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JP7624172B2 - Method for producing composite tungsten oxide particles - Google Patents
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Description

本発明は、複合タングステン酸化物粒子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing composite tungsten oxide particles.

良好な可視光透過率を有し透明性を保ちながら日射透過率を低下させる近赤外線遮蔽技術として、これまでさまざまな技術が提案されてきた。なかでも、無機物である導電性微粒子を用いた近赤外線遮蔽技術は、その他の技術と比較して近赤外線遮蔽特性に優れ、低コストである上、電波透過性が有り、さらに耐候性が高い等のメリットがある。 A variety of near-infrared shielding technologies have been proposed to date that have good visible light transmittance and maintain transparency while reducing solar radiation transmittance. Among these, near-infrared shielding technology that uses inorganic conductive fine particles has the advantages of superior near-infrared shielding properties compared to other technologies, low cost, radio wave transmittance, and high weather resistance.

例えば特許文献1には、赤外線遮蔽材料微粒子が媒体中に分散してなる赤外線遮蔽材料微粒子分散体であって、前記赤外線遮蔽材料微粒子は、一般式M(但し、Mは、H、He、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、Iのうちから選択される1種類以上の元素、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1、2.2≦z/y≦3.0)で表記される複合タングステン酸化物微粒子を含有することを特徴とする赤外線遮蔽材料微粒子分散体や、該赤外線遮蔽微粒子の製造方法等に関する技術が開示されている。特許文献1には、薄膜状の赤外線遮蔽材料微粒子分散体である赤外線遮蔽膜を製造した例等も開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an infrared shielding material fine particle dispersion in which fine particles of an infrared shielding material are dispersed in a medium, and the fine particles of the infrared shielding material are represented by the general formula M x W y O z (wherein M is one or more elements selected from H, He, alkali metals, alkaline earth metals, rare earth elements, Mg, Zr, Cr, Mn, Fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, B, F, P, S, Se, Br, Te, Ti, Nb, V, Mo, Ta, Re, Be, Hf, Os, Bi, and I; W is tungsten; O is oxygen; and 0.001≦x/y≦1, 2.2≦z/y≦3.0), and a technique relating to a manufacturing method for the infrared-shielding microparticles are disclosed. Patent Document 1 also discloses an example of producing an infrared shielding film that is a thin-film dispersion of fine particles of an infrared shielding material.

特許文献1によれば、太陽光線、特に近赤外線領域の光をより効率良く遮蔽し、同時に可視光領域の透過率を保持する等、優れた光学特性を有する赤外線遮蔽材料微粒子分散体を作製することが可能となるとされている。このため、特許文献1に開示された赤外線遮蔽粒子分散体を窓ガラス等の各種用途に適用することが検討されている。 According to Patent Document 1, it is possible to produce an infrared shielding material microparticle dispersion that has excellent optical properties, such as more efficient shielding of sunlight, particularly light in the near infrared region, while at the same time maintaining transmittance in the visible light region. For this reason, the application of the infrared shielding particle dispersion disclosed in Patent Document 1 to various applications such as window glass is being considered.

そして、近赤外線遮蔽材料として有用な複合タングステン酸化物粒子の製造方法について、各種検討がなされている。 Various studies are being conducted on methods for producing composite tungsten oxide particles that are useful as near-infrared shielding materials.

例えば、特許文献1の発明者は、非特許文献1において、固相法によるCs0.32WOナノ粒子の合成方法を提案している。しかしながら、非特許文献1に開示された合成方法では粒子径が大きく、ナノ粒子化するには粉砕プロセスが必要であった。このため、プロセスの工程数が増える可能性があった。 For example, the inventor of Patent Document 1 has proposed a method for synthesizing Cs0.32WO3 nanoparticles by a solid phase method in Non-Patent Document 1. However, the particle size in the synthesis method disclosed in Non-Patent Document 1 was large, and a pulverization process was required to produce nanoparticles. This could increase the number of process steps.

非特許文献2には水熱合成法によるCsWOの合成方法が開示されている。しかしながら、水熱合成法では数十時間以上の合成時間を必要とする。また、水熱合成法は、後処理工程などの工程数が多い問題もある。 Non-Patent Document 2 discloses a method for synthesizing Cs x WO 3 by hydrothermal synthesis. However, the hydrothermal synthesis requires a synthesis time of several tens of hours or more. In addition, the hydrothermal synthesis has a problem of having a large number of steps, such as a post-treatment step.

非特許文献3には、誘導結合熱プラズマ技術に基づく合成方法が開示されている。しかしながら、係る合成方法は誘導結合熱プラズマの装置を導入する必要があり、コストが高くなっていた。 Non-Patent Document 3 discloses a synthesis method based on inductively coupled thermal plasma technology. However, this synthesis method requires the introduction of an inductively coupled thermal plasma device, which increases costs.

特許文献2には化学式KxCsyWOzで表わされるカリウム・セシウム・タングステンブロンズ固溶体粒子調合のためのプロセスであって、式中、x+y≦1および2≦z≦3であり、前記プロセスは適切なタングステン・ソースをカリウム塩およびセシウム塩と混ぜ合わせて粉末混合物を形成し、還元雰囲気下でプラズマトーチに粉末混合物を露出することを含み、好ましくは還元雰囲気が水素/希ガス混合物から成るシースガスによって供給される、プロセスが開示されている。 Patent Document 2 discloses a process for preparing potassium-cesium-tungsten bronze solid solution particles represented by the chemical formula KxCsyWOz , where x+y≦1 and 2≦z≦3, which includes mixing a suitable tungsten source with a potassium salt and a cesium salt to form a powder mixture, and exposing the powder mixture to a plasma torch under a reducing atmosphere, preferably the reducing atmosphere being supplied by a sheath gas consisting of a hydrogen/rare gas mixture.

しかしながら、特許文献2についてもプラズマを用いる必要があり、プラズマ装置導入のためにコストが高くなっていた。また、特許文献2に開示された製造方法によれば、金属タングステンが不純物として混入することも開示されている。 However, the method disclosed in Patent Document 2 also requires the use of plasma, which increases the cost of introducing a plasma device. Patent Document 2 also discloses that the manufacturing method disclosed in Patent Document 2 results in the inclusion of metallic tungsten as an impurity.

非特許文献4に示すように、エアロゾル化した原料を火炎場に供給する手法を提案した。この原料粉末の供給方法は、生産性を引き上げやすく、原料中に含まれる溶媒の影響を除去できるため、「超音波霧化装置を用いるため液滴形成速度が低く(ラボスケールで3g/Hr以下)」「溶媒を気化させて除去するために潜熱を必要とする」、を同時に解決する。ただし、非特許文献4の手法は火炎場の形成に燃焼反応を伴うことから水やカーボンが副生成物として混入するため、「溶媒、原料中に含まれる副生成物が結晶中に混入して赤外吸収特性が低い」との課題が残る。 As shown in Non-Patent Document 4, a method of supplying aerosolized raw materials to a flame field was proposed. This method of supplying raw material powder makes it easy to increase productivity and eliminates the effects of the solvent contained in the raw materials, simultaneously resolving the problems of "low droplet formation rate (3 g/Hr or less on a lab scale) due to the use of an ultrasonic atomizer" and "need for latent heat to vaporize and remove the solvent." However, the method in Non-Patent Document 4 involves a combustion reaction to form a flame field, which results in water and carbon being mixed in as by-products, leaving the problem that "by-products contained in the solvent and raw materials are mixed into the crystals, resulting in poor infrared absorption characteristics."

国際公開第2005/037932号International Publication No. 2005/037932 特表2012-532822号公報Special Publication No. 2012-532822

Takeda Hiromitsu, and Kenji Adachi, "Near infrared absorption of tungsten oxide nanoparticle dispersions." Journal of the American Ceramic Society,2007 , Vol.90, Issue 12, P.4059-4061Takeda Hiromitsu, and Kenji Adachi, "Near infrared absorption of tungsten oxide nanoparticle dispersions." Journal of the American Ceramic Society,2007 , Vol.90, Issue 12, P.4059-4061 Guo Chongshen, et al., "Novel synthesis of homogenous CsxWO3nanorods with excellent NIR shielding properties by a water controlled-release solvothermal process." Journal of Materials Chemistry,2010, Vol.20, Issue38, P.8227-8229.Guo Chongshen, et al., "Novel synthesis of homogenous CsxWO3nanorods with excellent NIR shielding properties by a water controlled-release solvothermal process." Journal of Materials Chemistry,2010, Vol.20, Issue38, P.8227-8229. Mamak Marc, et al., "Thermal plasma synthesis of tungsten bronze nanoparticles for near infra-red absorption applications." Journal of Materials Chemistry, 2010, Vol.20, Issue44, P.9855-9857.Mamak Marc, et al., "Thermal plasma synthesis of tungsten bronze nanoparticles for near infra-red absorption applications." Journal of Materials Chemistry, 2010, Vol.20, Issue44, P.9855-9857. Hidayat, Darmawan, et al. "Preparation of size-controlled tungsten oxide nanoparticles and evaluation of their adsorption performance." Materials Research Bulletin 45.2 (2010): 165-173.Hidayat, Darmawan, et al. "Preparation of size-controlled tungsten oxide nanoparticles and evaluation of their adsorption performance." Materials Research Bulletin 45.2 (2010): 165-173. Okada, Mika, et al. "Oxygen vacancies and pseudo Jahn‐Teller destabilization in cesium‐doped hexagonal tungsten bronzes." Journal of the American Ceramic Society 102.9 (2019): 5386-5400.Okada, Mika, et al. "Oxygen vacancies and pseudo Jahn-Teller destabilization in cesium-doped hexagonal tungsten bronzes." Journal of the American Ceramic Society 102.9 (2019): 5386-5400.

既述の様に複合タングステン酸化物粒子は、近赤外線遮蔽材料として有用である。そして、低コストで、かつ少ない工程で製造することができる複合タングステン酸化物粒子の製造方法が求められている。 As mentioned above, composite tungsten oxide particles are useful as near-infrared shielding materials. There is a demand for a method for producing composite tungsten oxide particles that can be produced at low cost and with fewer steps.

しかしながら、従来開示された複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、上述のように特殊な高コストの装置の導入を要したり、多くの工程を要したりする等の問題があった。 However, the previously disclosed methods for producing composite tungsten oxide particles have problems such as the need for special, expensive equipment and the need for many steps, as described above.

上記従来技術の問題に鑑み、本発明の一側面では、導入コストの低い設備を用いることができ、かつ工程数の少ない複合タングステン酸化物粒子の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the problems with the conventional technology described above, one aspect of the present invention aims to provide a method for producing composite tungsten oxide particles that can use equipment with low introduction costs and that requires a small number of steps.

本発明の一側面では、一般式M(但し、M元素はCs、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1、2.2≦z/y≦3.0)で表わされる複合タングステン酸化物粒子の製造方法であり、
被処理物である、タングステン源となるW源原料粉末と、M元素源となるM元素源原料粉末との混合原料粉末を含むエアロゾルを形成するエアロゾル形成工程と、
前記エアロゾルをキャリアガスで搬送しながら、1000℃以上1350℃以下で熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程で得られた生成物に冷却ガスを供給して冷却する冷却工程と、を有し、
前記キャリアガスが不活性ガスと、0.1体積%以上0.9体積%以下のHを含む混合ガスである複合タングステン酸化物粒子の製造方法を提供する。

One aspect of the present invention is a method for producing composite tungsten oxide particles represented by the general formula MxWyOz (wherein M is Cs , W is tungsten, O is oxygen, and 0.001≦x/y≦1, 2.2≦z/y≦3.0),
an aerosol forming step of forming an aerosol containing a mixed raw material powder of a W source raw material powder serving as a tungsten source and an M element source raw material powder serving as an M element source, which are objects to be processed;
a heat treatment step of carrying the aerosol by a carrier gas at a temperature of 1000° C. or more and 1350° C. or less;
A cooling step of supplying a cooling gas to the product obtained in the heat treatment step to cool it,
The present invention provides a method for producing composite tungsten oxide particles, wherein the carrier gas is a mixed gas containing an inert gas and 0.1 volume % or more and 0.9 volume % or less of H2 .

本発明の一側面では導入コストの低い設備を用いることができ、かつ工程数の少ない複合タングステン酸化物粒子の製造方法を提供できる。 One aspect of the present invention provides a method for producing composite tungsten oxide particles that can use equipment with low installation costs and has a small number of steps.

図1は、本開示の一態様に係る複合タングステン酸化物粒子を製造する際に好適に用いることができる複合材料製造装置の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a composite material production apparatus that can be suitably used when producing composite tungsten oxide particles according to one embodiment of the present disclosure. 図2は、還元処理装置の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of the reduction treatment device. 図3は、実施例1における反応部の配管内の温度プロファイルである。FIG. 3 shows a temperature profile in the pipe of the reaction section in Example 1. 図4は、実施例1、比較例1~比較例4で得られた複合タングステン酸化物粒子のXRDプロファイルである。FIG. 4 shows XRD profiles of the composite tungsten oxide particles obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 to 4. 図5は、比較例3で得られた複合タングステン酸化物粒子のTEM像である。FIG. 5 is a TEM image of the composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 3. 図6は、比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のTEM像である。FIG. 6 is a TEM image of the composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 1. 図7は、実施例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のSEM像である。FIG. 7 is an SEM image of the composite tungsten oxide particles obtained in Example 1. 図8は、実施例1~実施例3で得られた複合タングステン酸化物粒子のTEM像である。FIG. 8 is a TEM image of the composite tungsten oxide particles obtained in Examples 1 to 3. 図9は、実施例2で得られた複合タングステン酸化物粒子のSEM像である。FIG. 9 is an SEM image of the composite tungsten oxide particles obtained in Example 2. 図10は、比較例5の複合タングステン酸化物粒子を製造する際に用いた複合材料製造装置の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of a composite material production apparatus used for producing the composite tungsten oxide particles of Comparative Example 5. 図11は、実施例3、比較例7で得られたインクの透過プロファイルである。FIG. 11 shows the transmission profiles of the inks obtained in Example 3 and Comparative Example 7. 図12は、比較例5で得られた複合タングステン酸化物粒子のTEM像である。FIG. 12 is a TEM image of the composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 5. 図13は、比較例6で得られた複合タングステン酸化物粒子のSEM像である。FIG. 13 is an SEM image of the composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 6. 図14は、実施例1、実施例2で得られた複合タングステン酸化物粒子のSTEM-HAADF像である。FIG. 14 is a STEM-HAADF image of the composite tungsten oxide particles obtained in Examples 1 and 2. 図15は、実施例1、2、比較例5、6で得られた複合タングステン酸化物粒子のXRDプロファイルである。FIG. 15 shows XRD profiles of the composite tungsten oxide particles obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 5 and 6. 図16は、実施例1、2、比較例5、6で得られた複合タングステン酸化物粒子中の各相の含有割合を示した図である。FIG. 16 is a diagram showing the content ratio of each phase in the composite tungsten oxide particles obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 5 and 6. 図17は、実施例1、2、比較例5、6で得られた複合タングステン酸化物粒子中のCWO相の格子定数の変化を示した図である。FIG. 17 is a diagram showing changes in the lattice constant of the CWO phase in the composite tungsten oxide particles obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 5 and 6. 図18は、複合タングステン酸化物粒子の生成プロセスのメカニズムの説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram of the mechanism of the production process of composite tungsten oxide particles. 図19は、比較例5の液体噴霧熱分解法で粒子の合成と、実施例1の固体噴霧熱分解法で粒子の合成での質量流量の説明図である。FIG. 19 is an explanatory diagram of mass flow rates in the synthesis of particles by the liquid spray pyrolysis method of Comparative Example 5 and the synthesis of particles by the solid spray pyrolysis method of Example 1.

本開示の一実施形態(以下「本実施形態」と記す)に係る複合タングステン酸化物粒子の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 Specific examples of a method for producing composite tungsten oxide particles according to one embodiment of the present disclosure (hereinafter referred to as the "present embodiment") will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to these examples, but is intended to include all modifications within the scope of the claims and meaning equivalent to the claims.

以下、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法の一構成例について説明する。 Below, an example of the method for producing composite tungsten oxide particles according to this embodiment is described.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、一般式Mで表わされる複合タングステン酸化物粒子の製造方法に関し、以下のエアロゾル形成工程と、熱処理工程と、冷却工程とを有することができる。 The method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment relates to a method for producing composite tungsten oxide particles represented by the general formula MxWyOz , and can include the following aerosol formation step, heat treatment step, and cooling step.

なお、上記一般式中のM元素は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、Iのうちから選択される1種類以上の元素とすることができる。また、Wはタングステン、Oは酸素を表し、x、y、zはそれぞれ、0.001≦x/y≦1、2.2≦z/y≦3.0を満たすことが好ましい。 In addition, the M element in the above general formula can be one or more elements selected from alkali metals, alkaline earth metals, rare earth elements, Mg, Zr, Cr, Mn, Fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, B, F, P, S, Se, Br, Te, Ti, Nb, V, Mo, Ta, Re, Be, Hf, Os, Bi, and I. In addition, W represents tungsten, O represents oxygen, and x, y, and z preferably satisfy 0.001≦x/y≦1 and 2.2≦z/y≦3.0, respectively.

