JP2016222805A - Spherical zinc oxide particle, manufacturing method therefor and plasmon sensor chip - Google Patents

Spherical zinc oxide particle, manufacturing method therefor and plasmon sensor chip Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spherical zinc oxide particle high in plasmon resonance strength and a manufacturing method therefor, and a plasmon sensor chip high in sensitivity using the same.SOLUTION: The spherical zinc oxide particle has a dopant which is selected from a group consisting of gallium, europium, cerium, praseodymium, samarium, gadolinium, terbium, niobium, ytterbium and indium, where average percentage content of the dopant of a surface part from outermost surface of the spherical zinc oxide particle to depth of 10 nm is higher than average percentage content from the outermost surface to inner more than 10 nm and average percentage content of the dopant of the surface part is in a range of 0.5 to 15 mol%.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、プラズモン共鳴強度の高い球状酸化亜鉛粒子、その製造方法及びそれを用いた感度が高いプラズモンセンサーチップに関する。   The present invention relates to spherical zinc oxide particles having high plasmon resonance intensity, a method for producing the same, and a plasmon sensor chip having high sensitivity using the same.

光を金属薄膜に全反射させ、その反射面に染み出すエバネッセント光を利用する光測定技術は、広く研究され応用されている。特に反射面に金、銀等の薄膜を使い、光によって表面プラズモン共鳴(Surface Plasmon Resonance:SPRと略記する)を起こす光学系を用いたセンサーはSPRセンサーと呼ばれている。   Optical measurement technology using evanescent light that totally reflects light on a metal thin film and oozes out to the reflecting surface has been widely studied and applied. In particular, a sensor using an optical system that uses a thin film of gold, silver or the like on the reflecting surface and causes surface plasmon resonance (SPR) by light is called an SPR sensor.

実際の測定では、連続した波長の光を試料の反対面から臨界角以上で入射し、エバネッセント波と表面プラズモンとが共鳴する波長での反射率の低い谷を観測する。   In actual measurement, light having a continuous wavelength is incident from the opposite surface of the sample at a critical angle or more, and a valley having a low reflectance at a wavelength at which the evanescent wave and the surface plasmon resonate is observed.

このSPR現象が起こる波長から被測定物の性質を知ることができるため、SPRセンサーは、抗原−抗体反応を利用した免疫センサーやDNAの検出、レセプターとタンパク質との相互作用などの検出に応用されつつある。   Since the nature of the object to be measured can be known from the wavelength at which this SPR phenomenon occurs, the SPR sensor is applied to immunosensors using the antigen-antibody reaction, detection of DNA, and detection of interactions between receptors and proteins. It's getting on.

SPRセンサーのセンサーチップに用いられている金属薄膜は、金や銀の薄膜であることが一般的である。この場合、SPRには紫外光から可視光域の光が使用されている。   The metal thin film used for the sensor chip of the SPR sensor is generally a gold or silver thin film. In this case, light in the ultraviolet to visible light range is used for SPR.

最近、金属の代わりに酸化物半導体を対象としたプラズモン研究が行われている。酸化物半導体は、バンドギャップが広く、導入するドーパント濃度によりキャリア数を任意に制御できるため、可視から近赤外領域にわたって使用が可能となり、従来困難だった赤外線を用いたSPRセンサーとして使用でき、特に非侵襲の血糖値センサーなど、バイオ分野への応用が期待されている。   Recently, plasmon research has been conducted on oxide semiconductors instead of metals. Since the oxide semiconductor has a wide band gap and the number of carriers can be arbitrarily controlled by the introduced dopant concentration, it can be used from the visible to the near infrared region, and can be used as an SPR sensor using infrared rays, which has been difficult in the past. In particular, it is expected to be applied to the bio field, such as a non-invasive blood sugar level sensor.

酸化物半導体の中でも金属をドープした酸化亜鉛(ZnO)は、キャリア移動度やキャリア密度が大きく、測定波長領域をコントロールしやすく、高感度化が期待できることから実用化の観点からも注目されている。   Among oxide semiconductors, metal-doped zinc oxide (ZnO) is attracting attention from the viewpoint of practical use because it has high carrier mobility and carrier density, can easily control the measurement wavelength region, and can be expected to have high sensitivity. .

一方、センサーチップとして金属薄膜を用いるSPRセンサーの代わりに小粒径の粒子を用いて、粒子表面のプラズモン共鳴を利用したプラズモンセンサーが考えられる。このようなプラズモンセンサーでは、金属薄膜を用いるSPRセンサーとは異なり、入射する角度依存性が小さく、安定した測定を行うことが期待できる。また、安価に製造することができるメリットがある。   On the other hand, a plasmon sensor using plasmon resonance on the surface of a particle using a particle having a small particle size instead of an SPR sensor using a metal thin film as a sensor chip can be considered. In such a plasmon sensor, unlike an SPR sensor using a metal thin film, the incident angle dependency is small, and stable measurement can be expected. Moreover, there exists a merit which can be manufactured cheaply.

粒子を用いて効率よくプラズモンを共鳴させるには、小粒径で球状の単分散粒子が好ましい。特許文献1には真球度の高い球状酸化亜鉛粒子が開示されている。しかしながら、粒子径が大きく、また単分散性が低いためプラズモンセンサーに用いるにはプラズモン共鳴強度が低く適当ではなかった。特許文献2には小粒径で真球度の高い球状の酸化亜鉛粒子が開示されている。しかしながら、単分散度が低く、プラズモンセンサーに用いるにはプラズモン共鳴強度が低く適当ではなかった。   In order to efficiently resonate plasmons using particles, spherical monodisperse particles having a small particle size are preferable. Patent Document 1 discloses spherical zinc oxide particles having a high sphericity. However, since the particle diameter is large and the monodispersity is low, the plasmon resonance intensity is low and not suitable for use in a plasmon sensor. Patent Document 2 discloses spherical zinc oxide particles having a small particle size and high sphericity. However, the monodispersity is low, and the plasmon resonance intensity is low and not suitable for use in a plasmon sensor.

プラズモン共鳴強度を高くするための他の方法として、粒子中にGaなどのドーパントを多く含有させることにより、粒子内のキャリア密度を高くすることが考えられる。しかし、粒子中のドーパント量が多くなると、結晶性が崩れてしまうため、単にドーパント量を多くしてもプラズモン共鳴強度を高めることはできなかった。   As another method for increasing the plasmon resonance intensity, it is conceivable to increase the carrier density in the particles by containing a large amount of dopant such as Ga in the particles. However, as the amount of dopant in the particles increases, the crystallinity is destroyed, so that the plasmon resonance intensity cannot be increased simply by increasing the amount of dopant.

したがって、効率よくプラズモン共鳴することができる、球状酸化亜鉛粒子が望まれていた。   Therefore, spherical zinc oxide particles that can efficiently perform plasmon resonance have been desired.

特許5617410号公報Japanese Patent No. 5617410 特開2013−60375号公報JP 2013-60375 A

本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、プラズモン共鳴強度の高い球状酸化亜鉛粒子とその製造方法を提供することである。また、それを用いた感度が高いプラズモンセンサーチップを提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems and circumstances, and a problem to be solved is to provide spherical zinc oxide particles having high plasmon resonance intensity and a method for producing the same. Another object of the present invention is to provide a plasmon sensor chip having high sensitivity using the same.

本発明者は、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討する過程においてプラズモン共鳴の強度に大きく寄与する球状酸化亜鉛粒子の、表面におけるドーパントの量を粒子内部より多く含有させることにより、プラズモン共鳴の強度を高くできることを見いだし本発明に至った。   In order to solve the above-mentioned problems, the inventor of the present invention contains a larger amount of dopant on the surface of spherical zinc oxide particles that greatly contribute to the intensity of plasmon resonance in the process of examining the cause of the above-mentioned problems than the inside of the particles. The present inventors have found that the intensity of plasmon resonance can be increased and have reached the present invention.

すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
1.ドーパントを含有する球状酸化亜鉛粒子であって、前記ドーパントがガリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジム、サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ニオブ、イッテルビウム及びインジウムからなる群より選ばれるドーパントであり、前記球状酸化亜鉛粒子の最表面から深さ10nmまでの表面部の前記ドーパントの平均含有率が、前記最表面から10nmより内部の前記ドーパントの平均含有率よりも高く、かつ前記表面部の前記ドーパントの平均含有率が、0.5〜15モル%の範囲内であることを特徴とする球状酸化亜鉛粒子。
That is, the said subject which concerns on this invention is solved by the following means.
1. A spherical zinc oxide particle containing a dopant, wherein the dopant is a dopant selected from the group consisting of gallium, europium, cerium, praseodymium, samarium, gadolinium, terbium, niobium, ytterbium and indium, and the spherical zinc oxide particles The average content of the dopant in the surface portion from the outermost surface to a depth of 10 nm is higher than the average content of the dopant inside from 10 nm from the outermost surface, and the average content of the dopant in the surface portion is Spherical zinc oxide particles characterized by being in the range of 0.5 to 15 mol%.

2.前記球状酸化亜鉛粒子がコア層及びシェル層からなるコア・シェル構造を有し、当該ドーパントのシェル層における平均含有率がコア層における平均含有率よりも高いことを特徴とする第1項に記載の球状酸化亜鉛粒子。   2. The spherical zinc oxide particles have a core-shell structure including a core layer and a shell layer, and the average content of the dopant in the shell layer is higher than the average content in the core layer. Spherical zinc oxide particles.

3.前記球状酸化亜鉛粒子における前記ドーパントの濃度が、球状酸化亜鉛粒子の中心から表面に向かって高くなる濃度勾配を有する層を有することを特徴とする第1項又は第2項に記載の球状酸化亜鉛粒子。   3. 3. The spherical zinc oxide according to claim 1 or 2, wherein the spherical zinc oxide particles have a layer having a concentration gradient in which the concentration of the dopant increases from the center of the spherical zinc oxide particles toward the surface. particle.

4.前記球状酸化亜鉛粒子の最表面から深さ10nmまでの表面部の前記ドーパントの平均含有率が、11〜13モル%の範囲内であることを特徴とする第1項から第3項までのいずれか一項に記載の球状酸化亜鉛粒子。   4). The average content of the dopant in the surface portion from the outermost surface of the spherical zinc oxide particles to a depth of 10 nm is in the range of 11 to 13 mol%, and any one of items 1 to 3 The spherical zinc oxide particles according to claim 1.

5.前記コア層における前記ドーパントの平均含有率が、0〜5モル%の範囲内であることを特徴とする第2項から第4項までのいずれか一項に記載の球状酸化亜鉛粒子。   5. The spherical zinc oxide particles according to any one of Items 2 to 4, wherein an average content of the dopant in the core layer is in a range of 0 to 5 mol%.

6.平均粒子径が50〜5000nmの範囲内であることを特徴とする第1項から第5項までのいずれか一項に記載の球状酸化亜鉛粒子。   6). 6. The spherical zinc oxide particles according to any one of items 1 to 5, wherein an average particle diameter is in a range of 50 to 5000 nm.

7.第1項から第6項までのいずれか一項に記載の球状酸化亜鉛粒子を製造する球状酸化亜鉛粒子の製造方法であって、前記ドーパントの水溶液と亜鉛水溶液と尿素類水溶液とを混合して、前記球状酸化亜鉛粒子の最表面から深さ10nmまでの表面部の前記ドーパントの平均含有率が、前記最表面から10nmより内部の前記ドーパントの平均含有率よりも高い球状酸化亜鉛粒子の、亜鉛系化合物前駆体粒子を形成する工程と前記亜鉛系化合物前駆体粒子を焼成して球状酸化亜鉛粒子を得る工程と、を有することを特徴とする球状酸化亜鉛粒子の製造方法。   7). It is a manufacturing method of the spherical zinc oxide particle which manufactures the spherical zinc oxide particle as described in any one of Claim 1-6, Comprising: The aqueous solution of the said dopant, zinc aqueous solution, and urea aqueous solution are mixed. Zinc of spherical zinc oxide particles having an average content of the dopant in the surface portion from the outermost surface of the spherical zinc oxide particles to a depth of 10 nm higher than the average content of the dopant inside from 10 nm from the outermost surface. A method for producing spherical zinc oxide particles, comprising the steps of forming system compound precursor particles and firing the zinc-based compound precursor particles to obtain spherical zinc oxide particles.

8.前記亜鉛系化合物前駆体粒子を形成する工程において、ドーパントの水溶液を尿素類水溶液と、亜鉛水溶液又はドーパントの水溶液の少なくともいずれかが混合した液に連続添加し、球状酸化亜鉛粒子の中心から表面に向かって高くなる濃度勾配を有する層を形成することを特徴とする第7項に記載の球状酸化亜鉛粒子の製造方法。   8). In the step of forming the zinc-based compound precursor particles, an aqueous solution of the dopant is continuously added to a solution obtained by mixing an aqueous urea solution and at least one of an aqueous zinc solution or an aqueous solution of the dopant, from the center of the spherical zinc oxide particles to the surface. 8. The method for producing spherical zinc oxide particles according to item 7, wherein a layer having a concentration gradient that becomes higher is formed.

9.第1項から第6項までのいずれか一項に記載の球状酸化亜鉛粒子を含有する検出部及び基板を有することを特徴とするとするプラズモンセンサーチップ。   9. A plasmon sensor chip comprising a detection unit and a substrate containing the spherical zinc oxide particles according to any one of items 1 to 6.

本発明の上記手段により、プラズモン共鳴強度の高い球状酸化亜鉛粒子とその製造方法を提供することができる。また、それを用いた感度が高いプラズモンセンサーチップを提供することができる。   By the above means of the present invention, spherical zinc oxide particles having a high plasmon resonance intensity and a method for producing the same can be provided. In addition, it is possible to provide a plasmon sensor chip with high sensitivity using the same.

