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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】P2024079091
(43)【公開日】2024-06-11
(54)【発明の名称】酸化亜鉛微粒子の製造方法
(51)【国際特許分類】
B22F 9/14 20060101AFI20240604BHJP
B22F 9/00 20060101ALI20240604BHJP
B22F 9/12 20060101ALI20240604BHJP
【ＦＩ】
B22F9/14 Z
B22F9/00 A
B22F9/12 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022191813
(22)【出願日】2022-11-30
(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】長瀬 有理奈
(72)【発明者】
【氏名】岡野 里桜
(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）】
4K017
【Ｆターム（参考）】
4K017AA01
4K017BA01
4K017CA01
4K017CA08
4K017DA07
4K017EF01
(57)【要約】
【課題】工程数を減らし、簡便な方法で酸化亜鉛微粒子が得られる酸化亜鉛微粒子の製造方法を提供する。
【解決手段】酸化亜鉛微粒子の製造方法は、プラズマトーチの内部に原料を供給し、プラズマトーチの周囲に配置されたコイルに振幅変調した高周波電流を供給してプラズマトーチの内部に熱プラズマ炎を発生させ、コイルの下端から、プラズマトーチの中心軸に沿って下向き方向に７００ｍｍまでの中心軸上に３０００Ｋ以下の温度領域を発生させて、熱プラズマ炎により酸化亜鉛微粒子を製造する。
【選択図】図１０
【解決手段】酸化亜鉛微粒子の製造方法は、プラズマトーチの内部に原料を供給し、プラズマトーチの周囲に配置されたコイルに振幅変調した高周波電流を供給してプラズマトーチの内部に熱プラズマ炎を発生させ、コイルの下端から、プラズマトーチの中心軸に沿って下向き方向に７００ｍｍまでの中心軸上に３０００Ｋ以下の温度領域を発生させて、熱プラズマ炎により酸化亜鉛微粒子を製造する。
【選択図】図１０
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマトーチの内部に原料を供給し、前記プラズマトーチの周囲に配置されたコイルに振幅変調した高周波電流を供給して前記プラズマトーチの前記内部に熱プラズマ炎を発生させ、
前記コイルの下端から、前記プラズマトーチの中心軸に沿って下向き方向に７００ｍｍまでの前記中心軸上に３０００Ｋ以下の温度領域を発生させて、前記熱プラズマ炎により酸化亜鉛微粒子を製造する、酸化亜鉛微粒子の製造方法。
前記コイルの下端から、前記プラズマトーチの中心軸に沿って下向き方向に７００ｍｍまでの前記中心軸上に３０００Ｋ以下の温度領域を発生させて、前記熱プラズマ炎により酸化亜鉛微粒子を製造する、酸化亜鉛微粒子の製造方法。
【請求項2】
前記中心軸上に存在する３０００Ｋ以下の前記温度領域に、供給された前記原料が、前記高周波電流の前記振幅変調の周期の２周期以内に到達する、請求項１に記載の酸化亜鉛微粒子の製造方法。
【請求項3】
前記原料が、前記コイルの前記下端から前記中心軸に沿って前記下向き方向に８００ｍｍまでの前記中心軸上に存在する３０００Ｋ以下の前記温度領域に、１０ｍｓ以上滞留する、請求項１又は２に記載の酸化亜鉛微粒子の製造方法。
【請求項4】
前記コイルの前記下端から前記中心軸に沿って前記下向き方向に２００ｍｍ、かつ前記下向き方向と直交する方向において前記中心軸を中心とした半径１５ｍｍの領域の少なくとも一部が、前記高周波電流の前記振幅変調の周期の１周期以内に２０００Ｋ以下となる、請求項１又は２に記載の酸化亜鉛微粒子の製造方法。
【請求項5】
前記コイルの前記下端から前記中心軸に沿って前記下向き方向に２００ｍｍ、かつ前記下向き方向と直交する方向において前記中心軸を中心とした半径１５ｍｍの領域に、供給された前記原料が、前記高周波電流の前記振幅変調の周期の１周期以内に到達する、請求項１又は２に記載の酸化亜鉛微粒子の製造方法。
【請求項6】
前記原料は亜鉛である、請求項１又は２に記載の酸化亜鉛微粒子の製造方法。
【請求項7】
前記熱プラズマ炎は、酸素を含む、請求項１又は２に記載の酸化亜鉛微粒子の製造方法。
【請求項8】
プラズマトーチの内部で発生した熱プラズマ炎を用いた酸化亜鉛微粒子の製造方法であって、
前記プラズマトーチの周囲を囲む第１のコイルと、前記第１のコイルの下方に設置され前記プラズマトーチの周囲を囲む第２のコイルと、前記第１のコイルに高周波電流を供給する第１の電源部と、前記第２のコイルに振幅変調した高周波電流を供給する第２の電源部とが設けられ、前記第１のコイルと前記第２のコイルとは前記プラズマトーチの長手方向に並んで配置されており、前記第１の電源部及び前記第２の電源部により、前記熱プラズマ炎が発生され、
前記プラズマトーチの前記内部で発生した前記熱プラズマ炎に微粒子製造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物とし、前記混合物を冷却する第２の工程とを有し、
前記第１の工程及び前記第２の工程において、前記第２の電源部は、前記第２のコイルに振幅変調した高周波電流を供給し、
前記第２のコイルの下端から、前記プラズマトーチの中心軸に沿って下向き方向に７００ｍｍまでの前記中心軸上に３０００Ｋ以下の温度領域を発生させる、酸化亜鉛微粒子の製造方法。
前記プラズマトーチの周囲を囲む第１のコイルと、前記第１のコイルの下方に設置され前記プラズマトーチの周囲を囲む第２のコイルと、前記第１のコイルに高周波電流を供給する第１の電源部と、前記第２のコイルに振幅変調した高周波電流を供給する第２の電源部とが設けられ、前記第１のコイルと前記第２のコイルとは前記プラズマトーチの長手方向に並んで配置されており、前記第１の電源部及び前記第２の電源部により、前記熱プラズマ炎が発生され、
前記プラズマトーチの前記内部で発生した前記熱プラズマ炎に微粒子製造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物とし、前記混合物を冷却する第２の工程とを有し、
前記第１の工程及び前記第２の工程において、前記第２の電源部は、前記第２のコイルに振幅変調した高周波電流を供給し、
前記第２のコイルの下端から、前記プラズマトーチの中心軸に沿って下向き方向に７００ｍｍまでの前記中心軸上に３０００Ｋ以下の温度領域を発生させる、酸化亜鉛微粒子の製造方法。
【請求項9】
前記中心軸上に存在する３０００Ｋ以下の前記温度領域に、供給された前記原料が、前記高周波電流の前記振幅変調の周期の２周期以内に到達する、請求項８に記載の酸化亜鉛微粒子の製造方法。
【請求項10】
前記原料が、前記第２のコイルの前記下端から前記中心軸に沿って前記下向き方向に８００ｍｍまでの前記中心軸上に存在する３０００Ｋ以下の前記温度領域に、１０ｍｓ以上滞留する、請求項８又は９に記載の酸化亜鉛微粒子の製造方法。
【請求項11】
前記第２のコイルの前記下端から前記中心軸に沿って前記下向き方向に２００ｍｍ、かつ前記下向き方向と直交する方向において前記中心軸を中心とした半径１５ｍｍの領域の少なくとも一部が、前記高周波電流の前記振幅変調の周期の１周期以内に２０００Ｋ以下となる、請求項８又は９に記載の酸化亜鉛微粒子の製造方法。
【請求項12】
前記第２のコイルの前記下端から前記中心軸に沿って前記下向き方向に２００ｍｍ、かつ前記下向き方向と直交する方向において前記中心軸を中心とした半径１５ｍｍの領域に、供給された前記原料が、前記高周波電流の前記振幅変調の周期の１周期以内に到達する、請求項８又は９に記載の酸化亜鉛微粒子の製造方法。
【請求項13】
前記原料は亜鉛である、請求項８又は９に記載の酸化亜鉛微粒子の製造方法。
【請求項14】
前記熱プラズマ炎は、酸素を含む、請求項８又は９に記載の酸化亜鉛微粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プラズマを用いた酸化亜鉛微粒子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
現在、酸化亜鉛は、顔料又は添加剤として化粧料、医薬品、塗料等の各種の樹脂組成物に使用されている。また、酸化亜鉛は、紫外線防止能を有することから、化粧料においてはサンスクリーン剤の原料としても使用されている。これ以外にも、酸化亜鉛は、半導体又は圧電素子等の各種の電子材料に使用されている。
酸化亜鉛微粒子の製造方法として、例えば、特許文献１に、亜鉛化合物と酢酸とグリコールを混合して混合液を調製し、調製した混合液を５０～２００℃の温度で０．５～５時間保持することにより、混合液を反応させ、得られた反応液を遠心分離して反応液から白色沈殿物を分離し、この分離した白色沈殿物を溶媒に再分散させた後、この分散液を遠心分離して、平均粒径が２００ｎｍ以下の酸化亜鉛微粒子を生成させる酸化亜鉛微粒子の製造方法であって、分散液から白色沈殿物を分離する工程を複数回繰り返すことにより、白色沈殿物を洗浄した後、この洗浄した白色沈殿物を２５～６０℃で真空乾燥することにより、酸化亜鉛微粒子を得る酸化亜鉛微粒子の製造方法が記載されている。
酸化亜鉛微粒子の製造方法として、例えば、特許文献１に、亜鉛化合物と酢酸とグリコールを混合して混合液を調製し、調製した混合液を５０～２００℃の温度で０．５～５時間保持することにより、混合液を反応させ、得られた反応液を遠心分離して反応液から白色沈殿物を分離し、この分離した白色沈殿物を溶媒に再分散させた後、この分散液を遠心分離して、平均粒径が２００ｎｍ以下の酸化亜鉛微粒子を生成させる酸化亜鉛微粒子の製造方法であって、分散液から白色沈殿物を分離する工程を複数回繰り返すことにより、白色沈殿物を洗浄した後、この洗浄した白色沈殿物を２５～６０℃で真空乾燥することにより、酸化亜鉛微粒子を得る酸化亜鉛微粒子の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第５０７１２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１の酸化亜鉛微粒子の製造方法では、複数の工程を実施する必要があり、また、酸化亜鉛微粒子を得るために分散液から白色沈殿物を分離する工程を複数回繰り返す必要もある。このため、工程が煩雑である。
本発明の目的は、工程数を減らし、簡便な方法で酸化亜鉛微粒子が得られる酸化亜鉛微粒子の製造方法を提供することにある。
本発明の目的は、工程数を減らし、簡便な方法で酸化亜鉛微粒子が得られる酸化亜鉛微粒子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】
【0005】
上記の目的を達成するために、本発明の一態様は、プラズマトーチの内部に原料を供給し、プラズマトーチの周囲に配置されたコイルに振幅変調した高周波電流を供給してプラズマトーチの内部に熱プラズマ炎を発生させ、コイルの下端から、プラズマトーチの中心軸に沿って下向き方向に７００ｍｍまでの中心軸上に３０００Ｋ以下の温度領域を発生させて、熱プラズマ炎により酸化亜鉛微粒子を製造する、酸化亜鉛微粒子の製造方法である。
【0006】
中心軸上に存在する３０００Ｋ以下の温度領域に、供給された原料が、高周波電流の振幅変調の周期の２周期以内に到達することが好ましい。
原料が、コイルの下端から中心軸に沿って下向き方向に８００ｍｍまでの中心軸上に存在する３０００Ｋ以下の温度領域に、１０ｍｓ以上滞留することが好ましい。
コイルの下端から中心軸に沿って下向き方向に２００ｍｍ、かつ下向き方向と直交する方向において中心軸を中心とした半径１５ｍｍの領域の少なくとも一部が、高周波電流の振幅変調の周期の１周期以内に２０００Ｋ以下となることが好ましい。
コイルの下端から中心軸に沿って下向き方向に２００ｍｍ、かつ下向き方向と直交する方向において中心軸を中心とした半径１５ｍｍの領域に、供給された原料が、高周波電流の振幅変調の周期の１周期以内に到達することが好ましい。
原料は亜鉛であることが好ましい。
熱プラズマ炎は、酸素を含むことが好ましい。
原料が、コイルの下端から中心軸に沿って下向き方向に８００ｍｍまでの中心軸上に存在する３０００Ｋ以下の温度領域に、１０ｍｓ以上滞留することが好ましい。
コイルの下端から中心軸に沿って下向き方向に２００ｍｍ、かつ下向き方向と直交する方向において中心軸を中心とした半径１５ｍｍの領域の少なくとも一部が、高周波電流の振幅変調の周期の１周期以内に２０００Ｋ以下となることが好ましい。
コイルの下端から中心軸に沿って下向き方向に２００ｍｍ、かつ下向き方向と直交する方向において中心軸を中心とした半径１５ｍｍの領域に、供給された原料が、高周波電流の振幅変調の周期の１周期以内に到達することが好ましい。
原料は亜鉛であることが好ましい。
熱プラズマ炎は、酸素を含むことが好ましい。
【0007】
