を形成してから粉砕して鱗片状粒子にする製法である。もう一つの製法はアトマイズ法により前駆体となる球形状粒子を作製し、この粉を粉砕する過程において圧延するような条件で鱗片状にするものである。この製法ではどちらも溶融させて前駆体を形成し粉砕するために工程が複雑であり、また硬い金属系では鱗片状粒子を作製できない課題があった。

当社が新しく開発した合成方法においては例えば、以下のようにFe,Ni,Cu金属元素の鱗片状粒子を容易に作製でき、少量での生産対応も可能である。鱗片状粒子の形状制御はある程度可能である。対応できる元素や合金組成に関してはある程度、理論的には作製が可能である。サイズの制御についても同様である。

針状粒子の代表的な応用例として磁気記録媒体の磁性粒子が挙げられる。この場合、水酸化鉄のゲータイトやレッピッドクロサイト等の針状形状を持つ前駆体を形成し、それを水素還元することにより金属粒子を作製している。
前駆体形成においてFe以外の元素を添加することにより還元後に金属合金粒子にすることで保磁力の制御、または針状のアスペクト比の制御、酸化層の厚みの制御が可能となる。このような方法では金属粉の形状制御は水酸化物の結晶形状の多様性の範囲に限界があり、例えば針状のCuの針状ナノ粒子の合成は困難であった。

当社が新しく検討している合成方法においては室温で前駆体を経由する必要がなく、針状や球状の磁性粒子を合成することが出来る。TEMによる観察では金属種により異なるが、5～50nmの金属磁性粒子が合成できていることが分かる。本方法の粒子合成では理論的には多元素系の磁性粒子の合成も可能である。本方法は量産段階において安価に提供できる。

当社の新製法で作製した金属酸化物のナノ粒子の例を以下に示した。ITO粒子のサイズは10～20nm程度であることが分かり、極めて小さい粒子であることが分かる。また、SnO粉は二次粒子としてミクロンのサイズを形成しているが、この一次粒子もSnOのナノ粒子を凝集させて形成し、100nmサイズの粒子にし、それが更に凝集したものが以下に示した粉である。酸化鉄も10～20nm程度のサイズである。このように元素の種類に限定されずに、金属酸化物ナノ粒子を作製することは可能である。当社のナノ粒子を作製する方法では元素に限定されることはないが、元素に応じて方法は選択して対応する必要がある。

当社が新しく検討している、量産性があり、且つ安価に大量製造できる合成方法を用いて、例えば、Ta,Nb,Moの元素においても30～50nmの金属ナノ粒子が合成できた。同様に当社の新製法で作製した数十nmのTa,Moの金属酸化物ナノ粒子を用いると、例えば、Ta,Moの場合、以下のSEM写真のように非常に緻密な膜が得られる。元素を変えた場合の本方法の粒子合成の特性制御の限界についてはこれから様々な元素や合金組成の粒子の検討を行い調べる予定である。本方法では量産段階においも非常に安価に容易に提供できる。補足ながら当社の新規製法で作製したNb₂0₅は TEMで観察した結果、下記の写真のように正三角形の結晶粒子を形成していた。
（Ta,Nbの金属ナノ粒子、Ta₂O₅,Nb₂O₅ナノ粒子サンプルは展示中）

当社が新しく確立した合成方法において、以下のようにZnO粒子が5～10nm程度の薄いものであり、且つZnOのサイズが数百nm程度のものが作製できている。共沈法ではないために理論的には他の元素との複合酸化物の形成は容易である。本方法では試作、量産段階において非常に安価に提供できる方法である。

当社が新しく確立した合成方法において、以下のようにAl₂O₃粒子として50nm程度のサイズものが作製できている。理論的には他の元素との複合酸化物の形成は容易である。本方法では試作、量産段階において安定的にナノ粒子の作製でき、且つ安価に提供できる方法である。（水に分散させた無色透明のものを展示している。）

一般的にはGa₂O₃粒子はl硫酸塩等のGa金属塩をアルカリで水酸化物を形成して、その後に加熱処理によりGa2O3粒子を作製することが一般的な方法である。このような方法では非常に薄い粉を作ることは難しく、また組成に関しても水酸化物の共沈が出来る範囲に限定される。

当社が新しく確立した合成方法において、以下のようにGa₂O₃ ナノ粒子のサイズが5～10nm程度と非常に細かく、水に分散されたものは無色透明である。本方法では試作、量産段階において非常に安価に提供できる方法である。

一般的にはZn粒子はガスアトマイズ法や円盤アトマイズ法で作製されている。このために粒子サイズは小さくても数ミクロンが限界であった。また、蒸発法では真空下で浮遊中に焼結するために粒子が成長し、サイズや粒度分布の制御が困難であった。

当社が新しく確立した合成方法において、以下のような粒径が100～300nmのZnナノ粒子の合成が確認できた。本方法の粒子合成では他の元素の合金化も理論的には容易であり、現在、特性制御の限界について様々な元素について調べる予定である。本方法では試作、量産段階においても非常に安価に提供できる方法である。

グラフェンは様々な方法で試作されているが、量産性が高く、且つ低コストで作製することは難しい状況にある。例えばプラズマを用いる方法やCNTを原料に用いる方法があるが、いずれも低コストで量産できるものではない。

当社が新しく確立した方法において、天然黒鉛を以下のように簡易に粉砕し、グラフェンが分散したものが確認できた。黄色に着色した分散液を展示している。濃度を高めるとマクロ的には凝集した状態になるために、現在は粉砕と分散の検討を行っている。