JP2009031667A - Electric optical function film - Google Patents

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厚志 鈴木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make a film shape of an iron complex having spin crossover characteristics. <P>SOLUTION: A function film device 10 has a function film 20 containing an iron complex formed on a base film 12. The function film 20 containing an iron complex includes substantially hemispherical polymer microsphere parts 22 of several tens nm to several hundreds nm in diameter, and connecting polymer parts 28 for connecting the adjacent polymer microsphere parts 22 with each other. The polymer microsphere parts 22 include a polymer shell 24 at the outer shell part connected integrally with the connecting polymer parts 28, and a polymer core 26 as a central core part. The polymer core 26 contains an iron complex having spin crossover characteristics. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気光学的機能フィルムに係り、特に、光または熱によって磁気特性及び光吸収特性が変化するスピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体を含む電気光学的機能フィルムに関する。   The present invention relates to an electro-optical functional film, and more particularly, to an electro-optical functional film including an iron complex having a spin crossover characteristic in which magnetic characteristics and light absorption characteristics change by light or heat.

錯体または錯塩は、配位結合や水素結合によって形成された分子性化合物の総称であるが、錯体は、多くの場合、配位子と金属塩とから合成される。錯体の中心金属として鉄が用いられたものは鉄錯体と呼ばれる。鉄錯体等は、触媒として、有機化学、高分子化学、化学工業の分野において、化学反応、速度、生成物の分子量を制御することができ、非常に広く用いられる。   A complex or a complex salt is a general term for molecular compounds formed by coordination bonds or hydrogen bonds, but in many cases, a complex is synthesized from a ligand and a metal salt. Those in which iron is used as the central metal of the complex are called iron complexes. Iron complexes and the like are very widely used as catalysts in the fields of organic chemistry, polymer chemistry, and chemical industry, and can control chemical reaction, speed, and molecular weight of products.

また、ある種の鉄錯体は、温度、光、圧力などの外部刺激によって鉄イオンのスピン状態が高スピン状態と低スピン状態との間で転移する特性、いわゆるスピンクロスオーバー特性を有することが見出されている。ここで、高スピン状態とは、鉄イオンの複数の電子が同じスピンの向きで各電子軌道に入る状態であり、低スピン状態とは、スピンの向きが互いに反対向きになるように各電子軌道に入る状態である。   In addition, certain iron complexes have a characteristic that the spin state of iron ions transitions between a high spin state and a low spin state by external stimuli such as temperature, light, and pressure, so-called spin crossover characteristics. Has been issued. Here, a high spin state is a state in which a plurality of electrons of iron ions enter each electron orbit with the same spin direction, and a low spin state is a state in which each electron orbit is such that the spin directions are opposite to each other. It is in a state to enter.

スピンクロスオーバー特性は、スピン状態の転移特性であるが、これに伴って、吸光度、磁性、体積が変化する。一例を上げると、ある種の鉄錯体は、高温では磁気モーメントが大きく、また吸光度が高くて黒色に見え、体積が膨張する。一方、低温では磁気モーメントが小さく、吸光度が低くて白色に見え、体積が収縮する。温度に代えて、光の照射と遮断によっても同様な挙動を生じ、スイッチング特性を示す。このような鉄錯体が、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体である。   The spin crossover characteristic is a spin state transition characteristic, and the absorbance, magnetism, and volume change accordingly. As an example, certain iron complexes have a large magnetic moment at high temperatures, high absorbance and appear black, and expand in volume. On the other hand, at a low temperature, the magnetic moment is small, the absorbance is low and the color appears white, and the volume shrinks. Instead of temperature, the same behavior is caused by light irradiation and blocking, and exhibits switching characteristics. Such an iron complex is an iron complex having spin crossover characteristics.

このように、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体は、外部刺激によって状態が変化するので、外部刺激を入力とし、変化する状態量を出力とすることで機能デバイスとすることが期待されている。例えば、温度変化によって記憶と消去を行う記憶素子、照射光のオンオフで吸光度を変化させる光スイッチ等の応用が期待されている。これまでに、様々な種類のスピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体が合成され、研究開発がなされてきた。   Thus, since the state of an iron complex having spin crossover characteristics changes due to an external stimulus, it is expected to be a functional device by using the external stimulus as an input and the changing state quantity as an output. For example, applications such as a storage element that stores and erases according to a temperature change, and an optical switch that changes absorbance by turning on and off irradiation light are expected. So far, iron complexes having various types of spin crossover properties have been synthesized and researched and developed.

