JP2006159166A - Particle accumulation body and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-quality particle aggregate and its manufacturing method. <P>SOLUTION: This invention is to provide a particle aggregate constituted by densely aggregated particles. The method includes a process for preparing a particle dispersed solution 20 where particles 22 are dispersed in a first solvent 24, a process for arranging the dispersed solution 20 in a second solvent 30 capable of separating the dispersed solution 20 from the first solvent 24, and a process for spreading the first solvent 24, which is contained in the particle dispersed solution 20 in the second solvent 30, into the second solvent 30. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、球形粒子が密に集積して成る粒子集積体に関する。また本発明は、粒子が密に集積して成る粒子集積体を製造する方法に関する。さらに、かかる粒子集積体が基材表面に配置された粒子集積体材料およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a particle assembly in which spherical particles are densely integrated. The present invention also relates to a method for producing a particle assembly in which particles are densely accumulated. Furthermore, the present invention relates to a particle assembly material in which such a particle assembly is disposed on the surface of a substrate and a method for producing the same.

複数の粒子の集合体は、単一の粒子とは異なる有用な特性を発揮する材料となり得ることから広く研究されている。例えば、微粒子が高度の規則性をもって集合して成る粒子集積体は、フォトニック結晶その他の分野において有用な材料となり得る。
特許文献1には、微粒子を含む懸濁液に基板を浸漬し、該基板を懸濁液中からゆっくりと引き上げることにより基板表面に単層微粒子膜を形成する技術が記載されている。微粒子の集合体に関する他の従来技術文献として特許文献2が挙げられる。
Aggregates of a plurality of particles have been widely studied because they can be materials that exhibit useful properties different from those of a single particle. For example, a particle aggregate in which fine particles are aggregated with a high degree of regularity can be a useful material in photonic crystals and other fields.
Patent Document 1 describes a technique in which a substrate is immersed in a suspension containing fine particles, and the substrate is slowly pulled up from the suspension to form a single-layer fine particle film on the substrate surface. Patent document 2 is mentioned as another prior art document regarding the aggregate | assembly of microparticles | fine-particles.

特開平8−234007号公報JP-A-8-234007 特開2002−341161号公報JP 2002-341161 A

特許文献1に記載の技術では、基板とともに液相(懸濁液)中の粒子を気相中に引き上げることによって該基板の表面に膜状の粒子集合体を形成している。しかしこの技術は、任意の二次元形状を有する粒子集合体の作製に適用することはできない。また、気相と液相との界面の状態を安定して制御することが困難であるため、粒子集合体を構成する粒子の配列に欠陥が生じやすい。   In the technique described in Patent Document 1, a film-like particle aggregate is formed on the surface of a substrate by pulling up particles in a liquid phase (suspension) together with the substrate into a gas phase. However, this technique cannot be applied to the production of a particle aggregate having an arbitrary two-dimensional shape. In addition, since it is difficult to stably control the state of the interface between the gas phase and the liquid phase, defects are likely to occur in the arrangement of the particles constituting the particle aggregate.

本発明は、粒子が密に集積して成る粒子集積体(クラスター)であって、高品質の粒子集積体(例えば、欠陥が少ない、配列の規則性が高い、の少なくとも一方を満たす粒子集積体)を提供することを一つの目的とする。本発明の他の一つの目的は、粒子が密に集積して成る粒子集積体の製造に適した、新規かつ有用な方法を提供することである。さらに他の目的は、このような粒子集積体が基材表面に配置された粒子集積体材料およびその製造方法を提供することである。   The present invention relates to a particle aggregate (cluster) in which particles are densely integrated, and a high-quality particle aggregate (for example, a particle aggregate satisfying at least one of few defects and high regularity of arrangement) ) Is one purpose. Another object of the present invention is to provide a new and useful method suitable for the production of a particle assembly in which particles are densely integrated. Yet another object is to provide a particle assembly material in which such a particle assembly is disposed on the surface of a substrate and a method for producing the same.

本発明者は、気相と液相との界面(気−液界面)ではなく、液相と液相との界面(液−液界面)を利用することにより上記課題を解決し得ることを見出して本発明を完成した。   The present inventor has found that the above problem can be solved by utilizing the interface between the liquid phase and the liquid phase (liquid-liquid interface) instead of the interface between the gas phase and the liquid phase (gas-liquid interface). The present invention has been completed.

ここに開示される一つの発明によると、実質的に単分散の球形粒子が密に集積して成る粒子集積体が提供される。その粒子集積体は球状の外形を呈する。該集積体を構成する球形粒子の平均直径dは10μm以下である。また、前記粒子集積体自体の半径rと、該集積体を構成する球形粒子の平均直径dとの比(r/d)は、凡そ5〜50の範囲にある。そして、この粒子集積体は、該集積体の球表面を構成する個々の粒子に着目し、それらを該粒子が5個の球面構成粒子で囲まれているもの(すなわち面内5配位の粒子(P5))と、該粒子が6個の球表面構成粒子で囲まれているもの(面内6配位の粒子(P6))と、該粒子が7個の球面構成粒子で囲まれているもの(面内7配位の粒子(P7))との三種に分類したとき、前記P5に該当する粒子の個数(NP5)と前記P6に該当する粒子の個数(NP6)と前記P7に該当する粒子の個数(NP7)との関係が次式:10%<{(NP5+NP7)/(NP5+NP6+NP7)}<30%;を満たす。
このような粒子集積体は、比較的多数の微粒子が集積して成る集積体でありながら、その球表面における粒子の配列規則性に優れる。すなわち該集積体は、粒子が密に詰まった高品質の球表面を備える。このような集積体は、種々の分野において有用である。
According to one invention disclosed herein, a particle assembly is provided in which substantially monodispersed spherical particles are densely integrated. The particle aggregate has a spherical outer shape. The average diameter d of the spherical particles constituting the aggregate is 10 μm or less. The ratio (r / d) between the radius r of the particle aggregate itself and the average diameter d of the spherical particles constituting the aggregate is in the range of about 5-50. The particle aggregate focuses on individual particles constituting the spherical surface of the aggregate, and the particles are surrounded by five spherical constituent particles (that is, in-plane five-coordinate particles). (P 5 )), the particles surrounded by six spherical surface constituent particles (in-plane six-coordinate particles (P 6 )), and the particles surrounded by seven spherical constituent particles and are those when classified into three kinds of the (plane 7 coordination of the particles (P 7)), the number of particles corresponding to the P 6 and the number of particles (N P5) corresponding to the P 5 (N P6 ) And the number of particles corresponding to P 7 (N P7 ) satisfy the following formula: 10% <{(N P5 + N P7 ) / (N P5 + N P6 + N P7 )} <30%;
Such a particle aggregate is an aggregate in which a relatively large number of fine particles are accumulated, but is excellent in the regularity of particle arrangement on the sphere surface. That is, the agglomerate has a high quality spherical surface that is closely packed with particles. Such an aggregate is useful in various fields.

ここに開示される他の一つの発明によると、実質的に単分散の球形粒子が密に集積して成る粒子集積体であって、該粒子が基材表面に所定の二次元パターンで集積した粒子集積体が提供される。ここで「二次元パターン」とは、基材表面に集積している粒子集積体を該表面に垂直な方向から見たときの該集積体の形状(パターン)をいう。該集積体を構成する球形粒子の平均直径dは10μm以下である。そして、前記集積体は、以下の(A)および(B)の少なくとも一方を満たす。
(A)前記パターンは仮想的な輪郭線が直線状の部分を有し、該直線状部分において前記集積体の外縁を構成する粒子の中心から前記仮想的な輪郭線までの距離の標準偏差Sが1×10-2μm以下である。
(B)前記パターンは仮想的な輪郭線が円弧状の部分を有し、該円弧状部分において前記集積体の外縁を構成する粒子の中心から前記仮想的な輪郭線までの距離の標準偏差Sが5×10-1μm以下である。
ここで、上記(A)について「仮想的な輪郭線が直線状の部分」とは、粒子集積体の外縁を構成する粒子の中心の位置が一次直線(仮想的な輪郭線)によってよく近似される部分を指す。上記(B)について「仮想的な輪郭線が円弧状の部分」とは、粒子集積体の外縁を構成する粒子の中心が円弧(仮想的な輪郭線)によってよく近似される部分を指す。
このような粒子集積体は、その二次元パターンの外縁(輪郭)の明瞭性および粒子の配列規則性が良好である。このように高品質の粒子集積体は有用性が高い。
According to another invention disclosed herein, there is provided a particle aggregate in which substantially monodispersed spherical particles are densely accumulated, and the particles are accumulated in a predetermined two-dimensional pattern on a substrate surface. A particle aggregate is provided. Here, the “two-dimensional pattern” refers to the shape (pattern) of the aggregate when the particle aggregate accumulated on the surface of the substrate is viewed from a direction perpendicular to the surface. The average diameter d of the spherical particles constituting the aggregate is 10 μm or less. The aggregate satisfies at least one of the following (A) and (B).
(A) The pattern has a portion where the virtual contour line is linear, and the standard deviation S of the distance from the center of the particles constituting the outer edge of the aggregate to the virtual contour line in the linear portion. Is 1 × 10 −2 μm or less.
(B) In the pattern, the virtual contour has an arc-shaped portion, and the standard deviation S of the distance from the center of the particles constituting the outer edge of the aggregate to the virtual contour in the arc-shaped portion. Is 5 × 10 −1 μm or less.
Here, with respect to the above (A), “the part where the virtual contour line is a straight line” means that the position of the center of the particle constituting the outer edge of the particle aggregate is well approximated by a linear line (virtual contour line). Refers to the part. With respect to (B) above, “the part where the virtual contour line has an arc shape” refers to a part in which the center of the particles constituting the outer edge of the particle assembly is well approximated by an arc (virtual contour line).
Such a particle assembly has good clarity of the outer edge (contour) of the two-dimensional pattern and regularity of particle arrangement. Thus, the high-quality particle aggregate is highly useful.

ここに開示される他の一つの発明によると、粒子が密に集積して成る粒子集積体を製造する方法が提供される。その方法は、前記粒子が第一溶媒に分散している粒子分散液を用意する工程を含む。また、前記粒子分散液を、前記第一溶媒と相分離し得る第二溶媒中に配置する工程を含む。そして、前記第二溶媒中において、前記分散液に含まれる粒子を実質的に前記配置された状態に維持しつつ、該分散液に含まれる第一溶媒(すなわち、前記粒子の分散媒)を第二溶媒に拡散させる工程を含む。
粒子分散液を第二溶媒中に配置すると、該粒子分散液(第一溶媒)と第二溶媒との間に液−液界面が形成される。該分散液に含まれる第一溶媒が第二溶媒に徐々に拡散することにより、該拡散から取り残された粒子が密に集積して粒子集積体を形成する。
According to another invention disclosed herein, there is provided a method for producing a particle assembly in which particles are densely integrated. The method includes a step of preparing a particle dispersion in which the particles are dispersed in a first solvent. Moreover, the process of arrange | positioning the said particle dispersion liquid in the 2nd solvent which can be phase-separated with said 1st solvent is included. Then, in the second solvent, the first solvent (that is, the dispersion medium of the particles) contained in the dispersion is first maintained while maintaining the particles contained in the dispersion in the substantially arranged state. Diffusing in two solvents.
When the particle dispersion is disposed in the second solvent, a liquid-liquid interface is formed between the particle dispersion (first solvent) and the second solvent. As the first solvent contained in the dispersion gradually diffuses into the second solvent, the particles left behind from the diffusion are densely accumulated to form a particle aggregate.

上記製造方法は、例えば、適当な基材表面に粒子集積体を製造するのに適用することができる。すなわち、ここに開示される他の一つの発明によると、粒子が密に集積して成る粒子集積体を基材表面に製造する方法が提供される。その製造方法は、前記粒子が第一溶媒に分散している粒子分散液を用意する工程と、前記基材の表面に前記分散液を付与する工程と、前記第一溶媒と相分離し得る第二溶媒中に前記基材を配置する工程とを含む。ここで、前記基材表面に粒子分散液を付与する工程は、該基材を第二溶媒中に配置する前に行ってもよく、該基材を第二溶媒中に配置した後に行ってもよい。この製造方法は、さらに、前記第二溶媒中において、前記基板上の分散液に含まれる粒子を前記基材表面に残しつつ、該分散液に含まれる第一溶媒を第二溶媒に拡散させる工程を含む。これにより、該拡散から取り残された粒子が密に集積して粒子集積体を形成する。
かかる方法によると、粒子分散液(第一溶媒)と第二溶媒との間に形成される液−液界面を利用して、粒子が密に集積した粒子集積体を適切に製造することができる。
The above production method can be applied, for example, to produce a particle aggregate on a suitable substrate surface. That is, according to another invention disclosed herein, there is provided a method for producing a particle aggregate formed by densely collecting particles on a substrate surface. The manufacturing method includes a step of preparing a particle dispersion in which the particles are dispersed in a first solvent, a step of applying the dispersion to the surface of the base material, and a first phase that can be phase-separated from the first solvent. Disposing the substrate in two solvents. Here, the step of applying the particle dispersion to the surface of the substrate may be performed before the substrate is disposed in the second solvent, or may be performed after the substrate is disposed in the second solvent. Good. The manufacturing method further includes a step of diffusing the first solvent contained in the dispersion into the second solvent while leaving the particles contained in the dispersion on the substrate on the surface of the base material in the second solvent. including. As a result, the particles left behind from the diffusion are densely accumulated to form a particle aggregate.
According to this method, it is possible to appropriately manufacture a particle aggregate in which particles are densely integrated using a liquid-liquid interface formed between the particle dispersion (first solvent) and the second solvent. .

かかる製造方法の好ましい一つの態様では、前記分散液が付与される基材表面が、所定領域の前記第一溶媒に対する親和性が該領域の周囲よりも高くなるようにパターン化されている。このようにパターン化された基材表面に粒子分散液を付与することにより、上記粒子分散液を該所定領域に優先的に(好ましくは選択的に)配置することができる。このように配置された分散液に含まれる第一溶媒を第二溶媒中に拡散させることにより、上記所定領域に優先的に(好ましくは選択的に)粒子集積体を形成することができる。   In one preferred embodiment of the production method, the surface of the substrate to which the dispersion is applied is patterned so that the affinity of the predetermined region for the first solvent is higher than that of the periphery of the region. By applying the particle dispersion to the surface of the substrate thus patterned, the particle dispersion can be preferentially (preferably selectively) arranged in the predetermined region. By diffusing the first solvent contained in the dispersion liquid arranged in this manner into the second solvent, a particle aggregate can be formed preferentially (preferably selectively) in the predetermined region.

これらの製造方法に使用する粒子の好適例としては、比較的シャープな粒子径分布を有する粒子(好ましくは実質的に単分散の粒子、換言すれば、実質的に均一粒径の粒子)が挙げられる。また、球形粒子の使用が好ましく、実質的に真球状の粒子の使用がさらに好ましい。このような粒子径分布および/または形状を有する粒子を使用する場合には、本発明の製造方法を採用することによる効果が特によく発揮され得る。例えば、粒子配列の規則性がより良好な(配列の欠陥が少ない)粒子集積体を製造する、粒子がより密に集積した粒子集積体を製造する、より明瞭な輪郭を有する粒子集積体を製造する、のうち一または二以上を実現し得る。すなわち、より高品質の粒子集積体を製造し得る。   Preferable examples of particles used in these production methods include particles having a relatively sharp particle size distribution (preferably substantially monodispersed particles, in other words, particles having a substantially uniform particle size). It is done. Further, it is preferable to use spherical particles, and it is more preferable to use substantially spherical particles. When particles having such a particle size distribution and / or shape are used, the effect of employing the production method of the present invention can be exhibited particularly well. For example, a particle aggregate with better regularity of particles (with fewer alignment defects), a particle aggregate with denser particles, or a particle aggregate with a clearer contour One or more of the above can be realized. That is, a higher quality particle aggregate can be produced.

