專利名稱:利用金屬氧化物合成氮化物的方法
技術領域:
本發(fā)明涉及一種利用氰胺、雙氰胺或者三聚氰胺與系列氧化物發(fā)生化學反應生成氮化物的普適性方法,特別是涉及合成GaN、VN、CrN、AlN、BN、TiN、NbN和TaN八種氮化物的方法。
背景技術:
氮化物是具有廣泛工業(yè)用途的重要的人工合成材料。其中III-V族氮化物GaN是性能優(yōu)異的寬帶隙(室溫帶隙3.4eV)半導體材料,是制作藍、綠光發(fā)光二極管和激光二極管的理想材料。這類光源在光信息存儲、高速激光打印、光顯示、信號探測及醫(yī)學方面有廣泛的應用前景。而AlN具有高電阻(>1011Ωm)、低介電常數(shù)(8.6)、低膨脹系數(shù)(4.3×10-6K-1)等優(yōu)點,是重要的電子材料。過渡金屬氮化物,例如VN、CrN、TiN、NbN、TaN,具有優(yōu)良的耐磨擦性能、高反射系數(shù)、高硬度、化學惰性和高的擴散阻力,這使得該類材料在高溫結構陶瓷、催化、太陽能涂層、硬質鋼材、工具涂層,以及微電子器件中的擴散阻止材料等方面有重要應用。六方結構BN是具有優(yōu)異的電子和摩擦性能的高溫陶瓷材料,在工業(yè)上已有廣泛應用。
在目前情況下,普適性的合成氮化物的方法很少,主要有在大于900℃的高溫條件下,使金屬單質或者無水金屬鹵化物直接與氨氣發(fā)生反應,生成氮化物粉末或者薄膜(文獻1.W.Klem,et al.Z.Anorg.Allg.Chem.Vol.288(1956),p.87;文獻2.L.E.Toth.Transition MetalCarbides and Nitrides.Academic Press,New York(1971)),這種方法得到的氮化物需要在氨氣氣氛中長時間煺火才能結晶較好;另一種普適性的方法由kaner提出,稱為固相置換法(SSM)(文獻3.R.B.Kaner,Et al.Nature.Vol.349(1991)519),方法利用無水金屬鹵化物和堿金屬或者堿土金屬氮化物發(fā)生反應,生成氮化物和鹵化物,利用這種方法,可以得到大部分過渡金屬和III族金屬的氮化物。但是對于個別重要氮化物,例如GaN,由于反應放熱強烈,溫度超過GaN的分解溫度,則需要采取添加劑降低溫度,保證生成GaN純相。
除以上兩種方法之外,對于部分氮化物,也有其它合成方法報道。如中國的陳小龍等提出一種GaN粉末的溶劑熱合成方法(文獻4.陳小龍等,中國發(fā)明專利,申請?zhí)?8125641.4)。對于GaN、AlN、TiN、VN四種氮化物,文獻報道可以通過碳熱輔助過程,以金屬氧化物作原料,在高溫下與氨氣反應,得到氮化物(文獻5.K.J.Rao,et al.Chem.Mater.Vol.9(1997)1196;文獻6.Z.Hu,et al.JACS.Vol.125(2003)10176)。
BN材料在工業(yè)上已有成熟的合成技術。工業(yè)上使用氧化硼、硼酸、或者硼酸鈉作為硼源,用氮氣、氨氣、尿素、胍胺、雙氰胺或者三聚氰胺作為氮源(文獻7.R.T.Paine,et al.Chem.Rev.Vol.90(1990)73;文獻8.R.Ma,et al.Chemical Physics Letters.Vol.337(2001)61)。已有的涉及氰胺、雙氰胺或者三聚氰胺的合成方法中,都是在水溶液中首先生成硼酸氰胺化合物,然后在動態(tài)氨氣氣氛中對化合物進行進一步高溫熱處理,產物為BN。其它的BN的合成方法也是比較多的,如分子前驅體固相裂解法(文獻7),氣相沉積法(文獻7)等。
發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術的不同,本發(fā)明的目的就是要提供一種反應迅速成本低廉的利用金屬氧化物合成氮化物的方法。