本発明の効果の発現機構ないし作用機構については、明確にはなっていないが、以下のように推察している。プラズモン共鳴強度に寄与率の高い粒子表面にドーパント含有率を多く偏在させることで粒子全体のドーパント量は増やさなくてもすみ、ドーパントが均一に分布した球状酸化亜鉛粒子に比べて結晶のひずみを少なくし、かつプラズモン共鳴強度の高い球状酸化亜鉛粒子を実現できるものと考えられる。   The expression mechanism or action mechanism of the effect of the present invention is not clear, but is presumed as follows. By distributing a large amount of dopant on the particle surface, which has a high contribution to plasmon resonance intensity, it is not necessary to increase the amount of dopant in the entire particle, and there is less crystal distortion than spherical zinc oxide particles in which the dopant is uniformly distributed. In addition, it is considered that spherical zinc oxide particles having high plasmon resonance intensity can be realized.

本発明の実施形態に係る球状酸化亜鉛粒子の構造の模式図Schematic diagram of the structure of spherical zinc oxide particles according to an embodiment of the present invention 本発明の実施形態に係る球状酸化亜鉛粒子中のドーパントの濃度を模式的に示すグラフThe graph which shows typically the density | concentration of the dopant in the spherical zinc oxide particle which concerns on embodiment of this invention プラズモンセンサーチップを用いたプラズモンセンサーの一例を示す模式図Schematic diagram showing an example of a plasmon sensor using a plasmon sensor chip

本発明の球状酸化亜鉛粒子は、ドーパントを含有する球状酸化亜鉛粒子であって、前記ドーパントがガリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジム、サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ニオブ、イッテルビウム及びインジウムからなる群より選ばれるドーパントであり、前記球状酸化亜鉛粒子の最表面から深さ10nmまでの表面部の前記ドーパントの平均含有率が、前記最表面から10nmより内部の前記ドーパンのト平均含有率よりも高く、かつ前記表面部の前記ドーパントの平均含有率が、0.5〜15モル%の範囲内であることを特徴とする。この特徴は、請求項1から請求項8までの請求項に係る発明に共通する技術的特徴である。   The spherical zinc oxide particles of the present invention are spherical zinc oxide particles containing a dopant, wherein the dopant is selected from the group consisting of gallium, europium, cerium, praseodymium, samarium, gadolinium, terbium, niobium, ytterbium and indium. The average content of the dopant in the surface portion from the outermost surface of the spherical zinc oxide particles to a depth of 10 nm is higher than the average content of the dopan inside 10 nm from the outermost surface, and the surface The average content of the dopant in part is in the range of 0.5 to 15 mol%. This feature is a technical feature common to the inventions according to claims 1 to 8.

本実施形態としては、以下に記載する実施形態に限定されるものではないが、課題解決の効果発現の観点から、前記球状酸化亜鉛粒子がコア層及びシェル層からなるコア・シェル構造を有し、当該ドーパントのシェル層における平均含有率がコア層における平均含有率よりも高いことが好ましい。   The present embodiment is not limited to the embodiments described below, but from the viewpoint of expressing the effect of solving the problem, the spherical zinc oxide particles have a core-shell structure including a core layer and a shell layer. The average content of the dopant in the shell layer is preferably higher than the average content in the core layer.

また、前記球状酸化亜鉛粒子における前記ドーパントの濃度が、球状酸化亜鉛粒子の中心から表面に向かって高くなる濃度勾配を有する層を有することが、局所的な結晶のひずみを軽減する上で好ましい。   In addition, it is preferable to have a layer having a concentration gradient in which the concentration of the dopant in the spherical zinc oxide particles increases from the center to the surface of the spherical zinc oxide particles in order to reduce local crystal distortion.

また、前記球状酸化亜鉛粒子の最表面から深さ10nmまでの表面部の前記ドーパントの平均含有率が、11〜13モル%の範囲内であることが、プラズモン共鳴の強度を高くする効果が得られることから好ましい。   Further, the average content of the dopant in the surface portion from the outermost surface of the spherical zinc oxide particles to a depth of 10 nm is in the range of 11 to 13 mol%, thereby obtaining an effect of increasing the intensity of plasmon resonance. This is preferable.

さらに、実施形態においては、前記コア層における前記ドーパントの平均含有率が、0〜5モル%の範囲内であることが、球状酸化亜鉛粒子におけるドーパントによる結晶のひずみを軽減する観点と、上記ドーパントは高価であることから使用量を減らす観点から好ましい。   Furthermore, in the embodiment, the average content of the dopant in the core layer is in the range of 0 to 5 mol%, the viewpoint of reducing crystal distortion due to the dopant in the spherical zinc oxide particles, and the dopant Is preferable from the viewpoint of reducing the amount of use since it is expensive.

本実施形態の球状酸化亜鉛粒子を製造する製造方法としては、前記ドーパントの水溶液と亜鉛水溶液と尿素類水溶液とを混合して、前記球状酸化亜鉛粒子の最表面から深さ10nmまでの表面部の前記ドーパントの平均含有率が、前記最表面から10nmより内部の前記ドーパントの平均含有率よりも高い球状酸化亜鉛粒子の、亜鉛系化合物前駆体粒子を形成する工程を有することが好ましい。さらに前記亜鉛系化合物前駆体粒子を形成する工程において、ドーパントの水溶液を尿素類水溶液と、亜鉛水溶液又はドーパントの水溶液の少なくともいずれかが混合した液に連続添加し、球状酸化亜鉛粒子の中心から表面に向かって高くなる濃度勾配を有する層を形成する態様の製造方法であることが好ましい。   As a production method for producing the spherical zinc oxide particles of this embodiment, an aqueous solution of the dopant, a zinc aqueous solution and a urea aqueous solution are mixed, and the surface portion of the spherical zinc oxide particles from the outermost surface to a depth of 10 nm is mixed. It is preferable to have a step of forming zinc-based compound precursor particles of spherical zinc oxide particles whose average content of the dopant is higher than the average content of the dopant inside from 10 nm from the outermost surface. Further, in the step of forming the zinc-based compound precursor particles, an aqueous solution of the dopant is continuously added to a mixture of an aqueous urea solution and at least one of an aqueous zinc solution or an aqueous solution of the dopant, and the surface is formed from the center of the spherical zinc oxide particles. It is preferable that it is a manufacturing method of the aspect which forms the layer which has a concentration gradient which becomes high toward.

さらに、球状酸化亜鉛粒子を含有する検出部及び基板を有するプラズモンセンサーチップであることが好ましい。   Furthermore, a plasmon sensor chip having a detection part and a substrate containing spherical zinc oxide particles is preferable.

以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態・態様について詳細な説明をする。なお、本願において、「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。   Hereinafter, the present invention, its components, and modes and modes for carrying out the present invention will be described in detail. In addition, in this application, "-" is used in the meaning which includes the numerical value described before and behind that as a lower limit and an upper limit.

《球状酸化亜鉛粒子》
本発明の実施形態に係る球状酸化亜鉛粒子は、ドーパントを含有する球状酸化亜鉛粒子であって、前記ドーパントがガリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジム、サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ニオブ、イッテルビウム及びインジウムからなる群より選ばれるドーパントであり、前記球状酸化亜鉛粒子の最表面から深さ10nmまでの表面部の前記ドーパントの平均含有率が、前記最表面から10nmより内部の前記ドーパンのト平均含有率よりも高く、かつ前記表面部の前記ドーパントの平均含有率が、0.5〜15モル%の範囲内であることを特徴とする。この球状酸化亜鉛粒子は、プラズモン共鳴強度が高く、感度の高いプラズモンセンサーチップの実現に有用である。
《Spherical zinc oxide particles》
Spherical zinc oxide particles according to an embodiment of the present invention are spherical zinc oxide particles containing a dopant, wherein the dopant is a group consisting of gallium, europium, cerium, praseodymium, samarium, gadolinium, terbium, niobium, ytterbium and indium. An average content of the dopant in the surface portion from the outermost surface of the spherical zinc oxide particles to a depth of 10 nm is higher than an average content of the dopan inside 10 nm from the outermost surface. And the average content rate of the said dopant of the said surface part exists in the range of 0.5-15 mol%, It is characterized by the above-mentioned. The spherical zinc oxide particles have high plasmon resonance intensity and are useful for realizing a highly sensitive plasmon sensor chip.

〈球状酸化亜鉛粒子の構造〉
図1(a)に示すとおり、本発明の実施形態に係る球状酸化亜鉛粒子は、最表面から深さ10nmまでの表面部2の前記ドーパントの平均含有率が、前記最表面から10nmより内部3の前記ドーパントの平均含有率よりも高く、かつ前記表面部2の前記ドーパントの平均含有率が、0.5〜15モル%の範囲内である。
<Structure of spherical zinc oxide particles>
As shown in FIG. 1 (a), the spherical zinc oxide particles according to the embodiment of the present invention have an average content of the dopant in the surface portion 2 from the outermost surface to a depth of 10 nm from the innermost surface of 10 nm from the outermost surface. Is higher than the average content of the dopant, and the average content of the dopant in the surface portion 2 is in the range of 0.5 to 15 mol%.

球状酸化亜鉛粒子は、図1(b)に示すように、コア層4と該コア層4を被覆するシェル層3とを有するコア・シェル構造の球状酸化亜鉛粒子1を用いることもできる。最表面から深さ10nmまでの表面部2を、シェル層5又はシェル層5の一部(表層部分)とすることができる。また、後述するように、球状酸化亜鉛粒子の内部に濃度勾配を有する層が存在していてもよい。図1(b)には、コア層4に隣接して濃度勾配を有する層が存在する形態を破線で図示してある。   As the spherical zinc oxide particles, core-shell structure spherical zinc oxide particles 1 having a core layer 4 and a shell layer 3 covering the core layer 4 can be used as shown in FIG. The surface portion 2 from the outermost surface to a depth of 10 nm can be the shell layer 5 or a part of the shell layer 5 (surface layer portion). Further, as will be described later, a layer having a concentration gradient may be present inside the spherical zinc oxide particles. In FIG. 1B, the form in which a layer having a concentration gradient is present adjacent to the core layer 4 is illustrated by a broken line.

球状酸化亜鉛粒子にはガリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジム、サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ニオブ、イッテルビウム及びインジウムからなる群より選ばれるドーパントがドープされており、当該ドーパントの最表面から深さ10nmまでの表面部2の前記ドーパントの平均含有率が、前記最表面から10nmより内部3の前記ドーパントの平均含有率よりも高いことを特徴としている。   The spherical zinc oxide particles are doped with a dopant selected from the group consisting of gallium, europium, cerium, praseodymium, samarium, gadolinium, terbium, niobium, ytterbium and indium, and the surface from the outermost surface of the dopant to a depth of 10 nm. The average content of the dopant in the part 2 is higher than the average content of the dopant in the interior 3 from 10 nm from the outermost surface.

また、球状酸化亜鉛粒子がコア・シェル構造を有し、当該ドーパントのシェル層5におけるドーパントの平均含有率をコア層4における平均含有率よりも高くすることができる。   Further, the spherical zinc oxide particles have a core / shell structure, and the average content of the dopant in the shell layer 5 of the dopant can be made higher than the average content in the core layer 4.

シェル層5におけるドーパントの平均含有率は、0.5〜15モル%であることが好ましい。   The average content of the dopant in the shell layer 5 is preferably 0.5 to 15 mol%.

最表面から10nmより内部3及びコア層4におけるドーパントの平均含有率は、最表面から深さ10nmまでの表面部2及びシェル層5よりも低ければ特に制限はないが、球状酸化亜鉛粒子におけるドーパントによる結晶のひずみを軽減する観点と、上記ドーパントは高価であることから使用量を減らす観点から、0〜5モル%の範囲内であることが好ましい。表面部2と内部3との間、あるいは、シェル層5とコア層4との間の組成的な親和性を高める観点からは、内部3やコア層4にもドーパントを存在させたり、シェル層5に濃度勾配を有する層6を設けたりするとよい。コア層4とシェル層5、あるいは、内部3と表面部2のドーパントの平均含有率の差は0.5〜15モル%の範囲内であることができる。   The average content of the dopant in the inner part 3 and the core layer 4 from 10 nm from the outermost surface is not particularly limited as long as it is lower than the surface part 2 and the shell layer 5 from the outermost surface to a depth of 10 nm, but the dopant in the spherical zinc oxide particles From the viewpoint of reducing the distortion of the crystal due to the above and from the viewpoint of reducing the amount of use because the dopant is expensive, it is preferably in the range of 0 to 5 mol%. From the viewpoint of enhancing the compositional affinity between the surface portion 2 and the interior 3 or between the shell layer 5 and the core layer 4, a dopant may be present in the interior 3 and the core layer 4, 5 may be provided with a layer 6 having a concentration gradient. The difference in the average content of the dopants in the core layer 4 and the shell layer 5 or in the inner portion 3 and the surface portion 2 can be in the range of 0.5 to 15 mol%.

また、シェル層5の一部でもあってもよい、球状酸化亜鉛粒子の最表面から深さ10nmまでの表面部2の前記ドーパントの平均含有率は0.5〜15モル%の範囲内である。11〜13モル%の範囲内であることが、プラズモン共鳴の強度を高くする効果が得られることから好ましい。   Moreover, the average content rate of the said dopant of the surface part 2 from the outermost surface of spherical zinc oxide particle which may be a part of the shell layer 5 to the depth of 10 nm exists in the range of 0.5-15 mol%. . It is preferable that it is in the range of 11 to 13 mol% since the effect of increasing the intensity of plasmon resonance is obtained.

このような構成とすることでプラズモン共鳴強度の高い球状酸化亜鉛粒子を得ることができる。   With such a configuration, spherical zinc oxide particles having high plasmon resonance intensity can be obtained.

(球状酸化亜鉛粒子中のドーパント濃度のプロファイル)
図2は本発明の実施形態に係る球状酸化亜鉛粒子中のドーパントの濃度を模式的に示すグラフである。横軸は球状酸化亜鉛粒子中の粒子中心から最表面までの距離を示しており、縦軸はドーパント濃度を示している。
(Profile of dopant concentration in spherical zinc oxide particles)
FIG. 2 is a graph schematically showing the concentration of the dopant in the spherical zinc oxide particles according to the embodiment of the present invention. The horizontal axis indicates the distance from the particle center to the outermost surface in the spherical zinc oxide particles, and the vertical axis indicates the dopant concentration.

