JP6091417B2 - Colored film and coloration method using metal nanoparticles - Google Patents
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Description
本発明は、金属ナノ粒子を用いた呈色膜および呈色方法に関する。 The present invention relates to a coloring film and a coloring method using metal nanoparticles.
例えば車両の塗装などにおいて、金属光沢を有する色に塗装したいという要望がある。非特許文献1は、基材の上に光輝材を含むベース塗装を施し、このベース塗装の上に金ナノ粒子ペーストを含むクリヤーを塗布し、金属光沢を有する色に塗装することを提案している。
For example, in the painting of vehicles, there is a desire to paint in a color having a metallic luster. Non-Patent
ところで、上述のような塗装方法では、塗装しようとする色に応じて、複数種類の金属粒子が必要となり、それぞれ金属粒子を合成する必要がある。 By the way, in the coating method as described above, a plurality of types of metal particles are required depending on the color to be painted, and it is necessary to synthesize the metal particles respectively.
そこで本発明は、一種類の金属でも多くの色に呈色可能な金属ナノ粒子を用いた呈色膜および呈色方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a coloring film and a coloring method using metal nanoparticles that can be colored in many colors even with one kind of metal.
上記課題を解決することのできる本発明の金属ナノ粒子を用いた呈色膜は、
金属反射面を有する下地層と、
前記金属反射面上に形成され、略均一な粒径を有する金属ナノ粒子が規則的に平面状に配列された少なくとも一層以上の金属ナノ粒子層と、を有し、
前記金属ナノ粒子層は、前記金属ナノ粒子の本来の色とは異なる色に呈色していることを特徴とする。The colored film using the metal nanoparticles of the present invention capable of solving the above problems is
An underlayer having a metal reflecting surface;
And at least one metal nanoparticle layer formed on the metal reflecting surface, the metal nanoparticles having a substantially uniform particle size regularly arranged in a plane, and
The metal nanoparticle layer is colored in a color different from the original color of the metal nanoparticles.
本発明の呈色膜において、
また、前記金属ナノ粒子は、絶縁体で覆われていてもよい。
さらに前記絶縁体は、有機脂肪酸、有機アミン、アルカンチオール置換体のいずれかであってもよい。
前記金属反射面が疎水性であってもよい。In the colored film of the present invention,
The metal nanoparticles may be covered with an insulator.
Furthermore, the insulator may be any one of an organic fatty acid, an organic amine, and an alkanethiol substitute.
The metal reflecting surface may be hydrophobic.
上記課題を解決することのできる本発明の金属ナノ粒子を用いた呈色方法は、
金属反射面の上に略均一な粒径を有する金属ナノ粒子を平面状に規則的に配列させて、前記金属ナノ粒子本来の色とは異なる所望の色に呈色する金属ナノ粒子層を形成することを特徴とする。The coloration method using the metal nanoparticles of the present invention that can solve the above problems is as follows.
A metal nanoparticle layer having a desired color different from the original color of the metal nanoparticles is formed by regularly arranging metal nanoparticles having a substantially uniform particle size on the metal reflection surface in a planar shape. It is characterized by doing.
本発明の呈色方法において、
また、前記金属ナノ粒子は、絶縁体で覆われていてもよい。
さらに前記絶縁体は、有機脂肪酸や有機アミン、アルカンチオール置換体のいずれかであってもよい。
金属反射面に疎水処理を施してもよい。In the coloration method of the present invention,
The metal nanoparticles may be covered with an insulator.
Furthermore, the insulator may be an organic fatty acid, an organic amine, or an alkanethiol-substituted product.
The metal reflection surface may be subjected to a hydrophobic treatment.
