JP2007070723A - 媒体中に金属ナノ粒子を形成する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】媒体中で金属ナノ粒子を形成する方法であって、還元性ラジカル活性種の前駆体及び金属イオン又は金属錯体を含んだ媒体に、2種類の励起光を照射することを特徴とする形成方法、並びに、媒体中に金属ナノ粒子が形成された材料を製造する方法。
【選択図】図1
Description
Daniel, M, -C.; Astruc, D. Chem. Rev. 2004, 104, 293. Rosi, N. L.; Mirkin, C. A. Chem. Rev. 2005, 105, 1547.
本発明で用いる還元性ラジカル活性種の前駆体としては、(a)2種類の励起光の照射により励起状態のラジカル活性種(励起ラジカル)を生成する化合物、又は、(b)2種類の励起光の照射により高励起状態(高励起一重項状態又は高励起三重項状態)又は励起ラジカルを経て、その結合開裂により基底状態のラジカル活性種(基底ラジカル)を生成する化合物であればよく、このような性質を有している化合物であれば特に限定はなく、広範な化合物を用いることができる。
本発明で用いる金属イオン又は金属錯体は、電子を受容して0価の金属に還元されるものであれば特に限定はない。
本発明において金属ナノ粒子が形成される媒体としては、各種固体媒体又は液体媒体を用いることができる。本発明で用いられる固体媒体又は液体媒体としては、還元性ラジカル活性種の前駆体及び金属イオン又は金属錯体を分散乃至溶解できるものであり、かつ、該前駆体から還元性ラジカル活性種の生成が可能なものであれば特に限定はない。
次に、上記のようにして作成した、媒体中に還元性ラジカル活性種の前駆体及び金属イオン又は金属錯体を含む複合物に、2種類の励起光を照射して媒体中に金属ナノ粒子を形成する。
次に、還元性ラジカル活性種の前駆体及び金属イオン又は金属錯体を含む固体媒体、特に樹脂を用いた場合の金属ナノ粒子の形成方法を、具体例を挙げて説明する
(1)金属ナノ粒子の作成
ベンゾフェノン(5−15mM)、HAuCl4(1−5mM)、PVA(5wt%)を含む蟻酸溶液を、石英プレート上にキャスティングして、ベンゾフェノン及びHAuCl4を含むPVAフィルムを製膜する。このPVAフィルムに355nmレーザーと532nmレーザーを適当な時間を置いて連続的に照射する。2つのレーザー照射のタイミングは遅延回路を用いて制御でき、照射の間隔は1μs程度が適当である。ベンゾフェノンケチルラジカルの励起状態が生成すると、励起状態からのオレンジ色の発光が560nm付近に確認される。また、ベンゾフェノンケチルラジカルの励起状態からの発光がAuCl4 -の存在によって消光されることが確認される。
(2)金属ナノワイヤの作成
ベンゾフェノン(5−15mM)、HAuCl4(1−5mM)、PVA(5wt%)を含む蟻酸溶液を、石英プレート上にキャスティングして、ベンゾフェノン及びHAuCl4を含むPVAフィルムを製膜する。このPVAフィルム全体に532 nmの連続発振光(CW光)をあて、レンズによって絞った355 nmのCW光を局所的に照射して、これを移動させる。
(3)三次元構造の金属ナノワイヤの作成
PVAヒドロゲルを、ベンゾフェノン(5−15mM)とHAuCl4(1−5mM)の混合水溶液に浸すことにより、ベンゾフェノン及びHAuCl4を含むPVAヒドロゲルを作成する。
(4)「ship in a bottle」的三次元構造の金属ナノワイヤ回路の作成
2つの光源を用いることによって“ship in a bottle”的にナノ粒子を配置することができる。
(5)複合金属ナノ粒子の作成
本発明の方法を用いることで二つ以上の異なる金属からなる複合ナノ粒子の作成ができる。
(6)三次元データ保存への応用
本方法の三次元空間分解能および二種類の波長のレーザーを利用するという点を生かし、三次元のデータ保存システム(ホログラフィックメモリ等)を構築する。書き込みは、2種(色)のレーザー(L1及びL2)の2段階もしくは同時照射によって金属ナノ粒子を三次元的に作成することで行う。
(7)金属ナノワイヤの基板上へのコーティング
ベンジル(5−15mM)、HAuCl4(1−5mM)及びPVA(5wt%)を含む蟻酸溶液を、基板上にキャスティングして、ベンジル及びHAuCl4を含むPVAフィルムを製膜する。このPVAフィルムに532 nmの連続発振光(CW光)および355 nmのCW光を局所的に重複するように照射する。二つのCW光源の重なりを制御することによって、光源の重なる領域のみに金属ナノ粒子が作成されるので、レーザーの回折限界以下の領域に金ナノ粒子を作成することが可能である。