本発明の一態様は、プラズマトーチの内部で発生した熱プラズマ炎を用いた酸化亜鉛微粒子の製造方法であって、プラズマトーチの周囲を囲む第１のコイルと、第１のコイルの下方に設置されプラズマトーチの周囲を囲む第２のコイルと、第１のコイルに高周波電流を供給する第１の電源部と、第２のコイルに振幅変調した高周波電流を供給する第２の電源部とが設けられ、第１のコイルと第２のコイルとはプラズマトーチの長手方向に並んで配置されており、第１の電源部及び第２の電源部により、熱プラズマ炎が発生され、プラズマトーチの内部で発生した熱プラズマ炎に微粒子製造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物とし、混合物を冷却する第２の工程とを有し、第１の工程及び第２の工程において、第２の電源部は、第２のコイルに振幅変調した高周波電流を供給し、第２のコイルの下端から、プラズマトーチの中心軸に沿って下向き方向に７００ｍｍまでの中心軸上に３０００Ｋ以下の温度領域を発生させる、酸化亜鉛微粒子の製造方法。
【0008】
中心軸上に存在する３０００Ｋ以下の温度領域に、供給された原料が、高周波電流の振幅変調の周期の２周期以内に到達することが好ましい。
原料が、第２のコイルの下端から中心軸に沿って下向き方向に８００ｍｍまでの中心軸上に存在する３０００Ｋ以下の温度領域に、１０ｍｓ以上滞留することが好ましい。
第２のコイルの下端から中心軸に沿って下向き方向に２００ｍｍ、かつ下向き方向と直交する方向において中心軸を中心とした半径１５ｍｍの領域の少なくとも一部が、高周波電流の振幅変調の周期の１周期以内に２０００Ｋ以下となることが好ましい。
第２のコイルの下端から中心軸に沿って下向き方向に２００ｍｍ、かつ下向き方向と直交する方向において中心軸を中心とした半径１５ｍｍの領域に、供給された原料が、高周波電流の振幅変調の周期の１周期以内に到達することが好ましい。
原料は亜鉛であることが好ましい。
熱プラズマ炎は、酸素を含むことが好ましい。
原料が、第２のコイルの下端から中心軸に沿って下向き方向に８００ｍｍまでの中心軸上に存在する３０００Ｋ以下の温度領域に、１０ｍｓ以上滞留することが好ましい。
第２のコイルの下端から中心軸に沿って下向き方向に２００ｍｍ、かつ下向き方向と直交する方向において中心軸を中心とした半径１５ｍｍの領域の少なくとも一部が、高周波電流の振幅変調の周期の１周期以内に２０００Ｋ以下となることが好ましい。
第２のコイルの下端から中心軸に沿って下向き方向に２００ｍｍ、かつ下向き方向と直交する方向において中心軸を中心とした半径１５ｍｍの領域に、供給された原料が、高周波電流の振幅変調の周期の１周期以内に到達することが好ましい。
原料は亜鉛であることが好ましい。
熱プラズマ炎は、酸素を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、工程数を減らし、簡便な方法で酸化亜鉛微粒子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施形態の酸化亜鉛微粒子の製造方法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酸化亜鉛微粒子の製造方法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】プラズマ発生部の電源部の高周波電流の波形の一例を示す模式図である。
【図4】プラズマ発生部の高周波電流の波形の一例を示す模式図である。
【図5】第１のコイルの高周波電流の波形の一例、第２のコイルの高周波電流の波形の一例、及び原料の供給の波形の一例を示すグラフである。
【図6】第２のコイルの高周波電流の波形の他の例を示すグラフである。
【図7】（ａ）は第２のコイルの高周波電流の波形がのこぎり波のグラフであり、（ｂ）は第２のコイルの高周波電流の波形が逆こぎり波のグラフであり、（ｃ）は第２のコイルの高周波電流の波形が矩形波のグラフであり、（ｄ）は第２のコイルの高周波電流の波形が三角波のグラフである。
【図8】（ａ）～（ｄ）は第２のコイルの高周波電流の波形がのこぎり波の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布を示す模式図である。
【図9】（ａ）～（ｄ）は第２のコイルの高周波電流の波形が逆こぎり波の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布を示す模式図である。
【図10】（ａ）～（ｄ）は第２のコイルの高周波電流の波形が矩形波の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布を示す模式図である。
【図11】（ａ）～（ｄ）は第２のコイルの高周波電流の波形が三角波の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布を示す模式図である。
【図12】（ａ）は第２のコイルの高周波電流の波形がのこぎり波の場合の原料供給開始時の温度分布を示す模式図であり、（ｂ）は第２のコイルの高周波電流の波形が逆のこぎり波の場合の原料供給開始時の温度分布を示す模式図であり、（ｃ）は第２のコイルの高周波電流の波形が矩形波の場合の原料供給開始時の温度分布を示す模式図であり、（ｄ）は第２のコイルの高周波電流の波形が三角波の場合の原料供給開始時の温度分布を示す模式図である。
【図13】（ａ）は第２のコイルの高周波電流の波形がのこぎり波の場合の原料供給停止時の温度分布を示す模式図であり、（ｂ）は第２のコイルの高周波電流の波形が逆のこぎり波の場合の原料供給停止時の温度分布を示す模式図であり、（ｃ）は第２のコイルの高周波電流の波形が矩形波の場合の原料供給停止時の温度分布を示す模式図であり、（ｄ）は第２のコイルの高周波電流の波形が三角波の場合の原料供給停止時の温度分布を示す模式図である。
【図14】数値解析の計算空間を示す模式図である。
【図15】例１の酸化亜鉛微粒子のＳＥＭ像を示す模式図である。
【図16】例２の酸化亜鉛微粒子のＳＥＭ像を示す模式図である。
【図17】例３の酸化亜鉛微粒子のＳＥＭ像を示す模式図である。
【図18】例４の酸化亜鉛微粒子のＳＥＭ像を示す模式図である。
【図19】（ａ）は例１の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の正規分布を示すグラフであり、（ｂ）は例１の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の対数正規分布を示すグラフである。
【図20】（ａ）は例２の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の正規分布を示すグラフであり、（ｂ）は例２の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の対数正規分布を示すグラフである。
【図21】（ａ）は例３の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の正規分布を示すグラフであり、（ｂ）は例３の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の対数正規分布を示すグラフである。
【図22】（ａ）は例４の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の正規分布を示すグラフであり、（ｂ）は例４の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の対数正規分布を示すグラフである。
【図23】（ａ）は例１の酸化亜鉛微粒子のワイヤ長さの正規分布を示すグラフであり、（ｂ）は例１の酸化亜鉛微粒子のワイヤ長さの対数正規分布を示すグラフである。
【図24】（ａ）は例２の酸化亜鉛微粒子のワイヤ長さの正規分布を示すグラフであり、（ｂ）は例２の酸化亜鉛微粒子のワイヤ長さの対数正規分布を示すグラフである。
【図25】（ａ）は例３の酸化亜鉛微粒子のワイヤ長さの正規分布を示すグラフであり、（ｂ）は例３の酸化亜鉛微粒子のワイヤ長さの対数正規分布を示すグラフである。
【図26】（ａ）は例４の酸化亜鉛微粒子のワイヤ長さの正規分布を示すグラフであり、（ｂ）は例４の酸化亜鉛微粒子のワイヤ長さの対数正規分布を示すグラフである。
【図27】（ａ）は例１のアスペクト比の正規分布を示すグラフであり、（ｂ）は例２のアスペクト比の正規分布を示すグラフであり、（ｃ）は例３のアスペクト比の正規分布を示すグラフであり、（ｄ）は例４のアスペクト比の正規分布を示すグラフである。
【図28】（ａ）は例１～４の平均直径と、ナノワイヤの割合を示すグラフであり、（ｂ）は例１～４の平均長さを示すグラフであり、（ｃ）は例１～４の平均アスペクト比を示すグラフである。
【図29】第１のコイル及び第２のコイルの高周波電流が無変調の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の酸化亜鉛微粒子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。
【0012】
［酸化亜鉛微粒子］
酸化亜鉛微粒子の製造方法で得られた酸化亜鉛微粒子は、基板等の担体の存在を前提としないものであり、単独で粉体の形態である。酸化亜鉛微粒子の製造方法では、酸化亜鉛微粒子が単体、かつ不純物が少ない状態で存在するため、酸化亜鉛微粒子を分離又は抽出する作業が不要であり、酸化亜鉛微粒子は取り扱いやすい。このため、酸化亜鉛微粒子を種々の用途に利用しやすい。
本発明では、酸化亜鉛微粒子は、ナノ粒子と、ナノワイヤとを含む。ナノ粒子及びナノワイヤは、いずれも基板等の担体の存在を前提としない。ナノ粒子及びナノワイヤは、それぞれ酸化亜鉛で構成される。
酸化亜鉛微粒子の製造方法で得られた酸化亜鉛微粒子は、基板等の担体の存在を前提としないものであり、単独で粉体の形態である。酸化亜鉛微粒子の製造方法では、酸化亜鉛微粒子が単体、かつ不純物が少ない状態で存在するため、酸化亜鉛微粒子を分離又は抽出する作業が不要であり、酸化亜鉛微粒子は取り扱いやすい。このため、酸化亜鉛微粒子を種々の用途に利用しやすい。
本発明では、酸化亜鉛微粒子は、ナノ粒子と、ナノワイヤとを含む。ナノ粒子及びナノワイヤは、いずれも基板等の担体の存在を前提としない。ナノ粒子及びナノワイヤは、それぞれ酸化亜鉛で構成される。
【0013】
＜ナノ粒子＞
ナノ粒子とは、ナノサイズの微粒子であり、粒径が２００ｎｍ以下の粒子である。ナノ粒子の粒径は、好ましくは１０～１００ｎｍである。また、ナノ粒子は、球状であることが好ましいが、球状に限定されるものではない。ナノ粒子は、例えば、短軸の直径をαとし、長軸の直径をβとするとき、比β／αが５未満であれば、ナノ粒子とする。比β／αのことをアスペクト比という。
ナノ粒子の粒径は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて微粒子のＳＥＭ画像を複数取得し、３～５のＳＥＭ画像から無作為に総数で５００個抽出した微粒子の粒径を測定して得られた微粒子の粒径の平均値である。３～５のＳＥＭ画像を画像解析して、無作為に抽出した総数５００個の微粒子を球とみなし、球に相当する領域の直径を測定して、粒径の平均値を求めることもできる。
ナノ粒子は、上述のように比β／αが５未満のものが含まれる。このため、球状ではない微粒子についても、短軸に相当する長さと、長軸に相当する長さを測定し、比β／αを求める。
なお、ナノ粒子は、表面に炭素等のナノ粒子を構成するもの以外の物質が担持又はコーティングされていてもよい。
ナノ粒子とは、ナノサイズの微粒子であり、粒径が２００ｎｍ以下の粒子である。ナノ粒子の粒径は、好ましくは１０～１００ｎｍである。また、ナノ粒子は、球状であることが好ましいが、球状に限定されるものではない。ナノ粒子は、例えば、短軸の直径をαとし、長軸の直径をβとするとき、比β／αが５未満であれば、ナノ粒子とする。比β／αのことをアスペクト比という。
ナノ粒子の粒径は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて微粒子のＳＥＭ画像を複数取得し、３～５のＳＥＭ画像から無作為に総数で５００個抽出した微粒子の粒径を測定して得られた微粒子の粒径の平均値である。３～５のＳＥＭ画像を画像解析して、無作為に抽出した総数５００個の微粒子を球とみなし、球に相当する領域の直径を測定して、粒径の平均値を求めることもできる。
ナノ粒子は、上述のように比β／αが５未満のものが含まれる。このため、球状ではない微粒子についても、短軸に相当する長さと、長軸に相当する長さを測定し、比β／αを求める。
なお、ナノ粒子は、表面に炭素等のナノ粒子を構成するもの以外の物質が担持又はコーティングされていてもよい。
【0014】
＜ナノワイヤ＞
ナノワイヤは、直径が２００ｎｍ以下であり、かつ長さが直径の５倍以上のもののことである。すなわち、比β／α（アスペクト比）が５以上である。ナノワイヤは長さが直径の５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。ナノワイヤは、ナノワイヤよりも直径が太いワイヤ状の物体である。
ナノワイヤの直径は、ＳＥＭを用いてナノワイヤの画像を複数取得し、３～５のＳＥＭ画像から無作為に総数で５００個抽出したナノワイヤの直径を測定して得られたナノワイヤの直径の平均値である。３～５のＳＥＭ画像を画像解析して、無作為に抽出した総数５００個のナノワイヤの直径に相当する領域の直径を測定して、直径の平均値を求めることもできる。
また、ナノワイヤの長さは、ＳＥＭを用いてナノワイヤの複数画像を取得し、３～５のＳＥＭ画像から無作為に総数で５００個抽出したナノワイヤの長さを測定して得られたナノワイヤの長さの平均値である。３～５のＳＥＭ画像を画像解析して、無作為に抽出した総数５００個のナノワイヤの長さに相当する領域の長さを測定して、長さの平均値を求めることもできる。
