平成１８年１１月７日
2
原材料
単層配列 多層配列 粒子分散膜
素子モデル （ナノ構造体）
・精密な分析・計測
・実験データの蓄積と 数値シミュレーション
・装置設計、量産化
・合成プロセスの 省エネルギー化
シングルナノ粒子の合成技術
機能発現 の評価
「ナノ粒子の合成と機能化技術プロジェクト」の概要
ナノ粒子表面修飾技術 薄膜化技術・粒子の配列
新規合成法の開発
分散系パターン
公開資料 2 / 22 事業原簿P30～P41
3
ナノ粒子合成と機能化技術プロジェクト全体の詳細
① シングルナノ粒子の高速合成技術
② ナノ粒子の表面修飾・薄膜化技術
③ ナノ粒子の機能発現の評価
④技術の体系化
気相合成法 液 相 合 成 法
会合
ミセル化
ミセル ナノ粒子 モノマー
クラス ター
ナノ粒子 反応性 モノマー 物質
凝縮 脱離
凝集 化学反応 モノマー
クラス ター
ナノ粒子 反応性 モノマー 物質
凝縮 脱離
凝集 化学反応 溶媒の蒸発
と固化
更なる溶媒の 蒸発と固化
ナノ粒子 液滴
乾燥粒子
化学反応 反応性
モノマー
物質 化学反応
均一核生成
粒子成長 モノマー
クラスター
ナノ粒子 凝縮 脱離 反応性 モノマー
物質 化学反応
均一核生成
粒子成長 モノマー
クラスター
ナノ粒子 凝縮 脱離
CVDプロセス 噴霧プロセス アルコキシドプロセス ミセルプロセス
・非平衡相転移と非線形ダイナミクス
・塗布過程の構造形成 乾燥過程での構造形成
気流の対流 表面荒れ 相分離 表面個化
粒子などの 緻密化 order / disorder テンションウェブ
コーテ ィング
熱風乾燥 溶液の調製 ナノ粒子の分散溶液 超分散・多層同時
ナノ粒子塗布
多層同時 粒子配列 蒸発
基盤
・ポリマー系: ミクロ相分離
・粒子分散系: 粒子配列
・ポリマー中の粒子分散系
①シングルナノ粒子の高速合成技術
③ナノ粒子を用いた機能発現の評価
②ナノ粒子の表面修飾・薄膜化技術
電子・情報材料
光機能材料
構造体材料
①
FePt Au , Ag
CdSe/ZnS Y2O3:Eu
SiO2
主に 広島集中
研究室 高速 合成
②
オーガ ニック デンド リマー 化学 修飾
主に 東京集中
研究室 表面 修飾
②’
主に 東京集中
研究室 延伸 パター ニング 平滑化 薄膜化
③ 機能 発現評価
主に 広島集中
研究室 磁気記録
素子 極微細配線
発光素子 蛍光素子 難燃焼性 耐熱性 高弾性率
技術の体系化
④技術の体系化
④
構造
単層配列 分散系パターン 多層同時配列 粒子分散膜
商品 近接場記憶素子 磁気記録素子
量子効果蛍光体 量子効果発光体 LSI高密度実装基盤
湿式光電変換素子 半導体封止剤 磁性ナノ粒子
緻密化充填 機能
機能 量子サイズ
効果
低光散乱
光触媒効果 補強効果 難燃効果
公開資料 3 / 22 事業原簿P30～P41
4
研究開発目標 ①
シングルナノ粒子の高速合成技術の研究開発
シングルナノ粒子で粒径分布がシャープかつ安定な粒子の合成法を 工業的生産規模レベルにスケールアップ可能にする基盤技術の確立
z CVD法等の気相合成法、噴霧熱分解法、噴霧乾燥法、ゾルゲル法、
逆ミセル法、ホットソープ法等の液相合成法など、ナノ粒子新規合成 技術やナノ粒子大量合成プロセスに係わる基盤技術を構築する。
(1) 粒子径 ：1～10nm
(2) 粒子径分布 ： 変動係数10％以下
(3) 粒子形状の分布 ： アスペクト比の変動係数10％以下
(4) 生産量 ： 一反応器あたり100g/hr以上
z 電子・情報機能素子、光機能素子、構造体材料のモデル材料に ついて、以下の具体的目標を達成する。
公開資料 4 / 22 事業原簿P30～P41
5
プロジェクトで大量合成したモデル材料
● 電子情報素子向けナノ粒子
高密度磁気記録向け磁性体ナノ粒子 ・ ・ ・FePt 極微細配線向け金属ナノ粒子 ・ ・ ・Au, Ag
● 光機能素子向けナノ粒子
発光素子向け半導体ナノ粒子 ・ ・ ・CdSe，GaN 蛍光素子向け蛍光体ナノ粒子 ・ ・ ・Y2O3:Eu
● 構造体材料向けナノ粒子
構造体材料向けナノ粒子 ・ ・ ・SiO2
● その他の各種ナノ粒子の合成
電子材料向けナノ粒子 ・ ・ ・BaTiO3, Ni, In2O3:Snなど
4nm Au
30nm Y2O3:Eu
GaN FePt
10nm
Ag
10nm CdSe
10nm 10nm
公開資料 5 / 22 事業原簿P30～P41
50nm SiO2
6
プロジェクトで検討したナノ粒子合成技術
