JP4877806B2 - Polymer multi-stage nanowire and starburst type nanoparticle and production method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、2種類以上の異なる高分子材料から成る高分子多段ナノワイヤー及び複数のナノワイヤーが放射状に結合したスターバースト型(星型)ナノ粒子、並びに、高分子多段ナノワイヤー及びスターバースト型ナノ粒子を、簡便・自由に設計・制御・作製する方法に関するものである。 The present invention relates to a polymer multistage nanowire composed of two or more different polymer materials, a starburst type (star) nanoparticle in which a plurality of nanowires are radially bonded, and a polymer multistage nanowire and a starburst type. The present invention relates to a method for designing, controlling and producing nanoparticles easily and freely.
近年急速に発展するナノ構造材料は、IT分野、医療分野、環境分野などの幅広い分野における応用が期待されており、現在世界各国においてナノサイエンスの研究がなされている。その多くは、形成手法として、原子・分子の自己配列・組織化の利用といったボトムアップや、半導体リソグラフィに代表されるトップダウン的手法を利用したものである(例えば、非特許文献1参照)。 Nanostructured materials that have been rapidly developed in recent years are expected to be applied in a wide range of fields such as the IT field, the medical field, and the environmental field, and nanoscience research is currently being conducted in various countries around the world. Many of them use a bottom-up method such as the use of self-arrangement / organization of atoms / molecules or a top-down method represented by semiconductor lithography as a forming method (see, for example, Non-Patent Document 1).
ナノ構造材料として代表的なナノワイヤー(ナノファイバー)やナノチューブは、エレクトロスピニング法、超分子自己集積法、テンプレート重合紡糸法、バイオナノファイバー誘導形成法などにより製造される。しかし、ナノワイヤーの形成数、直径、長さ、あるいは形状等を任意に制御することは難しく、量産も困難であった。 Nanowires (nanofibers) and nanotubes that are typical nanostructured materials are produced by electrospinning, supramolecular self-assembly, template polymerization spinning, bio-nanofiber induced formation, and the like. However, it is difficult to arbitrarily control the number of nanowires formed, diameter, length, shape, etc., and mass production is also difficult.
また、近年、半径が数〜数十ナノメーターのナノワイヤーを作製する技術が研究・提供されつつある。しかし、これらの技術においても未だ一種類の物質による作製法に留まっているのが現状であり、複数の構成物質から構成されるナノワイヤーへの適用はなされていなかった。
このように、従来技術において形成されるナノワイヤー(ナノファイバー)やナノチューブは1種類の物質から作製されており、複数の物質を組み合わせて長さ、直径等を精密に制御すると同時に、複数の物質の接続順や接続数を任意に制御することはできなかった。 In this way, the nanowires (nanofibers) and nanotubes formed in the prior art are made from a single type of material, and multiple materials are combined to precisely control length, diameter, etc. The order of connections and the number of connections could not be controlled arbitrarily.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、2種類以上の異なる高分子材料から成る高分子多段ナノワイヤー及び複数のナノワイヤーが放射状に結合したスターバースト型(星型)ナノ粒子を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a polymer multistage nanowire made of two or more different polymer materials and a starburst type in which a plurality of nanowires are radially coupled (star Type) to provide nanoparticles.
また、本発明の他の目的は、高分子多段ナノワイヤー及びスターバースト型ナノ粒子を、簡便・自由に設計・制御・作製する方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a method for designing, controlling and producing polymer multi-stage nanowires and starburst nanoparticles in a simple and free manner.
本発明の高分子多段ナノワイヤーは、直径が1nm〜50nmである円筒状の高分子材料が2種類以上、直列に接続されていること、又は直径が1nm〜50nmである円筒状の高分子材料が2種類以上、リング状に接続されていることを特徴とする。 The polymer multi-stage nanowire of the present invention has two or more kinds of cylindrical polymer materials having a diameter of 1 nm to 50 nm, connected in series, or a cylindrical polymer material having a diameter of 1 nm to 50 nm. Are characterized in that two or more are connected in a ring shape.
本発明のスターバースト型ナノ粒子は、直径が1nm〜50nmである円筒状の高分子材料が放射状に接続されていることを特徴とする。 The starburst type nanoparticles of the present invention are characterized in that cylindrical polymer materials having a diameter of 1 nm to 50 nm are radially connected.