球状酸化亜鉛粒子中のドーパント濃度(含有率)は、例えば、図2(a)〜2(f)に示すようにコア・シェル構造を有し、コア層4よりシェル層5のドーパント濃度を高くすることができる。   The dopant concentration (content ratio) in the spherical zinc oxide particles has, for example, a core / shell structure as shown in FIGS. 2 (a) to 2 (f), and the dopant concentration of the shell layer 5 is higher than that of the core layer 4. can do.

図2(a)及び2(b)で示すように階段状にドーパント濃度が変化したコア・シェルを有する球状酸化亜鉛粒子であってもよいが、図2(c)〜2(f)のように、球状酸化亜鉛粒子の中心から表面に向かって高くなる濃度勾配6を有する層を有することが好ましい。濃度勾配6を有する層は図2(e)及び2(f)のように、シェル層であってもよく、また、図2(c)及び2(d)のようにシェル層の一部であってもよい。   As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), spherical zinc oxide particles having a core / shell having a dopant concentration changed stepwise may be used, but as shown in FIGS. 2 (c) to 2 (f). Furthermore, it is preferable to have a layer having a concentration gradient 6 that increases from the center of the spherical zinc oxide particles toward the surface. The layer having the concentration gradient 6 may be a shell layer as shown in FIGS. 2 (e) and 2 (f), and may be a part of the shell layer as shown in FIGS. 2 (c) and 2 (d). There may be.

さらに、図2(g)及び2(h)で示すように、粒子中心から粒子最表面まで連続的にドーパント濃度を高くする形状であってもよい。濃度勾配は、上に凸又は下に凸の形状であってもドーパント濃度が粒子表面に向かって連続的に増加していればよい。   Further, as shown in FIGS. 2 (g) and 2 (h), the shape may be such that the dopant concentration is continuously increased from the particle center to the particle outermost surface. Even if the concentration gradient is convex upward or downward, it is sufficient that the dopant concentration is continuously increased toward the particle surface.

このような濃度勾配6を有することで、結晶成長時にドーパントをドープすることによる結晶のひずみを抑えることができ好ましい。   By having such a concentration gradient 6, it is possible to suppress crystal distortion caused by doping with a dopant during crystal growth.

コアとシェルの比率は、コアが粒子全体の15〜98体積%の範囲内であることが好ましい。   The ratio of the core to the shell is preferably such that the core is in the range of 15 to 98% by volume of the whole particle.

なお、本明細書において、コア層とは、粒子の中心から表面へ向かう方向においてドーパントの濃度が急に上昇し始めるまでのドーパント濃度が低い領域を指し、例えば、図2(a)〜(f)のような、粒子中心からドーパント含有率が一定の部分をいう。コア層において、ドーパントの濃度が緩やかに上昇していてもよい。また、シェル層は、ドーパント含有率がコア層から高くなった粒子表面側の層をいう。   In this specification, the core layer refers to a region where the dopant concentration is low until the concentration of the dopant suddenly increases in the direction from the center of the particle toward the surface. For example, FIGS. A portion where the dopant content is constant from the center of the particle. In the core layer, the concentration of the dopant may gradually increase. The shell layer refers to a layer on the particle surface side where the dopant content is higher than that of the core layer.

〈ドーパント〉
球状酸化亜鉛粒子は、ガリウム(Ga)、ユーロピウム(Eu)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、サマリウム(Sm)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ニオブ(Nb)、イッテルビウム(Yb)及びインジウム(In)からなる群より選ばれるドーパントを含有する球状酸化亜鉛粒子である。金属を用いたSPRセンサーとは異なり、バンドギャップが大きい半導体である酸化亜鉛にこの上記のようなドーパントをドープすることにより、キャリア数を制御することができ、可視から赤外領域にわたるプラズモン共鳴波長の制御を可能とすることができる。このような制御は、ドープする金属元素の種類及びその含有率などで行うことができる。
<Dopant>
Spherical zinc oxide particles include gallium (Ga), europium (Eu), cerium (Ce), praseodymium (Pr), samarium (Sm), gadolinium (Gd), terbium (Tb), niobium (Nb), ytterbium (Yb). And spherical zinc oxide particles containing a dopant selected from the group consisting of indium (In). Unlike SPR sensors using metals, the number of carriers can be controlled by doping zinc oxide, which is a semiconductor having a large band gap, with the above-described dopant, and the plasmon resonance wavelength over the visible to infrared region. Can be controlled. Such control can be performed by the kind of metal element to be doped and the content thereof.

上記のドーパントの中では、Ga及びEuが好ましく、Gaがより好ましい。また、目的により適宜数種類の上記ドーパントを含めてもよい。またプラズモン共鳴の発現を損なわない範囲で他の金属原子をドーパントとして含んでいてもよい。   Among the above dopants, Ga and Eu are preferable, and Ga is more preferable. Moreover, you may include several types of said dopant suitably according to the objective. Further, other metal atoms may be included as a dopant as long as the expression of plasmon resonance is not impaired.

球状酸化亜鉛粒子全体の前記ドーパントの含有率は、0.001〜10.00モル%の範囲内であることが好ましい。より好ましくは0.01〜7.00モル%の範囲内である。   It is preferable that the content rate of the said dopant of the whole spherical zinc oxide particle exists in the range of 0.001-10.00 mol%. More preferably, it exists in the range of 0.01-7.00 mol%.

ここで、球状酸化亜鉛粒子の組成分布については、球状酸化亜鉛粒子の断面の元素分析を行うことにより、コア・シェル構造の組成を求めることができる。例えば、球状酸化亜鉛粒子について、日立ハイテクノロジーズ製 集束イオンビーム(FB−2000A)により断面加工を行い、粒子中心付近を通る面を切り出す。そして、切断面より、日立ハイテクノロジーズ製 STEM−EDX(HD−2000)を使用して元素分析を行い、球状酸化亜鉛粒子の各ドーパントの組成分布を求めることができる。   Here, regarding the composition distribution of the spherical zinc oxide particles, the composition of the core-shell structure can be obtained by performing elemental analysis of the cross section of the spherical zinc oxide particles. For example, the spherical zinc oxide particles are subjected to cross-section processing using a focused ion beam (FB-2000A) manufactured by Hitachi High-Technologies, and a surface passing through the vicinity of the particle center is cut out. And elemental analysis can be performed from the cut surface using STEM-EDX (HD-2000) manufactured by Hitachi High-Technologies to determine the composition distribution of each dopant of the spherical zinc oxide particles.

なお、球状酸化亜鉛粒子に含有されている全体のドーパントの含有量は、元素分析により求めることができる。例えば、球状酸化亜鉛粒子1gを硝酸水溶液10mLと過酸化水素水1.0mLの混合溶液に溶解させ、エスアイアイナノテクノロジー社製のICP発光分光プラズマ装置(ICP−AES)を使用して元素分析を行う。球状酸化亜鉛粒子の各ドーパントの含有量から組成比(モル%)として求めることができる。   In addition, content of the whole dopant contained in spherical zinc oxide particle can be calculated | required by elemental analysis. For example, 1 g of spherical zinc oxide particles is dissolved in a mixed solution of 10 mL of nitric acid aqueous solution and 1.0 mL of hydrogen peroxide solution, and elemental analysis is performed using an ICP emission spectral plasma apparatus (ICP-AES) manufactured by SII Nano Technology. Do. It can obtain | require as composition ratio (mol%) from content of each dopant of spherical zinc oxide particle.

最表面から深さ10nmまでの表面部のドーパントの平均含有率については、X線光電子分光装置(VGサイエンティフィックス社製ESCALAB−200R)を使用して、測定することができる。具体的には、X線アノードにはMgを用い、出力600W(加速電圧15kV、エミッション電流40mA)で測定できる。エネルギー分解能は、清浄なAg5/2ピークの半値幅で規定した時、1.5〜1.7eVとなるように設定した。測定としては、先ず、結合エネルギー0〜1100eVの範囲を、データ取り込み間隔1.0eVで測定し、いかなる元素が検出されるかを求め、次に、検出された、全ての元素について、データの取り込み間隔を0.2eVとして、その最大強度を与える光電子ピークについてナロースキャンを行い、各元素のスペクトルを測定する。得られたスペクトルは、測定装置、又は、コンピュータの違いによる含有率算出結果の違いを生じせしめなくするために、VAMAS−SCA−JAPAN製のCOMMON DATA PROCESSING SYSTEM (Ver.2.3以降が好ましい)上に転送した後、同ソフトで処理を行い、各分析ターゲットの元素の平均含有率の値を原子数濃度(atomic concentration:at%)として求めることができる。 About the average content rate of the dopant of the surface part from the outermost surface to the depth of 10 nm, it can measure using an X-ray photoelectron spectrometer (ESCALAB-200R by VG Scientific). Specifically, Mg can be used for the X-ray anode and measurement can be performed at an output of 600 W (acceleration voltage: 15 kV, emission current: 40 mA). The energy resolution was set to be 1.5 to 1.7 eV when defined by the half width of a clean Ag 3 d 5/2 peak. As a measurement, first, the range of the binding energy of 0 to 1100 eV is measured at a data acquisition interval of 1.0 eV to determine what elements are detected, and then, for all the detected elements, data acquisition is performed. A narrow scan is performed on the photoelectron peak giving the maximum intensity at an interval of 0.2 eV, and the spectrum of each element is measured. The obtained spectrum is COMMON DATA PROCESSING SYSTEM manufactured by VAMAS-SCA-JAPAN (preferably Ver. 2.3 or later) so as not to cause a difference in the content calculation result due to a difference in measuring apparatus or computer. After the above transfer, the process is performed with the same software, and the value of the average content of each analysis target element can be obtained as the atomic concentration (at%).

定量処理を行う前に、各元素についてCount Scaleのキャリブレーションを行い、5ポイントのスムージング処理を行う。定量処理では、バックグラウンドを除去したピークエリア強度(cps*eV)を用いる。バックグラウンド処理には、Shirleyによる方法を用いる。又、Shirley法については、D.A.Shirley,Phys.Rev.,B5,4709(1972)を参考にすることができる。   Before performing the quantitative process, the calibration of the count scale is performed for each element, and a 5-point smoothing process is performed. In the quantitative processing, the peak area intensity (cps * eV) from which the background is removed is used. For background processing, a method by Shirley is used. For the Shirley method, see D.C. A. Shirley, Phys. Rev. , B5, 4709 (1972).

〈球状酸化亜鉛粒子の形状〉
本実施形態の球状酸化亜鉛粒子は、平均粒子径が、50〜5000nmの範囲内であり、粒子径分布の変動係数が1.0〜10%の範囲内であることが好ましい。このような範囲とすることで、プラズモン共鳴周波数における吸収強度を高めることができる。
<Shape of spherical zinc oxide particles>
The spherical zinc oxide particles of the present embodiment preferably have an average particle size in the range of 50 to 5000 nm and a variation coefficient of particle size distribution in the range of 1.0 to 10%. By setting it as such a range, the absorption intensity in a plasmon resonance frequency can be raised.

球状とは、球状酸化亜鉛粒子の走査型顕微鏡写真(SEM像)に基づいて規定する。具体的には、球状酸化亜鉛粒子について、走査型顕微鏡写真の撮影を行い、球状酸化亜鉛粒子100個を無作為に選択する。選択された各粒子の長径をa、短径をbとしたとき、a/bの値の平均値をアスペクト比として求める。なお、各粒子について外接する長方形(「外接長方形」という。)を描いたとき、外接長方形の短辺及び長辺うち、最短の短辺の長さを短径とし、最長の長辺の長さを長径とする。   The spherical shape is defined based on a scanning micrograph (SEM image) of spherical zinc oxide particles. Specifically, a scanning micrograph is taken for the spherical zinc oxide particles, and 100 spherical zinc oxide particles are randomly selected. When the major axis of each selected particle is a and the minor axis is b, an average value of a / b values is obtained as an aspect ratio. In addition, when drawing a circumscribing rectangle for each particle (referred to as “the circumscribing rectangle”), the shortest short side of the circumscribed rectangle is the shortest length, and the longest long side is the length. Is the major axis.

アスペクト比が、1.00〜1.15の範囲内、より好ましくは1.00〜1.05の範囲内である場合に球状として分類する。1.00〜1.15の範囲外である場合は不定形として分類する。アスペクト比が1に近づくほど、球形度が高いことを表している。   When the aspect ratio is in the range of 1.00 to 1.15, more preferably in the range of 1.00 to 1.05, it is classified as spherical. If it is outside the range of 1.00 to 1.15, it is classified as an indeterminate form. The closer the aspect ratio is to 1, the higher the sphericity.

球状酸化亜鉛粒子の平均粒子径は、50〜5000nmの範囲内であることが好ましい。50以上の場合粒子、合成中に凝集が起こることがなく好ましい。5000nm以下であるとプラズモン共鳴の効率がよいため好ましい。好ましくは50〜3000nmの範囲内であり、より好ましくは80〜2500nmの範囲内である。   The average particle diameter of the spherical zinc oxide particles is preferably in the range of 50 to 5000 nm. In the case of 50 or more, the particles are preferred since no aggregation occurs during the synthesis. The thickness of 5000 nm or less is preferable because the efficiency of plasmon resonance is good. Preferably it exists in the range of 50-3000 nm, More preferably, it exists in the range of 80-2500 nm.

平均粒子径は、ランダムに選択した100個の球状酸化亜鉛粒子の写真画像の面積に基づき、面積円相当粒子径を求め、これを平均粒子径とすることができる。   The average particle diameter can be determined as an area circle equivalent particle diameter based on the area of a photographic image of 100 randomly selected spherical zinc oxide particles, which can be used as the average particle diameter.

