[发明专利]二氧化硅纳米纤维/金属氧化物纳米晶体复合物及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用二氧化硅纳米纤维互相缠绕集聚而形成的微米尺寸的圆盘状结构体作为模板，使一种或多种金属氧化物的纳米晶体散布结合在该圆盘状结构体中的二氧化硅纳米纤维表面层上而获得的由二氧化硅纳米纤维/金属氧化物纳米晶体形成的圆盘状形状的复合物及这些复合物的制造方法。进一步涉及由该复合物形成的发光体。

背景技术

以纳米尺寸构筑的无机·金属氧化物大多发挥在金属氧化物的块状材料中所看不到的新的性能·功能，利用这些新的性能·功能，可以设计崭新的材料/产品。特别是具有半导体性质的金属氧化物中大多具有光学的、光通信的、电的、磁性的潜力，这些材料在纳米颗粒、超薄膜领域中的研发正在积极进行。

然而，无机·金属氧化物的一维纳米结构体的制作以及以纳米尺寸甚至微米尺寸精密控制该结构体的大小是困难的。以往一直使用的传统的机械加工手法对于纳米范围的微细加工存在极限。而近年纳米纤维结构体构筑时所经常使用的电纺丝法存在一些缺点：材料合成的效率低，难以大量生产，另外在合成多相的氧化物时事实上不能进行材料的规则的微细结构的控制。

说金属氧化物是功能性材料的至宝也不为过。例如，氧化钛自古就一直作为白色颜料使用，近年来利用基于其高折射率的光的反射、折射现象，在化妆品、干涉颜料等中也被广泛使用，作为光子晶体的构成材料的期待也很大。此外其作为光催化剂的有用性也广为人知，被广泛应用于太阳能电池、利用了物质的光分解、氧化反应的杀菌、抗菌、防臭系统等中。

此外，氧化铁、氧化锌、氧化钨、氧化锆、氧化钴、氧化锰、氧化铝等各种金属氧化物由于具有优异的耐热性、绝缘性、电特性、半导体性、发光性、磁性、催化特性等，因而在产业上广泛应用。

为了进一步扩大这种具有各种特性的金属氧化物的应用范围或发挥更优异的特性，金属氧化物的纳米数量级的结构体的构筑、该结构体中的金属氧化物微晶尺寸的控制等都是大的课题之一。例如，氧化物的球形纳米颗粒、具有单一或多相氧化物的层状纳米纤维、纳米管等是其代表例。

作为氧化钛的纳米结构体，有关以二氧化硅为核、以氧化钛为壳层的复合物、以及以粉末氧化钛为初始原料的氧化钛的纳米管的开发研究已广为人知。然而，存在氧化钛的纳米结构体机械强度弱、低热稳定性、成形加工有界限等较多的应用问题。

作为二氧化硅与氧化钛组合而成的纳米结构体，由于二氧化硅的纳米颗粒或纳米薄膜比较容易获得，因而在它们的表面上形成氧化钛的固定化层而成的复合材料被广泛研究（例如，参照非专利文献1、2）。然而，为了有效地发挥氧化钛所具有的诸功能，特别是催化、杀菌、抗菌、防臭等功能，有利于与对象物质的接触面积的结构例如具有无纺布状、网络结构的海绵状的结构是有效的，但由于上述的颗粒状、薄膜状的复合材料难以构筑二维的结构，因而无法实现它们的比表面积大的结构体。

近年，利用电纺丝法的氧化物纳米纤维的制作法也在被积极研究（例如，参照专利文献1）。电纺丝法通过对溶解有氧化物前体等原料聚合物的聚合物溶液施加高电压，随着充电后的溶液分裂、溶剂蒸发，将纳米纤维捕集到接地的靶中的方法。因此，由于装置限制等原因，难以制作直径100纳米以下的纤维，此外，实现复杂的微细结构（例如氧化物的多层结构、与纳米金属的复合化）在原理上是不可能的。另外，该方法有需要大型专用装置、纤维的生产效率低的问题。

针对这些问题，本发明人等已经提出了，使用二氧化硅/聚乙烯亚胺复合纳米纤维作为基材，使氧化钛层在其上析出从而形成复合物的构筑法（例如，参照专利文献2）。然而，该构筑法不能控制氧化钛的晶体尺寸，作为基材的二氧化硅/聚乙烯亚胺复合纳米纤维粗至数10nm以上，进而由于将其厚厚包覆的氧化钛使得纤维更加粗。此外，也没有关于与氧化钛以外的金属氧化物的复合化的记载。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2007-9398号公报

专利文献2:日本特开2006-213888号公报

非专利文献

非专利文献1:Baskaran et al.，J.Am.Ceram.S oc.，1998年，81卷，401页

非专利文献2:Jianxia Jiao et al，J.Colloid ＆ Interface Sci.，2007年，316卷，596页

发明内容

发明要解决的问题