本発明の高分子多段ナノワイヤーの製造方法は、基板上に、異なる高分子材料を2種以上積層して高分子多層膜を形成する工程と、前記高分子多層膜にイオンビームを照射することにより、前記照射の方向に、2種以上の高分子材料の円筒状架橋部分が直列に接続された円筒状の架橋部分と、それ以外の未架橋部分を形成する工程と、前記未架橋部を溶媒により除去する工程と、を備えることを特徴とする。 The method for producing a polymer multi-stage nanowire according to the present invention includes a step of laminating two or more different polymer materials on a substrate to form a polymer multilayer film, and irradiating the polymer multilayer film with an ion beam. A step of forming a cylindrical cross-linked portion in which cylindrical cross-linked portions of two or more polymer materials are connected in series in the direction of irradiation, and other uncross-linked portions; and And a step of removing with a solvent.
また、本発明の高分子多段ナノワイヤーの製造方法は、基板上に、異なる高分子材料を2種以上積層して高分子多層膜を形成する工程と、前記高分子多層膜にイオンビームを照射することにより、前記照射の方向に、2種以上の高分子材料の円筒状架橋部分が直列に接続された円筒状の架橋部分と、それ以外の未架橋部分を形成する工程と、前記未架橋部を溶媒により除去すると共に、特定の架橋部を選択的に凝集させて前記円筒状の架橋部分の両端をリング状に接続する工程と、を備えることを特徴とする。 In addition, the method for producing a polymer multi-stage nanowire according to the present invention includes a step of laminating two or more different polymer materials on a substrate to form a polymer multilayer film, and irradiating the polymer multilayer film with an ion beam. A step of forming a cylindrical cross-linked portion in which cylindrical cross-linked portions of two or more kinds of polymer materials are connected in series in the direction of irradiation, and other non-cross-linked portions; And a step of selectively aggregating a specific cross-linked portion and connecting both ends of the cylindrical cross-linked portion in a ring shape.
前記高分子多層膜の厚さを制御することによって、前記円筒状の架橋部分の長さを制御することができる。また、前記高分子材料の分子量を大きくすること、又は前記イオンビームのエネルギー付与率を大きくすることによって、前記円筒状の架橋部分の直径を大きくすることもできる。 By controlling the thickness of the polymer multilayer film, the length of the cylindrical cross-linked portion can be controlled. In addition, the diameter of the cylindrical cross-linked portion can be increased by increasing the molecular weight of the polymer material or increasing the energy application rate of the ion beam.
前記特定の架橋部を選択的に凝集させることは、親水性の架橋部であれば疎水性の溶媒で、疎水性の架橋部であれば親水性の溶媒に浸すことによって行うことができる。 The specific cross-linking portion can be selectively aggregated by soaking in a hydrophobic solvent if it is a hydrophilic cross-linking portion, or by immersing it in a hydrophilic solvent if it is a hydrophobic cross-linking portion.
また、本発明のスターバースト型ナノ粒子の製造方法は、基板上に、異なる高分子材料を2種以上積層して高分子多層膜を形成する工程と、前記高分子多層膜にイオンビームを照射することにより、前記照射の方向に、複数の円筒状の架橋部分と、それ以外の未架橋部分を形成する工程と、前記未架橋部を溶媒により除去すると共に、特定の架橋部を選択的に凝集させて複数の前記円筒状の架橋部分を放射状に接続する工程と、を備えることを特徴とする。 The method for producing starburst nanoparticles of the present invention comprises a step of forming a polymer multilayer film by laminating two or more different polymer materials on a substrate, and irradiating the polymer multilayer film with an ion beam. A plurality of cylindrical cross-linked portions and other uncross-linked portions in the direction of irradiation, and removing the non-cross-linked portions with a solvent and selectively a specific cross-linked portion. And a step of agglomerating and connecting the plurality of cylindrical cross-linking portions radially.
