JP2006077124A - Silicon nanoparticle fluorescent substance - Google Patents

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Honritsu Ryu
本立 龍
Mitsuhiro Asakura
光博 朝倉
Hiroshi Akiyama
泰士 秋山
Koichi Akiyama
浩一 秋山
Shigemitsu Maruno
茂光 丸野
Yuji Abe
雄二 阿部
Yasuki Tokuda
安紀 徳田
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Si (silicon) nanoparticle fluorescent substance comprising Si nanoparticles of which the surfaces have hydrocarbon groups and which have a particle diameter of 1-5 nm, and to provide a method for producing the Si nanoparticle fluorescent substance, capable of controlling a particle size of the substance. <P>SOLUTION: This Si nanoparticle fluorescent substance of which the surface is combined with the hydrocarbon groups each expressed by R (R is a 1-18C alkyl, a 1-18C alkenyl, a 1-18C alkynyl, a 3-7C cycloalkyl, a 3-7C cycloalkyl-1-12C alkyl, a 6-14C aryl, a 6-10C aryl-1-12C alkyl, a 1-18C ether or a 1-18C ester) and which has the particle diameter of 1-5 nm is produced by the method for producing the substance which comprises reacting a powder of an alloy expressed by Mg<SB>2</SB>Si with silicon tetrachloride (SiCl<SB>4</SB>) in a reaction solvent, and then reacting the obtained Si compound with an alkylating agent expressed by RMgX (X is a halogen) or RLi. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、量子サイズナノ結晶シリコン(nc−Si)(ナノサイズのシリコン粒子)の蛍光体およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a phosphor of quantum-size nanocrystalline silicon (nc-Si) (nano-sized silicon particles) and a method for producing the same.

ナノ結晶シリコン(nc−Si)はEL素子(エレクトロルミネッセンス素子)、超音波素子に利用されているが、蛍光体としては使用されていない。ナノサイズ蛍光体としては、わずかにII‐VI族のZnS、CdSeのナノ粒子の蛍光体による可視光発光が知られているに過ぎない。しかし、これらの蛍光体は、自然環境に対して有害であり、これらの元素を分離抽出することが困難であるため蛍光体を安価に製造することができない。かかる現状において、ナノメータサイズのシリコン粒子の製造方法が知られている(非特許文献1)。
しかしながら、かかるSi(シリコン)ナノ粒子は、紫外光での励起によって350nmをピークとするPLスペクトル(発光)が得られるに過ぎないものであって、蛍光体としては発光効率のよいものではなく、実用性に乏しいものであった。また、粒子サイズ、発光波長を制御できるものではない。
J.Am.Chem.Soc.199,121,5191‐5195
Nanocrystalline silicon (nc-Si) is used for EL elements (electroluminescence elements) and ultrasonic elements, but is not used as a phosphor. As nano-sized phosphors, only visible light emission by nano-particle phosphors of group II-VI ZnS and CdSe is known. However, since these phosphors are harmful to the natural environment and it is difficult to separate and extract these elements, the phosphors cannot be manufactured at low cost. Under such circumstances, a method for producing nanometer-sized silicon particles is known (Non-Patent Document 1).
However, such Si (silicon) nanoparticles can only obtain a PL spectrum (emission) having a peak at 350 nm by excitation with ultraviolet light, and the phosphor is not good in luminous efficiency. It was poor in practicality. Further, the particle size and the emission wavelength cannot be controlled.
J. Am. Chem. Soc. 199, 121, 5191-5195

本発明は、粒子表面に炭化水素基を有する粒径1〜5nmのシリコンナノ粒子蛍光体及びその粒子サイズを制御可能な、シリコンナノ粒子蛍光体の製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a silicon nanoparticle phosphor having a particle size of 1 to 5 nm having a hydrocarbon group on the particle surface and a method for producing the silicon nanoparticle phosphor capable of controlling the particle size.

そこで、本発明者らは、Si(シリコン)ナノ粒子の蛍光体を提供すべく、鋭意研究の結果、粒径1〜5nmのシリコン粒子表面に炭化水素基を結合させると、例えば、紫外線励起により、可視光を発光し、MgSiとSiCl(四塩化珪素)との反応条件により粒径を調整するとともに発光色を制御できることを見出した。 Therefore, the present inventors have intensively studied to provide a phosphor of Si (silicon) nanoparticles, and when a hydrocarbon group is bonded to the surface of a silicon particle having a particle size of 1 to 5 nm, for example, by ultraviolet excitation. The present inventors have found that it is possible to emit visible light, adjust the particle size according to the reaction conditions of Mg 2 Si and SiCl 4 (silicon tetrachloride) and control the emission color.

本発明は、粒径1〜5nmのシリコン粒子の表面に、Rで示される炭化水素基(RはC1−18アルキル、C1−18アルケニル、C1−18アルキニル、C3−7シクロアルキル、C3−7シクロアルキル−C1−12アルキル、C6−14アリール、C6−10アリール−C1−12アルキル、C1−18エーテル又はC1−18エステル)が結合しており、励起後の発光波長が可視領域にあることを特徴とするシリコンナノ粒子蛍光体にある。
本発明は、Si原子が3次元ネットワーク状に結合したシリコンナノ粒子である。このシリコンナノ粒子表面上において、複数の炭化水素基が、シリコンナノ粒子内のそれぞれのSi原子と結合し、その表面が炭化水素基で覆われることによって、シリコンナノ粒子の酸化を防止することができる。そのことによりこのシリコンナノ粒子の発光波長及び発光効率の低下を防止することができる。さらに粒径サイズを調整することによって、励起後の発光波長を可視領域とすることができる。
The present invention provides a hydrocarbon group represented by R (R is C 1-18 alkyl, C 1-18 alkenyl, C 1-18 alkynyl, C 3-7 cycloalkyl) on the surface of silicon particles having a particle size of 1 to 5 nm. , C 3-7 cycloalkyl-C 1-12 alkyl, C 6-14 aryl, C 6-10 aryl-C 1-12 alkyl, C 1-18 ether or C 1-18 ester), It exists in the silicon nanoparticle fluorescent substance characterized by the emission wavelength after excitation being in a visible region.
The present invention is silicon nanoparticles in which Si atoms are bonded in a three-dimensional network. On the surface of the silicon nanoparticle, a plurality of hydrocarbon groups are bonded to respective Si atoms in the silicon nanoparticle, and the surface is covered with the hydrocarbon group, thereby preventing oxidation of the silicon nanoparticle. it can. As a result, the emission wavelength and emission efficiency of the silicon nanoparticles can be prevented from decreasing. Further, by adjusting the particle size, the emission wavelength after excitation can be made visible.