また、本発明の呈色方法において、
前記金属ナノ粒子を有機溶媒中に分散させ、
前記金属ナノ粒子を含む前記有機溶媒を水面上に展開させ、
前記有機溶媒を揮発させて、前記金属ナノ粒子を二次元方向に自己組織化させて二次元結晶膜を形成し、
水面上に形成された前記金属ナノ粒子の前記二次元結晶膜に前記金属反射面を接触させて転写し、前記金属ナノ粒子層を前記金属反射面の上に形成してもよい。In the coloring method of the present invention,
Dispersing the metal nanoparticles in an organic solvent;
The organic solvent containing the metal nanoparticles is spread on the water surface,
Volatilizing the organic solvent, self-organizing the metal nanoparticles in a two-dimensional direction to form a two-dimensional crystal film,
The metal nanoparticle layer may be formed on the metal reflection surface by transferring the metal reflection surface to the two-dimensional crystal film of the metal nanoparticles formed on the water surface.
本発明に係る金属ナノ粒子を用いた呈色膜および呈色方法によれば、単一の金属種を用いても金属ナノ粒子層の層数によって異なる色に呈色させることができる。このため、複数の色を使って塗装を施す場合でも、一種類の金属ナノ粒子を用意すればよいので、塗装コストを低減することができる。 According to the coloring film and the coloring method using the metal nanoparticles according to the present invention, even if a single metal species is used, it can be colored in different colors depending on the number of metal nanoparticle layers. For this reason, even when coating is performed using a plurality of colors, it is only necessary to prepare one kind of metal nanoparticles, so that the coating cost can be reduced.
以下、本発明に係る金属ナノ粒子を用いた呈色膜および呈色方法の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment of a coloring film and a coloring method using metal nanoparticles according to the present invention will be described with reference to the drawings.
<呈色膜の構造>
図1は、本発明の実施形態に係る呈色膜2を示す概略断面図である。呈色膜2は、呈色させたい対象物1の上に設けられている。対象物1としては、樹脂製品や金属製品などを挙げることができ、特に材質を選ばない。呈色膜2は、対象物1の上に設けられた金属製の下地層3と、金属ナノ粒子層4とを有する。<Structure of colored film>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a
下地層3は、入射光を金属ナノ粒子層に向けて反射させる反射面(金属反射面)3aを備えている。この反射面3aは対象物1と接する面と反対側の面(上面)に設けられている。下地層3の金属としては、銅、金、銀、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスニウム、これらの合金などを挙げることができる。このなかでも特に、可視光域での反射率の高い金属、金、銀、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスニウムなどの貴金属が好ましい。