また、球状酸化亜鉛粒子の粒子径分布の変動係数は、1.0〜10%の範囲内であることが好ましい。粒子径分布の変動係数が10%以下の場合効率よくプラズモン共鳴ができるため好ましい。1〜8%が好ましく、より好ましくは1〜7%の範囲内である。   Moreover, it is preferable that the variation coefficient of the particle size distribution of the spherical zinc oxide particles is in the range of 1.0 to 10%. The variation coefficient of the particle size distribution is preferably 10% or less because plasmon resonance can be efficiently performed. 1-8% is preferable, More preferably, it exists in the range of 1-7%.

粒子径分布の変動係数は、所定の個数の球状酸化亜鉛粒子の走査型顕微鏡写真(SEM像)から求めることができる粒子径分布の変動係数により規定することができる。   The variation coefficient of the particle size distribution can be defined by the variation coefficient of the particle size distribution that can be obtained from a scanning micrograph (SEM image) of a predetermined number of spherical zinc oxide particles.

例えば、球状酸化亜鉛粒子100個のSEM像から粒子径分布の変動係数(「単分散度」ともいう。)を求め、単分散性を評価することができる。なお、粒子径分布の変動係数は下記の式で求める。   For example, the coefficient of variation (also referred to as “monodispersity”) of the particle size distribution can be obtained from an SEM image of 100 spherical zinc oxide particles, and the monodispersity can be evaluated. The variation coefficient of the particle size distribution is obtained by the following formula.

変動係数(%)=(粒子径分布の標準偏差/平均粒子径)×100
なお、上記粒子径、分布等の測定は、画像処理測定装置(例えば、ルーゼックス AP;株式会社ニレコ製)を用いて行うことができる。
Coefficient of variation (%) = (standard deviation of particle size distribution / average particle size) × 100
In addition, the measurement of the said particle diameter, distribution, etc. can be performed using an image processing measuring device (for example, Luzex AP; Nireco Corporation make).

《球状酸化亜鉛粒子の製造方法》
本実施形態の球状酸化亜鉛粒子の製造方法は、亜鉛水溶液と前記ドーパントの水溶液と尿素類水溶液とを混合して亜鉛系化合物前駆体粒子を形成する工程と、当該亜鉛系化合物前駆体粒子を焼成する工程(焼成工程ともいう。)とを有しており、望ましくは、以下に説明するように、「原料液調製工程」、「亜鉛系化合物前駆体粒子を形成する工程」、「固液分離工程」及び「亜鉛系化合物前駆体粒子を焼成する工程」の四つの工程からなる。「亜鉛系化合物前駆体粒子を焼成する工程」にはさらに「コア層形成工程」と「シェル層形成工程」を含むことが好ましい。
<< Production Method of Spherical Zinc Oxide Particles >>
The method for producing spherical zinc oxide particles of the present embodiment includes a step of mixing a zinc aqueous solution, an aqueous solution of the dopant and an aqueous urea solution to form zinc-based compound precursor particles, and firing the zinc-based compound precursor particles. And a step (also referred to as a firing step), desirably, as described below, “raw material liquid preparation step”, “step of forming zinc-based compound precursor particles”, “solid-liquid separation” It consists of four steps, “step” and “step of firing the zinc-based compound precursor particles”. It is preferable that the “step of firing the zinc-based compound precursor particles” further includes a “core layer forming step” and a “shell layer forming step”.

1.原料液調製工程
原料液調製工程は、原料である亜鉛水溶液とドーパントの水溶液と尿素類水溶液とを調製する工程である。
1. Raw Material Solution Preparation Step The raw material solution preparation step is a step of preparing an aqueous zinc solution, an aqueous dopant solution, and an aqueous urea solution.

〈尿素類水溶液調製工程〉
尿素類水溶液調製工程は、所定の濃度の尿素類水溶液を調製する工程である。
<Urea aqueous solution preparation process>
The urea aqueous solution preparation step is a step of preparing a urea aqueous solution having a predetermined concentration.

尿素類としては、尿素の他に、尿素の塩(例えば、硝酸塩、塩酸塩等)、N,N′−ジメチルアセチル尿素、N,N′−ジベンゾイル尿素、ベンゼンスルホニル尿素、p−トルエンスルホニル尿素、トリメチル尿素、テトラエチル尿素、テトラメチル尿素、トリフェニル尿素、テトラフェニル尿素、N−ベンゾイル尿素、メチルイソ尿素、エチルイソ尿素、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム等を挙げることができる。   As ureas, in addition to urea, urea salts (for example, nitrates, hydrochlorides, etc.), N, N′-dimethylacetylurea, N, N′-dibenzoylurea, benzenesulfonylurea, p-toluenesulfonylurea, Examples thereof include trimethylurea, tetraethylurea, tetramethylurea, triphenylurea, tetraphenylurea, N-benzoylurea, methylisourea, ethylisourea, ammonium carbonate, and ammonium bicarbonate.

尿素類は沈殿剤として働き、酸化亜鉛水溶液とドーパントの水溶液をとともに水に混ぜて加熱した際に塩基性炭酸塩として亜鉛系化合物前駆体粒子を生成すると考えられる。上記の尿素類の中では尿素が、徐々に加水分解することでゆっくり沈殿が生成し、均一な沈殿が得られる点で好ましい。   Ureas act as a precipitating agent, and are considered to generate zinc-based compound precursor particles as basic carbonates when an aqueous zinc oxide solution and an aqueous dopant solution are mixed with water and heated. Among the ureas described above, urea is preferable in that it gradually hydrolyzes to form a precipitate slowly and a uniform precipitate is obtained.

尿素類水溶液は、尿素類を含有する水溶液である。上記尿素類と水とを混合して調製すればよい。必要に応じpH調整剤等の添加剤を入れることもできる。   The urea aqueous solution is an aqueous solution containing ureas. What is necessary is just to mix and prepare the said ureas and water. If necessary, an additive such as a pH adjusting agent may be added.

尿素類水溶液の濃度に特に制限はないが、0.01〜10.00mol/Lの範囲内であることが望ましい。好ましくは、0.10〜5.00mol/Lの範囲内である。   Although there is no restriction | limiting in particular in the density | concentration of urea aqueous solution, It is desirable to exist in the range of 0.01-10.00 mol / L. Preferably, it is in the range of 0.10 to 5.00 mol / L.

〈ドーパントの水溶液調製工程〉
ドーパントの水溶液調製工程は、ガリウム(Ga)、ユーロピウム(Eu)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、サマリウム(Sm)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ニオブ(Nb)、イッテルビウム(Yb)及びインジウム(In)からなる群より選ばれるドーパントを含有する水溶液である、ドーパントの水溶液を調製する工程である。
<Dopant aqueous solution preparation process>
The aqueous solution preparation process of the dopant includes gallium (Ga), europium (Eu), cerium (Ce), praseodymium (Pr), samarium (Sm), gadolinium (Gd), terbium (Tb), niobium (Nb), ytterbium (Yb ) And indium (In), and a step of preparing an aqueous solution of the dopant, which is an aqueous solution containing a dopant selected from the group consisting of indium (In).

これらのドーパントの水溶液を調製するために用いることができるこれらの元素の塩として、硝酸塩、塩酸塩、硫酸塩等を用いることができるが、硝酸塩を使用することが好ましい。これにより、不純物の少ない球状酸化亜鉛粒子を製造することができる。   As salts of these elements that can be used to prepare an aqueous solution of these dopants, nitrates, hydrochlorides, sulfates and the like can be used, but it is preferable to use nitrates. Thereby, spherical zinc oxide particles with few impurities can be manufactured.

ドーパントの水溶液の水溶液中でのイオン濃度は、特に制限はないが、0.00001〜5.00mol/Lの範囲内であることが好ましい。0.0001〜3.00mol/Lの範囲内であることがより好ましい。   The ion concentration of the aqueous solution of the dopant in the aqueous solution is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.00001 to 5.00 mol / L. More preferably, it is in the range of 0.0001 to 3.00 mol / L.

ドーパントの水溶液は、上記ドーパントを1種含有していてもよいし、複数含有していてもよい。   The aqueous solution of the dopant may contain one or more of the above dopants.

〈亜鉛水溶液調製工程〉
亜鉛水溶液調製工程は、亜鉛元素を含有する水溶液を調製する工程である。亜鉛元素を含有する水溶液を調製するために用いることができる亜鉛の塩として、硝酸塩、塩酸塩、硫酸塩等を用いることができるが、硝酸塩を使用することが好ましい。これにより、不純物の少ない球状酸化亜鉛粒子を製造することができる。
<Zinc aqueous solution preparation process>
The zinc aqueous solution preparation step is a step of preparing an aqueous solution containing zinc element. As a zinc salt that can be used to prepare an aqueous solution containing elemental zinc, nitrates, hydrochlorides, sulfates, and the like can be used, but it is preferable to use nitrates. Thereby, spherical zinc oxide particles with few impurities can be manufactured.

亜鉛水溶液の水溶液中でのイオン濃度は、特に制限はないが、0.0001〜10.00mol/Lの範囲内であることが好ましい。0.001〜5.00mol/Lの範囲内であることがより好ましい。   The ion concentration of the aqueous zinc solution is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.0001 to 10.00 mol / L. More preferably, it is in the range of 0.001 to 5.00 mol / L.

2.亜鉛系化合物前駆体粒子を形成する工程
亜鉛系化合物前駆体粒子を形成する工程では、前記ドーパントの水溶液と亜鉛水溶液と尿素類水溶液とを混合して、前記球状酸化亜鉛粒子の最表面から深さ10nmまでの表面部の前記ドーパントの平均含有率が、前記最表面から10nmより内部の前記ドーパントの平均含有率よりも高い球状酸化亜鉛粒子の、亜鉛系化合物前駆体粒子を形成する。本実施形態の球状酸化亜鉛粒子の製造方法は(i)コア層形成工程と(ii)シェル層形成工程を有することが好ましい。
2. Step of forming zinc-based compound precursor particles In the step of forming zinc-based compound precursor particles, the aqueous solution of the dopant, the aqueous zinc solution, and the aqueous urea solution are mixed to obtain a depth from the outermost surface of the spherical zinc oxide particles. Zinc-based compound precursor particles of spherical zinc oxide particles in which the average content of the dopant in the surface portion up to 10 nm is higher than the average content of the dopant inside from 10 nm from the outermost surface are formed. The method for producing spherical zinc oxide particles of the present embodiment preferably includes (i) a core layer forming step and (ii) a shell layer forming step.

(i)コア層形成工程
コア層形成工程はでは、まず、亜鉛水溶液と、必要に応じガリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジム、サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ニオブ、イッテルビウム及びインジウムからなる群から選ばれる少なくとも1種類のドーパントの水溶液に尿素類水溶液を添加して、塩基性炭酸塩を分散させた分散溶液を調製する。
(I) Core layer forming step In the core layer forming step, first, at least one selected from the group consisting of an aqueous zinc solution and optionally gallium, europium, cerium, praseodymium, samarium, gadolinium, terbium, niobium, ytterbium and indium. An aqueous urea solution is added to an aqueous solution of various dopants to prepare a dispersion solution in which a basic carbonate is dispersed.

なお、以下では、尿素を用いて塩基性炭酸塩を形成させる場合について示すが、一例であって、これに限定されるものではない。また、球状酸化亜鉛粒子は塩基性炭酸塩を経て作製されるが、粒子中に塩基性炭酸塩が残っていても良い。   In the following, a case where a basic carbonate is formed using urea will be described, but this is an example and the present invention is not limited to this. The spherical zinc oxide particles are produced through basic carbonates, but the basic carbonates may remain in the particles.

上記元素の水溶液中でのイオン濃度は0.001〜0.1mol/Lの範囲内で、尿素濃度は前述のイオン濃度の5〜50倍の範囲内であることが好ましい。これは、上記元素の水溶液中でのイオン濃度及び尿素の濃度が当該範囲内であれば、結果として、単分散性を示す球形状の球状酸化亜鉛粒子を合成することができるためである。   The ion concentration in the aqueous solution of the above elements is preferably in the range of 0.001 to 0.1 mol / L, and the urea concentration is preferably in the range of 5 to 50 times the above-described ion concentration. This is because, as a result, spherical spherical zinc oxide particles exhibiting monodispersity can be synthesized as long as the ion concentration and urea concentration in the aqueous solution of the above elements are within the above ranges.

混合された反応液を80℃以上で加熱撹拌し、反応溶液中に分散された塩基性炭酸塩を成長させ、コア層を形成する。なお、反応液とは、尿素類水溶液と、亜鉛水溶液又はドーパントの水溶液の少なくともいずれかが混合した液をいう。   The mixed reaction liquid is heated and stirred at 80 ° C. or higher to grow a basic carbonate dispersed in the reaction solution, thereby forming a core layer. The reaction liquid refers to a liquid in which an aqueous urea solution and at least one of an aqueous zinc solution and an aqueous dopant solution are mixed.

加熱撹拌の際には、十分な撹拌効率を得られれば、特に撹拌機は限定されないが、より高い撹拌効率を得るためには、ローター・ステータータイプの撹拌機を使用することが好ましい。   In the case of heating and stirring, the stirrer is not particularly limited as long as sufficient stirring efficiency can be obtained. However, in order to obtain higher stirring efficiency, it is preferable to use a rotor / stator type stirrer.

(ii)シェル層形成工程
シェル層の形成においては、液相において、コア層を形成後、シェル層形成工程において、前記ドーパントの水溶液を用いてコア層より前記ドーパントの平均含有率が高いシェル層を形成することが好ましい。このとき、コア層を形成後、一旦、後述する固液分離工程を経て形成した塩基性炭酸塩の粒子を、尿素類水溶液、亜鉛水溶液及びドーパントの水溶液を加えた反応液中で、図2(a)や図2(b)に示すような階段状にドーパント濃度が変化した球状酸化亜鉛粒子を形成することができる。
(Ii) Shell layer forming step In forming the shell layer, after forming the core layer in the liquid phase, in the shell layer forming step, the shell layer has an average content of the dopant higher than that of the core layer using the aqueous solution of the dopant. Is preferably formed. At this time, after forming the core layer, the basic carbonate particles once formed through the solid-liquid separation step described later are added to the reaction solution to which the aqueous urea solution, the aqueous zinc solution and the aqueous dopant solution are added, as shown in FIG. Spherical zinc oxide particles having a dopant concentration changed stepwise as shown in a) and FIG. 2B can be formed.