上記励起を光照射、特に400nm以下の紫外線照射もしくは電流注入により行っても良い。   The excitation may be performed by light irradiation, particularly ultraviolet irradiation of 400 nm or less or current injection.

上記蛍光体は、
(1)MgSiで表される合金粉末と四塩化珪素(SiCl)とを反応溶媒中で反応させる第1工程と、
(2)得られたシリコン化合物と式:RMgXまたはRLi(式中、RはC1−18アルキル、C1−18アルケニル、C1−18アルキニル、C3−7シクロアルキル、C3−7シクロアルキル−C1−12アルキル、C6−14アリール、C6−10アリール−C1−12アルキルC1−18エーテル又はC1−18エステルを、Xはハロゲン原子を示す。)で表されるアルキル化剤とを反応させる第2工程からなり、
(3)表面上に上記Rで示される炭化水素基が結合している、粒径1〜5nmのシリコンナノ粒子蛍光体を得ることを特徴とするシリコンナノ粒子の製造方法により製造することができる。
本発明のシリコンナノ粒子製造方法によれば、Si原子が3次元ネットワーク状に結合したシリコンナノ粒子であって、このシリコンナノ粒子表面上において、複数の炭化水素基が、シリコンナノ粒子内のそれぞれのSi原子と結合し、その表面が炭化水素基で覆われているシリコンナノ粒子が得られる。シリコンナノ粒子の表面が炭化水素基で覆われていることによって、シリコンナノ粒子の酸化を防止することができ、そのことによりこのシリコンナノ粒子の発光波長及び発光効率の低下を防止することができる。
さらに、シリコンナノ粒子の粒径サイズと、励起後の発光波長は関連性を有するので、粒径サイズを調整すれば、シリコンナノ粒子の励起後の発光波長を可視領域とすることができる。
The phosphor is
(1) a first step of reacting an alloy powder represented by Mg 2 Si with silicon tetrachloride (SiCl 4 ) in a reaction solvent;
(2) The obtained silicon compound and formula: RMgX or RLi (wherein R is C 1-18 alkyl, C 1-18 alkenyl, C 1-18 alkynyl, C 3-7 cycloalkyl, C 3-7 cyclo) Alkyl-C 1-12 alkyl, C 6-14 aryl, C 6-10 aryl-C 1-12 alkyl C 1-18 ether or C 1-18 ester, wherein X represents a halogen atom. Comprising a second step of reacting with an alkylating agent,
(3) A silicon nanoparticle phosphor having a particle diameter of 1 to 5 nm, on which the hydrocarbon group represented by R is bonded to the surface, can be produced by a method for producing silicon nanoparticles. .
According to the method for producing silicon nanoparticles of the present invention, silicon nanoparticles in which Si atoms are bonded in a three-dimensional network form, on the surface of the silicon nanoparticles, a plurality of hydrocarbon groups are respectively present in the silicon nanoparticles. Thus, silicon nanoparticles that are bonded to Si atoms and whose surfaces are covered with hydrocarbon groups can be obtained. The surface of the silicon nanoparticle is covered with a hydrocarbon group, so that the oxidation of the silicon nanoparticle can be prevented, thereby preventing the emission wavelength and the luminous efficiency of the silicon nanoparticle from being lowered. .
Furthermore, since the particle size of silicon nanoparticles and the emission wavelength after excitation are related, if the particle size is adjusted, the emission wavelength after excitation of the silicon nanoparticles can be made visible.

本発明に係る製造方法において、上記第1工程を、アルゴンガス雰囲気中において、反応温度0℃〜150℃、圧力 常圧(10135Pa)〜10MPaで、1日〜10日間、反応溶媒中で行うことが好ましい。   In the production method according to the present invention, the first step is performed in a reaction solvent in an argon gas atmosphere at a reaction temperature of 0 ° C. to 150 ° C. and a pressure of normal pressure (10135 Pa) to 10 MPa for 1 day to 10 days. Is preferred.

また、前記第1工程において、MgSiで表される合金粉末に対し、前記四塩化珪素(SiCl)を重量比で1:1〜1:10で用いることが好ましい。MgSi合金に対する四塩化珪素(SiCl)の重量の比を1:1より大きくするのは、MgSi合金粉末が反応溶液中に残ってしまうためであり、1:10より小さくするのは、第1工程において反応しなかった未反応の四塩化珪素(SiCl)を取り除くのに時間を要するためである。 In the first step, the silicon tetrachloride (SiCl 4 ) is preferably used in a weight ratio of 1: 1 to 1:10 with respect to the alloy powder represented by Mg 2 Si. The weight ratio of silicon tetrachloride for Mg 2 Si alloy (SiCl 4) 1: to greater than 1 is because the Mg 2 Si alloy powder is left in the reaction solution, 1: to less than 10 This is because it takes time to remove unreacted silicon tetrachloride (SiCl 4 ) that did not react in the first step.

更に、前記第1工程において、MgSiで表される合金粉末の重量(g)に対する、前記反応溶媒の体積(l)との比が、1:0.1〜1:1であることが好ましい。MgSi合金の重量(g)に対する反応溶媒の体積(l)の比を1:0.1より大きくするのは、第1工程終了時の後処理において、溶媒を取り除くのに時間を要するためである。 Furthermore, in the first step, the ratio of the volume (l) of the reaction solvent to the weight (g) of the alloy powder represented by Mg 2 Si is 1: 0.1 to 1: 1. preferable. The ratio of the volume (l) of the reaction solvent to the weight (g) of the Mg 2 Si alloy is larger than 1: 0.1 because it takes time to remove the solvent in the post-treatment at the end of the first step. It is.

さらに、上記反応溶媒は、ジグライム(diglyme)、トリグライム(triglyme)、ジオキサン、メチルイソブチルケトン(MIBK)、テトラハイドロフラン(THF)、メチルt-ブチルエーテル(MTBE)、ポリエチレングリコール(PEG)、トルエン、キシレン、ニトロベンゼン、n−ヘプタン、n−ヘキサン、クロロホルム、塩化メチレン、ジエチルエーテル、および石油エーテルからなる群から選択される1種以上の溶媒とすることが好ましい。   Furthermore, the reaction solvent is diglyme, triglyme, dioxane, methyl isobutyl ketone (MIBK), tetrahydrofuran (THF), methyl t-butyl ether (MTBE), polyethylene glycol (PEG), toluene, xylene. It is preferable to use at least one solvent selected from the group consisting of nitrobenzene, n-heptane, n-hexane, chloroform, methylene chloride, diethyl ether, and petroleum ether.

