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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022084441
(43)【公開日】2022-06-07
(54)【発明の名称】混合物の製造装置および混合物の製造方法
(51)【国際特許分類】
C01B 33/02 20060101AFI20220531BHJP
B01J 19/08 20060101ALI20220531BHJP
B82Y 40/00 20110101ALI20220531BHJP
H01M 4/38 20060101ALN20220531BHJP
【ＦＩ】
C01B33/02 Z
B01J19/08 K
B82Y40/00
H01M4/38 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020196326
(22)【出願日】2020-11-26
(71)【出願人】
【識別番号】504160781
【氏名又は名称】国立大学法人金沢大学
(71)【出願人】
【識別番号】000226998
【氏名又は名称】株式会社日清製粉グループ本社
(74)【代理人】
【識別番号】100152984
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 秀明
(72)【発明者】
【氏名】田中 康規
(72)【発明者】
【氏名】明石 恵太
(72)【発明者】
【氏名】古川 颯大
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 周
(72)【発明者】
【氏名】末安 志織
(72)【発明者】
【氏名】中村 圭太郎
【テーマコード（参考）】
4G072
4G075
5H050
【Ｆターム（参考）】
4G072AA01
4G072BB04
4G072BB05
4G072DD06
4G072GG03
4G072GG04
4G072HH01
4G072LL01
4G072LL03
4G072MM01
4G072RR07
4G072RR13
4G072RR25
4G072UU01
4G072UU02
4G075AA27
4G075AA63
4G075BB02
4G075BB03
4G075CA03
4G075CA48
4G075DA02
4G075EB43
5H050AA19
5H050BA16
5H050BA17
5H050CB11
5H050FA16
5H050FA17
5H050GA02
5H050GA29
5H050HA14
5H050HA20
(57)【要約】
【課題】ナノサイズの微粒子とナノワイヤとの混合物を製造する混合物の製造装置および混合物の製造方法を提供する。
【解決手段】微粒子とナノワイヤの混合物の製造装置は、熱プラズマ炎に混合物用の原料を供給する原料供給部と、内部に熱プラズマ炎が発生され、原料供給部により供給される原料を熱プラズマ炎にて蒸発させて気相状態の混合体とするプラズマトーチと、プラズマトーチの内部に熱プラズマ炎を発生させるプラズマ発生部と、熱プラズマ炎に急冷ガスを供給する気体供給部とを有する。原料はシリコンである。プラズマ発生部は熱プラズマ炎として温度状態が時間変調された変調誘導熱プラズマ炎を発生させ、変調誘導熱プラズマ炎を周期的に高温状態と、低温状態とにさせ、原料供給部は変調誘導熱プラズマ炎が高温状態のときに原料の供給量を多くし、気体供給部は変調誘導熱プラズマ炎が高温状態のときに急冷ガスの供給量を多くする。
【選択図】図４
【解決手段】微粒子とナノワイヤの混合物の製造装置は、熱プラズマ炎に混合物用の原料を供給する原料供給部と、内部に熱プラズマ炎が発生され、原料供給部により供給される原料を熱プラズマ炎にて蒸発させて気相状態の混合体とするプラズマトーチと、プラズマトーチの内部に熱プラズマ炎を発生させるプラズマ発生部と、熱プラズマ炎に急冷ガスを供給する気体供給部とを有する。原料はシリコンである。プラズマ発生部は熱プラズマ炎として温度状態が時間変調された変調誘導熱プラズマ炎を発生させ、変調誘導熱プラズマ炎を周期的に高温状態と、低温状態とにさせ、原料供給部は変調誘導熱プラズマ炎が高温状態のときに原料の供給量を多くし、気体供給部は変調誘導熱プラズマ炎が高温状態のときに急冷ガスの供給量を多くする。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
微粒子とナノワイヤとの混合物の製造装置であって、
熱プラズマ炎に、混合物用の原料を供給する原料供給部と、
内部に前記熱プラズマ炎が発生され、前記原料供給部により供給される前記原料を前記熱プラズマ炎にて蒸発させて気相状態の混合体とするプラズマトーチと、
前記プラズマトーチの内部に前記熱プラズマ炎を発生させるプラズマ発生部と、
前記熱プラズマ炎に、急冷ガスを供給する気体供給部とを有し、
前記原料は、シリコンであり、
前記プラズマ発生部は、前記熱プラズマ炎として、温度状態が時間変調された変調誘導熱プラズマ炎を発生させ、前記変調誘導熱プラズマ炎を周期的に高温状態と、前記高温状態よりも温度が低い低温状態とにさせ、
前記原料供給部は、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記高温状態のときに、前記原料の供給量を多くし、
前記気体供給部は、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記高温状態のときに、前記急冷ガスの供給量を多くする、混合物の製造装置。
熱プラズマ炎に、混合物用の原料を供給する原料供給部と、
内部に前記熱プラズマ炎が発生され、前記原料供給部により供給される前記原料を前記熱プラズマ炎にて蒸発させて気相状態の混合体とするプラズマトーチと、
前記プラズマトーチの内部に前記熱プラズマ炎を発生させるプラズマ発生部と、
前記熱プラズマ炎に、急冷ガスを供給する気体供給部とを有し、
前記原料は、シリコンであり、
前記プラズマ発生部は、前記熱プラズマ炎として、温度状態が時間変調された変調誘導熱プラズマ炎を発生させ、前記変調誘導熱プラズマ炎を周期的に高温状態と、前記高温状態よりも温度が低い低温状態とにさせ、
前記原料供給部は、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記高温状態のときに、前記原料の供給量を多くし、
前記気体供給部は、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記高温状態のときに、前記急冷ガスの供給量を多くする、混合物の製造装置。
【請求項2】
前記原料供給部は、前記原料を、粒子状に分散させた状態で、前記熱プラズマ炎中に供給する、請求項１に記載の混合物の製造装置。
【請求項3】
前記変調誘導熱プラズマ炎が前記高温状態になるタイミングと、前記急冷ガスを供給するタイミングとの差をδｇとし、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記高温状態から前記低温状態に切り換るタイミングをｔｅとするとき、０＜δｇ≦ｔｅである、請求項１または２に記載の混合物の製造装置。
【請求項4】
微粒子とナノワイヤとの混合物の製造方法であって、
熱プラズマ炎に、混合物用の原料を供給する第１の工程と、
前記原料を前記熱プラズマ炎で蒸発させ気相状態の混合体とし、前記熱プラズマ炎に急冷ガスを供給する第２の工程を有し、
原料は、シリコンであり、
前記第１の工程では、前記熱プラズマ炎の温度状態を時間変調させて変調誘導熱プラズマ炎を発生させ、前記変調誘導熱プラズマ炎を周期的に高温状態と、前記高温状態よりも温度が低い低温状態とにし、前記原料を前記高温状態の前記変調誘導熱プラズマ炎に間歇的に供給し、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記高温状態のときに、前記原料の供給量を多くし、
前記第２の工程では、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記高温状態のときに、前記急冷ガスの供給量を多くする、混合物の製造方法。
熱プラズマ炎に、混合物用の原料を供給する第１の工程と、
前記原料を前記熱プラズマ炎で蒸発させ気相状態の混合体とし、前記熱プラズマ炎に急冷ガスを供給する第２の工程を有し、
原料は、シリコンであり、
前記第１の工程では、前記熱プラズマ炎の温度状態を時間変調させて変調誘導熱プラズマ炎を発生させ、前記変調誘導熱プラズマ炎を周期的に高温状態と、前記高温状態よりも温度が低い低温状態とにし、前記原料を前記高温状態の前記変調誘導熱プラズマ炎に間歇的に供給し、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記高温状態のときに、前記原料の供給量を多くし、
前記第２の工程では、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記高温状態のときに、前記急冷ガスの供給量を多くする、混合物の製造方法。
【請求項5】
前記原料を供給する前記第１の工程では、前記原料を粒子状態に分散して供給する請求項４に記載の混合物の製造方法。
【請求項6】
前記変調誘導熱プラズマ炎が前記高温状態になるタイミングと、前記急冷ガスを供給するタイミングとの差をδｇとし、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記高温状態から前記低温状態に切り換るタイミングをｔｅとするとき、０＜δｇ≦ｔｅである、請求項４または５に記載の混合物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、微粒子とナノワイヤとの混合物の製造装置および混合物の製造方法に関し、特に、熱プラズマ炎の温度状態、原料供給、および熱プラズマ炎の冷却に用いる急冷ガスを時間変調させる、混合物の製造装置および混合物の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