為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明一種利用金屬氧化物合成氮化物的方法,包括以下步驟1、取適當配比的反應物氰胺或雙氰胺或三聚氰胺和金屬氧化物;2、用常規(guī)方法將上述反應物混合粉碎;3、把混合的反應物放入反應容器中,將反應容器的系統(tǒng)真空抽至10-4Pa后,封閉系統(tǒng);4、將反應容器的反應溫度升至650-1250℃,保溫0.5-4小時;5、打開反應容器,取出反應物,即得到氮化物。
其中,上述步驟2中將反應物混合粉碎的常規(guī)方法為將反應物在研缽中研磨,使反應物混合均勻后,然后使用普通壓機,對混合物施加5-20Mpa的壓力壓成片狀,壓片的直徑為10-100mm,厚度為1mm;上述步驟3中的反應容器為石英管或真空爐,保溫時間為2小時。
進一步,所述反應物為三聚氰胺和Ga2O3,三聚氰胺與Ga2O3的摩爾比為2∶3,反應溫度為650℃。
進一步,所述反應物為三聚氰胺和V2O5,三聚氰胺與V2O5的摩爾比為5∶1,反應溫度為1150℃。
進一步,所述反應物為三聚氰胺和Nb2O5,三聚氰胺與Nb2O5的摩爾比為3∶1,反應溫度為750℃。
進一步,所述反應物為三聚氰胺和Cr2O3,三聚氰胺與Cr2O3的摩爾比為8∶1,反應溫度為1150℃。
進一步,所述反應物為三聚氰胺和Ta2O5,三聚氰胺與Ta2O5的摩爾比為8∶1,反應溫度為900℃。
進一步,所述反應物為三聚氰胺和Al2O3,三聚氰胺與Al2O3的摩爾比為8∶1,反應溫度為1200℃。
進一步,所述反應物為三聚氰胺和B2O3,三聚氰胺與B2O3的摩爾比為3∶1,反應溫度為1150℃。
進一步,所述反應物為三聚氰胺和TiO2,三聚氰胺與TiO2的摩爾比為10∶1,反應溫度為1250℃。
與現(xiàn)有技術相比,本發(fā)明利用金屬氧化物合成氮化物的方法,不僅具有反應訊速、成本低廉、產物粒徑均勻、結晶良好等優(yōu)點,而且本發(fā)明所使用的設備極為簡單。
圖1為采用本發(fā)明利用氧化鎵合成氮化鎵的方法制備的氮化鎵的X射線衍射圖譜;圖2為采用本發(fā)明利用氧化硼合成氮化硼的方法制備的氮化硼的X射線衍射圖譜;圖3為采用本發(fā)明利用氧化物合成氮化物的方法制備的氮化鉭、氮化釩、氮化鈮、氮化鉻的X射線衍射圖譜;圖4為采用本發(fā)明利用氧化物合成氮化物的方法制備的氮化鈦和氮化鋁的X射線衍射圖譜;圖5為實施例1中生成的氮化物GaN樣品的掃描電鏡圖片;圖6為實施例7中生成的氮化物NbN樣品的掃描電鏡圖片;圖7為實施例10中生成的氮化物CrN樣品的掃描電鏡圖片;圖8為實施例13中生成的氮化物TaN樣品的掃描電鏡圖片。
具體實施例方式
本發(fā)明使用氰胺或雙氰胺或者三聚氰胺作為氮化劑,而氮化劑本身又是還原劑,它可以將反應物之一的氧化物中的氧奪取,生成氣態(tài)CO、CO2、和H2O,而氮化劑中的氮原子則與氧化物中的金屬原子成鍵,生成熱力學穩(wěn)定的金屬氮化物材料,如圖1-4所示,分別為氮化鎵、氮化硼、氮化鉭、氮化釩、氮化鈮、氮化鉻、氮化鈦和氮化鋁八種氮化物的X射線衍射圖譜,其中,氮化鉭產物的衍射譜中,有少量TaON產物存在,但這并不影響氮化鉭是主要產物。采用本發(fā)明方法制備氮化物,所使用的馬弗爐和真空爐可在市場上購得,石英管為普通石英加工所得,并且實驗的反應溫度在650-1250℃之間,體系壓力可以通過調節(jié)反應物的量進行控制。一般情況下,可以根據(jù)反應系統(tǒng)的體積和耐壓程度控制反應物的量。從圖5至8中可知,采用本發(fā)明方法制備的氮化物產物粒徑均勻、結晶良好——為納米晶。
以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明[實施例1]稱取反應物1.5mmol的Ga2O3和1.0mmol的C3N6H6(三聚氰胺),將反應物放入研缽中充分研磨,使反應物混合。待反應物充分研磨均勻之后,使用普通壓機,對反應物施加5MPa的壓力,將反應物壓成片狀,壓片的直徑范圍為Φ=10-100mm、厚度為1mm,將片狀混合物裝入體積為10mL的石英管中,用用擴散泵將石英管內真空抽至10-4Pa后,然后封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中保持650℃加熱2小時后,然后自然降溫。打開石英管,即生成灰色GaN。附圖5為所得GaN的掃描電鏡圖片,可以看出,產物外形均勻規(guī)則,尺寸為納米級。