また、本発明は、上記蛍光体粒子のRで示される炭化水素基が、バイオタグとして用いるための反応活性基Yを有するシリコンナノ粒子蛍光体にある。ここで、バイオタグとは、標識部と結合部の二つの部分から構成される機能性物質である。バイオタグは結合部によって生体物質と結合し、且つ標識部の特徴的性質によりその存在を観察することができる。バイオタグにより、生物における体内外での生体物質の動的挙動の観察やその生成量の定量が可能となる。上記シリコンナノ粒子蛍光体は標識部に該当する。
蛍光物質を用いたバイオタグは、医薬、化学、農学等の研究開発、医療現場での検査診断キットとして幅広く用いられている。しかしながらこれまでの蛍光物質では有機化合物、有機金属錯体が用いられており、標識部位の安定性が比較的低い事が懸念されている。また、これらの物質の多くは人体へ有害である疑いがある。
一般的に蛍光体の発光波長の幅が広いと、蛍光体としての機能が問題視されるため、よりシャープな発光スペクトルを示す物質の開発が望まれる。
本発明に係るシリコンナノ粒子蛍光体によれば、高い安定性と低い毒性、さらにはシャープな発光波長と、多くの蛍光物質の問題を解決することができる。
また、反応活性基Yとは、生体に結合することが可能な部分であって、反応活性基がR基を介してシリコンナノ粒子に結合しており、このシリコンナノ粒子を生体のある特定部位に結合させることができるものである。
The present invention also resides in a silicon nanoparticle phosphor in which the hydrocarbon group represented by R of the phosphor particle has a reactive group Y for use as a biotag. Here, the biotag is a functional substance composed of two parts, a label part and a binding part. The biotag is bound to the biological substance by the binding portion, and its presence can be observed by the characteristic property of the labeling portion. The biotag enables observation of the dynamic behavior of biological material in living organisms inside and outside the body and quantification of the amount produced. The silicon nanoparticle phosphor corresponds to a labeling portion.
Biotags using fluorescent materials are widely used as research and development in medicine, chemistry, agriculture, etc., and as diagnostic kits in the medical field. However, organic compounds and organometallic complexes have been used in conventional fluorescent materials, and there is a concern that the stability of the labeling site is relatively low. Many of these substances are also suspected of being harmful to the human body.
In general, when the emission wavelength width of the phosphor is wide, the function as the phosphor is regarded as a problem. Therefore, development of a substance exhibiting a sharper emission spectrum is desired.
The silicon nanoparticle phosphor according to the present invention can solve the problems of high stability, low toxicity, sharp emission wavelength, and many fluorescent substances.
The reactive group Y is a part capable of binding to the living body, and the reactive group is bonded to the silicon nanoparticle via the R group. Can be combined.

上記結合部として、上記R基の末端に、反応活性基であるハロゲン化アルキル、水酸基、アミノ基、カルボン酸、イソチオシアネート、ハロゲン化ケイ素、ボロン酸、スクシンイミドエステル、ハロゲン化スルホニル、メルカプタン、またはヒドラジンが結合したものが挙げられる。   As the bonding part, at the terminal of the R group, an alkyl halide, hydroxyl group, amino group, carboxylic acid, isothiocyanate, silicon halide, boronic acid, succinimide ester, sulfonyl halide, mercaptan, or hydrazine which is a reactive group Are combined.

本発明に係るシリコンナノ粒子蛍光体によれば、可視波長領域で安定に発光し、しかも発光波長の制御可能な蛍光材料を提供することができる。この蛍光体は、表示デバイスやバイオタグなどに応用可能であり、環境に負荷のない蛍光材料として利用することができる。   According to the silicon nanoparticle phosphor of the present invention, it is possible to provide a fluorescent material that emits light stably in the visible wavelength region and can control the emission wavelength. This phosphor can be applied to display devices, biotags, and the like, and can be used as a fluorescent material with no environmental load.

(シリコンナノ粒子蛍光体の製造方法)
〔第1反応工程〕
MgSiで表される合金粉末と過剰の四塩化珪素(SiCl)とをアルゴン雰囲気下で溶媒中で反応させる。ここで、反応温度は、0〜150℃、より好ましくは20〜100℃、さらに好ましくは30〜80℃である。また、反応時間は、1〜10日、より好ましくは3〜7日である。反応圧力は、常圧(10135Pa)〜10MPa、より好ましくは3MPa〜6MPaである。上記溶媒としては、ジグライム(diglyme)、トリグライム(triglyme)、ジオキサン、メチルイソブチルケトン(MIBK)、テトラハイドロフラン(THF)、メチルt-ブチルエーテル(MTBE)、ポリエチレングリコール(PEG)、トルエン、キシレン、ニトロベンゼン、n−ヘプタン、n−ヘキサン、クロロホルム、塩化メチレン、ジエチルエーテル、および石油エーテルなどが挙げられるが、これらの溶媒は単独で、又は2種以上を混合して使用してもよい。好ましくは、テトラハイドロフラン(THF)である。
(Method for producing silicon nanoparticle phosphor)
[First reaction step]
An alloy powder represented by Mg 2 Si and excess silicon tetrachloride (SiCl 4 ) are reacted in a solvent under an argon atmosphere. Here, reaction temperature is 0-150 degreeC, More preferably, it is 20-100 degreeC, More preferably, it is 30-80 degreeC. The reaction time is 1 to 10 days, more preferably 3 to 7 days. The reaction pressure is normal pressure (10135 Pa) to 10 MPa, more preferably 3 MPa to 6 MPa. Examples of the solvent include diglyme, triglyme, dioxane, methyl isobutyl ketone (MIBK), tetrahydrofuran (THF), methyl t-butyl ether (MTBE), polyethylene glycol (PEG), toluene, xylene, and nitrobenzene. , N-heptane, n-hexane, chloroform, methylene chloride, diethyl ether, petroleum ether, and the like. These solvents may be used alone or in admixture of two or more. Tetrahydrofuran (THF) is preferable.

次いで、上記第1反応工程で生成された溶液をアルゴン雰囲気下減圧濃縮し、反応溶媒及び未反応の四塩化珪素(SiCl)を除去することにより、Si原子が3次元的に結合して略球形状のクラスターが形成され、この球形体の周囲においてCl原子がSi原子と結合したシリコン粒子を得ることができる。 Next, the solution produced in the first reaction step is concentrated under reduced pressure in an argon atmosphere, and the reaction solvent and unreacted silicon tetrachloride (SiCl 4 ) are removed. A spherical cluster is formed, and silicon particles in which Cl atoms are bonded to Si atoms around the sphere can be obtained.