ナノワイヤは、直径が２００ｎｍ以下であり、かつ長さが直径の５倍以上のもののことである。すなわち、比β／α（アスペクト比）が５以上である。ナノワイヤは長さが直径の５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。ナノワイヤは、ナノワイヤよりも直径が太いワイヤ状の物体である。
ナノワイヤの直径は、ＳＥＭを用いてナノワイヤの画像を複数取得し、３～５のＳＥＭ画像から無作為に総数で５００個抽出したナノワイヤの直径を測定して得られたナノワイヤの直径の平均値である。３～５のＳＥＭ画像を画像解析して、無作為に抽出した総数５００個のナノワイヤの直径に相当する領域の直径を測定して、直径の平均値を求めることもできる。
また、ナノワイヤの長さは、ＳＥＭを用いてナノワイヤの複数画像を取得し、３～５のＳＥＭ画像から無作為に総数で５００個抽出したナノワイヤの長さを測定して得られたナノワイヤの長さの平均値である。３～５のＳＥＭ画像を画像解析して、無作為に抽出した総数５００個のナノワイヤの長さに相当する領域の長さを測定して、長さの平均値を求めることもできる。
【0015】
（酸化亜鉛微粒子の製造装置）
図１は本発明の実施形態の酸化亜鉛微粒子の製造方法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酸化亜鉛微粒子の製造方法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１に示す酸化亜鉛微粒子の製造方法の製造装置１０（以下、単に製造装置１０という）は、酸化亜鉛微粒子の製造用の原料を用いて、酸化亜鉛微粒子を製造するものである。
酸化亜鉛微粒子の製造方法に用いる原料は、例えば、粉体の形態である。原料には、例えば、Ｚｎ（亜鉛）の粉体を用いる。原料の粉体、例えば、Ｚｎの粉体は、キャリアガスを用いて、製造装置１０に供給される。キャリアガスには、例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス、又は窒素ガス等の不活性ガスが用いられる。なお、キャリアガスは、酸素を含んでもよい。
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、シースガス供給部２３と、制御部２４とを有する。
図１は本発明の実施形態の酸化亜鉛微粒子の製造方法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酸化亜鉛微粒子の製造方法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１に示す酸化亜鉛微粒子の製造方法の製造装置１０（以下、単に製造装置１０という）は、酸化亜鉛微粒子の製造用の原料を用いて、酸化亜鉛微粒子を製造するものである。
酸化亜鉛微粒子の製造方法に用いる原料は、例えば、粉体の形態である。原料には、例えば、Ｚｎ（亜鉛）の粉体を用いる。原料の粉体、例えば、Ｚｎの粉体は、キャリアガスを用いて、製造装置１０に供給される。キャリアガスには、例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス、又は窒素ガス等の不活性ガスが用いられる。なお、キャリアガスは、酸素を含んでもよい。
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、シースガス供給部２３と、制御部２４とを有する。
【0016】
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に間歇供給部１５が設けられている。
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の下流に回収部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（石英管１４ａの内部）に熱プラズマ炎３４が発生される。
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に間歇供給部１５が設けられている。
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の下流に回収部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（石英管１４ａの内部）に熱プラズマ炎３４が発生される。
【0017】
原料供給部１２は、酸化亜鉛微粒子製造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３４中に供給するためのものである。
原料供給部１２は、原料を熱プラズマ炎３４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、原料を粒子状に分散させた状態で熱プラズマ炎３４中に供給するものと、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３４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。
原料供給部１２は、原料を熱プラズマ炎３４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、原料を粒子状に分散させた状態で熱プラズマ炎３４中に供給するものと、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３４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。
【0018】
例えば、酸化亜鉛微粒子製造用の原料に、粉体を用いた場合、プラズマトーチ１４内の熱プラズマ炎３４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、粉体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３４中に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、及び特開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３４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。
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３４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。
【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、スラリーと共に供給管１３を介してプラズマトーチ１４内の熱プラズマ炎３４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３４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３４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３４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３４にて蒸発させて気相状態の混合物３５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。石英管１４ａの内部で熱プラズマ炎３４が発生する。石英管１４ａの内部がプラズマトーチ１４の内部である。
供給管１３により、例えば、粉末状の原料と、アルゴンガス又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。石英管１４ａの内部で熱プラズマ炎３４が発生する。石英管１４ａの内部がプラズマトーチ１４の内部である。
供給管１３により、例えば、粉末状の原料と、アルゴンガス又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、アルゴンガス及び水素ガス等が単独又は適宜組み合わせて用いられるが、プラズマガスには酸素を含むことが好ましい。これにより、熱プラズマ炎３４が酸素を含む。
なお、プラズマガス供給部２０に加えて、プラズマトーチ１４内にシースガスを供給するシースガス供給部２３を設けてもよい。シースガスはプラズマガスと同じガスを用いることができる。シースガスが酸素を含んでもよい。
プラズマガス供給部２０とシースガス供給部２３とは、ガス種が異なるだけであり、基本的には同じ構成である。このため、プラズマガス供給部２０に代えて、上述のシースガス供給部２３を設けてもよい。
なお、プラズマガス供給部２０に加えて、プラズマトーチ１４内にシースガスを供給するシースガス供給部２３を設けてもよい。シースガスはプラズマガスと同じガスを用いることができる。シースガスが酸素を含んでもよい。
プラズマガス供給部２０とシースガス供給部２３とは、ガス種が異なるだけであり、基本的には同じ構成である。このため、プラズマガス供給部２０に代えて、上述のシースガス供給部２３を設けてもよい。
【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３４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、上述のようにプラズマトーチ１４の内部に熱プラズマ炎３４を発生させるものである。プラズマ発生部２１は、プラズマトーチ１４の周囲を囲む第１のコイル３０と、プラズマトーチ１４の周囲を囲む第２のコイル３２と、第１のコイル３０に高周波電流を供給する第１の電源部２１ａと、第２のコイル３２に振幅変調（ＡＭ変調）した高周波電流を供給する第２の電源部２１ｂとを有する。第１のコイル３０に供給する高周波電流のことを、第１のコイル電流ともいい、第２のコイル３２に供給する高周波電流のことを、第２のコイル電流ともいう。
【0025】
第１のコイル３０と第２のコイル３２とはプラズマトーチ１４の長手方向に並んで配置されており、第２のコイル３２は、第１のコイル３０の下方に設置されている。
第１の電源部２１ａ及び第２の電源部２１ｂは、いずれも高周波電源であり、かつ互いに独立している。また、第１のコイル３０と第２のコイル３２との間の磁気結合を低減するために第１の電源部２１ａの高周波電流の周波数と、第２の電源部２１ｂの高周波電流の周波数とは異なることが好ましい。これにより、互いの電源部への影響を抑制できる。
なお、第１のコイル３０と第２のコイル３２とにより高周波発振用コイル１４ｂが構成される。第１のコイル３０の巻数及び第２のコイル３２の巻数は、特に限定されるものではなく、製造装置１０の仕様に応じて適宜決定されるものである。第１のコイル３０及び第２のコイル３２の材質も、特に限定されるものではなく、製造装置１０の仕様に応じて適宜決定されるものである。
第１の電源部２１ａ及び第２の電源部２１ｂは、いずれも高周波電源であり、かつ互いに独立している。また、第１のコイル３０と第２のコイル３２との間の磁気結合を低減するために第１の電源部２１ａの高周波電流の周波数と、第２の電源部２１ｂの高周波電流の周波数とは異なることが好ましい。これにより、互いの電源部への影響を抑制できる。
なお、第１のコイル３０と第２のコイル３２とにより高周波発振用コイル１４ｂが構成される。第１のコイル３０の巻数及び第２のコイル３２の巻数は、特に限定されるものではなく、製造装置１０の仕様に応じて適宜決定されるものである。第１のコイル３０及び第２のコイル３２の材質も、特に限定されるものではなく、製造装置１０の仕様に応じて適宜決定されるものである。
【0026】
プラズマ発生部２１において、２つのコイルと、２つの独立した電源部を用いることにより、誘導熱プラズマの直列構造を構成することができる。誘導熱プラズマの直列構造を構成することにより、プラズマトーチ１４の軸方向に長い高温場を生成することができる。上述の長い高温場を利用することにより、高融点材料を完全に蒸発させることが可能である。なお、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。
【0027】
プラズマ発生部２１では、例えば、第１の電源部２１ａが第１のコイル３０に振幅変調していない無変調の高周波電流（図３参照）を供給する。第２の電源部２１ｂが第２のコイル３２に振幅変調した高周波電流（図４参照）を供給する。
第１のコイル３０に無変調の高周波電流（図３参照）が供給され、第２のコイル３２に振幅変調した高周波電流（図４参照）が供給されると、プラズマトーチ１４の内部に熱プラズマ炎３４が発生する。第２のコイル３２に供給される振幅変調された高周波電流により、熱プラズマ炎３４の温度を変えることができ、プラズマトーチ１４の内部の温度を制御することができる。熱プラズマ炎３４の温度状態が時間変調されて、熱プラズマ炎３４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。これにより、酸化亜鉛微粒子の粒径を制御でき、より粒径が小さい酸化亜鉛微粒子を大量に得ることができ、酸化亜鉛微粒子を効率よく大量に製造できる。
