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BORON ATOMIC LAYER SHEET, LAYERED SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME meetings foreign

Patent code P190016408
File No. 17T150 
Posted date Oct 18, 2019
Application number P2018-020443
Publication number P2019-137570A
Patent number P6656563
Date of filing Feb 7, 2018
Date of publication of application Aug 22, 2019
Date of registration Feb 7, 2020
Inventor
  • (In Japanese)神戸 徹也
  • (In Japanese)今岡 笙太郎
  • (In Japanese)渡邉 藍子
  • (In Japanese)山元 公寿
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人東京工業大学
Title BORON ATOMIC LAYER SHEET, LAYERED SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME meetings foreign
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new boron atomic layer sheet, a layered sheet and methods for manufacturing these sheets, which are expected for applications to various industries.
SOLUTION: An atomic layer sheet is provided, having boron and oxygen as framework elements, in which a network is formed by non-equilibrium binding having a boron-boron bond and the molar ratio of oxygen to boron (oxygen/boron) is less than 1.5. A layered sheet is provided, which includes a plurality of the above atomic layer sheets and metal ions between the sheets. A production method is provided, which includes: a step of preparing a solution by adding MBH4 (where M represents an alkali metal ion) to an organic solvent-containing solvent in an inert gas atmosphere; and a step of exposing the solution to an oxygen-containing atmosphere.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

1次元のナノチューブやナノワイヤ、2次元の層状物質やナノシート、3次元の多孔物質やデンドリマー等の構造を精密に制御したナノ構造体は、空間と形状を利用することで多彩な機能と物性が発現する。

これらのうち炭素の原子層物質であるグラフェンは、機械強度、熱伝導性、電気伝導性等の物性に優れ、スコッチテープにグラファイトを貼り付けて剥がすことで得られることが2004年に発見されてから、その応用研究が進み、例えば、グラフェン類縁体は、グラフェンの修飾や構成元素の変更の観点から検討されてきた。

構成元素の変更の観点では、窒化ホウ素(BN)、シリセン(Si)、ゲルマネン(Ge)、ボロフェン(B)等が知られている。ボロフェンは、ホウ素単層ナノシートであり、Wangらは、気相真空系により36原子からなるB36クラスターの合成を行ない、光電子スペクトルと理論計算によるシミュレーションの比較から構造を同定することで、ボロフェン類似クラスターの合成を報告した(非特許文献1)。その後、単位構造ではなく2次元に広がるシートとしてのボロフェンは、Guisingerら(非特許文献2)、Wuら(非特許文献3)によtって、超高真空下でのAg(111)面上へのホウ素の真空蒸着による合成が報告されている。このボロフェンは、大気下では存在し得ない物質である。一方ボロファンは、末端を水素で保護したホウ素単層ナノシートで、ディラック粒子の速度や機械強度がグラフェンを超えると見込まれ、理論計算では大気中で存在可能と予測されていたが、最近になってその合成が報告された(非特許文献4)。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、ホウ素原子層シートおよび積層シートとその製造方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
骨格元素にホウ素と酸素を有し、ホウ素-ホウ素結合を有する非平衡結合によりネットワーク化された、酸素とホウ素のモル比率(酸素/ホウ素)が1.5未満であり、ホウ素と酸素からなる原子層がアニオン性である原子層シート。

【請求項2】
 
更にアルカリ金属イオンまたはアルカリ土類金属イオンを含む請求項1に記載の原子層シート。

【請求項3】
 
更にアルカリ金属イオンを含み、アルカリ金属イオンとホウ素のモル比率(アルカリ金属イオン/ホウ素)が1未満である請求項1に記載の原子層シート。

【請求項4】
 
骨格組成がB5O3である請求項1~3のいずれか一項に記載の原子層シート。

【請求項5】
 
前記骨格がホウ素-ホウ素結合を有する3回対称性を有する請求項4に記載の原子層シート。

【請求項6】
 
前記骨格部位である構成要素Xと、それ以外の構成要素Yとを含み、前記構成要素Yが、末端部位および/または欠損部位である請求項4または5に記載の原子層シート。

【請求項7】
 
前記構成要素Yが、B-OHを含むホウ素酸化物部位である請求項6に記載の原子層シート。

【請求項8】
 
X線光電子分光測定において、190.5~193.0eVと、192.5~194.0eVに各々B-1s準位に由来するピークを有する請求項6または7に記載の原子層シート。

【請求項9】
 
前記X線光電子分光測定において、190.5~193.0eVのピークが前記構成要素Xに対応している請求項8に記載の原子層シート。

【請求項10】
 
IR測定において、B-O伸縮に由来する2種類のピークを1300~1500cm-1付近に有し、かつBO-H伸縮に由来するピークを3100cm-1付近に有する請求項6~9のいずれか一項に記載の原子層シート。

【請求項11】
 
前記IR測定において、B-O伸縮に由来する2種類のピークのうち低波数側のピークが前記構成要素Xに対応している請求項10に記載の原子層シート。

【請求項12】
 
請求項1~11のいずれか一項に記載の複数の原子層シートと、前記原子層シート間の金属イオンとを含み、前記金属イオンがアルカリ金属イオンまたはアルカリ土類金属イオンである積層シート。

【請求項13】
 
前記金属イオンがアルカリ金属イオンであり、アルカリ金属イオンとホウ素のモル比率(アルカリ金属イオン/ホウ素)が1未満である請求項12に記載の積層シート。

【請求項14】
 
請求項12または13に記載の積層シートを含む結晶。

【請求項15】
 
有機溶媒を含む溶媒中に、不活性ガス雰囲気下でMBH4(Mはアルカリ金属イオンを示す。)を添加し溶液を調製する工程と、
前記溶液を、酸素を含む雰囲気に曝す工程とを含む、ホウ素と酸素を含む原子層シートおよび/または積層シートの製造方法。

【請求項16】
 
前記原子層シートが、骨格元素にホウ素と酸素を有し、ホウ素-ホウ素結合を有する非平衡結合によりネットワーク化された、酸素とホウ素のモル比率(酸素/ホウ素)が1.5未満である原子層シートであり、前記積層シートが、複数の前記原子層シートと、前記原子層シート間の前記アルカリ金属イオンとを含む、請求項15に記載の方法。

【請求項17】
 
前記アルカリ金属イオンとホウ素のモル比率(アルカリ金属イオン/ホウ素)が1未満である請求項16に記載の方法。

【請求項18】
 
請求項12または13に記載の積層シートと、クラウンエーテルおよびクリプタンドから選ばれる少なくとも1種とを、有機溶媒を含む溶媒中に添加し、前記積層シートを剥離する工程を含む、積層シートの剥離物の製造方法。

【請求項19】
 
請求項12または13に記載の積層シートを、非プロトン性高極性溶媒中に添加し、前記積層シートを剥離する工程を含む、積層シートの剥離物の製造方法。

【請求項20】
 
前記剥離物は、単層の原子層シートを含む、請求項18または19に記載の方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2018020443thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) (In Japanese)平成27年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、
戦略的創造研究推進事業、総括実施型研究(ERATO)、
「山元アトムハイブリッドプロジェクト」
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