稱取反應物1.5mmol的Ga2O3和1.0mmol的C3N6H6(三聚氰胺),將反應物放入研缽中充分研磨,使反應物混合。待反應物充分研磨均勻之后,使用普通壓機,對反應物施加10MPa的壓力,將反應物壓成片狀,壓片的直徑范圍為Φ=10-100mm、厚度為1mm,將片狀混合物裝入體積為10mL的石英管中,用用擴散泵將石英管內真空抽至10-4Pa后,然后封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中保持850℃加熱2小時后,然后自然降溫。打開石英管,即生成灰色GaN。
稱取反應物1.5mmol的Ga2O3和1.0mmol的C3N6H6(三聚氰胺),將反應物放入研缽中充分研磨,使反應物混合。待反應物充分研磨均勻之后,使用普通壓機,對反應物施加20MPa的壓力,將反應物壓成片狀,壓片的直徑范圍為Φ=10-100mm、厚度為1mm,將片狀混合物裝入體積為10mL的石英管中,用用擴散泵將石英管內真空抽至10-4Pa后,然后封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中保持1050℃加熱1小時后,然后自然降溫。打開石英管,即生成灰色GaN。
稱取反應物0.5mmol的V2O5和2.5mmol的C3N6H6(三聚氰胺),將反應物放入研缽中充分研磨,使反應物混合。待反應物充分研磨均勻之后,使用普通壓機,施加壓力范圍為20MPa,將反應物壓成片狀,將片狀的混合物裝入體積為15mL的石英管中,用擴散泵將石英管內真空抽至10-4Pa后,然后封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中保持1150℃加熱2小時后,然后自然降溫。打開石英管,即生成灰色VN。
稱取反應物0.5mmol的V2O5和2.5mmol的C3N6H6(三聚氰胺),將反應物放入研缽中充分研磨,使反應物混合。待反應物充分研磨均勻之后,使用普通壓機,施加壓力范圍為5MPa,將反應物壓成片狀,將片狀的混合物裝入體積為15mL的石英管中,用擴散泵將石英管內真空抽至10-4Pa后,然后封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中保持850℃加熱2小時后,然后自然降溫。打開石英管,即生成灰色VN。
稱取反應物0.5mmol的V2O5和2.5mmol的C3N6H6(三聚氰胺),將反應物放入研缽中充分研磨,使反應物混合。待反應物充分研磨均勻之后,使用普通壓機,施加壓力范圍為10MPa,將反應物壓成片狀,將片狀的混合物裝入體積為15mL的石英管中,用擴散泵將石英管內真空抽至10-4Pa后,然后封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中保持1250℃加熱0.5小時后,然后自然降溫。打開石英管,即生成灰色VN。
稱取反應物0.5mmol的Nb2O5和1.5mmol的C3N6H6(三聚氰胺),將反應物放入研缽中充分研磨,使反應物混合。待反應物充分研磨均勻之后,使用普通壓機,施加壓力范圍為20MPa,將反應物壓成片狀,將片狀的混合物裝入體積為15mL的石英管中,用擴散泵將石英管內真空抽至10-4Pa后,然后封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中750℃加熱2小時后,自然降溫。打開石英管,生成黑色NbN。附圖6為所得NbN的掃描電鏡圖片,可以看出,產物外形均勻規(guī)則,尺寸為納米級。