この場合はコア層の形成と同様な方法でシェル層を形成することができるが、ドーパントの反応液中の濃度はコア層を形成する場合よりも高くする必要がある。濃度は所望のコア・シェル粒子のドーパントの平均含有率に応じて適宜調整することができる。   In this case, the shell layer can be formed by the same method as the formation of the core layer, but the concentration of the dopant in the reaction solution needs to be higher than that in the case of forming the core layer. The concentration can be appropriately adjusted according to the average content of the dopant of the desired core / shell particles.

好ましくは、前記コア層を形成後、連続するシェル層形成工程において、ドーパントの水溶液を尿素類水溶液と、亜鉛水溶液又はドーパントの水溶液の少なくともいずれかが混合した液に連続添加し、球状酸化亜鉛粒子の中心から表面に向かって高くなる濃度勾配を有する層を形成する態様である。   Preferably, after the core layer is formed, in the continuous shell layer forming step, an aqueous solution of the dopant is continuously added to a solution obtained by mixing an aqueous urea solution and at least one of an aqueous zinc solution or an aqueous solution of the dopant to form spherical zinc oxide particles. This is a mode of forming a layer having a concentration gradient that increases from the center to the surface.

具体的には、コア層を形成後、シェル層を液相中で連続して形成し、反応液中におけるドーパント濃度をコア層よりも高く設定してシェル層を形成することで可能である。   Specifically, after forming the core layer, the shell layer is continuously formed in the liquid phase, and the shell layer is formed by setting the dopant concentration in the reaction solution higher than that of the core layer.

また、コア層とシェル層を連続して形成するとき、コア層形成時に、亜鉛水溶液が塩基性炭酸塩に十分変化する前に、より濃度の高いドーパントの水溶液を添加することにより、図2(e)や2(f)のようななだらかな濃度勾配を持ったシェルを有するコア・シェル構造の球状酸化亜鉛粒子とすることができる。   In addition, when the core layer and the shell layer are continuously formed, an aqueous solution of a dopant having a higher concentration is added before the aqueous zinc solution is sufficiently changed to a basic carbonate during the formation of the core layer. The spherical zinc oxide particles having a core-shell structure having a shell having a gentle concentration gradient such as e) and 2 (f) can be obtained.

また、連続して濃度が高くなるように調製したドーパントの水溶液を用いて反応液に添加することで濃度勾配を有する層を形成してもよい。   Moreover, you may form the layer which has a concentration gradient by adding to the reaction liquid using the aqueous solution of the dopant prepared so that a density | concentration might become high continuously.

さらに、コア層を形成せずに球状酸化亜鉛粒子作製開始時より、ドーパントの水溶液を尿素類水溶液と、亜鉛水溶液又はドーパントの水溶液の少なくともいずれかが混合した液に連続添加し、球状酸化亜鉛粒子の中心から表面に向かって高くなる濃度勾配を有する層を形成することにより、図2(g)や図2(h)に示すような連続的にドーパント濃度が増加した球状酸化亜鉛粒子を形成することもできる。   Further, from the start of the production of spherical zinc oxide particles without forming a core layer, an aqueous solution of a dopant is continuously added to a mixture of an aqueous urea solution and at least one of an aqueous zinc solution or an aqueous solution of a dopant to form spherical zinc oxide particles. By forming a layer having a concentration gradient that increases from the center to the surface, spherical zinc oxide particles with continuously increasing dopant concentration as shown in FIG. 2 (g) and FIG. 2 (h) are formed. You can also.

ドーパントの塩を含む水溶液は1Lあたり0.003〜3.0mmol/minの範囲内の添加速度で、80℃以上で加熱撹拌しながら添加されることが好ましい。これは、添加速度が、当該範囲を外れると、形成される球状酸化亜鉛粒子が単分散性を示す球形状粒子とすることが難しくなるためである。加熱温度については、80℃以下で加熱撹拌されると、コア層形成工程において添加された尿素の分解が進まなくなり、粒子形成が阻害されるためである。   The aqueous solution containing the salt of the dopant is preferably added at a rate of addition within the range of 0.003 to 3.0 mmol / min per liter while heating and stirring at 80 ° C. or higher. This is because if the addition rate is out of the range, it becomes difficult for the spherical zinc oxide particles to be formed into spherical particles exhibiting monodispersity. As for the heating temperature, when heated and stirred at 80 ° C. or lower, decomposition of urea added in the core layer forming step does not proceed and particle formation is inhibited.

3.固液分離工程
加熱・撹拌した後、生成した沈殿(球状酸化亜鉛粒子微粒子の前駆体)を溶液と分離する固液分離を行う。固液分離の方法は、一般的な方法でよく、例えば、フィルター等を使用して濾過により球状酸化亜鉛粒子の前駆体を得ることができる。
3. Solid-liquid separation step After heating and stirring, solid-liquid separation is performed to separate the produced precipitate (precursor of spherical zinc oxide particle fine particles) from the solution. The solid-liquid separation method may be a general method. For example, a precursor of spherical zinc oxide particles can be obtained by filtration using a filter or the like.

4.焼成する工程
焼成する工程(焼成工程ともいう。)は、固液分離工程により得られた球状酸化亜鉛粒子の前駆体を空気中又は酸化性雰囲気中で、200℃以上で焼成する。焼成された球状酸化亜鉛粒子の前駆体は、酸化物となり、ドーパントを含有する球状酸化亜鉛粒子となる。好ましくは、焼成温度は300〜600℃の範囲内である。
4). The step of firing The step of firing (also referred to as the firing step) involves firing the precursor of spherical zinc oxide particles obtained by the solid-liquid separation step at 200 ° C. or higher in air or in an oxidizing atmosphere. The precursor of the calcined spherical zinc oxide particles becomes an oxide and becomes spherical zinc oxide particles containing a dopant. Preferably, the firing temperature is in the range of 300-600 ° C.

なお、必要に応じて焼成する前に水又はアルコール等で洗浄、乾燥を行ってから焼成してもよい。   In addition, you may bake, after washing | cleaning and drying with water or alcohol before baking as needed.

焼成工程を経て冷却することにより、球状酸化亜鉛粒子を安定させた後、球状酸化亜鉛粒子を回収することができる。   After cooling through the firing step, the spherical zinc oxide particles can be recovered and then recovered.

このような製造方法を用いて球状酸化亜鉛粒子を製造することで、異方成長した球状酸化亜鉛粒子をほとんど含まない、球形度の高い球状酸化亜鉛粒子を得ることができる。   By producing spherical zinc oxide particles using such a production method, spherical zinc oxide particles having a high degree of sphericity and containing almost no anisotropically grown spherical zinc oxide particles can be obtained.

《プラズモンセンサーチップ》
本実施形態のプラズモンセンサーチップは、上述した球状酸化亜鉛粒子を含有する検出部及び基板を有する。球状酸化亜鉛粒子は、プラズモンセンサーにおいて、プラズモン共鳴を生じるチップとして用いられる。
<Plasmon sensor chip>
The plasmon sensor chip of this embodiment has a detection unit and a substrate containing the spherical zinc oxide particles described above. Spherical zinc oxide particles are used as a chip that generates plasmon resonance in a plasmon sensor.

図3はプラズモンセンサーチップを用いたプラズモンセンサーの一例である。このプラズモンセンサー11は、基板12とその上に球状酸化亜鉛粒子を含有する検出部13からなるプラズモンセンサーチップ14を備え、基板12の球状酸化亜鉛粒子を含有する検出部13とは反対側の面に光学プリズム15を密着させた構造を有している。球状酸化亜鉛粒子を含有する検出部13の上には被検物19が取付け部18により固定されている。   FIG. 3 shows an example of a plasmon sensor using a plasmon sensor chip. The plasmon sensor 11 includes a plasmon sensor chip 14 including a substrate 12 and a detection unit 13 containing spherical zinc oxide particles thereon, and a surface of the substrate 12 opposite to the detection unit 13 containing spherical zinc oxide particles. The optical prism 15 is closely attached. A test object 19 is fixed by a mounting part 18 on the detection part 13 containing spherical zinc oxide particles.

光源16から照射される近赤外光を、偏光板17を介して偏光し、光学プリズム15を通して透明基板12に照射する。入射光は、全反射となる条件の入射角θで入射する。入射光の球状酸化亜鉛粒子の表面側に染み出すエバネセント波によって、ある波長で局在プラズモン共鳴が発現する。これを波長の異なる赤外光で行う。表面プラズモン共鳴が起こると、エバネセント波は表面プラズモンによって吸収されるので、反射強度が著しく減少する。この共鳴周波数から被検物の分子中の官能基を定量することができる。反射角θで反射した反射光の光量は受光部20で測定される。 Near infrared light emitted from the light source 16 is polarized through the polarizing plate 17 and applied to the transparent substrate 12 through the optical prism 15. Incident light is incident at an incident angle θ 1 under the condition of total reflection. Localized plasmon resonance appears at a certain wavelength by the evanescent wave that oozes out to the surface side of the spherical zinc oxide particles of incident light. This is performed with infrared light having different wavelengths. When surface plasmon resonance occurs, the evanescent wave is absorbed by the surface plasmon, so that the reflection intensity is significantly reduced. The functional group in the molecule of the test object can be quantified from this resonance frequency. The amount of reflected light reflected at the reflection angle θ 2 is measured by the light receiving unit 20.

本実施形態のプラズモンセンサーにおいては、コア・シェル構造を有する球形度の高い球状酸化亜鉛粒子を含有する層を検出部として用いることにより、感度が高い表面プラズモン共鳴を起こすことができるものと考えられる。   In the plasmon sensor of the present embodiment, it is considered that surface plasmon resonance with high sensitivity can be caused by using a layer containing spherical zinc oxide particles having a high sphericity having a core / shell structure as a detection unit. .

〈基材〉
プラズモンセンサーチップに用いられる基材は、可視光から赤外領域に透明で高屈折率であることが好ましい。基材の屈折率は、1.3〜4.0の範囲内であることが好ましい。より好ましくは1.4〜3.0である。例えば、ガラス、樹脂が好ましく用いられる。
<Base material>
The substrate used for the plasmon sensor chip is preferably transparent from the visible light to the infrared region and has a high refractive index. The refractive index of the substrate is preferably in the range of 1.3 to 4.0. More preferably, it is 1.4-3.0. For example, glass and resin are preferably used.

樹脂基材としては、従来公知の種々の樹脂フィルムを用いることができる。例えば、セルロースエステル系フィルム、ポリエステル系フィルム、ポリカーボネート系フィルム、ポリアリレート系フィルム、ポリスルホン(ポリエーテルスルホンも含む)系フィルム、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、セロファン、セルロースジアセテートフィルム、セルローストリアセテートフィルム、セルロースアセテートプロピオネートフィルム、セルロースアセテートブチレートフィルム、ポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、エチレンビニルアルコールフィルム、シンジオタクティックポリスチレン系フィルム、ポリカーボネートフィルム、ノルボルネン系樹脂フィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリエーテルケトンフィルム、ポリエーテルケトンイミドフィルム、ポリアミドフィルム、フッ素樹脂フィルム、ナイロンフィルム、ポリメチルメタクリレートフィルム、アクリルフィルム等を挙げることができる。中でも、ポリカーボネート系フィルム、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系フィルム、ノルボルネン系樹脂フィルム、及びセルロースエステル系フィルム、アクリルフィルムが好ましい。特にポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系フィルム又はアクリルフィルムを用いることが好ましい。また樹脂フィルムは、溶融流延製膜で製造されたフィルムであっても、溶液流延製膜で製造されたフィルムであってもよい。   Various conventionally known resin films can be used as the resin base material. For example, cellulose ester film, polyester film, polycarbonate film, polyarylate film, polysulfone (including polyethersulfone) film, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate polyester film, polyethylene film, polypropylene film, cellophane, Cellulose diacetate film, cellulose triacetate film, cellulose acetate propionate film, cellulose acetate butyrate film, polyvinylidene chloride film, polyvinyl alcohol film, ethylene vinyl alcohol film, syndiotactic polystyrene film, polycarbonate film, norbornene resin film , Polymethylpentenef Can Lum, polyether ketone film, polyether ketone imide film, a polyamide film, a fluororesin film, a nylon film, polymethyl methacrylate film, and acrylic films. Among these, polycarbonate films, polyester films such as polyethylene terephthalate, norbornene resin films, cellulose ester films, and acrylic films are preferable. It is particularly preferable to use a polyester film such as polyethylene terephthalate or an acrylic film. The resin film may be a film manufactured by melt casting film formation or a film manufactured by solution casting film formation.

基材の厚さは、例えば、0.001〜10mmの範囲内であることが好ましい。   The thickness of the substrate is preferably in the range of 0.001 to 10 mm, for example.

〈球状酸化亜鉛粒子を含有する検出部の形成〉
球状酸化亜鉛粒子を含有する層を検出部として基材上に形成することができる。球状酸化亜鉛粒子を含有する層の形成方法は種々な方法をとりうる。例えば、スプレーコーティング、インクジェットコーティング、ディスペンサーコーティング、スリットコーティング、ロールコーティング、スピンコーティング、ディップコーティングなどを用いることができる。
<Formation of detection part containing spherical zinc oxide particles>
A layer containing spherical zinc oxide particles can be formed on the substrate as a detection part. Various methods can be used for forming the layer containing spherical zinc oxide particles. For example, spray coating, inkjet coating, dispenser coating, slit coating, roll coating, spin coating, dip coating, and the like can be used.

球状酸化亜鉛粒子を含有した層の層厚は、プラズモン共鳴の高効率化の理由から厚さは50nm〜50μmの範囲内であることが好ましい。より好ましくは50nm〜10μmの範囲内である。   The layer thickness of the layer containing spherical zinc oxide particles is preferably in the range of 50 nm to 50 μm for the purpose of increasing the efficiency of plasmon resonance. More preferably, it exists in the range of 50 nm-10 micrometers.