なお、第１のコイル３０に無変調の高周波電流を供給して熱プラズマ炎３４を発生させることにより、熱プラズマ炎３４を安定させることができ、第２のコイル３２へ供給する高周波電流を変調させても熱プラズマ炎３４が不安定になることが抑制される。これにより、例えば、大量の原料が熱プラズマ炎３４に供給された場合でも、熱プラズマ炎３４の温度低下を抑制することができる。これにより、粒径の均一性が良好な酸化亜鉛微粒子を大量に得ることができる。このことからも、酸化亜鉛微粒子を効率よく大量に製造できる。
第１のコイル３０に無変調の高周波電流（図３参照）が供給され、第２のコイル３２に振幅変調した高周波電流（図４参照）が供給されると、プラズマトーチ１４の内部に熱プラズマ炎３４が発生する。第２のコイル３２に供給される振幅変調された高周波電流により、熱プラズマ炎３４の温度を変えることができ、プラズマトーチ１４の内部の温度を制御することができる。熱プラズマ炎３４の温度状態が時間変調されて、熱プラズマ炎３４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。これにより、酸化亜鉛微粒子の粒径を制御でき、より粒径が小さい酸化亜鉛微粒子を大量に得ることができ、酸化亜鉛微粒子を効率よく大量に製造できる。
なお、第１のコイル３０に無変調の高周波電流を供給して熱プラズマ炎３４を発生させることにより、熱プラズマ炎３４を安定させることができ、第２のコイル３２へ供給する高周波電流を変調させても熱プラズマ炎３４が不安定になることが抑制される。これにより、例えば、大量の原料が熱プラズマ炎３４に供給された場合でも、熱プラズマ炎３４の温度低下を抑制することができる。これにより、粒径の均一性が良好な酸化亜鉛微粒子を大量に得ることができる。このことからも、酸化亜鉛微粒子を効率よく大量に製造できる。
【0028】
ここで、図３は第１の電源部の高周波電流の波形の一例を示す模式図であり、図４は第２の電源部の高周波電流の波形の一例を示す模式図である。
図３は上述の振幅変調していない、無変調の高周波電流の波形４０を示すものであり、振幅が一定であり、変わらない。図４は上述の振幅変調した高周波電流の波形４１を示すものであり、振幅が時間に対して周期的に変調している。図４は矩形波振幅変調を示す。振幅変調は、三角波、のこぎり波、逆のこぎり波、又は正弦波等を含む曲線を含む繰り返し波からなる波形があるが、後述のように図４に示す矩形波振幅変調が好ましい。
図３は上述の振幅変調していない、無変調の高周波電流の波形４０を示すものであり、振幅が一定であり、変わらない。図４は上述の振幅変調した高周波電流の波形４１を示すものであり、振幅が時間に対して周期的に変調している。図４は矩形波振幅変調を示す。振幅変調は、三角波、のこぎり波、逆のこぎり波、又は正弦波等を含む曲線を含む繰り返し波からなる波形があるが、後述のように図４に示す矩形波振幅変調が好ましい。
【0029】
振幅変調した高周波電流において、電流振幅の高値をＨＣＬ（Higher Current Level）、電流振幅の低値をＬＣＬ（Lower Current Level）とし、変調一周期の中で、ＨＣＬをとる時間をオン時間、ＬＣＬをとる時間をオフ時間と定義する。さらに、一周期におけるオン時間の割合（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、振幅の比（ＬＣＬ／ＨＣＬ×１００（％））を電流変調率（ＳＣＬ）とする。電流変調率（ＳＣＬ）は電流振幅の変調度合いを示すものであり、１００％ＳＣＬは無変調状態を示し、０％ＳＣＬは電流振幅が最も大きく変調していることを示す。０％ＳＣＬでは、オフ時間、すなわち、後述のように高周波電流の電流振幅が低い領域において高周波電流の電流値が０Ａ（アンペア）である。振幅変調は、０％ＳＣＬ以上１００％ＳＣＬ未満であれば、特に限定されるものではないが、０％ＳＣＬに近い方が変調度合い高い、すなわち、振幅の変調が大きいため、０％ＳＣＬが最も好ましい。
なお、オン時間（図４参照）は高周波電流の電流振幅が高い領域であり、オフ時間（図４参照）は高周波電流の電流振幅が低い領域である。上述のオン時間とオフ時間との合計が１周期（１サイクル）である。
また、上述のオン時間、オフ時間、及び１周期（１サイクル）は、いずれもマイクロ秒から数秒オーダーであることが好ましい。
なお、オン時間（図４参照）は高周波電流の電流振幅が高い領域であり、オフ時間（図４参照）は高周波電流の電流振幅が低い領域である。上述のオン時間とオフ時間との合計が１周期（１サイクル）である。
また、上述のオン時間、オフ時間、及び１周期（１サイクル）は、いずれもマイクロ秒から数秒オーダーであることが好ましい。
【0030】
プラズマトーチ１４内における圧力雰囲気は、酸化亜鉛微粒子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、酸化亜鉛微粒子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、酸化亜鉛微粒子の回収場所は、例えば、フィルター１８ａである。
チャンバー１６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により、チャンバー１６内で、酸化亜鉛微粒子が生成される。また、チャンバー１６は冷却槽として機能するものである。急冷ガスは、例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス、又は窒素ガス等の不活性ガスが用いられる。なお、急冷ガスは、酸素を含んでもよい。
チャンバー１６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により、チャンバー１６内で、酸化亜鉛微粒子が生成される。また、チャンバー１６は冷却槽として機能するものである。急冷ガスは、例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス、又は窒素ガス等の不活性ガスが用いられる。なお、急冷ガスは、酸素を含んでもよい。
【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から送られた酸化亜鉛微粒子は、上述の真空ポンプ１８ｂで吸引されることにより、酸化亜鉛微粒子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酸化亜鉛微粒子が回収される。
【0033】
気体供給部２２は、チャンバー１６内の熱プラズマ炎３４に急冷ガスを供給するものである。急冷ガスは、冷却ガスとして機能するものである。気体供給部２２は、気体が貯留される気体供給源（図示せず）と、チャンバー１６内に供給する急冷ガスに押出し圧力をかけるコンプレッサ、ブロア等の圧力付与部（図示せず）とを有する。また、気体供給源からのガス供給量を制御する調整弁（図示せず）が設けられている。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する。
急冷ガスは、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、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，ブテン等の炭化水素ガス等が挙げられる。
急冷ガスは、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、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３４の尾部３４ｂ（図２参照）、すなわち、プラズマガス供給口１４ｄと反対側の熱プラズマ炎３４の端、すなわち、熱プラズマ炎３４の終端部に向かって、例えば、４５°の角度で、急冷ガス（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。なお、熱プラズマ炎３４の終端部に急冷ガスを供給することに限定されるものではない。
【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３４で気相状態にされた混合物３５が急冷されて酸化亜鉛微粒子が得られる。これ以外にも上述の急冷ガスは酸化亜鉛微粒子の分級に寄与する等の付加的作用を有する。
酸化亜鉛微粒子の生成直後の酸化亜鉛微粒子同士が衝突し、凝集体を形成することで粒子径の不均一が生じると、品質低下の要因となる。しかしながら、熱プラズマ炎の尾部３４ｂ（終端部）に向かって、急冷ガスを供給することにより、急冷ガスが酸化亜鉛微粒子を希釈することにより、酸化亜鉛微粒子同士が衝突して凝集することが防止される。
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、酸化亜鉛微粒子の回収の過程において、酸化亜鉛微粒子のチャンバー１６の内壁への付着が防止され、生成した酸化亜鉛微粒子の収率が向上する。
酸化亜鉛微粒子の生成直後の酸化亜鉛微粒子同士が衝突し、凝集体を形成することで粒子径の不均一が生じると、品質低下の要因となる。しかしながら、熱プラズマ炎の尾部３４ｂ（終端部）に向かって、急冷ガスを供給することにより、急冷ガスが酸化亜鉛微粒子を希釈することにより、酸化亜鉛微粒子同士が衝突して凝集することが防止される。
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、酸化亜鉛微粒子の回収の過程において、酸化亜鉛微粒子のチャンバー１６の内壁への付着が防止され、生成した酸化亜鉛微粒子の収率が向上する。
【0036】
気体供給部２２の熱プラズマ炎３４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３４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、特に限定されるものではなく、複数の方向から同期して急冷ガスを供給する。これ以外にも、例えば、時計回り又は反時計回りの順で、急冷ガスを供給してもよい。この場合、急冷ガスにより、チャンバー１６内に旋回流等の気流が生じる。複数の方向から急冷ガスを供給する場合、供給順を決定することなく、ランダムに供給してもよい。
なお、急冷ガスを用いることなく、酸化亜鉛微粒子を生成することができれば、気体供給部２２は必ずしも必要ではない。気体供給部２２がない構成の場合、製造装置１０の装置構成を簡素化でき、かつ酸化亜鉛微粒子の製造方法も工程を簡素化できる。
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、特に限定されるものではなく、複数の方向から同期して急冷ガスを供給する。これ以外にも、例えば、時計回り又は反時計回りの順で、急冷ガスを供給してもよい。この場合、急冷ガスにより、チャンバー１６内に旋回流等の気流が生じる。複数の方向から急冷ガスを供給する場合、供給順を決定することなく、ランダムに供給してもよい。
なお、急冷ガスを用いることなく、酸化亜鉛微粒子を生成することができれば、気体供給部２２は必ずしも必要ではない。気体供給部２２がない構成の場合、製造装置１０の装置構成を簡素化でき、かつ酸化亜鉛微粒子の製造方法も工程を簡素化できる。
【0037】
原料供給部１２は、上述のように熱プラズマ炎３４に原料を供給するものであり、例えば、原料を、予め定めた量を供給するものであり、時間によらず、一定量の原料を供給する。
原料供給部１２は、一定量の原料を供給するものに限定されるものではなく、原料の熱プラズマ炎３４中への供給量を時間変調して、原料を熱プラズマ炎３４中に供給するものでもよい。これにより、図４に示すオン時間に大量の原料を供給することができる。これにより、より粒径が小さい酸化亜鉛微粒子を大量に製造することができる。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、サイン波状でも、三角波状でも、方形波状でも、のこぎり波状でもよいが、第２のコイル３２に供給される高周波電流の振幅変調に合わせることが好ましい。すなわち、関数で表される振幅変調の時間変化が同じであることが好ましい。これにより、オン時間と原料の供給とのタイミングを合わせやすくなる。
原料供給部１２は、一定量の原料を供給するものに限定されるものではなく、原料の熱プラズマ炎３４中への供給量を時間変調して、原料を熱プラズマ炎３４中に供給するものでもよい。これにより、図４に示すオン時間に大量の原料を供給することができる。これにより、より粒径が小さい酸化亜鉛微粒子を大量に製造することができる。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、サイン波状でも、三角波状でも、方形波状でも、のこぎり波状でもよいが、第２のコイル３２に供給される高周波電流の振幅変調に合わせることが好ましい。すなわち、関数で表される振幅変調の時間変化が同じであることが好ましい。これにより、オン時間と原料の供給とのタイミングを合わせやすくなる。
【0038】
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。制御部２４により、例えば、オン時間のときに原料の供給量を多くし、オフ時間のときに原料の供給量を少なくするパターンで、原料の供給量を時間変調する。これにより、より小さい酸化亜鉛微粒子を大量に製造することができる。このため、原料の供給は、オン時間のときに原料の供給量を多くし、オフ時間のときに原料の供給量を少なくすることが好ましい。このように、オン時間に原料を供給することにより、大量の原料を蒸発させることができ、その結果、酸化亜鉛微粒子の大量生成が可能になり、酸化亜鉛微粒子を効率よく、しかも大量に製造できる。