エアロゾル形成工程は、被処理物である、タングステン源となるW源原料粉末と、M元素源となるM元素源原料粉末との混合原料粉末を含むエアロゾルを形成できる。 The aerosol formation process can form an aerosol containing a mixed raw material powder of the W source raw material powder serving as the tungsten source and the M element source raw material powder serving as the M element source, which is the object to be processed.

熱処理工程は、エアロゾル形成工程で形成したエアロゾルをキャリアガスで搬送しながら、1000℃以上1350℃以下で熱処理できる。 The heat treatment process can be performed at 1000°C or higher and 1350°C or lower while transporting the aerosol formed in the aerosol formation process with a carrier gas.

冷却工程では、熱処理工程で得られた生成物に冷却ガスを供給して冷却できる。 In the cooling process, the product obtained in the heat treatment process can be cooled by supplying a cooling gas.

なお、熱処理工程で用いる上記キャリアガスとしては、不活性ガスと、0.1体積%以上0.9体積%以下のHを含む混合ガスを用いることができる。
(1)複合タングステン酸化物粒子について
ここでまず、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法で製造する複合タングステン酸化物粒子について説明する。
(組成について)
複合タングステン酸化物粒子に含まれる複合タングステン酸化物は、上述のように一般式Mで表記される。式中のM元素、W、O、およびx、y、zについては既述のため、ここでは説明を省略する。
The carrier gas used in the heat treatment process may be a mixed gas containing an inert gas and 0.1% by volume or more and 0.9% by volume or less of H 2 .
(1) Regarding Composite Tungsten Oxide Particles First, the composite tungsten oxide particles produced by the composite tungsten oxide particle production method of the present embodiment will be described.
(About the composition)
The composite tungsten oxide contained in the composite tungsten oxide particles is expressed by the general formula MxWyOz as described above. Since the M element, W, O, and x, y , and z in the formula have already been described, description thereof will be omitted here.

複合タングステン酸化物は、例えば正方晶、立方晶、および六方晶のいずれかの、タングステンブロンズ型の結晶構造をとることができる。本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法で得られる複合タングステン酸化物粒子に含まれる複合タングステン酸化物の結晶構造は特に限定されず、正方晶、立方晶、六方晶から選択された1種類以上の結晶構造を有することができる。 The composite tungsten oxide can have a tungsten bronze type crystal structure, for example, any of tetragonal, cubic, and hexagonal. The crystal structure of the composite tungsten oxide contained in the composite tungsten oxide particles obtained by the method for producing composite tungsten oxide particles of this embodiment is not particularly limited, and can have one or more types of crystal structures selected from tetragonal, cubic, and hexagonal.

ただし、複合タングステン酸化物が六方晶の結晶構造を有する場合、複合タングステン酸化物粒子の可視光線領域の光の透過率、および近赤外線領域の光の吸収が特に向上するため好ましい。このため、複合タングステン酸化物粒子は、六方晶の結晶構造の複合タングステン酸化物を含むことが好ましい。 However, when the composite tungsten oxide has a hexagonal crystal structure, this is preferable because the composite tungsten oxide particles have particularly improved light transmittance in the visible light region and light absorption in the near-infrared region. For this reason, it is preferable that the composite tungsten oxide particles contain composite tungsten oxide with a hexagonal crystal structure.

そして、M元素にCs、Rb、K、Tl、Ba、Inから選択された1種類以上の元素を用いると六方晶を形成し易くなる。このため、M元素はCs、Rb、K、Tl、Ba、Inから選択された1種類以上を含むことが好ましい。特にM元素はCsを含むことがより好ましく、M元素がCsであることがさらに好ましい。 The use of one or more elements selected from Cs, Rb, K, Tl, Ba, and In as the M element makes it easier to form a hexagonal crystal. For this reason, it is preferable that the M element contains one or more elements selected from Cs, Rb, K, Tl, Ba, and In. In particular, it is more preferable that the M element contains Cs, and it is even more preferable that the M element is Cs.

ここで、複合タングステン酸化物が六方晶の結晶構造を有する場合のM元素の配置の仕方を説明する。 Here, we explain how the M element is arranged when the composite tungsten oxide has a hexagonal crystal structure.

Wと、6つのOと、を単位として形成される8面体、すなわち頂点にO原子を配し、中央部にW原子を配した8面体が、6個集合することでO原子より構成される六角形の空隙(トンネル)が形成される。そして、当該空隙中に、M元素が配置されて1箇の単位を構成し、この1箇の単位が多数集合して六方晶の結晶構造を構成する。六方晶の結晶構造を有する複合タングステン酸化物が均一な結晶構造を有するとき、M元素の添加量は、x/yの値で0.2以上0.5以下が好ましく、さらに好ましくは0.33である。z/y=3の時、x/yの値が0.33となることで、M元素が六角形の空隙の全てに配置されると考えられる。 A hexagonal void (tunnel) made of O atoms is formed by assembling six octahedrons each consisting of W and six O atoms, i.e., an octahedron with O atoms at the vertices and a W atom in the center. Then, M element is placed in the void to form one unit, and a large number of these units are assembled to form a hexagonal crystal structure. When a composite tungsten oxide having a hexagonal crystal structure has a uniform crystal structure, the amount of M element added is preferably 0.2 to 0.5 in terms of the value of x/y, more preferably 0.33. When z/y=3, it is considered that the value of x/y is 0.33, so that M element is placed in all of the hexagonal voids.

同様に、z/y=3の時、立方晶、正方晶のそれぞれの複合タングステン酸化物にも構造に由来したM元素の添加量の上限があり、1モルのタングステンに対するM元素の最大添加量は、立方晶の場合は1モルであり、正方晶の場合は0.5モル程度である。なお、正方晶の場合の1モルのタングステンに対するM元素の最大添加量は、M元素の種類により変化するが、工業的に製造が容易なのは、上述のように0.5モル程度である。但し、これらの構造は、単純に規定することが困難であり、当該範囲は特に基本的な範囲を示した例であることから、本発明がこれに限定されるわけではない。 Similarly, when z/y = 3, the cubic and tetragonal composite tungsten oxides each have an upper limit on the amount of M element added due to their structures, and the maximum amount of M element added per mole of tungsten is 1 mole for cubic crystals and about 0.5 moles for tetragonal crystals. Note that the maximum amount of M element added per mole of tungsten in the case of tetragonal crystals varies depending on the type of M element, but as mentioned above, about 0.5 moles is easy to manufacture industrially. However, these structures are difficult to define simply, and the range is an example showing a particularly basic range, so the present invention is not limited to this.

また、M元素は極微量でも添加することで、複合タングステン酸化物内に自由電子が生成され、目的とする赤外線吸収効果を得ることができる。このため、x/yは、0.001≦x/y≦1を満たすことが好ましい。 In addition, by adding even a very small amount of M element, free electrons are generated in the composite tungsten oxide, and the desired infrared absorption effect can be obtained. For this reason, it is preferable that x/y satisfies 0.001≦x/y≦1.

また、複合タングステン酸化物は、三酸化タングステン(WO)にM元素を添加した組成を有している。そして、三酸化タングステンでは有効な自由電子を含まないため、1モルのタングステンに対する酸素の割合を3未満としないと赤外線吸収効果を発揮することはできない。しかしながら、複合タングステン酸化物では、M元素を添加することで自由電子を生じ、赤外線吸収効果を得ることができる。このため、1モルのタングステンに対する酸素の割合は3以下とすることができる。ただし、WOの結晶相は可視光線領域の光について吸収や散乱を生じさせ、近赤外線領域の光の吸収を低下させる恐れがある。このため、WOの生成を抑制する観点から、1モルのタングステンに対する酸素の割合は2より大きくすることが好ましい。 In addition, the composite tungsten oxide has a composition in which M element is added to tungsten trioxide (WO 3 ). Since tungsten trioxide does not contain effective free electrons, the ratio of oxygen to 1 mole of tungsten must be less than 3 to achieve the infrared absorption effect. However, in the composite tungsten oxide, free electrons are generated by adding M element, and the infrared absorption effect can be obtained. Therefore, the ratio of oxygen to 1 mole of tungsten can be 3 or less. However, the crystal phase of WO 2 may cause absorption or scattering of light in the visible light region, and may reduce the absorption of light in the near infrared region. Therefore, from the viewpoint of suppressing the generation of WO 2 , it is preferable that the ratio of oxygen to 1 mole of tungsten is greater than 2.

従って、上述のように2.2≦z/y≦3.0を満たすことが好ましい。
(粒子径について)
本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法により製造する複合タングステン酸化物粒子の粒子径は特に限定されず、使用目的等に応じて選定することができる。
Therefore, it is preferable to satisfy 2.2≦z/y≦3.0 as described above.
(Regarding particle size)
The particle size of the composite tungsten oxide particles produced by the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment is not particularly limited, and can be selected depending on the intended use, etc.

例えば透明性を保持することが要求される用途に使用する場合は、800nm以下の粒子径を有していることが好ましい。これは、粒子径が800nm以下の粒子は、散乱により光を完全に遮蔽することが無く、可視光線領域の視認性を高く保持し、同時に効率良く透明性を保持することができるからである。特に可視光線領域の透明性を重視する場合は、さらに粒子による散乱を考慮することが好ましい。 For example, when used in applications where maintaining transparency is required, it is preferable for the particle diameter to be 800 nm or less. This is because particles with a diameter of 800 nm or less do not completely block light due to scattering, and can maintain high visibility in the visible light range while at the same time efficiently maintaining transparency. When transparency in the visible light range is particularly important, it is preferable to further consider scattering by the particles.

係る粒子による散乱の低減を重視するとき、粒子径は200nm以下であることが好ましく、100nm以下であることがより好ましい。 When emphasis is placed on reducing scattering by such particles, the particle size is preferably 200 nm or less, and more preferably 100 nm or less.

これは、粒子径が小さければ、幾何学散乱もしくはミー散乱による、波長400nm~780nmの可視光線領域の光の散乱が低減される結果、赤外線遮蔽膜が曇りガラスのようになり、鮮明な透明性が得られなくなるのを回避できるからである。そして、粒子径が200nm以下になると、上記幾何学散乱もしくはミー散乱が低減し、レイリー散乱領域になる。レイリー散乱領域では、散乱光は粒子径の6乗に比例して低減するため、粒子径の減少に伴い散乱が低減し透明性が向上するからである。さらに粒子径が100nm以下になると、散乱光は非常に少なくなり好ましい。光の散乱を回避する観点からは、粒子径が小さい方が好ましい。 This is because a small particle size reduces the scattering of light in the visible light region with wavelengths of 400 nm to 780 nm due to geometric scattering or Mie scattering, which makes the infrared shielding film resemble cloudy glass and prevents clear transparency from being obtained. When the particle size is 200 nm or less, the geometric scattering or Mie scattering is reduced and the Rayleigh scattering region is reached. In the Rayleigh scattering region, scattered light is reduced in proportion to the sixth power of the particle size, so scattering is reduced as the particle size decreases and transparency is improved. Furthermore, a particle size of 100 nm or less is preferable because the scattered light is very little. From the viewpoint of avoiding light scattering, a small particle size is preferable.

このため、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法により製造する複合タングステン酸化物粒子の粒子径は、用いる用途に応じて選択することができる。例えば上述のように可視光線領域の視認性を高く保持することが求められる場合には、粒子径は800nm以下とすることが好ましく、200nm以下とすることがより好ましく、100nm以下とすることがさらに好ましい。本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法により製造する複合タングステン酸化物粒子の粒子径の下限値は特に限定されないが、例えば1nm以上とすることができる。 Therefore, the particle size of the composite tungsten oxide particles produced by the method for producing composite tungsten oxide particles of this embodiment can be selected depending on the application. For example, when it is required to maintain high visibility in the visible light region as described above, the particle size is preferably 800 nm or less, more preferably 200 nm or less, and even more preferably 100 nm or less. The lower limit of the particle size of the composite tungsten oxide particles produced by the method for producing composite tungsten oxide particles of this embodiment is not particularly limited, but can be, for example, 1 nm or more.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法により得られる複合タングステン酸化物粒子の粒子径は、該粒子を例えばSEMやTEMで観察し、該粒子に外接する最小の外接円を描いた場合の直径とすることができる。 The particle diameter of the composite tungsten oxide particles obtained by the method for producing composite tungsten oxide particles of this embodiment can be determined by observing the particle with, for example, an SEM or TEM, and determining the diameter of the smallest circumscribing circle that circumscribes the particle.

なお、例えば後述するエアロゾル形成工程において形成するエアロゾルのサイズや、熱処理工程における熱処理温度等を調整することで、得られる複合タングステン酸化物粒子の粒子径を選択することができる。 The particle size of the resulting composite tungsten oxide particles can be selected by adjusting, for example, the size of the aerosol formed in the aerosol formation process described below, or the heat treatment temperature in the heat treatment process.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法により得られた複合タングステン酸化物粒子を含有する赤外線遮蔽材料は近赤外線領域、特に波長1000nm付近の光を大きく吸収するため、その透過色調は青色系から緑色系となる物が多い。
(2)複合タングステン酸化物粒子の製造方法について
次に、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法について具体的に説明する。
Since infrared-shielding materials containing composite tungsten oxide particles obtained by the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment largely absorb light in the near-infrared region, particularly light with a wavelength near 1000 nm, many of the transmitted color tones are bluish to greenish.
(2) Method for Producing Composite Tungsten Oxide Particles Next, a method for producing the composite tungsten oxide particles of the present embodiment will be specifically described.

本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は混合原料粉末をエアロゾル化し、還元雰囲気のキャリアガスで搬送しながら加熱することで粉末が昇華し、最終的な粒子のサイズや結晶相や凝縮、析出過程に影響を与える冷却プロセスを冷却ガスにより制御しながら複合タングステン酸化物粒子を得る粉末供給型熱分解法(固体噴霧熱分解法)である。 The method for producing composite tungsten oxide particles in this embodiment is a powder supply type pyrolysis method (solid spray pyrolysis method) in which the mixed raw material powder is turned into an aerosol, and the powder is heated while being transported by a carrier gas in a reducing atmosphere, causing the powder to sublimate, and the composite tungsten oxide particles are obtained while controlling the cooling process, which affects the final particle size, crystal phase, condensation, and precipitation process, with a cooling gas.

そこで、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、タングステン源となるW源原料粉末とM元素源となるM元素源原料粉末とを混合した混合原料粉末をエアロゾル化するエアロゾル形成工程を有することができる。そして、エアロゾルをキャリアガスで供給し1000℃以上1350℃以下で熱処理する熱処理工程を有することができる。さらに、熱処理工程を経て得られる複合タングステン酸化物粒子を、冷却ガスにより冷却して回収できる。
(エアロゾル形成工程)
エアロゾル形成工程では、被処理物である、タングステン源となるW源原料粉末とM元素源となるM元素源原料粉末とを混合した混合原料粉末からエアロゾルを形成する。なお、タングステン源となる、M元素源となるとは、それぞれタングステンを供給できる、M元素を供給できるということを意味している。
Therefore, the method for producing composite tungsten oxide particles of this embodiment can have an aerosol forming step of aerosolizing a mixed raw material powder obtained by mixing a W source raw material powder as a tungsten source and an M element source raw material powder as an M element source.Then, a heat treatment step of supplying the aerosol with a carrier gas and heat treating it at 1000°C or more and 1350°C or less can be included.Furthermore, the composite tungsten oxide particles obtained through the heat treatment step can be cooled with a cooling gas and collected.
(Aerosol forming process)
In the aerosol forming step, the aerosol is formed from a mixed raw material powder obtained by mixing a W source raw material powder serving as a tungsten source and an M element source raw material powder serving as an M element source, which are the objects to be processed. Note that being a tungsten source and being an M element source mean that tungsten can be supplied and that the M element can be supplied, respectively.

エアロゾル形成工程は混合原料粉末の分散状態を形成させ、気流中に供給することができる装置であればよく、具体的な手段は特に限定されない。例えば本実施形態の複合タングステン酸化物の製造方法で用いることができる複合材料製造装置に備えられるエアロゾル形成部は、回転するブラシや撹拌翼等の撹拌部と、撹拌部に混合原料粉末を送りだすピストンやスクリューフィーダ等を含む粉末供給部とで構成できる。粉末供給部から供給された混合原料粉末は、撹拌部で粉末を構成する粒子に分散され、各粒子をキャリアガスに送り出すことで混合原料粉末からエアロゾルを生成できる。撹拌部は、混合原料粉末を粒子に分散できるように、ブラシや、撹拌翼の回転速度を選択でき、高速で回転させることが好ましい。 The aerosol forming step may be performed by any device capable of forming a dispersion state of the mixed raw material powder and supplying it into the airflow, and the specific means are not particularly limited. For example, the aerosol forming section provided in the composite material manufacturing device that can be used in the manufacturing method of the composite tungsten oxide of this embodiment may be composed of a stirring section such as a rotating brush or stirring blade, and a powder supply section including a piston or screw feeder that sends the mixed raw material powder to the stirring section. The mixed raw material powder supplied from the powder supply section is dispersed into particles that constitute the powder in the stirring section, and an aerosol can be generated from the mixed raw material powder by sending each particle into the carrier gas. The stirring section is capable of selecting the rotation speed of the brush or stirring blade so that the mixed raw material powder can be dispersed into particles, and it is preferable to rotate it at a high speed.

