Masateru Nishioka（研究科学家）、催化小组（组长：Masayuki Shirai）、日本国立先进工业技术研究所（AIST；主席：Tamotsu Nomakuchi）的紧凑化学过程研究中心（主任：Fujio Mizukami）和 K K Shinko Kagaku Kogyosho（主席：Hiroshi Kunigami）共同开发了连续生产金属纳米粒子的设备，并成功地实际使用了连续合成质量均匀的金属纳米粒子的工艺。金属纳米粒子的连续生产装置是利用产业技术研究所和IDX株式会社（社长：藤井水津）共同开发的微波反应器技术而开发的。

虽然已知通过对反应溶液施加微波辐射可以在短时间内合成尺寸均匀的金属纳米粒子，但适合工业生产的连续合成一直很困难。产业技术研究院开发了一种利用半导体微波源将集中且均匀的微波应用于管式反应器的技术。在这项联合研究中，优化了金属纳米颗粒合成的辐照技术，并将连续合成质量稳定的金属纳米颗粒的安全设备投入实际使用。

传统的各种金属纳米颗粒的生产都是以间歇式操作进行的，因此存在诸如每批更换反应溶液和清洗等维护需要大量时间和精力、质量稳定性以及废水处理造成的环境负荷等问题。这里开发的设备克服了这些问题，使得合成的金属纳米颗粒能够连续合成且质量稳定。

这项技术的详细信息将在 2010 年 2 月 17 日至 19 日在东京国际展示场举行的 Nano tech 2010 国际纳米技术展览及会议上展出。

金属纳米颗粒连续生产设备微波控制单元（左）和照射部分（右）

金属纳米颗粒可用作柔性基板上的布线材料以及催化剂和医学检验试剂的原材料，还广泛用于电极材料的开发，以提高二次电池和燃料电池的性能。从而促进了各种金属纳米粒子的发展。在这种情况下，金属纳米粒子的生产成本和产品质量的稳定性变得重要，大规模生产技术和连续生产技术受到期待。

对于金属纳米颗粒的生产，提出了包括气相法和液相法在内的各种方法，并且实际上通过其中一些方法生产了金属纳米颗粒。近年来，随着金属纳米颗粒的使用量增加，不仅对质量的要求不断提高，而且对环境负荷的要求也不断提高，例如生产中的能源消耗、二氧化碳的减少₂排放量、原材料量、副产品量最小化以及废水处理。

微波有助于快速、直接加热物质，并在微波炉中实现。近年来，微波在有机化合物合成等过程中的应用研究正在积极进行。然而，由于所获得的电磁波之一的微波通常涉及不均匀照射，因此反应部位的能量强度变得不规则并且反应的再现性较差。目前情况下，反应的重现性是通过搅拌反应溶液来实现均匀的微波照射。

AIST和IDX共同研究开发了微波照射技术，无需搅拌机构即可在反应部位产生均匀的电磁场。因此，由于不需要搅拌机制，该技术在使用催化填充床反应器的反应中实现了均匀的微波加热。演示了在气相化学反应中的应用，例如油漆厂排放的挥发性有机溶剂的快速分解。

Shinko Kagaku Kogyosho 采用间歇法生产贵金属纳米颗粒，但由于材料更换和清洗等部分工序依赖人力，因此担心生产成本增加和产品质量稳定性增加。因此，新光化学工业所一直在寻求一种新的金属纳米颗粒生产方法，该方法可以提高产量以满足金属纳米颗粒应用的扩大，通过自动化合成过程提高产品质量的稳定性，并确保可追溯性。经过测试，Shinko Kagaku Kogyosho 决定与 AIST 合作开发金属纳米粒子的连续合成工艺；这个过程利用了AIST的微波辐射技术。

该成果得到2008财年第二次追加预算中小企业产品性能评价项目之一的“中小企业支援研究开发项目”的支持。微波照射法是2007财年中小企业支援研究开发项目之一、产业技术研究所与IDX合作开发的微波照射技术的应用，名为“微波流动反应器的开发”

当特定波长的微波照射到圆柱形中空金属容器时，电场分布称为TM₀₁₀形成（图1）。在该圆柱体中，电场强度在中心轴处达到峰值，并沿轴向变得均匀。我们发现，当沿该中心轴安装管式反应器时，反应器中的催化剂和反应物被均匀加热（正在申请专利）。一般来说，TM的电场分布₀₁₀当反应器中的催化剂和反应物变化时，模式无法保持。然而，TM₀₁₀模式始终保持稳定，并且在这种情况下，当使用配备有可变频率半导体微波发生器（AIST和IDX共同开发）的微波加热器时，可以控制反应器内的温度。因为TM的电场强度₀₁₀反应器外模小，微波泄漏容易控制，该设备安全性高。

图1：TM的电场分布010圆柱空间中的模式

根据该机理，我们开发了一种化学工艺，其中液体反应物流经管式反应器，连续流体接受均匀的微波照射（图2）。图3显示了商用微波加热器和所开发的加热器之间用于合成金属纳米粒子的溶剂乙二醇的加热效率的比较。表明所研制的加热器95%以上采用微波辐射作为加热能源，是一种能量转换效率高的加热系统。这可能是因为电场强度在反应堆处达到峰值（图3）。 IDX正在推进采用这种机制的基于微波的有机合成连续生产设备的商业化。

图2：有机合成连续微波加热设备（概念图）

图3：乙二醇加热的能量转换效率 * 在 AIST 使用市售微波加热器测量

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图4：使用开发的设备合成的银纳米颗粒的粒径分布（n = 50）

图5：合成的银纳米颗粒的透射电子显微镜图像

我们将开发该技术的广泛应用，包括合成各种有机化合物和医用材料。由于该技术涉及使用半导体微波源，因此可以预期各种设备将显着小型化。小型化使得该设备能够容易地并入以金属纳米颗粒为原料的生产设备中。我们希望为“绿色化学工业”的发展做出贡献，例如，使化学工艺更加紧凑、实现现场生产以仅生产所需数量的物质（按需生产）以及减少二氧化碳₂节能排放。