The
金属ナノ粒子層4は、複数の金属ナノ粒子5からなる層である。この金属ナノ粒子5は、それぞれ略均一な粒径を有し、規則的に平面状に配列されて層構造をなしている。図示の例では金属ナノ粒子層4は二層構造をとっている。なお、後述するように、この金属ナノ粒子層4の層数を変化させることにより、呈色膜の色を変えることができる。この金属ナノ粒子5の粒径は、1nm以上50nm以下とすることが好ましく、さらに1nm以上20nm以下とすることが好ましい。また、金属ナノ粒子5の相互の距離Dは、後述する金属核51の粒径の5倍以下とすることが好ましい。
The
金属ナノ粒子5としては、局在プラズモンを形成可能な金属種を採用することができる。このような金属種として、例えば金、銀、銅、アルミニウム、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスニウムを挙げることができる。このなかでも特に、局在プラズモン吸収の大きい金、銀、銅、アルミニウム、パラジウムなどの貴金属が好ましい。また、多種類の金属種を混在させて金属ナノ粒子層4を構成してもよい。
As the
図2は、金属ナノ粒子5を拡大して示す図である。この金属ナノ粒子5は、図2に示すように、金属核51と、金属核51を覆う絶縁体52とからなる。絶縁体52により、隣り合う金属ナノ粒子5間で互いに導通しないようにされている。例えば、絶縁体52として絶縁性の有機物(有機脂肪酸、有機アミン、アルカンチオール置換体など、あるいはポリマー樹脂)やガラスなどを採用することができる。
FIG. 2 is an enlarged view showing the
<呈色方法>
上述のような呈色膜2は、次のようにして形成することができる。
まず、呈色させたい対象物1に下地層3を形成する。金属製の下地層3を形成するために、蒸着やスパッタ、めっきなど公知の技術を利用できる。さらに、下地層3の上面に反射面処理を施して反射面を形成する。なお、対象物1そのものが金属反射面を備えている場合には、対象物1に別途下地層3を設ける必要は無い。<Coloring method>
The
First, the
次に、金属ナノ粒子5を有する溶液を用意する。例えば、金属核51となる金属(例えば銀)を含む有機金属化合物と有機酸(例えばミリスチン酸)の混合物を非酸化雰囲気で加熱分解すると、有機酸が外周に結合した粒径の揃った金属ナノ粒子が得られる。この場合、有機酸が絶縁体52となる。
さらにこの有機酸金属塩の有機酸部分をアルカンチオール化合物と置換することで、アルカンチオールが外周に結合した粒径の揃った金属ナノ粒子が得られる。この場合、チオール置換体が絶縁体52となる(金属核51を銀で構成した例として、特許文献1を参照)。Next, a solution having
Further, by substituting the organic acid portion of the organic acid metal salt with an alkanethiol compound, metal nanoparticles having a uniform particle diameter in which alkanethiol is bonded to the outer periphery can be obtained. In this case, the thiol substitution product becomes the insulator 52 (see
このとき、有機脂肪酸や有機アミンあるいはアルカンチオール置換体の炭素数を調整することにより、所望の炭素鎖を有する化合物が金属核51の表面に結合した金属ナノ粒子5を形成することができる。これにより、炭素鎖の長さによって、金属ナノ粒子5の粒子間距離Dを調整することができる。
At this time, by adjusting the carbon number of the organic fatty acid, organic amine, or alkanethiol-substituted product, the
図3は、金属ナノ粒子層4の形成工程を示す模式図である。上述のようにして得られた金属ナノ粒子5を含む溶液を有機溶媒11に分散させ、この有機溶媒11を水10の水面上に展開する。すると、この有機溶媒11は水面上に浮かんで薄い層を形成する。この有機溶媒が揮発するにつれて、金属ナノ粒子5は面方向に自己組織化して複数の小さな二次元結晶膜を形成する。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a process of forming the