前記高分子多層膜の厚さを制御することによって、前記円筒状の架橋部分の長さを制御することができる。また、前記高分子材料の分子量を大きくすること、又は前記イオンビームのエネルギー付与率を大きくすることによって、前記円筒状の架橋部分の直径を大きくすることもできる。更に、前記特定の架橋部を選択的に凝集させることは、親水性の架橋部であれば疎水性の溶媒で、疎水性の架橋部であれば親水性の溶媒に浸すことによって行うことができる。 By controlling the thickness of the polymer multilayer film, the length of the cylindrical cross-linked portion can be controlled. In addition, the diameter of the cylindrical cross-linked portion can be increased by increasing the molecular weight of the polymer material or increasing the energy application rate of the ion beam. Further, the specific cross-linking portion can be selectively aggregated by immersing in a hydrophobic solvent if it is a hydrophilic cross-linking portion and in a hydrophilic solvent if it is a hydrophobic cross-linking portion. .
本発明によれば、2種類以上の異なる高分子材料から成る高分子多段ナノワイヤー及び複数のナノワイヤーが放射状に結合したスターバースト型(星型)ナノ粒子を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the starburst type | mold (star-shaped) nanoparticle which the polymer multistage nanowire which consists of two or more types of different polymer materials, and several nanowire couple | bonded radially can be provided.
また、本発明によれば、2種類以上の異なる高分子材料を積層した多層膜を用いることにより、溶媒との相互作用を利用し、特定の架橋部の選択的凝集性から、高分子多段ナノワイヤー及び複数のナノワイヤーが放射状に結合したスターバースト型ナノ粒子の形状を設計・制御しつつ、製造することが可能となる。 In addition, according to the present invention, by using a multilayer film in which two or more different polymer materials are laminated, interaction with a solvent is used, and from the selective aggregation property of a specific cross-linked portion, the polymer multi-stage nano It is possible to manufacture while designing and controlling the shape of the starburst nanoparticle in which a wire and a plurality of nanowires are radially bonded.
本発明者らは、高分子単層薄膜中にイオンビームを照射すると、その飛跡に沿ってイオンのエネルギーが付与された円柱状の領域内で高分子の架橋反応が引き起こされ、円柱状の架橋部となって溶媒に不溶となるため、未架橋部を溶媒で分離することにより、長さや直径が均一なナノワイヤーが形成されることを既に見出している。
The present inventors have found that when an ion beam is irradiated on the polymer monolayer thin film, polymer crosslinking reaction is caused in the cylindrical realm of energy of the ions has been applied along its track, cylindrical Since it becomes a bridge | crosslinking part and becomes insoluble in a solvent, it has already discovered that nanowire with uniform length and a diameter is formed by isolate | separating an unbridged part with a solvent.
本発明者らは、更なる研究により、今回、親水性高分子材料と疎水性高分子材料を交互に積層して高分子多層膜を作製し、イオンビームを照射すると、親水性と疎水性の円筒架橋部を交互に直列接続した多段ナノワイヤーを形成することができ、これを特定の溶媒中で凝集させることにより、複数本のナノワイヤーが放射状に接続された星型形状(スターバースト型ナノ粒子)を形成することも可能であることを見出した。 As a result of further research, the present inventors have produced a polymer multilayer film by alternately laminating a hydrophilic polymer material and a hydrophobic polymer material and irradiating with an ion beam. Multi-stage nanowires in which cylindrical bridges are alternately connected in series can be formed, and by agglomerating them in a specific solvent, a star shape (starburst nanowires) in which multiple nanowires are connected radially It has been found that it is also possible to form particles).
この際、積層する高分子層の順序や積層数を適切に選ぶことで、任意の数の円筒架橋部を直列に接続できると共に、積層する高分子材料の種類を選択することにより、選択した高分子材料に特有な機能を有する円筒架橋部を直列に接続した高分子多段ナノワイヤーを作製することが可能になることが分かった。 At this time, by appropriately selecting the order of the polymer layers to be laminated and the number of laminated layers, any number of cylindrical cross-linking portions can be connected in series, and by selecting the type of polymer material to be laminated, It turned out that it becomes possible to produce the polymer multistage nanowire which connected the cylindrical bridge | crosslinking part which has a function peculiar to molecular material in series.