〔第2反応工程〕
続いて、上記シリコン化合物と式:RMgXまたはRLi(式中、RはC1−18アルキル、C1−18アルケニル、C1−18アルキニル、C3−7シクロアルキル、C3−7シクロアルキル−C1−12アルキル、C6−14アリール、C6−10アリール−C1−12アルキル、C1−18エーテル又はC1−18エステルを、Xはハロゲン原子を示す)で表されるアルキル化剤とを溶媒中で反応させる。上記溶媒として、第1反応工程で用いた溶媒、即ちジグライム(diglyme)、トリグライム(triglyme)、ジオキサン、メチルイソブチルケトン(MIBK)、テトラハイドロフラン(THF)、メチルt-ブチルエーテル(MTBE)、ポリエチレングリコール(PEG)、トルエン、キシレン、ニトロベンゼン、n−ヘプタン、n−ヘキサン、クロロホルム、塩化メチレン、ジエチルエーテル、および石油エーテルから選択される少なくとも1種からなる溶媒を用いることができる。第2反応工程で用いる溶媒は、第1反応工程で用いる溶媒と同一であっても良いし、異なっていても良い。
[Second reaction step]
Subsequently, the silicon compound and the formula: RMgX or RLi (wherein R is C 1-18 alkyl, C 1-18 alkenyl, C 1-18 alkynyl, C 3-7 cycloalkyl, C 3-7 cycloalkyl- C 1-12 alkyl, C 6-14 aryl, C 6-10 aryl-C 1-12 alkyl, C 1-18 ether or C 1-18 ester, X represents a halogen atom) The agent is reacted in a solvent. As the solvent, the solvents used in the first reaction step, that is, diglyme, triglyme, dioxane, methyl isobutyl ketone (MIBK), tetrahydrofuran (THF), methyl t-butyl ether (MTBE), polyethylene glycol A solvent comprising at least one selected from (PEG), toluene, xylene, nitrobenzene, n-heptane, n-hexane, chloroform, methylene chloride, diethyl ether, and petroleum ether can be used. The solvent used in the second reaction step may be the same as or different from the solvent used in the first reaction step.

上記アルキル化剤のRで示されるC1−18アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデカン基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基が挙げられる。 Examples of the C 1-18 alkyl group represented by R of the alkylating agent include, for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, pentyl group, isopentyl group, neopentyl group. Group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecane group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group, heptadecyl group and octadecyl group.

また、C1−18アルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、クロチル基、2−ペンテニル基、3−ヘキセニル基が挙げられる。C1−18アルキニル基としては、例えば、エチニル基、1−プロピニル基、2−プロピニル基、1−ブチニル基、2−ペンチニル基、3−ヘキシニル基が挙げられる。シクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基が挙げられる。 Examples of the C 1-18 alkenyl group include a vinyl group, an allyl group, a crotyl group, a 2-pentenyl group, and a 3-hexenyl group. Examples of the C 1-18 alkynyl group include an ethynyl group, a 1-propynyl group, a 2-propynyl group, a 1-butynyl group, a 2-pentynyl group, and a 3-hexynyl group. Examples of the cycloalkyl group include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, and a cycloheptyl group.

さらに、C3−7シクロアルキル−C1−12アルキルとしては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基から選ばれる官能基の少なくとも1つの結合手を、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデカン基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基から選ばれる官能基で置換したもの、逆に、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデカン基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基から選ばれる官能基の少なくとも一つの結合手を、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基から選ばれる官能基の少なくとも一つで置換したものが挙げられる。 Furthermore, as C 3-7 cycloalkyl-C 1-12 alkyl, for example, at least one bond of a functional group selected from a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, and a cycloheptyl group, Methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl Substituted with a functional group selected from a group, undecyl group, dodecane group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group, heptadecyl group, octadecyl group, and conversely, for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl Group, butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl Group, pentyl group, isopentyl group, neopentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecane group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group, heptadecyl group, octadecyl group Examples thereof include those in which at least one bond of a selected functional group is substituted with at least one functional group selected from a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, and a cycloheptyl group.

6−14アリール基として、例えば、フェニル基、ナフチル基が挙げられる。 Examples of the C 6-14 aryl group include a phenyl group and a naphthyl group.

6−10アリール−C1−12アルキルとして、例えば、フェニル基、ナフチル基から選ばれる官能基の少なくとも1つの結合手を、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデカン基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基から選ばれる官能基の少なくとも一つで置換したもの、逆に、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデカン基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基から選ばれる官能基の少なくとも1つの結合手を、例えば、フェニル基、ナフチル基から選ばれる官能基の少なくとも一つで置換したものが挙げられる。 As C 6-10 aryl-C 1-12 alkyl, for example, at least one bond of a functional group selected from a phenyl group and a naphthyl group is selected from, for example, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, Isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecane, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl Substituted with at least one functional group selected from a group, hexadecyl group, heptadecyl group, octadecyl group, conversely, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, hexyl, heptyl , An octyl group, a nonyl group, a decyl group, an undecyl group, a dodecane group, a tridecyl group, a tetradecyl group, a pentadecyl group, a hexadecyl group, a heptadecyl group, an octadecyl group, and at least one bond thereof, for example, a phenyl group And those substituted with at least one functional group selected from naphthyl groups.

1−18エーテルとして、R−O−RのR及びRのそれぞれが、例えば、C1−18アルキル、C1−18アルケニル、C1−18アルキニル、C3−7シクロアルキル、C3−7シクロアルキル−C1−12アルキル、C6−14アリール、C6−10アリール−C1−12アルキル、C1−18エーテル又はC1−18エステルのいずれかであるものが挙げられる。ここで、C1−18アルキル、C1−18アルケニル、C1−18アルキニル、C3−7シクロアルキル、C3−7シクロアルキル−C1−12アルキル、C6−14アリール、C6−10アリール−C1−12アルキル、C1−18エーテル又はC1−18エステルは、上記のものと同様である。 As C 1-18 ether, each of R 1 and R 2 of R 1 —O—R 2 is, for example, C 1-18 alkyl, C 1-18 alkenyl, C 1-18 alkynyl, C 3-7 cycloalkyl. , C 3-7 cycloalkyl-C 1-12 alkyl, C 6-14 aryl, C 6-10 aryl-C 1-12 alkyl, C 1-18 ether or C 1-18 ester Can be mentioned. Where C 1-18 alkyl, C 1-18 alkenyl, C 1-18 alkynyl, C 3-7 cycloalkyl, C 3-7 cycloalkyl-C 1-12 alkyl, C 6-14 aryl, C 6-6 10 aryl-C 1-12 alkyl, C 1-18 ether or C 1-18 ester is the same as described above.