この状態で、水10の水面付近でバー12を水平方向に動かしてこの二次元結晶膜を形成している金属ナノ粒子5を集め、大きな粒径の二次元結晶膜を形成させる(図3の(a))。なお、バー12は、水面に負荷される表面圧が5mN/m以上25mN/m以下となるように動かすことが好ましい。表面圧がこの範囲より低いと金属ナノ粒子5が十分に集まらず、金属ナノ粒子5の結晶の塊が大きくならない。また、表面圧がこの範囲より高いと金属ナノ粒子5が重なってしまい、三次元結晶が生じてしまう。
In this state, the
さらに、このように集められた金属ナノ粒子5を含む二次元結晶膜に、金属反射面3aを接触させる(図3の(b))。すると、単分子膜として二次元結晶構造の金属ナノ粒子5が転写され、一層の金属ナノ粒子層4が金属反射面3aの上に形成される。この接触工程を繰り返すことにより、所望の層数の金属ナノ粒子層4が形成される。
Further, the
なお、金属ナノ粒子5を反射面3に転写する際、金属反射面3に疎水処理が施されていることが好ましい。反射面3が疎水性であると、金属ナノ粒子5の絶縁体52(有機脂肪酸や有機アミンあるいはチオール置換体、ポリマー樹脂)の有機部分が反射面3aに固定されやすく、転写が容易となる。
In addition, when the
なお、金属核51とともに金属ナノ粒子5を構成する絶縁体52としては、金属ナノ粒子5が分散した有機溶媒11を水10の水面上に展開したときに、金属核51から離脱しないものを採用することができる。このとき、絶縁体52の金属核51との結合様式は特に問わない。
As the
例えば、金属核51として銀粒子を用い、絶縁体52としてチオール置換体を用いた場合には、チオール置換体は金属核51に化学結合で結合する。また、金属核51として銀粒子を用い、絶縁体52としてカルボン酸(有機酸)を用いた場合には、カルボン酸(有機酸)は金属核51にイオン結合で結合する。金属核51として銀粒子を用い、絶縁体52として有機アミンを用いた場合には、有機アミンは物理結合で金属核51に結合する。なお、金属核51として金粒子を用いた場合には、絶縁体52としてカルボン酸を用いたときに、カルボン酸は共有結合で金属核51と結合する。また、絶縁体52としてポリマー樹脂を用いた場合には、ポリマー樹脂が官能基を有していない場合でも金属核51の表面から絶縁体52が離脱しないように構成できる。
For example, when silver particles are used as the
図4は、実際に作成した金属ナノ粒子層4の上面を撮影したSEM写真である。図4で撮影した呈色膜2は、シリコンウエハの上に、金属ナノ粒子層4を1層形成したものである。金属ナノ粒子層4は、金属核51として銀、絶縁体52としてミリスチン酸からなる金属ナノ粒子5から構成した。
FIG. 4 is an SEM photograph obtained by photographing the upper surface of the actually produced
図4に示したように、金属ナノ粒子5は二次元に規則正しく自己組織化された二次元結晶構造をとっている。また、この結晶構造は、平面上において一つの金属ナノ粒子5の周囲を六個の金属ナノ粒子5が取り囲む六方最密充填構造である。なお、この金属ナノ粒子層4は結晶方位がそれぞれ異なる多結晶質であり、一つの結晶粒の直径が200nm以上であることが好ましい。
As shown in FIG. 4, the
<呈色のしくみ>
このようにして構成される呈色膜2は、現時点では判明していない点もあるが、次のようにして呈色するものと考えられている。<Coloring mechanism>
The
(Near Field効果)
図5は、呈色膜2の断面模式図である。この呈色膜2に外部から光L1が照射されると、金属ナノ粒子5の周りには局在プラズモン10が励起される。呈色膜2の金属ナノ粒子層4においては、金属ナノ粒子5が平面状に規則的に配列されている。これにより、二次元方向に隣接している個々の金属ナノ粒子5で励起された局在プラズモン10は面方向(図5の左右方向)に相互に結合し、単独の金属ナノ粒子5よりも長波長の光を吸収する。(Near Field effect)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the
金属ナノ粒子層4を透過した一部の光は、下地層3の金属反射面3aで反射され、再び背面から金属ナノ粒子層4に入射する。これにより、外部からの直射光L1と、金属反射面3aでの反射光L2とが、わずかな時間差で金属ナノ粒子層4に入射する。すると、個々の金属ナノ粒子層3において励起された局在プラズモン10間に複雑な相互作用が生まれる。これによって、金属ナノ粒子層4の層数に応じて共鳴吸収ピークはさらに長波長シフトを呈する。
