We investigated a new fabrication technique for spherical particles by pulsed laser melting in liquid. In this technique, nanoparticles dispersed in liquid were melted by nanosecond pulsed laser irradiation with adequate fluences, and the formed droplets became spherical particles after cooling. We investigated the influences of laser wavelength, fluence, and dispersion medium on the obtained particles by irradiating the laser on titanium dioxide nanoparticles dispersed in ethanol and deionized water. We confirmed nanometer-sized sphere formation with submicrometer spheres by laser irradiation at relatively high laser fluence. Key Words: Laser melting, Spherical particle formation, Laser process in liquid 液中レーザー溶融法による酸化チタン真球粒子の合成 石川 善恵 1 ，越崎 直人 2 ，Alexander PYATENKO 2 1 香川大学 工学部 材料創造工学科 （〒761-0396 香川県高松市林町2217-20） 2 産業技術総合研究所 ナノシステム研究部門 フィジカルナノプロセスグループ （〒305-8565 茨城県つくば市東1-1-1 中央第5） Titanium Oxide Sphere Preparation by Pulsed Laser Melting in Liquid Yoshie ISHIKAWA, 1 Naoto KOSHIZAKI, 2 and Alexander PYATENKO 2 1 Department of Advanced Materials Science, Faculty of Engineering, Kagawa University 2217-20 Hayashi-cho, Takamatsu, Kagawa 761-0396 2 Physical Nano Process Group, Nanosystem Research Institute (NRI), National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), AIST Tsukuba Central 5, 1-1-1 Higashi, Tsukuba, Ibaraki 305-8565 （Received October 9, 2011） 第 40 巻第 2 号　液中レーザー溶融法による酸化チタン真球粒子の合成 133 Special Issue 1．はじめに 真球粒子はその形状より等方的で均一な性質が期待で きることから，粉体の用途によっては理想的な形状であ る．マイクロメートル～ミリメートルオーダーの領域で はトップダウン的な手法により様々な材料の真球粒子が 既に得られている．これに対し，サブマイクロメートル オーダー以下の真球粒子に関する製造法にはいくつか課 題があり，様々な方法が検討されている．最も一般的な 手法としては，液相中で油/水相のミセル構造によって 分離された液滴の形状を利用した逆ミセル法が挙げられ る 1‒4） ．この手法では極めて狭いサイズ分散性と優れた 真球性を有する粒子が得られるが，特に数10ナノメート ル～サブマイクロメートルのサイズ領域で，粒子の内部 構造が均一となる材料としてはポリマーやシリカビーズ などのアモルファス材料に限られている．一方で，この 手法によって金属酸化物などの結晶性を有する機能性材 料の粒子を得る場合，主にゾル・ゲル法由来の真球状前 駆体粒子を反応および結晶化させるために熱処理が必要 であり，粒子内部からのガスの発生による多孔質化が避 けられない 5, 6） ．よって最終的にはナノ結晶の凝集体と して得られ，内部が不均一な粒子となる．他にも目的成 分を含む原料液滴を高温環境の気相中に噴霧することで 真球粒子を得る噴霧熱分解法などが研究されているが， 多くの場合多孔質化および安定結晶面の露出による真球 性の劣化を避けることは難しい 6,7） ． 近年我々の研究グループでは，液中に分散させた原料 粒子に，数10ミリ～数Jpulse －1 cm －2 程度のパルスレー ザーを照射することによってサブマイクロメートルの真 球に近い球状粒子が得られることを見出した 8,9） ．この 範囲のレーザーフルーエンスが，広く研究されてきた液 中レーザーアブレーション法の数10～数1000分の一と低 いことや，従来のアブレーション法では得られる生成物 が原料よりも小さなナノ粒子であったのに対し，本手法 では原料よりも大きなサブマイクロメートルオーダーで あること，さらにその粒子の形状が真球に近いことなど の特徴により，この手法では以下に示す現象が起こって いると考えられる 9,10） ．数ナノ秒のパルス幅を有する適 当なフルーエンスのレーザー光のエネルギーを吸収した 原料粒子の温度は融点以上に上昇し，溶融液滴が生成す る．溶融液滴の熱は周囲の分散媒によって拡散するため に急冷が起こり，液滴の球形を保った状態で固化し球状 粒子が生成する．粒子が溶融している時点で近傍に別の 粒子があればそれらの融合も起こる．さらに粒子のパル ス照射を受ける頻度が高くなれば「溶融→融合→急冷」の プロセスを繰り返すことになり，原料よりも大きな球状