1−18エステルとして、R−COO−RのR及びRのそれぞれが、例えば、C1−18アルキル、C1−18アルケニル、C1−18アルキニル、C3−7シクロアルキル、C3−7シクロアルキル−C1−12アルキル、C6−14アリール、C6−10アリール−C1−12アルキル、C1−18エーテル又はC1−18エステルのいずれかであるものが挙げられる。ここで、C1−18アルキル、C1−18アルケニル、C1−18アルキニル、C3−7シクロアルキル、C3−7シクロアルキル−C1−12アルキル、C6−14アリール、C6−10アリール−C1−12アルキル、C1−18エーテル又はC1−18エステルは、上記のものと同様である。 As C 1-18 ester, each of R 3 and R 4 of R 3 —COO—R 4 is, for example, C 1-18 alkyl, C 1-18 alkenyl, C 1-18 alkynyl, C 3-7 cycloalkyl. , C 3-7 cycloalkyl-C 1-12 alkyl, C 6-14 aryl, C 6-10 aryl-C 1-12 alkyl, C 1-18 ether or C 1-18 ester Can be mentioned. Where C 1-18 alkyl, C 1-18 alkenyl, C 1-18 alkynyl, C 3-7 cycloalkyl, C 3-7 cycloalkyl-C 1-12 alkyl, C 6-14 aryl, C 6-6 10 aryl-C 1-12 alkyl, C 1-18 ether or C 1-18 ester is the same as described above.

上記反応により得られた反応液を減圧濃縮し、得られた残さに水を加えた後、有機溶媒で抽出することにより、シリコンナノ粒子蛍光体を得ることができる。   The reaction liquid obtained by the above reaction is concentrated under reduced pressure, and water is added to the obtained residue, followed by extraction with an organic solvent, whereby a silicon nanoparticle phosphor can be obtained.

(シリコンナノ粒子の粒径調整)
最初に、MgSiで表される合金粉末を四塩化珪素(SiCl)と反応させる工程を反応工程(1)、また、反応工程(1)により得られたシリコン化合物とRMgXまたはRLiで表されるアルキル化剤とを反応させる工程を反応工程(2)とすると、反応工程(1)の方が反応工程(2)よりも、最終生成物であるSi(シリコン)粒子サイズに対して大きく影響を与える。即ち、反応工程(2)によって、最終シリコン粒子のサイズはほとんど影響を受けないので、反応工程(1)によって、最終シリコン粒子のサイズが決定されることとなる。
反応工程(1)において、反応温度を上げるとSi(シリコン)粒子サイズは減少する。通常、0℃以上で行われるが150℃以下で行うのが好ましい。
また、反応時間を長くするとSi(シリコン)粒子サイズは増加する。通常、1日以上で行われるが、10日以下で行うのが好ましい。
さらに、反応圧力を上げるとSi(シリコン)粒子サイズは増加する。通常、常圧以上で行われるが、10MPa以下で行うのが好ましい。
また、攪拌時間を長くすると、Si(シリコン)粒子サイズは減少する。ここで、反応時間と攪拌時間を適宜調整することにより所望の大きさのシリコンナノ粒子を得ることができる。
さらに、第1工程における反応をより抑える溶媒中で反応を行うと、Si(シリコン)粒子サイズを増加させることができる。これは、MgSiとSiClとの急激な反応を抑制すると、シリコンナノ粒子が緩やかに成長してより大きくなるためである。
シリコンナノ粒子の粒径の大きさは、その粒子が発光する可視光の波長と対応しており、シリコンナノ粒子の粒径が大きくなると、例えば紫外励起によるそのシリコンナノ粒子の発光波長が長波長側にシフトし、可視光を発光することが可能となる。概して、紫色光(約380nm〜約430nm)を発する蛍光体の粒径は、約1.09nm〜約1.21nmに、青色光(約430nm〜約460nm)を発する蛍光体の粒径は、約1.21〜約1.35nmに、青緑色光(約460nm〜約500nm)を発する蛍光体の粒径は、約1.35〜約1.50nmに、緑色光(約500nm〜約570nm)を発する蛍光体の粒径は、約1.50〜約1.69nmに、黄色光(約570nm〜約590nm)を発する蛍光体の粒径は、約1.69〜約1.79nmに、橙色光(約590nm〜約610nm)を発する蛍光体の粒径は、約1.79〜約1.85nmに、赤色光(約610nn〜約780nm)を発する蛍光体の粒径は、約1.85〜約2.19nmに対応する。
反応工程(2)においては、シリコン粒子の外周部に上記炭化水素基を結合させることにより、炭化水素基でシリコンナノ粒子の表面を覆い、シリコンナノ粒子の酸化を防止し、そのことによりこのシリコン粒子の発光波長及び発光効率の変化を防止することができる。
(Adjusting the particle size of silicon nanoparticles)
First, the step of reacting the alloy powder represented by Mg 2 Si with silicon tetrachloride (SiCl 4 ) is represented by reaction step (1), and the silicon compound obtained by the reaction step (1) is represented by RMgX or RLi. If the step of reacting the alkylating agent to be reacted is the reaction step (2), the reaction step (1) is larger than the reaction step (2) with respect to the Si (silicon) particle size as the final product. Influence. That is, since the size of the final silicon particles is hardly affected by the reaction step (2), the size of the final silicon particles is determined by the reaction step (1).
In the reaction step (1), the Si (silicon) particle size decreases as the reaction temperature is increased. Usually, it is performed at 0 ° C. or higher, but it is preferably performed at 150 ° C. or lower.
Further, when the reaction time is lengthened, the Si (silicon) particle size increases. Usually, it is performed for 1 day or longer, but it is preferably performed for 10 days or shorter.
Further, when the reaction pressure is increased, the Si (silicon) particle size increases. Usually, the reaction is carried out at normal pressure or higher, but is preferably carried out at 10 MPa or less.
Further, when the stirring time is lengthened, the Si (silicon) particle size decreases. Here, silicon nanoparticles having a desired size can be obtained by appropriately adjusting the reaction time and the stirring time.
Furthermore, when the reaction is performed in a solvent that further suppresses the reaction in the first step, the Si (silicon) particle size can be increased. This is because if the rapid reaction between Mg 2 Si and SiCl 4 is suppressed, the silicon nanoparticles grow slowly and become larger.
The size of the silicon nanoparticles corresponds to the wavelength of visible light emitted by the particles. When the size of the silicon nanoparticles increases, for example, the emission wavelength of the silicon nanoparticles by ultraviolet excitation becomes longer. It becomes possible to emit visible light. Generally, the particle size of a phosphor emitting violet light (about 380 nm to about 430 nm) is about 1.09 nm to about 1.21 nm, and the size of a phosphor emitting blue light (about 430 nm to about 460 nm) is about The particle size of the phosphor emitting blue-green light (about 460 nm to about 500 nm) from 1.21 to about 1.35 nm is about 1.35 to about 1.50 nm, and the green light (about 500 nm to about 570 nm) is emitted. The particle size of the phosphor emitting is about 1.50 to about 1.69 nm, and the particle size of the phosphor emitting yellow light (about 570 nm to about 590 nm) is orange light from about 1.69 to about 1.79 nm. The particle size of the phosphor emitting (about 590 nm to about 610 nm) is about 1.79 to about 1.85 nm, and the particle size of the phosphor emitting red light (about 610 nn to about 780 nm) is about 1.85 to about 1.85 nm. This corresponds to about 2.19 nm.
In the reaction step (2), the hydrocarbon group is bonded to the outer peripheral portion of the silicon particle to cover the surface of the silicon nanoparticle with the hydrocarbon group, thereby preventing the oxidation of the silicon nanoparticle. It is possible to prevent changes in the emission wavelength and emission efficiency of the particles.