【0039】
ここで、図５は第１のコイルの高周波電流の波形の一例、第２のコイルの高周波電流の波形の一例、及び原料の供給の波形の一例を示すグラフである。図５において、符号４２は第１のコイルの高周波電流の波形を示し、符号４３は第２のコイルの高周波電流の波形を示し、符号４４は原料の供給を示す波形である。
図５において第１のコイルの高周波電流の電流値と、第２のコイルの高周波電流の電流値とは、同期して変化している。このため、第１のコイルの高周波電流の電流値が高いと、第２のコイルの高周波電流の電流値も高く、第１のコイルの高周波電流の電流値が低いと、第２のコイルの高周波電流の電流値も低い。第１のコイルの高周波電流の電流値及び第２のコイルの高周波電流の電流値が高いときに、熱プラズマ炎３４は高温状態であり、第１のコイルの高周波電流の電流値及び第２のコイルの高周波電流の電流値が低いときに、熱プラズマ炎３４は低温状態である。
原料は、熱プラズマ炎３４が高温状態で供給し、低温状態で供給しない。これにより、原料を効率的に蒸発させ、かつ蒸発蒸気を冷却できる。なお、第２のコイルの高周波電流の変調を大きくすることで、より蒸発蒸気を冷却することができる。
図５において第１のコイルの高周波電流の電流値と、第２のコイルの高周波電流の電流値とは、同期して変化している。このため、第１のコイルの高周波電流の電流値が高いと、第２のコイルの高周波電流の電流値も高く、第１のコイルの高周波電流の電流値が低いと、第２のコイルの高周波電流の電流値も低い。第１のコイルの高周波電流の電流値及び第２のコイルの高周波電流の電流値が高いときに、熱プラズマ炎３４は高温状態であり、第１のコイルの高周波電流の電流値及び第２のコイルの高周波電流の電流値が低いときに、熱プラズマ炎３４は低温状態である。
原料は、熱プラズマ炎３４が高温状態で供給し、低温状態で供給しない。これにより、原料を効率的に蒸発させ、かつ蒸発蒸気を冷却できる。なお、第２のコイルの高周波電流の変調を大きくすることで、より蒸発蒸気を冷却することができる。
【0040】
［酸化亜鉛微粒子の製造方法］
以下、上述の製造装置１０を用いた酸化亜鉛微粒子の製造方法について説明する。酸化亜鉛微粒子の製造方法は、製造装置１０を用いるものに限定されるものではない。
まず、酸化亜鉛微粒子の製造方法の原料の粉末として、例えば、ｄ５０が６０～９０μｍのＺｎ（亜鉛）の粉末を用意する。
Ｚｎ（亜鉛）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、アルゴンガスを用いる。第１の電源部２１ａにより、無振幅変調の高周波電流を第１のコイル３０に供給する。第２の電源部２１ｂにより、振幅変調した高周波電流を第２のコイル３２に供給する。これにより、プラズマトーチ１４の内部に熱プラズマ炎３４を発生させる。第２のコイル３２に供給する高周波電流の振幅変調は、例えば、２０％ＳＣＬであり、変調周期が２０ｍｓ、オン時間が１０ｍｓ、オフ時間が１０ｍｓである。
以下、上述の製造装置１０を用いた酸化亜鉛微粒子の製造方法について説明する。酸化亜鉛微粒子の製造方法は、製造装置１０を用いるものに限定されるものではない。
まず、酸化亜鉛微粒子の製造方法の原料の粉末として、例えば、ｄ５０が６０～９０μｍのＺｎ（亜鉛）の粉末を用意する。
Ｚｎ（亜鉛）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、アルゴンガスを用いる。第１の電源部２１ａにより、無振幅変調の高周波電流を第１のコイル３０に供給する。第２の電源部２１ｂにより、振幅変調した高周波電流を第２のコイル３２に供給する。これにより、プラズマトーチ１４の内部に熱プラズマ炎３４を発生させる。第２のコイル３２に供給する高周波電流の振幅変調は、例えば、２０％ＳＣＬであり、変調周期が２０ｍｓ、オン時間が１０ｍｓ、オフ時間が１０ｍｓである。
【0041】
次に、キャリアガスとして、例えば、アルゴンガスを用いてＺｎ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の内部の熱プラズマ炎３４中に供給する（第１の工程）。供給されたＺｎの粉末は、熱プラズマ炎３４中で蒸発させて気相状態の混合物３５（図２参照）となる。気相状態の混合物３５を冷却する（第２の工程）。これにより、酸化亜鉛微粒子が得られる。混合物３５を冷却する場合、急冷ガスを用いてもよく、急冷ガスを用いなくてもよい。第２の工程は、熱プラズマ炎３４に急冷ガスを供給して、気相状態の混合物３５を冷却してもよい。
そして、チャンバー１６内で得られた酸化亜鉛微粒子は、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。このように少ない工程数で酸化亜鉛微粒子を得ることができる。工程数を減らし、簡便な方法で酸化亜鉛微粒子が得られる。
また、上述のように、熱プラズマ炎３４を安定した状態で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することができることから、酸化亜鉛微粒子の粒径、酸化亜鉛微粒子がワイヤ状の場合には長さ、又はアスペクト比を制御できる。
そして、チャンバー１６内で得られた酸化亜鉛微粒子は、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。このように少ない工程数で酸化亜鉛微粒子を得ることができる。工程数を減らし、簡便な方法で酸化亜鉛微粒子が得られる。
また、上述のように、熱プラズマ炎３４を安定した状態で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することができることから、酸化亜鉛微粒子の粒径、酸化亜鉛微粒子がワイヤ状の場合には長さ、又はアスペクト比を制御できる。
【0042】
なお、上述の気相状態の混合物３５（図２参照）の冷却は、特に限定されるものではなく、急冷ガス等の冷却媒体を用いることなく冷却させた自然冷却でもよい。急冷ガスを用いない場合、ＳＣＬの値を小さくすることにより、すなわち、第２のコイルの高周波電流の変調度合いを大きくすることにより、オン時間の熱プラズマ炎３４の温度を維持しつつ、オフ時間の熱プラズマ炎３４の温度を低くできるため、急冷ガスを用いた冷却を行わなくても、より小さなサイズの酸化亜鉛微粒子を得ることができる。この場合、酸化亜鉛微粒子の製造方法の工程を更に簡素化できる。
また、気体供給部２２から熱プラズマ炎３４の尾部３４ｂ（図２参照）、すなわち、熱プラズマ炎３４の終端部に、急冷ガスとして、例えば、アルゴンガスを供給して、混合物３５（図２参照）を急冷してもよい。これにより、熱プラズマ炎３４が急冷されて酸化亜鉛微粒子が生成されるが、このとき、チャンバー１６内に温度が低い領域が生じ、よりさらに小さい酸化亜鉛微粒子が得られる。
また、気体供給部２２から熱プラズマ炎３４の尾部３４ｂ（図２参照）、すなわち、熱プラズマ炎３４の終端部に、急冷ガスとして、例えば、アルゴンガスを供給して、混合物３５（図２参照）を急冷してもよい。これにより、熱プラズマ炎３４が急冷されて酸化亜鉛微粒子が生成されるが、このとき、チャンバー１６内に温度が低い領域が生じ、よりさらに小さい酸化亜鉛微粒子が得られる。
【0043】
Ｚｎの粉末をプラズマトーチ１４の内部の熱プラズマ炎３４中に供給する際、上述のように、オン時間にＺｎの粉末の供給量を多くし、オフ時間にＺｎの粉末の供給量を少なくすることが好ましい。また、オン時間にＺｎの粉末を供給し、オフ時間にＺｎの粉末の供給しないようにしてもよい。いずれにしろ、ソレノイドバルブが開になってから実際に原料が搬送され、熱プラズマ炎３４中の原料の供給量が多くなるまでに時間がかかるので、その搬送時間にかかる時間を見越して、ソレノイドバルブ等を制御する必要がある。
上述のように、例えば、図５に示す第２のコイル３２の矩形波状に振幅変調された波形４３に基づき、搬送時間を考慮してバルブの開閉タイミングが決定され、バルブの開閉のタイミング信号（図示せず）が得られ、バルブが所定の時間間隔で開閉される。その結果、例えば、原料の供給を示す波形４４に基づいて、原料の粉末がプラズマトーチ１４内にオン時間に供給され、結果として原料が間歇的に供給される。
Ｚｎの粉末の供給タイミングと、第２のコイル３２の振幅変調とについては、後に詳細に説明する。
上述のように、例えば、図５に示す第２のコイル３２の矩形波状に振幅変調された波形４３に基づき、搬送時間を考慮してバルブの開閉タイミングが決定され、バルブの開閉のタイミング信号（図示せず）が得られ、バルブが所定の時間間隔で開閉される。その結果、例えば、原料の供給を示す波形４４に基づいて、原料の粉末がプラズマトーチ１４内にオン時間に供給され、結果として原料が間歇的に供給される。
Ｚｎの粉末の供給タイミングと、第２のコイル３２の振幅変調とについては、後に詳細に説明する。
【0044】
酸化亜鉛微粒子の製造方法では、プラズマトーチ１４の内部に原料を供給し、プラズマトーチ１４の周囲に配置された第２のコイル３２に振幅変調した高周波電流を供給してプラズマトーチ１４の内部に熱プラズマ炎３４を発生させ、第２のコイル３２の下端３２ｂから、プラズマトーチ１４の中心軸Ｃに沿って下向き方向Ｄ１（図２参照）に７００ｍｍ（図２の位置Ｑ３参照）までの中心軸Ｃ上に３０００Ｋ以下の温度領域（図示せず）を発生させて、熱プラズマ炎３４により酸化亜鉛微粒子を製造する。３０００Ｋ以下の温度領域があることにより、溶融された原料が十分に冷却されて、ナノサイズのものが得られる。
ここで、下向き方向Ｄ１（図２参照）とは、プラズマトーチ１４からチャンバー１６に向う方向である。
上述の中心軸Ｃ上に存在する３０００Ｋ以下の温度領域に、供給された原料が、高周波電流の振幅変調の周期の２周期以内に到達することが好ましい。この場合、供給された原料は、実際には熱プラズマ炎３４で蒸発された気相状態の混合物３５が下向き方向Ｄ１に移動して到達する。第２のコイル３２の高周波電流の振幅変調の周期の２周期以内に到達すれば、溶融された原料が十分に冷却されて、ナノサイズのものが得られる。
ここで、下向き方向Ｄ１（図２参照）とは、プラズマトーチ１４からチャンバー１６に向う方向である。
上述の中心軸Ｃ上に存在する３０００Ｋ以下の温度領域に、供給された原料が、高周波電流の振幅変調の周期の２周期以内に到達することが好ましい。この場合、供給された原料は、実際には熱プラズマ炎３４で蒸発された気相状態の混合物３５が下向き方向Ｄ１に移動して到達する。第２のコイル３２の高周波電流の振幅変調の周期の２周期以内に到達すれば、溶融された原料が十分に冷却されて、ナノサイズのものが得られる。
【0045】
原料が、第２のコイル３２の下端３２ｂから中心軸Ｃに沿って下向き方向Ｄ１に８００ｍｍ（図２位置Ｑ４参照）までの中心軸Ｃ上に存在する３０００Ｋ以下の温度領域（図示せず）に、１０ｍｓ以上滞留することが好ましい。
３０００Ｋ以下の温度領域（図示せず）に１０ｍｓ以上滞留することにより、混合物３５（図２参照）の蒸気が十分に冷却されて核生成とナノワイヤの成長が促進されるため、好ましい。
第２のコイル３２の下端３２ｂから中心軸Ｃに沿って下向き方向Ｄ１に２００ｍｍ、かつ下向き方向Ｄ１と直交する方向Ｄ２（図２参照）において中心軸Ｃを中心とした半径１５ｍｍの領域Ｄｃ（図２参照）の少なくとも一部が、第２のコイル３２の高周波電流の振幅変調の周期の１周期以内に２０００Ｋ以下となることが好ましく、上述の半径１５ｍｍの領域Ｄｃ（図２参照）全部が、第２のコイル３２の高周波電流の振幅変調の周期の１周期以内に２０００Ｋ以下となることがより好ましい。これにより、原料が十分に溶融された後に十分に冷却されて、ナノサイズのものが得られる。
第２のコイル３２の下端３２ｂから中心軸Ｃに沿って下向き方向Ｄ１に２００ｍｍ、かつ下向き方向Ｄ１と直交する方向Ｄ２において中心軸Ｃを中心とした半径１５ｍｍの領域Ｄｃに、供給された原料が、第２のコイル３２の高周波電流の振幅変調の周期の１周期以内に到達することが好ましい。これにより、原料が十分に溶融される。
以上のような温度領域は、温度を含め、後述するように第２のコイル３２に印加される高周波電流の振幅変調の波形が矩形波の場合により確実に実現できる。このため、高周波電流の振幅変調の波形は矩形波が好ましい。
なお、上述の温度領域、温度領域の３０００Ｋ等の温度は、実測値、又はシミュレーションの結果でもよい。
また、第２のコイル３２に印加される高周波電流の振幅変調の波形が矩形波の場合、冷却をコントロールすることで、ワイヤ状の酸化亜鉛微粒子を得ることができる。この場合、得られた酸化亜鉛微粒子は、ワイヤ状のものの割合が多い。得られたワイヤ状の酸化亜鉛微粒子は、長く、かつアスペクト比が大きい。
３０００Ｋ以下の温度領域（図示せず）に１０ｍｓ以上滞留することにより、混合物３５（図２参照）の蒸気が十分に冷却されて核生成とナノワイヤの成長が促進されるため、好ましい。
第２のコイル３２の下端３２ｂから中心軸Ｃに沿って下向き方向Ｄ１に２００ｍｍ、かつ下向き方向Ｄ１と直交する方向Ｄ２（図２参照）において中心軸Ｃを中心とした半径１５ｍｍの領域Ｄｃ（図２参照）の少なくとも一部が、第２のコイル３２の高周波電流の振幅変調の周期の１周期以内に２０００Ｋ以下となることが好ましく、上述の半径１５ｍｍの領域Ｄｃ（図２参照）全部が、第２のコイル３２の高周波電流の振幅変調の周期の１周期以内に２０００Ｋ以下となることがより好ましい。これにより、原料が十分に溶融された後に十分に冷却されて、ナノサイズのものが得られる。
