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グラフェンシートとの一体化ZnOナノロッド、およびグラフェンシート上へのZnOナノロッドの製造方法 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P140010600
掲載日 2014年6月3日
出願番号 特願2014-096012
公開番号 特開2015-212213
出願日 平成26年5月7日(2014.5.7)
公開日 平成27年11月26日(2015.11.26)
発明者
  • 市川 洋
  • 廣芝 伸哉
  • 奥村 竜二
出願人
  • 国立大学法人 名古屋工業大学
発明の名称 グラフェンシートとの一体化ZnOナノロッド、およびグラフェンシート上へのZnOナノロッドの製造方法 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】グラフェンシート上に一方向に配向したZnOナノロッドを簡易な方法で合成する。本方法で得られたグラフェンシートとの一体化した酸化亜鉛ナノロッドをデバイス化する。
【解決手段】長手方向端面でグラフェンシートと一体化した配向した複数の酸化亜鉛ナノロッドであり、グラフェンシート上に水熱合成により複数の酸化亜鉛ナノロッドを形成する。そして、酸化亜鉛ナノロッドの表面に別途用意したグラフェンシートを固着させて、酸化亜鉛ナノロッドの長手方向の両端面にグラフェンシートを一体化する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


ZnO(酸化亜鉛)は紫外線発光デバイス、圧電センサー、化学センサー、光触媒、さらには色素増感太陽電池等の電極として幅広い用途が検討されている。これらの用途には一般的に化学的気相成長(CVD)法あるいは物理的気相成長(PVD)法により、薄膜化あるいは微粒子化が実現されている。一方、気相法の他に、液相法として、電解析出法、ゾルーゲル法等が検討されている。ゾルーゲル法の場合、コーティング液を基板に塗布した後、400℃以上の温度で焼成しなければ酸化亜鉛膜を形成することが出来ない。また、1マイクロメートル以上の膜厚を有する膜を調製するには、基板への塗布と焼成とを繰り返し行わなければならないという問題点がある。



液相法の他の方法として、pH8以上で安定なテトラヒドロキシ亜鉛酸イオンを含有する水溶液を酸化亜鉛粒子又は酸化亜鉛膜製造のための前駆体として用い、この水溶液中で100℃未満の温度での加熱処理により一次粒子径が1μm以上の酸化亜鉛粒子又は酸化亜鉛膜を製造する方法が開示されている(特許文献1参照)。この方法によれば、例えば、容器に入れた蒸留水に硝酸亜鉛6水和物を室温で溶解して0.1mol/lの濃度の亜鉛塩水溶液50mlを調製し、室温で攪拌しながら1.5mol/lのアンモニア水50mlを加え、最終的に得られた透明なテトラヒドロキシ亜鉛酸イオンを含有する水溶液にガラス基板を設置し、容器を密封して95℃の恒温槽中に2時間静置した後、ガラス基板を取り出し、蒸留水ですすぎ、乾燥することで酸化亜鉛膜が付着したガラス基板が得られるとのことである。そして、得られた酸化亜鉛膜の膜厚は0.1mmであり、長さが5μmから10μmの酸化亜鉛ウイスカーが凝集した構造が観察されている。



上記液相法は簡便な酸化亜鉛微粒子の製造方法であるが、紫外線発光デバイス、圧電センサー、あるいは化学センサー等に利用する場合、各種デバイスの特性を向上させるためには、酸化亜鉛微粒子がランダムに配向しているよりも一方向に配向していることが好ましい。そして、デバイスにするには配向した複数微粒子の端面を連続化して電極を形成することが必要である。



ところで、ナノ構造材料として、グラフェンが注目を集めている。グラフェンとは、炭素原子同士がsp結合でつながった1原子のシートで、蜂の巣のような六角形格子構造をとっている。グラフェンの特徴としては、室温で銀(Ag)並みの高い電気伝導性、熱伝導性、軽量、高強度、高柔軟性、可視光に対する透明性などの特徴から、様々な機能性材料、デバイス創成を目論んだ関連の研究開発が精力的に行われている。そこで、グラフェンシート上に酸化亜鉛微粒子を配向して形成、あるいは当該配向した酸化亜鉛微粒子群の端面にグラフェンからなる電極を形成してデバイスを作製することが考えられる。



グラフェンシートの作製は、レーザーアブレーション法、スパッタ法などの物理的気相成長法(PVD)、あるいは化学的気相成長(CVD)法で作製が試みられており、量産に適した方法を選択する必要がある。



前記のように、ZnOナノロッドの合成には、CVD法、PVD法、液相成長法があるが、CVD法、PVD法では、基板を600℃以上の高温に加熱する必要があり、また酸素ガスを必要とするので、基板としてのグラフェンの酸化、気化、劣化が生じるので、グラフェンシート上へのZnOナノロッド合成の例は無い。一方、液相成長法では、基板上にZnOナノロッドを配向成長させるためには、基板上に、ナノロッドの核になるZnO薄膜を、まず堆積させる必要があり、直接成長は無理であった(非特許文献1、2)。また、基板にZnO薄膜を設けずに水熱合成処理を施しても、配向したZnOナノロッドは得られてはいない(非特許文献3)。

産業上の利用分野


本発明はZnO微粒子を用いた振動子あるいはセンサー等に関わる。

特許請求の範囲 【請求項1】
グラフェンシートと長手方向端面で一体化した複数の配向した酸化亜鉛ナノロッド。

【請求項2】
前記グラフェンシートのシート面に対して90°±15°に配向した請求項1の酸化亜鉛ナノロッド。

【請求項3】
請求項1または2に記載の酸化亜鉛ナノロッドを用いた振動子またはセンサー。

【請求項4】
グラフェンシート上に水熱合成により複数の配向した酸化亜鉛ナノロッドを形成する酸化亜鉛ナノロッドの製造方法。

【請求項5】
請求項4に記載の酸化亜鉛ナノロッドの表面に別途用意したグラフェンシートを固着させて、酸化亜鉛ナノロッドの長手方向の両端面にグラフェンシートが一体化された酸化亜鉛ナノロッドの製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014096012thum.jpg
出願権利状態 公開
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