特に粒子同士の凝集の少ないエアロゾルを安定して形成できることから、上記撹拌部には回転するブラシを好適に用いることができ、粉末供給部にはリザーバに装填された混合原料粉末をピストンにより撹拌部に供給する構成を好適に用いることができる。 In particular, since it is possible to stably form an aerosol with little particle aggregation, a rotating brush can be suitably used for the stirring section, and a configuration in which the mixed raw material powder loaded in a reservoir is supplied to the stirring section by a piston can be suitably used for the powder supply section.

このようなエアロゾル形成部は、リザーバに装填された粉末の輸送速度、例えばピストンの移動速度によりエアロゾル中における粉末濃度が変化する。 In such an aerosol forming section, the powder concentration in the aerosol changes depending on the transport speed of the powder loaded in the reservoir, for example, the movement speed of the piston.

タングステン源としては特に限定されず、タングステンの塩等を用いることができ、例えばHWOや、パラタングステン酸アンモニウムを好ましく用いることができる。 The tungsten source is not particularly limited, and a tungsten salt or the like can be used. For example, H 2 WO 4 or ammonium paratungstate can be preferably used.

WOは、タングステン以外の元素が、H(水素)、O(酸素)であり、タングステン以外の元素は後述する熱処理工程において系外に排出される。このため、タングステン源となるW源原料粉末としてHWOを用いることで、不純物の混入を抑制した複合タングステン酸化物粒子を得ることができるため好ましく用いることができる。 In H 2 WO 4 , the elements other than tungsten are H (hydrogen) and O (oxygen), and the elements other than tungsten are discharged outside the system in the heat treatment process described later. Therefore, by using H 2 WO 4 as the W source raw material powder that is the tungsten source, composite tungsten oxide particles with reduced impurity contamination can be obtained, and therefore it can be preferably used.

M元素源原料粉末としては、例えばM元素を含む塩の粉末を用いることができる。M元素を含む塩の種類は特に限定されないが、例えばM元素の炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、水酸化物等から選択された1種類以上を用いることができる。 As the M element source raw material powder, for example, a powder of a salt containing the M element can be used. The type of salt containing the M element is not particularly limited, but for example, one or more types selected from carbonates, acetates, nitrates, hydroxides, etc. of the M element can be used.

例えば、M元素がセシウムの場合についても、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、水酸化物等から選択された1種類以上を用いることができるが、炭酸塩を特に好適に用いることができる。 For example, when the M element is cesium, one or more selected from carbonates, acetates, nitrates, hydroxides, etc. can be used, with carbonates being particularly suitable.

なお、得られる複合タングステン酸化物中の1モルのタングステンに対する、M元素の割合、すなわちドープ量は、原料混合粉末を形成する際のW源原料粉末と、M元素源原料粉末との混合割合により決まる。このため、上記ドープ量は、例えばW源原料粉末の量と、M元素源原料粉末の量との調整により制御できる。 The ratio of M element to 1 mole of tungsten in the resulting composite tungsten oxide, i.e., the doping amount, is determined by the mixing ratio of the W source raw material powder and the M element source raw material powder when forming the raw material mixture powder. Therefore, the doping amount can be controlled by adjusting, for example, the amount of W source raw material powder and the amount of M element source raw material powder.

混合原料粉末は、W源原料粉末とM元素源原料粉末とを、物理的に混合した混合原料粉末でもよく、W源原料粉末とM元素源原料粉末とを水などの溶媒に溶解することで溶液化し、混合した後、溶液の溶媒を乾燥などで除去して得られる混合原料粉末でも良い。得られる複合タングステン酸化物粒子の組成のバラつきを特に抑制することが求められる場合等には、W源原料粉末とM元素源原料粉末とを溶液化して混合した後、溶液の溶媒を乾燥などで除去して得られる混合原料粉末が好ましい場合がある。 The mixed raw material powder may be a mixed raw material powder obtained by physically mixing the W source raw material powder and the M element source raw material powder, or may be a mixed raw material powder obtained by dissolving the W source raw material powder and the M element source raw material powder in a solvent such as water to form a solution, mixing them, and then removing the solvent from the solution by drying or the like. In cases where it is particularly required to suppress the variation in the composition of the resulting composite tungsten oxide particles, a mixed raw material powder obtained by dissolving the W source raw material powder and the M element source raw material powder in a solution, mixing them, and then removing the solvent from the solution by drying or the like may be preferable.

エアロゾル形成工程で分散させる混合原料粉末の粒子のサイズは特に限定されないが、粒子の直径は100μm以下であることが好ましく、10μm以下がより好ましく、3μm以下がさらに好ましい。粒子の直径を100μm以下とすることで、粒子の内部までより確実に昇華させられることが可能となる。なお、エアロゾル形成工程で分散される混合原料粉末の粒子のサイズは、100nm以上であることが好ましい。混合原料粉末の粒子の直径は、既述の複合タングステン酸化物粒子の粒子径と同様に測定できる。 The particle size of the mixed raw material powder dispersed in the aerosol formation process is not particularly limited, but the particle diameter is preferably 100 μm or less, more preferably 10 μm or less, and even more preferably 3 μm or less. By making the particle diameter 100 μm or less, it is possible to more reliably sublimate the inside of the particle. In addition, the particle size of the mixed raw material powder dispersed in the aerosol formation process is preferably 100 nm or more. The particle diameter of the mixed raw material powder can be measured in the same manner as the particle size of the composite tungsten oxide particles described above.

エアロゾル形成工程で形成したエアロゾルは、例えばキャリアガスにより搬送し、熱処理工程に供することができる。
(熱処理工程)
熱処理工程では被処理物を1000℃以上1350℃以下で熱処理する。
The aerosol formed in the aerosol forming step can be transported, for example, by a carrier gas and subjected to a heat treatment step.
(Heat treatment process)
In the heat treatment step, the workpiece is heat treated at 1000° C. or more and 1350° C. or less.

被処理物であるW源原料粉末とM元素源原料粉末とを含む原料混合粉末は、1000℃以上1350℃以下に加熱される過程で蒸発し、全て原子レベルに分解されると考えられる。その後、クラスターを形成し、複合タングステン酸化物としての凝縮過程を経て複合タングステン酸化物粒子が形成されると考えられる。上記熱処理温度は、より好ましくは、1200℃以上1350℃以下で、さらに好ましくは1250℃以上1350℃以下である。 The mixed raw material powder containing the W source raw material powder and the M element source raw material powder, which is the material to be treated, is thought to evaporate during the process of heating to 1000°C or higher and 1350°C or lower, and to be completely decomposed to the atomic level. It is thought that the mixed raw material powder then forms clusters, which undergo a condensation process as composite tungsten oxide to form composite tungsten oxide particles. The heat treatment temperature is more preferably 1200°C or higher and 1350°C or lower, and even more preferably 1250°C or higher and 1350°C or lower.

そして、W源原料粉末や、M元素源原料粉末の分解の過程や、さらに高温の温度でタングステンとM元素とが反応して、複合タングステン酸化物が形成されていると考察される。 It is believed that composite tungsten oxide is formed during the decomposition process of the W source raw material powder or the M element source raw material powder, or by the reaction of tungsten with the M element at higher temperatures.

このため、W源原料粉末や、M元素源原料粉末の分解を十分に進行させ、複合タングステン酸化物への不純物の混入を抑制するため、熱処理工程ではW源原料粉末や、M元素源原料粉末の分解温度以上で熱処理を行うことが好ましい。そして、W源原料粉末や、M元素源原料粉末の分解は通常500℃以下で生じると考えられる。このため、熱処理工程では、被処理物であるエアロゾルを500℃以上で熱処理できる。 Therefore, in order to sufficiently advance the decomposition of the W source raw material powder or the M element source raw material powder and to suppress the incorporation of impurities into the composite tungsten oxide, it is preferable to perform the heat treatment at a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the W source raw material powder or the M element source raw material powder in the heat treatment process. It is believed that the decomposition of the W source raw material powder or the M element source raw material powder usually occurs at 500°C or lower. Therefore, in the heat treatment process, the aerosol, which is the object to be treated, can be heat treated at 500°C or higher.

本発明の発明者らの検討によれば、熱処理温度は、得られる複合タングステン酸化物粒子の粒子径にも影響する。そして、本発明の発明者らのさらなる検討によれば、熱処理温度が上がるにつれて、得られる複合タングステン酸化物粒子の粒子径が小さくなる傾向がみられる。 According to the studies of the inventors of the present invention, the heat treatment temperature also affects the particle size of the resulting composite tungsten oxide particles. Furthermore, according to further studies of the inventors of the present invention, there is a tendency for the particle size of the resulting composite tungsten oxide particles to become smaller as the heat treatment temperature increases.

これは、熱処理温度が高くなると、生成した複合タングステン酸化物粒子の昇華に熱エネルギーが使われ、昇華により粒子が弾けて微細な粒子径の粒子が得られるためと推認される。 This is presumably because, when the heat treatment temperature increases, thermal energy is used to sublimate the composite tungsten oxide particles that are produced, causing the particles to burst as a result of sublimation, resulting in particles with fine particle sizes.

このため、特に微細なナノ粒子である複合タングステン酸化物粒子を得るため、熱処理温度は1000℃以上であることが好ましい。すなわち、特に微細なナノ粒子を得ることを目的とする場合、熱処理工程では被処理物を1000℃以上で熱処理することが好ましい。 For this reason, in order to obtain composite tungsten oxide particles, which are particularly fine nanoparticles, it is preferable that the heat treatment temperature be 1000°C or higher. In other words, if the aim is to obtain particularly fine nanoparticles, it is preferable to heat treat the workpiece at 1000°C or higher in the heat treatment process.

熱処理工程において、温度の上限は、1350℃以下である。熱処理温度が、1350℃を超えると金属のWなどの異相が発生することがある。 The upper limit of the temperature during the heat treatment process is 1350°C or less. If the heat treatment temperature exceeds 1350°C, heterogeneous phases such as metallic W may occur.

エアロゾルは、キャリアガスにより電気炉等に搬送され、上述の熱処理工程を実施できる。このため、例えばキャリアガスの流量等を制御することにより、熱処理工程の時間を調整することができる。 The aerosol is transported to an electric furnace or the like by a carrier gas, and the above-mentioned heat treatment process can be carried out. Therefore, the time of the heat treatment process can be adjusted, for example, by controlling the flow rate of the carrier gas.

熱処理工程に要する時間は特に限定されるものではなく、任意に選定することができる。 The time required for the heat treatment process is not particularly limited and can be selected as desired.

既述の様に、被処理物であるW源原料粉末とM元素源原料粉末とを含む原料混合粉末は、熱処理温度に加熱される過程で蒸発し、全て原子レベルに分解される。その後、クラスターを形成し、複合タングステン酸化物としての凝縮過程を経て複合タングステン酸化物が形成される。 As mentioned above, the mixed powder material containing the W source raw material powder and the M element source raw material powder, which is the material to be treated, evaporates during the process of being heated to the heat treatment temperature and is completely decomposed to the atomic level. After that, clusters are formed, and a composite tungsten oxide is formed through a condensation process as the composite tungsten oxide.

熱処理工程で用いるキャリアガスは、不活性ガスと0.1体積%以上0.9体積%以下のHを含む混合ガスである。また、キャリアガスの不活性ガスは特に限定されず、希ガス(貴ガス)や、窒素ガスから選択された1種類以上を用いることができる。上記不活性ガスは特にArが望ましい。このため、キャリアガスはArとHの混合ガスであることが好ましい。 The carrier gas used in the heat treatment process is a mixed gas containing an inert gas and 0.1 volume % or more and 0.9 volume % or less of H2 . The inert gas of the carrier gas is not particularly limited, and one or more types selected from rare gas (noble gas) and nitrogen gas can be used. The inert gas is particularly preferably Ar. For this reason, the carrier gas is preferably a mixed gas of Ar and H2 .

キャリアガスが0.1体積%以上0.9体積%以下のHを含むことで、既述の熱処理温度で熱処理した場合でも、異相の少ない複合タングステン酸化物粒子を得やすくなる。Hの含有率が0.9体積%を超えると、還元が進み金属Wが析出する場合がある。既述のように六方晶の複合タングステン酸化物粒子は、可視光線領域の光の透過率や、近赤外線領域の光の吸収を高める観点から好適に用いることができる。そして、既述の熱処理温度で熱処理する場合に、キャリアガス中のHの含有割合を0.1体積%以上とすることで六方晶の結晶構造を有する複合タングステン酸化物粒子が特に得やすくなる。このため、既述のようにキャリアガス中のHの含有割合を0.1体積%以上とすることが好ましい。 By containing 0.1% by volume or more and 0.9% by volume or less of H 2 in the carrier gas, composite tungsten oxide particles with few heterophases can be obtained even when heat-treated at the heat treatment temperature described above. If the content of H 2 exceeds 0.9% by volume, reduction may proceed and metal W may precipitate. As described above, hexagonal composite tungsten oxide particles can be suitably used from the viewpoint of increasing the transmittance of light in the visible light region and the absorption of light in the near-infrared region. And, when heat-treated at the heat treatment temperature described above, by setting the content of H 2 in the carrier gas to 0.1% by volume or more, composite tungsten oxide particles having a hexagonal crystal structure can be particularly easily obtained. For this reason, it is preferable to set the content of H 2 in the carrier gas to 0.1% by volume or more as described above.

キャリアガスの流量は、後述する複合材料製造装置のエアロゾル形成部において、エアロゾルを形成し、維持できる流量であれば良く、複合タングステン酸化物粒子の製造に用いる複合材料製造装置の大きさ等により適宜調整できる。
(冷却工程)
本実施形態で製造される複合タングステン酸化物粒子は、熱処理された後にすぐに回収されずに冷却ガスを供給して冷却する冷却工程を経て回収することが好ましい。本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法では、熱処理温度が1000℃以上1350℃以下と比較的高温になっている。このため、冷却工程で冷却することで、熱処理で加熱された生成物と高温のガスを冷却して反応を停止させ、異相の生成を抑制することが好ましい。一方、冷却工程を経ないで回収されると、生成物は、熱処理工程から吐出される高温の還元性のガスで反応が進行し、異相が生じることがある。
The flow rate of the carrier gas may be any flow rate that can form and maintain an aerosol in the aerosol forming section of the composite material production apparatus described below, and can be appropriately adjusted depending on the size of the composite material production apparatus used to produce the composite tungsten oxide particles.
(Cooling process)
The composite tungsten oxide particles produced in this embodiment are preferably not recovered immediately after heat treatment, but are recovered through a cooling process in which cooling gas is supplied to cool them. In the method for producing composite tungsten oxide particles of this embodiment, the heat treatment temperature is relatively high, 1000°C or higher and 1350°C or lower. For this reason, it is preferable to cool the product heated in the heat treatment and the high-temperature gas by cooling in the cooling process to stop the reaction and suppress the generation of a different phase. On the other hand, if the product is recovered without going through the cooling process, the reaction of the product proceeds with the high-temperature reducing gas discharged from the heat treatment process, and a different phase may be generated.

具体的な冷却工程の操作は特に限定されないが、室温の冷却ガスが供給される容器へ、熱処理工程で生成した生成物を導入すればよい。なお、室温の冷却ガスとは、加熱や冷却等を行わず、周囲の温度と平衡状態にある冷却ガスを意味し、例えば5℃以上35℃以下のガスを用いることができる。特に、冷却工程では、熱処理工程で得られた生成物に対して、複数の方向から、すなわち2以上の方向から冷却ガスを供給することが好ましい。これは熱処理工程で得られた生成物に対して2以上の方向から冷却ガスを供給することで、特に急速に冷却でき、異相の発生を抑制できるからである。 The specific operation of the cooling step is not particularly limited, but the product generated in the heat treatment step may be introduced into a container to which cooling gas at room temperature is supplied. Note that cooling gas at room temperature means a cooling gas that is in equilibrium with the surrounding temperature without heating or cooling, and for example, a gas between 5°C and 35°C can be used. In particular, in the cooling step, it is preferable to supply cooling gas to the product obtained in the heat treatment step from multiple directions, i.e., from two or more directions. This is because supplying cooling gas to the product obtained in the heat treatment step from two or more directions allows for particularly rapid cooling and suppresses the generation of heterogeneous phases.

冷却ガスは、不活性ガスとOの混合ガスが望ましい。不活性ガスとしては、Ar等の希ガスやNなどを用いることができる。コストを考慮して不活性ガスとしてはNを好ましく用いることができる。このため、冷却ガスとしては、NとOとの混合ガスを好適に用いることができる。冷却ガスは、酸素濃度が1体積%以上5体積%以下であることが好ましい。 The cooling gas is preferably a mixed gas of an inert gas and O2 . As the inert gas, a rare gas such as Ar or N2 can be used. In consideration of cost, N2 can be preferably used as the inert gas. Therefore, as the cooling gas, a mixed gas of N2 and O2 can be preferably used. The cooling gas preferably has an oxygen concentration of 1% by volume or more and 5% by volume or less.

