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公開番号2025120820
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-18
出願番号2024015930
出願日2024-02-05
発明の名称分岐したZnOナノワイヤを製造する方法、ナノワイヤ、対象物質を検出する方法、及び対象物質を検出するためのデバイス
出願人国立大学法人東海国立大学機構
代理人個人
主分類C30B 29/16 20060101AFI20250808BHJP(結晶成長)
要約【課題】分岐ZnOの枝を、幹ナノワイヤに対してエピタキシャルに成長させる方法を提供する。
【解決手段】幹ZnOナノワイヤを提供すること;及び硝酸亜鉛水和物、ヘキサメチレンテトラミン、及びアンモニアを含む水溶液を用いて、水熱合成方式で、第一ZnOナノワイヤの表面に、エピタキシャルに枝ZnOナノワイヤを成長させることを備える、分岐したZnOナノワイヤを製造する方法である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
分岐したＺｎＯナノワイヤを製造する方法であって、
幹ＺｎＯナノワイヤを提供すること；及び
硝酸亜鉛水和物、ヘキサメチレンテトラミン、及びアンモニアを含む水溶液を用いて、水熱合成方式で、前記第一ＺｎＯナノワイヤの表面に、エピタキシャルに枝ＺｎＯナノワイヤを成長させること、
を備える方法。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記枝ＺｎＯナノワイヤを成長させることは、前記幹ＺｎＯナノワイヤの表面にシードを形成せずに行う、
方法。
【請求項３】
分岐したＺｎＯナノワイヤを製造する方法であって、
幹ＺｎＯナノワイヤを提供すること；及び
硝酸亜鉛水和物、ヘキサメチレンテトラミン、及びアンモニアを含む水溶液を用いて、水熱方式で、前記幹ＺｎＯナノワイヤの表面に、エピタキシャルに枝ＺｎＯナノワイヤを成長させること、
を備える方法。
【請求項４】
分岐したＺｎＯナノワイヤを製造する方法であって、
＜０００１＞方向に延びた幹ＺｎＯナノワイヤを提供すること；及び
硝酸亜鉛水和物、ヘキサメチレンテトラミン、及びアンモニアを含む水溶液を用いて、水熱方式で、前記幹ＺｎＯナノワイヤの側面に、エピタキシャルに枝ＺｎＯ結晶を成長させること、
を備える方法。
【請求項５】
ナノワイヤであって、
幹ナノワイヤ；及び
前記幹ナノワイヤの側面に成長して形成された枝ナノワイヤ、
を備えるナノワイヤ。
【請求項６】
ナノワイヤであって、
＜０００１＞方向に延びた幹ＺｎＯナノワイヤ；及び
前記幹ＺｎＯノワイヤの側面に成長して形成され、＜０００１＞方向に延びた枝ＺｎＯナノワイヤ、
を備えるナノワイヤ。
【請求項７】
請求項６に記載のナノワイヤであって、
前記枝ＺｎＯナノワイヤの＜０００１＞方向は、幹ＺｎＯナノワイヤの＜０００１＞方向に対して約１０７°の角をなす、ナノワイヤ。
【請求項８】
請求項１～３のいずれか一項に記載の方法で製造されたナノワイヤ、及び、請求項４から７のいずれか一項に記載のナノワイヤのいずれかを含む、流体デバイス、光学デバイス、又は電子デバイス。
【請求項９】
請求項１～３のいずれか一項に記載の方法で製造されたナノワイヤ、及び、請求項４から７のいずれか一項に記載のナノワイヤのいずれかであって、
少なくとも枝ＺｎＯナノワイヤの表面が金ナノ粒子で修飾されている、
ナノワイヤ。
【請求項１０】
対象物質を検出する方法であって、
請求項１～３のいずれか一項に記載の方法で製造されたナノワイヤ、又は、請求項４から７のいずれか一項に記載のナノワイヤを提供すること；
前記金を、前記対象物質の第一抗体で修飾すること；
前記第一抗体に前記対象物質を捕捉させること；
光学標識を有する前記対象物質の第二抗体に、前記対象物質を捕捉させること；及び
前記光学標識を検出すること；
を備える方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ナノワイヤの成長方法及び、ナノワイヤデバイスに関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
分岐ＺｎＯナノワイヤの構造は、これまで様々方法で形成されている。例えば、ＺｎＯシード材料を塗布する方法がある。具体的には、ＺｎＯの３－４ｎｍ程度の量子ドット上の粒子を含む水溶液を塗布し（非特許文献１）又はアセテート安定化されたＺｎＯ粒子のエタノール又はメタノール溶液を塗布することが知られている（非特許文献２－５及び７）。あるいは、Ｚｎアセテートのエチレングリコールモノエチルエーテルのゾルゲル溶液を塗布することが知られている（非特許文献６）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
Ko, S. H. et al. Nanoforest of Hydrothermally Grown Hierarchical ZnO Nanowires for a High Efficiency Dye-Sensitized Solar Cell. Nano Letters 11, 666-671 (2011).
