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(In Japanese)インターカレーション物質の製造方法および製造装置ならびにイオン置換物質の製造方法および製造装置

Patent code P190016000
File No. (S2016-0654-N0)
Posted date May 8, 2019
Application number P2018-514599
Date of filing Apr 25, 2017
International application number JP2017016263
International publication number WO2017188204
Date of international filing Apr 25, 2017
Date of international publication Nov 2, 2017
Priority data
  • P2016-089993 (Apr 28, 2016) JP
  • P2016-204766 (Oct 19, 2016) JP
Inventor
  • (In Japanese)藤岡 正弥
  • (In Japanese)西井 準治
  • (In Japanese)海住 英生
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人北海道大学
Title (In Japanese)インターカレーション物質の製造方法および製造装置ならびにイオン置換物質の製造方法および製造装置
Abstract (In Japanese)インターカレーション物質の製造方法では、構造の骨格を形成していない第1のイオンを含む第1のイオン源20とホストとなる第1の被処理体10とを互いに積層または対向させる。第1の被処理体10と反対側から第1のイオン源20に第1のイオンと同符号の第2のイオンを注入することにより、第1のイオン源20に含まれる第1のイオンをゲストとして第1の被処理体10に移動させてインターカレーションを行う。例えば、第1の被処理体10はTaS2 、第1のイオン源20はガラス基板、第1のイオンはLi+ 等のアルカリ金属イオン、第2のイオンはプロトンである。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

インターカレーションは、層状物質の層間や、かご状物質の結晶格子によって作られる空間内に分子やイオンを挿入する手法の総称であり、超伝導材料、電池材料、熱電材料等に幅広く利用されており、新たな電子物性の発現が期待されている。

従来のインターカレーション法は、液相法と気相法とに大別される。液相法では、ゲストのイオンや分子を含む溶液中でインターカレーションを行う。具体的には、例えば、溶融塩、アンモニア溶液等にゲストを溶かし、ホストの層間や結晶格子によって作られる空間内に誘導する。一方、気相法では、ゲストの蒸気内でインターカレーションを行う。すなわち、ゲストを気化し、直接、ホストに反応させることにより層間や結晶格子によって作られる空間内に誘導する。

一方、NASICON(sodium(Na) Super Ionic CONductor)型構造を有するNa3 V2 (PO4 3 、Li3 V2 (PO4 3 、K3 V2 (PO4 3 等が知られている。これらのうちNa3 V2 (PO4 3 およびLi3 V2 (PO4 3 の合成に関しては数多く報告されている。これに対し、K3 V2 (PO4 3 の合成に関しては、本発明者の知る限り、2015年に1件報告されているだけであり、しかもNASICON型構造を保てていない(非特許文献1参照。)。

なお、コロナ放電を用いてガラス基板内のアルカリ金属イオンをプロトンで置換することでアルカリ金属の含有割合を調整する方法が知られている(特許文献1参照。)。

Field of industrial application (In Japanese)

この発明は、インターカレーション物質の製造方法および製造装置ならびにイオン置換物質の製造方法および製造装置に関し、例えば、LiTaS2 等の各種のインターカレーション物質の製造およびK3 V2 (PO4 3 等の各種のイオン置換物質の製造に適用して好適なものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
構造の骨格を形成していない第1のイオンを含む第1のイオン源とホストとなる第1の被処理体とを互いに積層または対向させ、上記第1の被処理体と反対側から上記第1のイオン源に上記第1のイオンと同符号の第2のイオンを注入することにより、上記第1のイオン源に含まれる上記第1のイオンをゲストとして上記第1の被処理体に移動させてインターカレーションを行うインターカレーション物質の製造方法。

【請求項2】
 
上記第2のイオンをコロナ放電により生成する請求項1記載のインターカレーション物質の製造方法。

【請求項3】
 
針状電極の先端を上記第1の被処理体と反対側から上記第1のイオン源に対向させ、上記第2のイオンの生成用の分子を含む雰囲気において、上記針状電極と上記第1の被処理体との間に電圧を印加してコロナ放電を起こさせることにより上記第2のイオンを生成する請求項2記載のインターカレーション物質の製造方法。

【請求項4】
 
上記第1のイオン源は固体電解質である請求項1~3のいずれか一項記載のインターカレーション物質の製造方法。

【請求項5】
 
上記第1の被処理体は層状物質またはかご状物質からなる請求項1~4のいずれか一項記載のインターカレーション物質の製造方法。

【請求項6】
 
上記第1の被処理体の表面または上記第1のイオン源と上記第1の被処理体との間に上記第1のイオンに対して阻止能を有するマスクを設け、このマスクを用いて上記第1の被処理体に選択的に、上記第1のイオン源に含まれる上記第1のイオンを移動させる請求項1~5のいずれか一項記載のインターカレーション物質の製造方法。

【請求項7】
 
上記第2のイオンを生成する空間と上記第1の被処理体に上記第1のイオンを移動させる空間とを互いに分離する請求項1~6のいずれか一項記載のインターカレーション物質の製造方法。

【請求項8】
 
上記第1のイオン源に上記第1のイオンと同価数の上記第2のイオンを注入する請求項1~7のいずれか一項記載のインターカレーション物質の製造方法。

【請求項9】
 
上記第1のイオン源に上記第1のイオンと価数が異なる上記第2のイオンを注入する請求項1~7のいずれか一項記載のインターカレーション物質の製造方法。

【請求項10】
 
上記第1のイオン源の前段に、構造の骨格を形成していない上記第2のイオンを含む第2のイオン源を設け、上記第2のイオン源に上記第2のイオンと同符号の第3のイオンを注入することにより上記第2のイオン源から上記第2のイオンを上記第1のイオン源に注入する請求項9記載のインターカレーション物質の製造方法。

【請求項11】
 
処理室を有し、
上記処理室内において、構造の骨格を形成していない第1のイオンを含む第1のイオン源とホストとなる第1の被処理体とを互いに積層または対向させ、上記第1の被処理体と反対側から上記第1のイオン源に上記第1のイオンと同符号の第2のイオンを注入することにより、上記第1のイオン源に含まれる上記第1のイオンをゲストとして上記第1の被処理体に移動させてインターカレーションを行うインターカレーション物質の製造装置。

【請求項12】
 
構造の骨格を形成していない第4のイオンを含む第2の被処理体に上記第4のイオンと異なる同符号の第5のイオンを注入することにより、上記第2の被処理体に含まれる上記第4のイオンを上記第5のイオンで置換するイオン置換物質の製造方法。

【請求項13】
 
上記第2の被処理体の前段に、構造の骨格を形成していない上記第5のイオンを含む第3のイオン源を設け、上記第3のイオン源に上記第5のイオンと同符号の第6のイオンを注入することにより上記第3のイオン源から上記第5のイオンを上記第2の被処理体に注入する請求項12記載のイオン置換物質の製造方法。

【請求項14】
 
上記第2の被処理体の後段に上記第2の被処理体から放出される上記第4のイオンを吸収するイオン吸収体を設ける請求項12または13記載のイオン置換物質の製造方法。

【請求項15】
 
処理室を有し、
上記処理室内において、構造の骨格を形成していない第4のイオンを含む第2の被処理体に上記第4のイオンと異なる同符号の第5のイオンを注入することにより、上記第2の被処理体に含まれる上記第4のイオンを上記第5のイオンで置換するイオン置換物質の製造装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2018514599thum.jpg
State of application right Published
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