また、本発明者らは、高分子材料の分子量が大きいほど、或いはイオンビームに対する架橋効率が高いほど円筒架橋部の直径が増大することを見出した。これを利用して、高分子多段ナノワイヤーの各円筒架橋部の直径を制御することが可能となる。更に、それぞれの高分子薄膜の厚さにより多段ナノワイヤーのそれぞれの円筒架橋部の長さを制御することも可能となる。 The present inventors have also found that the diameter of the cylindrical cross-linking portion increases as the molecular weight of the polymer material increases or as the cross-linking efficiency for the ion beam increases. By utilizing this, it becomes possible to control the diameter of each cylindrical cross-linked portion of the polymer multistage nanowire. Furthermore, it becomes possible to control the length of each cylindrical bridge portion of the multi-stage nanowire by the thickness of each polymer thin film.
即ち、高分子多段ナノワイヤーは、個々のイオンに対応して形成されるので、その数はイオンビームの線量(照射粒子数)に比例し、形成されたナノワイヤーの単位面積あたりの形成数が増大すれば、それぞれのワイヤー同士の平均距離が小さくなり、凝集により接続される高分子多段ナノワイヤー数が増加することが分かった。従って、イオンビームの照射量によりスターバースト型ナノ粒子に放射状に接続されるナノワイヤー数の制御が可能である。 That is, since the polymer multistage nanowires are formed corresponding to individual ions, the number is proportional to the ion beam dose (number of irradiated particles), and the number of nanowires formed per unit area is It has been found that the average distance between the wires decreases as the number increases, and the number of polymer multi-stage nanowires connected by aggregation increases. Therefore, it is possible to control the number of nanowires that are radially connected to the starburst nanoparticles according to the irradiation amount of the ion beam.
ナノワイヤーは、一般的に、(1)カーボンナノチューブのように構造そのものに特徴がある、(2)薄膜等に比べ表面積が数百倍となるためセンサーチップや触媒等の大幅な性能向上が期待できる、(3)従来のミクロフィルターでは除去不可能な100nmから1μmの粒子を除去できる、等の特長を有しているため、微細電極、電子ペーパーのようなIT分野、DDS、細菌防御フィルター等のバイオ分野、有害物質除去フィルター等の環境分野へ幅広く応用できる。 Nanowires are generally characterized by (1) the structure itself, like carbon nanotubes, and (2) the surface area is several hundred times larger than thin films, etc. (3) Because it has features such as removal of particles from 100 nm to 1 μm that cannot be removed by conventional microfilters, IT fields such as microelectrodes and electronic paper, DDS, bacteria protection filters, etc. It can be widely applied to environmental fields such as biotechnology fields and harmful substance removal filters.
本発明では、多段及びスターバースト構造において、このナノワイヤーを異なる機能を有する複数の物質から構成することが可能となるため、上記の特性を複数同時に満たす、たとえばフィルター機能+触媒機能など、多機能を有するナノワイヤーを単純な製造法で合成できるようになる。 In the present invention, in a multistage and starburst structure, the nanowire can be composed of a plurality of substances having different functions, so that a plurality of the above characteristics can be satisfied at the same time, such as a filter function + a catalyst function. It becomes possible to synthesize nanowires having a simple manufacturing method.
(高分子多段ナノワイヤーの製造方法)
図1及び図2を参照して、本発明に係る高分子多段ナノワイヤーの製造方法の一例を説明する。
(Manufacturing method of polymer multi-stage nanowire)
With reference to FIG.1 and FIG.2, an example of the manufacturing method of the polymeric multistage nanowire which concerns on this invention is demonstrated.
最初に、Si等の平滑基板1を用意し(図1工程a、図2a)、この平滑基板1上に、多層の高分子薄膜を作製する。多層の高分子薄膜の形成は、まず、高分子材料Aを溶かした溶媒をスピンコート、ディッピングなどの手法を用いてSi等の平滑基板1上に塗布して、高分子薄膜Aの第1層3を作製する。次に、上記の方法と同様にして、第1層3を溶解しない溶媒に第2層目の高分子材料Bを溶かし、第1層3の表面に同様な手法で高分子薄膜Bの第2層5を作製する。更に、高分子材料Cを溶かす溶媒を選び、同様にして、高分子薄膜Cの第3層7を積層していく(図1工程b、図2a参照)。
First, a
なお、基板上にナノワイヤーの一端を固定しようとする揚合は、イオンビームが高分子多層薄膜を完全に貫通して基板まで到達するよう、高分子多層膜厚をイオンビームの飛程より小さくなるよう制御する。 In addition, when trying to fix one end of the nanowire on the substrate, the thickness of the polymer multilayer is made smaller than the range of the ion beam so that the ion beam completely penetrates the polymer multilayer thin film and reaches the substrate. Control to be.