(バイオタグ)
バイオタグとは、標識部と結合部の2つの部分から構成され、この結合部により生体物質と結合し、また標識部によりその存在を示す。上記バイオタグの結合部の反応活性基が生体物質と結合し、その結合部分に、例えば紫外線を照射すると、標識部であるシリコンナノ粒子蛍光体が可視光を発光するため、バイオタグの位置を認識することができる。本発明においては、上記結合部は、R基の末端に反応活性基Yが結合したものである。Rは、C1−18アルキル、C1−18アルケニル、C1−18アルキニル、C3−7シクロアルキル、C3−7シクロアルキル−C1−12アルキル、C6−14アリール、C6−10アリール−C1−12アルキル、C1−18エーテル、またはC1−18エステルである。このC1−18アルキル、C1−18アルケニル、C1−18アルキニル、C3−7シクロアルキル、C3−7シクロアルキル−C1−12アルキル、C6−14アリール、C6−10アリール−C1−12アルキル、C1−18エーテルおよびC1−18エステルの具体例としては上記と同様のものである。
上記反応活性基Yは、生体物質と結合するものであれば、如何なる物質であっても良い。特に、上記反応活性基Yは、ハロゲン化アルキル、水酸基、アミノ基、カルボン酸、イソチオシアネート、ハロゲン化ケイ素、ボロン酸、スクシンイミドエステル、ハロゲン化スルホニル、メルカプタン、及びヒドラジンからなる群から選ばれるのが好ましい。
また、本発明において、上記標識部はシリコンナノ粒子蛍光体である。バイオタグの標識部をシリコンナノ粒子とすると、従来のカドミウム等を含有する蛍光体とは異なり、生体に対して毒性がない。
(Bio tag)
A biotag is composed of two parts, a labeling part and a binding part, which binds to a biological substance by this binding part and indicates its presence by a labeling part. When the reactive group in the binding part of the biotag binds to a biological substance, and the binding part is irradiated with, for example, ultraviolet rays, the silicon nanoparticle phosphor as the labeling part emits visible light. Can be recognized. In the present invention, the above-mentioned bonding portion is one in which the reactive group Y is bonded to the end of the R group. R is C 1-18 alkyl, C 1-18 alkenyl, C 1-18 alkynyl, C 3-7 cycloalkyl, C 3-7 cycloalkyl-C 1-12 alkyl, C 6-14 aryl, C 6-6 10 aryl-C 1-12 alkyl, C 1-18 ether, or C 1-18 ester. This C 1-18 alkyl, C 1-18 alkenyl, C 1-18 alkynyl, C 3-7 cycloalkyl, C 3-7 cycloalkyl-C 1-12 alkyl, C 6-14 aryl, C 6-10 aryl Specific examples of —C 1-12 alkyl, C 1-18 ether and C 1-18 ester are the same as described above.
The reactive group Y may be any substance as long as it binds to a biological substance. In particular, the reactive group Y is selected from the group consisting of alkyl halides, hydroxyl groups, amino groups, carboxylic acids, isothiocyanates, silicon halides, boronic acids, succinimide esters, sulfonyl halides, mercaptans, and hydrazines. preferable.
In the present invention, the labeling part is a silicon nanoparticle phosphor. When the labeling part of the biotag is made of silicon nanoparticles, unlike a conventional phosphor containing cadmium or the like, there is no toxicity to the living body.

(バイオタグの製造方法)
(第1反応工程)
上記第1反応工程と同様にして、Si原子が3次元的に結合して略球形状のクラスターが形成され、この球形体の周囲においてCl原子がSi原子と結合したシリコン化合物を得る。
(第2反応工程)
続いて、上記シリコン化合物と、式:RMgXまたはRLi(式中、R、Xは上記のものと同様)で表されるアルキル化剤のR基の末端に反応活性基Y(Yは、ハロゲン化アルキル、水酸基、アミノ酸、カルボン酸、イソチオシアネート、ハロゲン化ケイ素、ボロン酸、スクシンイミドエステル、ハロゲン化スルホニル、メルカプタン、またはヒドラジンの1種である)が結合したものとを溶媒中に添加し、反応させる。この溶媒は、上記溶媒と同様である。第2反応工程で用いる溶媒は、第1反応工程で用いる溶媒と同一であっても良いし、異なっていても良い。上記反応活性基Yが上記RMgX又はRLiのR基の末端に結合した化合物を、一定の濃度(1%〜10%)で、第1反応工程で得られたシリコン化合物に添加する。この第2反応工程において、反応活性基Yを、保護基Z(Zは、アルキル基、アリールメチル基、アリールカルボニル基、アルキルオキシカルボニル基)で保護することが好ましい。ここで、「保護する」とは、保護基Zが、反応活性基Yの、生体物質との結合部位に結合し、反応活性基Yを取り囲むことをいう。反応活性基Yが生体物質と結合するときは、保護基Zが反応活性基Yから離脱する。
第2工程における反応条件は、上記と同様である。ここで得られた化合物を、上記と同様に後処理してバイオタグを得ることができる。
(Biotag manufacturing method)
(First reaction step)
Similar to the first reaction step, Si atoms are three-dimensionally bonded to form a substantially spherical cluster, and a silicon compound in which Cl atoms are bonded to Si atoms around the spherical body is obtained.
(Second reaction step)
Subsequently, the reactive group Y (Y is a halogenated group) at the terminal of the R group of the alkylating agent represented by the above silicon compound and the formula: RMgX or RLi (wherein R and X are the same as those described above). Alkyl, hydroxyl group, amino acid, carboxylic acid, isothiocyanate, silicon halide, boronic acid, succinimide ester, sulfonyl halide, mercaptan, or hydrazine) are combined in a solvent and reacted. . This solvent is the same as the above solvent. The solvent used in the second reaction step may be the same as or different from the solvent used in the first reaction step. The compound in which the reactive group Y is bonded to the R group end of the RMgX or RLi is added to the silicon compound obtained in the first reaction step at a constant concentration (1% to 10%). In this second reaction step, the reactive group Y is preferably protected with a protecting group Z (Z is an alkyl group, an arylmethyl group, an arylcarbonyl group, or an alkyloxycarbonyl group). Here, “protecting” means that the protecting group Z binds to the binding site of the reactive group Y with the biological substance and surrounds the reactive group Y. When the reactive group Y binds to the biological substance, the protective group Z is detached from the reactive group Y.
The reaction conditions in the second step are the same as above. The compound obtained here can be post-treated in the same manner as described above to obtain a biotag.