ここに開示される他の一つの発明は、粒子が密に集積して成る粒子集積体が基材表面に配置された粒子集積体材料(すなわち、基材と該基材表面に配置された粒子集積体とを有する基板)の製造方法を提供する。その製造方法は、前記粒子が第一溶媒に分散している粒子分散液を用意する工程を含む。また、前記基材の表面に前記分散液を付与する工程を含む。また、前記第一溶媒と相分離し得る第二溶媒中に前記基材を配置する工程を含む。ここで、前記基材表面に粒子分散液を付与する工程は、該基材を第二溶媒中に配置する前に行ってもよく、該基材を第二溶媒中に配置した後に行ってもよい。この製造方法は、さらに、該第二溶媒中において、前記基材表面の分散液に含まれる粒子を該基材表面に残しつつ、該分散液に含まれる第一溶媒を第二溶媒に拡散させる工程を含む。これにより、該拡散から取り残された粒子が密に集積して粒子集積体を形成する。
かかる方法によると、粒子分散液(第一溶媒)と第二溶媒との間に形成される液−液界面を利用して、粒子が密に集積した粒子集積体を基材表面に有する粒子集積体材料を適切に製造することができる。
Another invention disclosed herein is a particle assembly material in which a particle assembly in which particles are densely integrated is arranged on a substrate surface (that is, a substrate and particles arranged on the substrate surface). A method for manufacturing a substrate having an integrated body is provided. The manufacturing method includes a step of preparing a particle dispersion in which the particles are dispersed in a first solvent. Moreover, the process of providing the said dispersion liquid on the surface of the said base material is included. Moreover, the process of arrange | positioning the said base material in the 2nd solvent which can be phase-separated with said 1st solvent is included. Here, the step of applying the particle dispersion to the surface of the substrate may be performed before the substrate is disposed in the second solvent, or may be performed after the substrate is disposed in the second solvent. Good. The manufacturing method further diffuses the first solvent contained in the dispersion into the second solvent while leaving the particles contained in the dispersion on the substrate surface in the second solvent in the second solvent. Process. As a result, the particles left behind from the diffusion are densely accumulated to form a particle aggregate.
According to such a method, the particle accumulation having a particle accumulation body in which particles are densely accumulated on the substrate surface by utilizing a liquid-liquid interface formed between the particle dispersion (first solvent) and the second solvent. A body material can be manufactured appropriately.

上記方法は、前記粒子集積体が前記基材の所定領域に配置された粒子集積体材料を製造する方法として好ましく適用することができる。例えば、上記製造方法において、所定領域の前記第一溶媒に対する親和性が該領域の周囲よりも高くなるようにパターン化された基材を使用し、その基材の表面に粒子分散液を付与する。これにより、該所定領域に対応して粒子集積体が配置された粒子集積体材料を製造する。かかる態様によると、粒子集積体が上記所定領域に優先的に(好ましくは選択的に)形成された粒子集積体材料を適切に製造することができる。また、二以上の前記所定領域が所定のパターン(配列)を構成するように形成された基材を使用し、該パターンに対応して配置された粒子集積体から成るパタニング(配列物)が形成された粒子集積体材料を製造することができる。
上述したいずれかの方法は、種々の二次元パターン(二次元形状)を有する粒子集積体、および、該集積体を基材上に備えた粒子集積体材料の製造に適用することができる。また、二以上の粒子集積体が種々の配列(配列パターン)を成すように配置された粒子集積体パタニングおよび該パタニングを基材上に備えた粒子集積体材料の製造に適用することができる。かかる方法は、例えば、基材表面の二以上の方向に配列された複数の粒子集積体からなる粒子集積体パタニングおよび該パタニングを基材上に有する粒子集積体材料(すなわち、基材と該基材表面に配置された粒子集積体パタニングとを有する基板)を製造する方法として好適である。
The above method can be preferably applied as a method for producing a particle assembly material in which the particle assembly is disposed in a predetermined region of the substrate. For example, in the manufacturing method described above, a substrate that is patterned so that the affinity of the predetermined region for the first solvent is higher than that around the region is used, and the particle dispersion is applied to the surface of the substrate. . Thereby, the particle aggregate material in which the particle aggregate is arranged corresponding to the predetermined region is manufactured. According to this aspect, the particle assembly material in which the particle assembly is formed preferentially (preferably selectively) in the predetermined region can be appropriately manufactured. Further, using a base material formed so that two or more of the predetermined regions constitute a predetermined pattern (array), a patterning (array) composed of particle aggregates arranged corresponding to the pattern is formed. Can be produced.
Any of the methods described above can be applied to the production of particle aggregates having various two-dimensional patterns (two-dimensional shapes) and particle aggregate materials provided with the aggregates on a substrate. Further, the present invention can be applied to particle aggregate patterning in which two or more particle aggregates are arranged in various arrangements (array patterns), and production of a particle aggregate material provided with the patterning on a substrate. Such a method includes, for example, a particle aggregate patterning composed of a plurality of particle aggregates arranged in two or more directions on a substrate surface, and a particle aggregate material having the patterning on the substrate (that is, the substrate and the substrate). This method is suitable as a method for manufacturing a substrate having a particle aggregate patterning disposed on a material surface.

以下、本発明に関する具体的な実施態様につき説明するが、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。また、本明細書において特に言及している内容以外の技術的事項であって本発明の実施に必要な事項は、従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書および図面によって開示されている技術内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, specific embodiments relating to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to the specific examples. In addition, technical matters other than the contents specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be understood as design matters for those skilled in the art based on the prior art. The present invention can be carried out based on the technical contents disclosed in the present specification and drawings and the common general technical knowledge in the field.

ここに開示される方法は、第二溶媒の相の中に第一溶媒(粒子分散液)の相が配置された二液系を構成し、次いで第一溶媒を第二溶媒に拡散させることにより液−液界面を利用して粒子を集積させる、という特徴を備える。かかる特徴を具備する限り、ここに開示される方法は、使用する粒子の特性(材質、外形、粒度分布等)等を問わず種々の態様で実施することがができる。例えば、直径0.1〜100μm程度の粒子を使用する態様で実施することができる。直径0.1〜20μm程度の粒子の使用がより好ましく、直径0.2〜10μm程度の粒子がさらに好ましい。より密な粒子集積体を得るという観点からは、滑らかな(凹凸の少ない)外形を有する粒子を使用することが好ましい。球に近い外形を有する粒子(球形粒子)が好ましく、実質的に真球状の粒子が特に好ましい。高品質の(換言すれば、より望ましい集積状態の)集積体を得るには、通常は、粒度分布が比較的シャープな粒子を用いることが有利である。例えば、粒度分布の標準偏差が0.5μm(50%)以下の粒子を好ましく使用することができる。該標準偏差が0.2μm(20%)以下の粒子がより好ましく、該標準偏差が0.1μm(10%)以下の粒子がさらに好ましい。実質的に単分散の(すなわち、実質的に均一粒径の)粒子を使用することが特に好ましい。   The method disclosed herein comprises a two-component system in which a phase of a first solvent (particle dispersion) is disposed in a phase of a second solvent, and then diffusing the first solvent into the second solvent. It has the feature of collecting particles using the liquid-liquid interface. As long as it has such characteristics, the method disclosed herein can be carried out in various modes regardless of the characteristics (material, external shape, particle size distribution, etc.) of the particles used. For example, it can implement in the aspect which uses particle | grains about 0.1-100 micrometers in diameter. Use of particles having a diameter of about 0.1 to 20 μm is more preferable, and particles having a diameter of about 0.2 to 10 μm are more preferable. From the viewpoint of obtaining a denser particle aggregate, it is preferable to use particles having a smooth (small unevenness) outer shape. Particles having a shape close to a sphere (spherical particles) are preferred, and substantially spherical particles are particularly preferred. In order to obtain a high quality (in other words, a more desirable accumulation state), it is usually advantageous to use particles having a relatively sharp particle size distribution. For example, particles having a standard deviation of the particle size distribution of 0.5 μm (50%) or less can be preferably used. Particles with a standard deviation of 0.2 μm (20%) or less are more preferred, and particles with a standard deviation of 0.1 μm (10%) or less are more preferred. It is particularly preferred to use substantially monodispersed (ie, substantially uniform particle size) particles.

ここに開示される発明は、金属、セラミック等からなる無機粒子、樹脂等からなる有機粒子のいずれの粒子から成る粒子集積体にも適用可能である。例えば、SiO2,TiO2,BaTiO3,Y23,Al23,SiC等のようなセラミック材料、金(Au),銀(Ag),銅(Cu),ニッケル(Ni)またはこれらの合金のような金属材料、ポリメチルメタクリレート(PMMA),ポリエチレンテレフタレート(PET),ポリスチレン等のようなポリマー材料等から主として構成される粒子を使用することができる。表面が適当に化学修飾または変性された粒子を用いてもよい。後述する第一溶媒および第二溶媒のいずれに対しても安定な(例えば、化学反応、溶解、膨潤等を起こしにくい)材質から成る粒子を選択することが好ましい。また、特性(材質、外形、粒度分布等)の異なる二種以上の粒子を併用してもよい。 The invention disclosed herein can be applied to a particle aggregate including any one of inorganic particles made of metal, ceramic, and the like, and organic particles made of resin and the like. For example, ceramic materials such as SiO 2 , TiO 2 , BaTiO 3 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiC, etc., gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), nickel (Ni) or these Particles mainly composed of a metal material such as an alloy of the above, a polymer material such as polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET), polystyrene, or the like can be used. Particles whose surface is appropriately chemically modified or modified may be used. It is preferable to select particles made of a material that is stable (for example, hardly causes chemical reaction, dissolution, swelling, etc.) with respect to both the first solvent and the second solvent described later. Two or more kinds of particles having different characteristics (material, outer shape, particle size distribution, etc.) may be used in combination.

上記粒子を第一溶媒に分散させた粒子分散液を使用して粒子集積体を製造する。第一溶媒としては、使用する粒子の種類等を考慮して、分散安定性のよい分散液を与える溶媒を用いることが好ましい。上記分散安定性を向上させるために、一般的な分散剤を上記粒子分散液に適当量含有させてもよい。
特に限定するものではないが、この粒子分散液における粒子濃度は、例えば、凡そ0.01〜100mg/mLとすることができる。通常は、該粒子濃度を凡そ0.1〜10mg/mLとすることが適当である。好ましい粒子濃度は、目的とする粒子集積体の三次元形状(一粒子層状、多粒子層状、球状等)、サイズ(直径、面積等)、製造条件等によっても異なり得る。例えば、一粒子層から成る粒子集積体を基材表面に製造する場合には、通常は、比較的粒子濃度の低い粒子分散液(例えば、凡そ0.01〜0.1mg/mL)を使用することが好ましい。
A particle aggregate is produced using a particle dispersion in which the particles are dispersed in a first solvent. As the first solvent, it is preferable to use a solvent that gives a dispersion having good dispersion stability in consideration of the type of particles to be used. In order to improve the dispersion stability, an appropriate amount of a general dispersant may be contained in the particle dispersion.
Although it does not specifically limit, the particle concentration in this particle dispersion can be about 0.01-100 mg / mL, for example. Usually, it is appropriate that the particle concentration is about 0.1 to 10 mg / mL. The preferred particle concentration may vary depending on the three-dimensional shape (single particle layer, multi-particle layer, sphere, etc.), size (diameter, area, etc.), production conditions, etc. of the target particle aggregate. For example, when producing a particle aggregate consisting of a single particle layer on the surface of a substrate, a particle dispersion having a relatively low particle concentration (for example, about 0.01 to 0.1 mg / mL) is usually used. It is preferable.

本発明では、第一溶媒と第二溶媒とを、これらが適切な組み合わせとなるように選択して使用する。すなわち、第一溶媒および第二溶媒は、両溶媒の間に液−液界面を形成し得る組み合わせ(両溶媒が相分離し得る組み合わせ、あるいは均一混合しない組み合わせ)となるように選択される。第一溶媒および第二溶媒の各々は、公知の有機溶媒および無機溶媒等から選択される一種類の溶媒からなる溶媒であってもよく、均一に混合する二種類以上の溶媒からなる混合溶媒であってもよい。通常は、一種類の溶媒からなる第一溶媒と、他の一種類の溶媒からなる第二溶媒とを用いることが好ましい。   In the present invention, the first solvent and the second solvent are selected and used so as to be an appropriate combination. That is, the first solvent and the second solvent are selected so as to be a combination that can form a liquid-liquid interface between the two solvents (a combination in which both solvents can be phase-separated or a combination that is not uniformly mixed). Each of the first solvent and the second solvent may be a solvent composed of one kind of solvent selected from known organic solvents and inorganic solvents, or a mixed solvent composed of two or more kinds of solvents that are uniformly mixed. There may be. Usually, it is preferable to use a first solvent composed of one type of solvent and a second solvent composed of another type of solvent.

第一溶媒と第二溶媒との好適な組み合わせは、粒子集積体の製造条件、目的とする粒子集積体の形状等によっても異なり得る。特に限定するものではないが、例えば、基材表面に比較的大きな球状の粒子集積体を形成する場合、基材表面に比較的厚い(多層の)粒子集積体を形成する場合等にあって、分散液が付与された面を上として第二溶媒中に基材を配置する製造条件においては、第一溶媒と第二溶媒との比重が同程度か、第一溶媒の比重が第二溶媒の比重よりもやや小さい組み合わせとすることによって良好な結果が得られやすい。一方、分散液が付与された面を下として第二溶媒中に基材を配置する製造条件においては、第一溶媒と第二溶媒との比重が同程度か、第一溶媒の比重が第二溶媒の比重よりもやや大きい組み合わせとすることによって良好な結果が得られやすい。
一方、基材表面に所定の二次元形状を有する粒子集積体を形成する場合、基材表面の比較的広い範囲に均一な厚さの粒子集積体を形成する場合、基材表面に比較的薄い(例えば一粒子層〜二粒子層程度の)粒子集積体を形成する場合等にあって、分散液が付与された面を上として基材を第二溶媒中に配置する製造条件においては、第一溶媒と第二溶媒との比重が同程度か、第一溶媒の比重が第二溶媒の比重よりもやや大きい組み合わせとすることによって良好な結果が得られやすい。
また、第二溶媒中に第一溶媒の液滴を分散(浮遊)させた状態で粒子集積体を形成する場合には、第一溶媒と第二溶媒との比重が同程度となるような組み合わせとすることが好ましい。
A suitable combination of the first solvent and the second solvent may vary depending on the production conditions of the particle aggregate, the shape of the target particle aggregate, and the like. Although not particularly limited, for example, in the case of forming a relatively large spherical particle aggregate on the substrate surface, in the case of forming a relatively thick (multilayer) particle aggregate on the substrate surface, etc. In the production conditions in which the base material is disposed in the second solvent with the surface to which the dispersion is applied, the specific gravity of the first solvent and the second solvent is approximately the same, or the specific gravity of the first solvent is that of the second solvent. Good results are likely to be obtained by making the combination slightly smaller than the specific gravity. On the other hand, in the production conditions in which the substrate is placed in the second solvent with the surface to which the dispersion is applied, the first solvent and the second solvent have the same specific gravity or the first solvent has a second specific gravity. Good results are easily obtained by using a combination that is slightly larger than the specific gravity of the solvent.
On the other hand, when forming a particle aggregate having a predetermined two-dimensional shape on the substrate surface, when forming a particle aggregate with a uniform thickness over a relatively wide area of the substrate surface, the substrate surface is relatively thin. In the case of forming a particle aggregate (for example, about one particle layer to two particle layers), etc., in the manufacturing conditions in which the base material is disposed in the second solvent with the surface to which the dispersion is applied facing upward, A favorable result is easily obtained when the specific gravity of the one solvent and the second solvent is approximately the same, or the specific gravity of the first solvent is slightly larger than the specific gravity of the second solvent.
In addition, in the case where the particle aggregate is formed in a state where the droplets of the first solvent are dispersed (floating) in the second solvent, a combination in which the specific gravity of the first solvent and the second solvent is approximately the same. It is preferable that

ここに開示される一つの好ましい態様では、第一溶媒および第二溶媒のうち一方を親水性溶媒から選択し、他方を疎水性溶媒から選択することができる。親水性溶媒としては、水、低級アルコール(例えば、炭素数1〜3程度のアルキルアルコール)、N,N−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、ニトロメタン、N−メチルピロリドン等から選択される一種または二種以上を用いることができる。また、疎水性溶媒としては、脂肪族炭化水素類(例えば、炭素数6〜12程度の鎖状炭化水素類(ヘキサン等)、炭素数6〜12程度の脂環式炭化水素類(デカリン等))、エーテル類(ジイソプロピルエーテル等)、芳香族炭化水素類(ベンゼン、トルエン等)等から選択される一種または二種以上を用いることができる。操作の容易性等の観点から、通常は、第一溶媒および第二溶媒として、沸点が凡そ40℃以上であって凝固点が凡そ20℃以下である溶媒をそれぞれ選択することが好ましい。   In one preferred embodiment disclosed herein, one of the first solvent and the second solvent can be selected from a hydrophilic solvent and the other can be selected from a hydrophobic solvent. As the hydrophilic solvent, one or two selected from water, lower alcohol (for example, alkyl alcohol having about 1 to 3 carbon atoms), N, N-dimethylformamide, tetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, nitromethane, N-methylpyrrolidone and the like. More than seeds can be used. Examples of the hydrophobic solvent include aliphatic hydrocarbons (for example, chain hydrocarbons having about 6 to 12 carbon atoms (hexane, etc.), alicyclic hydrocarbons having about 6 to 12 carbon atoms (decalin, etc.). ), Ethers (diisopropyl ether, etc.), aromatic hydrocarbons (benzene, toluene, etc.) or the like can be used. From the viewpoint of ease of operation, etc., it is usually preferable to select a solvent having a boiling point of about 40 ° C. or higher and a freezing point of about 20 ° C. or lower as the first solvent and the second solvent.