現在、シリコン微粒子、酸化物微粒子、窒化物微粒子、炭化物微粒子等の微粒子は、多岐の分野で用いられている。また、ナノワイヤは、半導体素子、センサ、太陽電池、リチウムイオン電池等の性能を向上させる材料として注目されている。上述の微粒子、およびナノワイヤは様々な用途に利用されている。
例えば、特許文献１には、シリコンを含む複数の独立粒子に、シリコンを含む複数のシリコンナノワイヤが配され、シリコンナノワイヤが相互に絡み合ったシリコンナノワイヤーネットワークを構成し、独立粒子およびシリコンナノワイヤーネットワークにリチウムを吸蔵させる電気化学素子の電極材料が記載されている。
シリコンナノワイヤーネットワークは、独立粒子と独立粒子を繋いで存在し、独立粒子の径０．５～１０μｍ程度であり、シリコンナノワイヤの径は、１０ｎｍ～５００ｎｍ程度である。
また、特許文献１には、電気化学素子の電極材料を製造するための電極材料の製造方法として、不活性ガスを含むガスを用いて高周波電力の印加による熱プラズマを形成する工程と、シリコンを含む原料を熱プラズマ中に投入する工程と、熱プラズマ雰囲気を経た原料を支持体に送る工程を含むことが記載されている。
例えば、特許文献１には、シリコンを含む複数の独立粒子に、シリコンを含む複数のシリコンナノワイヤが配され、シリコンナノワイヤが相互に絡み合ったシリコンナノワイヤーネットワークを構成し、独立粒子およびシリコンナノワイヤーネットワークにリチウムを吸蔵させる電気化学素子の電極材料が記載されている。
シリコンナノワイヤーネットワークは、独立粒子と独立粒子を繋いで存在し、独立粒子の径０．５～１０μｍ程度であり、シリコンナノワイヤの径は、１０ｎｍ～５００ｎｍ程度である。
また、特許文献１には、電気化学素子の電極材料を製造するための電極材料の製造方法として、不活性ガスを含むガスを用いて高周波電力の印加による熱プラズマを形成する工程と、シリコンを含む原料を熱プラズマ中に投入する工程と、熱プラズマ雰囲気を経た原料を支持体に送る工程を含むことが記載されている。
【0003】
特許文献２には、基板と、基板上に具備された第１＋＋型多結晶シリコン層と、第１＋＋型多結晶シリコン層から成長した第１型シリコンナノワイヤを含む第１型シリコンナノワイヤ層と、第１型シリコンナノワイヤ層が具備された基板上に具備された真性層と、真性層上に具備された第２型ドーピング層と、を含む太陽電池が記載されている。
また、特許文献２には、基板上に第１＋＋型多結晶シリコン層を形成する第１＋＋型多結晶シリコン層形成ステップと、第１＋＋型多結晶シリコン層上に金属薄膜層を形成する金属薄膜層形成ステップと、金属薄膜層を金属ナノ粒子に形成する金属ナノ粒子形成ステップと、金属ナノ粒子をシードにして第１＋＋型多結晶シリコン層から第１型シリコンナノワイヤを成長させる第１型シリコンナノワイヤ成長ステップと、を含むシリコンナノワイヤ形成方法が記載されている。
また、特許文献２には、基板上に第１＋＋型多結晶シリコン層を形成する第１＋＋型多結晶シリコン層形成ステップと、第１＋＋型多結晶シリコン層上に金属薄膜層を形成する金属薄膜層形成ステップと、金属薄膜層を金属ナノ粒子に形成する金属ナノ粒子形成ステップと、金属ナノ粒子をシードにして第１＋＋型多結晶シリコン層から第１型シリコンナノワイヤを成長させる第１型シリコンナノワイヤ成長ステップと、を含むシリコンナノワイヤ形成方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００８－２６９８２７号公報
【特許文献2】特開２０１０－１９２８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１のシリコンナノワイヤーネットワークは、独立粒子の径が０．５～１０μｍ程度と大きい。シリコンは電荷をもつと膨張するため、シリコンナノワイヤと同居させ空間を持つことで、固体電極を形成したときに膨張時の体積を吸収できる。しかしながら、シリコン粒子の粒径が大きいと、シリコン粒子周辺に大きな空間が必要であり、クラックが抑えきれない。特許文献１のシリコンナノワイヤーネットワークを電極材料に用いた場合、十分な機能を発揮できない。また、特許文献１の電極材料の製造方法には、粒径が小さい独立粒子の製造方法が記載されていない。
特許文献２では、第１型シリコンナノワイヤ層が基板上に形成されたものであり、ナノ粒子について記載されていない。また、ナノ粒子の製造方法も記載されていない。
このように、ナノサイズの微粒子とナノワイヤとの混合物の製造方法が示されていないのが現状である。
特許文献２では、第１型シリコンナノワイヤ層が基板上に形成されたものであり、ナノ粒子について記載されていない。また、ナノ粒子の製造方法も記載されていない。
このように、ナノサイズの微粒子とナノワイヤとの混合物の製造方法が示されていないのが現状である。
【0006】
本発明の目的は、ナノサイズの微粒子とナノワイヤとの混合物を製造する混合物の製造装置および混合物の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上述の目的を達成するために、本発明の一態様は、微粒子とナノワイヤとの混合物の製造装置であって、熱プラズマ炎に、混合物用の原料を供給する原料供給部と、内部に熱プラズマ炎が発生され、原料供給部により供給される原料を熱プラズマ炎にて蒸発させて気相状態の混合体とするプラズマトーチと、プラズマトーチの内部に熱プラズマ炎を発生させるプラズマ発生部と、熱プラズマ炎に、急冷ガスを供給する気体供給部とを有し、原料は、シリコンであり、プラズマ発生部は、熱プラズマ炎として、温度状態が時間変調された変調誘導熱プラズマ炎を発生させ、変調誘導熱プラズマ炎を周期的に高温状態と、高温状態よりも温度が低い低温状態とにさせ、原料供給部は、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態のときに、原料の供給量を多くし、気体供給部は、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態のときに、急冷ガスの供給量を多くする、混合物の製造装置を提供するものである。
【0008】
原料供給部は、原料を、粒子状に分散させた状態で、熱プラズマ炎中に供給することが好ましい。
変調誘導熱プラズマ炎が高温状態になるタイミングと、急冷ガスを供給するタイミングとの差をδｇとし、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態から低温状態に切り換るタイミングをｔｅとするとき、０＜δｇ≦ｔｅであることが好ましい。
変調誘導熱プラズマ炎が高温状態になるタイミングと、急冷ガスを供給するタイミングとの差をδｇとし、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態から低温状態に切り換るタイミングをｔｅとするとき、０＜δｇ≦ｔｅであることが好ましい。
【0009】
本発明の他の態様は、微粒子とナノワイヤとの混合物の製造方法であって、熱プラズマ炎に、混合物用の原料を供給する第１の工程と、原料を熱プラズマ炎で蒸発させ気相状態の混合体とし、熱プラズマ炎に急冷ガスを供給する第２の工程を有し、原料は、シリコンであり、第１の工程では、熱プラズマ炎の温度状態を時間変調させて変調誘導熱プラズマ炎を発生させ、変調誘導熱プラズマ炎を周期的に高温状態と、高温状態よりも温度が低い低温状態とにし、原料を高温状態の変調誘導熱プラズマ炎に間歇的に供給し、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態のときに、原料の供給量を多くし、第２の工程では、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態のときに、急冷ガスの供給量を多くする、混合物の製造方法を提供するものである。
【0010】
原料を供給する第１の工程では、原料を粒子状態に分散して供給することが好ましい。
変調誘導熱プラズマ炎が高温状態になるタイミングと、急冷ガスを供給するタイミングとの差をδｇとし、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態から低温状態に切り換るタイミングをｔｅとするとき、０＜δｇ≦ｔｅであることが好ましい。
変調誘導熱プラズマ炎が高温状態になるタイミングと、急冷ガスを供給するタイミングとの差をδｇとし、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態から低温状態に切り換るタイミングをｔｅとするとき、０＜δｇ≦ｔｅであることが好ましい。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、微粒子とナノワイヤとの混合物を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施形態の微粒子とナノワイヤとの混合物の製造装置の一例を示す模式図である。
【図2】本発明の実施形態の微粒子とナノワイヤとの混合物の製造装置のプラズマトーチの一例を示す模式的部分断面図である。
【図3】パルス変調時のコイル電流の時間変化を説明図するグラフである。
【図4】（ａ）はコイル電流を変調するためのパルス制御信号を示すグラフであり、（ｂ）は急冷ガスの供給タイミングを示すグラフであり、（ｃ）は原料を供給するためのバルブの開閉タイミングを示すグラフであり、（ｄ）は原料の供給を示すグラフである。
【図5】実験例１のＳＥＭ像を示す模式図である。
【図6】実験例２のＳＥＭ像を示す模式図である。
【図7】実験例３のＳＥＭ像を示す模式図である。
【図8】実験例４のＳＥＭ像を示す模式図である。
【図9】実験例５のＳＥＭ像を示す模式図である。
【図10】実験例６のＳＥＭ像を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の混合物の製造装置および混合物の製造方法を詳細に説明する。
なお、以下に説明する図は、本発明を説明するための例示的なものであり、以下に示す図に本発明が限定されるものではない。
なお、以下に説明する図は、本発明を説明するための例示的なものであり、以下に示す図に本発明が限定されるものではない。
【0014】
（混合物の製造装置）