冷却ガスがOを含むことで、熱処理工程で進行した還元反応を積極的に停止できる。このため、異相の生成を特に抑制できる。
(還元処理工程)
熱処理工程、冷却工程を経て得られた粒子、具体的には複合タングステン酸化物粒子は、赤外線吸収特性を発現しない場合があった。そこで、本発明の発明者らが検討を行ったところ、熱処理工程、冷却工程を経て得られた複合タングステン酸化物粒子について還元処理を行う還元処理工程をさらに実施することで、複合タングステン酸化物粒子は、より確実に赤外線吸収特性を発現できることを見出した。
By including O2 in the cooling gas, the reduction reaction that has progressed in the heat treatment process can be actively stopped, and therefore the generation of heterogeneous phases can be particularly suppressed.
(Reduction treatment step)
Particles obtained through a heat treatment process and a cooling process, specifically composite tungsten oxide particles, may not exhibit infrared absorbing properties.The inventors of the present invention have conducted research and found that the composite tungsten oxide particles obtained through a heat treatment process and a cooling process can be further subjected to a reduction treatment process to perform a reduction treatment, thereby enabling the composite tungsten oxide particles to more reliably exhibit infrared absorbing properties.

このため、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、冷却工程後に、得られた粒子を、還元性ガスを含む雰囲気下で還元処理する還元処理工程を有することが好ましい。 For this reason, the method for producing composite tungsten oxide particles of this embodiment preferably includes a reduction treatment step in which the obtained particles are reduced in an atmosphere containing a reducing gas after the cooling step.

還元処理の条件は特に限定されないが、還元処理後の複合タングステン酸化物粒子をX線回折パターンにより解析した場合に、金属のタングステン等が析出しないように還元処理の条件を選択することが好ましい。 The conditions for the reduction treatment are not particularly limited, but it is preferable to select the conditions for the reduction treatment so that metallic tungsten, etc. does not precipitate when the composite tungsten oxide particles after the reduction treatment are analyzed by X-ray diffraction pattern.

還元処理工程では、冷却工程後に得られた複合タングステン酸化物粒子を、還元性ガスを含む還元雰囲気下で昇温と降温を行うことで、すなわち熱処理を行うことで還元処理できる。 In the reduction treatment process, the composite tungsten oxide particles obtained after the cooling process can be reduced by heating and lowering the temperature in a reducing atmosphere containing a reducing gas, i.e., by performing heat treatment.

還元処理工程の間、複合タングステン酸化物粒子は撹拌しても静置してもよく、還元処理工程での複合タングステン酸化物粒子の取り扱いは適宜選択できるが、金属のタングステンが析出しないように取扱い条件を選択することが好ましい。 During the reduction process, the composite tungsten oxide particles may be stirred or left to stand, and the handling of the composite tungsten oxide particles during the reduction process may be selected as appropriate, but it is preferable to select handling conditions that prevent the precipitation of metallic tungsten.

還元処理の温度(還元処理温度)は、400℃より高く700℃未満であることが好ましく、500℃以上700℃未満であることがより好ましく、600℃以上700℃未満であることがさらに好ましい。なお、室温から、還元処理の温度まで昇温後、再び室温まで降温することができる。ここでの室温は昇温開始前、または降温後の温度であり、周囲の温度もしくは周囲の温度に近い温度を意味している。 The temperature of the reduction treatment (reduction treatment temperature) is preferably higher than 400°C and lower than 700°C, more preferably 500°C or higher and lower than 700°C, and even more preferably 600°C or higher and lower than 700°C. After the temperature is raised from room temperature to the reduction treatment temperature, it can be lowered back to room temperature. Here, room temperature refers to the temperature before the start of the temperature rise or after the temperature drop, and means the ambient temperature or a temperature close to the ambient temperature.

還元処理の温度を400℃より高くすることで複合タングステン酸化物粒子について還元処理を進め、赤外線吸収特性をより確実に発揮できる。また、700℃未満とすることで、複合タングステン酸化物粒子が金属タングステンに還元されることを防止できる。 By increasing the temperature of the reduction treatment to above 400°C, the reduction treatment of the composite tungsten oxide particles can be advanced, and the infrared absorption properties can be more reliably exhibited. In addition, by setting the temperature below 700°C, the composite tungsten oxide particles can be prevented from being reduced to metallic tungsten.

還元雰囲気は、アルゴンなどの不活性ガスと、Hガス(水素ガス)等の還元性ガスとの混合ガスによる雰囲気とすることが好ましく、還元性ガスはHガスが望ましい。 The reducing atmosphere is preferably an atmosphere of a mixed gas of an inert gas such as argon and a reducing gas such as H2 gas (hydrogen gas), and the reducing gas is preferably H2 gas.

還元性ガスとしてHガスを用いる場合、還元雰囲気中のHガスの含有量は、適宜選択できるが、Hガスの含有量は、体積割合で0.1体積%以上10体積%以下の範囲が好ましく、2体積%以上10体積%以下の範囲がより好ましい。還元性ガスのみの雰囲気で還元すると、還元反応が過剰に進み金属のタングステンが析出することがあるので注意が必要である。 When H2 gas is used as the reducing gas, the content of H2 gas in the reducing atmosphere can be appropriately selected, but the content of H2 gas is preferably in the range of 0.1 volume % to 10 volume %, more preferably in the range of 2 volume % to 10 volume %. If reduction is performed in an atmosphere of only reducing gas, the reduction reaction may proceed excessively and metallic tungsten may be precipitated, so care must be taken.

還元処理工程の時間は、昇温から、降温までの全時間で30分以上とすることが望ましい。還元処理工程の時間の上限は特に限定されず、例えば過度に還元が進行しないように予備試験等を行い、選択することが好ましい。なお、ここでいう昇温から降温までの全時間とは、室温から昇温を開始し、還元処理温度に達した後、室温に冷却するまでの時間を意味する。なお、係る時間、複合タングステン酸化物粒子は、既述の還元雰囲気下に置かれていることが好ましい。 The reduction process time is preferably 30 minutes or more, including the total time from heating to cooling. There is no particular upper limit to the reduction process time, and it is preferable to select the time by conducting a preliminary test or the like so that the reduction does not proceed excessively. Note that the total time from heating to cooling means the time from starting heating from room temperature, reaching the reduction process temperature, and cooling to room temperature. Note that during this time, the composite tungsten oxide particles are preferably placed in the reducing atmosphere described above.

このように還元処理工程を実施することで、そのメカニズムは明らかではないが、冷却工程後に得られた複合タングステン酸化物粒子について、X線回折パターンで確認された例えばCsW1.6相やCsO相等の異相をCs0.32WO相に変換させることもできる。このため、還元処理工程を実施することで、赤外線吸収特性にあまり寄与しない異相を、赤外線吸収特性を発揮できる目的の相とすることもできるため、特に赤外線吸収特性に優れた複合タングステン酸化物粒子を得ることが可能になる。 Although the mechanism is not clear, by carrying out the reduction treatment step in this manner, it is also possible to convert heterogeneous phases such as CsW1.6O6 phase and Cs2O phase confirmed by the X-ray diffraction pattern of the composite tungsten oxide particles obtained after the cooling step into a Cs0.32WO3 phase . Therefore, by carrying out the reduction treatment step, it is possible to convert heterogeneous phases that do not contribute much to infrared absorption properties into target phases that can exhibit infrared absorption properties, making it possible to obtain composite tungsten oxide particles that are particularly excellent in infrared absorption properties.

また、本発明の発明者の検討によれば、冷却工程後に得られる複合タングステン酸化物粒子は、2種類の複合タングステン酸化物結晶の相を含む場合がある。具体的には、a軸の格子定数が7.400Å以上7.405Å以下、c軸の格子定数が7.680Å以上7.700Å以下の第1結晶構造と、a軸の格子定数が7.415Å以上7.420Å以下、c軸の格子定数が7.600Å以上7.620Å以下の第2結晶構造との2相の結晶構造を含有する場合がある。しかし、還元処理工程を行うことで、係る2種類の結晶構造の相から、赤外線吸収特性に優れた結晶構造を有する複合タングステン酸化物粒子とすることができる。 In addition, according to the study of the inventors of the present invention, the composite tungsten oxide particles obtained after the cooling process may contain two types of composite tungsten oxide crystal phases. Specifically, the composite tungsten oxide particles may contain two crystal structures: a first crystal structure having an a-axis lattice constant of 7.400 Å to 7.405 Å and a c-axis lattice constant of 7.680 Å to 7.700 Å, and a second crystal structure having an a-axis lattice constant of 7.415 Å to 7.420 Å and a c-axis lattice constant of 7.600 Å to 7.620 Å. However, by performing a reduction treatment process, the composite tungsten oxide particles can be made from the two types of crystal structure phases to have a crystal structure with excellent infrared absorption properties.

すなわち、上記2つの結晶構造を経由して、赤外線吸収特性に優れた複合タングステン酸化物粒子を調製することもできる。
(3)複合材料製造装置
本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法に好適に用いることができる複合材料製造装置の構成例について以下に説明する。
In other words, composite tungsten oxide particles having excellent infrared absorption properties can be prepared via the above two crystal structures.
(3) Composite Material Manufacturing Apparatus An example of the configuration of a composite material manufacturing apparatus that can be suitably used in the method for manufacturing composite tungsten oxide particles of this embodiment will be described below.

図1は、複合材料製造装置10を模式的に示した図である。 Figure 1 is a schematic diagram of a composite material manufacturing device 10.

複合材料製造装置10は、エアロゾル形成部11と、輸送部21と、反応部31と、冷却部41、回収部51とを有することができる。 The composite material manufacturing apparatus 10 can have an aerosol forming section 11, a transport section 21, a reaction section 31, a cooling section 41, and a recovery section 51.

(エアロゾル形成部)
エアロゾル形成部11には、エアロゾル発生管12と撹拌部14と混合原料粉末を撹拌部14に供給する粉末供給部16を備える。エアロゾル発生管は管状で撹拌部14と繋がる開口部13を備える。撹拌部14は、回転するブラシ15を備える。開口部13でブラシ15は、エアロゾル発生管12に露出するように配されている。また、ブラシの代わりに撹拌翼を用いても良い。
(Aerosol forming part)
The aerosol forming section 11 includes an aerosol generating tube 12, a stirring section 14, and a powder supplying section 16 that supplies mixed raw material powder to the stirring section 14. The aerosol generating tube is tubular and includes an opening 13 that is connected to the stirring section 14. The stirring section 14 includes a rotating brush 15. The brush 15 is disposed at the opening 13 so as to be exposed to the aerosol generating tube 12. Also, a stirring blade may be used instead of the brush.

粉末供給部16は、混合原料粉末を格納する原料リザーバ17、撹拌部に混合原料粉末を送り出すピストン18を有することができる。ピストン18の移動速度で混合原料粉末の供給速度が制御できる。ピストンの代わりに公知のスクリューフィーダ等を用いることができる。 The powder supply section 16 can have a raw material reservoir 17 for storing the mixed raw material powder, and a piston 18 for sending the mixed raw material powder to the stirring section. The supply speed of the mixed raw material powder can be controlled by the movement speed of the piston 18. A known screw feeder or the like can be used instead of the piston.

さらに、エアロゾル発生管12は、外部から供給されるキャリアガスの流量を制御するレギュレータ19を接続し、複合材料製造装置10にキャリアガスを供給する機能も備えることができる。 Furthermore, the aerosol generating tube 12 can be connected to a regulator 19 that controls the flow rate of the carrier gas supplied from the outside, and can also be equipped with the function of supplying the carrier gas to the composite material manufacturing apparatus 10.

(輸送部)
輸送部21は、エアロゾル形成部11と、反応部31との間に設けることができる。具体的には、エアロゾル発生管12について、キャリアガスの下流側で輸送部21に接続し、輸送部21は反応部31の配管32に接続できる。輸送部21により、エアロゾル発生管12から配管32へエアロゾルを供給できる。
(Transportation Department)
The transport part 21 can be provided between the aerosol formation part 11 and the reaction part 31. Specifically, the aerosol generation tube 12 can be connected to the transport part 21 on the downstream side of the carrier gas, and the transport part 21 can be connected to the piping 32 of the reaction part 31. The transport part 21 can supply the aerosol from the aerosol generation tube 12 to the piping 32.

(反応部)
反応部31では、既述の熱処理工程を実施することができる。このため、反応部31は、例えば図1に示したように耐熱性の配管32と、該配管32を加熱するヒーター33とを有することができる。
(Reaction Section)
The above-mentioned heat treatment process can be carried out in the reaction section 31. For this purpose, the reaction section 31 can have, for example, a heat-resistant pipe 32 and a heater 33 for heating the pipe 32, as shown in FIG.

配管32としては、例えばセラミック製の配管を用いることができる。不純物の混入を避ける観点から純度の高いAl製の炉心管を用いるのが好ましい。炉心管のコストを下げる場合はムライトなどを用いることもできる。 For example, a ceramic pipe can be used as the pipe 32. From the viewpoint of preventing the inclusion of impurities, it is preferable to use a furnace tube made of Al 2 O 3 with high purity. In order to reduce the cost of the furnace tube, mullite or the like can also be used.

反応部31の配管32の長さL32は特に限定されるものではなく、熱処理工程の所定の温度まで加熱することができ、熱処理工程の時間を十分に確保できるように選択することが好ましい。 The length L32 of the pipe 32 in the reaction section 31 is not particularly limited, and is preferably selected so that it can be heated to the specified temperature of the heat treatment process and so that sufficient time for the heat treatment process can be secured.

反応部31の配管32の長さL32は、所定の温度まで加熱し、熱処理工程の時間を十分に確保する観点から1m以上であることが好ましい。配管32の長さの上限は特に限定されないが、過度に長くすると多くのキャリアガスを要することになり、また装置のサイズも大きくなることから、5m以下であることが好ましい。 The length L32 of the pipe 32 in the reaction section 31 is preferably 1 m or more from the viewpoint of heating to a predetermined temperature and ensuring sufficient time for the heat treatment process. There is no particular upper limit to the length of the pipe 32, but an excessively long pipe 32 requires a large amount of carrier gas and increases the size of the device, so it is preferably 5 m or less.

また、配管32の直径D32についても特に限定されないが、生産性の観点から1cm以上であることが好ましい。配管32の直径D32の上限値は特に限定さないが、その中心部と、壁面部との温度差が過度に大きくならないように選択することが好ましく、配管32の直径D32は例えば20cm以下であることが好ましい。 The diameter D32 of the pipe 32 is not particularly limited, but is preferably 1 cm or more from the viewpoint of productivity. The upper limit of the diameter D32 of the pipe 32 is not particularly limited, but it is preferably selected so that the temperature difference between the center and the wall portion is not excessively large, and the diameter D32 of the pipe 32 is preferably, for example, 20 cm or less.

なお、配管32の直径D32とは、配管32の内径を意味する。 Note that the diameter D32 of the pipe 32 refers to the inner diameter of the pipe 32.

反応部31の配管32は、その長手方向に沿って温度勾配を有するのが通常である。そこで、例えば、反応部入口32A側の温度が低く、反応部出口32Bに向かって温度が上昇するように構成できる。 The pipe 32 of the reaction section 31 usually has a temperature gradient along its longitudinal direction. Therefore, for example, it can be configured so that the temperature is low on the reaction section inlet 32A side and increases toward the reaction section outlet 32B.

そして、反応部出口32B近傍に温度が1000℃以上となる温度領域を形成できるように、各種条件を設定することが好ましい。 It is preferable to set various conditions so that a temperature region with a temperature of 1000°C or higher can be formed near the reaction section outlet 32B.

また、特に既述の熱処理工程において被処理物を1000℃以上の温度で熱処理する場合には、反応部出口32B近傍に温度が1000℃以上となる温度領域を形成できるように、各種条件を設定することが好ましい。また、熱処理工程において、例えば1000℃以上の温度での熱処理時間を1秒以上とする場合、反応部31内の1000℃以上となる温度領域を、被処理物が通過する時間が1秒以上となるように、各種条件を設定することが好ましい。具体的には例えば、配管32内の温度分布を予め測定しておき、キャリアガスの供給速度等を調整することが好ましい。 In particular, when the workpiece is heat-treated at a temperature of 1000°C or higher in the heat treatment process described above, it is preferable to set various conditions so that a temperature region with a temperature of 1000°C or higher can be formed near the reaction section outlet 32B. In addition, in the heat treatment process, when the heat treatment time at a temperature of 1000°C or higher is set to 1 second or more, it is preferable to set various conditions so that the time the workpiece passes through the temperature region in the reaction section 31 with a temperature of 1000°C or higher is 1 second or more. Specifically, for example, it is preferable to measure the temperature distribution in the pipe 32 in advance and adjust the supply rate of the carrier gas, etc.

ただし上記形態に限定されず、配管32の長手方向に沿った温度勾配を形成せず、配管32の長手方向の温度をほぼ均一にし、所定の温度以上の温度領域を形成できるように各種条件を設定してもよい。 However, this is not limited to the above form, and various conditions may be set so that a temperature gradient is not formed along the longitudinal direction of the pipe 32, the temperature in the longitudinal direction of the pipe 32 is made almost uniform, and a temperature region above a predetermined temperature is formed.