本発明の方法は、粒子集積体を任意の基材表面に製造する方法として好適である。使用する基材の材質や形状等は特に限定されない。例えば、シリコン(Si)、ガラス、金属(銅、アルミニウム等)、セラミック(アルミナ等)、ポリマー(PMMA等)から選択される一種または二種以上の材料から主として構成される基材を使用することができる。第一溶媒および第二溶媒のいずれに対しても安定な(例えば、化学反応、溶解、膨潤等を起こしにくい)材質から成る基材が好ましい。   The method of the present invention is suitable as a method for producing a particle aggregate on the surface of an arbitrary substrate. The material and shape of the base material to be used are not particularly limited. For example, using a substrate mainly composed of one or more materials selected from silicon (Si), glass, metal (copper, aluminum, etc.), ceramic (alumina, etc.), and polymer (PMMA, etc.). Can do. A base material made of a material that is stable (for example, hardly causes chemical reaction, dissolution, swelling, etc.) with respect to both the first solvent and the second solvent is preferable.

一つの好ましい態様では、分散液が付与される面の一部範囲またはほぼ全範囲に表面処理が施された基材を使用する。その表面処理された面に粒子分散液を付与して粒子集積体を形成する。かかる表面処理を施すことにより、基材表面の均一性を高める、基材表面の第一溶媒に対する親和性を調節する(親和性を高くする、あるいは低くする)、基材表面の所定領域と該領域の周囲とで第一溶媒に対する親和性を異なる状態とする(所定領域の親和性をより高くする、あるいはより低くする)ように基材表面をパターン化する、等のうち、一または二以上の効果を得ることができる。あるいは、このような表面処理を行うことなく、上記材質等からなる基材自体の表面に(すなわち、基材を構成する材質が露出した状態の表面に)直接粒子集積体を形成してもよい。   In one preferred embodiment, a substrate having a surface treatment applied to a partial range or almost the entire range of the surface to which the dispersion is applied is used. A particle dispersion is applied to the surface-treated surface to form a particle aggregate. By performing such a surface treatment, the uniformity of the substrate surface is increased, the affinity of the substrate surface with respect to the first solvent is adjusted (the affinity is increased or decreased), the predetermined region on the substrate surface and the region Patterning the substrate surface so that the affinity for the first solvent is different from the surroundings of the region (the affinity of the predetermined region is made higher or lower), etc. The effect of can be obtained. Alternatively, the particle aggregate may be formed directly on the surface of the base material itself made of the above material or the like (that is, on the surface where the material constituting the base material is exposed) without performing such surface treatment. .

基材表面に表面処理を施す方法としては、基材の材質、表面処理の目的等に応じて、種々の表面処理方法(あるいは表面改質方法)を採用することができる。好ましい方法の一例として、基材表面に所望のコーティングを施す(被膜を形成する)方法が挙げられる。例えば、いわゆる疎水性コーティング、あるいは親水性コーティングを施すことが好ましい。かかるコーティングを施す方法は特に限定されない。例えば、基材表面のほぼ前面または該表面の任意の範囲に適当なコーティング剤を付与すればよい。コーティング剤を付与する手段としては、ディッピング、ドクターブレード塗布、ローラ塗布、スプレー塗布、刷毛塗り、スクリーン印刷、型押し、フォトリソグラフィ等の従来公知の付与手段を適宜採用することができる。必要に応じて(例えば、基材表面の任意の範囲にコーティング剤を付与する場合等)、二種以上の手段を組み合わせて用いてもよく、いずれかの手段を繰り返して用いてもよい。   Various surface treatment methods (or surface modification methods) can be employed as a method for subjecting the substrate surface to surface treatment, depending on the material of the substrate, the purpose of the surface treatment, and the like. As an example of a preferable method, there is a method of applying a desired coating (forming a film) to the surface of the substrate. For example, it is preferable to apply a so-called hydrophobic coating or a hydrophilic coating. The method for applying such a coating is not particularly limited. For example, an appropriate coating agent may be applied to almost the front surface of the substrate surface or an arbitrary range of the surface. As means for applying the coating agent, conventionally known application means such as dipping, doctor blade application, roller application, spray application, brush application, screen printing, embossing, and photolithography can be appropriately employed. If necessary (for example, when a coating agent is applied to an arbitrary range of the substrate surface), two or more means may be used in combination, or any of the means may be used repeatedly.

ここに開示される方法に使用する基材の一好適例として、表面に自己組織化膜を有する基材が挙げられる。このような基材は表面の均一性に優れたものであり得る。表面に自己組織化単分子膜(self-assembled monolayer、以下「SAM」ということもある。)を有する基材がさらに好ましい。例えば、シリコン(Si),チタン(Ti)またはタンタル(Ta)等に非極性基および少なくとも一つのアルコキシ基またはハロゲンが結合した構造の化合物をモノマーに用いることにより、基材表面に疎水性の自己組織化膜(好ましくはSAM)を形成することができる。上記非極性基は、例えば、炭素数4〜20程度(好ましくは8〜20程度)の炭化水素基(典型的にはアルキル基)であり得る。かかる炭化水素基を構成する水素原子の一部または全部がハロゲン(例えばフッ素)で置換された非極性基であってもよい。その他、自己組織化膜を形成し得るものとして知られている公知のモノマーを特に限定なく使用することができる。   As a suitable example of the base material used in the method disclosed herein, a base material having a self-assembled film on the surface can be mentioned. Such a substrate can be excellent in surface uniformity. A substrate having a self-assembled monolayer (hereinafter sometimes referred to as “SAM”) on the surface is further preferred. For example, by using a compound having a structure in which a nonpolar group and at least one alkoxy group or halogen are bonded to silicon (Si), titanium (Ti), tantalum (Ta), or the like as a monomer, hydrophobic self-bonding is performed on the substrate surface. An organized membrane (preferably SAM) can be formed. The nonpolar group may be, for example, a hydrocarbon group (typically an alkyl group) having about 4 to 20 carbon atoms (preferably about 8 to 20 carbon atoms). The hydrocarbon group may be a nonpolar group in which part or all of the hydrogen atoms constituting the hydrocarbon group are substituted with halogen (for example, fluorine). In addition, known monomers known as those capable of forming a self-assembled film can be used without particular limitation.

ここに開示される方法は、所定領域とその周囲とで第一溶媒に対する親和性が異なるように(例えば、疎水性の程度が異なるように)パターン化された表面を有する基材を用いて実施することができる。該パターン化された基材は、例えば以下のようにして作製することができる。すなわち、感光性(光分解性)の疎水性基を有するモノマーを用いて基材表面に疎水性被膜(好ましくはSAM)を形成する。次いで、所定領域に対応する部分に光(例えば紫外光)を照射して疎水性基を分解させる。これにより、該所定領域に対応する部分の疎水性被膜を親水性に変化させる。このようにして、所定領域の親水性が該領域の周囲よりも高くなるようにパターン化された表面を有する基材が得られる。かかる基材は、例えば、親水性の第一溶媒(水、メタノール等)を用いる態様において好ましく使用することができる。
上記例では所定領域に対応する部分に光を照射したが(ポジ型)、所定領域と相補的な領域に光を照射してもよい(ネガ型)。この場合には、所定領域の親水性が該領域の周囲よりも低くなるようにパターン化された表面を有する基材が得られる。かかる基材は、例えば、疎水性の第一溶媒(ヘキサン、デカリン等)を用いる態様において好ましく使用することができる。
The method disclosed herein is performed using a substrate having a surface that is patterned so that the affinity for the first solvent differs between the predetermined region and its surroundings (eg, the degree of hydrophobicity is different). can do. The patterned substrate can be produced, for example, as follows. That is, a hydrophobic film (preferably SAM) is formed on the substrate surface using a monomer having a photosensitive (photodegradable) hydrophobic group. Next, the hydrophobic group is decomposed by irradiating light (for example, ultraviolet light) to a portion corresponding to the predetermined region. Thereby, the hydrophobic film of the part corresponding to the predetermined region is changed to hydrophilic. In this way, a substrate having a surface patterned so that the hydrophilicity of the predetermined region is higher than the periphery of the region is obtained. Such a substrate can be preferably used, for example, in an embodiment using a hydrophilic first solvent (water, methanol, etc.).
In the above example, the light corresponding to the predetermined area is irradiated with light (positive type), but the area complementary to the predetermined area may be irradiated with light (negative type). In this case, a substrate having a surface patterned so that the hydrophilicity of the predetermined region is lower than the periphery of the region is obtained. Such a substrate can be preferably used, for example, in an embodiment using a hydrophobic first solvent (hexane, decalin, etc.).

光分解性の疎水性基を有するモノマーとしては、例えば、オクタデシルトリクロロシラン(OTS)、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシルトリクロロシラン(HFDTS)、フェニルトリクロロシラン、トリメトキシシリルエチルピリジン等の化合物を好ましく使用することができる。これらのモノマーは、基材の表面にSAMを形成するためのモノマーとしても好適である。OTSを用いて形成されたSAM(以下、「OTS−SAM」ともいう。)では、疎水性のオクタデシル基が光分解することによってシラノール基が生じる。また、HFDTSを用いて形成されたSAM(以下、「HFDTS−SAM」ともいう。)では、疎水性のフルオロデシル基が分解することによってシラノール基が生じる。特に限定するものではないが、これらの疎水性基は、例えば紫外線(UV)の照射によって適切に光分解させることができる。   Examples of the monomer having a photodegradable hydrophobic group include octadecyltrichlorosilane (OTS), heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyltrichlorosilane (HFDTS), phenyltrichlorosilane, and trimethoxysilylethyl. A compound such as pyridine can be preferably used. These monomers are also suitable as monomers for forming SAM on the surface of the substrate. In a SAM formed using OTS (hereinafter also referred to as “OTS-SAM”), a silanol group is generated by photolysis of a hydrophobic octadecyl group. In addition, in a SAM formed using HFDTS (hereinafter also referred to as “HFDTS-SAM”), a silanol group is generated by the decomposition of a hydrophobic fluorodecyl group. Although not particularly limited, these hydrophobic groups can be appropriately photodegraded, for example, by irradiation with ultraviolet rays (UV).

ここに開示される方法の一つの好ましい態様では、基材の表面に粒子分散液を付与し、次いで、該分散液を有する基材を第二溶媒中に配置する。基材表面に粒子分散液を付与する方法は特に限定されない。例えば、スポイト等の供給管を用いて基材表面に粒子分散液を供給(滴下)する方法、基材を粒子分散液に浸漬(ディッピング)する方法、基材表面に粒子分散液をスプレーする方法等を適宜採用することができる。
粒子分散液を有する基材を第二溶媒中に配置する方法は特に限定されない。基材表面に粒子分散液を付与する場合と同様に、スポイト等の供給管を用いて粒子分散液を有する基材の上方から第二溶媒を供給(滴下)する方法、粒子分散液を有する基材を第二溶媒中に沈める方法、粒子分散液を有する基材の上方から第二溶媒をスプレーする方法等を適宜採用することができる。基材上の粒子分散液を第二溶媒で覆うことができるように、該基材上にある粒子分散液よりも多量の第二溶媒を使用することが好ましい。粒子分散液を有する基材を第二溶媒中に沈める方法が特に好ましい。
In one preferred embodiment of the method disclosed herein, a particle dispersion is applied to the surface of the substrate, and then the substrate having the dispersion is placed in a second solvent. The method for applying the particle dispersion to the substrate surface is not particularly limited. For example, a method of supplying (dropping) the particle dispersion onto the surface of the substrate using a supply pipe such as a dropper, a method of immersing (dipping) the substrate in the particle dispersion, and a method of spraying the particle dispersion onto the surface of the substrate Etc. can be adopted as appropriate.
The method for disposing the base material having the particle dispersion in the second solvent is not particularly limited. Similarly to the case where the particle dispersion is applied to the substrate surface, a method of supplying (dropping) the second solvent from above the substrate having the particle dispersion using a supply pipe such as a dropper, a group having the particle dispersion A method of sinking the material in the second solvent, a method of spraying the second solvent from above the substrate having the particle dispersion, and the like can be appropriately employed. It is preferable to use a larger amount of the second solvent than the particle dispersion on the substrate so that the particle dispersion on the substrate can be covered with the second solvent. A method in which the substrate having the particle dispersion is submerged in the second solvent is particularly preferable.

他の一つの好ましい態様では、まず第二溶媒中に基材を配置し、次いで、該第二溶媒中において基材表面に粒子分散液を付与する。例えば、第二溶媒中にある基材の表面にスポイトの先端を近づけ、該先端から基材表面に粒子分散液を供給する。また、例えば粒子分散液(第一溶媒)の比重が第二溶媒の比重よりも明らかに大きい場合には、基材表面の上方にやや離れた位置から分散液を供給してもよい。相対的に重い粒子分散液が第二溶媒中を基材表面に到達するまで沈むことにより、該基材表面に粒子分散液が付与される。   In another preferred embodiment, the substrate is first placed in the second solvent, and then the particle dispersion is applied to the surface of the substrate in the second solvent. For example, the tip of a dropper is brought close to the surface of the substrate in the second solvent, and the particle dispersion is supplied from the tip to the substrate surface. Further, for example, when the specific gravity of the particle dispersion (first solvent) is clearly larger than the specific gravity of the second solvent, the dispersion may be supplied from a position slightly away above the substrate surface. When the relatively heavy particle dispersion sinks in the second solvent until it reaches the substrate surface, the particle dispersion is applied to the substrate surface.

上述したいずれの態様によっても、第二溶媒中に配置された基材表面に粒子分散液が配置された状態を実現することができる。この状態から該分散液に含まれる第一溶媒を第二溶媒に拡散させることにより、該分散液中の粒子が密に集積して粒子集積体を形成する。この拡散工程では、第一溶媒を十分に拡散させる(溶解させる)ことが可能な程度に多量の第二溶媒を使用する。少なくとも基材表面に配置された粒子分散液よりも多量の第二溶媒を使用することが好ましい。通常は、該拡散工程の間、第二溶媒中において基材をほぼ水平に保持することが好ましい。このことによって、より高品質の粒子集積体が形成され得る。
粒子分散液が第二溶媒中に配置された状態で超音波処理を行ってもよい。該超音波処理によって粒子分散液を微細化し、よりサイズの小さな粒子集積体を作製することができる。かかる超音波処理は、基材の使用の有無に拘わらず適用することができる。
According to any of the above-described embodiments, it is possible to realize a state in which the particle dispersion is disposed on the surface of the substrate disposed in the second solvent. From this state, the first solvent contained in the dispersion is diffused into the second solvent, so that particles in the dispersion are densely accumulated to form a particle aggregate. In this diffusion step, a large amount of the second solvent is used to such an extent that the first solvent can be sufficiently diffused (dissolved). It is preferable to use a larger amount of the second solvent than at least the particle dispersion disposed on the substrate surface. Usually, it is preferable to keep the substrate substantially horizontal in the second solvent during the diffusion step. As a result, a higher quality particle aggregate can be formed.
The ultrasonic treatment may be performed in a state where the particle dispersion is disposed in the second solvent. The particle dispersion can be refined by the ultrasonic treatment to produce a particle aggregate having a smaller size. Such ultrasonic treatment can be applied regardless of whether or not a substrate is used.

