大気圧マイクロ波プラズマによる非凝集ナノ粒子の高効率気相合成

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本研究では、凝集度の低いナノ粒子を比較的低温の反応場において生成させることが期待できる、マイクロ波プラズマをエネルギー源とする気相合成法を開発して、その有用性を明らかにすることを目的として研究を行った。本年度の研究成果の概要は、以下のとおりである。1. チタンのアルコキシド蒸気を原料として酸化チタンナノ粒子の合成実験を行った。反応器内のガス流量を増大させると粒子サイズは減少し、また非凝集となりやすい傾向がみられた。ガス圧力や原料濃度の変化によって粒子の生成量を制御できた。プラズマ強度の変化が粒子性状に与える影響も評価することができた。2. ガリウムの有機化合物蒸気とアンモニアガスを原料とした窒化ガリウムナノ粒子の合成を検討した。前年度までの合成実験結果の吟味より、合成反応を促進させる必要性が認識されたため、合成条件の慎重な調整によるプラズマ強度の向上に取り組んだ。その結果、量論比をほぼ満足する組成を有し、また十分な蛍光特性も示す粒子を合成することに成功した。さらに、インジウムの有機化合物蒸気を原料に加えたところ、内部にインジウムを含む窒化ガリウムのナノ粒子およびナノファイバーを生成させることができた。3. チタンアルコキシド蒸気を用いた粒子合成場に、酸化シリコンの微粒子を分散して導入したところ、合成条件によっては酸化シリコン粒子の周りに酸化チタンの層や微結晶が付着した生成物が生じる場合があった。このような生成物が得られる条件を十分絞り込むには至らなかったが、上記1や2で検討した単独粒子の合成に関わる因子が被覆粒子の生成も支配することが示唆された。4. 今年度までに得られた実験結果および知見から、本合成法によるナノ粒子合成の特徴と、合成の制御のために必要な因子を整理した。またこれにより、合成を最適化するための装置、プロセス条件の指針を得ることができた。