Nanoparticle formation by pulsed laser ablation of TiO

TiOのレーザーアブレーションによるナノ微粒子形成

八巻 徹也; 伊藤 久義; 松原 正和*; 阿部 弘亨*; 浅井 圭介*

Yamaki, Tetsuya; Ito, Hisayoshi; Matsubara, Masakazu*; Abe, Hiroaki*; Asai, Keisuke*

本研究では、KrFエキシマーレーザー(波長248 nm)パルスをTiOペレットに照射し、その直後に誘起されるプラズマ内反応を利用することによって、室温でナノ微粒子を作製した。1Torr以上に圧力を制御したOとAr混合ガス(5:5)中で作製すると、低次酸化物の混入のない高純度なTiO微粒子が生成し、これはルチル,アナターゼ結晶相から成っていることが明らかになった。また、雰囲気ガスの圧力を10Torrまで増加させるにつれて、含有するルチル相の重量分率は大きくなった。このことは、本手法がTiO微粒子中のルチル/アナターゼ混合比を制御可能であることを示している。結晶相の制御性について、レーザープラズマの物理モデルに基づいて考察を行った結果、高圧下でのプラズマ密度の増大が反応系内の温度(ここでは電子温度に相当)を上昇させ、このことが高温相であるルチル体の結晶化を促進していると考えられた。透過型電子顕微鏡観察によれば、微粒子の粒径は10-14nmであり、光触媒材料としての高い応用性が示唆された。

Titanium oxide nanoparticles were formed by pulsed laser ablation of a TiO rutile pellet with a KrF excimer laser ( = 248 nm). The ablation was performed in atmospheres of Ar and O at total pressures ranging from 0.2 and 10 Torr. At a higher pressure than 1 Torr, Ti in the nanoparticles had an oxidation state of 4+ to form TiO. According to the X-ray diffraction analyses, the nanopartiles were found to contain both the anatase and rutile phases, which crystallized through extremely energetic, non-equilibrium reactions in an ablation plume. In contrast, at pressures of 0.2 and 0.5 Torr, the nanoparticles were composed of dominant TiO with a small amount of a less oxidized phase such as TiO. The important result is that the XRD patterns of the samples prepared at 1 and 5 Torr showed the different anatase-to-rutile ratio of the peak intensities. This indicates that the weight fraction of the rutile/anatase crystalline phases can be controlled by the ambient gas pressure.