パターン化された基材を用いる態様では、基材の所定領域に粒子分散液が優先的に(好ましくは選択的に)配置された状態で上記拡散を進行させることが好ましい。このことによって、該所定領域に粒子集積体を優先的に(好ましくは選択的に)形成することができる。このようにパターン化された基材をテンプレートとして用いることにより、該基材表面に粒子集積体を自己組織的に形成することができる。   In an embodiment using a patterned base material, it is preferable that the diffusion proceeds while the particle dispersion is preferentially (preferably selectively) arranged in a predetermined region of the base material. As a result, a particle aggregate can be formed preferentially (preferably selectively) in the predetermined region. By using the substrate thus patterned as a template, a particle aggregate can be formed on the surface of the substrate in a self-organizing manner.

粒子集積体の形成位置および/または形成範囲(二次元パターン)をよりよく制御するためには、粒子分散液が基材の所定領域になるべく精度よく配置された状態を実現することが望ましい。かかる状態を実現するためには、例えば、所定領域とその周囲との第一溶媒に対する親和性の差(疎水性の程度の差等)を大きくすることが好ましい。また、上記所定領域の面積および第二溶媒中における粒子分散液の三次元形状(モールド)を考慮して、適切な量の粒子分散液を基材表面に配置することが好ましい。粒子分散液を付与した基材を穏やかに揺すって、粒子分散液のうち所定領域からはみ出した部分を該所定領域上に適切に移動させることも有効である。   In order to better control the formation position and / or formation range (two-dimensional pattern) of the particle aggregate, it is desirable to realize a state in which the particle dispersion is arranged as accurately as possible in a predetermined region of the substrate. In order to realize such a state, for example, it is preferable to increase a difference in affinity (such as a difference in the degree of hydrophobicity) of the predetermined region and its surroundings with respect to the first solvent. In consideration of the area of the predetermined region and the three-dimensional shape (mold) of the particle dispersion in the second solvent, it is preferable to dispose an appropriate amount of the particle dispersion on the substrate surface. It is also effective to appropriately move the part of the particle dispersion that protrudes from the predetermined region to the predetermined region by gently shaking the substrate to which the particle dispersion is applied.

基材表面に配置される粒子分散液の量を調節するために、必要に応じて、いったん基材表面に付与された粒子分散液の一部を基材表面から除去してもよい。例えば、基材を傾けたり振ったりする操作、または基材を回転させる(遠心力を作用させる)操作等を行うことによって余分な粒子分散液を除去することができる。これらの手法は、基板が第二溶媒中に配置された状態で実施してもよい。   In order to adjust the amount of the particle dispersion disposed on the substrate surface, a part of the particle dispersion once applied to the substrate surface may be removed from the substrate surface as necessary. For example, excess particle dispersion can be removed by performing operations such as tilting or shaking the substrate, or rotating the substrate (applying centrifugal force). These techniques may be performed with the substrate placed in the second solvent.

ここに開示される発明は、任意の二次元形状の所定領域(すなわち、第一溶媒に対する親和性が周囲よりも高い領域)を表面に有する基材を用いて実施することができる。このようにパターン化された表面を有する基材を用いることによって、該所定領域の二次元形状に対応した二次元形状を有する粒子集積体を好適に作製することができる。換言すれば、該パターン化された表面を、所定の二次元形状の粒子集積体を作製するためのテンプレートとして好適に活用することができる。本発明の方法は、例えば、円板形、多角形、直線状(棒状)、円弧状等の種々の幾何学的な二次元形状、あるいは他の任意の二次元形状(例えば、文字、記号等の形状)を有する粒子集積体を基材表面に作製する方法として好適である。また、かかる二次元形状の粒子集積体が基材表面に配置された粒子集積体材料(基板)を製造する方法として好適である。   The invention disclosed herein can be carried out using a substrate having a predetermined region of any two-dimensional shape (that is, a region having higher affinity for the first solvent than the surroundings) on the surface. By using a substrate having a surface patterned in this way, a particle aggregate having a two-dimensional shape corresponding to the two-dimensional shape of the predetermined region can be suitably produced. In other words, the patterned surface can be suitably used as a template for producing a particle assembly having a predetermined two-dimensional shape. The method of the present invention can be applied to various geometric two-dimensional shapes such as a disk shape, polygonal shape, linear shape (bar shape), arc shape, or any other two-dimensional shape (for example, characters, symbols, etc.). It is suitable as a method for producing a particle aggregate having a shape of Moreover, it is suitable as a method for producing a particle aggregate material (substrate) in which such a two-dimensional particle aggregate is disposed on the surface of a substrate.

また、ここに開示される発明は、任意の一次元配列または二次元配列を構成する複数の所定領域(すなわち、第一溶媒に対する親和性が周囲よりも高い領域)を表面に有する基材を用いて実施することができる。このようにパターン化された表面を有する基材を使用することにより、各所定領域に対応した配列を有する粒子集積体を好適に作製することができる。換言すれば、該パターン化された表面を、所定の配列を構成する粒子集積体を作製する(好ましくは、自己組織的に作製する)ためのテンプレートとして好ましく用いることができる。本発明の方法は、規則的に配列した複数の粒子集積体の製造および不規則に配列した粒子集積体の製造のいずれにも好ましく適用することができる。また、複数の粒子集積体が基材表面の一つの方向に配列(一次元配列)した粒子集積体材料のみならず、二以上の方向に配列(二次元配列)した粒子集積体材料の製造にも適用することができる。   Further, the invention disclosed herein uses a base material having a plurality of predetermined regions (that is, regions having higher affinity for the first solvent than the surroundings) constituting an arbitrary one-dimensional array or two-dimensional array on the surface. Can be implemented. By using a base material having a surface patterned in this way, a particle aggregate having an arrangement corresponding to each predetermined region can be suitably produced. In other words, the patterned surface can be preferably used as a template for producing (preferably, producing in a self-organizing manner) a particle assembly constituting a predetermined arrangement. The method of the present invention can be preferably applied to both the production of a plurality of regularly arranged particle aggregates and the production of irregularly arranged particle aggregates. In addition to particle aggregate materials in which a plurality of particle aggregates are arranged in one direction (one-dimensional arrangement) on the substrate surface, the production of particle aggregate materials in which two or more directions are arranged (two-dimensional arrangement) Can also be applied.

粒子集積体の三次元形状は、例えば、該粒子集積体が形成される領域および/またはその周囲の領域における基材と第一溶媒(粒子分散液)との親和性、基材上に付与する粒子分散液の量、第一溶媒と第二溶媒との組み合わせ(例えば、両溶媒の比重の関係)、製造条件等によって調整することができる。例えば、基材の表面に球に近い形状の粒子集積体を製造する場合には、粒子分散液に対する親和性の低い基材表面に該分散液を付与することが好ましい。すなわち、第一溶媒として親水性溶媒を使用する場合には、基材の疎水性表面に粒子分散液を付与する。また、第二溶媒としては、第一溶媒の比重と同程度かあるいはやや大きい比重を有するものを選択することが好ましい。この場合、基材表面に付与された粒子分散液は、第二溶媒中において、該表面に対して高い接触角(好ましくは凡そ90°以上)を示す液滴を形成する。かかる液滴に含まれる第一溶媒を第二溶媒中に拡散させることにより、球に近い形状の粒子集積体を容易に製造することができる。   The three-dimensional shape of the particle aggregate is imparted on the substrate, for example, the affinity between the base material and the first solvent (particle dispersion) in the region where the particle aggregate is formed and / or the surrounding region. It can be adjusted by the amount of the particle dispersion, the combination of the first solvent and the second solvent (for example, the relationship of specific gravity of both solvents), the production conditions, and the like. For example, when producing a particle aggregate having a shape close to a sphere on the surface of the substrate, it is preferable to apply the dispersion to the surface of the substrate having a low affinity for the particle dispersion. That is, when a hydrophilic solvent is used as the first solvent, the particle dispersion is applied to the hydrophobic surface of the substrate. Further, as the second solvent, it is preferable to select a solvent having a specific gravity which is approximately the same as or slightly higher than that of the first solvent. In this case, the particle dispersion applied to the surface of the substrate forms droplets having a high contact angle (preferably about 90 ° or more) with respect to the surface in the second solvent. By diffusing the first solvent contained in the droplets into the second solvent, a particle aggregate having a shape close to a sphere can be easily produced.

また、粒子分散液を該分散液と同程度の比重を有する第二溶媒中に分散させることにより、第二溶媒中に粒子分散液からなるほぼ球形の液滴が配置された(浮遊した)状態を実現することができる。そして、粒子分散液に含まれる第一溶媒を第二溶媒に拡散させることにより、球に近い形状の粒子集積体を得ることができる。第一溶媒の比重と同程度の比重を有する粒子を使用することによって、第一溶媒の拡散に伴う粒子分散液の比重の変動を抑制することができる。その結果として、より高品質の粒子集積体が製造され得る。   In addition, by dispersing the particle dispersion in a second solvent having the same specific gravity as that of the dispersion, a substantially spherical droplet made of the particle dispersion is disposed (floating) in the second solvent. Can be realized. Then, by diffusing the first solvent contained in the particle dispersion into the second solvent, a particle aggregate having a shape close to a sphere can be obtained. By using particles having a specific gravity comparable to the specific gravity of the first solvent, fluctuations in the specific gravity of the particle dispersion accompanying the diffusion of the first solvent can be suppressed. As a result, higher quality particle aggregates can be produced.

平均粒子径(平均直径)dが10μm以下であって実質的に単分散の球形粒子を使用して上記製造方法を実施することにより、例えば、以下の態様1または態様2のような粒子集積体が製造され得る。   By carrying out the above production method using substantially monodispersed spherical particles having an average particle diameter (average diameter) d of 10 μm or less, for example, a particle aggregate as in the following aspect 1 or aspect 2 Can be manufactured.

<態様1:球状の粒子集積体>
上記球形粒子の平均直径dの5倍から10倍の半径の球状の外形を呈する粒子集積体(例えば、半径約5〜50μmの球状の粒子集積体)であって、上述した面内5配位の粒子(P5)と面内6配位の粒子(P6)と面内7配位の粒子(P7)との合計数に対して面内5配位の粒子(P5)および面内7配位の粒子(P7)の合計数の占める割合が凡そ10〜30%の範囲にある粒子集積体が製造され得る。より好ましい態様では、該割合が凡そ13〜20%の範囲にある粒子集積体が製造され得る。典型的には、このような粒子集積体が、基材の表面に配置された状態で得られる。該粒子集積体は、ほぼ完全な球体を構成する形状であり得る。また、かかる球体の一部が平面で(例えば基材表面に接する部分で)カットされた形状(ドーム状)であり得る。少なくとも半球よりも球に近い形状(換言すれば、少なくとも球の中心が集積体の内部に位置する形状)の粒子集積体であることが好ましい。本発明の方法によると、上記カットされた部分と球の中心との成す角が240°以上(より好ましくは300°以上)である球状の粒子集積体を基材表面に製造し得る。
<Aspect 1: Spherical particle assembly>
A particle aggregate (for example, a spherical particle aggregate having a radius of about 5 to 50 μm) having a spherical outer shape having a radius of 5 to 10 times the average diameter d of the spherical particles, the in-plane five-coordinate configuration described above particles (P 5) and the plane 6 coordination of the particles (P 6) and the plane 7 coordination of particles (P 7) plane 5 coordination with respect to the total number of the particles (P 5) and the surface A particle aggregate in which the ratio of the total number of 7-coordinated particles (P 7 ) in the range of about 10 to 30% can be manufactured. In a more preferred embodiment, a particle aggregate having the ratio in the range of approximately 13 to 20% can be produced. Typically, such a particle aggregate is obtained in a state of being disposed on the surface of the substrate. The particle assembly may be shaped to form a nearly perfect sphere. In addition, a part of the sphere may have a flat shape (for example, a portion in contact with the substrate surface) (a dome shape). It is preferable that the particle aggregate has a shape closer to a sphere than at least a hemisphere (in other words, a shape in which at least the center of the sphere is located inside the aggregate). According to the method of the present invention, a spherical particle aggregate having an angle between the cut portion and the center of the sphere of 240 ° or more (more preferably 300 ° or more) can be produced on the substrate surface.

ここで、実質的に単分散の球形粒子が平面状に密集して成る一粒子層(モノレイヤー)の粒子集積体における理想的な構造は、該集積体を構成する個々の粒子が同平面内にある他の6個の粒子で囲まれた最密充填三角格子(一つの粒子が同一面内において他の6つの粒子と接している状態、すなわち面内最密充填構造)の繰り返し構造である。一方、かかる粒子が「球状」に集積して成る粒子集積体の理想的な構造では、最密充填三角格子の繰り返しのみによっては該集積体の球状の表面(球表面)を覆うことができない。球状の粒子集積体の場合には、最密充填三角格子をベースとしつつ、一つの粒子が面内にある他の5個の粒子で囲まれた構造(面内5配位、すなわち同一面内において他の5つの粒子と接している状態)、および/または、一つの粒子が面内にある他の7個の粒子で囲まれた構造(面内7配位、すなわち同一面内において他の7つの粒子と接している状態)を導入することにより、その球表面を理想的に(すなわち密に)覆うことが可能となる。換言すれば、単分散の球形粒子が球状に密集して成る粒子集積体における一つの典型的な構造では、該集積体の球表面に、面内5配位粒子および/または面内7配位の粒子を有する。   Here, the ideal structure of a monolayer particle assembly composed of substantially monodispersed spherical particles densely arranged in a plane is that the individual particles constituting the assembly are within the same plane. Is a repetitive structure of a close-packed triangular lattice surrounded by the other 6 particles (a state in which one particle is in contact with other 6 particles in the same plane, that is, an in-plane close-packed packed structure). . On the other hand, in an ideal structure of a particle aggregate in which such particles are accumulated in a “spherical shape”, the spherical surface (spherical surface) of the aggregate cannot be covered only by repeating the closest packed triangular lattice. In the case of a spherical particle aggregate, a structure in which one particle is surrounded by other five particles in a plane (5 in-plane coordination, that is, in the same plane) is based on a close-packed triangular lattice. And / or a structure in which one particle is surrounded by other seven particles in the plane (in-plane seven-coordinate, ie, other in the same plane) It is possible to cover the spherical surface ideally (that is, densely) by introducing a state in contact with seven particles. In other words, in a typical structure of a particle assembly in which monodispersed spherical particles are densely packed in a spherical shape, in-plane five-coordinate particles and / or in-plane seven-coordinates are formed on the spherical surface of the aggregate. Of particles.

ここに開示される粒子集積体は、上述のように、球表面構成粒子のうち面内5配位構造または面内7配位構造をとる粒子の割合(個数比)が凡そ10〜30%(好ましくは凡そ13〜20%)の範囲にある粒子集積体であり得る。球面構成粒子のうち面内5配位構造または面内7配位構造をとる粒子の割合は、例えば、以下のようにして求めることができる。
まず、球状の粒子集積体の球表面におけるP5,P6およびP7の数は、例えば、該集積体の球表面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察して得られた像(SEM像)を用いて把握することができる。より具体的には、例えば、該SEM像に表れている球表面の任意の領域について、面内5配位構造をとる粒子P5の数(np5)、面内6配位構造をとる粒子P6の数(np6)、および面内7配位構造をとる粒子P7の数(np7)をそれぞれカウントする。そして、それら各粒子の数から、式:(nP5+nP7)/(nP5+nP6+nP7);により、該集積体の球表面構成粒子に占める面内5配位構造または面内7配位構造をとる粒子の割合を求めることができる。
As described above, the particle aggregate disclosed herein has a ratio (number ratio) of particles having an in-plane five-coordinate structure or an in-plane seven-coordinate structure out of spherical surface constituent particles of about 10 to 30% ( The particle aggregate is preferably in the range of about 13 to 20%. The proportion of particles having an in-plane five-coordinate structure or an in-plane seven-coordinate structure among spherical constituent particles can be determined, for example, as follows.
First, the number of P 5 , P 6 and P 7 on the sphere surface of the spherical particle aggregate is, for example, an image (SEM image) obtained by observing the sphere surface of the aggregate with a scanning electron microscope (SEM). ). More specifically, for example, the number of particles P 5 having an in-plane five-coordinate structure (n p5 ) and the particles having an in-plane six-coordinate structure in an arbitrary region of the sphere surface appearing in the SEM image. The number of P 6 (n p6 ) and the number of particles P 7 having an in-plane seven-coordinate structure (n p7 ) are counted. Then, from the number of each particle, the in-plane 5-coordinate structure or in-plane 7-coordinate occupying the spherical surface constituent particles of the aggregate is obtained by the formula: (n P5 + n P7 ) / (n P5 + n P6 + n P7 ); The proportion of particles having a coordinate structure can be determined.