次に、第3層7の上方からイオンビーム照射により、円筒架橋部3a、5a、7a及び円筒架橋部以外の未架橋部3b、5b、7bを形成する(図1工程c、図2b)。照射量は、ワイヤーの直径に関係するために一概には言えないが、1×1012ions/cm2以下であることが好ましい。1×1012ions/cm2を越えるとワイヤー自体が重なり合って1本毎に分離できなくなる。照射後、円筒架橋部以外の未架橋部3b、5b、7bを溶媒9により洗浄して溶媒9中の溶質3c、5c、7cとして除去することにより直径が1nm〜50nmである円筒状の高分子材料が2種類以上直列に接続された高分子多段ナノワイヤーが得られる(図1工程d、図2c)。この溶媒としては、テトラヒドロフラン、トルエン、ベンゼン、シクロヘキサン、ノルマルヘキサン、キシレン等の非極性溶媒及びメクノール、イソプロピルアルコール等の極性溶媒を単独もしくは、混合したものが適用可能である。
Next, the
上記溶媒洗浄の際に、円筒架橋部5aが親水性であれば疎水性の溶媒で、あるいは、疎水性であれば親水性の溶媒に浸すことにより、凝集体5dとして凝集させて、円筒架橋部3aと円筒架橋部7aとを接続することができる(図1工程e、図2d)。
When the
(スターバースト型ナノ粒子の製造方法)
次に、図3及び図4を参照して、本発明に係る高分子多段ナノワイヤーの製造方法の一例を説明する。
(Production method of starburst type nanoparticles)
Next, with reference to FIG. 3 and FIG. 4, an example of the manufacturing method of the polymeric multistage nanowire which concerns on this invention is demonstrated.
最初に、Si等の平滑基板11を用意し(図3工程a、図4a)、この平滑基板11上に、多層の高分子薄膜を作製する。多層の高分子薄膜の形成は、まず、高分子材料Aを溶かした溶媒をスピンコート、ディッピングなどの手法を用いてSi等の平滑基板11上に塗布して、高分子薄膜Aの第1層13を作製する。次に、上記の方法と同様にして、第1層13を溶解しない溶媒に第2層目の高分子材料Bを溶かし、第1層13の表面に同様な手法で高分子薄膜Bの第2層15を作製する。更に、高分子材料Cを溶かす溶媒を選び、同様にして、高分子薄膜Cの第3層17を積層していく(図3工程b、図4a参照)。
First, a
なお、基板上にナノワイヤーの一端を固定しようとする揚合は、イオンビームが高分子多層薄膜を完全に貫通して基板まで到達するよう、高分子多層膜厚をイオンビームの飛程より小さくなるよう制御する。 In addition, when trying to fix one end of the nanowire on the substrate, the thickness of the polymer multilayer is made smaller than the range of the ion beam so that the ion beam completely penetrates the polymer multilayer thin film and reaches the substrate. Control to be.
次に、第3層17の上方からイオンビーム照射により、円筒架橋部13a、15a、17a及び円筒架橋部以外の未架橋部13b、15b、17bを形成する(図3工程c、図4b)。照射量は、スターバースト型ナノ粒子を形成するためには、5×109ions/cm2以上とすることが好ましい。照射後、円筒架橋部以外の未架橋部13b、15b、17bを溶媒19により洗浄して溶媒19中の溶質13c、15c、17cとして除去する(図3工程d、図4c)。この溶媒としては、テトラヒドロフラン、トルエン、ベンゼン、シクロヘキサン、ノルマルヘキサン、キシレン等の非極性溶媒及びメタノール、イソプロピルアルコール等の極性溶媒を単独もしくは、混合したものが適用可能である。
Next, the
上記溶媒洗浄の際に、円筒架橋部15aが親水性であれば疎水性の溶媒で、あるいは、疎水性であれば親水性の溶媒に浸すことにより、凝集体15dとして凝集させることにより、直径が1nm〜50nmである円筒状の高分子材料が放射状に接続されたスターバースト型ナノ粒子が得られる(図3工程e、図4d)。
なお、上記照射において、5×109ions/cm2未満とすると、直径が1nm〜50nmである円筒状の高分子材料が2種類以上リング状に接続された高分子多段ナノワイヤーが得られるが、凝集に時間を掛けることにより、3本程度の円筒状の高分子材料からなるスターバースト型ナノ粒子を得ることもできる。
When the
When the irradiation is less than 5 × 10 9 ions / cm 2, a polymer multi-stage nanowire in which two or more cylindrical polymer materials having a diameter of 1 nm to 50 nm are connected in a ring shape can be obtained. By taking time for aggregation, it is also possible to obtain starburst type nanoparticles composed of about three cylindrical polymer materials.