A part of the light transmitted through the
(Far Field 効果)
金属ナノ粒子5の金属核51からなる金属核層Aは、局在プラズモン10が励起される波長においてのみ極めて大きな実効誘電率を有する。すなわち金属核層Aは、狭い波長域において波長によって屈折率が大きく変化するメタマテリアル的性質を有する。一方、金属反射面3aと金属核層Aとの間の空間B、ならびに上下方向に隣接する各金属核層A間の空間Cは、屈折率の小さな絶縁体52(および空間Bにおいては金属反射面3aを疎水処理した時に形成された疎水層)で占められている。(Far Field effect)
The metal nucleus layer A composed of the
金属核層Aのメタマテリアル的性質のために、金属ナノ粒子層4の背面に金属反射面3aでの反射光L2が入射すると、特定の波長の光がその層数に応じて、金属ナノ粒子層4の層構造の中に強く閉じ込められる。
Due to the metamaterial nature of the metal core layer A, when the reflected light L2 from the
このように、直射光L1と金属反射面3aでの反射光L2の両方によって局在プラズモン10が励起されるNear Field 効果と、金属ナノ粒子層4の層間A,Bへの光閉じ込めのFar Field 効果によって、金属ナノ粒子層4はその層数に応じて金属ナノ粒子5の本来の色とは異なる色に呈色する。
As described above, the near field effect in which the localized
図6を用いて、金属ナノ粒子層4の吸収スペクトルについて具体的に説明する。図6の(a)は参考例として、対象物としての石英基板上に反射面3aを介さずに設けられた金属ナノ粒子層の吸収スペクトルを示す。図6の(b)は対象物1としての石英基板上に、金の下地層3を設け、さらに下地層3の上に設けられた銀の金属ナノ粒子5からなる金属ナノ粒子層4の吸収スペクトルを示す。
The absorption spectrum of the
なお図6中、(i)は一層、(ii)は二層、(iii)は三層、(iv)は四層、(v)は五層、金属ナノ粒子層4を積層したものの吸収スペクトルを示す(なお、後述する図7から図11においても同様である)。図6の(a)および(b)ともに、厚み200nmの下地層を用いた。なお金属反射面3aを疎水化する疎水処理として、金の下地層3にドデカンチオールを作用させた。また、石英基板の表面にも疎水処理としてヘキサメチルトリジシラザンを作用させた。また、金属ナノ粒子層4として、粒径5nmの金属ナノ粒子5が粒子間距離Dが2nmで配列されたものを用いた。また、銀の金属ナノ粒子5として、粒径が5nmで、トルエン溶媒中に分散させたときに波長426nmに吸収スペクトルのピークを有する粒子を用いた。
In FIG. 6, (i) is one layer, (ii) is two layers, (iii) is three layers, (iv) is four layers, (v) is five layers, and the absorption spectrum of the
図6の(a)に示したように、下地層を介さずに石英基板上に直接金属ナノ粒子層を設けた場合には、金属ナノ粒子層は局在プラズモンが面内で相互に結合した効果により約50nm程度赤方に偏移するものの、吸収ピーク形状・強度ともに本来の金属ナノ粒子と同様の吸収スペクトルを示している。 As shown in FIG. 6A, when a metal nanoparticle layer is provided directly on a quartz substrate without an underlayer, local plasmons are bonded to each other in a plane in the metal nanoparticle layer. Although it shifts to about 50 nm red due to the effect, the absorption peak shape and intensity show the same absorption spectrum as the original metal nanoparticles.