・液相還元法 ：Au, Ag
・ホットソープ法連続合成法 ：CdSe、ZnO
・超音波照射連続還元法 ：FePt
ナノ粒子 合成法
ゾルゲル法(高速合成)
・噴霧熱分解法：Y2O3:Eu
・噴霧乾燥法：SiO2ナノ構造体
ポリマーin situ ゾルゲル法 (高結晶性) エアロゾル加熱法 （高結晶性）
気相合成法 （高純度） 液相合成法 （高速合成）
・熱CVD法、プラズマCVD法 ：GaN
・パルスプラズマ法 ：FePt
・Y2O3:Eu , Y3Al5O12:Ce
・構造体材料向SiO2 4nm
Au GaN
150nm SiO2構造体 FePt
50nm
10 nm CdSe
30 nm Y2O3:Eu
50nm 公開資料 6 / 22
事業原簿P102,P141 事業原簿
P106、P117、P127
事業原簿P.130、P150
事業原簿 P93
事業原簿 P150 事業原簿P30～P41
7
プロジェクトの目標達成成果のまとめ
① 電子情報材料向けの磁性体ナノ粒子、金属ナノ粒子の合成
② 光機能性材料向けの半導体ナノ粒子、蛍光体ナノ粒子の合成
③ 構造材料向けシリカナノ粒子の合成
磁性体ナノ粒子(FePt) , 極微細配線用ナノ粒子(Au , Ag) において 粒子径10 nm 以下 で分散性の高い粒子の高速合成(100 g/hr) に成功
半導体ナノ粒子(CdSe , GaN) , 蛍光体ナノ粒子(Y2O3:Eu) において
粒子径10nm 以下(CdSe, ,GaN) で、50 g/hr での高速合成を達成(Y2O3:Eu)
構造体材料向けシリカナノ粒子(SiO2) において
粒子径10 nm 以下で単分散かつ透明性の高い粒子の高速合成
(750 g/hr) に成功
公開資料 7 / 22 事業原簿P30～P41
8
(1) 表面処理能力： 一反応器あたり 100g/hr以上
(2) 分散性： 凝集粒子の割合が全粒子
個数の10％以下
(3) 安定性：一週間以上塗布液におけ
る分散性が全粒子の凝集粒 子の割合が10％以下
シングルナノ粒子の表面修飾・薄膜化技術の研究開発
zシングルナノ粒子の薄膜化技術における目標
(1) 膜厚 ： 単粒子層 ～100 μm
（電子情報機能素子、光機能 素子、構造体材料薄膜）
単粒子層 ～1 μm
（特に電界発光表示への応用 に関して）
(2) 均一性 ： 膜厚の変動係数10％以下
(3) パターンの大きさ ：100nm 以下
研究開発目標 ②
zシングルナノ粒子の表面修飾技術における目標
電子・情報機能素子、光機能素子、構造体材料のモデル材料として シングルナノ粒子の表面修飾と薄膜化に関する基盤技術の確立
公開資料 8 / 22 事業原簿P30～P41
9
プロジェクトで検討した表面修飾・薄膜化技術
・微小ビーズを用い 高速に表面修飾
（2400g/hr）
薄膜化（3次元構造形成）
・静電配列（Dry法）
薄膜化（パターニング）
表面修飾（高速） 薄膜化（高速・単層配列）
ナノ粒子 表面修飾
薄膜化
・スピンコート法（Wet法）
（コート時間：1分）
ポリスチレン粒子（500nm）＋
シリカナノ粒子（5nm）
++
V ++
ポリスチレン粒子（50nm）
・規則的なマクロ孔を持った ナノ粒子の積層膜
ディップコート法 細孔径：176nm ビーズミル本体
分散ナノ粒子
凝集ナノ粒子
ポリマーによる表面修飾
（樹脂とナノ粒子との複合化）
・ナノ粒子表面をポリマーで 修飾
25nm
Au 公開資料 9 / 22
事業原簿P198-P211 事業原簿P212-P248
事業原簿 P249-273
事業原簿P198-P211
事業原簿P212-P244、P262-269 事業原簿P30～P41
10
プロジェクトの目標達成成果のまとめ
① ナノ粒子の表面修飾
・ビーズミル分散機を用い、高速表面修飾(100 g/hr以上) 、高分散性(凝集 粒子の割合10%以下)、分散安定性(一週間以上変動係数10%以下)を達成
・ポリマーによるナノ粒子の表面修飾により、凝集粒子の割合10%以下を達成
② ナノ粒子の薄膜化
・単粒子層から多粒子層では膜厚4μmまでを達成
・膜厚の変動係数：4％を達成
・パターンの大きさ：100nmを達成
公開資料 10 / 22 事業原簿P30～P41
11
シングルナノ粒子を用いた機能発現の評価
目標 ①, ② で 挙げた機能素子モデル材料の機能発現の評価に関して
機能素子の構造、機能特性および制御手法などの基盤技術の確立 zモデル材料の機能発現の評価としての目標