図１は本発明の実施形態の微粒子とナノワイヤとの混合物の製造装置の一例を示す模式図であり、図２は本発明の実施形態の微粒子とナノワイヤとの混合物の製造装置のプラズマトーチの一例を示す模式的部分断面図である。図３はパルス変調時のコイル電流の時間変化を説明図するグラフである。
図１に示す微粒子とナノワイヤとの混合物の製造装置１０（以下、単に製造装置１０という）は、微粒子とナノワイヤとの混合物用の原料に、シリコンを用いて、シリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの混合物を製造するものである。混合物用の原料に、例えば、シリコンの粉末を用いる。
図１は本発明の実施形態の微粒子とナノワイヤとの混合物の製造装置の一例を示す模式図であり、図２は本発明の実施形態の微粒子とナノワイヤとの混合物の製造装置のプラズマトーチの一例を示す模式的部分断面図である。図３はパルス変調時のコイル電流の時間変化を説明図するグラフである。
図１に示す微粒子とナノワイヤとの混合物の製造装置１０（以下、単に製造装置１０という）は、微粒子とナノワイヤとの混合物用の原料に、シリコンを用いて、シリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの混合物を製造するものである。混合物用の原料に、例えば、シリコンの粉末を用いる。
【0015】
［混合物］
ここで、微粒子とは、ナノサイズの微粒子であり、粒径が１０～２００ｎｍ程度の粒子である。微粒子の粒径は、好ましくは１０～１５０ｎｍである。微粒子の粒径は、ＳＥＭを用いて微粒子の１０視野の画像を取得し、各視野画像における微粒子の粒径を測定して得られた１０視野画像の微粒子の粒径の平均値である。
また、シリコンの微粒子は、シリコンで構成されたものである。なお、微粒子は、表面に炭素等の微粒子を構成するもの以外の物質が担持またはコーティングされていてもよい。
ナノワイヤとは、直径が２０～５０ｎｍ程度で、長さが直径の１０倍以上のもののことである。ナノワイヤは長さが直径の１０倍以上であれば、上限値は、特に限定されるものではなく、例えば、製造条件等の制約を受ける。また、シリコンのナノワイヤとは、シリコンで構成されたものである。なお、ナノワイヤは、上述の微粒子と同様に、表面に炭素等のナノワイヤを構成するもの以外の物質が担持またはコーティングされていてもよい。
混合物は、上述の微粒子と、ナノワイヤとを含む。
ここで、微粒子とは、ナノサイズの微粒子であり、粒径が１０～２００ｎｍ程度の粒子である。微粒子の粒径は、好ましくは１０～１５０ｎｍである。微粒子の粒径は、ＳＥＭを用いて微粒子の１０視野の画像を取得し、各視野画像における微粒子の粒径を測定して得られた１０視野画像の微粒子の粒径の平均値である。
また、シリコンの微粒子は、シリコンで構成されたものである。なお、微粒子は、表面に炭素等の微粒子を構成するもの以外の物質が担持またはコーティングされていてもよい。
ナノワイヤとは、直径が２０～５０ｎｍ程度で、長さが直径の１０倍以上のもののことである。ナノワイヤは長さが直径の１０倍以上であれば、上限値は、特に限定されるものではなく、例えば、製造条件等の制約を受ける。また、シリコンのナノワイヤとは、シリコンで構成されたものである。なお、ナノワイヤは、上述の微粒子と同様に、表面に炭素等のナノワイヤを構成するもの以外の物質が担持またはコーティングされていてもよい。
混合物は、上述の微粒子と、ナノワイヤとを含む。
【0016】
図１に示す製造装置１０は、原料供給部１２と、プラズマトーチ１４と、チャンバー１６と、回収部１８と、プラズマガス供給部２０と、プラズマ発生部２１と、気体供給部２２と、制御部２４とを有する。
原料供給部１２はプラズマトーチ１４に中空状の供給管１３を介して接続されている。
また、原料供給部１２とプラズマトーチ１４との間の供給管１３に、後述するように間歇供給部１５が設けられている。原料供給部１２は、プラズマトーチ１４の上部に設けられた間歇供給部１５のバルブ３０ｃに接続されている。
プラズマトーチ１４の下方にチャンバー１６が設けられ、チャンバー１６に回収部１８が設けられている。プラズマ発生部２１はプラズマトーチ１４に接続されており、後述するようにプラズマ発生部２１により、プラズマトーチ１４の内部に熱プラズマ炎１００が発生される。
原料供給部１２はプラズマトーチ１４に中空状の供給管１３を介して接続されている。
また、原料供給部１２とプラズマトーチ１４との間の供給管１３に、後述するように間歇供給部１５が設けられている。原料供給部１２は、プラズマトーチ１４の上部に設けられた間歇供給部１５のバルブ３０ｃに接続されている。
プラズマトーチ１４の下方にチャンバー１６が設けられ、チャンバー１６に回収部１８が設けられている。プラズマ発生部２１はプラズマトーチ１４に接続されており、後述するようにプラズマ発生部２１により、プラズマトーチ１４の内部に熱プラズマ炎１００が発生される。
【0017】
原料供給部１２は、混合物用の原料をプラズマトーチ１４の内部で発生する熱プラズマ炎１００中に供給するためのものである。
原料供給部１２は、混合物用の原料を熱プラズマ炎１００中に供給することができれば、特に限定されるものではなく、混合物用の原料を粒子状に分散させた状態で熱プラズマ炎１００中に供給するものと、混合物用の原料をスラリーにし、スラリーを液滴化した形態で熱プラズマ炎１００中に供給するものとの２通りの方式を用いることができる。
例えば、混合物用の原料は、シリコンであり、例えば、シリコンの粉末が用いられる。シリコンの粉末は、熱プラズマ炎中で容易に蒸発するように、その平均粒子径が適宜設定される。シリコンの粉末の平均粒子径は、例えば、ＢＥＴ径換算で、１００μｍ以下であり、好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下である。
原料供給部１２は、混合物用の原料を熱プラズマ炎１００中に供給することができれば、特に限定されるものではなく、混合物用の原料を粒子状に分散させた状態で熱プラズマ炎１００中に供給するものと、混合物用の原料をスラリーにし、スラリーを液滴化した形態で熱プラズマ炎１００中に供給するものとの２通りの方式を用いることができる。
例えば、混合物用の原料は、シリコンであり、例えば、シリコンの粉末が用いられる。シリコンの粉末は、熱プラズマ炎中で容易に蒸発するように、その平均粒子径が適宜設定される。シリコンの粉末の平均粒子径は、例えば、ＢＥＴ径換算で、１００μｍ以下であり、好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下である。
【0018】
例えば、混合物用の原料（以下、混合物用の原料のことを、単に原料ともいう。）に、シリコンの粉末を用いた場合、プラズマトーチ１４内の熱プラズマ炎１００中に、原料が供給される際には、原料が粒子状に分散されている必要がある。このため、例えば、原料は、キャリアガスに分散させて粒子状に供給される。この場合、例えば、原料供給部１２は、粉末の原料を分散状態に維持しつつ、定量的にプラズマトーチ１４内部の熱プラズマ炎１００中に、原料を粒子状態で供給するものである。このような機能を有する原料供給部１２としては、例えば、特許第３２１７４１５号公報、および特開２００７－１３８２８７号公報に開示されている装置が利用可能である。
例えば、原料供給部１２は、例えば、原料の粉末を貯蔵する貯蔵槽（図示せず）と、原料の粉末を定量搬送するスクリューフィーダ（図示せず）と、スクリューフィーダで搬送された原料の粉末が最終的に散布される前に、これを粒子の状態に分散させる分散部（図示せず）と、キャリアガス供給源（図示せず）とを有する。
キャリアガス供給源から押し出し圧力がかけられたキャリアガスとともに原料の粉末は供給管１３を介してプラズマトーチ１４内の熱プラズマ炎１００中へ供給される。
原料供給部１２は、原料の粉末の凝集を防止し、分散状態を維持したまま、原料の粉末を、粒子状に分散させた状態でプラズマトーチ１４内に散布することができるものであれば、その構成は特に限定されるものではない。キャリアガスには、例えば、アルゴンガス（Ａｒガス）、および窒素ガス等の不活性ガスが用いられる。
例えば、原料供給部１２は、例えば、原料の粉末を貯蔵する貯蔵槽（図示せず）と、原料の粉末を定量搬送するスクリューフィーダ（図示せず）と、スクリューフィーダで搬送された原料の粉末が最終的に散布される前に、これを粒子の状態に分散させる分散部（図示せず）と、キャリアガス供給源（図示せず）とを有する。
キャリアガス供給源から押し出し圧力がかけられたキャリアガスとともに原料の粉末は供給管１３を介してプラズマトーチ１４内の熱プラズマ炎１００中へ供給される。
原料供給部１２は、原料の粉末の凝集を防止し、分散状態を維持したまま、原料の粉末を、粒子状に分散させた状態でプラズマトーチ１４内に散布することができるものであれば、その構成は特に限定されるものではない。キャリアガスには、例えば、アルゴンガス（Ａｒガス）、および窒素ガス等の不活性ガスが用いられる。
【0019】
原料の粉末をスラリーの形態で供給する原料供給部１２は、例えば、特開２０１１－２１３５２４号公報に開示されているものを用いることができる。この場合、原料供給部１２は、原料の粉末が水等の液体に分散されたスラリー（図示せず）を入れる容器（図示せず）と、容器中のスラリーを攪拌する攪拌機（図示せず）と、供給管１３を介してスラリーに高圧をかけプラズマトーチ１４内に供給するためのポンプ（図示せず）と、スラリーを液滴化させてプラズマトーチ１４内へ供給するための噴霧ガスを供給する噴霧ガス供給源（図示せず）とを有する。噴霧ガス供給源は、キャリアガス供給源に相当するものである。噴霧ガスのことをキャリアガスともいう。
スラリーの形態で原料を供給する場合、原料の粉末を水等の液体に分散させてスラリーにする。なお、スラリー中の原料の粉末と水との混合比は、特に限定されるものではなく、例えば、質量比で５：５（５０％：５０％）である。
スラリーの形態で原料を供給する場合、原料の粉末を水等の液体に分散させてスラリーにする。なお、スラリー中の原料の粉末と水との混合比は、特に限定されるものではなく、例えば、質量比で５：５（５０％：５０％）である。
【0020】