しかし、図6の(b)に示したように、反射面3aを有する下地層3の上に金属ナノ粒子層4を設けた本実施形態に係る呈色膜2の場合には、形状も大きく変化した吸収スペクトルが500nm付近に観察された。
However, as shown in FIG. 6B, in the case of the
さらに図6の(a)に示したように、下地層を介さずに石英基板上に直接金属ナノ粒子を設けた場合には、金属ナノ粒子の層数が変わっても吸収スペクトルのピークは移動しない。しかし、図6の(b)に示したように、下地層3の上に金属ナノ粒子層4を設けた場合には、金属ナノ粒子層4の層数に応じて吸収スペクトルのピークが赤方偏移している。これにより、金属ナノ粒子層4の層数を変化させることにより、呈色膜2の色を変化させることができることが確認できる。
Furthermore, as shown in FIG. 6 (a), when metal nanoparticles are directly provided on a quartz substrate without an underlayer, the peak of the absorption spectrum moves even if the number of layers of metal nanoparticles changes. do not do. However, as shown in FIG. 6B, when the
また、図6の(b)の吸収スペクトルを有する呈色膜2は、金属ナノ粒子層4の層数の増加に応じてオレンジ〜赤〜ピンク〜紫〜青の鮮やかな金属光沢を有する色を呈した。これは、トルエン中に分散している銀の金属ナノ粒子5の薄黄色とは異なる色である。
In addition, the
このように、本実施形態に係る呈色膜2および呈色方法によれば、金属ナノ粒子層4の層数を変更することにより、異なる色に呈色させることができる。したがって、単一の金属種を用いて呈色膜2を複数の異なる色に呈色させることができ、従来のように異なる色ごとに異なる種類の金属を用意する必要が無い。また、このようにして得られる呈色膜2の表面は金属光沢を有する鮮やかな色に呈色されているので、様々な物品の表面の意匠性を高めることができる。
Thus, according to the
また、非特許文献1の技術では、ある程度銀ナノ粒子塗料層を厚く形成しなければ、発色が弱かったり所望の色に呈色させることができない。しかし、本実施形態に係る呈色膜2および呈色方法によれば、金属ナノ粒子層4は、金属ナノ粒子5を必要な層数積層させれば所望の色に呈色する。つまり、鮮やかに呈色させるために金属ナノ粒子層4を厚く形成する必要が無い。また、所望の色に呈色させるために、複数層の金属ナノ粒子層4を形成する場合でも、個々の層は単層の金属ナノ粒子5から構成されているため、金属ナノ粒子層4が厚くならない。
In the technique of
また、このように金属ナノ粒子層4の厚みが十分に小さいため、呈色に要する金属ナノ粒子5が少なくて済む。これにより、低コストで鮮やかに呈色させることができるので、対象物1の意匠性を大幅に高めることができる。
Moreover, since the thickness of the
また、上述の如く水面上に平面状に自己組織化された二次元結晶膜の金属ナノ粒子5を金属反射面3aに転写するという簡単な手法で金属ナノ粒子層4を形成することができる。このため、呈色膜2を低コストで提供できる。さらに、水面上の金属ナノ粒子5が形成する二次元結晶膜の厚みはナノオーダーであり、柔軟である。このため、下地層3の表面がどのような形状をしていても、金属反射面3aに接触させるとその表面形状に沿って金属ナノ粒子5が付着し、簡単に金属ナノ粒子層4を形成することができる。したがって、三次元形状など複雑な表面に呈色膜2を形成することができる。なおこのとき、金属反射面3aが疎水処理されていると、金属ナノ粒子5が付着しやすく、好ましい。
Moreover, the
<色の調節方法>
なお、図6では、金属ナノ粒子層4の層数を変えることで呈色膜2の色を変えられることを確認できたが、呈色膜2の色は他の方法によっても調節することができる。例えば、下地層3の材料、金属ナノ粒子5の粒径、金属ナノ粒子5の粒子間距離D、金属ナノ粒子5の金属核51の金属種、などを適宜選択することにより、所望の色を得ることができる。また、金属ナノ粒子5の金属核51として互いに異なる金属を複数種類採用し、異種金属が混在された金属ナノ粒子層4を形成してもよい。さらに、下地層3の材料と金属ナノ粒子5の金属核51の金属種の組み合わせを変えても呈色膜2の色を変更できる。これにより、呈色膜2の色のバリエーションを拡げることができる。<Color adjustment method>
In FIG. 6, it was confirmed that the color of the
図7の(a)は、下地層3を設けない比較例に係る、金属核51が銀からなる金属ナノ粒子層4の吸収スペクトルを示す。図7の(b)は、下地層3を銀、金属核51を銀としたときの金属ナノ粒子層4の吸収スペクトルを示す。図示したように、本例においても、金属ナノ粒子層4は銀ナノ粒子本来の色とは異なる色に呈色している。また、層数によって吸収スペクトルのピーク位置が変化している。
FIG. 7A shows an absorption spectrum of the