以下、実施例によって本発明をさらに詳細かつ具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail and concretely, this invention is not limited to a following example.

アルゴンガス気流下、温度計、攪拌子を備えた内容積100mlの3つ口フラスコに、四塩化珪素(SiCl) 0.2ml、MgSi 100mg、及び溶媒としてテトラハイドロフラン(THF)を50ml加えた。引き続き、アルゴンガス気流下で45℃で1週間反応させた(撹拌無し)。この反応溶液に対して、減圧濃縮することにより、未反応の四塩化珪素(SiCl)及び反応溶媒を取り除き、シリコン化合物が得られた。このシリコン化合物は、Si原子が3次元的に結合して略球形状に形成され、この球形体の周囲においてCl原子がSi原子と結合した化合物である。 Under an argon gas stream, in a three-necked flask with an internal volume of 100 ml equipped with a thermometer and a stirrer, 0.2 ml of silicon tetrachloride (SiCl 4 ), 100 mg of Mg 2 Si, and 50 ml of tetrahydrofuran (THF) as a solvent added. Then, it was made to react at 45 degreeC under argon gas stream for 1 week (no stirring). By concentrating the reaction solution under reduced pressure, unreacted silicon tetrachloride (SiCl 4 ) and the reaction solvent were removed, and a silicon compound was obtained. This silicon compound is a compound in which Si atoms are three-dimensionally bonded to form a substantially spherical shape, and Cl atoms are bonded to Si atoms around the sphere.

その後、得られた生成物に対して、アルゴン気流下で溶媒であるテトラハイドロフランを50ml加え、さらに2Mのn-BuブチルMgCl 2.6mlを滴下し、引き続きアルゴン気流下で1日間室温で撹拌しながら反応させた。その後、溶媒を減圧下で除去した後、水 100mlを加えて塩を取り除き、ヘキサン 150mlで抽出した。溶媒を減圧下で除去することにより、30mgのシリコンナノ粒子蛍光体が得られた。図1は、実施例1の方法により作成されたシリコンナノ粒子の紫外線励起による発光スペクトルを示したものである。横軸を発光波長、縦軸をその発光強度としている。このシリコンナノ粒子蛍光体の発光波長のピークは430nmであり、シャープな分布が得られた(図1)。   Thereafter, 50 ml of tetrahydrofuran, which is a solvent, was added to the obtained product under an argon stream, and 2.6 ml of 2M n-BubutylMgCl was further added dropwise, followed by stirring at room temperature for 1 day under an argon stream. While reacting. Then, after removing the solvent under reduced pressure, 100 ml of water was added to remove the salt, and the mixture was extracted with 150 ml of hexane. By removing the solvent under reduced pressure, 30 mg of a silicon nanoparticle phosphor was obtained. FIG. 1 shows an emission spectrum of silicon nanoparticles prepared by the method of Example 1 by ultraviolet excitation. The horizontal axis represents the emission wavelength, and the vertical axis represents the emission intensity. The emission wavelength peak of this silicon nanoparticle phosphor was 430 nm, and a sharp distribution was obtained (FIG. 1).

アルゴンガス気流下、温度計、攪拌子を備えた内容積100mlの3つ口フラスコに、MgSi 100mg、及び溶媒としてジメトキシエタンを50ml加えた後、四塩化珪素(SiCl)0.2mlを加えた。引き続き、アルゴンガス気流下90℃で4日間撹拌しながら反応させた。この反応溶液に対して、減圧濃縮することにより、未反応の四塩化珪素(SiCl)及び反応溶媒を取り除き、Si原子が3次元的に結合して略球形状に形成され、この球形体の表面において、複数のCl原子が、この球形体を構成するSi原子と結合したシリコン化合物が得られた。 Under a stream of argon gas, 100 mg of Mg 2 Si and 50 ml of dimethoxyethane as a solvent were added to a 100 ml three-necked flask equipped with a thermometer and a stirrer, and then 0.2 ml of silicon tetrachloride (SiCl 4 ) was added. added. Then, it was made to react, stirring for 4 days at 90 degreeC under argon gas stream. The reaction solution is concentrated under reduced pressure to remove unreacted silicon tetrachloride (SiCl 4 ) and the reaction solvent, and Si atoms are three-dimensionally bonded to form a substantially spherical shape. A silicon compound in which a plurality of Cl atoms were bonded to Si atoms constituting the sphere on the surface was obtained.

その後、得られた生成物に対して、アルゴン気流下で溶媒であるジメトキシエタンを50ml加え、さらに2Mのn-BuMgCl 2.6mlを滴下し、引き続きアルゴン気流下で1日間室温で撹拌しながら反応させた。その後、溶媒を減圧下で除去した後、水 100mlを加えて塩を取り除き、ヘキサン 150mlで抽出した。溶媒を減圧下で除去することにより、15mgのシリコンナノ粒子蛍光体が得られた。   Thereafter, 50 ml of dimethoxyethane as a solvent was added to the obtained product under an argon stream, and 2.6 ml of 2M n-BuMgCl was added dropwise, followed by a reaction while stirring at room temperature for 1 day under an argon stream. I let you. Then, after removing the solvent under reduced pressure, 100 ml of water was added to remove the salt, and the mixture was extracted with 150 ml of hexane. By removing the solvent under reduced pressure, 15 mg of a silicon nanoparticle phosphor was obtained.