冷却部41は、冷却容器42と冷却ガスを導入する冷却ガス導入管44と熱電対45とを有することができる。冷却容器42は、接続部43を備え、接続部43を反応部出口32Bに接続し、反応部31から吐出された高温ガスを受けることができる。また、反応部出口32Bと冷却容器42の距離、すなわち接続部43の長さL43はできる限り短くすることが好ましく、接続部43の長さL43は長くても20cm以下、好ましくは10cm以下、さらに好ましくは7cm以下である。そして、反応部出口32Bと接続部43の接合部分からキャリアガスが漏れることを防ぐためアルミナなどのセラミックスを主成分とする市販の耐熱セラミックス接着剤で封止することが好ましい。反応部出口32B付近でキャリアガスが漏れると、本実施形態では、キャリアガスにHを含むので、該水素が大気に触れて反応し、燃焼する場合があり、燃焼に起因する熱が系外に逃れることにより、得られる複合タングステン酸化物粒子の特性等に影響する恐れがある。冷却ガス導入管44には図示しない冷却ガス供給手段を接続できる。図1では1つの冷却ガス導入管44を設けた例を示したが、係る形態に限定されない。例えば接続部43の周囲を囲む2方向以上の冷却ガス導入管44を備えても良い。例えば、反応部31で加熱され接続部43から導入する高温ガスに向かって3方向から冷却ガスを導入できるように冷却ガス導入管を接続部43の周囲に120°の間隔で配置することもできる。このように複数の冷却ガス導入管を設け、複数の方向から冷却ガスを供給することで、高温ガス(吐出ガス)が含有する熱処理工程での生成物を急速に、また効率的に冷却できる。このため、異相の発生を特に抑制できる。 The cooling section 41 may have a cooling vessel 42, a cooling gas introduction pipe 44 for introducing a cooling gas, and a thermocouple 45. The cooling vessel 42 is provided with a connection part 43, which is connected to the reaction part outlet 32B, and can receive the high-temperature gas discharged from the reaction part 31. In addition, it is preferable to make the distance between the reaction part outlet 32B and the cooling vessel 42, i.e., the length L43 of the connection part 43 as short as possible, and the length L43 of the connection part 43 is at most 20 cm or less, preferably 10 cm or less, and more preferably 7 cm or less. In order to prevent the carrier gas from leaking from the joint part between the reaction part outlet 32B and the connection part 43, it is preferable to seal it with a commercially available heat-resistant ceramic adhesive mainly composed of ceramics such as alumina. If the carrier gas leaks near the reaction part outlet 32B, in this embodiment, since the carrier gas contains H 2 , the hydrogen may come into contact with the atmosphere and react and burn, and the heat caused by the combustion may escape from the system, which may affect the characteristics of the obtained composite tungsten oxide particles. A cooling gas supply means (not shown) can be connected to the cooling gas introduction pipe 44. Although FIG. 1 shows an example in which one cooling gas introduction pipe 44 is provided, the present invention is not limited to this form. For example, two or more cooling gas introduction pipes 44 may be provided around the connection part 43. For example, the cooling gas introduction pipes can be arranged at intervals of 120° around the connection part 43 so that cooling gas can be introduced from three directions toward the high-temperature gas heated in the reaction part 31 and introduced from the connection part 43. By providing multiple cooling gas introduction pipes in this way and supplying cooling gas from multiple directions, the product of the heat treatment process containing the high-temperature gas (discharge gas) can be rapidly and efficiently cooled. For this reason, the generation of different phases can be particularly suppressed.

例えば既述の熱電対45により冷却容器42内の温度を測定し、冷却ガスの供給速度や、温度等を制御するように構成してもよい。 For example, the temperature inside the cooling container 42 may be measured using the thermocouple 45 described above, and the supply rate of the cooling gas, the temperature, etc. may be controlled.

回収部51では、冷却部41で冷却された複合タングステン酸化物粒子を回収できる。回収部51の構成は特に限定されるものではなく、製造する複合タングステン酸化物粒子の粒子径等に応じて選択することができる。回収部51としては、例えば各種フィルター52を用いることができる。もしくは、静電型捕集器を用いることができる。回収部51の下流にはバルブ61とポンプ62をそれぞれ設けることができる。
(還元処理装置)
還元処理装置では、既述の還元処理工程を実施することができる。
In the recovery section 51, the composite tungsten oxide particles cooled in the cooling section 41 can be recovered. The configuration of the recovery section 51 is not particularly limited, and can be selected according to the particle size of the composite tungsten oxide particles to be produced. As the recovery section 51, for example, various filters 52 can be used. Alternatively, an electrostatic collector can be used. A valve 61 and a pump 62 can be provided downstream of the recovery section 51.
(Reduction treatment device)
In the reduction treatment device, the reduction treatment process described above can be carried out.

還元処理装置は、既述の還元処理工程を実施できるように構成されていればよく、特に限定されない。例えば、既述の複合材料製造装置で得られた粒子である複合タングステン酸化物粒子を格納する容器と、該容器内に、該容器内を還元雰囲気とする混合ガスを供給するガス配管と、該容器を加熱する熱源を備えればよい。 The reduction treatment device is not particularly limited as long as it is configured to perform the reduction treatment process described above. For example, it may include a container for storing composite tungsten oxide particles, which are particles obtained by the composite material manufacturing device described above, a gas pipe for supplying a mixed gas into the container to create a reducing atmosphere inside the container, and a heat source for heating the container.

なお、容器内に、該容器内を還元雰囲気とする混合ガスを導入、排気し、被処理物である複合タングステン酸化物粒子を該混合ガスの気流下に置くこともできる。この場合には、係る気流を形成できるように、ガス配管として混合ガスの供給配管、及び排気配管を設けておくことができる。 It is also possible to introduce a mixed gas into the container to create a reducing atmosphere in the container, then exhaust the gas, and place the composite tungsten oxide particles to be treated under the flow of the mixed gas. In this case, a supply pipe for the mixed gas and an exhaust pipe can be provided as gas pipes to form such an air flow.

また、容器内の複合タングステン酸化物粒子を撹拌する撹拌羽なども併用してもよい。 A stirring blade may also be used to stir the composite tungsten oxide particles in the container.

図2は還元処理装置の一構成例を模式的に示した図であり、還元処理装置70の反応管71の中心軸を通る面での断面図を示している。 Figure 2 is a schematic diagram of one example of the configuration of a reduction treatment device, showing a cross-sectional view taken along a plane passing through the central axis of the reaction tube 71 of the reduction treatment device 70.

還元処理装置70は、横型の管状炉であり、反応管71の一方の口71Aに図示しないガス導入管を、該管状炉の他方の口71Bに図示しないガス排気管を取り付けて用いることができる。そして、一方の口71A側から還元雰囲気とする混合ガスを供給することで、反応管71内を還元雰囲気とすることができる。 The reduction treatment device 70 is a horizontal tubular furnace, and can be used by attaching a gas inlet pipe (not shown) to one port 71A of the reaction tube 71 and a gas exhaust pipe (not shown) to the other port 71B of the tubular furnace. Then, by supplying a mixed gas that creates a reducing atmosphere from the port 71A side, the inside of the reaction tube 71 can be made into a reducing atmosphere.

反応管71の周囲にはヒーター72を設けておくことができ、複合タングステン酸化物粒子は、ボート等のセラミック製の容器73に入れ、管状炉の反応管71内のヒーター72に対応した位置に配置できる。 A heater 72 can be provided around the reaction tube 71, and the composite tungsten oxide particles can be placed in a ceramic container 73 such as a boat and placed at a position corresponding to the heater 72 inside the reaction tube 71 of the tubular furnace.

係る還元処理装置70を用い、反応管71内を還元雰囲気とし、ヒーター72により所望の温度に加熱することで、容器73に入れられた複合タングステン酸化物粒子74の還元処理を行うことができる。 By using the reduction treatment device 70, the inside of the reaction tube 71 is made into a reducing atmosphere, and the reaction tube 71 is heated to a desired temperature by the heater 72, whereby the reduction treatment of the composite tungsten oxide particles 74 placed in the container 73 can be performed.

以上に説明した本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法によれば、エアロゾル形成部や、ヒーター等の導入コストの低い設備を用いることができ、工程数も少なくすることができ、これにより容易に複合タングステン酸化物粒子を製造できる。 According to the method for producing composite tungsten oxide particles of this embodiment described above, it is possible to use equipment with low introduction costs, such as an aerosol forming unit and a heater, and the number of steps can be reduced, making it possible to easily produce composite tungsten oxide particles.

以下に具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(1)評価方法について
(1-1)粉末X線回折
以下の実施例、比較例で得られた複合タングステン酸化物粒子について、粉末X線回折装置(Bruker社製 型式:D2 PHASER)を用い、粉末X線回折パターン(XRDパターン)の測定を行った。なお、線源としてはCuKα線を用い、管電圧40kV、管電流30mAとして粉末X線回折パターンの測定を行った。
(1-2)TEM像観察
得られた複合タングステン酸化物粒子について、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope 日本電子株式会社製 型式:JEM-2011)を用いて観察を行った。観察は印加電圧を200kVとして行った。
(1-3)可視光透過率、日射透過率(Visible Light Transmittance、Solar Transmittance)
インクの光学特性は、分光光度計(日立製作所株式会社製 U-4100)を用いて測定し、可視光透過率と日射透過率とは、JIS R 3106(2019)に従って算出した。
(2)実施例、比較例について
(2-1)実施例1、比較例1~比較例4
[実施例1]
実施例1は固体噴霧熱分解法で粒子の合成である。合成方法について説明する。
The present invention will be described below with reference to specific examples, but is not limited to these examples.
(1) Evaluation Method (1-1) Powder X-ray Diffraction For the composite tungsten oxide particles obtained in the following Examples and Comparative Examples, powder X-ray diffraction patterns (XRD patterns) were measured using a powder X-ray diffractometer (Model: D2 PHASER, manufactured by Bruker Corp.) The powder X-ray diffraction patterns were measured using CuKα radiation as the radiation source, with a tube voltage of 40 kV and a tube current of 30 mA.
(1-2) TEM Image Observation The obtained composite tungsten oxide particles were observed using a transmission electron microscope (TEM: Transmission Electron Microscope, manufactured by JEOL Ltd., Model: JEM-2011). The observation was performed with an applied voltage of 200 kV.
(1-3) Visible Light Transmittance, Solar Transmittance
The optical properties of the ink were measured using a spectrophotometer (U-4100 manufactured by Hitachi, Ltd.), and the visible light transmittance and solar radiation transmittance were calculated in accordance with JIS R 3106 (2019).
(2) Examples and Comparative Examples (2-1) Example 1, Comparative Examples 1 to 4
[Example 1]
In Example 1, particles are synthesized by a solid spray pyrolysis method. The synthesis method will be described.

図1に示した複合材料製造装置10を用いて、複合タングステン酸化物粒子として、Cs0.32WO粒子の製造を行い、評価を行った。以下、具体的な条件について説明する。 Using the composite material production apparatus 10 shown in Fig. 1, Cs0.32WO3 particles were produced as composite tungsten oxide particles and evaluated. Specific conditions will be described below.

図1に示した複合材料製造装置10は、エアロゾル形成部11と、輸送部21と、反応部31と、冷却部41と、回収部51とを有している。エアロゾル形成部11と、輸送部21と、反応部31と、冷却部41、回収部51とは配管により接続されている。 The composite material manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 1 has an aerosol forming section 11, a transport section 21, a reaction section 31, a cooling section 41, and a collection section 51. The aerosol forming section 11, the transport section 21, the reaction section 31, the cooling section 41, and the collection section 51 are connected by piping.

エアロゾル形成部11は、エアロゾル発生管12と撹拌部14と混合原料粉末を撹拌部14に供給する粉末供給部16を備える。エアロゾル発生管12は管状で撹拌部14と繋がる開口部13を備える。撹拌部14は、回転するブラシ15を備える。開口部13でブラシ15は、エアロゾル発生管12に露出するように配されている。 The aerosol generating section 11 includes an aerosol generating tube 12, an agitating section 14, and a powder supplying section 16 that supplies mixed raw material powder to the agitating section 14. The aerosol generating tube 12 is tubular and includes an opening 13 that connects to the agitating section 14. The agitating section 14 includes a rotating brush 15. The brush 15 is arranged at the opening 13 so as to be exposed to the aerosol generating tube 12.

粉末供給部16は、混合原料粉末を格納する原料リザーバ17、撹拌部に混合原料粉末を送り出すピストン18で構成される。 The powder supply section 16 is composed of a raw material reservoir 17 that stores the mixed raw material powder, and a piston 18 that delivers the mixed raw material powder to the mixing section.

さらに、エアロゾル発生管12は、図示しないキャリアガスタンクから供給されるキャリアガスの流量を制御するレギュレータ19が接続されていて、複合材料製造装置10にキャリアガスを供給する機能も備える。 Furthermore, the aerosol generating tube 12 is connected to a regulator 19 that controls the flow rate of the carrier gas supplied from a carrier gas tank (not shown), and also has the function of supplying carrier gas to the composite material manufacturing device 10.

まず、W源原料粉末として、HWOで表される酸化タングステンの粉末を準備した。 First, a tungsten oxide powder represented by H 2 WO 4 was prepared as a W source raw material powder.

また、M元素源原料粉末として、炭酸セシウム(シグマアルドリッチ社製)を準備した。炭酸セシウムは水に溶解し、水溶液として用いた。 Cesium carbonate (Sigma-Aldrich) was prepared as the M element source raw material powder. The cesium carbonate was dissolved in water and used as an aqueous solution.

そして、CsCO水溶液とHWO粉末とを物質量の比でCs/W=0.33となるように混合した後、100℃で12時間乾燥し、混合原料粉末を得た。混合原料粉末をSEMで確認したところ、1μm以上2μm以下の粒子径の粉末であった。 Then, the Cs2CO3 aqueous solution and the H2WO4 powder were mixed so that the ratio of the amounts of substances was Cs/W = 0.33, and then dried at 100°C for 12 hours to obtain a mixed raw material powder. When the mixed raw material powder was confirmed by SEM, it was a powder with a particle size of 1 μm or more and 2 μm or less.

(エアロゾル形成工程)
エアロゾル形成部11において、1000rpm以上で高速に回転するブラシ15に対して、粉末供給部16から2g/Hrの供給速度で混合原料粉末を押し出した。ブラシ15によりキャリアガス中に分散された混合原料粉末はエアロゾルとなる。エアロゾルは、輸送部21を介して、反応部31に搬送される。すなわち、エアロゾル形成工程で形成されたエアロゾルは熱処理工程へと供給されることになる。
(Aerosol forming process)
In the aerosol forming section 11, the mixed raw material powder was extruded from the powder supplying section 16 at a supply rate of 2 g/Hr toward the brush 15 rotating at a high speed of 1000 rpm or more. The mixed raw material powder dispersed in the carrier gas by the brush 15 becomes an aerosol. The aerosol is transported to the reaction section 31 via the transporting section 21. That is, the aerosol formed in the aerosol forming process is supplied to the heat treatment process.

キャリアガスの流量は混合原料粉末を十分に分散させるため10L/minとした。 The flow rate of the carrier gas was set to 10 L/min to thoroughly disperse the mixed raw material powder.

キャリアガスとしては、アルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを用いた。なお、金属タングステンの生成を抑制しつつ、製造する複合タングステン酸化物粒子に酸素欠損を導入するため、0.5体積%の水素ガスを含有する、0.5体積%H/Arガスを用いた。 A mixed gas of argon gas and hydrogen gas was used as the carrier gas. In order to suppress the generation of metallic tungsten while introducing oxygen vacancies into the composite tungsten oxide particles to be produced, 0.5 vol% H2 /Ar gas containing 0.5 vol% hydrogen gas was used.

反応部31は、セラミック製の配管32を備えており、該配管32としては、長さL32が1m、直径D32が13mmの円筒形状の管を用いた。なお、直径D32は、配管32の内径を意味する。 The reaction section 31 is equipped with a ceramic pipe 32, which is a cylindrical tube with a length L32 of 1 m and a diameter D32 of 13 mm. The diameter D32 refers to the inner diameter of the pipe 32.

反応部31は、ヒーター33の温度を1300℃に設定した。図3に反応部31内の温度プロファイルを示す。横軸の位置は反応部出口32Bからの距離を示し、配管32の中心軸に沿って測定した温度プロファイルとなる。キャリアガスの導入により、炉体で加熱された高温度領域が吐出方向側、すなわち反応部出口側にシフトした。この高温度領域から、反応部出口側に位置する温度の低い低温度領域に向かう温度変化領域で複合タングステン酸化物粒子の析出、凝縮反応が進行したと推察される。 In the reaction section 31, the temperature of the heater 33 was set to 1300°C. Figure 3 shows the temperature profile in the reaction section 31. The position on the horizontal axis indicates the distance from the reaction section outlet 32B, and is the temperature profile measured along the central axis of the pipe 32. The introduction of the carrier gas caused the high-temperature region heated by the furnace body to shift toward the discharge direction, i.e., toward the reaction section outlet. It is presumed that the precipitation and condensation reaction of the composite tungsten oxide particles progressed in the temperature change region from this high-temperature region toward the low-temperature region located on the reaction section outlet side.