また、図7の(b)と図6の(b)とを比較すると、下地層3の材質が異なるだけで、吸収スペクトルが変わっていることが確認できる。これにより、下地層3の材質を選択することにより、呈色膜2を所望の色に呈色させることができることが確認できる。
Further, comparing FIG. 7B and FIG. 6B, it can be confirmed that the absorption spectrum is changed only by the material of the
図8は、下地層3を金、金属核51を金としたときの金属ナノ粒子層4の吸収スペクトルを示す。図示したように、本例においても、金属ナノ粒子層4は金ナノ粒子本来の色とは異なる色に呈色している。また、層数によって吸収スペクトルのピーク位置が変化している。
FIG. 8 shows an absorption spectrum of the
また、図8と図6の(b)とを比較すると、金属ナノ粒子5の金属核51の材質が異なるだけで、吸収スペクトルが変わっていることが確認できる。これにより、金属核51の材質を選択することにより、呈色膜2を所望の色に呈色させることができることが確認できる。
Moreover, when FIG. 8 and FIG. 6B are compared, it can be confirmed that the absorption spectrum is changed only by the material of the
図9は、下地層3を金、一層目の金属核51を金、二層目以降の金属核51を銀としたときの金属ナノ粒子層4の吸収スペクトルを示す。図示したように、本例においても、金属ナノ粒子層4は金属ナノ粒子本来の色とは異なる色に呈色している。また、層数によって吸収スペクトルのピーク位置が変化している。また、金属核51と複数種類を混在させた場合でも吸収スペクトルのピーク位置変化が確認された。
FIG. 9 shows an absorption spectrum of the
また、図9と図6の(b)とを比較すると、一層目の金属ナノ粒子層4の金属核51の材質が異なるだけで、吸収スペクトルが変わっていることが確認できる。これにより、異種類の金属核51を組み合わせることにより、呈色膜2を所望の色に呈色させることができることが確認できる。
Further, comparing FIG. 9 with FIG. 6B, it can be confirmed that the absorption spectrum is changed only by the material of the
図10は、下地層3を金、一、二、四、五層目の金属核51を銀、三層目の金属核51を金としたときの金属ナノ粒子層4の吸収スペクトルを示す。図示したように、本例においても、金属ナノ粒子層4は金属ナノ粒子本来の色とは異なる色に呈色している。また、層数によって吸収スペクトルのピーク位置が変化している。また、金属核51と複数種類を混在させた場合でも吸収スペクトルのピーク位置変化が確認された。
FIG. 10 shows an absorption spectrum of the
図9と図10とを比較すると、金ナノ粒子の配置位置を変更するだけでも、呈色膜2を異なる色に呈色させることができることが確認できる。
When FIG. 9 and FIG. 10 are compared, it can be confirmed that the
図11は、FDTD(Finite-difference time-domain)法を用いて1層から5層の金属ナノ粒子層4を積層させたときの吸収スペクトルを算出した結果である。この計算では、金属ナノ粒子5の粒径、粒子間距離D、金属核51の金属種、下地層3の金属種、金属反射面3と金属ナノ粒子5の金属核51からなる層Aとの間の空間B、ならびに層A間の空間Cの厚みと屈折率などをパラメータとして電磁気の計算をしたものである。図11の(a)は下地層を設けることなく対象物としての石英基板上に銀からなる金属ナノ粒子層を形成した場合、図11の(b)は石英基板上に銀からなる下地層3、銀からなる金属ナノ粒子層4を形成した場合を示す。図11に示したように、本実施形態に係る呈色膜2の吸収スペクトルのピークの変位を確認することができた。これにより、予め計算によって所望の色になる条件(金属ナノ粒子5の金属種や下地層3の材質など)を予測でき、呈色膜2を所望の色に自在に呈色させることができる。
FIG. 11 shows a result of calculating an absorption spectrum when 1 to 5
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably. In addition, the material, shape, dimension, numerical value, form, number, arrangement location, and the like of each component in the above-described embodiment are arbitrary and are not limited as long as the present invention can be achieved.