例えば、特許文献1には、新規な相転移型スピンクロスオーバートリアゾール鉄錯体として、炭素数が14〜18の長鎖アルコキシル基を有するトリアゾールリガンドと、鉄の塩とを反応させて得られるピンク状固体のものが開示されている。このトリアゾール鉄錯体は、ヘキサン等の溶媒に可溶性で、蒸発あるいはキャスティングによって任意の形状の固体、フィルムに成形できる。そして、長鎖のアルコキシル基の相転移によって中心の鉄のスピン状態が高スピン状態と低スピン状態との間で遷移するスピンクロスオーバー現象を呈することが述べられている。   For example, in Patent Document 1, as a novel phase transition spin crossover triazole iron complex, a pink form obtained by reacting a triazole ligand having a long-chain alkoxyl group having 14 to 18 carbon atoms with an iron salt. A solid one is disclosed. This triazole iron complex is soluble in a solvent such as hexane and can be formed into a solid or film of any shape by evaporation or casting. It is described that the spin state of the central iron exhibits a spin crossover phenomenon in which the spin state of the central iron transitions between a high spin state and a low spin state due to the phase transition of the long-chain alkoxyl group.

また、特許文献2には、トリアゾール鉄錯体からなる機能性有機ゲルとして、炭素数が8〜16の直鎖状アルコキシル基を有するトリアゾールリガンドと、アルキルスルホン酸とを反応させて得られるトリアゾール鉄錯体を用い、これを液状である炭素数が8〜16の直鎖状アルカンと混合したものが開示されている。この有機ゲルは、ゾルゲル転移温度でゾル−ゲル転移を生じ、その転移温度において色の変化のみならず、スピン転移を起こすことが述べられている。   Patent Document 2 discloses a triazole iron complex obtained by reacting a triazole ligand having a linear alkoxyl group having 8 to 16 carbon atoms and an alkylsulfonic acid as a functional organic gel comprising a triazole iron complex. And mixed with a liquid straight-chain alkane having 8 to 16 carbon atoms. It is stated that this organic gel undergoes a sol-gel transition at the sol-gel transition temperature, causing not only a color change but also a spin transition at the transition temperature.

なお、関連する技術として、特許文献3には、重合体ミクロスフェアは、懸滴重合法、乳化重合法等によって製造されることが述べられている。そこでは、乳化重合法で合成されるミクロスフェアは均一な粒径であり、その粒径が0.1μm程度であることが指摘されている。   As a related technique, Patent Document 3 describes that polymer microspheres are produced by a hanging drop polymerization method, an emulsion polymerization method, or the like. It has been pointed out that the microspheres synthesized by the emulsion polymerization method have a uniform particle size, and the particle size is about 0.1 μm.

特開2005−187413号公報JP 2005-187413 A 特開2006−241207号公報JP 2006-241207 A 特開2000−186104号公報JP 2000-186104 A

上記のように、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体は、機能デバイスへの応用の期待があるが、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体自身は固体であるため使用に制限がある。そのため、特許文献2に示されるようなゲル状態とするほか、結晶体を砕いた粉末、粉末を溶液に懸濁させた懸濁液、粉末を溶融プラスチックに混入させた混合体等にして用いられている。   As described above, an iron complex having a spin crossover characteristic is expected to be applied to a functional device, but the iron complex itself having a spin crossover characteristic is limited in use because it is a solid. Therefore, in addition to the gel state as shown in Patent Document 2, it is used as a powder obtained by pulverizing a crystal, a suspension obtained by suspending a powder in a solution, a mixture obtained by mixing a powder with molten plastic, and the like. ing.

しかしながら、デバイスとしての利便性を考えると、薄膜状、あるいはフィルム状とすることが好ましい。上記のように、従来の技術では、薄膜状、フィルム状でスピンクロスオーバー特性を示すものは報告されていない。   However, in view of convenience as a device, it is preferably a thin film or a film. As described above, in the prior art, no thin film or film that shows spin crossover characteristics has been reported.

