JP2000126606A - 光触媒機能材 - Google Patents
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Abstract
を可逆的にスイッチングすることが可能である光触媒機
能材及びこの光触媒機能材を備えた印刷機器を提供す
る。 【解決手段】 酸化チタンに、クロム、バナジウム、ニ
オブ、鉄、銅、コバルト、ニッケル、マンガンからなる
群より選択される少なくとも一種類の金属をイオン注入
法によって複合する。
Description
合することにより、照射する光の波長によって表面にお
ける親水性と疎水性の変換が可能であることを特徴とす
る光触媒構造物及びこれを用いた印刷機器に関する。
照射すると水を全くはじかなくなるといった光誘起超親
水性が見出された。光触媒表面の光誘起親水化のメカニ
ズムは、現在は以下のように考えられている。1.光触
媒表面にバンドギャップ以上のエネルギーに相当する波
長の光を照射することによって光触媒自身が還元されて
表面に酸素欠陥を形成する。2.光触媒表面の酸素欠陥
部分に雰囲気中の水分が結合して安定化する。3.光触
媒表面に薄い水の層を形成することになり、結果として
水をはじかなくなる。
物半導体で現われるが、励起光として400nm以下の紫外
光が必要であり、400nm以上の可視光線を酸化チタンの
表面に照射した場合には親水化が起こらない。つまり、
酸化チタンの表面の濡れ性は可視光線には応答がなかっ
た。
や空気の浄化の分野において光触媒に金属をドープする
検討が重ねられてきた。光触媒に金属を複合することに
よって光触媒のバンドギャップ内に不純物準位が形成さ
れ、紫外光よりも長波長である可視光での励起が可能に
なる。例えば、最近ではイオン注入法によって酸化チタ
ンにクロムまたはバナジウムイオンをドープすることに
よって、可視光線による窒素酸化物分解の検討がなされ
た(触媒、Vol.39, No.2, 1997, p.146-149)。しか
し、この技術における酸化チタン光触媒の構造は粉体の
ため、水との接触角を評価することが構造的に困難であ
った。
水性技術は、防汚、防曇材料としてタイル、車のサイド
ミラー等に実用化されている。例えば、WO96/293
75号には基材の表面を光触媒的に親水化させる方法、
超親水性の光触媒性表面を備えた基材及びその製造方法
が開示されている。また、WO97/45502号には
防汚性部材及び防汚性コーティング組成物が開示されて
いる。いずれの場合でも、防曇、防汚機能を向上させる
ために、表面の超親水状態を維持させることを主眼とし
て検討がなされてきた。ところが、光を照射することに
よって疎水化する材料について検討された例はない。ま
た、光照射によって表面の親水性と疎水性が変換できる
材料についての報告例は全く無く、表面の親水性と疎水
性が短時間で可逆的にスイッチする材料は、印刷機器な
どのパターニング技術への応用として望まれていた。
鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光の
照射波長によって表面の親水性と疎水性を可逆的にスイ
ッチングすることが可能な光触媒機能材及びこの光触媒
機能材を備えた印刷機器を提供することにある。
光触媒機能材は、酸化チタンに、クロム、バナジウム、
ニオブ、鉄、銅、コバルト、ニッケル、マンガンからな
る群より選択される少なくとも一種類の金属をイオン注
入法によって複合したもので、照射する光の波長によっ
て表面における親水性と疎水性の変換が可能であること
を特徴とする。本発明の請求項2に係る印刷機器は、前
記光触媒機能材を利用することを特徴とする。
化チタンに、クロム、バナジウム、ニオブ、鉄、銅、コ
バルト、ニッケル、マンガンからなる群より選択される
少なくとも一種類の金属をイオン注入法によって複合し
たものである。
熱CVD法、スパッタ法、ゾルゲル法、粉末成形体の焼
成、真空蒸着法からなる群より少なくとも一種類を利用
する。酸化チタンが膜構造の場合、酸化チタンの膜厚が
20nm以上であることが好ましい。また、いずれの場合で
も酸化チタンは表面に水分が浸透しない程度に緻密であ
ることが好ましい。
ブ、鉄、銅、コバルト、ニッケル、マンガンからなる群
より選択される少なくとも一種類の金属をイオン注入法
によって複合する。このとき、イオン注入の加速電圧は
50keV〜2MeVの範囲であることが好ましい。
熱電灯、水銀ランプ、キセノンランプ、水銀−キセノン
ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、レー
ザー光、太陽光からなる群より選択される少なくとも一
種類を利用したもの、または前記光源からの光を低損失
のファイバーで誘導した光源等が好適に利用できる。照
射する光の波長の設定は、色ガラスフィルター、分光器