稱取反應物0.5mmol的Nb2O5和1.5mmol的C3N6H6(三聚氰胺),將反應物放入研缽中充分研磨,使反應物混合。待反應物充分研磨均勻之后,使用普通壓機,施加壓力范圍為5MPa,將反應物壓成片狀,將片狀的混合物裝入體積為15mL的石英管中,用擴散泵將石英管內真空抽至10-4Pa后,然后封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中650℃加熱4小時后,自然降溫。打開石英管,生成黑色NbN。
稱取反應物0.5mmol的Nb2O5和1.5mmol的C3N6H6(三聚氰胺),將反應物放入研缽中充分研磨,使反應物混合。待反應物充分研磨均勻之后,使用普通壓機,施加壓力范圍為10MPa,將反應物壓成片狀,將片狀的混合物裝入體積為15mL的石英管中,用擴散泵將石英管內真空抽至10-4Pa后,然后封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中950℃加熱0.5小時后,自然降溫。打開石英管,生成黑色NbN。
稱取0.5mmol的Cr2O3和4.0mmol的C3N6H6(三聚氰胺)將反應物放入研缽中充分研磨,使反應物混合。待反應物充分研磨均勻之后,使用普通壓機,對反應物施加20MPa的壓力,將反應物壓成片狀,壓片的直徑范圍為Φ=10-100mm、厚度為1mm,將片狀混合物裝入體積為10mL的石英管中,用擴散泵將石英管內真空抽至10-4Pa后,然后封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中1150℃加熱2小時后,自然降溫。打開石英管,生成黑色CrN。附圖7為所得CrN的掃描電鏡圖片,可以看出,產物外形均勻規(guī)則,尺寸為納米級。
稱取0.5mmol的Cr2O3和4.0mmol的C3N6H6(三聚氰胺)將反應物放入研缽中充分研磨,使反應物混合。待反應物充分研磨均勻之后,使用普通壓機,對反應物施加10MPa的壓力,將反應物壓成片狀,壓片的直徑范圍為Φ=10-100mm、厚度為1mm,將片狀混合物裝入體積為10mL的石英管中,用擴散泵將石英管內真空抽至10-4Pa后,然后封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中900℃加熱4小時后,自然降溫。打開石英管,生成黑色CrN。
稱取0.5mmol的Cr2O3和4.0mmol的C3N6H6(三聚氰胺)將反應物放入研缽中充分研磨,使反應物混合。待反應物充分研磨均勻之后,使用普通壓機,對反應物施加5MPa的壓力,將反應物壓成片狀,壓片的直徑范圍為Φ=10-100mm、厚度為1mm,將片狀混合物裝入體積為10mL的石英管中,用擴散泵將石英管內真空抽至10-4Pa后,然后封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中1250℃加熱0.5小時后,自然降溫。打開石英管,生成黑色CrN。
稱取0.5mmol的Ta2O5和4.0mmol的C3N6H6(三聚氰胺),將反應物放入研缽中充分研磨,使反應物混合。待反應物充分研磨均勻之后,使用普通壓機,對反應物施加10MPa的壓力,將反應物壓成片狀,壓片的直徑范圍為Φ=10-100mm、厚度為1mm,將片狀混合物裝入體積為10mL的石英管中,用擴散泵將石英管內真空抽至10-4Pa后,然后封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中900℃加熱1小時后,自然降溫。打開石英管,生成黑色TaN。附圖8為所得TaN的掃描電鏡圖片,可以看出,產物外形均勻規(guī)則,尺寸為納米級。