第２のコイル３２の下端３２ｂから中心軸Ｃに沿って下向き方向Ｄ１に２００ｍｍ、かつ下向き方向Ｄ１と直交する方向Ｄ２において中心軸Ｃを中心とした半径１５ｍｍの領域Ｄｃに、供給された原料が、第２のコイル３２の高周波電流の振幅変調の周期の１周期以内に到達することが好ましい。これにより、原料が十分に溶融される。
以上のような温度領域は、温度を含め、後述するように第２のコイル３２に印加される高周波電流の振幅変調の波形が矩形波の場合により確実に実現できる。このため、高周波電流の振幅変調の波形は矩形波が好ましい。
なお、上述の温度領域、温度領域の３０００Ｋ等の温度は、実測値、又はシミュレーションの結果でもよい。
また、第２のコイル３２に印加される高周波電流の振幅変調の波形が矩形波の場合、冷却をコントロールすることで、ワイヤ状の酸化亜鉛微粒子を得ることができる。この場合、得られた酸化亜鉛微粒子は、ワイヤ状のものの割合が多い。得られたワイヤ状の酸化亜鉛微粒子は、長く、かつアスペクト比が大きい。
【0046】
図６は第２のコイルの高周波電流の波形の他の例を示すグラフである。図６は三角形状に振幅変調した高周波電流の波形４５を示す。高周波電流の波形４５が三角形状の場合、上述の電流変調率（ＳＣＬ）に対応する電流変調率ＳＰＣＬ（Shimmer PeakCurrent Level）と、立ち上がり継続時間比ＲＲ（Rising Ratio）を定義する。電流変調率ＳＰＣＬ及び立ち上がり継続時間比ＲＲは、下記式で表される。
ＳＰＣＬ＝ＬＰＣＬ／ＨＰＣＬ×１００（％）
ＲＲ＝ＲＴ／Ｔｃｙｃ×１００（％）
ここで、ＨＰＣＬ及びＬＰＣＬは、それぞれ第２のコイルの高周波電流の振幅値の最高値（High Peak Current Level）及び最低値（Low Peak Current Level）である。また、ＲＴ（Rising Time）はＬＣＰＬからＨＰＣＬ迄の時間である。Ｔｃｙｃは周期である。
ＳＰＣＬ＝ＬＰＣＬ／ＨＰＣＬ×１００（％）
ＲＲ＝ＲＴ／Ｔｃｙｃ×１００（％）
ここで、ＨＰＣＬ及びＬＰＣＬは、それぞれ第２のコイルの高周波電流の振幅値の最高値（High Peak Current Level）及び最低値（Low Peak Current Level）である。また、ＲＴ（Rising Time）はＬＣＰＬからＨＰＣＬ迄の時間である。Ｔｃｙｃは周期である。
【0047】
図７（ａ）は第２のコイルの高周波電流の波形がのこぎり波のグラフであり、（ｂ）は第２のコイルの高周波電流の波形が逆こぎり波のグラフであり、（ｃ）は第２のコイルの高周波電流の波形が矩形波のグラフであり、（ｄ）は第２のコイルの高周波電流の波形が三角波のグラフである。
図７（ａ）～（ｄ）に示す第２のコイルの高周波電流の波形４６～４９は、いずれも１周期が２０ｍｓである。また、図７（ａ）～（ｄ）に示す区間δ１～δ４は、いずれも原料の供給期間である。
図８（ａ）～（ｄ）は第２のコイルの高周波電流の波形がのこぎり波の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布を示す模式図である。図９（ａ）～（ｄ）は第２のコイルの高周波電流の波形が逆こぎり波の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布を示す模式図である。図１０（ａ）～（ｄ）は第２のコイルの高周波電流の波形が矩形波の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布を示す模式図である。図１１（ａ）～（ｄ）は第２のコイルの高周波電流の波形が三角波の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布を示す模式図である。
図７（ａ）～（ｄ）に示す第２のコイルの高周波電流の波形４６～４９は、いずれも１周期が２０ｍｓである。また、図７（ａ）～（ｄ）に示す区間δ１～δ４は、いずれも原料の供給期間である。
図８（ａ）～（ｄ）は第２のコイルの高周波電流の波形がのこぎり波の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布を示す模式図である。図９（ａ）～（ｄ）は第２のコイルの高周波電流の波形が逆こぎり波の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布を示す模式図である。図１０（ａ）～（ｄ）は第２のコイルの高周波電流の波形が矩形波の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布を示す模式図である。図１１（ａ）～（ｄ）は第２のコイルの高周波電流の波形が三角波の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布を示す模式図である。
【0048】
図８（ａ）～（ｄ）～図１１（ａ）～（ｄ）は、いずれも数値解析により得られたプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布である。
図８（ａ）～（ｄ）は、図７（ａ）に示す第２のコイルの高周波電流の波形４６に基づく温度分布である。図９（ａ）～（ｄ）は、図７（ｂ）に示す第２のコイルの高周波電流の波形４７に基づく温度分布である。図１０（ａ）～（ｄ）は、図７（ｃ）に示す第２のコイルの高周波電流の波形４８に基づく温度分布である。図１１（ａ）～（ｄ）は、図７（ｄ）に示す第２のコイルの高周波電流の波形４９に基づく温度分布である。
図８（ａ）、図９（ａ）、図１０（ａ）及び図１１（ａ）は、それぞれ各区間δ１～δ４の５．０ｍｓ時点の温度分布を示す。図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）は、それぞれ各区間δ１～δ４の１０．０ｍｓ時点の温度分布を示す。図８（ｃ）、図９（ｃ）、図１０（ｃ）及び図１１（ｃ）は、それぞれ各区間δ１～δ４の１５．０ｍｓ時点の温度分布を示す。図８（ｄ）、図９（ｄ）、図１０（ｄ）及び図１１（ｄ）は、それぞれ各区間δ１～δ４の２０．０ｍｓ時点の温度分布を示す。
図８（ａ）～（ｄ）は、図７（ａ）に示す第２のコイルの高周波電流の波形４６に基づく温度分布である。図９（ａ）～（ｄ）は、図７（ｂ）に示す第２のコイルの高周波電流の波形４７に基づく温度分布である。図１０（ａ）～（ｄ）は、図７（ｃ）に示す第２のコイルの高周波電流の波形４８に基づく温度分布である。図１１（ａ）～（ｄ）は、図７（ｄ）に示す第２のコイルの高周波電流の波形４９に基づく温度分布である。
図８（ａ）、図９（ａ）、図１０（ａ）及び図１１（ａ）は、それぞれ各区間δ１～δ４の５．０ｍｓ時点の温度分布を示す。図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）は、それぞれ各区間δ１～δ４の１０．０ｍｓ時点の温度分布を示す。図８（ｃ）、図９（ｃ）、図１０（ｃ）及び図１１（ｃ）は、それぞれ各区間δ１～δ４の１５．０ｍｓ時点の温度分布を示す。図８（ｄ）、図９（ｄ）、図１０（ｄ）及び図１１（ｄ）は、それぞれ各区間δ１～δ４の２０．０ｍｓ時点の温度分布を示す。
【0049】
図８（ａ）～（ｄ）～図１１（ａ）～（ｄ）に示すシミュレーションの結果から、図７（ａ）に示す第２のコイルの高周波電流の波形４６の区間δ１（図８（ｂ）～（ｄ）に相当）では、温度が低い状態で原料が供給されるが、その後、十分な高温になっておらず、原料の溶融が十分ではない。
また、図７（ｂ）に示す第２のコイルの高周波電流の波形４７の区間δ２（図９（ｄ）、（ａ）及び（ｄ）に相当）では、原料の供給が完了した後も、原料は高温場に存在しており、冷却が十分ではない。
また、図７（ｃ）に示す第２のコイルの高周波電流の波形４８の区間δ３（図１０（ｂ）～（ｄ）に相当）では、温度が低い状態で原料が供給されて、その後、十分な高温になっており、原料の溶融が十分である。
また、図７（ｄ）に示す第２のコイルの高周波電流の波形４９の区間δ４（図１１（ｃ）（ｄ）及び（ａ）に相当）では、原料供給時に十分に高温になっておらず、原料の溶融が十分ではない。
また、図７（ｂ）に示す第２のコイルの高周波電流の波形４７の区間δ２（図９（ｄ）、（ａ）及び（ｄ）に相当）では、原料の供給が完了した後も、原料は高温場に存在しており、冷却が十分ではない。
また、図７（ｃ）に示す第２のコイルの高周波電流の波形４８の区間δ３（図１０（ｂ）～（ｄ）に相当）では、温度が低い状態で原料が供給されて、その後、十分な高温になっており、原料の溶融が十分である。
また、図７（ｄ）に示す第２のコイルの高周波電流の波形４９の区間δ４（図１１（ｃ）（ｄ）及び（ａ）に相当）では、原料供給時に十分に高温になっておらず、原料の溶融が十分ではない。
【0050】
図８（ａ）～（ｄ）～図１１（ａ）～（ｄ）から、図７（ｃ）に示す第２のコイルの高周波電流の波形４８が矩形波の場合、原料の溶融が十分であるため好ましい。
ここで、図２９は第１のコイル及び第２のコイルの高周波電流が無変調の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布を示す模式図である。
第１のコイル及び第２のコイルの高周波電流が無変調の場合、時間に依らずに図２９に示すように温度が高い状態が維持されており、原料の供給が完了した後も、原料は高温場に存在しており、冷却が十分ではない。この点が、上述の図８（ａ）～（ｄ）～図１１（ａ）～（ｄ）とは異なる。
ここで、図２９は第１のコイル及び第２のコイルの高周波電流が無変調の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布を示す模式図である。
第１のコイル及び第２のコイルの高周波電流が無変調の場合、時間に依らずに図２９に示すように温度が高い状態が維持されており、原料の供給が完了した後も、原料は高温場に存在しており、冷却が十分ではない。この点が、上述の図８（ａ）～（ｄ）～図１１（ａ）～（ｄ）とは異なる。
【0051】
ここで、図１２（ａ）は第２のコイルの高周波電流の波形がのこぎり波の場合の原料供給開始時の温度分布を示す模式図であり、（ｂ）は第２のコイルの高周波電流の波形が逆のこぎり波の場合の原料供給開始時の温度分布を示す模式図であり、（ｃ）は第２のコイルの高周波電流の波形が矩形波の場合の原料供給開始時の温度分布を示す模式図であり、（ｄ）は第２のコイルの高周波電流の波形が三角波の場合の原料供給開始時の温度分布を示す模式図である。
図１３（ａ）は第２のコイルの高周波電流の波形がのこぎり波の場合の原料供給停止時の温度分布を示す模式図であり、（ｂ）は第２のコイルの高周波電流の波形が逆のこぎり波の場合の原料供給停止時の温度分布を示す模式図であり、（ｃ）は第２のコイルの高周波電流の波形が矩形波の場合の原料供給停止時の温度分布を示す模式図であり、（ｄ）は第２のコイルの高周波電流の波形が三角波の場合の原料供給停止時の温度分布を示す模式図である。
図１２（ａ）と図１３（ａ）とが対応し、図１２（ｂ）と図１３（ｂ）とが対応し、図１２（ｃ）と図１３（ｃ）とが対応し、図１２（ｄ）と図１３（ｄ）とが対応している。
なお、図１２（ａ）～図１２（ｄ）と図１３（ａ）～図１３（ｄ）とにおいて、図２と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
図１３（ａ）は第２のコイルの高周波電流の波形がのこぎり波の場合の原料供給停止時の温度分布を示す模式図であり、（ｂ）は第２のコイルの高周波電流の波形が逆のこぎり波の場合の原料供給停止時の温度分布を示す模式図であり、（ｃ）は第２のコイルの高周波電流の波形が矩形波の場合の原料供給停止時の温度分布を示す模式図であり、（ｄ）は第２のコイルの高周波電流の波形が三角波の場合の原料供給停止時の温度分布を示す模式図である。
図１２（ａ）と図１３（ａ）とが対応し、図１２（ｂ）と図１３（ｂ）とが対応し、図１２（ｃ）と図１３（ｃ）とが対応し、図１２（ｄ）と図１３（ｄ）とが対応している。
なお、図１２（ａ）～図１２（ｄ）と図１３（ａ）～図１３（ｄ）とにおいて、図２と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【0052】
図１２（ａ）～図１２（ｄ）と図１３（ａ）～図１３（ｄ）とから、第２のコイルの高周波電流の波形が矩形波の場合、原料供給開始時の温度が低く、原料供給停止時の温度が高い。図１２（ｃ）に示すように、コイル下端Ｑ１から２００ｍｍの位置Ｑ２の温度が低い。図１３（ｃ）に示すように、コイル下端Ｑ１から２００ｍｍの位置Ｑ２における領域Ｄｃ（図２参照）に対応する領域Ｄｆの温度が高い。また、コイル下端Ｑ１から２００ｍｍの位置Ｑ２迄の範囲で温度が高い。
第２のコイルの高周波電流の波形が矩形波の場合、第２のコイル３２の下端３２ｂから、プラズマトーチ１４の中心軸Ｃに沿って下向き方向Ｄ１（図２参照）に７００ｍｍ（図２の位置Ｑ３参照）までの中心軸Ｃ上に３０００Ｋ以下の温度領域（図示せず）を発生させることができる。さらには、第２のコイル３２の下端３２ｂから中心軸Ｃに沿って下向き方向Ｄ１に２００ｍｍ、かつ下向き方向Ｄ１と直交する方向Ｄ２（図２参照）において中心軸Ｃを中心とした半径１５ｍｍの領域Ｄｃ（図２参照）を、変調周期内に２０００Ｋ以下にできる。
第２のコイルの高周波電流の波形がのこぎり波、逆のこぎり波、及び三角波の場合、第２のコイルの高周波電流の波形が矩形波と同様の温度領域と、温度領域の温度とが得られない。結果として、第２のコイルの高周波電流の波形がのこぎり波、逆のこぎり波、及び三角波の場合、第２のコイルの高周波電流の波形が矩形波の場合と同様の酸化亜鉛微粒子を得ることができない。