(冷却工程)
冷却部41は、ガラス製の冷却容器42と冷却ガスを導入する冷却ガス導入管44と熱電対45とで構成される。冷却容器42は、接続部43を備え、接続部43を反応部出口32Bに接続し、反応部31から吐出された高温ガスを冷却容器42内に導入するように構成した。反応部出口32Bと冷却容器42との間の距離を短くするため接続部43の長さL43を5cmとし、反応部出口32Bと接続部43との接合部分は市販のアルミナ耐熱接着剤で封止した。反応部31で加熱され接続部43から導入する高温ガス(吐出ガス)に向かって3方向から冷却ガスを導入できるように冷却ガス導入管を接続部43の周囲に120°の間隔で3つ配置した。冷却ガスには、窒素と酸素との混合ガスを用い、酸素濃度は3体積%であった。すなわち、冷却ガスには3体積%O/Nガスを用いた。また、冷却ガスは、上記3つの冷却ガス導入管から合計で10L/minの供給速度で供給した。
(Cooling process)
The cooling section 41 is composed of a glass cooling vessel 42, a cooling gas introduction pipe 44 for introducing a cooling gas, and a thermocouple 45. The cooling vessel 42 is provided with a connection part 43, which is connected to the reaction part outlet 32B, and is configured to introduce the high-temperature gas discharged from the reaction part 31 into the cooling vessel 42. In order to shorten the distance between the reaction part outlet 32B and the cooling vessel 42, the length L43 of the connection part 43 is set to 5 cm, and the joint part between the reaction part outlet 32B and the connection part 43 is sealed with a commercially available alumina heat-resistant adhesive. Three cooling gas introduction pipes were arranged around the connection part 43 at intervals of 120° so that the cooling gas can be introduced from three directions toward the high-temperature gas (discharge gas) heated in the reaction part 31 and introduced from the connection part 43. A mixed gas of nitrogen and oxygen was used as the cooling gas, and the oxygen concentration was 3% by volume. That is, 3% by volume O 2 /N 2 gas was used as the cooling gas. The cooling gas was supplied from the three cooling gas inlet pipes at a total supply rate of 10 L/min.

回収部51には、フィルター52としてバグフィルターを配置し、冷却部41で冷却工程を終え、形成された複合タングステン酸化物粒子を回収できるように構成した。 A bag filter is placed in the recovery section 51 as the filter 52, and the cooling process is completed in the cooling section 41, and the composite tungsten oxide particles formed can be recovered.

以上の条件により、複合タングステン酸化物粒子の製造を行った。 Composite tungsten oxide particles were produced under the above conditions.

実施例1では、上述のように反応部31における炉体温度を1300℃に設定した。すなわち熱処理工程において、供給されたエアロゾルは、1300℃まで昇温され、1300℃で熱処理を行った。なお、1000℃以上の熱処理温度での熱処理時間は0.8秒間であった。 In Example 1, the furnace temperature in the reaction section 31 was set to 1300°C as described above. That is, in the heat treatment process, the supplied aerosol was heated to 1300°C and heat-treated at 1300°C. The heat treatment time at a heat treatment temperature of 1000°C or higher was 0.8 seconds.

[比較例1]
比較例1では、キャリアガスとして、1体積%の水素ガスを含有する1体積%H/Arガスを用いた。以上の点以外は、実施例1と同様に合成を行った。
[比較例2]
比較例2では、キャリアガスとして、3体積%の水素ガスを含有する3体積%H/Arガスを用いた。以上の点以外は、実施例1と同様に合成を行った。
[比較例3]
比較例3では、熱処理工程における炉体温度を1100℃とし、キャリアガスとして、3体積%の水素ガスを含有する3体積%H/Arガスを用いた。以上の点以外は、実施例1と同様に合成を行った。
[比較例4]
比較例4では、熱処理工程における炉体温度を1200℃とし、キャリアガスとして、3体積%の水素ガスを含有する3体積%H/Arガスを用いた。以上の点以外は、実施例1と同様に合成を行った。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, 1 vol % H 2 /Ar gas containing 1 vol % hydrogen gas was used as the carrier gas. Synthesis was performed in the same manner as in Example 1 except for the above points.
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, 3 vol % H 2 /Ar gas containing 3 vol % hydrogen gas was used as the carrier gas. Synthesis was performed in the same manner as in Example 1 except for the above points.
[Comparative Example 3]
In Comparative Example 3, the furnace temperature in the heat treatment step was 1100° C., and 3 vol % H 2 /Ar gas containing 3 vol % hydrogen gas was used as the carrier gas.
[Comparative Example 4]
In Comparative Example 4, the furnace temperature in the heat treatment step was 1200° C., and 3 volume % H 2 /Ar gas containing 3 volume % hydrogen gas was used as the carrier gas.

回収部51で回収された複合タングステン酸化物粒子についての評価を行った。 The composite tungsten oxide particles recovered in recovery section 51 were evaluated.

図4(A)、図4(B)に実施例1、比較例1~比較例4のXRD測定結果を示す。何れの条件でも主相には、Cs0.33WO相が確認された。 4(A) and 4(B) show the results of XRD measurement for Example 1 and Comparative Examples 1 to 4. Under all conditions, the Cs 0.33 WO 3 phase was confirmed as the main phase.

実施例1、比較例1~比較例4では、混合原料粉末をエアロゾルとして分散させた状態で加熱するため、数秒の焼成時間でもCs0.33WO相までの熱分解反応が進行することを確認できた。 In Example 1 and Comparative Examples 1 to 4, since the mixed raw material powder was heated in a dispersed aerosol state, it was confirmed that the thermal decomposition reaction to the Cs 0.33 WO 3 phase proceeded even in a firing time of several seconds.

図4(A)には、キャリアガスに3体積%H/Arを用い、炉体温度を1100℃から1300℃まで変えて合成した比較例2~比較例4の複合タングステン酸化物粒子のXRD測定結果を示した。炉体温度を上昇するとCs0.33WO相のピークに対する、2θが40deg付近のW相(ICDD 04-0806)のピークの割合が増加することを確認できた。炉体温度を1300℃とした比較例2では、還元の影響が強く、金属W相の割合が大きいことを確認できた。 4(A) shows the results of XRD measurement of the composite tungsten oxide particles of Comparative Examples 2 to 4, which were synthesized using 3 vol% H2 /Ar as the carrier gas and varying the furnace temperature from 1100°C to 1300°C. It was confirmed that the ratio of the W phase (ICDD 04-0806) peak at 2θ around 40 deg to the Cs0.33WO3 phase peak increases with increasing furnace temperature. In Comparative Example 2 , where the furnace temperature was 1300°C, it was confirmed that the effect of reduction was strong and the ratio of the metallic W phase was large.

一方、W相の割合の少ない炉体温度を1100℃とした比較例3の複合タングステン酸化物粒子の形状をTEMにより確認したところ、図5(A)に示すようにアモルファス粒子が纏わりついた粒子径が500nm以上の角形粒子が確認できた。また、図5(B)に示すように数十nmサイズの球状粒子が確認できた。すなわち炉体温度が1100℃では粒子径が比較的大きな複合タングステン酸化物粒子が得られることを確認できた。 On the other hand, when the shape of the composite tungsten oxide particles of Comparative Example 3, in which the furnace temperature was set to 1100°C and the proportion of W phase was low, was examined by TEM, it was confirmed that, as shown in Figure 5(A), rectangular particles with a particle diameter of 500 nm or more consisting of amorphous particles were formed. In addition, as shown in Figure 5(B), spherical particles of several tens of nm in size were confirmed. In other words, it was confirmed that a furnace temperature of 1100°C produced composite tungsten oxide particles with a relatively large particle diameter.

従って、より微細な粒子を得ることを目的とする場合には、熱処理工程における温度がより高温であることが好ましいと推察される。そこで、より微細な複合タングステン酸化物粒子を得ることを目的として、熱処理温度を1300℃とし、キャリアガス中の水素濃度を変化させた例である実施例1、比較例1、比較例2において得られた複合タングステン酸化物粒子のXRD測定結果を図4(B)に示す。 Therefore, if the aim is to obtain finer particles, it is presumed that a higher temperature in the heat treatment process is preferable. Therefore, in order to obtain finer composite tungsten oxide particles, the heat treatment temperature was set to 1300°C, and the hydrogen concentration in the carrier gas was changed. The results of XRD measurements of the composite tungsten oxide particles obtained in Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 are shown in Figure 4 (B).

実施例1、比較例1、比較例2の比較から、キャリアガス中の水素濃度の低下によりCs0.33WO相のスペクトル強度に対する金属W相のピーク強度の大きさが大幅に低下することを確認できた。 From a comparison between Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, it was confirmed that the magnitude of the peak intensity of the metal W phase relative to the spectrum intensity of the Cs 0.33 WO 3 phase was significantly reduced by reducing the hydrogen concentration in the carrier gas.

図6(A)~図6(D)に、キャリアガスとして1体積%H/Arガスを用いた比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のTEM像を示す。図6(E)に、図6(D)中の点線Aで囲まれた領域と、点線Bで囲まれた領域について、EDS分析した結果を示す。図6(A)、図6(B)に示すように、粒子径が100nm以下と、比較例3の場合と比較して微細な複合タングステン酸化物粒子が得られていることを確認できた。 Figures 6(A) to 6(D) show TEM images of the composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 1, in which 1 volume % H 2 /Ar gas was used as the carrier gas. Figure 6(E) shows the results of EDS analysis of the area surrounded by dotted line A and the area surrounded by dotted line B in Figure 6(D). As shown in Figures 6(A) and 6(B), it was confirmed that fine composite tungsten oxide particles with particle diameters of 100 nm or less were obtained compared to Comparative Example 3.

ただし、比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子についてEDS分析を行ったところ、内部にあるコントラストの高いコア部は金属のWであり、シェル部はCWO相であることを確認できた。これは混合原料粉末が昇華した際に、WO八面体は分解してWまで還元し、W原子のみが核生成してその周囲にCs0.33WO相がシェル相として粒子成長したためと推察される。 However, when EDS analysis was performed on the composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 1, it was confirmed that the core part with high contrast inside was metallic W, and the shell part was a CWO phase. This is presumably because when the mixed raw material powder sublimated, the WO 6- octahedron was decomposed and reduced to W, and only W atoms were nucleated, and the Cs 0.33 WO 3 phase grew around it as a shell phase.

これに対して、キャリアガス中の水素濃度を0.5体積%まで低減させた実施例1では、図4(B)に示したXRD測定結果においてWのピークが消失していることが確認できた。また、図7(A)、図7(B)に実施例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のSEM像を示す。図7(A)、図7(B)に示すように、粒子径が200nm以下と、比較例3の場合と比較して微細な複合タングステン酸化物粒子が得られていることを確認できた。
(2-2)実施例2、実施例3
[実施例2]
実施例2では、実施例1で得られた複合タングステン酸化物粒子を500℃、3体積%H/Arの混合ガス雰囲気で1時間還元処理を行った(還元処理工程)。還元処理には図2に示した還元処理装置70を用いた。
In contrast, in Example 1, in which the hydrogen concentration in the carrier gas was reduced to 0.5 volume %, it was confirmed that the W peak disappeared in the XRD measurement results shown in Figure 4 (B). In addition, Figures 7 (A) and 7 (B) show SEM images of the composite tungsten oxide particles obtained in Example 1. As shown in Figures 7 (A) and 7 (B), it was confirmed that the particle diameter was 200 nm or less, and fine composite tungsten oxide particles were obtained compared to Comparative Example 3.
(2-2) Examples 2 and 3
[Example 2]
In Example 2, the composite tungsten oxide particles obtained in Example 1 were subjected to a reduction treatment for 1 hour in a mixed gas atmosphere of 3 volume % H 2 /Ar at 500° C. (reduction treatment step). The reduction treatment was performed using the reduction treatment device 70 shown in FIG. 2.

還元処理装置70は、横型の管状炉であり、セラミック製のボートである容器73に実施例1で合成した複合タングステン酸化物粒子を入れ、該容器73が反応管71内の最高温度、すなわち上記還元処理温度となる位置に配置した。そして、一方の口71Aから他方の口71Bへ、3体積%の水素ガスを含有する、水素とアルゴンとの混合ガスを流しながら、還元処理を行った。
[実施例3]
実施例3では、実施例2で得られた複合タングステン酸化物粒子2質量%と残部を分散媒であるメチルイソブチルケトンとして分散液であるインクを作製した。インクは0.3mmφZrOビーズを用いて、上記複合タングステン酸化物粒子と、分散媒とについて、120分間ペイントシェーカで分散、粉砕処理を行い作製した。また、実施例3に係るインクから溶媒を乾燥除去して実施例3に係る複合タングステン酸化物粒子を作製し、評価した。
The reduction treatment device 70 was a horizontal tubular furnace, and the composite tungsten oxide particles synthesized in Example 1 were placed in a container 73, which was a ceramic boat, and the container 73 was placed at a position where the temperature inside the reaction tube 71 was the highest, i.e., the reduction treatment temperature. Then, the reduction treatment was performed while flowing a mixed gas of hydrogen and argon containing 3 volume % of hydrogen gas from one port 71A to the other port 71B.
[Example 3]
In Example 3, an ink was prepared as a dispersion liquid, using 2% by mass of the composite tungsten oxide particles obtained in Example 2 and the remainder as methyl isobutyl ketone, which is a dispersion medium. The ink was prepared by dispersing and pulverizing the composite tungsten oxide particles and the dispersion medium with 0.3 mmφZrO2 beads for 120 minutes using a paint shaker. In addition, the solvent was dried and removed from the ink according to Example 3 to prepare the composite tungsten oxide particles according to Example 3, and the evaluation was performed.

図8(A)~図8(I)に実施例1~実施例3の複合タングステン酸化物粉末のTEM像を示す。図8(A)~図8(C)が実施例1の、図8(D)~図8(F)が実施例2の、図8(G)~図8(I)が実施例3の複合タングステン酸化物粒子のTEM像になる。 Figures 8(A) to 8(I) show TEM images of the composite tungsten oxide powders of Examples 1 to 3. Figures 8(A) to 8(C) are TEM images of the composite tungsten oxide particles of Example 1, Figures 8(D) to 8(F) are TEM images of the composite tungsten oxide particles of Example 2, and Figures 8(G) to 8(I) are TEM images of the composite tungsten oxide particles of Example 3.

図8(A)~図8(C)より、実施例1に係る複合タングステン酸化物粒子は、粒子径が最大で200nmサイズの角形粒子と80nm以下の六角柱ナノ粒子から構成されていることを確認できた。図8(B)に示した80nm以下の粒子としては、六角形型と四角形型の粒子が観察された。図8(C)に六角柱型の粒子の高分解像を示す。図8(C)に示した高分解像によれば、CWO相(複合タングステン酸化物相)の200面に帰属する3.18Åの格子縞を確認できた。しかし、図8(C)中に丸で囲って示した格子縞の不明瞭な箇所や、矢印で示した格子縞が途中で途切れる箇所が確認できた。これらはW原子もしくはCs原子が脱離した箇所である可能性が示唆される。 8(A) to 8(C), it was confirmed that the composite tungsten oxide particles according to Example 1 are composed of angular particles with a particle diameter of up to 200 nm and hexagonal columnar nanoparticles of 80 nm or less. Hexagonal and square particles were observed as particles of 80 nm or less shown in FIG. 8(B). FIG. 8(C) shows a high-resolution image of a hexagonal columnar particle. According to the high-resolution image shown in FIG. 8(C), lattice fringes of 3.18 Å belonging to the 200th plane of the CWO phase (composite tungsten oxide phase) were confirmed. However, it was confirmed that the lattice fringes were unclear in the circled areas in FIG. 8(C), and that the lattice fringes were interrupted in the middle, as shown by the arrows. It is suggested that these are areas where W atoms or Cs atoms have been detached.

図8(D)、図8(E)に示したTEM像から、実施例2に係る複合タングステン酸化物粒子は、緩やかに凝集しはじめ、粒子径が50nm以上200nm以下程度の範囲にまで粒子成長しているように観察された。なお、図9(A)、図9(B)に実施例2に係る複合タングステン酸化物粒子のSEM像を示す。図9(A)、図9(B)からも、粒子径について同様の傾向が確認できた。 From the TEM images shown in Figures 8(D) and 8(E), it was observed that the composite tungsten oxide particles of Example 2 began to slowly aggregate and grew to a particle size in the range of about 50 nm to 200 nm. Figures 9(A) and 9(B) show SEM images of the composite tungsten oxide particles of Example 2. The same tendency in particle size was also confirmed from Figures 9(A) and 9(B).

図8(F)に実施例2に係る複合タングステン酸化物粒子の内部構造について、高倍率で観察した結果を示す。図8(F)から、明瞭な002面に帰属する3.64Åの格子縞を確認できた。 Figure 8 (F) shows the results of observing the internal structure of the composite tungsten oxide particles of Example 2 at a high magnification. From Figure 8 (F), a clear lattice fringe of 3.64 Å belonging to the 002 plane was confirmed.

図8(G)、図8(H)から、実施例3に係る複合タングステン酸化物粒子は、50nm以上100nm以下程度の丸みを帯びた粒子と50nm以下の鱗片状粒子が確認された。鱗片状粒子をさらに高倍率で観察した図8(I)から、数nmから数十nmサイズの粒子を確認できた。
(2-3)比較例5~比較例7
[比較例5]
比較例5は液体噴霧熱分解法で粒子の合成である。
8(G) and 8(H), rounded particles of about 50 nm to 100 nm and scaly particles of 50 nm or less were confirmed for the composite tungsten oxide particles according to Example 3. From FIG. 8(I), in which the scaly particles were observed at a higher magnification, particles of several nm to several tens of nm in size were confirmed.
(2-3) Comparative Examples 5 to 7
[Comparative Example 5]
Comparative Example 5 is the synthesis of particles by liquid spray pyrolysis.

比較例5では、図10に示す複合材料製造装置80を用いて複合タングステン酸化物粒子の製造を行い、評価を行った。 In Comparative Example 5, composite tungsten oxide particles were produced and evaluated using the composite material production apparatus 80 shown in FIG. 10.