稱取0.5mmol的Ta2O5和4.0mmol的C3N6H6(三聚氰胺),將反應物放入研缽中充分研磨,使反應物混合。待反應物充分研磨均勻之后,使用普通壓機,對反應物施加20MPa的壓力,將反應物壓成片狀,壓片的直徑范圍為Φ=10-100mm、厚度為1mm,將片狀混合物裝入體積為10mL的石英管中,用擴散泵將石英管內真空抽至10-4Pa后,然后封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中800℃加熱2小時后,自然降溫。打開石英管,生成黑色TaN。
稱取0.5mmol的Ta2O5和4.0mmol的C3N6H6(三聚氰胺),將反應物放入研缽中充分研磨,使反應物混合。待反應物充分研磨均勻之后,使用普通壓機,對反應物施加20MPa的壓力,將反應物壓成片狀,壓片的直徑范圍為Φ=10-100mm、厚度為1mm,將片狀混合物裝入體積為10mL的石英管中,用擴散泵將石英管內真空抽至10-4Pa后,然后封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中1150℃加熱0.5小時后,自然降溫。打開石英管,生成黑色TaN。
稱取0.5mmol的Al2O3和4.0mmol的C3N6H6(三聚氰胺),充分研磨均勻之后,在15MPa壓力下壓成片狀。將該片狀混合物裝入體積為15mL的石英管中,將石英管內真空抽至10-4Pa后,封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中1200℃加熱2小時后,自然降溫。打開石英管,生成黑色AlN。
稱取0.5mmol的Al2O3和4.0mmol的C3N6H6(三聚氰胺),充分研磨均勻之后,在15MPa壓力下壓成片狀。將該片狀混合物裝入體積為15mL的石英管中,將石英管內真空抽至10-4Pa后,封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中1250℃加熱0.5小時后,自然降溫。打開石英管,生成黑色AlN。
稱取0.5mmol的B2O3和1.5mmol的C3N6H6(三聚氰胺),充分研磨均勻之后,在10MPa壓力下壓成片狀。將該片狀混合物裝入體積為15mL的石英管中,將石英管內真空抽至10-4Pa后,封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中1150℃加熱2小時后,自然降溫。打開石英管,生成黑色BN。
稱取0.5mmol的B2O3和1.5mmol的C3N6H6(三聚氰胺),充分研磨均勻之后,在10MPa壓力下壓成片狀。將該片狀混合物裝入體積為15mL的石英管中,將石英管內真空抽至10-4Pa后,封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中850℃加熱2小時后,自然降溫。打開石英管,生成黑色BN。
稱取0.5mmol的B2O3和1.5mmol的C3N6H6(三聚氰胺),充分研磨均勻之后,在10MPa壓力下壓成片狀。將該片狀混合物裝入體積為15mL的石英管中,將石英管內真空抽至10-4Pa后,封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中1250℃加熱0.5小時后,自然降溫。打開石英管,生成黑色BN。
稱取0.5mmol的TiO2和5.0mmol的C3N6H6(三聚氰胺),充分研磨均勻之后,在10MPa壓力下壓成片狀。將該片狀混合物裝入體積為15mL的石英管中,將石英管內真空抽至10-4Pa后,封閉石英管。將裝有反應物的石英管置于普通馬弗爐中1250℃加熱0.5小時后,自然降溫。打開石英管,生成黑色TiN。
上述實施例的制備過程中,在將石英管內抽真空時,如果將石英管加熱至100℃,更有利于快速抽至高真空。
另外,在制備過程中,也可將混合均勻壓片后的反應物裝入真空爐中而非石英管中,真空爐的體積為20mL,直接將真空爐的溫度升高至相應的溫度,也能得到相應的氮化物。
如果用氰胺或雙氰胺替代三聚氰胺,按照上述步驟也同樣可以制備出相應的氮化物,但在制備的過程中,由于氰胺或雙氰胺的熔點較低,易于揮發(fā),所以在抽真空時應對石英管實施冷卻。