5,P6およびP7の数をカウントする対象とする領域は、その粒子集積体の有する球表面のほぼ全体であってもよく、一部の領域であってもよい。通常は、該球表面の一部の領域(例えば、その球表面に仮想的な円を描いた場合における該円内の領域)についてP5,P6およびP7の数をカウントすることが簡便であり好ましい。ここに開示される粒子集積体の典型的な態様では、該一部領域に含まれる球面構成粒子のうち面内5配位構造または面内7配位構造をとる粒子の割合{(nP5+nP7)/(nP5+nP6+nP7)}を、その粒子集積体の有する球表面全体における面内5配位構造または面内7配位構造をとる粒子の割合{(NP5+NP7)/(NP5+NP6+NP7)}を表すものとして(少なくとも該割合の近似値として)採用することができる。すなわち、上記関係式:10%<{(NP5+NP7)/(NP5+NP6+NP7)}<30%;に代えて、次の関係式:10%<{(nP5+nP7)/(nP5+nP6+nP7)}<30%を;を用いることができる。球表面の一部についてP5,P6およびP7の数をカウントすることによってその粒子集積体の有する球表面の全体における面内5配位構造または面内7配位構造をとる粒子の割合をより適切に近似するためには、該集積体が半径rの球体であると仮定した場合における全表面積(4πr2)の凡そ3%以上(例えば凡そ3〜30%)に相当する連続した領域(典型的には一つの円で囲まれた領域)についてP5,P6およびP7の数をカウントすることが好ましい。換言すれば、上記全表面積をS1とし、カウント対象とする領域の面積をS2としたとき、S2/S1が凡そ3%(0.03)以上となるように該カウント対象領域を設定することが好ましい。S2/S1が凡そ5%以上(例えば凡そ5〜20%)となるように設定することがより好ましい。 The region to be counted for the number of P 5 , P 6 and P 7 may be substantially the entire sphere surface of the particle aggregate, or may be a partial region. Usually, it is convenient to count the numbers of P 5 , P 6 and P 7 for a part of the surface of the sphere (for example, a region within the circle when a virtual circle is drawn on the sphere surface). It is preferable. In a typical embodiment of the particle assembly disclosed herein, the proportion of particles having an in-plane five-coordinate structure or an in-plane seven-coordinate structure among spherical constituent particles contained in the partial region {(n P5 + n P7 ) / (n P5 + n P6 + n P7 )} is the ratio of particles having an in-plane five-coordinate structure or in-plane seven-coordinate structure on the entire spherical surface of the particle aggregate {(N P5 + N P7 ) / (N P5 + N P6 + N P7 )} can be employed (at least as an approximation of the ratio). That is, instead of the above relational expression: 10% <{(N P5 + N P7 ) / (N P5 + N P6 + N P7 )} <30%; the following relational expression: 10% <{(n P5 + n P7 ) / (N P5 + n P6 + n P7 )} <30% can be used. Percentage of particles having an in-plane five-coordinate structure or an in-plane seven-coordinate structure in the entire sphere surface of the particle aggregate by counting the number of P 5 , P 6 and P 7 for a part of the sphere surface Is more appropriately approximated by a continuous region corresponding to approximately 3% or more (for example, approximately 3 to 30%) of the total surface area (4πr 2 ) when the aggregate is assumed to be a sphere having a radius r. It is preferable to count the number of P 5 , P 6 and P 7 for (typically a region surrounded by one circle). In other words, when the total surface area is S1 and the area of the area to be counted is S2, the area to be counted is set so that S2 / S1 is about 3% (0.03) or more. preferable. It is more preferable to set so that S2 / S1 is about 5% or more (for example, about 5 to 20%).

粒子集積体を一方向(該粒子集積体が基材表面に形成されている場合には、例えばその基材表面に垂直な方向)から観察した二次元SEM像を用いてP5,P6およびP7の数をカウントする場合には、該SEM像において粒子集積体の外形(輪郭)を構成する円と同心円で囲まれる領域をカウント対象とすることが好ましい。これにより、その粒子集積体の球表面構成粒子に占める面内5配位構造または面内7配位構造をとる粒子の割合をより的確に把握することができる。この場合には、例えば、該集積体が半径rの球体であると仮定した場合における全表面積に対して上記同心円で囲まれる領域(カウント対象領域)が凡そ5〜15%程度となるように(すなわち、上記S2/S1が凡そ5〜15%程度となるように)該同心円の半径を設定することが適当である。 Using a two-dimensional SEM image obtained by observing the particle aggregate from one direction (for example, a direction perpendicular to the substrate surface when the particle aggregate is formed on the substrate surface), P 5 , P 6 and When counting the number of P 7 , it is preferable that a region surrounded by a concentric circle and a circle constituting the outer shape (contour) of the particle aggregate in the SEM image is a counting target. Thereby, the ratio of the particle | grains which take the in-plane 5 coordination structure or the in-plane 7 coordination structure which occupies for the spherical surface constituent particle | grains of the particle | grain assembly can be grasped | ascertained more correctly. In this case, for example, the region (count target region) surrounded by the concentric circles with respect to the total surface area when the aggregate is assumed to be a sphere having a radius r is approximately 5 to 15% ( That is, it is appropriate to set the radius of the concentric circles so that S2 / S1 is about 5 to 15%.

なお、粒子集積体がほぼ完全な球体であると仮定して、該集積体の全表面積におけるP5,P6およびP7の個数をそれぞれNP5,NP6およびNP7とし、球状粒子集積体の任意の表面領域(カウント対象領域)S2におけるP5,P6およびP7の個数をそれぞれnP5,nP6およびnP7とした場合、NP5の値は式:NP5=nP5×(S1/S2);により算出することができる。同様に、NP6の値は式:NP6=nP6×(S1/S2);により、NP7の値は式:NP7=nP7×(S1/S2);により算出することができる。 Assuming that the particle aggregate is an almost perfect sphere, the numbers of P 5 , P 6 and P 7 in the total surface area of the aggregate are N P5 , N P6 and N P7 , respectively. When the number of P 5 , P 6 and P 7 in any surface region (count target region) S2 is n P5 , n P6 and n P7 , the value of N P5 is expressed by the formula: N P5 = n P5 × ( S1 / S2); Similarly, the value of N P6 formula: N P6 = n P6 × ( S1 / S2); the value of N P7 formula: N P7 = n P7 × ( S1 / S2); can be calculated by.

<態様2:基材表面に所定の二次元パターンで集積した粒子集積体>
上記球形粒子が基材表面に所定の二次元パターンで集積して成る粒子集積体であって、以下の(A)および(B)の少なくとも一方を満たす粒子集積体が製造され得る。
(A)前記パターンは仮想的な輪郭線が直線状の部分を有し、該直線状部分において前記集積体の外縁を構成する粒子の中心から前記仮想的な輪郭線までの距離の標準偏差Sが1×10-2μm以下である;および
(B)前記パターンは仮想的な輪郭線が円弧状の部分を有し、該円弧状部分において前記集積体の外縁を構成する粒子の中心から前記仮想的な輪郭線までの距離の標準偏差Sが5×10-1μm以下である。
ここで、上記「集積体の外縁を構成する粒子」は、典型的には、その粒子集積体の最も外側に連続的に並んだ粒子に該当する。
<Aspect 2: Particle aggregates accumulated in a predetermined two-dimensional pattern on the substrate surface>
A particle aggregate in which the spherical particles are accumulated on the surface of the substrate in a predetermined two-dimensional pattern, which satisfies at least one of the following (A) and (B) can be produced.
(A) The pattern has a portion where the virtual contour line is linear, and the standard deviation S of the distance from the center of the particles constituting the outer edge of the aggregate to the virtual contour line in the linear portion. Is equal to or less than 1 × 10 −2 μm; and (B) the pattern has an arcuate portion having a virtual contour line, and the center of the particle constituting the outer edge of the aggregate is formed in the arcuate portion. The standard deviation S of the distance to the virtual contour line is 5 × 10 −1 μm or less.
Here, the “particles constituting the outer edge of the aggregate” typically correspond to particles that are continuously arranged on the outermost side of the particle aggregate.

上記(A)について「仮想的な輪郭線が直線状の部分」とは、粒子集積体を基材表面に垂直な方向からみたとき、該集積体の外縁を構成する複数の(少なくとも20個以上、好ましくは30個以上の)粒子の中心の位置が一次直線によってよく近似される部分を指す。それら各粒子の中心から上記近似直線(すなわち、仮想的な輪郭線)までの距離に基づいて、上記標準偏差Sを常法により求めることができる。ここに開示される粒子集積体の一つの好ましい態様では、上記仮想的な輪郭線の少なくとも一部が、六方格子構造(fcc)における<1 −1 0>方向に延びる直線状の輪郭線である。かかる方向に延びる輪郭線(換言すれば、該直線状部分における粒子集積体の外縁)は、特に明瞭な輪郭を示し得る(図7(E)参照)。
また、上記(B)について「仮想的な輪郭線が円弧状の部分」とは、粒子集積体を基材表面に垂直な方向からみたとき、該集積体の外縁を構成する複数の(少なくとも10個以上、好ましくは30個以上の)粒子の中心が円弧によってよく近似される部分を指す。それら各粒子の中心から上記仮想的な輪郭線(円弧)までの距離に基づいて、上記標準偏差Sを常法により(例えば、後述する実施例4のようにして)求めることができる。
With regard to (A) above, the “part where the virtual contour line is linear” means a plurality (at least 20 or more) constituting the outer edge of the aggregate when the particle aggregate is viewed from a direction perpendicular to the substrate surface. (Preferably 30 or more) refers to a portion where the position of the center of the particle is well approximated by a linear line. Based on the distance from the center of each particle to the approximate straight line (that is, the virtual contour line), the standard deviation S can be obtained by a conventional method. In one preferable aspect of the particle assembly disclosed herein, at least a part of the virtual contour line is a linear contour line extending in the <1 −1 0> direction in the hexagonal lattice structure (fcc). . The contour line extending in such a direction (in other words, the outer edge of the particle aggregate in the linear portion) can show a particularly clear contour (see FIG. 7E).
Regarding (B), the “virtual contour is a circular arc portion” means a plurality (at least 10) constituting the outer edge of the aggregate when the particle aggregate is viewed from a direction perpendicular to the substrate surface. The center of the particle (more than or equal to 30 or more, preferably 30 or more) refers to a portion that is well approximated by an arc. Based on the distance from the center of each particle to the virtual contour (arc), the standard deviation S can be obtained by a conventional method (for example, as in Example 4 described later).

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
<実施例1:水/ヘキサン二液系による粒子集積体の形成>
シリコン基板の表面をオクタデシルトリクロロシラン(OTS)により処理して、疎水性表面を有するシリコン基板を作製した。すなわち、乾燥トルエン中にOTSを1vol%の濃度で含むOTS溶液を用意し、この溶液にシリコン基板を5分間浸漬した。次いで、該シリコン基板を120℃に5分間加熱した。このようにして、オクタデシルトリクロロシランに由来する自己組織化単分子膜(OTS−SAM)を表面に有するシリコン基板を得た。該シリコン基板のOTS処理面における水の接触角は約105°であり、疎水性のOTS−SAMが形成されていることが確認された。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
<Example 1: Formation of particle aggregate by water / hexane two-component system>
The surface of the silicon substrate was treated with octadecyltrichlorosilane (OTS) to produce a silicon substrate having a hydrophobic surface. That is, an OTS solution containing OTS at a concentration of 1 vol% in dry toluene was prepared, and a silicon substrate was immersed in this solution for 5 minutes. Next, the silicon substrate was heated to 120 ° C. for 5 minutes. In this way, a silicon substrate having a self-assembled monolayer (OTS-SAM) derived from octadecyltrichlorosilane on the surface was obtained. The contact angle of water on the OTS-treated surface of the silicon substrate was about 105 °, and it was confirmed that hydrophobic OTS-SAM was formed.

粒子集積体を製造するための原料粒子としては、宇部日東化成株式会社から入手可能な商品名「ハイプレシカ UF N3N」を使用した。この材料は実質的に真球状の粒子形を有するSiO2粒子であって、非常にシャープ(実質的に単分散)な粒径分布を有していた。該材料を構成するSiO2粒子の平均直径dは約1.13μmであり、粒径精度(CV値)は3.57%(すなわち、標準偏差=0.0357×1.13μm=0.0403μm)、比重は1.8±0.1g/cm3であった。このSiO2粒子0.2mgを20μLの水(第一溶媒)に分散させて粒子分散液を調製した。そして、図1(A)に示すように、上述のように表面処理されたシリコン基板10の疎水性表面12(すなわち、OTS−SAM上)に、SiO2粒子22が水24に分散した粒子分散液20を滴下した。滴下された粒子分散液は、疎水性表面12上でいくつかの液滴を形成した。 As a raw material particle for producing a particle aggregate, a trade name “HI-PRECICA UF N3N” available from Ube Nitto Kasei Co., Ltd. was used. This material was SiO 2 particles having a substantially spherical particle shape and had a very sharp (substantially monodisperse) particle size distribution. The average diameter d of the SiO 2 particles constituting the material is about 1.13 μm, and the particle size accuracy (CV value) is 3.57% (that is, standard deviation = 0.0357 × 1.13 μm = 0.0403 μm). The specific gravity was 1.8 ± 0.1 g / cm 3 . A particle dispersion was prepared by dispersing 0.2 mg of the SiO 2 particles in 20 μL of water (first solvent). Then, as shown in FIG. 1A, particle dispersion in which SiO 2 particles 22 are dispersed in water 24 on the hydrophobic surface 12 (that is, on the OTS-SAM) of the silicon substrate 10 surface-treated as described above. Liquid 20 was added dropwise. The dropped particle dispersion formed several droplets on the hydrophobic surface 12.

次いで、粒子分散液20の液滴を有するシリコン基板10を20mLのヘキサン(第二溶媒)30に浸漬した(図1(B))。この状態で1分間の超音波処理を行ったところ、疎水性表面12上において粒子分散液20の比較的大きな液滴が複数の小さな液滴に分かれた(図1(C))。それらの液滴(粒子分散液)20に含まれる水24が周囲のヘキサン30中に徐々に拡散することにより、各液滴20は次第に収縮(shrinkage)した。一方、各液滴20に含まれるSiO2粒子22は基板10上に残された。12時間の浸漬後、基板10の疎水性表面12上には、概ね球状の外形を呈する様々な大きさの粒子集積体40が観察された(図1(D))。なお、本実施例では、上記粒子分散液の分散媒たる水(第一溶媒)の比重は、ヘキサンの比重(0.7)よりも大きい。 Next, the silicon substrate 10 having droplets of the particle dispersion 20 was immersed in 20 mL of hexane (second solvent) 30 (FIG. 1B). When ultrasonic treatment for 1 minute was performed in this state, a relatively large droplet of the particle dispersion 20 was separated into a plurality of small droplets on the hydrophobic surface 12 (FIG. 1C). As the water 24 contained in these droplets (particle dispersion) 20 gradually diffused into the surrounding hexane 30, each droplet 20 gradually shrunk. On the other hand, the SiO 2 particles 22 included in each droplet 20 were left on the substrate 10. After immersion for 12 hours, particle aggregates 40 of various sizes having a generally spherical outer shape were observed on the hydrophobic surface 12 of the substrate 10 (FIG. 1D). In this example, the specific gravity of water (first solvent) as a dispersion medium of the particle dispersion is larger than the specific gravity of hexane (0.7).