本発明は安定に高効率で発光するシリコンナノ粒子およびその製造方法に関するものであり、表示デバイスの発光材料、バイオタグの蛍光材として利用可能である。 The present invention relates to silicon nanoparticles that stably emit light with high efficiency and a method for producing the same, and can be used as a light emitting material for display devices and a fluorescent material for biotags.

実施例1で得られたシリコンナノ粒子の紫外線励起による発光スペクトルEmission spectrum of silicon nanoparticles obtained in Example 1 by ultraviolet excitation

Claims (8)

粒径1〜5nmのシリコンナノ粒子の表面に、Rで示される炭化水素基(RはC1−18アルキル、C1−18アルケニル、C1−18アルキニル、C3−7シクロアルキル、C3−7シクロアルキル−C1−12アルキル、C6−14アリール、C6−10アリール−C1−12アルキル、C1−18エーテル、又はC1−18エステル)が結合しており、励起後の発光波長が可視領域にあることを特徴とするシリコンナノ粒子蛍光体。 A hydrocarbon group represented by R (R is C 1-18 alkyl, C 1-18 alkenyl, C 1-18 alkynyl, C 3-7 cycloalkyl, C 3) is formed on the surface of silicon nanoparticles having a particle size of 1 to 5 nm. -7 cycloalkyl-C 1-12 alkyl, C 6-14 aryl, C 6-10 aryl-C 1-12 alkyl, C 1-18 ether, or C 1-18 ester) A silicon nanoparticle phosphor characterized in that the emission wavelength of is in the visible region. MgSiで表される合金粉末と四塩化珪素(SiCl)とを反応溶媒中で反応させる第1工程と、
次いで、得られたシリコン化合物と式:RMgXまたはRLi(式中、RはC1−18アルキル、C1−18アルケニル、C1−18アルキニル、C3−7シクロアルキル、C3−7シクロアルキル−C1−12アルキル、C6−14アリール、C6−10アリール−C1−12アルキル、C1−18エーテル又はC1−18エステルを、Xはハロゲン原子を示す)で表されるアルキル化剤とを反応させる第2工程からなり、
表面上に上記Rで示される炭化水素基が結合している、粒径1〜5nmのシリコンナノ粒子蛍光体を得ることを特徴とするシリコンナノ粒子の製造方法。
A first step of reacting an alloy powder represented by Mg 2 Si with silicon tetrachloride (SiCl 4 ) in a reaction solvent;
The resulting silicon compound and the formula: RMgX or RLi (wherein R is C 1-18 alkyl, C 1-18 alkenyl, C 1-18 alkynyl, C 3-7 cycloalkyl, C 3-7 cycloalkyl) -C 1-12 alkyl, C 6-14 aryl, C 6-10 aryl-C 1-12 alkyl, C 1-18 ether or C 1-18 ester, X represents a halogen atom) Comprising the second step of reacting with the agent,
A method for producing silicon nanoparticles, comprising obtaining a silicon nanoparticle phosphor having a particle size of 1 to 5 nm, wherein the hydrocarbon group represented by R is bonded on the surface.
前記第1工程が、アルゴンガス雰囲気中において、反応温度0℃〜150℃、圧力 常圧〜10MPaで、1日〜10日間、反応溶媒中で行われる請求項2に記載のシリコンナノ粒子蛍光体の製造方法。   3. The silicon nanoparticle phosphor according to claim 2, wherein the first step is performed in a reaction solvent in an argon gas atmosphere at a reaction temperature of 0 ° C. to 150 ° C. and a pressure of normal pressure to 10 MPa for 1 day to 10 days. Manufacturing method. 前記第1工程において、MgSiで表される合金粉末に対し前記四塩化珪素(SiCl)を、重量(g)比で1:1〜1:10で用いる請求項2又は3に記載のシリコンナノ粒子蛍光体の製造方法。 In the first step, the silicon tetrachloride to the alloy powder represented by Mg 2 Si (SiCl 4), 1 weight (g) ratio: 1 to 1: according to claim 2 or 3 used in the 10 A method for producing a silicon nanoparticle phosphor. 前記第1工程において、MgSiで表される合金粉末の重量(g)に対する、前記溶媒の体積(L)との比が、1:0.1〜1:1である請求項2〜4のいずれかに記載のシリコンナノ粒子蛍光体の製造方法。 The ratio of the volume (L) of the solvent to the weight (g) of the alloy powder represented by Mg 2 Si in the first step is 1: 0.1 to 1: 1. The manufacturing method of the silicon nanoparticle fluorescent substance in any one of. 前記反応溶媒が、ジグライム(diglyme)、トリグライム(triglyme)、ジオキサン、メチルイソブチルケトン(MIBK)、テトラハイドロフラン(THF)、メチルt-ブチルエーテル(MTBE)、ポリエチレングリコール(PEG)、トルエン、キシレン、ニトロベンゼン、n−ヘプタン、n−ヘキサン、クロロホルム、塩化メチレン、ジエチルエーテル、および石油エーテルからなる群から選択される1種以上の溶媒である請求項2〜5のいずれかに記載のシリコンナノ粒子蛍光体の製造方法。   The reaction solvent is diglyme, triglyme, dioxane, methyl isobutyl ketone (MIBK), tetrahydrofuran (THF), methyl t-butyl ether (MTBE), polyethylene glycol (PEG), toluene, xylene, nitrobenzene. 6. The silicon nanoparticle phosphor according to claim 2, which is at least one solvent selected from the group consisting of n-heptane, n-hexane, chloroform, methylene chloride, diethyl ether, and petroleum ether. Manufacturing method. 前記炭化水素基が、バイオタグとして用いるための反応活性基Yを有することを特徴とする請求項1記載のシリコンナノ粒子蛍光体。   The silicon nanoparticle phosphor according to claim 1, wherein the hydrocarbon group has a reactive group Y for use as a biotag. 前記反応活性基Yが、ハロゲン化アルキル、水酸基、アミノ基、カルボン酸、イソチオシアネート、ハロゲン化ケイ素、ボロン酸、スクシンイミドエステル、ハロゲン化スルホニル、メルカプタン、及びヒドラジンからなる群から選ばれる1種であることを特徴とする請求項7記載のシリコンナノ粒子蛍光体。
The reactive group Y is one selected from the group consisting of alkyl halides, hydroxyl groups, amino groups, carboxylic acids, isothiocyanates, silicon halides, boronic acids, succinimide esters, sulfonyl halides, mercaptans, and hydrazines. The silicon nanoparticle phosphor according to claim 7.
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