原料の粉末をスラリーにして、スラリーを液滴化した形態で供給する原料供給部１２を用いた場合、噴霧ガス供給源から押し出し圧力をかけられた噴霧ガスが、スラリーとともに供給管１３を介してプラズマトーチ１４内の熱プラズマ炎１００中へ供給される。供給管１３は、スラリーをプラズマトーチ内の熱プラズマ炎１００中に噴霧し液滴化するための二流体ノズル機構を有しており、これにより、スラリーをプラズマトーチ１４内の熱プラズマ炎１００中に噴霧する。すなわち、スラリーを液滴化させることができる。噴霧ガスには、上述のキャリアガスと同様に、例えば、アルゴンガス（Ａｒガス）、窒素ガス等の不活性ガスが用いられる。
このように、二流体ノズル機構は、スラリーに高圧をかけ、気体である噴霧ガス（キャリアガス）によりスラリーを噴霧することができ、スラリーを液滴化させるための一つの方法として用いられる。
なお、上述の二流体ノズル機構に限定されるものではなく、一流体ノズル機構を用いてもよい。さらに他の方法として、例えば、回転している円板上にスラリーを一定速度で落下させて遠心力により液滴化する（液滴を形成する）方法、スラリー表面に高い電圧を印加して液滴化する（液滴を発生させる）方法等が挙げられる。
このように、二流体ノズル機構は、スラリーに高圧をかけ、気体である噴霧ガス（キャリアガス）によりスラリーを噴霧することができ、スラリーを液滴化させるための一つの方法として用いられる。
なお、上述の二流体ノズル機構に限定されるものではなく、一流体ノズル機構を用いてもよい。さらに他の方法として、例えば、回転している円板上にスラリーを一定速度で落下させて遠心力により液滴化する（液滴を形成する）方法、スラリー表面に高い電圧を印加して液滴化する（液滴を発生させる）方法等が挙げられる。
【0021】
プラズマトーチ１４は、内部に熱プラズマ炎１００が発生されるものであり、原料供給部１２により供給される原料を熱プラズマ炎１００にて蒸発させて気相状態の混合体４５とするものである。
図２に示すように、プラズマトーチ１４は、石英管１４ａと、石英管１４ａの外面に設けられた、プラズマトーチ１４の外側を取り巻く高周波発振用コイル１４ｂとで構成されている。プラズマトーチ１４の上部には、供給管１３が挿入される供給口１４ｃがその中央部に設けられており、プラズマガス供給口１４ｄがその周辺部（同一円周上）に形成されている。
供給管１３により、例えば、粉末状の原料と、アルゴンガスまたは水素ガス等のキャリアガスとがプラズマトーチ１４内に供給される。
図２に示すように、プラズマトーチ１４は、石英管１４ａと、石英管１４ａの外面に設けられた、プラズマトーチ１４の外側を取り巻く高周波発振用コイル１４ｂとで構成されている。プラズマトーチ１４の上部には、供給管１３が挿入される供給口１４ｃがその中央部に設けられており、プラズマガス供給口１４ｄがその周辺部（同一円周上）に形成されている。
供給管１３により、例えば、粉末状の原料と、アルゴンガスまたは水素ガス等のキャリアガスとがプラズマトーチ１４内に供給される。
【0022】
プラズマガス供給口１４ｄは、例えば、図示しない配管によりプラズマガス供給部２０が接続されている。プラズマガス供給部２０は、プラズマガス供給口１４ｄを介してプラズマトーチ１４内にプラズマガスを供給するものである。プラズマガスとしては、例えば、アルゴンガスおよび水素ガス等が単独または適宜組み合わせて用いられる。
【0023】
また、プラズマトーチ１４の石英管１４ａの外側は、同心円状に形成された石英管１４ｅで囲まれており、石英管１４ａと１４ｅの間に冷却水１４ｆを循環させて石英管１４ａを水冷し、プラズマトーチ１４内で発生した熱プラズマ炎１００により石英管１４ａが高温になりすぎるのを防止している。
【0024】
プラズマ発生部２１は、高周波電源（図示せず）を有するものであり、高周波発振用コイル１４ｂに高周波電流を印加する。高周波発振用コイル１４ｂに高周波電流が印加されると、プラズマトーチ１４の内部に熱プラズマ炎１００が発生する。
プラズマ発生部２１は、高周波変調誘導熱プラズマ発生部２６を有する。
高周波変調誘導熱プラズマ発生部２６により、プラズマトーチ１４の内部に熱プラズマ炎１００が発生されるとともに、熱プラズマ炎１００の温度状態が時間変調されて、熱プラズマ炎１００の温度状態が周期的に高温状態と、高温状態よりも温度が低い低温状態になる。
熱プラズマ炎が所定時間間隔で周期的に高温状態と、この高温状態よりも温度が低い低温状態にされたもの、すなわち、熱プラズマ炎の温度状態が時間変調されたもののことを変調誘導熱プラズマ炎という。
プラズマ発生部２１は、高周波変調誘導熱プラズマ発生部２６を有する。
高周波変調誘導熱プラズマ発生部２６により、プラズマトーチ１４の内部に熱プラズマ炎１００が発生されるとともに、熱プラズマ炎１００の温度状態が時間変調されて、熱プラズマ炎１００の温度状態が周期的に高温状態と、高温状態よりも温度が低い低温状態になる。
熱プラズマ炎が所定時間間隔で周期的に高温状態と、この高温状態よりも温度が低い低温状態にされたもの、すなわち、熱プラズマ炎の温度状態が時間変調されたもののことを変調誘導熱プラズマ炎という。
【0025】
高周波変調誘導熱プラズマ発生部２６は、熱プラズマ炎１００を発生させるための高周波電流を高周波発振用コイル１４ｂ（図２参照）に供給するとともに、高周波発振用コイル１４ｂへの高周波電流を所定時間間隔で振幅変調することができるものである。以下、熱プラズマ炎１００を発生させるために高周波発振用コイル１４ｂに供給する高周波電流を、コイル電流という。
高周波変調誘導熱プラズマ発生部２６は、高周波インバータ電源２８ａと、インピーダンス整合回路２８ｂと、パルス信号発生器２８ｃと、ＦＥＴゲート信号回路２８ｄとを有する。
高周波変調誘導熱プラズマ発生部２６は、高周波インバータ電源２８ａと、インピーダンス整合回路２８ｂと、パルス信号発生器２８ｃと、ＦＥＴゲート信号回路２８ｄとを有する。
【0026】
高周波インバータ電源２８ａを構成するＭＯＳＦＥＴインバータ電源は、電流の振幅を変調できる機能を有しており、コイル電流を振幅変調できる。
高周波インバータ電源２８ａは、例えば、整流回路と、ＭＯＳＦＥＴインバータ回路とを有する。高周波インバータ電源２８ａにおいて、整流回路は、例えば、入力電源として三相交流を用いるものであり、三相全波整流回路により交流－直流変換を行った後、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を用いたＤＣ－ＤＣコンバータにより、その出力電圧値を変化させる。
高周波インバータ電源２８ａは、例えば、整流回路と、ＭＯＳＦＥＴインバータ回路とを有する。高周波インバータ電源２８ａにおいて、整流回路は、例えば、入力電源として三相交流を用いるものであり、三相全波整流回路により交流－直流変換を行った後、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を用いたＤＣ－ＤＣコンバータにより、その出力電圧値を変化させる。
【0027】
ＭＯＳＦＥＴインバータ回路は、整流回路に接続されており、整流回路で得られた直流を交流に変換するものである。これにより、インバータ出力、すなわち、コイル電流が振幅変調（ＡＭ変調）される。
高周波インバータ電源２８ａは、出力側にインピーダンス整合回路２８ｂが接続されている。このインピーダンス整合回路２８ｂは、コンデンサ、共振コイルからなる直列共振回路により構成されており、プラズマ負荷を含めた負荷インピーダンスの共振周波数が高周波インバータ電源２８ａの駆動周波数領域内となるようにインピーダンスマッチングを行うものである。
高周波インバータ電源２８ａは、出力側にインピーダンス整合回路２８ｂが接続されている。このインピーダンス整合回路２８ｂは、コンデンサ、共振コイルからなる直列共振回路により構成されており、プラズマ負荷を含めた負荷インピーダンスの共振周波数が高周波インバータ電源２８ａの駆動周波数領域内となるようにインピーダンスマッチングを行うものである。
【0028】
パルス信号発生器２８ｃは、高周波変調誘導熱プラズマを維持するコイル電流の振幅に矩形波変調を加えるためのパルス制御信号を発生させるものである。
ＦＥＴゲート信号回路２８ｄは、パルス信号発生器２８ｃで発生されたパルス制御信号に基づく変調信号を、高周波インバータ電源２８ａのＭＯＳＦＥＴインバータ回路のＭＯＳＦＥＴのゲートに供給するものである。これにより、パルス信号発生器２８ｃによるパルス制御信号でコイル電流を振幅変調して振幅を相対的に大きくするか、または小さくして、例えば、図３に示す矩形波１０２のように、コイル電流をパルス変調することができる。コイル電流をパルス変調することにより、熱プラズマ炎１００を、所定時間間隔で周期的に高温状態と、この高温状態よりも温度が低い低温状態にすることができる。高周波変調誘導熱プラズマ発生部２６においては、高周波発振用コイル１４ｂに、単に高周波電流を供給することにより、温度状態が変わらない熱プラズマ炎を発生させることもできる。なお、図３は縦軸が電流であり、横軸が時間である。
原料を間歇的に供給する場合、熱プラズマ炎１００の高温状態に同期させて原料を供給して、原料を高温状態で完全に蒸発させて気相状態の混合体４５（図２参照）とし、さらに熱プラズマ炎１００の低温状態の時にも、原料を供給し、かつ急冷ガスを供給して気相状態の混合体４５（図２参照）を急冷する。
ＦＥＴゲート信号回路２８ｄは、パルス信号発生器２８ｃで発生されたパルス制御信号に基づく変調信号を、高周波インバータ電源２８ａのＭＯＳＦＥＴインバータ回路のＭＯＳＦＥＴのゲートに供給するものである。これにより、パルス信号発生器２８ｃによるパルス制御信号でコイル電流を振幅変調して振幅を相対的に大きくするか、または小さくして、例えば、図３に示す矩形波１０２のように、コイル電流をパルス変調することができる。コイル電流をパルス変調することにより、熱プラズマ炎１００を、所定時間間隔で周期的に高温状態と、この高温状態よりも温度が低い低温状態にすることができる。高周波変調誘導熱プラズマ発生部２６においては、高周波発振用コイル１４ｂに、単に高周波電流を供給することにより、温度状態が変わらない熱プラズマ炎を発生させることもできる。なお、図３は縦軸が電流であり、横軸が時間である。