以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「部」又は「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」又は「質量%」を表す。   Hereinafter, specific examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto. In addition, although the display of "part" or "%" is used in an Example, unless otherwise indicated, "mass part" or "mass%" is represented.

〔実施例1〕
《球状酸化亜鉛粒子1の作製》
(1) 2.52mol/Lの尿素水溶液を1.0L用意した。
(2) 1.00mol/Lの硝酸亜鉛水溶液500mLに純水を加えて9Lとした。
(3) 上記(2)で調製した硝酸亜鉛水溶液に、上記(1)で調製した尿素を添加し、90℃60分で加熱撹拌した。
(4) 上記(3)で加熱・撹拌した混合液中に析出した粒子をメンブランフィルターで分離した。
(5) 2.52mol/Lの尿素水溶液を1.0L用意した。
(6) 1.14mol/Lの硝酸亜鉛水溶液500mL用意した。
(7) 0.006mol/Lの硝酸ガリウム水溶液500mLに上記(6)と純水を加えて9Lとした。
(8) 上記(7)で調製した硝酸ガリウム水溶液に、上記(5)で調製した尿素と上記(4)で得られた粒子を添加し、90℃60分で加熱撹拌した。
(9) 上記(8)で加熱・撹拌した混合液中に析出した粒子の前駆体をメンブランフィルターで分離した。
(10) 上記(9)で分離した粒子の前駆体を400℃で焼成して、図2(a)に示すタイプのプロファイルを持つ球状酸化亜鉛粒子1を得た。
[Example 1]
<< Preparation of spherical zinc oxide particles 1 >>
(1) 1.0 L of a 2.52 mol / L urea aqueous solution was prepared.
(2) Pure water was added to 500 mL of a 1.00 mol / L zinc nitrate aqueous solution to make 9 L.
(3) The urea prepared in (1) above was added to the aqueous zinc nitrate solution prepared in (2) above, and the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 60 minutes.
(4) Particles precipitated in the mixed solution heated and stirred in the above (3) were separated by a membrane filter.
(5) 1.0 L of a 2.52 mol / L urea aqueous solution was prepared.
(6) A 500 mL 1.14 mol / L zinc nitrate aqueous solution was prepared.
(7) The above (6) and pure water were added to 500 mL of 0.006 mol / L gallium nitrate aqueous solution to make 9 L.
(8) The urea prepared in (5) above and the particles obtained in (4) above were added to the gallium nitrate aqueous solution prepared in (7) above, and the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 60 minutes.
(9) The precursor of the particles deposited in the mixed liquid heated and stirred in the above (8) was separated by a membrane filter.
(10) The particle precursors separated in (9) above were calcined at 400 ° C. to obtain spherical zinc oxide particles 1 having a profile of the type shown in FIG.

《球状酸化亜鉛粒子2の作製》
(1) 2.52mol/Lの尿素水溶液を1.0L用意した。
(2) 1.00mol/Lの硝酸亜鉛水溶液500mLに純水を加えて9Lとした。
(3) 上記(2)で調製した硝酸亜鉛水溶液に、上記(1)で調製した尿素を添加し、90℃60分で加熱撹拌した。
(4) 上記(3)で加熱・撹拌した混合液中に析出した粒子をメンブランフィルターで分離した。
(5) 2.52mol/Lの尿素水溶液を1.0L用意した。
(6) 1.13mol/Lの硝酸亜鉛水溶液500mL用意した。
(7) 0.14mol/Lの硝酸ガリウム水溶液500mLに上記(6)と純水を加えて9Lとした。
(8) 上記(7)で調製した硝酸ガリウム水溶液に、上記(5)で調製した尿素と上記(4)で得られた粒子を添加し、90℃60分で加熱撹拌した。
(9) 上記(8)で加熱・撹拌した混合液中に析出した粒子の前駆体をメンブランフィルターで分離した。
(10) 上記(9)で分離した粒子の前駆体を400℃で焼成して、図2(a)に示すタイプのプロファイルを持つ球状酸化亜鉛粒子2を得た。
<< Preparation of spherical zinc oxide particles 2 >>
(1) 1.0 L of a 2.52 mol / L urea aqueous solution was prepared.
(2) Pure water was added to 500 mL of a 1.00 mol / L zinc nitrate aqueous solution to make 9 L.
(3) The urea prepared in (1) above was added to the aqueous zinc nitrate solution prepared in (2) above, and the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 60 minutes.
(4) Particles precipitated in the mixed solution heated and stirred in the above (3) were separated by a membrane filter.
(5) 1.0 L of a 2.52 mol / L urea aqueous solution was prepared.
(6) A 500 mL 1.13 mol / L zinc nitrate aqueous solution was prepared.
(7) The above (6) and pure water were added to 500 mL of a 0.14 mol / L gallium nitrate aqueous solution to make 9 L.
(8) The urea prepared in (5) above and the particles obtained in (4) above were added to the gallium nitrate aqueous solution prepared in (7) above, and the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 60 minutes.
(9) The precursor of the particles deposited in the mixed liquid heated and stirred in the above (8) was separated by a membrane filter.
(10) The precursor of the particles separated in (9) above was fired at 400 ° C. to obtain spherical zinc oxide particles 2 having a profile of the type shown in FIG.

《球状酸化亜鉛粒子3の作製》
(1) 2.52mol/Lの尿素水溶液を1.0L用意した。
(2) 1.00mol/Lの硝酸亜鉛水溶液500mLに純水を加えて9Lとした。
(3) 上記(2)で調製した硝酸亜鉛水溶液に、上記(1)で調製した尿素を添加し、90℃60分で加熱撹拌した。
(4) 上記(3)で加熱・撹拌した混合液中に析出した粒子をメンブランフィルターで分離した。
(5) 2.52mol/Lの尿素水溶液を1.0L用意した。
(6) 1.14mol/Lの硝酸亜鉛水溶液500mL用意した。
(7) 0.17mol/Lの硝酸ガリウム水溶液500mLに上記(6)と純水を加えて9Lとした。
(8) 上記(7)で調製した硝酸ガリウム水溶液に、上記(5)で調製した尿素と上記(4)で得られた粒子を添加し、90℃60分で加熱撹拌した。
(9) 上記(8)で加熱・撹拌した混合液中に析出した粒子の前駆体をメンブランフィルターで分離した。
(10) 上記(9)で分離した粒子の前駆体を400℃で焼成して、図2(a)に示すタイプのプロファイルを持つ球状酸化亜鉛粒子3を得た。
<< Preparation of spherical zinc oxide particles 3 >>
(1) 1.0 L of a 2.52 mol / L urea aqueous solution was prepared.
(2) Pure water was added to 500 mL of a 1.00 mol / L zinc nitrate aqueous solution to make 9 L.
(3) The urea prepared in (1) above was added to the aqueous zinc nitrate solution prepared in (2) above, and the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 60 minutes.
(4) Particles precipitated in the mixed solution heated and stirred in the above (3) were separated by a membrane filter.
(5) 1.0 L of a 2.52 mol / L urea aqueous solution was prepared.
(6) A 500 mL 1.14 mol / L zinc nitrate aqueous solution was prepared.
(7) The above (6) and pure water were added to 500 mL of a 0.17 mol / L gallium nitrate aqueous solution to make 9 L.
(8) The urea prepared in (5) above and the particles obtained in (4) above were added to the gallium nitrate aqueous solution prepared in (7) above, and the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 60 minutes.
(9) The precursor of the particles deposited in the mixed liquid heated and stirred in the above (8) was separated by a membrane filter.
(10) The precursor of the particles separated in (9) above was fired at 400 ° C. to obtain spherical zinc oxide particles 3 having a profile of the type shown in FIG.

《球状酸化亜鉛粒子4の作製》
(1) 2.52mol/Lの尿素水溶液を1.0L用意した。
(2) 1.00mol/Lの硝酸亜鉛水溶液500mLに純水を加えて9Lとした。
(3) 上記(2)で調製した硝酸亜鉛水溶液に、上記(1)で調製した尿素を添加し、90℃60分で加熱撹拌した。
(4) 上記(3)で加熱・撹拌した混合液中に析出した粒子をメンブランフィルターで分離した。
(5) 2.52mol/Lの尿素水溶液を1.0L用意した。
(6) 1.14mol/Lの硝酸亜鉛水溶液500mL用意した。
(7) 0.20mol/Lの硝酸ガリウム水溶液500mLに上記(6)と純水を加えて9Lとした。
(8) 上記(7)で調製した硝酸ガリウム水溶液に、(5)で調製した尿素と上記(4)で得られた粒子を添加し、90℃60分で加熱撹拌した。
(9) 上記(8)で加熱・撹拌した混合液中に析出した粒子の前駆体をメンブランフィルターで分離した。
(10) 上記(9)で分離した粒子の前駆体を400℃で焼成して、図2(a)に示すタイプのプロファイルを持つ球状酸化亜鉛粒子4を得た。
<< Preparation of spherical zinc oxide particles 4 >>
(1) 1.0 L of a 2.52 mol / L urea aqueous solution was prepared.
(2) Pure water was added to 500 mL of a 1.00 mol / L zinc nitrate aqueous solution to make 9 L.
(3) The urea prepared in (1) above was added to the aqueous zinc nitrate solution prepared in (2) above, and the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 60 minutes.
(4) Particles precipitated in the mixed solution heated and stirred in the above (3) were separated by a membrane filter.
(5) 1.0 L of a 2.52 mol / L urea aqueous solution was prepared.
(6) A 500 mL 1.14 mol / L zinc nitrate aqueous solution was prepared.
(7) The above (6) and pure water were added to 500 mL of a 0.20 mol / L gallium nitrate aqueous solution to make 9 L.
(8) To the gallium nitrate aqueous solution prepared in (7) above, the urea prepared in (5) and the particles obtained in (4) above were added, and the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 60 minutes.
(9) The precursor of the particles deposited in the mixed liquid heated and stirred in the above (8) was separated by a membrane filter.
(10) The precursor of the particles separated in (9) above was fired at 400 ° C. to obtain spherical zinc oxide particles 4 having a profile of the type shown in FIG.

《球状酸化亜鉛粒子5の作製》
(1) 2.52mol/Lの尿素水溶液を1.0L用意した。
(2) 1.00mol/Lの硝酸亜鉛水溶液500mLに純水を加えて9Lとした。
(3) 0.05mol/Lの硝酸ガリウム水溶液500mLに上記(2)と純水を加えて9Lとした。
(4) 上記(3)で調製した硝酸ガリウム水溶液に、上記(1)で調製した尿素を添加し、90℃60分で加熱撹拌した。
(5) 上記(3)で加熱・撹拌した混合液中に析出した粒子をメンブランフィルターで分離した。
(6) 2.52mol/Lの尿素水溶液を1.0L用意した。
(7) 1.14mol/Lの硝酸亜鉛水溶液500mL用意した。
(8) 0.17mol/Lの硝酸ガリウム水溶液500mLに上記(7)と純水を加えて9Lとした。
(9) 上記(8)で調製した硝酸ガリウム水溶液に、上記(6)で調製した尿素と上記(4)で得られた粒子を添加し、90℃60分で加熱撹拌した。
(10) 上記(9)で加熱・撹拌した混合液中に析出した粒子の前駆体をメンブランフィルターで分離した。
(11) 上記(10)で分離した粒子の前駆体を400℃で焼成して、図2(b)に示すタイプのプロファイルを持つ球状酸化亜鉛粒子5を得た。
<< Preparation of spherical zinc oxide particles 5 >>
(1) 1.0 L of a 2.52 mol / L urea aqueous solution was prepared.
(2) Pure water was added to 500 mL of a 1.00 mol / L zinc nitrate aqueous solution to make 9 L.
(3) The above (2) and pure water were added to 500 mL of 0.05 mol / L gallium nitrate aqueous solution to make 9 L.
(4) The urea prepared in (1) above was added to the gallium nitrate aqueous solution prepared in (3) above, and heated and stirred at 90 ° C. for 60 minutes.
(5) The particles precipitated in the mixed solution heated and stirred in the above (3) were separated by a membrane filter.
(6) 1.0 L of a 2.52 mol / L urea aqueous solution was prepared.
(7) 1.14 mol / L zinc nitrate aqueous solution 500mL was prepared.
(8) The above (7) and pure water were added to 500 mL of a 0.17 mol / L gallium nitrate aqueous solution to make 9 L.
(9) To the gallium nitrate aqueous solution prepared in (8) above, the urea prepared in (6) above and the particles obtained in (4) above were added and heated and stirred at 90 ° C. for 60 minutes.
(10) The precursor of the particles precipitated in the mixed solution heated and stirred in the above (9) was separated by a membrane filter.
(11) The precursor of the particles separated in (10) above was fired at 400 ° C. to obtain spherical zinc oxide particles 5 having a profile of the type shown in FIG.