磁気記録素子： 記録密度100Gbit/cm2 以上１Tbit/cm2 極微細配線： パターンの大きさ100nm幅以下
発光素子：可視光域（400－700nm）での任意の発光波長への制御 発光半値幅50nm
蛍光素子：蛍光量子効率が同一組成のミクロンサイズ粒子の2倍以上 その他光学素子：薄膜の吸光度および透明性が同重量で同一組成の、ミクロ
ンサイズ以上の粒子の2倍以上
難燃焼性樹脂：難燃焼について、ハロゲンフリーでUL94V-0相当を達成 耐熱性樹脂：樹脂単体のガラス転移温度における弾性率について、樹脂に
ナノ粒子を分散複合化した材料で、樹脂単体の5倍以上 高弾性率樹脂：延伸フイルムのヤング率10GPa/6GPa
研究開発目標 ③
構造体材料 光機能 電子情報
公開資料 11 / 22 事業原簿P30～P41
12
プロジェクトで検討した機能素子技術
Auナノ粒子による微細パターン形成
蛍光素子(量子効率)
CdSe/ZnS粒子を用いたEL素子
その他の光学素子(透明性) 発光素子 （色純度）
磁気記録素子 （高密度） 極微細配線 （微細化）
FePtのプラズマ合成による薄膜化一環プロセス
-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
400 450 500 550 600 650 700 750 Wavelength [nm]
Normalized Intensity
Absorbance PL(@400nm) EL Absorbance PL(@400nm) Glass EL
ITO 45nm PEDOT/PSS
Al CdSe/ZnS NP
365-nm LED上の焼成BAM膜の蛍光状況
（基板＝5Φサファイア）
-1.5E-05 -1.0E-05 -5.0E-06 0.0E+00 5.0E-06 1.0E-05 1.5E-05
-60000 -40000 -20000 0 20000 40000 60000
External field [Oe]
Magnetization
perpendicular
電子情報素子
光機能素子
ナノ粒子の低温焼結による緻密化と輝度向上・TiO2高分散性ナノ粒子による透明溶液 公開資料 12 / 22
事業原簿 P291-P294
事業原簿P295-P301
事業原簿P302
事業原簿P303-P305
事業原簿P317-P323
事業原簿P30～P41
13
プロジェクトの目標達成成果のまとめ
① 電子情報機能素子
② 光機能素子
磁気記録素子： FePt磁性ナノ粒子で１Tbit/cm2に相当する記録密度を達成 極微細配線： 大きさ100nm幅相当のパターン形成を達成
発光素子：CdSe/ZnSナノ粒子LEDで発光波長550-580nm、発光スペク トルの半値幅40nmを達成
蛍光素子：BaMgAl10O17:Eu(II)蛍光体薄膜で量子効率が同一組成のミ クロンサイズ粒子1.7倍に向上
その他光学素子：TiO2薄膜の吸光度および透明性が同重量で同一組成 の、ミクロンサイズ以上の粒子の2倍以上
公開資料 13 / 22 事業原簿P30～P41
14
プロジェクトで開発した技術
ナノ粒子 複合化
技術
連続式溶融混練分散技術 連続式湿式粉砕・分散技術
ナノ粒子高濃度分散技術
分散媒体＋
溶媒 攪拌 濃縮
粒子分散
最適な分散材の配合によるナノ粒 子の高濃度分散複合材料化技術
無溶媒による連続溶融混練技術 熱可塑樹脂 ナノ粒子前駆体
ナノ複合化フィルム 減圧
ナノ粒子 高濃度ナノ粒子
複合材料 凝集ナノ粒子の
連続的湿式分散処理技術
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Number of particles ( % )
200 Particle size (nm)
100nm 100nm
Before beads mill process Mg(OH)2 ‐D 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 After beads mill process
Number of particles ( % )
Particle size (nm)
100nm 100nm Mg(OH)2 ‐D
Without Treatment With Treatment
公開資料 14 / 22
事業原簿 P324-338
事業原簿P342-P346 事業原簿
P324-P338
事業原簿P30～P41