原料を間歇的に供給する場合、熱プラズマ炎１００の高温状態に同期させて原料を供給して、原料を高温状態で完全に蒸発させて気相状態の混合体４５（図２参照）とし、さらに熱プラズマ炎１００の低温状態の時にも、原料を供給し、かつ急冷ガスを供給して気相状態の混合体４５（図２参照）を急冷する。
【0029】
なお、図３に示す矩形波１０２において、コイル電流に対して電流振幅の高値（ＨＣＬ）、低値（ＬＣＬ）と定義し、時間変調の周期、すなわち、変調周期Ｔｐの中で、ＨＣＬをとる時間をオン時間ｔｐ１、ＬＣＬをとる時間をオフ時間ｔｐ２と定義する。さらに、一周期におけるオン時間ｔｐ１の割合（オン時間／（オン時間＋オフ時間）×１００（％））をデューティ比（ＤＦ）とする。また、コイルの電流振幅の比（ＬＣＬ／ＨＣＬ×１００（％））を電流変調率（ＳＣＬ）とする。
また、矩形波１０２において、オン時間ｔｐ１、オフ時間ｔｐ２、および変調周期Ｔｐ（１周期）は、いずれもミリ秒オーダーであることが好ましい。例えば、デューティ比（ＤＦ）が８０％の場合、変調周期Ｔｐが１５ｍｓでは、オン時間ｔｐ１が１２ｍｓであり、オフ時間ｔｐ２が３ｍｓである。なお、変調周期Ｔｐは、変調誘導熱プラズマ炎の時間変調の周期である。
また、矩形波１０２において、オン時間ｔｐ１、オフ時間ｔｐ２、および変調周期Ｔｐ（１周期）は、いずれもミリ秒オーダーであることが好ましい。例えば、デューティ比（ＤＦ）が８０％の場合、変調周期Ｔｐが１５ｍｓでは、オン時間ｔｐ１が１２ｍｓであり、オフ時間ｔｐ２が３ｍｓである。なお、変調周期Ｔｐは、変調誘導熱プラズマ炎の時間変調の周期である。
【0030】
さらには、パルス制御信号を用いて、コイル電流を振幅変調する際には、予め定められている波形、例えば、矩形波を用いて振幅変調することが好ましい。なお、コイル電流の振幅変調は、矩形波に限定されるものではなく、三角波、のこぎり波、逆のこぎり波、または正弦波等を含む曲線を含む繰り返し波からなる波形を用いることができる。
時間変調の際、熱プラズマ炎の高温状態と低温状態との変化、急冷ガスの供給および原料の供給とは、関数で表される時間変化が同じであることが好ましい。これにより、急冷ガスの供給、原料の供給、および熱プラズマ炎の温度状態のタイミングを合わせやすくなる。
また、プラズマトーチ１４内における圧力雰囲気は、混合物の製造条件に応じて適宜決定されるものであり、例えば、大気圧以下である。ここで、大気圧以下の雰囲気については、特に限定されないが、例えば、５Ｔｏｒｒ（６６６．５Ｐａ）～７５０Ｔｏｒｒ（９９．９７５ｋＰａ）とすることができる。
時間変調の際、熱プラズマ炎の高温状態と低温状態との変化、急冷ガスの供給および原料の供給とは、関数で表される時間変化が同じであることが好ましい。これにより、急冷ガスの供給、原料の供給、および熱プラズマ炎の温度状態のタイミングを合わせやすくなる。
また、プラズマトーチ１４内における圧力雰囲気は、混合物の製造条件に応じて適宜決定されるものであり、例えば、大気圧以下である。ここで、大気圧以下の雰囲気については、特に限定されないが、例えば、５Ｔｏｒｒ（６６６．５Ｐａ）～７５０Ｔｏｒｒ（９９．９７５ｋＰａ）とすることができる。
【0031】
図１に示すようにチャンバー１６は、プラズマトーチ１４に近い方から、上流チャンバー１６ａがプラズマトーチ１４と同軸方向に取り付けられている。また、上流チャンバー１６ａと垂直に下流チャンバー１６ｂを設け、さらに下流に、上述の混合物を捕集するための所望のフィルター１８ａを備える回収部１８が設けられている。製造装置１０において、混合物の回収場所は、例えば、フィルター１８ａである。
チャンバー１６の上部に、気体供給部２２が接続されている。
気体供給部２２から供給される急冷ガスＱｇ（図２参照）により、チャンバー１６内で、微粒子（図示せず）とナノワイヤ（図示せず）との混合物（図示せず）が生成される。また、チャンバー１６は冷却槽として機能するものである。
チャンバー１６の上部に、気体供給部２２が接続されている。
気体供給部２２から供給される急冷ガスＱｇ（図２参照）により、チャンバー１６内で、微粒子（図示せず）とナノワイヤ（図示せず）との混合物（図示せず）が生成される。また、チャンバー１６は冷却槽として機能するものである。
【0032】
回収部１８は、フィルター１８ａを備えた回収室と、この回収室内下方に設けられた管を介して接続された真空ポンプ１８ｂとを備えている。チャンバー１６から送られた混合物は、上述の真空ポンプ１８ｂで吸引されることにより、混合物が回収室内に引き込まれ、フィルター１８ａの表面で留まった状態にて、上述の混合物が回収される。すなわち、微粒子とナノワイヤとが回収される。
【0033】
気体供給部２２は、チャンバー１６内の熱プラズマ炎１００に急冷ガスを供給するものである。急冷ガスは、混合体４５（図２参照）に対する冷却ガスとして機能するものである。気体供給部２２は、気体が貯留されるボンベ等の気体供給源（図示せず）と、気体供給源に接続されたレギュレータ（圧力調整器）と、ガス供給量を制御する調整弁（図示せず）とを有する。レギュレータと調整弁とはチューブで接続され、調整弁とチャンバー１６とはチューブで接続されている。なお、急冷ガスを、後述のように複数の方向から供給する場合、調整弁とチャンバー１６とを、複数のチューブを用いて接続する。
気体供給源は、急冷ガスの組成に応じたものが用いられ、気体の種類は１種類に限定されるものではなく、急冷ガスを混合ガスとする場合、気体供給源を複数用意し、複数の気体供給源を、それぞれチューブを用いてレギュレータに接続する。
急冷ガスは、混合体４５（図２参照）を冷却する機能を発揮するものであれば、特に限定されるものではない。急冷ガスには、アルゴンガス（Ａｒガス）と、メタンガス（ＣＨ４ガス）との混合ガスが用いられる。
また、急冷ガスには、例えば、原料と反応しない、アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガス等の不活性ガスが用いられる。急冷ガスは、これ以外に、水素ガスを含有してもよい。また、急冷ガスは、原料と反応する反応性ガスを含有してよい。反応性ガスとしては、例えば、メタン、エタン，プロパン，ブタン，アセチレン，エチレン，プロピレン，ブテン等の炭素数４以下の各種の炭化水素ガス等が挙げられる。
気体供給源は、急冷ガスの組成に応じたものが用いられ、気体の種類は１種類に限定されるものではなく、急冷ガスを混合ガスとする場合、気体供給源を複数用意し、複数の気体供給源を、それぞれチューブを用いてレギュレータに接続する。
急冷ガスは、混合体４５（図２参照）を冷却する機能を発揮するものであれば、特に限定されるものではない。急冷ガスには、アルゴンガス（Ａｒガス）と、メタンガス（ＣＨ４ガス）との混合ガスが用いられる。
また、急冷ガスには、例えば、原料と反応しない、アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガス等の不活性ガスが用いられる。急冷ガスは、これ以外に、水素ガスを含有してもよい。また、急冷ガスは、原料と反応する反応性ガスを含有してよい。反応性ガスとしては、例えば、メタン、エタン，プロパン，ブタン，アセチレン，エチレン，プロピレン，ブテン等の炭素数４以下の各種の炭化水素ガス等が挙げられる。
【0034】
気体供給部２２は、例えば、熱プラズマ炎１００の尾部１００ｂ（図２参照）に向かって、例えば、横方向から、すなわち、水平に、急冷ガスＱｇ（冷却ガス）を供給し、かつチャンバー１６の内壁に沿って上方から下方に向かって、急冷ガス（冷却ガス）を供給する。
【0035】
気体供給部２２からチャンバー１６内に供給される急冷ガスにより、熱プラズマ炎１００で気相状態にされた混合体４５（図２参照）が急冷されて、シリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの混合物が得られる。原料にシリコンを用い、急冷ガスにアルゴンガスと、メタンガスとの混合ガスを用いた場合、表面に炭素が担持またはコーティングされたシリコンの微粒子、および表面に炭素が担持またはコーティングされたシリコンのナノワイヤの混合物が得られる。
また、チャンバー１６の内壁面に沿って、急冷ガスを供給することにより、微粒子の回収の過程において、微粒子のチャンバー１６の内壁への付着が防止され、生成した、上述のシリコンの微粒子およびシリコンのナノワイヤの混合物の収率が向上する。
また、チャンバー１６の内壁面に沿って、急冷ガスを供給することにより、微粒子の回収の過程において、微粒子のチャンバー１６の内壁への付着が防止され、生成した、上述のシリコンの微粒子およびシリコンのナノワイヤの混合物の収率が向上する。
【0036】
気体供給部２２は、上述のように熱プラズマ炎１００に急冷ガスを供給するものであるが、急冷ガスの供給量は、一定ではなく、熱プラズマ炎１００と同様に、矩形波状に時間変調して急冷ガスを供給する。これにより、気体供給部２２は、熱プラズマ炎１００が高温状態のときに、急冷ガスの供給量を多くすることができる。なお、急冷ガスの供給量の時間変化については後に説明する。
気体供給部２２における急冷ガスの時間変調は、例えば、気体供給源からの供給量を一定にし、調整弁に、例えば、ボールバルブを用いて、供給量を時間変調する。
気体供給部２２における急冷ガスの時間変調は、例えば、気体供給源からの供給量を一定にし、調整弁に、例えば、ボールバルブを用いて、供給量を時間変調する。
【0037】
気体供給部２２の熱プラズマ炎１００への急冷ガスの供給方法は、特に限定されるものではなく、１方向から急冷ガスを供給してもよい。また、熱プラズマ炎１００の周囲を囲む、複数の方向から急冷ガスを供給してもよい。この場合、急冷ガスの供給口をチャンバー１６の外周面に、周方向に沿って複数に、例えば、等間隔に設けるが、等間隔に限定されるものではない。
複数の方向から急冷ガスを供給する場合、供給タイミングは、例えば、複数の方向から同期して急冷ガスを供給する。
複数の方向から急冷ガスを供給する場合、供給タイミングは、例えば、複数の方向から同期して急冷ガスを供給する。
【0038】
原料供給部１２は、上述のように、熱プラズマ炎１００に原料を、予め定めた量を供給するものである。
原料供給部１２は、原料の熱プラズマ炎１００中への供給量を時間変調して、原料を熱プラズマ炎１００中に供給する。