Sun, X., Li, Q., Jiang, J. & Mao, Y. Morphology-tunable synthesis of ZnO nanoforest and its photoelectrochemical performance. Nanoscale 6, 8769-8780 (2014).
Dong, S. et al. Preparation of tree-structured ZnO films for solar cells application. Materials Letters 305, 130782 (2021).
Sun, X., Li, Q., Lue, Y. & Mao, Y. Three-dimensional ZnO@MnO2 core@shell nanostructures for electrochemical energy storage. Chemical Communications 49, 4456-4458 (2013).
Lin, C. J., Liao, S.-J., Kao, L.-C. & Liou, S. Y. H. Photoelectrocatalytic activity of a hydrothermally grown branched Zno nanorod-array electrode for paracetamol degradation. Journal of Hazardous Materials 291, 9-17 (2015).
Bai, Z. et al. 3D-Branched ZnO/CdS Nanowire Arrays for Solar Water Splitting and the Service Safety Research. Advanced Energy Materials 6, 1501459 (2016).
Li, X., Niu, F., Su, J. & Guo, L. Photoelectrochemical Performance Dependence on Geometric Surface Area of Branched ZnO Nanowires. ChemElectroChem 5, 3717-3722 (2018).
【発明の概要】
【０００４】
しかし、これらの手法では、幹ナノワイヤに対して、分岐ＺｎＯナノワイヤの枝が、方向、間隔、結晶方位などでランダムに成長し、これらを制御することができていなかった。
【０００５】
本開示では、分岐ＺｎＯの枝を、幹ナノワイヤに対してエピタキシャルに成長させる方法を提供する。
【０００６】
本開示の一実施形態によれば、ＺｎＯナノワイヤの成長方法が提供される。ある実施形態によれば、第一ＺｎＯ結晶の表面に第二ＺｎＯ結晶がエピタキシャルに成長される。いくつかの実施形態によれば、第二ＺｎＯ結晶はナノワイヤとして形成される。このエピタキシャル成長方法は、Ｚｎ前駆体を含む溶液を用いた、水熱合成法である。
【発明の効果】
【０００７】
枝ナノワイヤの密度、幹ナノワイヤに対する方向を制御することができ、対象物質のサイズ、特性に合わせたナノワイヤデバイスを構成することができる。
【０００８】
従来、分岐ＺｎＯを成長させるためには、幹ナノワイヤの表面にシード層を形成することが必要だった。従来のシード層は、一般に、ＡＬＤ（原子層堆積法）、スパッタなど、物理蒸着の方法を用いて形成される。したがって、多くの成長起点が、幹ナノワイヤの表面の至る所に形成される。そのため、枝ナノワイヤの密度を制御することができず、枝ナノワイヤは密に形成される。それらの成長起点の結晶方向及びナノレベルの形状もランダムなので、枝ナノワイヤが、幹ナノワイヤに対してランダムな方向に成長する。
【０００９】
これに対して、本開示の方法を用いることで、分岐ナノワイヤの成長起点は、アンモニアなどの成分に基づいてある程度制御することができる。したがって、分岐ナノワイヤの成長起点の密度、大きさを制御することができる。例えば、アンモニアはエッチング効果があり、そのエッチング箇所が成長起点となると考えられる。このエッチングによる成長起点は、物理蒸着によるシードよりも疎に形成することができ、あるいは、アンモニアなどの濃度、時間、温度などの条件に基づいて制御することができる。また、分岐ナノワイヤを、シード層などの媒介を介さず（シードレス）に、直接幹ナノワイヤの結晶から成長させることができる。その結果、分岐ナノワイヤを、幹ナノワイヤの結晶方向又は結晶面に対してエピタキシャル又は一定の方向に成長させることができる。
【００１０】
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、又は本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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