例えば、上述の説明では呈色させたい対象物に直接呈色膜2を形成した例を挙げたが、例えば転写シート上に下地層3と金属ナノ粒子層4とを積層し、この転写シートを対象物1に貼り付けてもよい。
For example, in the above description, an example in which the
また、対象物1そのものが反射面を有する物体、例えば金属製品であった場合には、下地層3を対象物1と同視できるので、下地層3を別途設ける必要が無い。この場合には、金属ナノ粒子層4を対象物の反射面に直接形成する。
Further, when the
本出願は、2011年9月13日出願の米国仮特許出願(61/533,903)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。 This application is based on a US provisional patent application (61 / 533,903) filed on September 13, 2011, the contents of which are incorporated herein by reference.
本発明に係る金属ナノ粒子を用いた呈色膜および呈色方法によれば、単一の金属種を用いても金属ナノ粒子層の層数によって異なる色に呈色させることができる。このため、複数の色を使って塗装を施す場合でも、一種類の金属ナノ粒子を用意すればよいので、塗装コストを低減することができる。 According to the coloring film and the coloring method using the metal nanoparticles according to the present invention, even if a single metal species is used, it can be colored in different colors depending on the number of metal nanoparticle layers. For this reason, even when coating is performed using a plurality of colors, it is only necessary to prepare one kind of metal nanoparticles, so that the coating cost can be reduced.
1:対象物、2:呈色膜、3:下地反射面、3a:金属反射面、4:金属ナノ粒子層、5:金属ナノ粒子、51:金属核、52:絶縁体、10:水、11:有機溶媒、12:圧縮バー
1: target object, 2: colored film, 3: base reflective surface, 3a: metal reflective surface, 4: metal nanoparticle layer, 5: metal nanoparticle, 51: metal core, 52: insulator, 10: water, 11: Organic solvent, 12: Compression bar
Claims (7)
前記金属反射面上に形成され、均一な粒径を有し絶縁体で覆われている金属ナノ粒子が規則的に平面状に配列された少なくとも一層以上の金属ナノ粒子層と、を有し、
前記金属反射面上に形成された前記金属ナノ粒子層が、その吸収波長のピークが石英基板上に前記下地層を介さずに設けられた金属ナノ粒子層の吸収波長のピークとは異なるように呈色していることを特徴とする呈色膜。 An underlayer having a metal reflecting surface;
And at least one metal nanoparticle layer formed on the metal reflection surface, the metal nanoparticles having a uniform particle size and covered with an insulator regularly arranged in a plane,
The metal nanoparticle layer formed on the metal reflective surface has an absorption wavelength peak different from the absorption wavelength peak of the metal nanoparticle layer provided on the quartz substrate without the underlayer. A colored film characterized by being colored.
前記金属ナノ粒子を含む前記有機溶媒を水面上に展開させ、
前記有機溶媒を揮発させて、前記金属ナノ粒子を二次元方向に自己組織化させて二次元結晶膜を形成し、
水面上に形成された前記金属ナノ粒子の前記二次元結晶膜に前記金属反射面を接触させて転写し、前記金属ナノ粒子層を前記金属反射面の上に形成することを特徴とする請求項4から6のいずれか一項に記載の呈色方法。 Disperse metal nanoparticles in an organic solvent,
The organic solvent containing the metal nanoparticles is spread on the water surface,
Volatilizing the organic solvent, self-organizing the metal nanoparticles in a two-dimensional direction to form a two-dimensional crystal film,
The metal nanoparticle layer is formed on the metal reflective surface by transferring the metal reflective surface in contact with the two-dimensional crystal film of the metal nanoparticles formed on the water surface. The coloration method according to any one of 4 to 6 .
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