なお、第１のコイル及び第２のコイルの高周波電流が無変調の場合、熱プラズマ炎が発生している期間中、上述のように図２９に示す中心軸Ｃ上で温度が高い状態が維持される。このため、第１のコイル及び第２のコイルの高周波電流が無変調の場合でも、第２のコイルの高周波電流の波形が矩形波の場合と同様の酸化亜鉛微粒子を得ることができない。
第２のコイルの高周波電流の波形が矩形波の場合、第２のコイル３２の下端３２ｂから、プラズマトーチ１４の中心軸Ｃに沿って下向き方向Ｄ１（図２参照）に７００ｍｍ（図２の位置Ｑ３参照）までの中心軸Ｃ上に３０００Ｋ以下の温度領域（図示せず）を発生させることができる。さらには、第２のコイル３２の下端３２ｂから中心軸Ｃに沿って下向き方向Ｄ１に２００ｍｍ、かつ下向き方向Ｄ１と直交する方向Ｄ２（図２参照）において中心軸Ｃを中心とした半径１５ｍｍの領域Ｄｃ（図２参照）を、変調周期内に２０００Ｋ以下にできる。
第２のコイルの高周波電流の波形がのこぎり波、逆のこぎり波、及び三角波の場合、第２のコイルの高周波電流の波形が矩形波と同様の温度領域と、温度領域の温度とが得られない。結果として、第２のコイルの高周波電流の波形がのこぎり波、逆のこぎり波、及び三角波の場合、第２のコイルの高周波電流の波形が矩形波の場合と同様の酸化亜鉛微粒子を得ることができない。
なお、第１のコイル及び第２のコイルの高周波電流が無変調の場合、熱プラズマ炎が発生している期間中、上述のように図２９に示す中心軸Ｃ上で温度が高い状態が維持される。このため、第１のコイル及び第２のコイルの高周波電流が無変調の場合でも、第２のコイルの高周波電流の波形が矩形波の場合と同様の酸化亜鉛微粒子を得ることができない。
【0053】
上述の図８（ａ）～（ｄ）～図１１（ａ）～（ｄ）に示す数値解析には、非定常電磁熱流体解析モデルを用いた。数値解析の詳細は、Ryudai Furukawa, et al.,Numerical Study of Nanoparticle Formation in Two-Coil Tandem-Type Modulated Induction Thermal Plasmas with Simultaneous Modulation of Upper- and Lower-Coil Currents,J.Phys.D:Appl.Phys. vol.55, 044001,2022 (28pp)に記載されている通りである。
数値解析における計算空間を図１４に示す。プラズマトーチは、長さ４４０ｍｍ、半径３５ｍｍとした。チャンバーは、プラズマトーチに下端から長さ７００ｍｍ、半径６５ｍｍとした。プラズマトーチ上部からシースガスをプラズマトーチ内に投入した。さらに、プラズマトーチ中心には、水冷チューブを挿入した。水冷チューブは壁境界として与えた。トーチの外部には、８ターンコイルを設置した。計算空間は有限体積法により離散化した。プラズマトーチ及びチャンバーを軸方向に１１５分割し、径方向は６６分割した。メッシュ形状は長方形とし、メッシュサイズは、１０ｍｍ×１ｍｍとした。
熱プラズマへの合計投入電力は２０ｋＷとした。第１のコイル及び第２のコイルに１０ｋＷづつ投入した。第１のコイルの周波数を４３０ｋＨｚ、第２のコイルの周波数を３００ｋＨｚとした。石英管内の圧力を３００ｔｏｒｒとした。プラズマガス及びクエンチングガスは未供給とした。キャリアガスはＡｒを供給し、流量４ｓｌｐｍとした。シースガスはＡｒを供給し、流量９０ｓｌｐｍとした。水冷チューブの挿入深さは、トーチヘッド（ｚ＝０ｍｍ）に対して、１５０ｍｍとした。
なお、図２９に示すは第１のコイル及び第２のコイルの高周波電流が無変調の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布も、上述の数値解析により得られたものである。
数値解析における計算空間を図１４に示す。プラズマトーチは、長さ４４０ｍｍ、半径３５ｍｍとした。チャンバーは、プラズマトーチに下端から長さ７００ｍｍ、半径６５ｍｍとした。プラズマトーチ上部からシースガスをプラズマトーチ内に投入した。さらに、プラズマトーチ中心には、水冷チューブを挿入した。水冷チューブは壁境界として与えた。トーチの外部には、８ターンコイルを設置した。計算空間は有限体積法により離散化した。プラズマトーチ及びチャンバーを軸方向に１１５分割し、径方向は６６分割した。メッシュ形状は長方形とし、メッシュサイズは、１０ｍｍ×１ｍｍとした。
熱プラズマへの合計投入電力は２０ｋＷとした。第１のコイル及び第２のコイルに１０ｋＷづつ投入した。第１のコイルの周波数を４３０ｋＨｚ、第２のコイルの周波数を３００ｋＨｚとした。石英管内の圧力を３００ｔｏｒｒとした。プラズマガス及びクエンチングガスは未供給とした。キャリアガスはＡｒを供給し、流量４ｓｌｐｍとした。シースガスはＡｒを供給し、流量９０ｓｌｐｍとした。水冷チューブの挿入深さは、トーチヘッド（ｚ＝０ｍｍ）に対して、１５０ｍｍとした。
なお、図２９に示すは第１のコイル及び第２のコイルの高周波電流が無変調の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布も、上述の数値解析により得られたものである。
【0054】
（用途）
酸化亜鉛微粒子は、顔料又は化粧料、医薬品、塗料等の各種の樹脂組成物の添加剤として使用される。また、酸化亜鉛微粒子は、化粧料においてサンスクリーン剤の原料としても使用される。これ以外にも、酸化亜鉛微粒子は、半導体又は圧電素子等の各種の電子材料に使用される。
酸化亜鉛微粒子は、顔料又は化粧料、医薬品、塗料等の各種の樹脂組成物の添加剤として使用される。また、酸化亜鉛微粒子は、化粧料においてサンスクリーン剤の原料としても使用される。これ以外にも、酸化亜鉛微粒子は、半導体又は圧電素子等の各種の電子材料に使用される。
【0055】
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、本発明の酸化亜鉛微粒子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、種々の改良又は変更をしてもよいのはもちろんである。
【実施例0056】
以下、本発明の酸化亜鉛微粒子の製造方法について、より具体的に説明する。
本実施例においては、酸化亜鉛微粒子の製造を試みた（例１～４）。酸化亜鉛微粒子の製造には、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、酸化亜鉛微粒子の製造を試みた（例１～４）。酸化亜鉛微粒子の製造には、図１に示す製造装置１０を用いた。以下に製造条件を示す。
【0057】
（製造条件）
第１のコイルに印加する平均電力を１５ｋＷとし、第１のコイルに印加する電流の周波数を４１０ｋＨｚとした。第２のコイルに印加する平均電力を１０ｋＷとし、第２のコイルに印加する周波数を２５０ｋＨｚとした。
石英管の内部の圧力を３００ｔｏｒｒ（≒４０ｋＰａ）とした。
シースガスにＡｒガスを用い、流量を９０Ｌ／ｍｉｎ（標準状態換算）とした。
キャリアガスにＡｒガスを用い、流量を４Ｌ／ｍｉｎ（標準状態換算）とした。
上述のシースガスがプラズマガスとして機能する。なお、急冷ガスは用いていない。
第１のコイルは８巻とし、第２のコイルは８巻とした。
コイル電流の変調条件は、第１のコイルは変調せずに一定値とした。第２のコイルを時間変調し、変調周期を２０ｍｓとした。
原料にＺｎの粉末を用い、かつ間歇的に供給した。原料の間歇供給には、株式会社アイシンナノテクノロジー社製のＴＦ－７０－ＣＴ（型式）を用いた。
原料には、ｄ５０が７５μｍのＺｎ（亜鉛）の粉末を用いた。
第１のコイルに印加する平均電力を１５ｋＷとし、第１のコイルに印加する電流の周波数を４１０ｋＨｚとした。第２のコイルに印加する平均電力を１０ｋＷとし、第２のコイルに印加する周波数を２５０ｋＨｚとした。
石英管の内部の圧力を３００ｔｏｒｒ（≒４０ｋＰａ）とした。
シースガスにＡｒガスを用い、流量を９０Ｌ／ｍｉｎ（標準状態換算）とした。
キャリアガスにＡｒガスを用い、流量を４Ｌ／ｍｉｎ（標準状態換算）とした。
上述のシースガスがプラズマガスとして機能する。なお、急冷ガスは用いていない。
第１のコイルは８巻とし、第２のコイルは８巻とした。
コイル電流の変調条件は、第１のコイルは変調せずに一定値とした。第２のコイルを時間変調し、変調周期を２０ｍｓとした。
原料にＺｎの粉末を用い、かつ間歇的に供給した。原料の間歇供給には、株式会社アイシンナノテクノロジー社製のＴＦ－７０－ＣＴ（型式）を用いた。
原料には、ｄ５０が７５μｍのＺｎ（亜鉛）の粉末を用いた。
【0058】
第２のコイルの変調波形は、例１をのこぎり波とし、例２を三角波とし、例３を矩形波とし、例４を変調しないものとした。例１～例３は遅延時間を７ｍｓとした。
例１は、第１のコイル電流は無変調としたが、第２のコイル電流は立ち上がり継続時間比（ＲＲ）を９９．９％とし、電流変調率（ＳＰＣＬ）を２０％とした。
例２は、第１のコイル電流は無変調としたが、第２のコイル電流は、立ち上がり継続時間比（ＲＲ）を５０％とし、電流変調率（ＳＰＣＬ）を２０％とした。
例３は、第１のコイル電流は無変調としたが、第２のコイル電流はデューティ比（ＤＦ）を５０％とし、電流変調率（ＳＣＬ）を２０％とした。
例４は、第１のコイル及び第２のコイルの高周波電流を変調しておらず、プラズマを変調しなかった。
また、例１～３では、原料の間歇供給のデューティ比を４０％とした。
例１は、第１のコイル電流は無変調としたが、第２のコイル電流は立ち上がり継続時間比（ＲＲ）を９９．９％とし、電流変調率（ＳＰＣＬ）を２０％とした。
例２は、第１のコイル電流は無変調としたが、第２のコイル電流は、立ち上がり継続時間比（ＲＲ）を５０％とし、電流変調率（ＳＰＣＬ）を２０％とした。
例３は、第１のコイル電流は無変調としたが、第２のコイル電流はデューティ比（ＤＦ）を５０％とし、電流変調率（ＳＣＬ）を２０％とした。
例４は、第１のコイル及び第２のコイルの高周波電流を変調しておらず、プラズマを変調しなかった。
また、例１～３では、原料の間歇供給のデューティ比を４０％とした。
【0059】
図１５は例１の酸化亜鉛微粒子のＳＥＭ像を示す模式図である。図１６は例２の酸化亜鉛微粒子のＳＥＭ像を示す模式図である。図１７は例３の酸化亜鉛微粒子のＳＥＭ像を示す模式図である。図１８は例４の酸化亜鉛微粒子のＳＥＭ像を示す模式図である。
図１５～図１８は、いずれも３５０００倍のＳＥＭ像である。
図１５～図１８に示すように、例１～４では、ワイヤ状の酸化亜鉛微粒子を製造できた。
図１５～図１８は、いずれも３５０００倍のＳＥＭ像である。
図１５～図１８に示すように、例１～４では、ワイヤ状の酸化亜鉛微粒子を製造できた。
【0060】
次に、例１～４のワイヤ状の酸化亜鉛微粒子について、直径、及び長さを測定し、さらにアスペクト比を算出した。
ワイヤ状の酸化亜鉛微粒子の直径、及び長さは、ＳＥＭ画像から無作為に総数で５００個のワイヤ状の物体を抽出し、５００個のワイヤ状の物体について、それぞれ直径に相当する領域の直径と、長さに相当する部分の長さを測定した。さらに、測定した直径、及び長さを用いてアスペクト比を算出した。
この結果、例１～４について、図１９（ａ）及び（ｂ）～図２２（ａ）及び（ｂ）に示すワイヤの径の度数分布が得られた。
図１９（ａ）は例１の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の正規分布を示すグラフであり、（ｂ）は例１の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の対数正規分布を示すグラフである。図２０（ａ）は例２の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の正規分布を示すグラフであり、（ｂ）は例２の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の対数正規分布を示すグラフである。図２１（ａ）は例３の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の正規分布を示すグラフであり、（ｂ）は例３の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の対数正規分布を示すグラフである。図２２（ａ）は例４の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の正規分布を示すグラフであり、（ｂ）は例４の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の対数正規分布を示すグラフである。
ワイヤ状の酸化亜鉛微粒子の直径、及び長さは、ＳＥＭ画像から無作為に総数で５００個のワイヤ状の物体を抽出し、５００個のワイヤ状の物体について、それぞれ直径に相当する領域の直径と、長さに相当する部分の長さを測定した。さらに、測定した直径、及び長さを用いてアスペクト比を算出した。
この結果、例１～４について、図１９（ａ）及び（ｂ）～図２２（ａ）及び（ｂ）に示すワイヤの径の度数分布が得られた。