この場合、例えば、供給管１３に間歇供給部１５を設ける。間歇供給部１５は、プラズマトーチ１４内への原料の供給を間歇的に行うためのものである。間歇供給部１５により、チャンバー１６内に原料を時間変調して供給する。原料の供給量の変化は、特に限定されるものではなく、例えば、矩形波状である。
なお、急冷ガスの供給量の時間変調、および原料の供給量の時間変調は、上述のコイル電流の振幅変調と同様に、矩形波に限定されるものではなく、三角波、のこぎり波、逆のこぎり波、または正弦波等を含む曲線を含む繰り返し波からなる波形を用いることができる。
原料供給部１２は、原料の熱プラズマ炎１００中への供給量を時間変調して、原料を熱プラズマ炎１００中に供給する。
この場合、例えば、供給管１３に間歇供給部１５を設ける。間歇供給部１５は、プラズマトーチ１４内への原料の供給を間歇的に行うためのものである。間歇供給部１５により、チャンバー１６内に原料を時間変調して供給する。原料の供給量の変化は、特に限定されるものではなく、例えば、矩形波状である。
なお、急冷ガスの供給量の時間変調、および原料の供給量の時間変調は、上述のコイル電流の振幅変調と同様に、矩形波に限定されるものではなく、三角波、のこぎり波、逆のこぎり波、または正弦波等を含む曲線を含む繰り返し波からなる波形を用いることができる。
【0039】
間歇供給部１５は、例えば、供給管１３に接続されたソレノイドバルブ（電磁弁）を用いて、原料の供給量を時間変調する。制御部２４により、ソレノイドバルブの開閉が制御される。ソレノイドバルブ以外に、ボールバルブを用いてもよい。この場合も、制御部２４により、ボールバルブの開閉が制御される。
【0040】
また、間歇供給部１５は、トリガ回路３０ａと、電磁コイル３０ｂと、バルブ３０ｃとを有する構成でもよい。
トリガ回路３０ａは、パルス信号発生器２８ｃに接続されており、パルス信号発生器２８ｃからパルス制御信号が入力されて、この入力されたパルス制御信号に同期してＴＴＬ（Transistor Transistor Logic）レベルの信号を発生するものである。
電磁コイル３０ｂは、トリガ回路３０ａに接続されており、トリガ回路３０ａからのＴＴＬレベルの信号に基づいてバルブ３０ｃを開閉させるものである。
トリガ回路３０ａは、パルス信号発生器２８ｃに接続されており、パルス信号発生器２８ｃからパルス制御信号が入力されて、この入力されたパルス制御信号に同期してＴＴＬ（Transistor Transistor Logic）レベルの信号を発生するものである。
電磁コイル３０ｂは、トリガ回路３０ａに接続されており、トリガ回路３０ａからのＴＴＬレベルの信号に基づいてバルブ３０ｃを開閉させるものである。
【0041】
バルブ３０ｃは、原料供給部１２から、例えば、キャリアガスとともに供給される混合物用の原料のプラズマトーチ１４内部への進入を制御するものであり、上述のように、電磁コイル３０ｂにより開閉が制御される。これにより、熱プラズマ炎１００の時間変調に合わせて、原料の供給量を変えることができる。例えば、熱プラズマ炎１００が高温状態のときに、すなわち、図３に示すオン時間（ｔｐ１）に原料の供給量を多くすることができる。
【0042】
上述のように、製造装置１０は、熱プラズマ炎１００、原料の供給、および急冷ガスを時間変調して供給することができる。
プラズマ発生部２１は、熱プラズマ炎として、温度状態が時間変調された変調誘導熱プラズマ炎を発生させ、変調誘導熱プラズマ炎を周期的に高温状態と、高温状態よりも温度が低い低温状態とにする。原料供給部１２は、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態のときに、原料の供給量を多くし、気体供給部２２は、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態のときに、急冷ガスの供給量を多くする。これにより、シリコンの粉末から、上述のシリコンの微粒子およびシリコンのナノワイヤが製造できる。これについては、シリコンの粉末が熱プラズマ炎で蒸発した後に、核生成した粒子が、それぞれ異なる急冷プロセスをたどることにより、微粒子とナノワイヤが生成されると推測される。
製造装置１０では、微粒子をナノサイズにできることにより、シリコンの微粒子とシリコンのナノワイヤが共存する混合物を、例えば、電極材料に用いた場合、微粒子が膨張してもクラックを抑えることができ、電極材料として十分な機能を発揮できる。
プラズマ発生部２１は、熱プラズマ炎として、温度状態が時間変調された変調誘導熱プラズマ炎を発生させ、変調誘導熱プラズマ炎を周期的に高温状態と、高温状態よりも温度が低い低温状態とにする。原料供給部１２は、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態のときに、原料の供給量を多くし、気体供給部２２は、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態のときに、急冷ガスの供給量を多くする。これにより、シリコンの粉末から、上述のシリコンの微粒子およびシリコンのナノワイヤが製造できる。これについては、シリコンの粉末が熱プラズマ炎で蒸発した後に、核生成した粒子が、それぞれ異なる急冷プロセスをたどることにより、微粒子とナノワイヤが生成されると推測される。
製造装置１０では、微粒子をナノサイズにできることにより、シリコンの微粒子とシリコンのナノワイヤが共存する混合物を、例えば、電極材料に用いた場合、微粒子が膨張してもクラックを抑えることができ、電極材料として十分な機能を発揮できる。
【0043】
次に、熱プラズマ炎の温度状態、急冷ガスの供給、および原料の供給のタイミングについて説明する。
図４（ａ）はコイル電流を変調するためのパルス制御信号を示すグラフであり、（ｂ）は急冷ガスの供給タイミングを示すグラフであり、（ｃ）は原料を供給するためのバルブの開閉タイミングを示すグラフであり、（ｄ）は原料の供給を示すグラフである。
ナノワイヤを製造する際、急冷ガスの供給に関しては、図４（ａ）に示すパルス制御信号１０４がパルス信号発生器２８ｃから気体供給部２２に出力されて、このパルス制御信号１０４に同期して、図４（ｂ）に示すタイミング信号１０６が生成される。タイミング信号１０６に基づいて、急冷ガスが供給される。
図４（ａ）はコイル電流を変調するためのパルス制御信号を示すグラフであり、（ｂ）は急冷ガスの供給タイミングを示すグラフであり、（ｃ）は原料を供給するためのバルブの開閉タイミングを示すグラフであり、（ｄ）は原料の供給を示すグラフである。
ナノワイヤを製造する際、急冷ガスの供給に関しては、図４（ａ）に示すパルス制御信号１０４がパルス信号発生器２８ｃから気体供給部２２に出力されて、このパルス制御信号１０４に同期して、図４（ｂ）に示すタイミング信号１０６が生成される。タイミング信号１０６に基づいて、急冷ガスが供給される。
【0044】
また、原料の供給に関しては、本実施形態においては、図４（ａ）に示すパルス制御信号１０４がパルス信号発生器２８ｃから出力されて、このパルス制御信号１０４に同期したＴＴＬレベルの信号がトリガ回路３０ａで作成される。このＴＴＬレベルの信号に基づいて、図４（ｃ）に示すタイミング信号１０８で、バルブ３０ｃが所定の時間間隔で開閉される。その結果、図４（ｄ）に示す波形１０９で、例えば、原料粉末がプラズマトーチ１４内に間歇的に供給され、熱プラズマ炎１００に間歇的に、原料粉末が供給される。
【0045】
図４（ａ）に示すパルス制御信号１０４が図３に示す矩形波１０２に対応する。パルス制御信号１０４の信号値が高いときに、熱プラズマ炎１００が高温状態であり、信号値が低いときに、熱プラズマ炎１００が高温状態よりも温度が低い低温状態である。オン時間ｔｐ１が熱プラズマ炎１００の高温状態であり、オフ時間ｔｐ２が低温状態である。変調誘導熱プラズマ炎が高温状態から低温状態に切り換るタイミングをｔｅとする。すなわち、オン時間ｔｐ１からオフ時間ｔｐ２に切り換るタイミングがｔｅである。
図４（ｂ）に示すタイミング信号１０６の信号値が高いときに急冷ガスが供給され、信号値が低いときに急冷ガスが供給されない。タイミング信号１０６は、一周期Ｔｇにおいて、信号値が高いオン時間ｔｇ１と、信号値が低いオフ時間ｔｇ２とを有し、オン時間ｔｇ１に急冷ガスが供給される。
図４（ｃ）に示すタイミング信号１０８の信号値が高いときに原料が供給され、信号値が低いときに原料が供給されない。タイミング信号１０８は、一周期Ｔｆにおいて、信号値が高いオン時間ｔｇ１と、信号値が低いオフ時間ｔｆ２とを有し、オン時間ｔｆ１に原料が供給される。
上述のようにして、ＴＴＬレベルの信号に基づいて、熱プラズマ炎の温度状態、急冷ガスの供給、および原料の供給のタイミングを高い精度で合わせることができる。
図４（ｂ）に示すタイミング信号１０６の信号値が高いときに急冷ガスが供給され、信号値が低いときに急冷ガスが供給されない。タイミング信号１０６は、一周期Ｔｇにおいて、信号値が高いオン時間ｔｇ１と、信号値が低いオフ時間ｔｇ２とを有し、オン時間ｔｇ１に急冷ガスが供給される。
図４（ｃ）に示すタイミング信号１０８の信号値が高いときに原料が供給され、信号値が低いときに原料が供給されない。タイミング信号１０８は、一周期Ｔｆにおいて、信号値が高いオン時間ｔｇ１と、信号値が低いオフ時間ｔｆ２とを有し、オン時間ｔｆ１に原料が供給される。
上述のようにして、ＴＴＬレベルの信号に基づいて、熱プラズマ炎の温度状態、急冷ガスの供給、および原料の供給のタイミングを高い精度で合わせることができる。
【0046】
なお、製造装置１０では、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態になるタイミングと、急冷ガスを供給するタイミングとの差δｇ（図４（ｂ）参照）は、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態から低温状態に切り換るタイミングをｔｅとするとき、０＜δｇ≦ｔｅであることが好ましい。上述の差δｇが０＜δｇ≦ｔｅであれば、シリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの混合物の製造が容易になる。