図10に示す複合材料製造装置80は、図1に示した複合材料製造装置10のエアロゾル形成部11を液滴形成部81に替えた点以外は同じ構成を有する。このため、同じ部材には同じ番号を付け、説明を省略する。 The composite material manufacturing apparatus 80 shown in FIG. 10 has the same configuration as the composite material manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 1, except that the aerosol forming unit 11 is replaced with a droplet forming unit 81. For this reason, the same members are given the same numbers and descriptions are omitted.

図1に示した複合材料製造装置10が、混合原料粉末をエアロゾル化するに対し、複合材料製造装置80は、タングステン源を含む溶液とM元素源を含む溶液から液滴を形成する点が異なる。複合材料製造装置80について説明する。 The composite material manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 1 aerosolizes the mixed raw material powder, whereas the composite material manufacturing apparatus 80 forms droplets from a solution containing a tungsten source and a solution containing an M element source. The composite material manufacturing apparatus 80 will now be described.

図10に示した複合材料製造装置80は、液滴形成部81と、輸送部21と、反応部31と、冷却部41と、回収部51とを有しており、液滴形成部81と、輸送部21と、反応部31と、冷却部41と、回収部51とは配管により接続されている。 The composite material manufacturing apparatus 80 shown in FIG. 10 has a droplet forming section 81, a transport section 21, a reaction section 31, a cooling section 41, and a recovery section 51, and the droplet forming section 81, the transport section 21, the reaction section 31, the cooling section 41, and the recovery section 51 are connected by piping.

液滴形成部81には、原料溶液であるタングステン源を含む溶液を格納する第1格納部83、M元素源を含む溶液を格納する第2格納部84、液滴形成部81で形成した液滴を輸送部21等に搬送するためのキャリアガスを収納したキャリアガスタンク87を接続しておいた。 The droplet forming section 81 is connected to a first storage section 83 for storing a solution containing a tungsten source, which is a raw material solution, a second storage section 84 for storing a solution containing an M element source, and a carrier gas tank 87 for storing a carrier gas for transporting the droplets formed in the droplet forming section 81 to the transport section 21, etc.

複合材料製造装置80の液滴形成部81には、超音波噴霧装置を用いており、超音波照射部82より、装置内の溶液に超音波が照射され、液滴が形成される。 The droplet forming section 81 of the composite material manufacturing device 80 uses an ultrasonic spray device, and the ultrasonic irradiation section 82 irradiates the solution in the device with ultrasonic waves to form droplets.

比較例5では、タングステン源を含む溶液として、(NH10(W1241)・5HOで表されるパラタングステン酸アンモニウム(ATP)(関東化学製 純度:88~90%)、および超純水を用いて10mmol/Lのパラタングステン酸アンモニウム水溶液を調製した。そして、係るパラタングステン酸アンモニウム水溶液は、第1格納部83に入れ、第1格納部83に配管で接続された液滴形成部81に、ポンプ85により連続して供給されるように構成した。 In Comparative Example 5, a 10 mmol/L aqueous solution of ammonium paratungstate was prepared using ammonium paratungstate (ATP) represented by (NH 4 ) 10 (W 12 O 41 )·5H 2 O (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., purity: 88-90%) and ultrapure water as a solution containing a tungsten source. The aqueous solution of ammonium paratungstate was then placed in a first storage unit 83 and continuously supplied by a pump 85 to a droplet forming unit 81 connected to the first storage unit 83 by a pipe.

また、M元素源を含む溶液として、炭酸セシウム(シグマアルドリッチ社製)、および超純水を用いて19.2mmol/Lの炭酸セシウム水溶液を調製した。そして、係る炭酸セシウム水溶液は、第2格納部84に入れ、第2格納部84に配管で接続された液滴形成部81に、ポンプ86により連続して供給されるように構成した。 As a solution containing the M element source, a 19.2 mmol/L cesium carbonate aqueous solution was prepared using cesium carbonate (Sigma-Aldrich) and ultrapure water. The cesium carbonate aqueous solution was placed in the second storage unit 84 and was continuously supplied by the pump 86 to the droplet forming unit 81 connected to the second storage unit 84 by a pipe.

なお、上述のようにポンプ85、86により第1格納部83、および第2格納部84から、配管を介して液滴形成部81に各溶液が一定の流速で供給され、液滴形成部81上部で両溶液が混合され原料混合溶液が形成されるように構成されている。そして、液滴形成部81内で形成される原料混合溶液中の1モルのタングステンに対するセシウムのモル数の割合が0.32となるように供給速度、及び各溶液の濃度を調整した。原料混合溶液中では、5mmol/Lのパラタングステン酸アンモニウムと9.6mmol/Lの炭酸セシウムとが含まれる。 As described above, each solution is supplied at a constant flow rate from the first storage section 83 and the second storage section 84 to the droplet forming section 81 via piping by the pumps 85 and 86, and the two solutions are mixed at the top of the droplet forming section 81 to form a raw material mixed solution. The supply speed and the concentration of each solution were adjusted so that the ratio of the number of moles of cesium to 1 mole of tungsten in the raw material mixed solution formed in the droplet forming section 81 was 0.32. The raw material mixed solution contains 5 mmol/L ammonium paratungstate and 9.6 mmol/L cesium carbonate.

液滴形成部81には、上述のようにキャリアガスタンク87が接続されており、キャリアガスタンク87には、キャリアガスとして0.5%H/Arの混合ガスを充填しておいた。そして、複合タングステン酸化物粒子を製造している間、液滴形成部81には上記キャリアガスが10L/minの流量で供給されるように構成した。 As described above, the carrier gas tank 87 was connected to the droplet forming unit 81, and the carrier gas tank 87 was filled with a mixed gas of 0.5% H 2 /Ar as a carrier gas. During the production of the composite tungsten oxide particles, the above carrier gas was supplied to the droplet forming unit 81 at a flow rate of 10 L/min.

反応部31、冷却部41、回収部51は、実施例1の場合と同様に構成したため、ここでは説明を省略する。 The reaction section 31, cooling section 41, and recovery section 51 are configured in the same manner as in Example 1, so their explanation will be omitted here.

キャリアガスにより液滴形成部81で発生させた液滴を反応部31に供給し、熱処理工程を実施した。なお、キャリアガスの流量は10L/minとした。 The droplets generated in the droplet forming section 81 were supplied to the reaction section 31 by the carrier gas, and the heat treatment process was carried out. The flow rate of the carrier gas was 10 L/min.

反応部31の炉体温度は1300℃に設定しており、反応部31の配管32内は、図3に示した温度分布を有していた。反応部31に供給された液滴は1300℃まで昇温され、1000℃以上の熱処理温度で0.4秒間熱処理がなされた(熱処理工程)。 The furnace temperature of the reaction section 31 was set to 1300°C, and the inside of the pipe 32 of the reaction section 31 had the temperature distribution shown in Figure 3. The droplets supplied to the reaction section 31 were heated to 1300°C and heat-treated at a heat treatment temperature of 1000°C or higher for 0.4 seconds (heat treatment process).

熱処理工程を終えて得られた生成物は冷却部41に供給され冷却された後、回収部51で回収した。なお、冷却ガスには3体積%O/Nガスを用い、冷却ガスは、3つの冷却ガス導入管から合計で10L/minの供給速度で供給した。
[比較例6]
比較例6では、比較例5で得られた複合タングステン酸化物粒子を600℃、3体積%H/Arの混合ガス雰囲気で1時間還元処理を行った(還元処理工程)。還元処理には図2に示した還元処理装置70を用いた。
[比較例7]
比較例7では、比較例6で得られた複合タングステン酸化物粒子2質量%と残部を分散媒であるメチルイソブチルケトンとして、分散液であるインクを作製した。インクは0.3mmφZrOビーズを用いて、上記複合タングステン酸化物粒子と、分散媒とについて、120分間ペイントシェーカで分散、粉砕処理を行い作製した。
The product obtained after the heat treatment step was supplied to the cooling section 41, cooled, and then recovered in the recovery section 51. The cooling gas used was 3% by volume O 2 /N 2 gas, and the cooling gas was supplied from three cooling gas inlet pipes at a total supply rate of 10 L/min.
[Comparative Example 6]
In Comparative Example 6, the composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 5 were subjected to a reduction treatment at 600° C. for 1 hour in a mixed gas atmosphere of 3 volume % H 2 /Ar (reduction treatment step). The reduction treatment was performed using the reduction treatment device 70 shown in FIG. 2.
[Comparative Example 7]
In Comparative Example 7, an ink was prepared as a dispersion liquid by using 2% by mass of the composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 6 and the remainder as a dispersion medium, methyl isobutyl ketone. The ink was prepared by dispersing and pulverizing the composite tungsten oxide particles and the dispersion medium with 0.3 mmφZrO2 beads for 120 minutes using a paint shaker.

実施例3に係るインクと比較例7に係るインクの透過プロファイルを図11(A)に示す。図11(A)に示した透過プロファイルによれば、実施例3は、比較例7よりも波長700nm以上900nm以下の範囲での透過率の低下が急になっている。 The transmission profiles of the ink of Example 3 and the ink of Comparative Example 7 are shown in FIG. 11(A). According to the transmission profiles shown in FIG. 11(A), the decrease in transmittance in Example 3 is steeper than that in Comparative Example 7 in the wavelength range of 700 nm to 900 nm.

これは、以下に説明するように、実施例3の元となる実施例1で得られたCs0.32WO粒子が、比較例7の元となる比較例5で得られたCs0.32WO粒子よりもわずかに大きかった影響と推察される。 This is presumably due to the fact that the Cs0.32WO3 particles obtained in Example 1, which is the basis for Example 3 , were slightly larger than the Cs0.32WO3 particles obtained in Comparative Example 5, which is the basis for Comparative Example 7, as described below.

図12(A)~図12(D)に、比較例5で得られた複合タングステン酸化物粒子のTEM像を示す。同じ観察倍率である、図12(A)に示した比較例5の複合タングステン酸化物粒子と、図8(B)に示した実施例1の複合タングステン酸化物粒子とを比較すると、実施例1と比較して、比較例5の方が微細化していることを確認できる。すなわち、液体噴霧熱分解法で合成した複合タングステン酸化物粒子は、固体噴霧熱分解法で合成した粒子よりも微細化することを確認できた。 Figures 12 (A) to 12 (D) show TEM images of the composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 5. Comparing the composite tungsten oxide particles of Comparative Example 5 shown in Figure 12 (A) with the composite tungsten oxide particles of Example 1 shown in Figure 8 (B), which are observed at the same magnification, it can be confirmed that the particles of Comparative Example 5 are finer than those of Example 1. In other words, it was confirmed that the composite tungsten oxide particles synthesized by the liquid spray pyrolysis method are finer than the particles synthesized by the solid spray pyrolysis method.

このため、固体噴霧熱分解法で合成した粒子は液体噴霧熱分解法で合成した複合タングステン酸化物粒子よりもわずかに大きな粒子を含み、レイリー散乱の影響が大きくなると予測される。図13(A)~図13(D)に比較例6の複合タングステン酸化物粒子のTEM像も示す。 For this reason, it is predicted that the particles synthesized by the solid spray pyrolysis method will contain slightly larger particles than the composite tungsten oxide particles synthesized by the liquid spray pyrolysis method, and that the effects of Rayleigh scattering will be greater. Figures 13(A) to 13(D) also show TEM images of the composite tungsten oxide particles of Comparative Example 6.

ここで、図11(A)において波長780nm以上の赤外線領域の吸収特性は、固体噴霧熱分解法で合成した実施例3で得られた複合タングステン酸化物粒子の方が、液体噴霧熱分解法で合成した比較例7で得られた複合タングステン酸化物粒子よりも10%程度優れることを確認できた。 Here, in FIG. 11(A), it was confirmed that the absorption characteristics in the infrared region of wavelengths of 780 nm or more of the composite tungsten oxide particles obtained in Example 3, which were synthesized by the solid spray pyrolysis method, are approximately 10% better than the composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 7, which were synthesized by the liquid spray pyrolysis method.

また、図11(B)に、実施例3と比較例7に係るインクを溶媒のメチルイソブチルケトンで希釈しながら、可視光透過率であるVisible Light Transmittanceと、日射透過率であるSolar Transmittanceの関係を求めた結果を示す。 Figure 11 (B) shows the results of determining the relationship between visible light transmittance (Visible Light Transmittance) and solar transmittance (Solar Transmittance) when the inks of Example 3 and Comparative Example 7 are diluted with the solvent methyl isobutyl ketone.

図11(B)において、実施例3、比較例7のインクを同じVisible Light Transmittance(可視光透過率)で比較すると、実施例3のインクの方がSolar Transmittance(日射透過率)が低くなることを確認できた。すなわち、固体噴霧熱分解法で合成した複合タングステン酸化物粒子のインクである実施例3のインクは、液体噴霧熱分解法で合成した複合タングステン酸化物粒子のインクである比較例7のインクと比較して、赤外線吸収特性が優れることを確認できた。固体噴霧熱分解法で合成した複合タングステン酸化物粒子のインクの赤外線吸収特性が、液体噴霧熱分解法で合成した複合タングステン酸化物粒子のインクより優れていたのは、エアロゾル形成時の溶媒の影響が除去され、結晶構造への影響が弱まったためと推察される。 In FIG. 11(B), when the inks of Example 3 and Comparative Example 7 are compared at the same Visible Light Transmittance, it was confirmed that the ink of Example 3 has a lower Solar Transmittance. In other words, it was confirmed that the ink of Example 3, which is an ink of composite tungsten oxide particles synthesized by the solid spray pyrolysis method, has superior infrared absorption properties compared to the ink of Comparative Example 7, which is an ink of composite tungsten oxide particles synthesized by the liquid spray pyrolysis method. It is presumed that the reason why the ink of composite tungsten oxide particles synthesized by the solid spray pyrolysis method has superior infrared absorption properties to the ink of composite tungsten oxide particles synthesized by the liquid spray pyrolysis method is that the effect of the solvent during aerosol formation was eliminated, weakening the effect on the crystal structure.

図14(A)~図14(D)に実施例1の複合タングステン酸化物粒子と、実施例1で得られた複合タングステン酸化物粒子をさらに還元処理工程に供した実施例2で得られた複合タングステン酸化物粒子のSTEMによる001入射で観察したSTEM-HAADF像を示す。図14(A)、図14(B)が実施例1の複合タングステン酸化物粒子のSTEM-HAADF像であり、100面、010面、110面の至る箇所にコントラストの低い領域が確認され、CsおよびWが共に欠損した構造であることを確認できた。 Figures 14(A) to 14(D) show STEM-HAADF images of the composite tungsten oxide particles of Example 1 and the composite tungsten oxide particles of Example 2, which were obtained by subjecting the composite tungsten oxide particles of Example 1 to a further reduction treatment process, observed with a STEM at 001 incidence. Figures 14(A) and 14(B) are STEM-HAADF images of the composite tungsten oxide particles of Example 1, and low-contrast areas were confirmed throughout the 100, 010, and 110 planes, confirming that the structure was deficient in both Cs and W.

図14(C)、図14(D)に、実施例1の複合タングステン酸化物粒子について還元処理を行った実施例2の複合タングステン酸化物粒子についてのSTEM-HAADF像を示す。図14(C)、図14(D)によれば、図14(A)、図14(B)で確認されたコントラストの低い領域が低減していることを確認できた。このため、還元処理を行うと、結晶内部に導入された欠損構造はほぼ消失し、結晶構造中の再配列が進行したと推察される。 Figures 14(C) and 14(D) show STEM-HAADF images of the composite tungsten oxide particles of Example 2, which were obtained by performing a reduction treatment on the composite tungsten oxide particles of Example 1. Figures 14(C) and 14(D) confirm that the low-contrast areas seen in Figures 14(A) and 14(B) have been reduced. For this reason, it is presumed that the reduction treatment caused the defect structure introduced inside the crystal to almost completely disappear, and rearrangement in the crystal structure progressed.

図15(A)に、実施例1、実施例2、比較例5、比較例6のXRDプロファイルを示す。さらに、図15(B)に、図15(A)のXRDプロファイルの2θが20°から30°の範囲を詳細に示した図を示す。図15(B)より実施例1ではXRDプロファイル中の23度付近のピークは2つに分離していることが確認された。 Figure 15(A) shows the XRD profiles of Example 1, Example 2, Comparative Example 5, and Comparative Example 6. Furthermore, Figure 15(B) shows a detailed view of the range of 2θ from 20° to 30° in the XRD profile of Figure 15(A). From Figure 15(B), it was confirmed that in Example 1, the peak near 23 degrees in the XRD profile is separated into two.

実施例1、実施例2、比較例5、比較例6で得られた複合タングステン酸化物粒子のXRDプロファイルをCs0.32WO相、(CsO)0.44相、W相にフィッティングし、各相の割合を算出した。図16に実施例1、実施例2、比較例5、比較例6で合成した粉末中の結晶相の質量割合を示す。なお、Cs0.32WO相については、Cs、Wの座標、および格子定数を可変のパラメータとし、温度因子や、各サイトの占有率は固定してフィッティングを行った。(CsO)0.44相、W相については、各元素の座標、格子定数についても固定してフィッティングを行った。 The XRD profiles of the composite tungsten oxide particles obtained in Example 1, Example 2 , Comparative Example 5, and Comparative Example 6 were fitted to the Cs0.32WO3 phase, ( Cs2O ) 0.44W2O6 phase , and W phase , and the ratio of each phase was calculated. Figure 16 shows the mass ratio of the crystal phase in the powder synthesized in Example 1, Example 2 , Comparative Example 5, and Comparative Example 6. For the Cs0.32WO3 phase, the coordinates and lattice constants of Cs and W were set as variable parameters, and the temperature factor and the occupancy rate of each site were fixed and fitted. For the ( Cs2O ) 0.44W2O6 phase and the W phase, the coordinates and lattice constants of each element were also fixed and fitted.