本発明の目的は、フィルム状でスピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体を含む電気光学的機能フィルムを提供することである。他の目的は、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体を微小単位で配置することを可能とする電気光学的機能フィルムを提供することである。   An object of the present invention is to provide an electro-optical functional film containing an iron complex having a film shape and spin crossover characteristics. Another object is to provide an electro-optical functional film that enables an iron complex having spin crossover characteristics to be arranged in a minute unit.

本発明に係る鉄錯体を含む電気光学的機能フィルムは、光または熱を入力とし磁気特性の変化または光吸収特性の変化を出力とするスピンクロスオーバー特性を有する機能フィルムであって、外殻部のポリマーシェルと中核部のポリマーコアとを有し、乳化重合法によって合成された高分子ミクロスフェア部と、乳化重合法で用いられる乳化剤で構成され、隣接する高分子ミクロスフェア部をフィルム状に接続する接続ポリマー部と、を備え、高分子ミクロスフェア部は、光または熱を入力とし磁気特性の変化または光吸収特性の変化を出力とするスピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体を含有することを特徴とする。   An electro-optical functional film containing an iron complex according to the present invention is a functional film having a spin crossover characteristic in which light or heat is input and a change in magnetic characteristics or a change in light absorption characteristics is output, and the outer shell portion It consists of a polymer microsphere part having a polymer shell and a core polymer core and synthesized by an emulsion polymerization method and an emulsifier used in the emulsion polymerization method, and the adjacent polymer microsphere part is formed into a film. A connecting polymer part to be connected, and the polymer microsphere part contains an iron complex having a spin crossover characteristic in which light or heat is input and a change in magnetic characteristics or a change in light absorption characteristic is output. Features.

また、本発明に係る電気光学的機能フィルムにおいて、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体の含有される量は、フィルム全体に対する質量比として、0.1%以上5%以下であることが好ましい。   In the electro-optic functional film according to the present invention, the amount of the iron complex having spin crossover characteristics is preferably 0.1% or more and 5% or less as a mass ratio with respect to the whole film.

また、本発明に係る電気光学的機能フィルムにおいて、高分子ミクロスフェア部は、直径が、10nm以上1000nm以下であることであることが好ましい。   In the electro-optical functional film according to the present invention, the polymer microsphere part preferably has a diameter of 10 nm to 1000 nm.

また、本発明に係る電気光学的機能フィルムにおいて、ポリマーコアの成分は、ポリトリフルオロエチルメタアクリレートであることが好ましい。   In the electro-optical functional film according to the present invention, the polymer core component is preferably polytrifluoroethyl methacrylate.

また、本発明に係る電気光学的機能フィルムにおいて、ポリマーシェルおよび接続ポリマーの成分は、ポリビニルアルコールであることが好ましい。   In the electro-optical functional film according to the present invention, the polymer shell and the connecting polymer component are preferably polyvinyl alcohol.

また、本発明に係る電気光学的機能フィルムにおいて、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体は、1,2,4−1H−トリアゾールまたは4−アミノ−1,2,4−トリアゾールを配位子とし、鉄(II)テトラフルオロボレートヘキサハイドレートを鉄塩として、これらの反応によって生成されることが好ましい。   In the electro-optical functional film according to the present invention, the iron complex having spin crossover characteristics has 1,2,4-1H-triazole or 4-amino-1,2,4-triazole as a ligand, It is preferable that iron (II) tetrafluoroborate hexahydrate is produced as an iron salt by these reactions.