《球状酸化亜鉛粒子6の作製》
(1) 2.52mol/Lの尿素水溶液を1.00L用意した。
(2) 0.012mol/Lの硝酸ガリウム水溶液を500mL用意した。
(3) 1.14mol/Lの硝酸亜鉛水溶液500mLに上記(2)と純水を加えて9Lとした。
(4) 上記(3)で調製した硝酸亜鉛水溶液に、上記(1)で調製した尿素を添加し、90℃60分で加熱撹拌した。
(5) 上記(4)で加熱・撹拌した混合液中に析出した粒子をメンブランフィルターで分離した。
(6) 2.52mol/Lの尿素水溶液を1.0L用意した。
(7) 1.14mol/Lの硝酸亜鉛水溶液500mL用意した。
(8) 0.17mol/Lの硝酸ガリウム水溶液500mLに上記(7)と純水を加えて9Lとした。
(9) 上記(8)で調製した硝酸ガリウム水溶液に、上記(6)で調製した尿素と上記(5)で得られた粒子を添加し、90℃60分で加熱撹拌した。
(10) 上記(9)で加熱・撹拌した混合液中に析出した粒子の前駆体をメンブランフィルターで分離した。
(11) 上記(10)で分離した粒子の前駆体を400℃で焼成して、図2(b)に示すタイプのプロファイルを持つ球状酸化亜鉛粒子6を得た。
<< Preparation of spherical zinc oxide particles 6 >>
(1) 1.00 L of a 2.52 mol / L urea aqueous solution was prepared.
(2) 500 mL of 0.012 mol / L gallium nitrate aqueous solution was prepared.
(3) The above (2) and pure water were added to 500 mL of a 1.14 mol / L zinc nitrate aqueous solution to make 9 L.
(4) The urea prepared in (1) above was added to the zinc nitrate aqueous solution prepared in (3) above, and the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 60 minutes.
(5) The particles deposited in the mixed solution heated and stirred in the above (4) were separated by a membrane filter.
(6) 1.0 L of a 2.52 mol / L urea aqueous solution was prepared.
(7) 1.14 mol / L zinc nitrate aqueous solution 500mL was prepared.
(8) The above (7) and pure water were added to 500 mL of a 0.17 mol / L gallium nitrate aqueous solution to make 9 L.
(9) The urea prepared in (6) above and the particles obtained in (5) above were added to the gallium nitrate aqueous solution prepared in (8) above, and the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 60 minutes.
(10) The precursor of the particles precipitated in the mixed solution heated and stirred in the above (9) was separated by a membrane filter.
(11) The particle precursors separated in (10) above were fired at 400 ° C. to obtain spherical zinc oxide particles 6 having a profile of the type shown in FIG.

《球状酸化亜鉛粒子7の作製》
(1) 2.52mol/Lの尿素水溶液を1.0L用意した。
(2) 1.14mol/Lの硝酸亜鉛水溶液500mLに純水を加えて8Lとした。
(3) 上記(2)で調製した硝酸亜鉛水溶液に、上記(1)で調製した尿素を添加し、90℃まで加熱した。
(4) 上記(3)の分散溶液に、0.32mol/Lの硝酸亜鉛水溶液と0.25mol/Lの尿素水溶液をそれぞれ10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
(5) 60分添加した後、0.05mol/Lの硝酸ガリウム水溶液と0.25mol/Lの尿素水溶液をそれぞれ10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら60分添加した。
(6) 上記(5)で加熱・撹拌した混合液中に析出した粒子の前駆体をメンブランフィルターで分離した。
(7) 上記(6)で分離した粒子の前駆体を400℃で焼成して、図2(e)に示すタイプのプロファイルを持つ球状酸化亜鉛粒子7を得た。
<< Preparation of spherical zinc oxide particles 7 >>
(1) 1.0 L of a 2.52 mol / L urea aqueous solution was prepared.
(2) Pure water was added to 500 mL of a 1.14 mol / L zinc nitrate aqueous solution to make 8 L.
(3) The urea prepared in (1) above was added to the aqueous zinc nitrate solution prepared in (2) above and heated to 90 ° C.
(4) A 0.32 mol / L zinc nitrate aqueous solution and a 0.25 mol / L urea aqueous solution were added to the dispersion solution of (3) at 90 ° C. with heating and stirring at an addition rate of 10 mL / min.
(5) After adding for 60 minutes, 0.05 mol / L gallium nitrate aqueous solution and 0.25 mol / L urea aqueous solution were added at a rate of 10 mL / min for 60 minutes respectively while heating and stirring at 90 ° C.
(6) The precursor of the particles deposited in the mixed liquid heated and stirred in the above (5) was separated by a membrane filter.
(7) The precursor of the particles separated in (6) above was fired at 400 ° C. to obtain spherical zinc oxide particles 7 having a profile of the type shown in FIG.

《球状酸化亜鉛粒子8〜16の作製》
球状酸化亜鉛粒子2の作製において、Gaを表1に記載のドーパントに変え、同濃度のドーパントの硝酸水溶液を用いてそれぞれ作製した。
<< Preparation of Spherical Zinc Oxide Particles 8-16 >>
In preparation of the spherical zinc oxide particles 2, Ga was changed to the dopants shown in Table 1, and each was prepared using a nitric acid aqueous solution of the same concentration of the dopant.

《球状酸化亜鉛粒子17の作製》
(1) 2.52mol/Lの尿素水溶液を1.0L用意した。
(2) 1.14mol/Lの硝酸亜鉛水溶液500mLに純水を加えて8Lとした。
(3) 上記(2)で調製した硝酸亜鉛水溶液に、上記(1)で調製した尿素を添加し、90℃まで加熱した。
(4) 上記(3)の分散溶液に、0.15mol/Lの硝酸ガリウム水溶液と0.25mol/Lの尿素水溶液をそれぞれ10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら120分添加した。
(5) 上記(4)で加熱・撹拌した混合液中に析出した粒子の前駆体をメンブランフィルターで分離した。
(6) 上記(5)で分離した粒子の前駆体を400℃で焼成して、図2(g)に示すタイプのプロファイルを持つ球状酸化亜鉛粒子17を得た。
<< Preparation of spherical zinc oxide particles 17 >>
(1) 1.0 L of a 2.52 mol / L urea aqueous solution was prepared.
(2) Pure water was added to 500 mL of a 1.14 mol / L zinc nitrate aqueous solution to make 8 L.
(3) The urea prepared in (1) above was added to the aqueous zinc nitrate solution prepared in (2) above and heated to 90 ° C.
(4) Add 0.15 mol / L gallium nitrate aqueous solution and 0.25 mol / L urea aqueous solution to the dispersion solution of (3) above at a rate of 10 mL / min for 120 minutes while heating and stirring at 90 ° C. did.
(5) The precursor of the particle which precipitated in the liquid mixture heated and stirred by said (4) was isolate | separated with the membrane filter.
(6) The precursor of the particles separated in (5) above was fired at 400 ° C. to obtain spherical zinc oxide particles 17 having a profile of the type shown in FIG.

《球状酸化亜鉛粒子18の作製》
(1) 2.10mol/Lの尿素水溶液を1.00L用意した。
(2) 0.15mol/Lの硝酸ガリウム水溶液を500mL用意した。
(3) 1.0mol/Lの硝酸亜鉛水溶液500mLに純水を加えて8.5Lとした。
(4) 上記(3)で調製した硝酸亜鉛水溶液を90℃まで加熱した。
(5) 上記(4)で加熱した硝酸亜鉛水溶液に、上記(1)で用意した尿素水溶液と(2)で用意した硝酸ガリウム水溶液を添加し、1時間加熱・撹拌した。
(6) 上記(5)で加熱・撹拌した混合液中に析出した粒子の前駆体をメンブランフィルターで分離した。
(7) 上記(6)で分離した粒子の前駆体を400℃で焼成して球状酸化亜鉛粒子18を得た。
<< Preparation of spherical zinc oxide particles 18 >>
(1) 1.00 L of 2.10 mol / L urea aqueous solution was prepared.
(2) 500 mL of 0.15 mol / L gallium nitrate aqueous solution was prepared.
(3) Pure water was added to 500 mL of a 1.0 mol / L zinc nitrate aqueous solution to make 8.5 L.
(4) The zinc nitrate aqueous solution prepared in (3) above was heated to 90 ° C.
(5) The aqueous urea solution prepared in (1) and the aqueous gallium nitrate solution prepared in (2) were added to the aqueous zinc nitrate solution heated in (4) above, and the mixture was heated and stirred for 1 hour.
(6) The precursor of the particles deposited in the mixed liquid heated and stirred in the above (5) was separated by a membrane filter.
(7) The precursor of the particles separated in (6) above was fired at 400 ° C. to obtain spherical zinc oxide particles 18.

《球状酸化亜鉛粒子19の作製》
(1) 2.10mol/Lの尿素水溶液を1.00L用意した。
(2) 0.0045mol/Lの硝酸ガリウム水溶液を500mL用意した。
(3) 0.90mol/Lの硝酸亜鉛水溶液500mLに純水を加えて8.5Lとした。
(4) 上記(3)で調製した硝酸亜鉛水溶液を90℃まで加熱した。
(5) 上記(4)で加熱した硝酸亜鉛水溶液に、上記(1)で用意した尿素水溶液と(2)
で用意した硝酸ガリウム水溶液を添加し、1時間加熱・撹拌した。
(6) 上記(5)で加熱・撹拌した混合液中に析出した粒子の前駆体をメンブランフィルターで分離した。
(7) 上記(6)で分離した粒子の前駆体を400℃で焼成して球状酸化亜鉛粒子19を得た。
<< Preparation of spherical zinc oxide particles 19 >>
(1) 1.00 L of 2.10 mol / L urea aqueous solution was prepared.
(2) 500 mL of 0.0045 mol / L gallium nitrate aqueous solution was prepared.
(3) Pure water was added to 500 mL of a 0.90 mol / L zinc nitrate aqueous solution to make 8.5 L.
(4) The zinc nitrate aqueous solution prepared in (3) above was heated to 90 ° C.
(5) To the aqueous zinc nitrate solution heated in (4) above, the aqueous urea solution prepared in (1) above and (2)
The gallium nitrate aqueous solution prepared in step 1 was added, and the mixture was heated and stirred for 1 hour.
(6) The precursor of the particles deposited in the mixed liquid heated and stirred in the above (5) was separated by a membrane filter.
(7) The precursor of the particles separated in (6) above was fired at 400 ° C. to obtain spherical zinc oxide particles 19.

《球状酸化亜鉛粒子20の作製》
(1) 2.52mol/Lの尿素水溶液を1.0L用意した。
(2) 1.00mol/Lの硝酸亜鉛水溶液500mLに純水を加えて9Lとした。
(3) 上記(2)で調製した硝酸亜鉛水溶液に、上記(1)で調製した尿素を添加し、90℃60分で加熱撹拌した。
(4) 上記(3)で加熱・撹拌した混合液中に析出した粒子をメンブランフィルターで分離した。
(5) 2.52mol/Lの尿素水溶液を1.0L用意した。
(6) 1.12mol/Lの硝酸亜鉛水溶液500mL用意した。
(7) 0.23mol/Lの硝酸ガリウム水溶液500mLに上記(6)と純水を加えて9Lとした。
(8) 上記(7)で調製した硝酸ガリウム水溶液に、上記(5)で調製した尿素と上記(4)で得られた粒子を添加し、90℃60分で加熱撹拌した。
(9) 上記(8)で加熱・撹拌した混合液中に析出した粒子の前駆体をメンブランフィルターで分離した。
(10) 上記(9)で分離した粒子の前駆体を400℃で焼成して球状酸化亜鉛粒子20を得た。
<< Production of Spherical Zinc Oxide Particles 20 >>
(1) 1.0 L of a 2.52 mol / L urea aqueous solution was prepared.
(2) Pure water was added to 500 mL of a 1.00 mol / L zinc nitrate aqueous solution to make 9 L.
(3) The urea prepared in (1) above was added to the aqueous zinc nitrate solution prepared in (2) above, and the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 60 minutes.
(4) Particles precipitated in the mixed solution heated and stirred in the above (3) were separated by a membrane filter.
(5) 1.0 L of a 2.52 mol / L urea aqueous solution was prepared.
(6) 500 mL of 1.12 mol / L zinc nitrate aqueous solution was prepared.
(7) The above (6) and pure water were added to 500 mL of 0.23 mol / L gallium nitrate aqueous solution to make 9 L.
(8) The urea prepared in (5) above and the particles obtained in (4) above were added to the gallium nitrate aqueous solution prepared in (7) above, and the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 60 minutes.
(9) The precursor of the particles deposited in the mixed liquid heated and stirred in the above (8) was separated by a membrane filter.
(10) The precursor of the particles separated in (9) above was fired at 400 ° C. to obtain spherical zinc oxide particles 20.

《球状酸化亜鉛粒子の評価》
球状酸化亜鉛粒子の評価として、ドーパントの平均含有率、平均粒子径、粒子径変動係数(CV値)アスペクト比及びプラズモン強度評価を行った。
<< Evaluation of spherical zinc oxide particles >>
As the evaluation of the spherical zinc oxide particles, the average content of dopant, the average particle size, the particle size variation coefficient (CV value) aspect ratio and the plasmon strength were evaluated.

〈平均粒子径、粒子径変動係数(CV値)〉
粒子100個の走査型顕微鏡写真(SEM像)から平均粒子径及び粒子径分布の変動係数を求めた。100個の粒子について、撮影した粒子画像と等しい面積を有する円の直径を測長し、粒子の平均粒子径を求めた。粒子径分布変動係数は下記の式で求めた。
<Average particle size, particle size variation coefficient (CV value)>
The average particle size and the coefficient of variation of the particle size distribution were determined from a scanning micrograph (SEM image) of 100 particles. For 100 particles, the diameter of a circle having the same area as the photographed particle image was measured, and the average particle diameter of the particles was determined. The particle size distribution variation coefficient was determined by the following formula.

変動係数(%)=(粒子径分布の標準偏差/平均粒子径)×100
〈プラズモン強度評価〉
プラズモン強度評価は、赤外線センサーを作製し、プラズモン強度とプラズモン強度の入射光角度依存性を評価した。
Coefficient of variation (%) = (standard deviation of particle size distribution / average particle size) × 100
<Plasmon strength evaluation>
For the plasmon intensity evaluation, an infrared sensor was prepared, and the incident light angle dependency of the plasmon intensity and the plasmon intensity was evaluated.

作製した球状酸化亜鉛粒子5gを100mLの水に分散させ、ガラス基板上に滴下して乾燥後の厚さが1μmとなるようにして球状酸化亜鉛粒子を含有する層を検出部として作製した。これをプラズモンセンサーチップとした。   5 g of the produced spherical zinc oxide particles were dispersed in 100 mL of water, dropped onto a glass substrate, and a layer containing the spherical zinc oxide particles was produced as a detector so that the thickness after drying was 1 μm. This was used as a plasmon sensor chip.