(高分子多段ナノワイヤーの作製)
まず、高分子薄膜Aとして有機ケイ素高分子材料であるポリメチルフェニルシラン(PMPS)を、高分子薄膜Bとして炭素・ケイ素高分子材料のポリカルボシラン(PCS)を、高分子薄膜Cとして側鎖に水酸基を持つ炭素骨格高分子のポリヒドロキシスチレン(PHS)を用い、PMPSとPCSをトルエンに、PHSをイソプロピルアルコールに溶かして5wt%溶液とした。
(Production of polymer multi-stage nanowires)
First, polymethylphenylsilane (PMPS), which is an organosilicon polymer material, is used as the polymer thin film A, polycarbosilane (PCS), which is a carbon / silicon polymer material, is used as the polymer thin film B, and side chains are used as the polymer thin film C. Polyhydroxystyrene (PHS), a carbon skeleton polymer having a hydroxyl group, was used, and PMPS and PCS were dissolved in toluene and PHS was dissolved in isopropyl alcohol to obtain a 5 wt% solution.
次に、図2に示す平滑基板1としてシリコンウェハを用い、その表面にPMPSをスピンコート法により塗布し薄膜化して第1層3を形成した後、その上にPHSからなる第2層5を、さらにPCSからなる第3層7を同様に薄膜化して積層し、それぞれ、厚さ〜1000nmの3層膜を形成した。得られた高分子多層膜基板を真空照射チェンバー内に設置し、サイクロトロンからのイオンビームを均一にスキャンしながら照射し、イオンビームの貫通飛跡に沿って円筒架橋部3a,5a,7aを形成した。更に、円筒架橋部以外の未架橋部3b,5b,7bを、トルエンとイソプロピルアルコールの2:1の混合溶媒を用いて除去すると同時に、PHSからなる円筒架橋部5aのみを凝集し、図2(d)で示すような中間部の円筒架橋部のみが凝集した多段ナノワイヤーを得た。
Next, a silicon wafer is used as the smoothing
(スターバースト型ナノ粒子の作製)
次に、実施例1と同様にしてPMPS、PCS、PHSを用意し、図4に示す平滑基板11としてシリコンウェハを用い、その表面にPMPSをスピンコート法により塗布し薄膜化して第1層13を形成した後、その上にPHSからなる第2層15を、さらにPCSからなる第3層17を同様に薄膜化して積層し、それぞれ、厚さ〜1000nmの3層膜を形成した。得られた高分子多層膜基板を真空照射チェンバー内に設置し、サイクロトロンからのイオンビームを均一にスキャンしながら照射し、イオンビームの貫通飛跡に沿って円筒架橋部13a,15a,17aを形成した。更に、円筒架橋部以外の未架橋部13b,15b,17bを、トルエンとイソプロピルアルコールの2:1の混合溶媒を用いて除去すると同時に、PHSからなる円筒架橋部15aのみを凝集させた。
(Production of starburst type nanoparticles)
Next, PMPS, PCS, and PHS are prepared in the same manner as in Example 1. A silicon wafer is used as the
この場合、多段ナノワイヤーが相互に近接しているので、近接する多段ナノワイヤーが凝集により互いに接続され、図4(d)で示すような凝集部を中心として複数本のナノワイヤーが放射状に接続されたスターバースト型ナノ粒子が形成された。 In this case, since the multistage nanowires are close to each other, the adjacent multistage nanowires are connected to each other by aggregation, and a plurality of nanowires are connected radially around the aggregated portion as shown in FIG. Starburst nanoparticles were formed.