図１９（ａ）は例１の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の正規分布を示すグラフであり、（ｂ）は例１の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の対数正規分布を示すグラフである。図２０（ａ）は例２の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の正規分布を示すグラフであり、（ｂ）は例２の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の対数正規分布を示すグラフである。図２１（ａ）は例３の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の正規分布を示すグラフであり、（ｂ）は例３の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の対数正規分布を示すグラフである。図２２（ａ）は例４の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の正規分布を示すグラフであり、（ｂ）は例４の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の対数正規分布を示すグラフである。
【0061】
図１９（ａ）は例１の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の正規分布を示すグラフであり、曲線５０はカウント数を示す。図１９（ｂ）はワイヤ径の対数正規分布を示すグラフであり、曲線５１は対数正規分布を示す。
例１は、図１９（ａ）に示すように、平均直径ｄが１１１．１ｎｍであり、ｄ５０が９０．０ｎｍであり、標準偏差σが８０．９ｎｍであった。なお、ｄ５０は、ワイヤ径における値を示す。上述のｄ５０はワイヤ径の度数分布のメジアンである。
図２０（ａ）は例２の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の正規分布を示すグラフであり、曲線５２はカウント数を示す。図２０（ｂ）はワイヤ径の対数正規分布を示すグラフであり、曲線５３は対数正規分布を示す。
例２は、図２０（ａ）に示すように、平均直径ｄが１１６．２ｎｍであり、ｄ５０が８４．０ｎｍであり、標準偏差σが９４．４ｎｍであった。
例１は、図１９（ａ）に示すように、平均直径ｄが１１１．１ｎｍであり、ｄ５０が９０．０ｎｍであり、標準偏差σが８０．９ｎｍであった。なお、ｄ５０は、ワイヤ径における値を示す。上述のｄ５０はワイヤ径の度数分布のメジアンである。
図２０（ａ）は例２の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の正規分布を示すグラフであり、曲線５２はカウント数を示す。図２０（ｂ）はワイヤ径の対数正規分布を示すグラフであり、曲線５３は対数正規分布を示す。
例２は、図２０（ａ）に示すように、平均直径ｄが１１６．２ｎｍであり、ｄ５０が８４．０ｎｍであり、標準偏差σが９４．４ｎｍであった。
【0062】
図２１（ａ）は例３の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の正規分布を示すグラフであり、曲線５４はカウント数を示す。図２１（ｂ）はワイヤ径の対数正規分布を示すグラフであり、曲線５５は対数正規分布を示す。
例３は、図２１（ａ）に示すように、平均直径ｄが７４．３ｎｍであり、ｄ５０が５４．０ｎｍであり、標準偏差σが５９．７ｎｍであった。
図２２（ａ）は例４の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の正規分布を示すグラフであり、曲線５６はカウント数を示す。図２２（ｂ）はワイヤ径の対数正規分布を示すグラフであり、曲線５７は対数正規分布を示す。
例４は、図２２（ａ）に示すように、平均直径ｄが１３５．６ｎｍであり、ｄ５０が８８．５ｎｍであり、標準偏差σが１２４．６ｎｍであった。
例３は、図２１（ａ）に示すように、平均直径ｄが７４．３ｎｍであり、ｄ５０が５４．０ｎｍであり、標準偏差σが５９．７ｎｍであった。
図２２（ａ）は例４の酸化亜鉛微粒子のワイヤ径の正規分布を示すグラフであり、曲線５６はカウント数を示す。図２２（ｂ）はワイヤ径の対数正規分布を示すグラフであり、曲線５７は対数正規分布を示す。
例４は、図２２（ａ）に示すように、平均直径ｄが１３５．６ｎｍであり、ｄ５０が８８．５ｎｍであり、標準偏差σが１２４．６ｎｍであった。
【0063】
また、例１～４について、図２３（ａ）及び（ｂ）～図２６（ａ）及び（ｂ）に示すワイヤの長さの度数分布が得られた。
図２３（ａ）は例１の酸化亜鉛微粒子のワイヤの長さの正規分布を示すグラフであり、曲線５８はカウント数を示す。図２３（ｂ）はワイヤの長さの対数正規分布を示すグラフであり、曲線５９は対数正規分布を示す。
例１は、図２３（ａ）に示すように、平均長さが４８７．０ｎｍであり、ｄ５０が４１８．５ｎｍであり、標準偏差σが３５２．３ｎｍであった。なお、ｄ５０は、ワイヤの長さにおける値を示す。上述のｄ５０はワイヤの長さの度数分布のメジアンである。
図２４（ａ）は例２の酸化亜鉛微粒子のワイヤの長さの正規分布を示すグラフであり、曲線６０はカウント数を示す。図２４（ｂ）はワイヤの長さの対数正規分布を示すグラフであり、曲線６１は対数正規分布を示す。
例２は、図２４（ａ）に示すように、平均長さが５０９．６ｎｍであり、ｄ５０が３９１．５ｎｍであり、標準偏差σが４０６．４ｎｍであった。
図２３（ａ）は例１の酸化亜鉛微粒子のワイヤの長さの正規分布を示すグラフであり、曲線５８はカウント数を示す。図２３（ｂ）はワイヤの長さの対数正規分布を示すグラフであり、曲線５９は対数正規分布を示す。
例１は、図２３（ａ）に示すように、平均長さが４８７．０ｎｍであり、ｄ５０が４１８．５ｎｍであり、標準偏差σが３５２．３ｎｍであった。なお、ｄ５０は、ワイヤの長さにおける値を示す。上述のｄ５０はワイヤの長さの度数分布のメジアンである。
図２４（ａ）は例２の酸化亜鉛微粒子のワイヤの長さの正規分布を示すグラフであり、曲線６０はカウント数を示す。図２４（ｂ）はワイヤの長さの対数正規分布を示すグラフであり、曲線６１は対数正規分布を示す。
例２は、図２４（ａ）に示すように、平均長さが５０９．６ｎｍであり、ｄ５０が３９１．５ｎｍであり、標準偏差σが４０６．４ｎｍであった。
【0064】
図２５（ａ）は例３の酸化亜鉛微粒子のワイヤの長さの正規分布を示すグラフであり、曲線６２はカウント数を示す。図２５（ｂ）はワイヤの長さの対数正規分布を示すグラフであり、曲線６３は対数正規分布を示す。
例３は、図２５（ａ）に示すように、平均長さが８３８．０ｎｍであり、ｄ５０が７５．０ｎｍであり、標準偏差σが４２５．９ｎｍであった。
図２６（ａ）は例４の酸化亜鉛微粒子のワイヤの長さの正規分布を示すグラフであり、曲線６４はカウント数を示す。図２６（ｂ）はワイヤの長さの対数正規分布を示すグラフであり、曲線６５は対数正規分布を示す。
例４は、図２６（ａ）に示すように、平均長さが５６３．５ｎｍであり、ｄ５０が４９４．０ｎｍであり、標準偏差σが３８５．1ｎｍであった。
例３は、図２５（ａ）に示すように、平均長さが８３８．０ｎｍであり、ｄ５０が７５．０ｎｍであり、標準偏差σが４２５．９ｎｍであった。
図２６（ａ）は例４の酸化亜鉛微粒子のワイヤの長さの正規分布を示すグラフであり、曲線６４はカウント数を示す。図２６（ｂ）はワイヤの長さの対数正規分布を示すグラフであり、曲線６５は対数正規分布を示す。
例４は、図２６（ａ）に示すように、平均長さが５６３．５ｎｍであり、ｄ５０が４９４．０ｎｍであり、標準偏差σが３８５．1ｎｍであった。
【0065】
また、例１～４について、図２７（ａ）～（ｄ）に示すアスペクト比が得られた。
図２７（ａ）は例１の酸化亜鉛微粒子のアスペクト比の正規分布を示すグラフであり、曲線６６はカウント数を示す。
例１は、図２７（ａ）に示すように、アスペクト比が５．９７であり、ｄ５０が３．７７であり、標準偏差σが６．４２であった。なお、ｄ５０は、アスペクト比における値を示す。上述のｄ５０はアスペクト比の度数分布のメジアンである。
図２７（ｂ）は例２の酸化亜鉛微粒子のアスペクト比の正規分布を示すグラフであり、曲線６７はカウント数を示す。
例２は、図２７（ｂ）に示すように、アスペクト比が５．９７ｎｍであり、ｄ５０が３．７７であり、標準偏差σが６．４２であった。
図２７（ｃ）は例３の酸化亜鉛微粒子のアスペクト比の正規分布を示すグラフであり、曲線６８はカウント数を示す。
例３は、図２７（ｃ）に示すように、アスペクト比が１５．３４であり、ｄ５０が１３．３８であり、標準偏差σが１０．１５であった。
図２７（ｄ）は例４の酸化亜鉛微粒子のアスペクト比の正規分布を示すグラフであり、曲線６９はカウント数を示す。
例４は、図２７（ｄ）に示すように、アスペクト比が６．８８ｎｍであり、ｄ５０が４．２０であり、標準偏差σが８．０４であった。
図２７（ａ）は例１の酸化亜鉛微粒子のアスペクト比の正規分布を示すグラフであり、曲線６６はカウント数を示す。
例１は、図２７（ａ）に示すように、アスペクト比が５．９７であり、ｄ５０が３．７７であり、標準偏差σが６．４２であった。なお、ｄ５０は、アスペクト比における値を示す。上述のｄ５０はアスペクト比の度数分布のメジアンである。
図２７（ｂ）は例２の酸化亜鉛微粒子のアスペクト比の正規分布を示すグラフであり、曲線６７はカウント数を示す。
例２は、図２７（ｂ）に示すように、アスペクト比が５．９７ｎｍであり、ｄ５０が３．７７であり、標準偏差σが６．４２であった。
図２７（ｃ）は例３の酸化亜鉛微粒子のアスペクト比の正規分布を示すグラフであり、曲線６８はカウント数を示す。
例３は、図２７（ｃ）に示すように、アスペクト比が１５．３４であり、ｄ５０が１３．３８であり、標準偏差σが１０．１５であった。
図２７（ｄ）は例４の酸化亜鉛微粒子のアスペクト比の正規分布を示すグラフであり、曲線６９はカウント数を示す。
例４は、図２７（ｄ）に示すように、アスペクト比が６．８８ｎｍであり、ｄ５０が４．２０であり、標準偏差σが８．０４であった。
【0066】
ここで、図２８（ａ）は例１～４の平均直径と、ナノワイヤの割合を示すグラフであり、（ｂ）は例１～４の平均長さを示すグラフであり、（ｃ）は例１～４の平均アスペクト比を示すグラフである。
なお、ＳＥＭ像から粒子形状でないものを抽出して、アスペクト比が５以上のものをナノワイヤと定義した。アスペクト比が５以上のものの数の割合をナノワイヤの割合とした。
図２８（ａ）に示すように、酸化亜鉛微粒子の平均直径に関しては，第２のコイルの変調波形が矩形波の例３が最も平均直径が小さい。また、例３は平均直径が１００ｎｍ以下の割合が８１．２％と最も高かった。標準偏差も、例３が最も小さい。図２８（ａ）ではクロスハッチングのバーが平均直径を表し、白抜きのバーがナノワイヤの割合を示す。
図２８（ｂ）に示すように、酸化亜鉛微粒子の平均長さに関しては、第２のコイルの変調波形が矩形波の例３が最も長い。
図２８（ｃ）に示すように、平均アスペクト比については、第２のコイルの変調波形が矩形波の例３が最も大きかった。
以上のように、第２のコイルの変調波形を矩形波とした例３では、酸化亜鉛微粒子の平均直径を小さく、酸化亜鉛微粒子の平均長さ、及び平均アスペクト比を大きくできた。
なお、ＳＥＭ像から粒子形状でないものを抽出して、アスペクト比が５以上のものをナノワイヤと定義した。アスペクト比が５以上のものの数の割合をナノワイヤの割合とした。
図２８（ａ）に示すように、酸化亜鉛微粒子の平均直径に関しては，第２のコイルの変調波形が矩形波の例３が最も平均直径が小さい。また、例３は平均直径が１００ｎｍ以下の割合が８１．２％と最も高かった。標準偏差も、例３が最も小さい。図２８（ａ）ではクロスハッチングのバーが平均直径を表し、白抜きのバーがナノワイヤの割合を示す。
図２８（ｂ）に示すように、酸化亜鉛微粒子の平均長さに関しては、第２のコイルの変調波形が矩形波の例３が最も長い。
図２８（ｃ）に示すように、平均アスペクト比については、第２のコイルの変調波形が矩形波の例３が最も大きかった。
以上のように、第２のコイルの変調波形を矩形波とした例３では、酸化亜鉛微粒子の平均直径を小さく、酸化亜鉛微粒子の平均長さ、及び平均アスペクト比を大きくできた。
【符号の説明】
【0067】
１０ 微粒子の製造装置（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
２１ａ 第１の電源部
２１ｂ 第２の電源部
２２ 気体供給部
２３ シースガス供給部
２４ 制御部
３０ 第１のコイル
３２ 第２のコイル
３２ｂ 下端
３４ 熱プラズマ炎
３４ｂ 尾部
３５ 混合物
４０、４１、４４、４５、４６、４７、４８、４９ 波形
４３ 波形信号
Ｃ 中心軸
Ｄ１ 下向き方向
Ｄ２ 方向
Ｄｃ 領域
Ｄｆ 領域
Ｑ１ コイル下端
Ｑ２ 位置
δ１、δ２、δ３、δ４ 区間
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
２１ａ 第１の電源部
２１ｂ 第２の電源部
２２ 気体供給部
２３ シースガス供給部
２４ 制御部
３０ 第１のコイル
３２ 第２のコイル
３２ｂ 下端
３４ 熱プラズマ炎
３４ｂ 尾部
３５ 混合物
４０、４１、４４、４５、４６、４７、４８、４９ 波形
４３ 波形信号
Ｃ 中心軸
Ｄ１ 下向き方向
Ｄ２ 方向
Ｄｃ 領域
Ｄｆ 領域
Ｑ１ コイル下端
Ｑ２ 位置
δ１、δ２、δ３、δ４ 区間
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