ポリビニルアルコール(PVA)媒体中に金ナノ粒子を作成した。
ポリビニルアルコール(PVA)媒体中に銅ナノ粒子を作成した。
パルスレーザーに代えて、CWレーザーを励起光として用いて、実施例1と同様にしてPVA媒体中に金ナノ粒子を作成した。
パルスレーザーに代えて、Xe-ランプ、水銀灯などのCW-光源を励起光として用いて、実施例1と同様にしてPVA媒体中に金ナノ粒子を作成した。
2つの光源を用いてPVA媒体中に金ナノ粒子からなる二次元の回路を作成した(図5を参照)。
2つの光源を用いてPVA媒体中に銅ナノ粒子からなる二次元の回路を作成した(図5を参照)。
2つの光源を用いてPVAヒドロゲル中に銅ナノ粒子からなる三次元構造を作成した(図6を参照)。
ベンゾフェノンに代えてベンジルを用いること以外は、実施例1と同様にして金ナノ粒子を作成した。
ベンゾフェノンに代えてベンジルを用いること以外は、実施例2と同様にして銅ナノ粒子を作成した。
ベンゾフェノンに代えてベンジルを用いること以外は、実施例3と同様にして金ナノ粒子を作成した。
2つの光源を用いてPVA媒体中に金ナノ粒子からなる二次元及び三次元の回路を作成した(図5,6を参照)。
Claims (16)
- 媒体中で金属ナノ粒子を形成する方法であって、還元性ラジカル活性種の前駆体及び金属イオン又は金属錯体を含んだ媒体に、2種類の励起光を照射することを特徴とする形成方法。
- 還元性ラジカル活性種の前駆体が、2種類の励起光(L1及びL2)の照射により、金属イオン又は金属錯体を還元し得るラジカル活性種を生成する化合物である請求項1に記載の形成方法。
- 還元性ラジカル活性種の前駆体が、ビスアリールケトン類、アリールアルキルケトン類、ビスアリールメチルハライド類、ベンゾイン類、カルバゾール類、ベンジル類、アルコキシ(又はアリールオキシ)メチルベンゾフェノン類、及びアルコキシ(又はアリールオキシ)メチルナフタレン類からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1に記載の形成方法。
- 2種類の励起光(L1及びL2)が、それぞれレーザー光又はランプ光である請求項1に記載の形成方法。
- 励起光(L1)が還元性ラジカル活性種の前駆体を励起して基底状態のラジカルを生成させる励起光であり、励起光(L2)が該基底状態のラジカルをその寿命内で励起して励起状態のラジカルを生成させる励起光である請求項1に記載の形成方法。
- 励起光(L1)が還元性ラジカル活性種の前駆体を励起して励起状態を生成させる励起光であり、励起光(L2)が該励起状態をその寿命内で励起して高励起状態を生成させる励起光である請求項1に記載の形成方法。
- 励起光(L1)の波長が180〜800nmであり、励起光(L2)の波長が230〜1064nmである請求項1に記載の形成方法。
- 励起光(L1)及び励起光(L2)を同時又は段階的に照射する請求項1に記載の形成方法。
- 金属イオン又は金属錯体を構成する金属が、パラジウム、鉄、銅、ニッケル、金、銀及び白金からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1に記載の形成方法。
- 媒体が、固体媒体又は液体媒体である請求項1に記載の形成方法。
- 還元性ラジカル活性種の前駆体及び金属イオン又は金属錯体を含んだ固体媒体に、励起光(L1)と励起光(L2)とが重なるように照射することを特徴とする請求項4に記載の形成方法。
- 還元性ラジカル活性種の前駆体及び金属イオン又は金属錯体を含んだ固体媒体に、励起光(L1)と励起光(L2)とが重なるように照射し、両励起光の重なる部位を移動させることにより、該固体媒体に金属ナノ粒子からなる回路を形成することを特徴とする請求項11に記載の形成方法。
- 還元性ラジカル活性種の前駆体及び金属イオン又は金属錯体を含んだ三次元形状の固体媒体に、励起光(L1)と励起光(L2)とが交差するように照射し、両励起光の交差部位を移動させることにより、該固体媒体に金属ナノ粒子からなる三次元回路を形成することを特徴とする請求項4に記載の形成方法。
- 請求項1〜13のいずれかに記載の形成方法により媒体中に形成された金属ナノ粒子。
- 媒体中に金属ナノ粒子が形成された材料を製造する方法であって、還元性ラジカル活性種の前駆体及び金属イオン又は金属錯体を含んだ媒体に、2種類の励起光を照射することを特徴とする製造方法。
- 請求項15に記載の製造方法により製造される媒体中に金属ナノ粒子が形成された材料。
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