本実施例により得られたいくつかの粒子集積体を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。得られたSEM像を図2(A)〜(I)に示す。これらのうち(A)〜(G)は各集積体をほぼ真上(すなわち、基板表面に垂直な方向)から観察した像であり、(H)および(I)は斜め上から観察した像である。図2(A)〜(D)は、それぞれ3個、5個、6個および8個の粒子からなる集積体を示している。これら3個、5個、6個および8個の粒子からなる集積体は、それぞれ、三角形、四面体、八面体および十面体を構成するように規則正しく集積していた。図2(E)〜(I)は、より多くの粒子からなる球状の粒子集積体を示している。
以上のように、本実施例によると、球形粒子を水に分散させた粒子分散液をヘキサン中に配置し、該分散液中の水を周囲のヘキサン中に拡散(溶解)させることによって、球形粒子が密に集積した粒子集積体が形成された。疎水性表面(OTS−SAM)に付与された粒子分散液がヘキサン中において高い接触角を有する液滴を形成することにより、球に近い形状の粒子集積体(例えば、直径が3〜10μm程度の球状の粒子集積体)が得られた。また、基板に粒子分散液を付与した後に超音波処理を行うことによって様々なサイズの粒子集積体が得られた。
Some particle aggregates obtained in this example were observed with a scanning electron microscope (SEM). The obtained SEM images are shown in FIGS. Among these, (A) to (G) are images obtained by observing each integrated body from almost directly above (that is, a direction perpendicular to the substrate surface), and (H) and (I) are images observed obliquely from above. is there. 2 (A) to 2 (D) show aggregates composed of 3, 5, 6, and 8 particles, respectively. These aggregates composed of 3, 5, 6, and 8 particles were regularly accumulated to form a triangle, tetrahedron, octahedron, and decahedron, respectively. FIGS. 2E to 2I show a spherical particle aggregate including a larger number of particles.
As described above, according to this example, a spherical particle dispersion is dispersed in water, and the dispersion is dispersed (dissolved) in the surrounding hexane by disposing (dispersing) the water in the hexane. A particle aggregate in which particles were densely accumulated was formed. The particle dispersion applied to the hydrophobic surface (OTS-SAM) forms droplets having a high contact angle in hexane, thereby forming a particle aggregate having a shape close to a sphere (for example, a diameter of about 3 to 10 μm). A spherical particle aggregate) was obtained. In addition, particle aggregates of various sizes were obtained by applying ultrasonic treatment after applying the particle dispersion to the substrate.

<実施例2:メタノール/デカリン二液系による粒子集積体の形成>
実施例1で用いたものと同じSiO2粒子0.2mgを20μLのメタノール(第一溶媒)に分散させて粒子分散液を調製した。この粒子分散液を、実施例1と同様に、疎水性表面(OTS−SAM)を有するシリコン基板上に滴下した。
上記分散液の液滴を有するシリコン基板を20mLのデカリン(デカヒドロナフタレン;第二溶媒)に浸漬した。デカリン中の基板上における粒子分散液の液滴は、その直径が概ね100〜300μmの範囲にあった。なお、実施例1とは異なり、本実施例では浸漬後の超音波処理を行わなかった。また、粒子分散液の分散媒たるメタノールの比重(0.79)がデカリンの比重(0.88)よりも小さいことから、上記デカリンへの浸漬操作は、基板の疎水性表面から粒子分散液が離れて浮き上がらないように静かに実施した。このようにデカリンに浸漬された状態で、粒子分散液に含まれるメタノールがSiO2粒子を残してデカリン中に徐々に拡散することにより、上記基板上の上記液滴が次第に収縮した。12時間の浸漬後、上記基板の疎水性表面上には、実施例1よりも大きな球状の粒子集積体(例えば、直径が凡そ57μmの球状の粒子集積体)が形成されていた。
<Example 2: Formation of particle aggregate by methanol / decalin two-component system>
A particle dispersion was prepared by dispersing 0.2 mg of the same SiO 2 particles as used in Example 1 in 20 μL of methanol (first solvent). This particle dispersion was dropped on a silicon substrate having a hydrophobic surface (OTS-SAM) in the same manner as in Example 1.
A silicon substrate having droplets of the dispersion was immersed in 20 mL of decalin (decahydronaphthalene; second solvent). The particle dispersion droplets on the substrate in decalin had a diameter in the range of approximately 100-300 μm. In addition, unlike Example 1, the ultrasonic treatment after immersion was not performed in this example. Further, since the specific gravity (0.79) of methanol, which is the dispersion medium of the particle dispersion, is smaller than the specific gravity (0.88) of decalin, the immersion operation in decalin is carried out from the hydrophobic surface of the substrate. It was carried out quietly so as not to float away. In such a state of being immersed in decalin, the methanol contained in the particle dispersion gradually diffused into decalin leaving SiO 2 particles, whereby the droplets on the substrate gradually contracted. After immersion for 12 hours, a spherical particle aggregate larger than that of Example 1 (for example, a spherical particle aggregate having a diameter of approximately 57 μm) was formed on the hydrophobic surface of the substrate.

得られた粒子集積体のSEM像を図3(A)に示す。この粒子集積体の直径は約57μmである。図示するように、この集積体の表面にはいくつかのリニアディスクリネーション(線欠陥)がみられた。図3(B)は、図3(A)と同じSEM像に重ねて、球表面の一部につき各球表面構成粒子の中心と隣接する球表面構成粒子の中心とを結んだ網目を表示したものである。この網目の形状から、該球状集積体の球表面を構成する粒子の集積構造が最密充填三角格子をベースとしていることがわかる。また、球表面にみられるディスクリネーションは、5個の球表面構成粒子で囲まれた粒子(面内5配位の粒子;図中に薄い点で示している)と、7個の球表面構成粒子で囲まれた粒子(面内7配位の粒子;図中に濃い点で示している)とから構成されていることがわかる。   An SEM image of the obtained particle assembly is shown in FIG. The diameter of the particle aggregate is about 57 μm. As shown in the figure, some linear disclinations (line defects) were observed on the surface of the integrated body. FIG. 3 (B) displays a mesh connecting the center of each sphere surface constituent particle and the center of the adjacent sphere surface constituent particle for a part of the sphere surface, overlaid on the same SEM image as FIG. 3 (A). Is. From this mesh shape, it can be seen that the particle accumulation structure constituting the spherical surface of the spherical accumulation body is based on a close-packed triangular lattice. In addition, the disclination observed on the sphere surface consists of particles surrounded by five sphere surface constituent particles (in-plane five-coordinate particles; indicated by thin dots in the figure) and seven sphere surfaces. It can be seen that it is composed of particles surrounded by constituent particles (in-plane seven-coordinate particles; indicated by dark dots in the figure).

なお、球状の粒子集積体の半径をr、該集積体を構成する単分散粒子(ここではSiO2粒子)の直径をd、上記半径rを有する球の全表面積をS1、該集積体の二次元写真(例えばSEM像)において該集積体の外形(輪郭)を構成する円と同心円で囲まれる領域の面積(すなわち、SEM像上におけるカウント対象領域の半径)をS2、その同心円の上記二次元写真における半径をr1としたとき、全表面積S1における線欠陥の理論的最小数N、および、その一部領域の面積S2における線欠陥の理論的最小数nは、以下の式により求めることができる(図8(A)〜(C)を参照。)。ここで、図3(B)に示す粒子集積体では、r=28.5μm、d=1.13μmである。また、同図に示す同心円は、半径r1=17.5μmである。 Note that the radius of the spherical particle aggregate is r, the diameter of the monodisperse particles (in this case, SiO 2 particles) constituting the aggregate is d, the total surface area of the sphere having the radius r is S1, In a two-dimensional photograph (for example, SEM image), the area of the region surrounded by the concentric circle (ie, the radius of the count target region on the SEM image) that is concentric with the circle constituting the outer shape (contour) of the aggregate is S2, and the two-dimensional of the concentric circle When the radius in the photograph is r 1 , the theoretical minimum number N of line defects in the total surface area S1 and the theoretical minimum number n of line defects in the area S2 of the partial region can be obtained by the following equations. (See FIGS. 8A to 8C.) Here, in the particle aggregate shown in FIG. 3B, r = 28.5 μm and d = 1.13 μm. Further, the concentric circles shown in the figure have a radius r 1 = 17.5 μm.

すなわち、図3(A)および(B)に示す粒子集積体がほぼ完全な球体であるとした場合におけるその全表面積S1に存在する線欠陥の理論的な最小数Nは約22と求められる。また、図3(B)において円(該円の半径r1=17.5μm)で囲まれた領域の面積S2は、この粒子集積体と同等の半径(r=約28.5μm)を有する球の全表面積の10.5%に相当することから(すなわち、S2/S1=10.5%)、この面積S2に存在する線欠陥の理論的な最小数nは約2.3と求められる。 That is, when the particle aggregate shown in FIGS. 3A and 3B is an almost perfect sphere, the theoretical minimum number N of line defects existing in the total surface area S1 is determined to be about 22. Further, in FIG. 3B, the area S2 of the region surrounded by a circle (radius r 1 = 17.5 μm of the circle) is a sphere having a radius (r = about 28.5 μm) equivalent to this particle aggregate. Corresponds to 10.5% of the total surface area (ie, S2 / S1 = 10.5%), the theoretical minimum number n of line defects existing in the area S2 is determined to be about 2.3.

また、図3(B)において円で囲まれた領域(上述のように、この集積体と同等の半径を有する球の全表面積の10.5%に相当する領域)にある面内5配位粒子と面内7配位粒子との合計数(nP5+nP7)は149個である。これは、該円内に含まれる全球表面構成粒子の総数(nP5+nP6+nP7)の約13.8%に相当する。すなわち、図3(A),(B)に示す粒子集積体では、(nP5+nP7)/(nP5+nP6+nP7)=13.8%である。 In addition, in-plane 5-coordinate in a region surrounded by a circle in FIG. 3B (as described above, a region corresponding to 10.5% of the total surface area of a sphere having the same radius as this aggregate). The total number (n P5 + n P7 ) of particles and in-plane 7-coordinated particles is 149. This corresponds to about 13.8% of the total number (n P5 + n P6 + n P7 ) of the global surface constituent particles contained in the circle. That is, in the particle aggregate shown in FIGS. 3A and 3B, (n P5 + n P7 ) / (n P5 + n P6 + n P7 ) = 13.8%.

本実施例により得られた球状の粒子集積体の上部を除去し、この集積体の内部における粒子の集積状態を観察した。その結果、該集積体は内部まで密に詰まった集積構造を有することが確認された。   The upper part of the spherical particle aggregate obtained in this example was removed, and the state of particle accumulation inside this aggregate was observed. As a result, it was confirmed that the integrated body had an integrated structure densely packed inside.

<実施例3:メタノール/デカリン二液系による粒子集積体の二次元配列>
シリコン基板の表面をヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシルトリクロロシラン(HFDTS)により処理して、疎水性表面を有するシリコン基板を作製した。すなわち、乾燥トルエン中にHFDTSを1vol%の濃度で含むHFDTS溶液を用意し、この溶液にシリコン基板を5分間浸漬した。次いで、該シリコン基板を120℃に5分間加熱した。このようにして、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシルトリクロロシランに由来する自己組織化単分子膜(HFDTS−SAM)を表面に有するシリコン基板を得た。該シリコン基板のHFDTS処理面における水の接触角は約112°であり、疎水性のHFDTS−SAMが形成されていることが確認された。
<Example 3: Two-dimensional arrangement of particle aggregate by methanol / decalin two-liquid system>
The surface of the silicon substrate was treated with heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyltrichlorosilane (HFDTS) to produce a silicon substrate having a hydrophobic surface. That is, an HFDTS solution containing HFDTS at a concentration of 1 vol% in dry toluene was prepared, and a silicon substrate was immersed in this solution for 5 minutes. Next, the silicon substrate was heated to 120 ° C. for 5 minutes. Thus, a silicon substrate having on its surface a self-assembled monolayer (HFDTS-SAM) derived from heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyltrichlorosilane was obtained. The contact angle of water on the HFDTS treated surface of the silicon substrate was about 112 °, and it was confirmed that hydrophobic HFDTS-SAM was formed.

次いで、図4(A)に示すように、シリコン基板110の疎水性表面112(すなわち、HFDTS−SAM上)に、フォトマスクを通して紫外線(UV)を二時間照射した。フォトマスクとしては、直径約100μmの照射窓が約50μm間隔で縦横に規則的に配列された形状のものを使用した。疎水性表面112のうちUVが照射された領域(所定領域)は、シラノール基の生成により親水性に変化した。該領域における水の接触角は5°以下であった。一方、UVが照射されなかった領域は疎水性に保たれた。その結果、疎水性領域112内にいくつかの親水性領域114が形成された。それらの親水性領域114は、使用したフォトマスクの照射窓の配列に対応して、疎水性領域112内に規則的に配列されていた。このようにしてパターン化されたHFDTS−SAM(パターン化HFDTS−SAM)115を、粒子集積体のマイクロパタニング(微小配列物)を作製するためのテンプレートとして使用した。なお、本実施例に用いたシリコン基板は10mm×10mmの正方形状であった。   Next, as shown in FIG. 4A, the hydrophobic surface 112 of the silicon substrate 110 (that is, on the HFDTS-SAM) was irradiated with ultraviolet rays (UV) for two hours through a photomask. As the photomask, a photomask having a shape in which irradiation windows having a diameter of about 100 μm are regularly arranged at intervals of about 50 μm is used. The region (predetermined region) irradiated with UV in the hydrophobic surface 112 changed to hydrophilicity due to the generation of silanol groups. The contact angle of water in the region was 5 ° or less. On the other hand, the region not irradiated with UV was kept hydrophobic. As a result, several hydrophilic regions 114 were formed in the hydrophobic region 112. These hydrophilic regions 114 were regularly arranged in the hydrophobic region 112 corresponding to the arrangement of the irradiation windows of the photomask used. The HFDTS-SAM (patterned HFDTS-SAM) 115 patterned in this manner was used as a template for producing micropatterning (microarrays) of particle aggregates. In addition, the silicon substrate used for the present Example was 10 mm x 10 mm square shape.

実施例1で用いたものと同じSiO2粒子をメタノール(第一溶媒)に分散させて、該SiO2粒子を1g/Lの割合で含む粒子分散液を調製した。そして、図4(B)に示すように、10μLの粒子分散液120を、シリコン基板110の表面に形成されたパターン化HFDTS−SAM115上に付与した。次いで、粒子分散液120を付与したシリコン基板110を50mLのデカリン(第二溶媒)130に浸漬した。この状態でシリコン基板110に穏やかな振動を与えた。上述のようにメタノールの比重はデカリンの比重よりも小さいため、該振動の付与によって余分な分散液が基板110から離れて浮上した。また、この振動によって、パターン化HFDTS−SAM115の疎水性領域112上にある分散液120の親水性領域114上への移動を促進した。その結果、図4(C)に示すように、粒子分散液120の液滴が親水性領域114上に選択的に位置するようになった。すなわち、親水性領域114の配列に対応して、粒子分散液120の液滴のマイクロパターンが構成された。これらの液滴(粒子分散液)120は、メタノール124とデカリン130と基板表面との界面相互作用、および、デカリン130中におけるメタノール124の浮力によって、球に近い形状を呈していた。 The same SiO 2 particles as those used in Example 1 were dispersed in methanol (first solvent) to prepare a particle dispersion containing the SiO 2 particles at a rate of 1 g / L. Then, as shown in FIG. 4B, 10 μL of the particle dispersion 120 was applied onto the patterned HFDTS-SAM 115 formed on the surface of the silicon substrate 110. Next, the silicon substrate 110 provided with the particle dispersion 120 was immersed in 50 mL of decalin (second solvent) 130. In this state, a gentle vibration was applied to the silicon substrate 110. As described above, since the specific gravity of methanol is smaller than the specific gravity of decalin, excess dispersion liquid floated away from the substrate 110 by the application of the vibration. In addition, this vibration promoted the movement of the dispersion 120 on the hydrophobic region 112 of the patterned HFDTS-SAM 115 onto the hydrophilic region 114. As a result, as shown in FIG. 4C, the droplets of the particle dispersion 120 are selectively positioned on the hydrophilic region 114. That is, a micro pattern of droplets of the particle dispersion 120 was configured corresponding to the arrangement of the hydrophilic regions 114. These droplets (particle dispersion) 120 had a shape close to a sphere due to the interfacial interaction between methanol 124, decalin 130, and the substrate surface, and the buoyancy of methanol 124 in decalin 130.