應該指出,上述的實施例只是用若干個具體的例子來說明本發(fā)明,它不應該是對本發(fā)明的限制。同時,熟悉該技術的人都知道,對本發(fā)明所進行的任何在文中沒有描述的改進,都不偏離本專利的精神和范圍。
權利要求
1.一種利用金屬氧化物合成氮化物的方法,包括以下步驟(1)取適當配比的反應物氰胺或雙氰胺或三聚氰胺和金屬氧化物;(2)在5-20Mpa壓力的條件下,用常規(guī)方法將上述反應物混合粉碎;(3)把混合的反應物放入加熱容器中,將加熱容器放入體系中,體系真空抽至10-4Pa后,封閉系統(tǒng);(4)將加熱容器的反應溫度升至650-1250℃,保溫0.5-4小時;(5)打開加熱容器,取出反應物,即得到氮化物。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法,其特征在于,所述步驟(2)中將反應物混合粉碎的常規(guī)方法為將反應物在研缽中研磨,使反應物混合均勻后,然后使用普通壓機,對混合物施加5-20Mpa的壓力壓成片狀,壓片的直徑為10-100mm,厚度為1mm;所述步驟(3)中的加熱容器為石英管或真空爐,保溫時間為2小時。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法,其特征在于,所述反應物為三聚氰胺和Ga2O3,三聚氰胺與Ga2O3的摩爾比為2∶3,反應溫度為650℃,所述氮化物為GaN。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法,其特征在于,所述反應物為三聚氰胺和V2O5,三聚氰胺與V2O5的摩爾比為5∶1,反應溫度為1150℃,所述氮化物為VN。
5.根據(jù)權利要求2所述的方法,其特征在于,所述反應物為三聚氰胺和Nb2O5,三聚氰胺與Nb2O5的摩爾比為3∶1,反應溫度為750℃,所述氮化物為NbN。
6.根據(jù)權利要求2所述的方法,其特征在于,所述反應物為三聚氰胺和Cr2O3,三聚氰胺與Cr2O3的摩爾比為8∶1,反應溫度為1150℃,所述氮化物為CrN。
7.根據(jù)權利要求2所述的方法,其特征在于,所述反應物為三聚氰胺和Ta2O5,三聚氰胺與Ta2O5的摩爾比為8∶1,反應溫度為900℃,所述氮化物為TaN。
8.根據(jù)權利要求2所述的方法,其特征在于,所述反應物為三聚氰胺和Al2O3,三聚氰胺與Al2O3的摩爾比為8∶1,反應溫度為1200℃,所述氮化物為AlN。
9.根據(jù)權利要求2所述的方法,其特征在于,所述反應物為三聚氰胺和B2O3,三聚氰胺與B2O3的摩爾比為3∶1,反應溫度為1150℃,所述氮化物為BN。
10.根據(jù)權利要求2所述的方法,其特征在于,所述反應物為三聚氰胺和TiO2,三聚氰胺與TiO2的摩爾比為10∶1,反應溫度為1250℃,所述氮化物為TiN。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用氰胺、雙氰胺或者三聚氰胺與系列氧化物發(fā)生化學反應生成氮化物的普適性方法。本發(fā)明通過氰胺、雙氰胺或者三聚氰胺與系列氧化物,利用普通的石英管或者真空爐,在密閉的真空中,加熱溫度范圍在650-1250℃之間,就可以反應生成GaN、VN、CrN、AlN、BN、TiN、NbN或TaN氮化物。采用本發(fā)明方法,不僅具有反應迅速、成本低廉、產物粒徑均勻、結晶良好—為納米晶,而且本發(fā)明所使用的設備極為簡單,具有重要的工業(yè)應用價值。
文檔編號C01G35/00GK1769168SQ20051012567
公開日2006年5月10日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權日2005年12月2日
發(fā)明者陳小龍, 趙懷周, 雷鳴, 許燕萍 申請人:中國科學院物理研究所