実施例1で得られた複合タングステン酸化物粒子は、Cs0.32WO結晶相(Cs0.32WO-A相)の割合が30.48質量%、Cs0.32WO結晶相(Cs0.32WO-B相)の割合が55.18質量%、(CsO)0.44相は13.45質量%、W相は0.89質量%という割合で構成された。 The composite tungsten oxide particles obtained in Example 1 were composed of 30.48 mass% Cs0.32WO3 crystal phase ( Cs0.32WO3 - A phase), 55.18 mass% Cs0.32WO3 crystal phase ( Cs0.32WO3 - B phase), 13.45 mass% ( Cs2O ) 0.44W2O6 phase , and 0.89 mass% W phase.

実施例1の複合タングステン酸化物粒子について還元処理を行った実施例2の複合タングステン酸化物粒子では、2つに分離していたCs0.32WO結晶相は、ほぼ1相のCs0.32WO結晶相(Cs0.32WO-C相)まで単相化されていることが確認できた。そして、Cs0.32WO結晶相(Cs0.32WO-C相)の割合は88.42質量%まで到達した。 In the composite tungsten oxide particles of Example 2, which were obtained by carrying out a reduction treatment on the composite tungsten oxide particles of Example 1, it was confirmed that the two separated Cs0.32WO3 crystal phases were converted into a single phase of almost one Cs0.32WO3 crystal phase ( Cs0.32WO3 - C phase). The proportion of the Cs0.32WO3 crystal phase ( Cs0.32WO3 - C phase) reached 88.42 mass%.

リードベルト解析で算出される格子定数は、実施例1のCs0.32WO-A相のa軸が7.42014Å、c軸が7.59587Å、Cs0.32WO-B相の格子定数は、a軸が7.40041Å、c軸が7.68855Åであった。また、実施例2のCs0.32WO-C相の格子定数は、a軸が7.40382Å、c軸が7.61184Åであった。 The lattice constants calculated by Rietveld analysis were 7.42014 Å for the a-axis and 7.59587 Å for the c-axis of the Cs 0.32 WO 3 -A phase in Example 1, 7.40041 Å for the a-axis and 7.68855 Å for the c-axis of the Cs 0.32 WO 3 -B phase, and 7.40382 Å for the a-axis and 7.61184 Å for the c-axis of the Cs 0.32 WO 3 -C phase in Example 2.

図8(A)に示したTEM像より、既述のように実施例1で得られた複合タングステン酸化物粒子は、数百nm程度の粒子と、80nm以下、例えば10nm程度の粒子の2種類の粒子が存在することが確認された。このため、上述のように図15(A)の実施例1のXRDプロファイルにおいて、2θが23度付近の2つのピークが表れると考えられる。 From the TEM image shown in Figure 8 (A), it was confirmed that the composite tungsten oxide particles obtained in Example 1, as described above, consist of two types of particles: particles of about several hundred nm and particles of 80 nm or less, for example, about 10 nm. For this reason, it is believed that two peaks appear around 2θ of 23 degrees in the XRD profile of Example 1 in Figure 15 (A) as described above.

一方、比較例5は、Cs0.32WO相が92.07質量%、(CsO)0.44相が6.76質量%、W相が1.175質量%であった。還元処理を行った比較例6ではCs0.32WO相が93.58質量%、(CsO)0.44相が2.67質量%、W相が質量3.76質量%でありW相が増加する結果であった。比較例5のCs0.32WO相の格子定数はa軸が7.40955Å、c軸が7.69694Å、比較例6のCs0.32WO相の格子定数はa軸が7.41729Å、c軸が7.61101Åであった。 On the other hand, in Comparative Example 5, the Cs0.32WO3 phase was 92.07% by mass, the ( Cs2O ) 0.44W2O6 phase was 6.76% by mass, and the W phase was 1.175% by mass. In Comparative Example 6, which was subjected to reduction treatment, the Cs0.32WO3 phase was 93.58% by mass, the ( Cs2O ) 0.44W2O6 phase was 2.67% by mass, and the W phase was 3.76% by mass, resulting in an increase in the W phase. The lattice constants of the Cs0.32WO3 phase in Comparative Example 5 were 7.40955 Å for the a-axis and 7.69694 Å for the c-axis, and the lattice constants of the Cs0.32WO3 phase in Comparative Example 6 were 7.41729 Å for the a-axis and 7.61101 Å for the c-axis.

図17に実施例1、実施例2、比較例5、比較例6の格子定数と、比較試料であるICDD04-009-6455の格子定数との関係を示す。図17中、比較試料はReferenceとして示している。実施例1のCs0.32WO-A相は、比較試料と比較して、右下に位置した。本結晶は、比較試料よりも右下という傾向から非特許文献5で報告されたCsの少ないCsWO相であると解釈される。 Fig. 17 shows the relationship between the lattice constants of Example 1, Example 2, Comparative Example 5, and Comparative Example 6 and the lattice constant of the comparative sample ICDD04-009-6455. In Fig. 17, the comparative sample is shown as Reference. The Cs0.32WO3 - A phase of Example 1 was located to the lower right compared to the comparative sample. This crystal is interpreted as the CsxWO3 phase with less Cs reported in Non-Patent Document 5 , since it tends to be located to the lower right than the comparative sample.

一方、実施例1のCs0.32WO-B相は、比較試料と比較して、左上に位置した。Cs0.32WO-B相は、比較例5で得られた複合タングステン酸化物粒子のCs0.32WO相と同様の傾向を示すことが確認できた。実施例1のCs0.32WO-B相は、熱処理工程において、昇華現象に基づいて析出したCs、Wの欠損したナノサイズのCs0.32WO粒子であると推察される。 On the other hand, the Cs0.32WO3 - B phase of Example 1 was located in the upper left compared to the comparative sample. It was confirmed that the Cs0.32WO3 - B phase showed a tendency similar to that of the Cs0.32WO3 phase of the composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 5. It is presumed that the Cs0.32WO3 - B phase of Example 1 is nano-sized Cs0.32WO3 particles lacking Cs and W that precipitated based on the sublimation phenomenon in the heat treatment process.

比較例5、比較例6の液体噴霧熱分解法で合成した複合タングステン酸化物粒子のCs0.32WO相の格子定数は、還元処理を行ったとしても溶媒の影響が残留して結晶構造が伸張していることを確認できた。 It was confirmed that the lattice constant of the Cs0.32WO3 phase of the composite tungsten oxide particles synthesized by the liquid spray pyrolysis method in Comparative Examples 5 and 6 was extended in the crystal structure due to the residual influence of the solvent even after reduction treatment.

これに対して、固体噴霧熱分解法で合成した、実施例1、2の複合タングステン酸化物粒子は、熱処理工程でエアロゾルに原料を溶解した溶媒の影響がないため、上記比較例5、6の場合と、結晶構造が異なることを確認できた。Cs0.32WO-A相の粒子は昇華現象によりナノ粒子のまま析出し、還元処理時には(CsO)0.44相と反応してCsが充填されながらCs欠損およびW欠損がほぼ減少し、酸素欠損の導入されたCs0.32WO結晶に変化したと考えられる。一方、Cs0.32WO-B相の粒子は、非特許文献5と同等のCsドープ反応、酸素欠損の導入が還元処理時に進行したと推察される。 In contrast, the composite tungsten oxide particles of Examples 1 and 2, which were synthesized by the solid spray pyrolysis method, were not affected by the solvent that dissolved the raw material in the aerosol during the heat treatment process, and it was confirmed that the crystal structure was different from that of the above-mentioned Comparative Examples 5 and 6. It is considered that the particles of the Cs 0.32 WO 3 -A phase precipitated as nanoparticles due to the sublimation phenomenon, and during the reduction treatment, they reacted with the (Cs 2 O) 0.44 W 2 O 6 phase to be filled with Cs, while the Cs vacancies and W vacancies were almost reduced, and they changed into Cs 0.32 WO 3 crystals with oxygen vacancies introduced. On the other hand, it is presumed that the particles of the Cs 0.32 WO 3 -B phase underwent the same Cs doping reaction and introduction of oxygen vacancies as in Non-Patent Document 5 during the reduction treatment.

実施例1等の固体噴霧熱分解法で合成した粒子の形成メカニズムを図18に示す。
図15に示したXRDプロファイルより、合成されたCs0.32WO粒子は2つのルートを経由して析出すると考えられる。
The mechanism of formation of particles synthesized by the solid spray pyrolysis method in Example 1 and the like is shown in FIG.
From the XRD profile shown in FIG. 15, it is believed that the synthesized Cs0.32WO3 particles precipitate via two routes.

1つ目のルートは、昇華現象に基づき、ナノ粒子化してCsおよびWが共に脱離したCs0.32WO粒子を経由するルートである。エアロゾル化された前駆体である混合原料粉末は、高温に加熱された炉体に投入されると、アモルファス化して昇華すると考えられる。気化したWはWOのクラスターの状態を維持して析出したと推察される。これは、図6(A)~図6(E)の比較例1のTEM像、EDS結果で示したように、同じ温度で還元の影響を強めるとWがコアとして析出するが、水素濃度を0.5体積%とした実施例1では、図4(B)に示した様に、コアにWが確認されないことが根拠の一つである。 The first route is based on the sublimation phenomenon and passes through nanoparticles of Cs0.32WO3 particles from which both Cs and W have been desorbed. It is believed that the aerosolized precursor mixed raw material powder becomes amorphous and sublimes when it is put into a furnace heated to a high temperature. It is presumed that the vaporized W precipitated while maintaining the state of WO6 clusters. This is one of the reasons that, as shown in the TEM images and EDS results of Comparative Example 1 in Figures 6(A) to 6(E), when the effect of reduction is strengthened at the same temperature, W precipitates as a core, but in Example 1 with a hydrogen concentration of 0.5 volume%, as shown in Figure 4(B), no W was confirmed in the core.

昇華時には、Cs原子とWOクラスターが混合されるが、Cs/W<0.33の場合はCs、Wの欠損した六方晶構造であり、Cs/W>0.33のときはパイロクロアの(CsO)0.44相を有するナノ粒子として冷却プロセス時に析出すると考えられる。 During sublimation, Cs atoms and WO6 clusters are mixed, and it is thought that when Cs/W<0.33, they precipitate as nanoparticles with a hexagonal structure lacking Cs and W, and when Cs/W> 0.33 , they precipitate as nanoparticles with a pyrochlore ( Cs2O ) 0.44W2O6 phase during the cooling process.

一方、2つ目のルートは、通常の固相法と同じ、W化合物中へのCs挿入ルートを経由すると考えられる。熱処理工程において混合原料粉末中に含まれるW源原料粉末がアモルファス化して、その表面は昇華するが、内部は昇華せずにCs原子との混合のみが進行し、Cs1135相などを経由してCs0.32WO相として析出すると考えられる。そして、実施例1では、混合原料粉末の55質量%ほどの粒子を昇華現象に基づいてナノ粒子化できたと考えられる。 On the other hand, the second route is considered to be via the Cs insertion route into the W compound, which is the same as the normal solid-phase method. In the heat treatment process, the W source raw material powder contained in the mixed raw material powder becomes amorphous, and its surface sublimes, but the inside does not sublimate and only mixing with Cs atoms proceeds, and it is considered to precipitate as a Cs 0.32 WO 3 phase via a Cs 4 W 11 O 35 phase, etc. In Example 1, it is considered that about 55 mass% of the particles of the mixed raw material powder were nanoparticled based on the sublimation phenomenon.

ただし、何れのルートで合成された複合タングステン酸化物粒子も、必要に応じて還元処理や粉砕処理を行うことで、Cs/Wの組成比は仕込み比である0.33に漸近し、図17において比較試料として示したCs0.32WOと同等の結晶構造を有することを確認できた。 However, for the composite tungsten oxide particles synthesized by either route, by carrying out a reduction treatment or a pulverization treatment as necessary, the Cs/W composition ratio approaches the feed ratio of 0.33, and it was confirmed that the composite tungsten oxide particles have a crystal structure equivalent to that of Cs0.32WO3 shown as a comparative sample in FIG. 17.

比較例5の液体噴霧熱分解法で粒子の合成と、実施例1の固体噴霧熱分解法で粒子の合成での質量流量を図19に示す。液体噴霧熱分解法で粒子の合成の質量流量は、ほぼ最大出力で3g/Hr程度であるが、固体噴霧熱分解法で粒子の合成では、容易に8g/Hrと2倍以上の生産性を示した。固体噴霧熱分解法は切り出し速度をさらに増加させるだけで400g/Hrまで容易にその供給速度を増加させることが可能である。従って、固体噴霧熱分解法は、特に生産性に優れた製造方法であることを確認できた。 Figure 19 shows the mass flow rates for particle synthesis using the liquid spray pyrolysis method of Comparative Example 5 and the solid spray pyrolysis method of Example 1. The mass flow rate for particle synthesis using the liquid spray pyrolysis method is approximately 3 g/Hr at maximum output, but particle synthesis using the solid spray pyrolysis method easily showed 8 g/Hr, more than double the productivity. With the solid spray pyrolysis method, the supply rate can easily be increased to 400 g/Hr simply by further increasing the cutting speed. Therefore, it was confirmed that the solid spray pyrolysis method is a manufacturing method with particularly excellent productivity.

本実施例の結果から、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法によれば、液滴形成手段や、ヒーター等の導入コストの低い設備を用いて複合タングステン酸化物粒子を製造でき、工程数も抑制できることを確認できた。 The results of this example confirmed that the method for producing composite tungsten oxide particles of this embodiment can produce composite tungsten oxide particles using equipment with low introduction costs, such as droplet forming means and heaters, and can also reduce the number of steps.

Claims (5)

一般式M(但し、M元素はCs、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1、2.2≦z/y≦3.0)で表わされる複合タングステン酸化物粒子の製造方法であり、
被処理物である、タングステン源となるW源原料粉末と、M元素源となるM元素源原料粉末との混合原料粉末を含むエアロゾルを形成するエアロゾル形成工程と、
前記エアロゾルをキャリアガスで搬送しながら、1000℃以上1350℃以下で熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程で得られた生成物に冷却ガスを供給して冷却する冷却工程と、を有し、
前記キャリアガスが不活性ガスと、0.1体積%以上0.9体積%以下のHを含む混合ガスである複合タングステン酸化物粒子の製造方法。
The present invention relates to a method for producing composite tungsten oxide particles represented by a general formula MxWyOz (wherein M is Cs , W is tungsten, O is oxygen, and 0.001≦x/y≦1, 2.2≦z/y≦3.0 ) ,
an aerosol forming step of forming an aerosol containing a mixed raw material powder of a W source raw material powder serving as a tungsten source and an M element source raw material powder serving as an M element source, which are objects to be processed;
a heat treatment step of carrying the aerosol by a carrier gas at a temperature of 1000° C. or more and 1350° C. or less;
A cooling step of supplying a cooling gas to the product obtained in the heat treatment step to cool it,
The method for producing composite tungsten oxide particles, wherein the carrier gas is a mixed gas containing an inert gas and 0.1 volume% or more and 0.9 volume% or less of H2 .
前記キャリアガスが、ArとHの混合ガスである請求項1に記載の複合タングステン酸化物粒子の製造方法。 The method for producing composite tungsten oxide particles according to claim 1 , wherein the carrier gas is a mixed gas of Ar and H2 . 前記冷却工程において、前記生成物に対して、前記冷却ガスを2以上の方向から供給する請求項1または請求項2に記載の複合タングステン酸化物粒子の製造方法。 3. The method for producing composite tungsten oxide particles according to claim 1 or 2, wherein in the cooling step, the cooling gas is supplied to the product from two or more directions. 前記冷却ガスは、NとOとの混合ガスであり、酸素濃度が1体積%以上5体積%以下である請求項1から請求項のいずれか1項に記載の複合タングステン酸化物粒子の製造方法。 The method for producing composite tungsten oxide particles according to any one of claims 1 to 3 , wherein the cooling gas is a mixed gas of N2 and O2 and has an oxygen concentration of 1 vol% or more and 5 vol% or less. 複合タングステン酸化物粒子は、a軸の格子定数が7.400Å以上7.405Å以下、c軸の格子定数が7.680Å以上7.700Å以下の第1結晶構造と、a軸の格子定数が7.415Å以上7.420Å以下、c軸の格子定数が7.600Å以上7.620Å以下の第2結晶構造との2相の結晶を経由して形成される請求項1から請求項のいずれか1項に記載の複合タングステン酸化物粒子の製造方法。 5. The method for producing composite tungsten oxide particles according to claim 1, wherein the composite tungsten oxide particles are formed via two-phase crystals: a first crystal structure having an a-axis lattice constant of 7.400 Å or more and 7.405 Å or less and a c-axis lattice constant of 7.680 Å or more and 7.700 Å or less; and a second crystal structure having an a-axis lattice constant of 7.415 Å or more and 7.420 Å or less and a c-axis lattice constant of 7.600 Å or more and 7.620 Å or less.
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