浸漬から12時間後には、図4(D)に示すように、各親水性領域(シラノール領域)114内に、SiO2粒子122からなる球状(ドーム型)の粒子集積体140がそれぞれ形成されていた。換言すれば、親水性領域114の配列に対応して、球状の粒子集積体140が二次元的に(基板表面の縦方向および横方向の二方向に)良好な規則性をもって配列された粒子集積体パタニング(配列物)150が得られた。他の観点によれば、基板110の表面に粒子集積体パタニング150を有する粒子集積体材料160が得られた。
上記粒子集積体パタニング(配列物)をほぼ真上から観察したSEM像を図5(A)に、斜め上から観察したSEM像を図5(B)に示す。各粒子集積体の中心間の距離は、親水性領域の形成に使用したフォトマスクの照射窓間の距離と同程度であった。
該パタニングを構成する粒子集積体の一つをほぼ真上から観察したSEM像を図5(C)に示し、他の一つを斜め上から観察したSEM像を図5(D)に示す。該粒子集積体パタニングを構成する粒子集積体の平均直径は凡そ18μmであった。図5(C),(D)から明らかなように、それらの粒子集積体の球表面は密に詰まったSiO2粒子により形成されていた。また、実施例2と同様に粒子集積体の上部を除去したところ、該集積体は内部まで密に詰まった集積構造を有することが確認された。
このように、本実施例によると、メタノール(第一溶媒)に対する親和性の差異によってパターン化された表面(パターン化HFDTS−SAM)を有する基板を使用して、該基板表面に球状の粒子集積体のドットアレイ(点状配列)を自己組織的に形成させることができた。これにより、粒子集積体が基材(ここではシリコン基板)の表面に規則的に配置された粒子集積体材料が得られた。
After 12 hours of immersion, as shown in FIG. 4D, spherical (dome-shaped) particle aggregates 140 made of SiO 2 particles 122 are formed in each hydrophilic region (silanol region) 114, respectively. It was. In other words, corresponding to the arrangement of the hydrophilic regions 114, the particle accumulation in which the spherical particle aggregates 140 are arranged with good regularity two-dimensionally (in the vertical direction and the horizontal direction of the substrate surface). Body patterning (array) 150 was obtained. According to another aspect, a particle assembly material 160 having a particle assembly patterning 150 on the surface of the substrate 110 was obtained.
FIG. 5A shows an SEM image obtained by observing the particle aggregate patterning (arrangement) almost directly from above, and FIG. 5B shows an SEM image observed from obliquely above. The distance between the centers of the particle aggregates was approximately the same as the distance between the irradiation windows of the photomask used for forming the hydrophilic region.
FIG. 5C shows an SEM image obtained by observing one of the particle aggregates constituting the patterning from almost directly above, and FIG. 5D shows an SEM image obtained by observing the other one from obliquely above. The average diameter of the particle aggregate constituting the particle aggregate patterning was about 18 μm. As apparent from FIGS. 5C and 5D, the spherical surfaces of these particle aggregates were formed by closely packed SiO 2 particles. Further, when the upper part of the particle aggregate was removed in the same manner as in Example 2, it was confirmed that the aggregate had an accumulation structure tightly packed to the inside.
Thus, according to this example, using a substrate having a surface (patterned HFDTS-SAM) patterned by a difference in affinity for methanol (first solvent), spherical particle accumulation on the substrate surface is performed. A body dot array (dotted array) could be formed in a self-organizing manner. As a result, a particle aggregate material in which the particle aggregates are regularly arranged on the surface of the substrate (here, the silicon substrate) was obtained.

<実施例4:メタノール/ヘキサン二液系による粒子集積体の形成>
実施例1と同様にして、オクタデシルトリクロロシランに由来する自己組織化単分子膜(OTS−SAM)を表面に有するシリコン基板を得た。該基板表面のOTS−SAM(疎水性表面)に、所定の形状および配置の照射窓を有するフォトマスクを通してUVを10分間照射した。UVが照射された領域では疎水性のオクタデシル基が親水性のシラノール基に変化した。これにより、疎水性のOTS−SAM(オクタデシル領域)中に親水性領域(シラノール領域)のパターンを形成した。照射窓の形状および配置が異なる複数種類のフォトマスクを用いることにより、各フォトマスクに対応した形状および配置の親水性領域を疎水性領域内に有するシリコン基板を用意した。このようにパターン化されたOTS−SAM(パターン化OTS−SAM)を有するシリコン基板を、所定のパターンに集積した粒子集積体を作製するためのテンプレートとして使用した。
<Example 4: Formation of particle aggregate by methanol / hexane two-component system>
In the same manner as in Example 1, a silicon substrate having a self-assembled monolayer (OTS-SAM) derived from octadecyltrichlorosilane on the surface was obtained. The OTS-SAM (hydrophobic surface) on the surface of the substrate was irradiated with UV for 10 minutes through a photomask having an irradiation window having a predetermined shape and arrangement. In the region irradiated with UV, the hydrophobic octadecyl group was changed to a hydrophilic silanol group. Thereby, the pattern of the hydrophilic region (silanol region) was formed in the hydrophobic OTS-SAM (octadecyl region). By using a plurality of types of photomasks having different shapes and arrangements of irradiation windows, silicon substrates having hydrophilic regions having shapes and arrangements corresponding to the photomasks in the hydrophobic regions were prepared. The silicon substrate having the OTS-SAM patterned in this way (patterned OTS-SAM) was used as a template for producing a particle assembly integrated in a predetermined pattern.

直径1.13μmのSiO2粒子(宇部日東化成株式会社入手可能な商品名「ハイプレシカ UF」を使用した。)をメタノール(第一溶媒)に分散させて粒子分散液を調製した。ここで使用したSiO2粒子の粒径精度(CV値)は2.0%以下(すなわち、標準偏差=0.02×1.13=0.0226μm以下)である。図6(A)に示すように、この粒子分散液220を、シリコン基板210のパターン化OTS−SAM215上に付与した。上述したように、このパターン化OTS−SAM215は、疎水性領域(オクタデシル領域)212内に所定の形状および配置の親水性領域(シラノール領域)214を有する。疎水性のオクタデシル領域212は分散液220をはじく性質があるため、分散液220は主として親水性のシラノール領域214上に存在した。
次いで、図6(B)に示すように、分散液220が付与されたシリコン基板210をヘキサン230(比重0.7)中に浸漬し、該基板210を揺すって余分な分散液を除去した(基板から振り落とした)。ヘキサン230中のパターン化OTS−SAM215上に残った粒子分散液220は、オクタデシル領域212では良くはじかれ、シラノール領域214上に選択的に存在していた。
A particle dispersion was prepared by dispersing SiO 2 particles having a diameter of 1.13 μm (trade name “HI-PRECICA UF” available from Ube Nitto Kasei Co., Ltd.) in methanol (first solvent). The particle size accuracy (CV value) of the SiO 2 particles used here is 2.0% or less (that is, standard deviation = 0.02 × 1.13 = 0.0226 μm or less). As shown in FIG. 6A, this particle dispersion 220 was applied onto the patterned OTS-SAM 215 of the silicon substrate 210. As described above, the patterned OTS-SAM 215 has a hydrophilic region (silanol region) 214 having a predetermined shape and arrangement in the hydrophobic region (octadecyl region) 212. Since the hydrophobic octadecyl region 212 has a property of repelling the dispersion 220, the dispersion 220 was mainly present on the hydrophilic silanol region 214.
Next, as shown in FIG. 6B, the silicon substrate 210 to which the dispersion liquid 220 was applied was immersed in hexane 230 (specific gravity 0.7), and the substrate 210 was shaken to remove excess dispersion liquid ( Shaken off the board). The particle dispersion 220 remaining on the patterned OTS-SAM 215 in hexane 230 was repelled well in the octadecyl region 212 and was selectively present on the silanol region 214.

なお、メタノールを分散媒とする上記粒子分散液のOTS−SAM上(オクタデシル領域上)における接触角は、空気中では51.6°であったのに対し、ヘキサン中では129.5°に上昇した。このことは、空気中に比べてヘキサン中では、上記分散液が親水性領域上に選択的に存在する傾向がさらに高められることを示している。したがってヘキサン中では、パターン化された基板上に、該パターンの形状に良く対応した形状の粒子分散液をより容易に形作る(モールドする)ことができる。   The contact angle on the OTS-SAM (on the octadecyl region) of the particle dispersion using methanol as a dispersion medium was 51.6 ° in air, but increased to 129.5 ° in hexane. did. This indicates that the tendency of the dispersion to be selectively present on the hydrophilic region is further enhanced in hexane compared to air. Therefore, in hexane, a particle dispersion having a shape that corresponds well to the shape of the pattern can be more easily formed (molded) on the patterned substrate.

図6(B)に示す状態から、粒子分散液220に含まれるメタノール224がSiO2粒子222を残してヘキサン230中に徐々に拡散することにより、分散液220のモールドが次第に収縮した。この過程において、図6(C)および(D)に模式的に示すように、モールド内に残されたSiO2粒子222がメニスカス力により相互に引き寄せられて密集した。その結果、図6(E)に示すように、SiO2粒子222が密集して成る粒子集積体240が親水性のシラノール領域214上に選択的に形成された。このようにして、シラノール領域214上に選択的に形成された複数の粒子集積体240からなる粒子集積体パタニング(配列物)250が得られた。他の観点によれば、基板210の表面に粒子集積体パタニング250を有する粒子集積体材料260が得られた。 From the state shown in FIG. 6B, the mold of the dispersion 220 gradually contracted as the methanol 224 contained in the particle dispersion 220 gradually diffused into the hexane 230 leaving the SiO 2 particles 222. In this process, as schematically shown in FIGS. 6C and 6D, the SiO 2 particles 222 left in the mold are attracted to each other by the meniscus force and densely gathered. As a result, as shown in FIG. 6E, a particle aggregate 240 composed of dense SiO 2 particles 222 was selectively formed on the hydrophilic silanol region 214. In this way, a particle aggregate patterning (array) 250 composed of a plurality of particle aggregates 240 selectively formed on the silanol region 214 was obtained. According to another aspect, a particle assembly material 260 having a particle assembly patterning 250 on the surface of the substrate 210 was obtained.

このようにして得られた粒子集積体のSEM像を図7(A)〜(G)に示す。これらの粒子集積体の作製に使用した粒子分散液の組成(粒子濃度)は以下のとおりである。
図7(A),(B):SiO2粒子0.2mg/メタノール20μL、
図7(C),(D):SiO2粒子0.02mg/メタノール20μL、
図7(E)〜(G):SiO2粒子0.002mg/メタノール20μL。
SEM images of the particle assembly thus obtained are shown in FIGS. The composition (particle concentration) of the particle dispersion used for the production of these particle aggregates is as follows.
FIGS. 7A and 7B: SiO 2 particles 0.2 mg / methanol 20 μL,
FIGS. 7C and 7D: SiO 2 particles 0.02 mg / methanol 20 μL,
FIGS. 7E to 7G: SiO 2 particles 0.002 mg / methanol 20 μL.

図7(A)は、疎水性領域(オクタデシル領域)内に棒状の親水性領域(シラノール領域)が規則的に配列されるようにパターン化した表面を有するシリコン基板を用いて得られた粒子集積体のSEM像である。図示するように、粒子集積体が規則的に配列した粒子集積体パタニング(配列物)が形成された。各棒状粒子集積体の幅は凡そ40μmであり、隣り合う棒状粒子集積体の間隔は凡そ40μmである。このように、本実施例によると、複数の粒子集積体が基材(ここではシリコン基板)の表面に、二次元的に(縦方向および横方向の二方向に)高い規則性をもって配列された粒子集積体材料が得られた。
図7(B)は図7(A)の一部を拡大したSEM像である。図示するように、粒子集積体の周縁部では基板上に粒子が一粒子層(モノレイヤー)を成すように集積していた。該集積体の中央部は周縁部よりも厚く、最も厚い部分では粒子が十層に積み重なっている(十粒子層を構成している)ことが確認された。
FIG. 7A shows the particle accumulation obtained by using a silicon substrate having a surface patterned so that rod-shaped hydrophilic regions (silanol regions) are regularly arranged in hydrophobic regions (octadecyl regions). It is a SEM image of a body. As shown in the figure, a particle aggregate patterning (array) in which the particle aggregates are regularly arranged was formed. The width of each rod-shaped particle aggregate is approximately 40 μm, and the interval between adjacent rod-shaped particle aggregates is approximately 40 μm. As described above, according to this example, a plurality of particle aggregates were arranged on the surface of the base material (here, the silicon substrate) with high regularity two-dimensionally (in two directions, the vertical direction and the horizontal direction). A particle assembly material was obtained.
FIG. 7B is an enlarged SEM image of a part of FIG. As shown in the figure, at the peripheral edge of the particle assembly, the particles were accumulated on the substrate so as to form a single particle layer (monolayer). The central part of the aggregate was thicker than the peripheral part, and it was confirmed that particles were stacked in ten layers at the thickest part (constituting a ten-particle layer).

図7(C)は、疎水性領域内にアラビア数字の「2」の形状の親水性領域をパターン化した表面を有するシリコン基板を用いて得られた粒子集積体のSEM像である。図示するように、得られた粒子集積体の輪郭線(feature edge)は高度な明瞭性を有していた。このように、本実施例によると、シリコン基板上に、明瞭な輪郭線を有する粒子集積体パターンが作製された。換言すれば、かかる明瞭な輪郭線を有する粒子集積体パターンが基材(ここではシリコン基板)の表面に配置された粒子集積体材料が得られた。   FIG. 7C is an SEM image of a particle aggregate obtained using a silicon substrate having a surface in which a hydrophilic region having the shape of Arabic numeral “2” is patterned in a hydrophobic region. As shown in the figure, the feature edge of the obtained particle aggregate had a high degree of clarity. As described above, according to this example, a particle assembly pattern having a clear outline was produced on a silicon substrate. In other words, a particle assembly material was obtained in which a particle assembly pattern having such a clear outline was disposed on the surface of a substrate (here, a silicon substrate).

図7(D)は、疎水性領域内に円形の親水性領域をパターン化した表面を有するシリコン基板を用いて得られた粒子集積体のSEM像である。図示するように、円形のパターンに集積した粒子集積体が得られた。該円形集積体の中心部(芯部)は、二粒子層であって、最密六方格子(すなわち、fcc{111}配列)を構成していた。また、該円形集積体の外縁部(外殻部)は一粒子層であって六方格子(fcc{111})を構成していた。これら二つの平坦部の境界部分(内殻部)にある粒子は入れ子構造の立方格子(すなわち、fcc{100})を構成していた。該内殻部における立方格子の格子定数は中心部からの距離に応じて徐々に増加し、これにより一粒子層の部分と二粒子層の部分との間になだらかなスロープが形成されていた。   FIG. 7D is an SEM image of a particle assembly obtained using a silicon substrate having a surface in which a circular hydrophilic region is patterned in a hydrophobic region. As shown in the figure, a particle aggregate accumulated in a circular pattern was obtained. The central part (core part) of the circular aggregate was a two-particle layer and constituted a close-packed hexagonal lattice (that is, an fcc {111} array). Further, the outer edge portion (outer shell portion) of the circular aggregate was a single particle layer and constituted a hexagonal lattice (fcc {111}). The particles in the boundary part (inner shell part) of these two flat parts constituted a nested cubic lattice (that is, fcc {100}). The lattice constant of the cubic lattice in the inner shell portion gradually increased according to the distance from the central portion, and a gentle slope was formed between the one-particle layer portion and the two-particle layer portion.