(イオンビーム線量と多段高分子ナノワイヤーの形成数との関係)
照射するイオンビームの線量(照射粒子数)と多段高分子ナノワイヤーの形成数との関係について調べた。
(Relationship between ion beam dose and number of multi-stage polymer nanowires formed)
The relationship between the dose of irradiated ion beam (number of irradiated particles) and the number of multistage polymer nanowires formed was investigated.
図5に、照射するイオンビームの線量を、低線量(1.1×109ions/cm2)、中線量(5.3×109ions/cm2)、高線量(1.0×1010ions/cm2)と変化させた場合のナノ粒子の形状との関係を示す。 In FIG. 5, the dose of the ion beam to irradiate is low dose (1.1 × 10 9 ions / cm 2 ), medium dose (5.3 × 10 9 ions / cm 2 ), high dose (1.0 × 10 10 10 ions / cm 2 ) and the relationship with the shape of the nanoparticles when changed.
図5に示すように、高線量になるほど、多数のナノワイヤーが放射状に接続されたスターバースト型ナノ粒子が形成できることが分かる。 As shown in FIG. 5, it can be seen that the higher the dose, the more the starburst nanoparticles in which a large number of nanowires are radially connected can be formed.
即ち、イオン照射による円筒架橋部から形成される多段ナノワイヤーは、個々のイオンに対応して形成され、その数はイオンビームの線量(照射粒子数)に比例し、形成されたナノワイヤーの単位面積あたりの形成数が増大すればするほど、それぞれのワイヤー同士の平均距離が小さくなって、凝集により接続される高分子多段ナノワイヤー数が増加し、より多数の円筒架橋部が接続されたスターバースト型ナノ粒子となることが判明した。 In other words, multi-stage nanowires formed from cylindrical bridges by ion irradiation are formed corresponding to individual ions, the number of which is proportional to the ion beam dose (number of irradiated particles), and the unit of nanowires formed As the number of formations per area increases, the average distance between each wire decreases, the number of polymer multi-stage nanowires connected by aggregation increases, and a star with more cylindrical bridges connected It was found to be burst type nanoparticles.
なお、低線量の場合、図5中の矢印に示すように、円筒架橋部がリング状に接続されたリング型ナノ粒子が形成されることも分かった。 In addition, in the case of a low dose, as shown by the arrow in FIG. 5, it was also found that ring-shaped nanoparticles in which the cylindrical bridge portions are connected in a ring shape are formed.
(分子量及びエネルギー付与率とナノワイヤー直径との関係)
多段ナノワイヤーの構成物質のひとつであるPCSに関して、分子量及びエネルギー付与率とナノワイヤー直径との関係を調べた。
結果を表1及び図6に示す。
(Relationship between molecular weight and energy application rate and nanowire diameter)
Regarding PCS, which is one of the constituent materials of multi-stage nanowires, the relationship between molecular weight and energy application rate and nanowire diameter was investigated.
The results are shown in Table 1 and FIG.
表1及び図6の結果より、エネルギー付与率が異なるNo.1とNo.2では、エネルギー付与率が大きいNo.1の方が、分子量が異なるNo.2とNo.3では、分子量が大きいNo.3の方が、ナノワイヤーの直径が大きくなっていることが判明した。 From the results of Table 1 and FIG. 1 and No. In No. 2, the energy application rate is large. No. 1 has a different molecular weight. 2 and No. In No. 3, No. having a large molecular weight. No. 3 was found to have a larger nanowire diameter.
ナノワイヤーは、一般的に、(1)カーボンナノチューブのように構造そのものに特徴がある、(2)薄膜等に比べ表面積が数百倍となるためセンサーチップや触媒等の大幅な性能向上が期待できる、(3)従来のミクロフィルターでは除去不可能な100nmから1μmの粒子を除去できる、等の特長を有しているため、微細電極、電子ペーパーのようなIT分野、DDS、細菌防御フィルター等のバイオ分野、有害物質除去フィルター等の環境分野へ幅広く応用できる。 Nanowires are generally characterized by (1) the structure itself, like carbon nanotubes, and (2) the surface area is several hundred times larger than thin films, etc. (3) Because it has features such as removal of particles from 100 nm to 1 μm that cannot be removed by conventional microfilters, IT fields such as microelectrodes and electronic paper, DDS, bacteria protection filters, etc. It can be widely applied to environmental fields such as biotechnology fields and harmful substance removal filters.
