熱プラズマによる窒化物系複合ナノ粒子の創製に関する研究

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21560794
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 奥山 秀男 National Institute for Materials Science, ナノセラミックスセンター, 主席エンジニア (80354215)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 目 義雄 独立行政法人物質・材料研究機構, ナノセラミックスセンター, センター長 (00354217) ; 打越 哲郎 独立行政法人物質・材料研究機構, ナノセラミックスセンター, 主席研究員 (90354216) ; 鈴木 達 独立行政法人物質・材料研究機構, ナノセラミックスセンター, 主幹研究員 (50267407)
• Keywords: ハイブリッド / ナノ粒子 / 強制蒸発 / アークプラズマ / 合金

Research Abstract

本研究は,プラズマ反応を用いた新しい複合ナノ粒子の創製を試み,その特性評価を通じて機能性用途の探索を目的とするものである.
上記した新しい複合ナノ粒子の原料は,TiとZrを選択して種々の組成の合金を作製した.Ti-Zr合金はTiの融点(1670℃)からZr融点(1852℃)に渡っての全ての組成について全率固溶となる合金であり,合金組成が変動しても常にTi以上の融点を連続的に変動する高融点合金であり,さらに合金構成元素は窒素との親和力が大きいという特徴がある.
このような合金に窒素熱プラズマを照射して強制蒸発させ,得られたナノ粒子の形態,組成について探索した.
Ti-Zr合金塊(合金組成の異なる)に窒素熱プラズマを照射して得られたナノ粒子の形態をTEM観察した結果,出発合金組成によらず,何れもNaCl型の立方晶のナノ粒子であった.また母合金組成よりナノ粒子のサイズは10-200nmの範囲に分布していることが判明した.
上記ナノ粒子のX線回折および化学分析の結果,Zrの母合金組成が50%以下ではTiNのみから構成さたれものであり,ZrNは検出されなかった.また,Zrの母合金組成が80%から得たナノ粒子のX線回折には,2θが25.42および54.39付近に不明瞭なピークが認められた.ZrがTiN中へ固溶したとも考えられるが現段階では判然としない.ZrTiN当初の予想は合金の組成変動により,ナノ粒子組成TiN-ZrNが連続的に変化と想定していた.これらの原因は合金の強制蒸発時にTiとZrの大きな蒸気圧差に起因すると考えられるが,今後の研究により解明される.