なお、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態になるタイミングは、図４（ａ）では、時間がゼロのとき、またはオフ時間ｔｐ２直後である。
上述の差δｇは、図４（ａ）に示すパルス制御信号１０４の立ち上がりをｔ＝０とするとき、ｔ＝０から、図４（ｂ）に示すタイミング信号１０６が立ち上がるｔ＝ｔｇまでの時間である。
変調誘導熱プラズマ炎の変調周期Ｔｐが１５ｍｓであり、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態から低温状態に切り換るタイミングｔｅが１２ｍｓの場合、差δｇ（図４（ｂ）参照）は、０超１２ｍｓ以下（０＜δｇ≦１２ｍｓ）であることが好ましい。上述の差δｇが０超１２ｍｓ以下であれば、シリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの混合物の製造が容易になる。
なお、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態になるタイミングは、図４（ａ）では、時間がゼロのとき、またはオフ時間ｔｐ２直後である。
上述の差δｇは、図４（ａ）に示すパルス制御信号１０４の立ち上がりをｔ＝０とするとき、ｔ＝０から、図４（ｂ）に示すタイミング信号１０６が立ち上がるｔ＝ｔｇまでの時間である。
変調誘導熱プラズマ炎の変調周期Ｔｐが１５ｍｓであり、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態から低温状態に切り換るタイミングｔｅが１２ｍｓの場合、差δｇ（図４（ｂ）参照）は、０超１２ｍｓ以下（０＜δｇ≦１２ｍｓ）であることが好ましい。上述の差δｇが０超１２ｍｓ以下であれば、シリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの混合物の製造が容易になる。
【0047】
また、図４（ｃ）に示すδｆは、原料の供給のずれ量を表し、ｔ＝０から、タイミング信号１０８が立ち上がるｔ＝ｔｆまでの時間である。例えば、変調周期Ｔｐが１５ｍｓの場合、δｆは６ｍｓである。
製造装置１０では、上述の差δｇを変える等、製造条件を調整することにより、シリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの混合物を得ることができることに加え、混合物中におけるシリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの構成比を変えることもできる。
製造装置１０では、上述の差δｇを変える等、製造条件を調整することにより、シリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの混合物を得ることができることに加え、混合物中におけるシリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの構成比を変えることもできる。
【0048】
なお、製造装置１０では、上述のように熱プラズマ炎１００の高温状態、および低温状態の温度状態のタイミングをフィードバック制御してもよい。また、バルブ３０ｃの開閉タイミングを制御してもよい。この場合、トリガ回路３０ａで作成されるＴＴＬレベルの信号、すなわち、電磁コイル３０ｂへの入力信号の位相をずらすような信号を作成し、この信号をトリガ回路３０ａに供給する。これにより、原料の供給のタイミングを、熱プラズマ炎が高温状態、低温状態、または高温状態と低温状態にまたがる状態とすることができる。
上述のように、製造装置１０では、熱プラズマ炎の温度、急冷ガスの時間変調、および原料の供給を時間変調することができる。時間変調のタイミングを調整することより、ナノワイヤを製造できる。熱プラズマ炎の温度状態の変化のタイミングと、急冷ガスの供給タイミングと、原料の供給タイミングとは制御部２４で調整される。
上述のように、製造装置１０では、熱プラズマ炎の温度、急冷ガスの時間変調、および原料の供給を時間変調することができる。時間変調のタイミングを調整することより、ナノワイヤを製造できる。熱プラズマ炎の温度状態の変化のタイミングと、急冷ガスの供給タイミングと、原料の供給タイミングとは制御部２４で調整される。
【0049】
また、製造装置１０では、熱プラズマ炎の温度を時間変調しているが、例えば、特許第５５６４３７０号公報に記載されているように分光分析を用いてもよい。この場合、変調誘導熱プラズマ炎について分光分析し、変調誘導熱プラズマ炎の放射光のうち、原料に由来する波長の光の強度に基づいて高周波変調誘導熱プラズマ発生部により変調誘導熱プラズマ炎の温度状態を時間変調させる。
【0050】
なお、本実施形態の製造装置１０は、原料に、例えば、シリコンの粉末を用い、シリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの混合物を製造することができる。この場合、シリコンの粉末をスラリー化しても、シリコンの微粒子とシリコンのナノワイヤとの混合物の製造を行うことができる。
【0051】
（混合物の製造方法）
次に、上述の製造装置１０を用いた微粒子とナノワイヤとの混合物の製造方法について説明する。
まず、微粒子とナノワイヤとの混合物の原料の粉末として、例えば、平均粒子径が１０μｍ以下のシリコンの粉末を原料供給部１２に投入する。
プラズマガスに、例えば、アルゴンガスおよび水素ガスを用いて、高周波発振用コイル１４ｂ（図２参照）に高周波電圧を印加し、プラズマトーチ１４内に熱プラズマ炎１００を発生させる。
次に、上述の製造装置１０を用いた微粒子とナノワイヤとの混合物の製造方法について説明する。
まず、微粒子とナノワイヤとの混合物の原料の粉末として、例えば、平均粒子径が１０μｍ以下のシリコンの粉末を原料供給部１２に投入する。
プラズマガスに、例えば、アルゴンガスおよび水素ガスを用いて、高周波発振用コイル１４ｂ（図２参照）に高周波電圧を印加し、プラズマトーチ１４内に熱プラズマ炎１００を発生させる。
【0052】
次に、キャリアガスとして、例えば、アルゴンガスを用いてシリコンの粉末を気体搬送し、供給管１３を介してプラズマトーチ１４内の熱プラズマ炎１００中に供給する（第１の工程）。
プラズマトーチ１４内に熱プラズマ炎を発生させるが、このとき、温度状態が時間変調されて周期的に高温状態と、この高温状態よりも温度が低い低温状態とにして変調誘導熱プラズマ炎とする。
プラズマトーチ１４内に熱プラズマ炎を発生させるが、このとき、温度状態が時間変調されて周期的に高温状態と、この高温状態よりも温度が低い低温状態とにして変調誘導熱プラズマ炎とする。
【0053】
第１の工程では、熱プラズマ炎の温度状態を時間変調させて変調誘導熱プラズマ炎を発生させ、変調誘導熱プラズマ炎（熱プラズマ炎）を周期的に高温状態と、高温状態よりも温度が低い低温状態とにし、原料を熱プラズマ炎に間歇的に供給する。原料の供給では、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態のときに、原料の供給量を多くする。
第１の工程において、供給されたシリコンの粉末は、熱プラズマ炎１００中で蒸発して気相状態の混合体４５（図２参照）となる。
次に、原料を熱プラズマ炎で蒸発させ気相状態の混合体とし、熱プラズマ炎に急冷ガスを供給する（第２の工程）。なお、急冷ガスとして、気体供給部２２から熱プラズマ炎１００の尾部１００ｂ（図２参照）に、例えば、アルゴンガスとメタンガスの混合ガスを供給する。
第１の工程において、供給されたシリコンの粉末は、熱プラズマ炎１００中で蒸発して気相状態の混合体４５（図２参照）となる。
次に、原料を熱プラズマ炎で蒸発させ気相状態の混合体とし、熱プラズマ炎に急冷ガスを供給する（第２の工程）。なお、急冷ガスとして、気体供給部２２から熱プラズマ炎１００の尾部１００ｂ（図２参照）に、例えば、アルゴンガスとメタンガスの混合ガスを供給する。
【0054】
第２の工程では、急冷ガスを熱プラズマ炎に対して、供給量を周期的に変えて供給する。第２の工程では、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態のときに、急冷ガスの供給量を多くする。これにより、混合体４５（図２参照）を経て、上述のシリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの混合物が生成される。これについては、シリコンの粉末が熱プラズマ炎で蒸発した後に、核生成した粒子が、それぞれ異なる急冷プロセスをたどることにより、微粒子とナノワイヤが生成されると推測される。
そして、チャンバー１６内で得られたシリコンの微粒子とシリコンのナノワイヤとの混合物は、上述のように真空ポンプ１８ｂによる回収部１８からの負圧（吸引力）によって回収部１８のフィルター１８ａに捕集される。
製造方法でも、微粒子をナノサイズにできることにより、シリコンの微粒子とシリコンのナノワイヤが共存する混合物を、例えば、電極材料に用いた場合、微粒子が膨張してもクラックを抑えることができ、電極材料として十分な機能を発揮できる。
そして、チャンバー１６内で得られたシリコンの微粒子とシリコンのナノワイヤとの混合物は、上述のように真空ポンプ１８ｂによる回収部１８からの負圧（吸引力）によって回収部１８のフィルター１８ａに捕集される。
製造方法でも、微粒子をナノサイズにできることにより、シリコンの微粒子とシリコンのナノワイヤが共存する混合物を、例えば、電極材料に用いた場合、微粒子が膨張してもクラックを抑えることができ、電極材料として十分な機能を発揮できる。
【0055】
なお、製造方法でも、上述の製造装置と同様に、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態になるタイミングと、急冷ガスを供給するタイミングとの差δｇ（図４（ｂ）参照）は、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態から低温状態に切り換るタイミングをｔｅとするとき、０＜δｇ≦ｔｅであることが好ましい。上述の差δｇが０＜δｇ≦ｔｅであれば、シリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの混合物の製造が容易になる。