上記構成により、電気光学的機能フィルムは、外殻部であるポリマーシェルと中核部であるポリマーコアとを有する高分子ミクロスフェア部と、隣接するミクロスフェア部をフィルム状に接続する接続ポリマー部と、を備え、高分子ミクロスフェア部は、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体を含有する。すなわち、高分子ミクロスフェア部は、その名の通り微小な球状体で、ポリマーシェルである外殻部によって、ポリマーコアである中核部の形態が確保される。そしてこの高分子ミクロスフェア部は、接続ポリマー部によって次々に接続され補強されてフィルム状となる。このような構造は、乳化重合法によって高分子ミクロスフェアを合成し、得られたエマルジョンを例えば適当な基材の上に塗布、あるいはキャスティングすることで得ることができる。そして、各高分子ミクロスフェア部には、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体がそれぞれ配置される。これによって、乳化重合法に用いられる乳化剤で構成される接続ポリマーで補強された電気気光学的機能フィルムとすることができる。また、フィルムにおいて、微小球状体である高分子ミクロスフェア部の単位でスピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体を配置することができ、例えば、記憶素子等に用いるとき、その記憶密度を向上させることができる。   With the above configuration, the electro-optical functional film includes a polymer microsphere portion having a polymer shell as an outer shell portion and a polymer core as a core portion, and a connecting polymer portion that connects adjacent microsphere portions in a film shape. The polymer microsphere part contains an iron complex having spin crossover characteristics. That is, the polymer microsphere part is a fine spherical body as the name suggests, and the form of the core part that is the polymer core is ensured by the outer shell part that is the polymer shell. And this polymer microsphere part is connected one after another by the connection polymer part, and is reinforced, and becomes a film form. Such a structure can be obtained by synthesizing polymer microspheres by an emulsion polymerization method and coating or casting the obtained emulsion on, for example, a suitable substrate. In each polymer microsphere part, an iron complex having a spin crossover characteristic is arranged. Thereby, it can be set as the electro-optic optical functional film reinforced with the connection polymer comprised with the emulsifier used for an emulsion polymerization method. In addition, in the film, an iron complex having a spin crossover characteristic can be arranged in units of the polymer microsphere part which is a microsphere, and for example, when used for a storage element or the like, the storage density can be improved. it can.

また、電気光学的機能フィルムにおいて、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体の含有される量は、フィルム全体に対する質量比として、0.1%以上5%以下である。鉄錯体は、上記のように有機化学の分野で触媒的用途として広く用いられているが、その場合には、質量比でごく微量である。電気光学的特性を利用するためには、触媒的用途で使用される質量比では感度が十分でない。また、高分子ミクロスフェア部は乳化重合法で合成されるので、用途に応じて粒径を制御する必要がある。スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体の含有量である質量比は、電気光学的特性の感度によって設定される下限値と、乳化重合の重合速度、粒子径制御によって設定される上限値を有することが好ましい。実験によれば、その範囲は、鉄錯体の質量比で0.1%以上5%が好ましい。   In the electro-optical functional film, the amount of the iron complex having spin crossover characteristics is 0.1% or more and 5% or less as a mass ratio with respect to the whole film. As described above, the iron complex is widely used as a catalytic application in the field of organic chemistry. In that case, the iron complex is very small in mass ratio. In order to take advantage of electro-optical properties, the mass ratio used in catalytic applications is not sensitive enough. Moreover, since the polymer microsphere part is synthesized by an emulsion polymerization method, it is necessary to control the particle size according to the application. The mass ratio, which is the content of the iron complex having spin crossover characteristics, may have a lower limit set by sensitivity of electro-optical characteristics, and an upper limit set by polymerization rate of emulsion polymerization and particle size control. preferable. According to experiments, the range is preferably 0.1% or more and 5% by mass ratio of the iron complex.

また、電気光学的機能フィルムにおいて、高分子ミクロスフェア部は、直径が、10nm以上1000nm以下であるので、いわゆるnmサイズで、スピンクロスオーバー錯体を配置でき、例えば、記憶素子等に応用する場合に、高密度化を図ることが可能となる。   In the electro-optical functional film, the polymer microsphere part has a diameter of 10 nm or more and 1000 nm or less, so that the spin crossover complex can be arranged in a so-called nm size, for example, when applied to a storage element or the like. It is possible to increase the density.

また、鉄錯体を含む電気光学的機能フィルムにおいて、ポリマーコアの成分は、ポリトリフルオロエチルメタアクリレート(PTFEMA)である。ポリマーコアにはスピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体が含有されるので、透光性が高いポリマーで構成されることが好ましい。これにより、ポリマーコアに含まれスピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体に光を十分に照射でき、また、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体の吸光度の変化を十分な感度で検出することができる。透光性が高いポリマーとして、アクリレート系ポリマーであるポリトリフルオロエチルメタアクリレート(PTFEMA)を用いることが好ましい。   In the electro-optical functional film containing an iron complex, the component of the polymer core is polytrifluoroethyl methacrylate (PTFEMA). Since the polymer core contains an iron complex having spin crossover characteristics, it is preferably composed of a polymer having high translucency. As a result, the iron complex contained in the polymer core can be sufficiently irradiated with light, and the change in absorbance of the iron complex having the spin crossover property can be detected with sufficient sensitivity. As the polymer having high translucency, it is preferable to use polytrifluoroethyl methacrylate (PTFEMA) which is an acrylate polymer.