図7(E)〜(G)は、所定の二次元パターンに集積した一粒子層(モノレイヤー)の粒子集積体のSEM像である。これらのパターンを構成する粒子は、最密構造であるfcc{111}配列(六方格子構造)をとっていた。図から明らかなように、これらの粒子集積体は非常に欠陥の少ない(すなわち、理想に近い集積構造を有する)ものであった。例えば、図7(E)に示す粒子集積体の輪郭(エッジ)を構成する粒子のうち最も左にある粒子をx−y座標の原点とし、他の輪郭構成粒子の個々の中心をx−y座標上にプロットして求めた仮想的な輪郭線までの距離の標準偏差(S)は8.75×10-3であった。該標準偏差の算出は、図7(E)において最も左にある粒子から連続して並ぶ35個の粒子を対象として行った(すなわち、粒子数n=35)。本実施例によると、このように極めて明瞭な輪郭線を有する粒子集積体パターンが得られた。
なお、図7(E)に示す粒子集積体の輪郭の延びる方向(図中のほぼ横方向)は、fccにおける<1 −1 0>方向に相当する。また、図7(F)に示す粒子集積体の輪郭の延びる方向(図中のほぼ縦方向)は、fccにおける<1/2 1/2 −1>方向に相当する。
FIGS. 7E to 7G are SEM images of one-particle layer (monolayer) particle aggregates accumulated in a predetermined two-dimensional pattern. The particles constituting these patterns had an fcc {111} array (hexagonal lattice structure) which is a close-packed structure. As is apparent from the figure, these particle aggregates were very few defects (ie, had a near ideal accumulation structure). For example, the leftmost particle among the particles constituting the contour (edge) of the particle assembly shown in FIG. 7E is the origin of the xy coordinates, and the individual centers of the other contour-constituting particles are xy. The standard deviation (S) of the distance to the virtual contour obtained by plotting on the coordinates was 8.75 × 10 −3 . The calculation of the standard deviation was performed on 35 particles arranged in sequence from the leftmost particle in FIG. 7E (that is, the number of particles n = 35). According to this example, a particle aggregate pattern having a very clear outline was obtained in this way.
Note that the direction in which the outline of the particle aggregate shown in FIG. 7E extends (substantially in the horizontal direction in the figure) corresponds to the <1 −1 0> direction in fcc. In addition, the direction in which the outline of the particle aggregate shown in FIG. 7F extends (substantially in the vertical direction in the figure) corresponds to the <1/2 1/2 -1> direction in fcc.

また、図7(G)に示す粒子集積体の外縁に並ぶ全ての(112個の)粒子を対象として、以下のようにして該集積体の輪郭を構成する粒子の仮想的な輪郭線までの距離の標準偏差を算出した。
単一粒子層円形パターンの外周を形成するn(ここではn=112)個の粒子のうち、i番目の粒子の中心の座標をxi,yi(μm)とし、円の中心の座標をxo,yo(μm)とすると、i番目の粒子の円の中心からの距離は、次式で与えられる。
Further, for all (112) particles arranged on the outer edge of the particle aggregate shown in FIG. 7G, the virtual contour lines of the particles constituting the aggregate are as follows. The standard deviation of distance was calculated.
Of the n (here, n = 112) particles forming the outer periphery of the single particle layer circular pattern, the coordinates of the center of the i-th particle are x i and y i (μm), and the coordinates of the center of the circle are Assuming x o and y o (μm), the distance from the center of the circle of the i-th particle is given by the following equation.

この距離の平均値r(アッパーバー)は次式で与えられる。
The average value r (upper bar) of this distance is given by the following equation.

1.この距離の不偏分散Uは次式で与えられる。
ここで、不偏分散は、観測値の散らばりを表すと同時に,その観測値が得られた母集団における散らばりの推定値でもある(「母分散の不偏推定値」という)。
nが母集団である「対象となる粒子の総数」より小さい場合には、不偏分散を用いて母分散の推定を行う。一方、nが母集団である「対象となる粒子の総数」と同数である場合には、分散Vを用いて標準偏差を算出する。
1. The unbiased variance U of this distance is given by
Here, the unbiased variance represents the dispersion of the observed values and is also an estimated value of the dispersion in the population from which the observed values were obtained (referred to as “unbiased estimated value of the population variance”).
When n is smaller than the “total number of target particles” as a population, the population variance is estimated using unbiased variance. On the other hand, when n is equal to the “total number of target particles” that is the population, the standard deviation is calculated using the variance V.

この不偏分散より、標準偏差Sは次式で与えられる。
From this unbiased variance, the standard deviation S is given by

2.粒子の円の中心からの距離の分散Vは次式で与えられる。
ここでは、図7(G)に示される粒子集積体の外縁に並ぶ全ての粒子を対象粒子としてについて計算しているので(n=112)、分散を用いて標準偏差を算出する。
nが母集団である「対象となる粒子の総数」と同数である場合には、分散Vを用いて標準偏差を算出する(得られたデータそのものの散らばりを算出するときには分散を用いる。)。
2. The variance V of the distance from the center of the particle circle is given by:
Here, since all the particles arranged on the outer edge of the particle aggregate shown in FIG. 7G are calculated as target particles (n = 112), the standard deviation is calculated using the variance.
When n is the same number as the “total number of target particles” as the population, the standard deviation is calculated using the variance V (the variance is used when calculating the dispersion of the obtained data itself).

この分散より、標準偏差Sは次式で与えられる。
From this variance, the standard deviation S is given by:

図7(G)に示す粒子集積体のケースでは、標準偏差Sは以下のようになる。
In the case of the particle aggregate shown in FIG. 7G, the standard deviation S is as follows.

ただし、不偏分散を用いた計算結果との誤差は無視できるほどに小さい。
However, the error from the calculation result using unbiased variance is so small that it can be ignored.

なお、本発明を特に限定するものではないが、本発明により高品質の粒子集積体が形成されるメカニズムは、例えば以下のように説明することができる。すなわち、粒子分散液の液滴(モールド)に含まれる第一溶媒(粒子の分散媒)が周囲の第二溶媒に拡散するとき、該分散液に含まれる粒子は液滴内に留まろうとする。第一溶媒の拡散が進行して液滴が次第に収縮すると、粒子の存在し得るエリアが次第に小さくなり、ついには粒子が相互に接触する。水の拡散がさらに進行すると、界面のひずみによって粒子が再配列され、粒子が密集した(close-packed)集積体が形成されるものと考えられる。   In addition, although this invention is not specifically limited, the mechanism in which a high quality particle aggregate is formed by this invention can be demonstrated as follows, for example. That is, when the first solvent (particle dispersion medium) contained in the droplet (mold) of the particle dispersion diffuses into the surrounding second solvent, the particles contained in the dispersion try to stay in the droplet. . As the diffusion of the first solvent proceeds and the droplets gradually shrink, the area where the particles can exist gradually becomes smaller and eventually the particles come into contact with each other. As water diffusion further progresses, it is believed that the particles are rearranged by interfacial strain and a close-packed aggregate is formed.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

(A)〜(D)は、実施例1の粒子集積体製造プロセスを模式的に示す説明図である。(A)-(D) is explanatory drawing which shows typically the particle | grain assembly manufacturing process of Example 1. FIG. (A)〜(I)は、それぞれ、実施例1により得られた粒子集積体のSEM像である。(A)-(I) are the SEM images of the particle | grain assembly obtained by Example 1, respectively. (A)は実施例2により得られた粒子集積体のSEM像であり、(B)は該SEM像に粒子の集積状態を重ねて示した説明図である。(A) is the SEM image of the particle | grain assembly obtained by Example 2, (B) is explanatory drawing which showed the accumulation state of the particle | grains superimposed on this SEM image. (A)〜(D)は、実施例3の粒子集積体製造プロセスを模式的に示す説明図である。(A)-(D) is explanatory drawing which shows typically the particle | grain assembly manufacturing process of Example 3. FIG. (A)および(B)は実施例3により得られた粒子集積体パタニングのSEM像であり、(C)および(D)は該パタニングを構成する粒子集積体のSEM像である。(A) and (B) are SEM images of the particle aggregate patterning obtained in Example 3, and (C) and (D) are SEM images of the particle aggregate constituting the patterning. (A)〜(E)は、実施例4の粒子集積体製造プロセスを模式的に示す説明図である。(A)-(E) is explanatory drawing which shows typically the particle | grain assembly manufacturing process of Example 4. FIG. (A)〜(G)は、実施例4により得られた粒子集積体のSEM像である。(A)-(G) are the SEM images of the particle | grain assembly obtained by Example 4. FIG. (A)〜(C)は、S2/S1および線欠陥の最小数の求め方を説明するための図である。(A)-(C) is a figure for demonstrating how to obtain | require S2 / S1 and the minimum number of a line defect.

符号の説明Explanation of symbols

10,110,210:シリコン基板(基材)
12:疎水性表面(基材表面)
112,212:疎水性領域(基材表面)
114,214:親水性領域(基材表面、所定領域)
115 パターン化HFDTS−SAM(基材表面)
215 パターン化OTS−SAM(基材表面)
20,120,220:粒子分散液
22,112,212:SiO2粒子(粒子、球形粒子)
24:水(第一溶媒)
124,224:メタノール(第一溶媒)
30,230:ヘキサン(第二溶媒)
130 デカリン(第二溶媒)
40,140,240 粒子集積体
150,250 粒子集積体パタニング
160,260 粒子集積体材料
10, 110, 210: Silicon substrate (base material)
12: Hydrophobic surface (substrate surface)
112, 212: hydrophobic region (substrate surface)
114, 214: hydrophilic region (substrate surface, predetermined region)
115 Patterned HFDTS-SAM (substrate surface)
215 Patterned OTS-SAM (base material surface)
20, 120, 220: Particle dispersion 22, 112, 212: SiO 2 particles (particles, spherical particles)
24: Water (first solvent)
124, 224: Methanol (first solvent)
30,230: Hexane (second solvent)
130 Decalin (second solvent)
40,140,240 Particle Aggregate 150,250 Particle Aggregate Patterning 160,260 Particle Aggregate Material

Claims (9)

実質的に単分散の球形粒子が密に集積して成る粒子集積体であって、以下の条件:
前記集積体の外形が球状である;
前記粒子の平均直径dが10μm以下である;
前記集積体自体の半径rと前記平均直径dとの比(r/d)が5〜50の範囲にある;および、
前記集積体の球表面を構成する個々の粒子を、該粒子が5個の球表面構成粒子で囲まれているもの(P5)と、該粒子が6個の球表面構成粒子で囲まれているもの(P6)と、該粒子が7個の球表面構成粒子で囲まれているもの(P7)との三種に分類したとき、前記P5に該当する粒子の個数(NP5)と前記P6に該当する粒子の個数(NP6)と前記P7に該当する粒子の個数(NP7)との関係が、以下の式:
10%<{(NP5+NP7)/(NP5+NP6+NP7)}<30% ;
を満たす;
を具備する粒子集積体。
A particle aggregate in which substantially monodispersed spherical particles are densely aggregated, under the following conditions:
The outer shape of the aggregate is spherical;
The average diameter d of the particles is 10 μm or less;
The ratio (r / d) of the radius r of the aggregate itself to the average diameter d is in the range of 5-50; and
The individual particles constituting the sphere surface of the aggregate are composed of particles (P 5 ) in which the particles are surrounded by five spherical surface constituent particles and those particles are surrounded by six spherical surface constituent particles. And the number of particles corresponding to P 5 (N P5 ) and the number of particles (P 6 ) and the particles surrounded by seven spherical surface constituting particles (P 7 ) The relationship between the number of particles corresponding to P 6 (N P6 ) and the number of particles corresponding to P 7 (N P7 ) is expressed by the following formula:
10% <{(N P5 + N P7 ) / (N P5 + N P6 + N P7 )} <30%;
Satisfy;
A particle assembly comprising:
実質的に単分散の球形粒子が密に集積して成る粒子集積体であって、以下の条件:
前記粒子は基材表面に所定の二次元パターンで集積している;
前記粒子の平均直径dが10μm以下である;および、
前記集積体は、以下の(A)および(B):
(A)前記パターンは仮想的な輪郭線が直線状の部分を有し、該直線状部分において前記集積体の外縁を構成する粒子の中心から前記仮想的な輪郭線までの距離の標準偏差Sが1×10-2μm以下である;および
(B)前記パターンは仮想的な輪郭線が円弧状の部分を有し、該円弧状部分において前記集積体の外縁を構成する粒子の中心から前記仮想的な輪郭線までの距離の標準偏差Sが5×10-1μm以下である;
の少なくとも一方を満たす;
を具備する粒子集積体。
A particle aggregate in which substantially monodispersed spherical particles are densely aggregated, under the following conditions:
The particles are accumulated in a predetermined two-dimensional pattern on the surface of the substrate;
The average diameter d of the particles is 10 μm or less; and
The aggregate is composed of the following (A) and (B):
(A) The pattern has a portion where the virtual contour line is linear, and the standard deviation S of the distance from the center of the particles constituting the outer edge of the aggregate to the virtual contour line in the linear portion. Is equal to or less than 1 × 10 −2 μm; and (B) the pattern has an arcuate portion having a virtual contour line, and the center of the particle constituting the outer edge of the aggregate is formed in the arcuate portion. The standard deviation S of the distance to the virtual contour is 5 × 10 −1 μm or less;
Satisfy at least one of the following;
A particle assembly comprising:
粒子が密に集積して成る粒子集積体を製造する方法であって、以下の工程;
前記粒子が第一溶媒に分散している粒子分散液を用意する工程;
前記分散液を、前記第一溶媒と相分離し得る第二溶媒中に配置する工程;および、
前記第二溶媒中において、前記分散液に含まれる第一溶媒を、該分散液に含まれる粒子を実質的に前記配置された状態に維持しつつ第二溶媒に拡散させる工程;
を包含する粒子集積体製造方法。
A method for producing a particle assembly in which particles are densely integrated, comprising the following steps:
Preparing a particle dispersion in which the particles are dispersed in a first solvent;
Placing the dispersion in a second solvent capable of phase separation with the first solvent; and
Diffusing the first solvent contained in the dispersion in the second solvent while maintaining the particles contained in the dispersion substantially in the arranged state;
A method for producing a particle assembly comprising:
粒子が密に集積して成る粒子集積体を基材表面に製造する方法であって、以下の工程;
前記粒子が第一溶媒に分散している粒子分散液を用意する工程;
前記基材の表面に前記分散液を付与する工程;
前記第一溶媒と相分離し得る第二溶媒中に前記基材を配置する工程;
前記第二溶媒中において、前記基材表面の分散液に含まれる粒子を該基材表面に残しつつ該分散液に含まれる第一溶媒を第二溶媒に拡散させる工程;
を包含する粒子集積体製造方法。
A method for producing a particle aggregate formed by dense accumulation of particles on a substrate surface, comprising the following steps:
Preparing a particle dispersion in which the particles are dispersed in a first solvent;
Applying the dispersion to the surface of the substrate;
Disposing the substrate in a second solvent capable of phase separation with the first solvent;
A step of diffusing the first solvent contained in the dispersion into the second solvent while leaving the particles contained in the dispersion on the substrate surface in the second solvent in the second solvent;
A method for producing a particle assembly comprising:
前記基材表面は、所定領域の前記第一溶媒に対する親和性が該領域の周囲よりも高くなるようにパターン化されている、請求項4に記載の方法。   The method according to claim 4, wherein the substrate surface is patterned such that a predetermined region has a higher affinity for the first solvent than the periphery of the region. 前記粒子として実質的に単分散の球形粒子を使用する、請求項3から5のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 3 to 5, wherein substantially monodispersed spherical particles are used as the particles. 粒子が密に集積して成る粒子集積体が基材表面に配置された粒子集積体材料を製造する方法であって、以下の工程;
前記粒子が第一溶媒に分散している粒子分散液を用意する工程;
前記基材の表面に前記分散液を付与する工程;
前記第一溶媒と相分離し得る第二溶媒中に前記基材を配置する工程;および、
該第二溶媒中において、前記基材表面の分散液に含まれる粒子を該基材表面に残しつつ該分散液に含まれる第一溶媒を第二溶媒に拡散させる工程;
を包含する粒子集積体材料の製造方法。
A method for producing a particle assembly material in which a particle assembly formed by dense integration of particles is disposed on the surface of a substrate, comprising the following steps:
Preparing a particle dispersion in which the particles are dispersed in a first solvent;
Applying the dispersion to the surface of the substrate;
Disposing the substrate in a second solvent capable of phase separation with the first solvent; and
A step of diffusing the first solvent contained in the dispersion into the second solvent while leaving the particles contained in the dispersion on the substrate surface in the second solvent in the second solvent;
A method for producing a particle assembly material comprising:
前記基材表面は、所定領域の前記第一溶媒に対する親和性が該領域の周囲よりも高くなるようにパターン化されており、その所定領域に対応して前記粒子集積体が配置される、請求項7に記載の方法。   The substrate surface is patterned so that affinity for the first solvent in a predetermined region is higher than that around the region, and the particle aggregate is disposed corresponding to the predetermined region. Item 8. The method according to Item 7. 前記基材表面には二以上の前記所定領域が所定のパターンを構成するように形成されており、該パターンに対応して前記粒子集積体が配置される、請求項8に記載の方法。   The method according to claim 8, wherein two or more predetermined regions are formed on the surface of the base material so as to form a predetermined pattern, and the particle aggregate is arranged corresponding to the pattern.
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