変調誘導熱プラズマ炎の変調周期Ｔｐが１５ｍｓであり、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態から低温状態に切り換るタイミングｔｅが１２ｍｓの場合、差δｇは、０超１２ｍｓ以下（０＜δｇ≦１２ｍｓ）であることが好ましい。上述の差δｇが０超１２ｍｓ以下であれば、シリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの混合物の製造が容易になる。
また、混合物の製造方法では、上述の差δｇを変える等、製造条件を調整することにより、シリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの混合物を得ることができることに加え、混合物中におけるシリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの構成比を変えることもできる。
変調誘導熱プラズマ炎の変調周期Ｔｐが１５ｍｓであり、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態から低温状態に切り換るタイミングｔｅが１２ｍｓの場合、差δｇは、０超１２ｍｓ以下（０＜δｇ≦１２ｍｓ）であることが好ましい。上述の差δｇが０超１２ｍｓ以下であれば、シリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの混合物の製造が容易になる。
また、混合物の製造方法では、上述の差δｇを変える等、製造条件を調整することにより、シリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの混合物を得ることができることに加え、混合物中におけるシリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの構成比を変えることもできる。
【0056】
本発明は、基本的に以上のように構成されるものである。以上、本発明の混合物の製造装置および混合物の製造方法について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変更をしてもよいのはもちろんである。
【実施例0057】
以下、本発明の微粒子とナノワイヤとの混合物の製造方法ついて、より具体的に説明する。
本実施例においては、シリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの混合物の製造を試みた（実験例１～６）。微粒子とナノワイヤとの混合物の製造には、図１に示す製造装置１０を用いた。以下に製造条件を示す。
本実施例においては、シリコンの微粒子と、シリコンのナノワイヤとの混合物の製造を試みた（実験例１～６）。微粒子とナノワイヤとの混合物の製造には、図１に示す製造装置１０を用いた。以下に製造条件を示す。
【0058】
製造条件としては、プラズマへの平均入力を２０ｋＷ一定として、プラズマガスとしてＡｒガスとＨ２ガスとを用い、Ａｒガスの流量を９０Ｌ／分（標準状態換算）とし、Ｈ２ガスの流量を１Ｌ／分（標準状態換算）とした。プラズマトーチ内圧力は３００ｔｏｒｒ（≒４０ｋＰａ）に固定した。
また、原料供給については、キャリアガスにＡｒガスを用い、キャリアガスとともに、平均粒径が１９．２μｍのＳｉ粉末を３ｇ／分で供給した。キャリアガスの流量を４Ｌ／分（標準状態換算）とした。Ｓｉ粉体の平均粒径は粒度分布計で測定した値である。
急冷ガスには、アルゴンガス（Ａｒガス）と、メタンガス（ＣＨ４ガス）との混合ガスを用いた。急冷ガスとして、混合ガスの平均流量を２５Ｌ／分（標準状態換算）とした。
また、原料供給については、キャリアガスにＡｒガスを用い、キャリアガスとともに、平均粒径が１９．２μｍのＳｉ粉末を３ｇ／分で供給した。キャリアガスの流量を４Ｌ／分（標準状態換算）とした。Ｓｉ粉体の平均粒径は粒度分布計で測定した値である。
急冷ガスには、アルゴンガス（Ａｒガス）と、メタンガス（ＣＨ４ガス）との混合ガスを用いた。急冷ガスとして、混合ガスの平均流量を２５Ｌ／分（標準状態換算）とした。
【0059】
プラズマの変調について、電流変調率（ＳＣＬ）は、コイルの電流振幅の比（ＬＣＬ／ＨＣＬ×１００（％））で定義され、ＳＣＬ＝８０％とした。また、デューティ比を８０％とした。
また、原料の間歇供給については、オン時間を１２ｍｓ、オフ時間を３ｍｓとし、１周期、１５ｍｓとした。なお、変調信号とバルブ開閉信号との間の時間差である、ずれ量δｆ（図４（ｂ）参照）を６ｍｓとした。
また、気体供給部において、レギュレータと調整弁との間のチューブは、長さを１０９０ｃｍとし、チューブ径を１０ｍｍ（内径６．５ｍｍ）とした。調整弁とチャンバーとの間のチューブは、長さを１１０ｃｍとし、チューブ径を６．３５ｍｍ（内径４ｍｍ）とした。
また、原料の間歇供給については、オン時間を１２ｍｓ、オフ時間を３ｍｓとし、１周期、１５ｍｓとした。なお、変調信号とバルブ開閉信号との間の時間差である、ずれ量δｆ（図４（ｂ）参照）を６ｍｓとした。
また、気体供給部において、レギュレータと調整弁との間のチューブは、長さを１０９０ｃｍとし、チューブ径を１０ｍｍ（内径６．５ｍｍ）とした。調整弁とチャンバーとの間のチューブは、長さを１１０ｃｍとし、チューブ径を６．３５ｍｍ（内径４ｍｍ）とした。
【0060】
図５～図１０は、実験例１～実験例６のＳＥＭ像を示す模式図である。
図５～図１０に示すように実験例１～実験例６のいずれも微粒子１１１とナノワイヤ１１２との混合物１１０が製造された。また、実験例１～６の微粒子の平均粒径、微粒子のｄ５０および微粒子の粒径の標準偏差を下記表１に示す。下記表１に示す実験例１～６の微粒子の平均粒径、および微粒子のｄ５０は、上述の微粒子の粒径と同様にＳＥＭを用いて微粒子の１０視野の画像を取得し、各視野画像における微粒子の粒径を測定して得た。
実験例１は、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態になるタイミングと、急冷ガスを供給するタイミングとの差δｇ（図４（ｃ）参照）が２．５ｍｓである。実験例２は、上述の差δｇが５．０ｍｓである。実験例３は、上述の差δｇが７．５ｍｓである。実験例４は、上述の差δｇが１０．０ｍｓである。実験例５は、上述の差δｇが１２．５ｍｓである。なお、実験例６の上述の差δｇが１５．０ｍｓである。実験例６の差δｇが１５．０ｍｓは、上述の差δｇが０ｍｓと同じである。
図５～図１０に示すように実験例１～実験例６のいずれも微粒子１１１とナノワイヤ１１２との混合物１１０が製造された。また、実験例１～６の微粒子の平均粒径、微粒子のｄ５０および微粒子の粒径の標準偏差を下記表１に示す。下記表１に示す実験例１～６の微粒子の平均粒径、および微粒子のｄ５０は、上述の微粒子の粒径と同様にＳＥＭを用いて微粒子の１０視野の画像を取得し、各視野画像における微粒子の粒径を測定して得た。
実験例１は、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態になるタイミングと、急冷ガスを供給するタイミングとの差δｇ（図４（ｃ）参照）が２．５ｍｓである。実験例２は、上述の差δｇが５．０ｍｓである。実験例３は、上述の差δｇが７．５ｍｓである。実験例４は、上述の差δｇが１０．０ｍｓである。実験例５は、上述の差δｇが１２．５ｍｓである。なお、実験例６の上述の差δｇが１５．０ｍｓである。実験例６の差δｇが１５．０ｍｓは、上述の差δｇが０ｍｓと同じである。
【0061】
【表1】
【0062】
実験例１～実験例６では、上述の差δｇが２．５～１０．０ｍｓでは、平均粒径およびｄ５０が小さくなっていた。標準偏差についても同様の傾向を示した。微粒子とナノワイヤとの混合物において、製造条件によって、得られる微粒子の粒径が変わった。
【符号の説明】
【0063】
１０ 混合物の製造装置（製造装置）
１２ 原料供給部
１３ 供給管
１４ プラズマトーチ
１４ａ 石英管
１４ｂ 高周波発振用コイル
１４ｃ 供給口
１４ｄ プラズマガス供給口
１４ｅ 石英管
１４ｆ 冷却水
１５ 間歇供給部
１６ チャンバー
１６ａ 上流チャンバー
１６ｂ 下流チャンバー
１８ 回収部
１８ａ フィルター
１８ｂ 真空ポンプ
２０ プラズマガス供給部
２１ プラズマ発生部
２２ 気体供給部
２４ 制御部
２６ 高周波変調誘導熱プラズマ発生部
２８ａ 高周波インバータ電源
２８ｂ インピーダンス整合回路
２８ｃ パルス信号発生器
２８ｄ ＦＥＴゲート信号回路
３０ａ トリガ回路
３０ｂ 電磁コイル
３０ｃ バルブ
４５ 混合体
１００ 熱プラズマ炎
１００ｂ 尾部
１０２ 矩形波
１０４ パルス制御信号
１０６、１０８ タイミング信号
１０９ 波形
１１０ 混合物
１１１ 微粒子
１１２ ナノワイヤ
Ｑｇ 急冷ガス
Ｔｆ 一周期
Ｔｇ 一周期
Ｔｐ 変調周期
ｔｆ１、ｔｇ１、ｔｐ１ オン時間
ｔｆ２、ｔｇ２、ｔｐ２ オフ時間
δｆ ずれ量
δｇ 差
１２ 原料供給部
１３ 供給管
１４ プラズマトーチ
１４ａ 石英管
１４ｂ 高周波発振用コイル
１４ｃ 供給口
１４ｄ プラズマガス供給口
１４ｅ 石英管
１４ｆ 冷却水
１５ 間歇供給部
１６ チャンバー
１６ａ 上流チャンバー
１６ｂ 下流チャンバー
１８ 回収部
１８ａ フィルター
１８ｂ 真空ポンプ
２０ プラズマガス供給部
２１ プラズマ発生部
２２ 気体供給部
２４ 制御部
２６ 高周波変調誘導熱プラズマ発生部
２８ａ 高周波インバータ電源
２８ｂ インピーダンス整合回路
２８ｃ パルス信号発生器
２８ｄ ＦＥＴゲート信号回路
３０ａ トリガ回路
３０ｂ 電磁コイル
３０ｃ バルブ
４５ 混合体
１００ 熱プラズマ炎
１００ｂ 尾部
１０２ 矩形波
１０４ パルス制御信号
１０６、１０８ タイミング信号
１０９ 波形
１１０ 混合物
１１１ 微粒子
１１２ ナノワイヤ
Ｑｇ 急冷ガス
Ｔｆ 一周期
Ｔｇ 一周期
Ｔｐ 変調周期
ｔｆ１、ｔｇ１、ｔｐ１ オン時間
ｔｆ２、ｔｇ２、ｔｐ２ オフ時間
δｆ ずれ量
δｇ 差
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