本発明では、多段及びスターバースト構造において、このナノワイヤーを異なる機能を有する複数の物質から構成することが可能となるため、上記の特性を複数同時に満たす、たとえばフィルター機能+触媒機能など、多機能を有するナノワイヤーを単純な製造法で合成できる。 In the present invention, in a multistage and starburst structure, the nanowire can be composed of a plurality of substances having different functions, so that a plurality of the above characteristics can be satisfied at the same time, such as a filter function + a catalyst function. Can be synthesized by a simple manufacturing method.
・ 11 平滑基板
3,13 第1層
5,15 第2層
7,17 第3層
3a,5a,7a 円筒架橋部
3b,5b,7b 未架橋部
3c,5c,7c 溶質
5d 凝集体
9 溶媒
13a,15a,17a 円筒架橋部
13b,15b,17b 未架橋部
13c,15c,17c 溶質
15d 凝集体
19 溶媒
11
Claims (12)
前記高分子多層膜にイオンビームを照射することにより、前記照射の方向に、2種以上の高分子材料の円筒状架橋部分が直列に接続された円筒状の架橋部分と、それ以外の未架橋部分を形成する工程と、
前記未架橋部を溶媒により除去する工程と、を備えることを特徴とする高分子多段ナノワイヤーの製造方法。 Forming a polymer multilayer film by laminating two or more different polymer materials selected from polymethylphenylene, polycarbosilane , and polyhydroxystyrene on a substrate;
By irradiating the polymer multilayer film with an ion beam, a cylindrical cross-linked portion in which two or more kinds of polymer cross-linked cylindrical cross-linked portions are connected in series in the irradiation direction, and other uncrosslinked portions Forming a portion;
And a step of removing the uncrosslinked portion with a solvent.
前記高分子多層膜に、5×10 9 ions/cm 2 未満のイオンビームを照射することにより、前記照射の方向に、2種以上の高分子材料の円筒状架橋部分が直列に接続された円筒状の架橋部分と、それ以外の未架橋部分を形成する工程と、
前記未架橋部を溶媒により除去すると共に、特定の架橋部を選択的に凝集させて前記円筒状の架橋部分の両端をリング状に接続する工程と、を備えることを特徴とする高分子多段ナノワイヤーの製造方法。 Forming a polymer multilayer film by laminating two or more different polymer materials selected from polymethylphenylene, polycarbosilane , and polyhydroxystyrene on a substrate;
By irradiating the polymer multilayer film with an ion beam of less than 5 × 10 9 ions / cm 2 , a cylinder in which cylindrical bridge portions of two or more polymer materials are connected in series in the irradiation direction A step of forming a cross-linked portion and a non-cross-linked portion other than that,
Removing the uncrosslinked portion with a solvent, and selectively aggregating a specific crosslinked portion to connect both ends of the cylindrical crosslinked portion in a ring shape. Manufacturing method of wire.
前記高分子多層膜にイオンビームを照射することにより、前記照射の方向に、複数の円筒状の架橋部分と、それ以外の未架橋部分を形成する工程と、
前記未架橋部を溶媒により除去すると共に、特定の架橋部を選択的に凝集させて複数の前記円筒状の架橋部分を放射状に接続する工程と、を備えることを特徴とするスターバースト型ナノ粒子の製造方法。 Forming a polymer multilayer film by laminating two or more different polymer materials selected from polymethylphenylene, polycarbosilane , and polyhydroxystyrene on a substrate;
Irradiating the polymer multilayer film with an ion beam to form a plurality of cylindrical cross-linked portions and other non-cross-linked portions in the irradiation direction;
Removing the uncrosslinked portion with a solvent, and selectively aggregating a specific crosslinked portion to connect the plurality of cylindrical crosslinked portions in a radial manner. Manufacturing method.
The method for producing starburst nanoparticles according to claim 9, wherein the specific agglomeration is selectively agglomerated by immersing in a mixed solvent of a nonpolar solvent and a polar solvent .
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