などを用いて前記光源から照射される光のうち必要のな
い波長を遮断して所望の波長を得る。驚くべきことに、
前記光触媒機能材の表面に紫外光を照射することによっ
て親水化、可視光を照射することによって疎水化し、こ
の現象を繰り返し誘起させることが可能である非常に特
徴的な素子を得ることができる。結果として、親水化に
必要な光の波長範囲は400nm以下、疎水化に必要な光の
波長範囲は430nm〜800nmであった。
するメカニズムは以下のように考えられている。1.光
触媒表面にバンドギャップ以上のエネルギーに相当する
波長の光を照射することによって光触媒自身が還元され
て表面に酸素欠陥を形成する。2.酸素欠陥部分に雰囲
気中の水分が結合して安定化する。3.光触媒表面に薄
い水の層を形成することになり、結果として水をはじか
なくなる。一方、可視光照射によって疎水化するメカニ
ズムは、光触媒に複合した金属によって光触媒のバンド
ギャップ内に不純物準位が生じて可視光によって励起が
可能になり、可視光励起で生じた正孔、ラジカル等によ
って光触媒表面が酸化されるため、結果的に表面の水が
脱離して疎水化すると考えられている。
り印刷機器となる。前記光触媒機能材の表面に紫外光及
び可視光を照射することによって、表面の親水性及び疎
水性のパターニングをおこなう。この表面に親水性また
は疎水性の色素、トナー、インク等の有色材を塗布、ス
プレー、浸漬等の方法で付着させたものを、被印刷物に
密着させて印刷物を得る。前記光触媒機能材は、照射す
る波長によって親水性と疎水性が可逆的に変化するの
で、前記光触媒を備えた印刷機器は何度でも使用に耐え
うる。
てc軸配向のアナターゼ膜を作製した。作製した膜にイ
オン注入法にてクロムイオンを酸化チタンに複合化し
た。イオン注入の加速電圧は500keVで、注入量は1016io
ns/cm2とした。注入後の膜を電気炉で450℃×5時間焼成
して光触媒機能材を得た。この試料の表面に可視光→紫
外光の照射を繰り返し3回おこない、照射時間に対する
水との接触角の変化を測定した。紫外光の光源は200Wの
水銀−キセノンランプ(林時計工業、LA-210UV)を用
い、色ガラスフィルター(東芝硝子、UV-D36B)を介し
て波長を360nmとした。また、可視光の光源は150Wのキ
セノンランプ(林時計工業、LA-150Xe)を用い、紫外光
カットフィルター(東芝硝子、Y-43)と熱線カットカッ
トフィルター(東芝硝子、IRA-25S)を介して照射波長
を430nm〜800nmとした。水との接触角の測定は接触角測
定器(協和界面科学、CA-X150)により、マイクロシリ
ンジから水滴を滴下して求めた。その結果、図1に示す
ように、紫外光を照射した場合は水との接触角が約10°
まで親水化し、可視光を照射した場合は約110°まで疎
水化し、この現象を繰り返し起こすことが可能であっ
た。
のアナターゼ膜をそのまま(イオン注入をおこなわず
に)電気炉で450℃×5時間焼成して酸化チタン光触媒を
得た。この試料の表面に紫外光→可視光照射をおこな
い、照射時間に対する水との接触角を測定した。その結
果を図2に示す。紫外線を照射した場合は水との接触角
が約0°まで親水化し、可視光を照射した場合は約40°
となり、実施例1のような親水→疎水の大きなスイッチ
ング現象は見られなかった。
ム、バナジウム、ニオブ、鉄、銅、コバルト、ニッケ
ル、マンガンからなる群より選択される少なくとも一種
類の金属をイオン注入法によって複合した光触媒機能材
は、照射する光の波長によって表面における親水性と疎
水性が短時間で変換可能となり、この光触媒機能材と光
源を組み合わせることによって印刷機器を提供すること
ができる。
り返し照射した場合の試料表面の水との接触角と光照射
時間の関係
光を照射した場合の試料表面の水との接触角と光照射時
間の関係
Claims (2)
- 【請求項1】 基材と、 前記基材の表面に接合され、
クロム、バナジウム、ニオブ、鉄、銅、コバルト、ニッ
ケル、マンガンからなる群より選択される少なくとも一
種類の金属をイオン注入法によって複合した酸化チタン
を含む機能性被膜とを備え、 前記機能性被膜に照射す
る光の波長によって表面における親水性と疎水性の変換
が可能であることを特徴とする光触媒機能材。 - 【請求項2】 請求項1に記載の光触媒機能材を備えて
いることを特徴とする印刷機器。
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-
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- 1998-10-21 JP JP29932398A patent/JP4322331B2/ja not_active Expired - Lifetime
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