〈球状酸化亜鉛粒子のドーパントの平均含有率〉
各球状酸化亜鉛粒子をランダムに5個採取して、日立ハイテクノロジーズ製 集束イオンビーム(FB−2000A)により断面加工を行い、粒子中心付近を通る面を切り出した。切断面より、日立ハイテクノロジーズ製 STEM−EDX(HD−2000)を使用して元素分析を行い、5個の平均値からコア・シェル構造を有する球状酸化亜鉛粒子のコアとシェルのドーパント含有率を測定した。
<Average dopant content of spherical zinc oxide particles>
Five spherical zinc oxide particles were randomly collected and subjected to cross-section processing using a focused ion beam (FB-2000A) manufactured by Hitachi High-Technologies, and a surface passing through the vicinity of the particle center was cut out. From the cut surface, elemental analysis was performed using STEM-EDX (HD-2000) manufactured by Hitachi High-Technologies, and the dopant content of the core and shell of spherical zinc oxide particles having a core / shell structure from the average value of 5 It was measured.

球状酸化亜鉛粒子全体のドーパント含有率については、各球状酸化亜鉛粒子について、球状酸化亜鉛粒子1gを硝酸にて可溶化した後、誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP−OES)で亜鉛、ガリウムの定量を行った。   Regarding the dopant content of the entire spherical zinc oxide particles, 1 g of spherical zinc oxide particles was solubilized with nitric acid for each spherical zinc oxide particle, and then zinc and gallium were measured with an inductively coupled plasma emission spectrometer (ICP-OES). Quantification was performed.

測定はマトリクスマッチングした検量線法で行い、内部標準としてY(イットリウム)を使用した。   The measurement was performed by a matrix-matched calibration curve method, and Y (yttrium) was used as an internal standard.

球状酸化亜鉛粒子の最表面から深さ10nmまでの表面部のドーパントの平均含有率については、ランダムに採取した5個の各球状酸化亜鉛粒子について、XPS表面分析装置(VGサイエンティフィックス社製ESCALAB−200R)を使用して、亜鉛、酸素、ガリウムの含有率の値を各々原子数濃度(atomic concentration:at%)として求め、その平均値を表面部のドーパントの平均含有率とした。   About the average content rate of the dopant of the surface part from the outermost surface of spherical zinc oxide particle to the depth of 10 nm, about each of the five spherical zinc oxide particles collected at random, XPS surface analyzer (ESCALAB made by VG Scientific) -200R), the content values of zinc, oxygen, and gallium were determined as atomic concentration (at%), respectively, and the average value was defined as the average content of dopant in the surface portion.

球状酸化亜鉛粒子の最表面から10nmより内部のドーパントの平均含有率については、球状酸化亜鉛粒子全体のドーパント含有率と球状酸化亜鉛粒子の最表面から深さ10nmまでの表面部のドーパントの平均含有率とから計算で求めた。   About the average content rate of the dopant inside from 10 nm from the outermost surface of the spherical zinc oxide particle, the dopant content rate of the entire spherical zinc oxide particle and the average content of the dopant in the surface portion from the outermost surface of the spherical zinc oxide particle to a depth of 10 nm It was calculated from the rate.

〈アスペクト比〉
各球状酸化亜鉛粒子について、走査型顕微鏡写真の撮影を行い、球状酸化亜鉛粒子100個を無作為に選択し、選択された各粒子の長径をa、短径をbとしたとき、a/bの値の平均値をアスペクト比として求めた。なお、各粒子について外接する長方形(「外接長方形」という。)を描いたとき、外接長方形の短辺及び長辺うち、最短の短辺の長さを短径とし、最長の長辺の長さを長径とした。
<aspect ratio>
For each spherical zinc oxide particle, a scanning micrograph was taken, and 100 spherical zinc oxide particles were randomly selected. When the major axis of each selected particle is a and the minor axis is b, a / b The average value was obtained as the aspect ratio. In addition, when drawing a circumscribing rectangle for each particle (referred to as “the circumscribing rectangle”), the shortest short side of the circumscribed rectangle is the shortest length, and the longest long side is the length. Was the major axis.

〈プラズモン共鳴強度評価〉
FT−IR装置(日本分光社製 FTIR−6000)を用いて水のプラズモン共鳴スペクトルを測定し、水分子のOH基の吸収である波長1500nmの吸収値を求めた。表の数値は1.00が最大で、大きい値であることがプラズモン共鳴強度が高いことを示している。
<Evaluation of plasmon resonance intensity>
The plasmon resonance spectrum of water was measured using an FT-IR apparatus (FTIR-6000 manufactured by JASCO Corporation), and an absorption value at a wavelength of 1500 nm, which is absorption of OH groups of water molecules, was obtained. As for the numerical value of the table, 1.00 is the maximum, and a large value indicates that the plasmon resonance intensity is high.

以上の結果を表1に示す。なお最表面から深さ10nmまでの表面部は「表面部」、最表面から10nmより内部は「内部」と略記した。   The results are shown in Table 1. The surface portion from the outermost surface to a depth of 10 nm is abbreviated as “surface portion”, and the inner portion from 10 nm from the outermost surface is abbreviated as “inner”.

Figure 2016222805
Figure 2016222805

表1より、球状酸化亜鉛粒子1〜17は、球状酸化亜鉛粒子18〜20に対してプラズモンセンサーチップに用いたとき、プラズモン共鳴強度が高いことがわかる。また、ドーパント濃度が、球状酸化亜鉛粒子の中心から表面に向かって高くなる濃度勾配を有する層を有する球状酸化亜鉛粒子番号7及び17をプラズモンセンサーチップに用いたとき、プラズモン共鳴強度が高いことがわかる。   From Table 1, it can be seen that the spherical zinc oxide particles 1 to 17 have high plasmon resonance intensity when used for the plasmon sensor chip with respect to the spherical zinc oxide particles 18 to 20. In addition, when spherical zinc oxide particles Nos. 7 and 17 having a layer having a concentration gradient in which the dopant concentration increases from the center of the spherical zinc oxide particle toward the surface, the plasmon resonance intensity is high. Recognize.

1 球状酸化亜鉛粒子
2 最表面から深さ10nmまでの表面部
3 最表面から10nmより内部
4 コア層
5 シェル層
6 濃度勾配を有する層
11 プラズモンセンサー
12 基板
13 球状酸化亜鉛粒子を含有する検出部
14 プラズモンセンサーチップ
15 光学プリズム
16 光源
17 偏光板
18 取付け部
19 被検物
20 受光部
θ 入射角
θ 反射角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spherical zinc oxide particle 2 Surface part from outermost surface to depth 10nm 3 Inner than 10nm from outermost surface 4 Core layer 5 Shell layer 6 Layer with concentration gradient 11 Plasmon sensor 12 Substrate 13 Detection part containing spherical zinc oxide particle 14 Plasmon sensor chip 15 Optical prism 16 Light source 17 Polarizing plate 18 Mounting portion 19 Test object 20 Light receiving portion θ 1 Incident angle θ 2 Reflection angle

Claims (9)

ドーパントを含有する球状酸化亜鉛粒子であって、前記ドーパントがガリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジム、サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ニオブ、イッテルビウム及びインジウムからなる群より選ばれるドーパントであり、前記球状酸化亜鉛粒子の最表面から深さ10nmまでの表面部の前記ドーパントの平均含有率が、前記最表面から10nmより内部の前記ドーパントの平均含有率よりも高く、かつ前記表面部の前記ドーパントの平均含有率が、0.5〜15モル%の範囲内であることを特徴とする球状酸化亜鉛粒子。   Spherical zinc oxide particles containing a dopant, wherein the dopant is a dopant selected from the group consisting of gallium, europium, cerium, praseodymium, samarium, gadolinium, terbium, niobium, ytterbium and indium, The average content of the dopant in the surface portion from the outermost surface to a depth of 10 nm is higher than the average content of the dopant inside from 10 nm from the outermost surface, and the average content of the dopant in the surface portion is Spherical zinc oxide particles characterized by being in the range of 0.5 to 15 mol%. 前記球状酸化亜鉛粒子がコア層及びシェル層からなるコア・シェル構造を有し、当該ドーパントのシェル層における平均含有率がコア層における平均含有率よりも高いことを特徴とする請求項1に記載の球状酸化亜鉛粒子。   The spherical zinc oxide particles have a core / shell structure including a core layer and a shell layer, and the average content of the dopant in the shell layer is higher than the average content in the core layer. Spherical zinc oxide particles. 前記球状酸化亜鉛粒子における前記ドーパントの濃度が、球状酸化亜鉛粒子の中心から表面に向かって高くなる濃度勾配を有する層を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の球状酸化亜鉛粒子。   3. The spherical zinc oxide according to claim 1, comprising a layer having a concentration gradient in which the concentration of the dopant in the spherical zinc oxide particles increases from the center to the surface of the spherical zinc oxide particles. particle. 前記球状酸化亜鉛粒子の最表面から深さ10nmまでの表面部の前記ドーパントの平均含有率が、11〜13モル%の範囲内であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の球状酸化亜鉛粒子。   The average content of the dopant in the surface portion from the outermost surface of the spherical zinc oxide particle to a depth of 10 nm is in the range of 11 to 13 mol%, wherein any one of claims 1 to 3 The spherical zinc oxide particles according to claim 1. 前記コア層における前記ドーパントの平均含有率が、0〜5モル%の範囲内であることを特徴とする請求項2から請求項4までのいずれか一項に記載の球状酸化亜鉛粒子。   The spherical zinc oxide particles according to any one of claims 2 to 4, wherein an average content of the dopant in the core layer is in a range of 0 to 5 mol%. 平均粒子径が50〜5000nmの範囲内であることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の球状酸化亜鉛粒子。   6. The spherical zinc oxide particles according to any one of claims 1 to 5, wherein an average particle diameter is in a range of 50 to 5000 nm. 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の球状酸化亜鉛粒子を製造する球状酸化亜鉛粒子の製造方法であって、
前記ドーパントの水溶液と亜鉛水溶液と尿素類水溶液とを混合して、前記球状酸化亜鉛粒子の最表面から深さ10nmまでの表面部の前記ドーパントの平均含有率が、前記最表面から10nmより内部の前記ドーパントの平均含有率よりも高い球状酸化亜鉛粒子の、亜鉛系化合物前駆体粒子を形成する工程と
前記亜鉛系化合物前駆体粒子を焼成して球状酸化亜鉛粒子を得る工程と、を有することを特徴とする球状酸化亜鉛粒子の製造方法。
A method for producing spherical zinc oxide particles for producing the spherical zinc oxide particles according to any one of claims 1 to 6,
By mixing an aqueous solution of the dopant, an aqueous zinc solution, and an aqueous urea solution, the average content of the dopant in the surface portion from the outermost surface of the spherical zinc oxide particles to a depth of 10 nm is less than 10 nm from the outermost surface. A step of forming zinc-based compound precursor particles of spherical zinc oxide particles higher than the average content of the dopant, and a step of firing the zinc-based compound precursor particles to obtain spherical zinc oxide particles. A method for producing spherical zinc oxide particles.
前記亜鉛系化合物前駆体粒子を形成する工程において、ドーパントの水溶液を尿素類水溶液と、亜鉛水溶液又はドーパントの水溶液の少なくともいずれかが混合した液に連続添加し、球状酸化亜鉛粒子の中心から表面に向かって高くなる濃度勾配を有する層を形成することを特徴とする請求項7に記載の球状酸化亜鉛粒子の製造方法。   In the step of forming the zinc-based compound precursor particles, an aqueous solution of the dopant is continuously added to a solution obtained by mixing an aqueous urea solution and at least one of an aqueous zinc solution or an aqueous solution of the dopant, from the center of the spherical zinc oxide particles to the surface. The method for producing spherical zinc oxide particles according to claim 7, wherein a layer having a concentration gradient that becomes higher is formed. 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の球状酸化亜鉛粒子を含有する検出部及び基板を有することを特徴とするとするプラズモンセンサーチップ。   A plasmon sensor chip comprising a detection part and a substrate containing the spherical zinc oxide particles according to any one of claims 1 to 6.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3342755A4 (en) * 2015-08-28 2019-05-01 Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. Zinc oxide powder, dispersion, composition, and cosmetic

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05502011A (en) * 1990-07-24 1993-04-15 サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィク(セ.エヌ.エル.エス.) Method for producing activated zinc oxide powder and obtained powder
JP2006298749A (en) * 2005-03-22 2006-11-02 Toshiba Lighting & Technology Corp Ultraviolet cut material, ultraviolet cut filter, tube-bulb, and lighting apparatus
JP2007525397A (en) * 2004-01-28 2007-09-06 オクソニカ リミテッド Novel particles and compositions
CN102320648A (en) * 2011-08-15 2012-01-18 天津理工大学 Preparation method and application of lanthanum ion-doped zinc oxide porous hollow sphere
JP2016013953A (en) * 2014-07-03 2016-01-28 メルテックス株式会社 Method for producing conductive inorganic oxide particles, and conductive inorganic oxide powder composed of conductive inorganic oxide particles obtained by the production method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05502011A (en) * 1990-07-24 1993-04-15 サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィク(セ.エヌ.エル.エス.) Method for producing activated zinc oxide powder and obtained powder
JP2007525397A (en) * 2004-01-28 2007-09-06 オクソニカ リミテッド Novel particles and compositions
JP2006298749A (en) * 2005-03-22 2006-11-02 Toshiba Lighting & Technology Corp Ultraviolet cut material, ultraviolet cut filter, tube-bulb, and lighting apparatus
CN102320648A (en) * 2011-08-15 2012-01-18 天津理工大学 Preparation method and application of lanthanum ion-doped zinc oxide porous hollow sphere
JP2016013953A (en) * 2014-07-03 2016-01-28 メルテックス株式会社 Method for producing conductive inorganic oxide particles, and conductive inorganic oxide powder composed of conductive inorganic oxide particles obtained by the production method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3342755A4 (en) * 2015-08-28 2019-05-01 Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. Zinc oxide powder, dispersion, composition, and cosmetic

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