また、鉄錯体を含む電気光学的機能フィルムにおいて、ポリマーシェルおよび接続ポリマーは、ポリビニルアルコール(PVA)であることが好ましい。接続ポリマーは乳化重合法で用いられる乳化剤で構成されるので、ここでは、乳化剤としてPVAを用い、そのPVAでポリマーシェルも構成されることになる。ポリマーシェルは、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体を含むポリマーコアを取り囲む外殻部であり、高分子ミクロスフェア部の粒径等の形態の安定性を確保し、これを規定するものである。したがって、ポリマーシェルは、鉄との親和性がよく、乳化重合法において高分子ミクロスフェア部の粒径の制御性がよい材料であることが好ましい。PVAは、水溶性で、鉄との親和性がよく、PVAを用いることで、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体をポリマーコアに適度に取り込みながら、高分子ミクロスフェア部の粒径を適度に制御することができる。また、PVAは、上記のように水溶性であるので、フィルム形状とするときに、補強効果を導くことができる。   In the electro-optical functional film containing an iron complex, the polymer shell and the connecting polymer are preferably polyvinyl alcohol (PVA). Since the connecting polymer is composed of an emulsifier used in the emulsion polymerization method, here, PVA is used as the emulsifier, and the polymer shell is also composed of the PVA. The polymer shell is an outer shell portion surrounding a polymer core containing an iron complex having a spin crossover characteristic, and ensures the stability of the form such as the particle size of the polymer microsphere portion and defines this. Therefore, the polymer shell is preferably a material having good affinity with iron and good controllability of the particle size of the polymer microsphere part in the emulsion polymerization method. PVA is water-soluble and has good affinity with iron. By using PVA, the particle size of the polymer microspheres is controlled moderately while appropriately incorporating an iron complex with spin crossover properties into the polymer core. can do. Moreover, since PVA is water-soluble as described above, a reinforcing effect can be induced when it is formed into a film shape.

また、電気光学的機能フィルムにおいて、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体は、1,2,4−1H−トリアゾールまたは4−アミノ−1,2,4−トリアゾールを配位子とし、鉄(II)テトラフルオロボレートヘキサハイドレートを鉄塩として、これらの反応によって合成される。鉄錯体は、高スピン状態と低スピン状態との間の相転移によって電気光学特性を示すものである。したがって、相転移温度の設定の制御性のよい材料が好ましい。相転移温度の制御の1つは、隣接する鉄の間の間隔の制御である。相転移温度を制御するために、鉄錯体の配位子に置換基を導入し、適切な対イオンを選択する必要がある。なお、錯体の金属イオンとして、鉄よりもサイズの大きなZn、Coを導入することもよい。上記構成のように、トリアゾール配位子にアミノ基を、対イオンにBF4(テトラフルオロボレート)を選択することが好ましい。 In the electro-optical functional film, the iron complex having spin crossover characteristics has 1,2,4-1H-triazole or 4-amino-1,2,4-triazole as a ligand, and iron (II). It is synthesized by these reactions using tetrafluoroborate hexahydrate as an iron salt. The iron complex exhibits electro-optical properties by a phase transition between a high spin state and a low spin state. Therefore, a material with good controllability for setting the phase transition temperature is preferable. One control of the phase transition temperature is the control of the spacing between adjacent irons. In order to control the phase transition temperature, it is necessary to introduce a substituent into the ligand of the iron complex and select an appropriate counter ion. Note that Zn or Co having a size larger than that of iron may be introduced as the metal ion of the complex. As in the above configuration, it is preferable to select an amino group as the triazole ligand and BF 4 (tetrafluoroborate) as the counter ion.

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。なお、以下で説明する具体的材料は、説明のための一例であり、選定基準の範囲に入る特性を有する材料であればよい。また、生成条件等も説明のための一例であり、諸条件の組合せによって、適宜変更を行うことができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the specific material demonstrated below is an example for description, and should just be a material which has the characteristic which falls in the range of selection criteria. Further, the generation conditions and the like are also examples for explanation, and can be appropriately changed depending on a combination of various conditions.

図1は、鉄錯体を含む機能フィルム20を用いる機能フィルムデバイス10の様子を示す図である。機能フィルムデバイス10は、光または熱を入力とし磁気特性の変化または光吸収特性の変化を出力とする電気光学的デバイスであって、ベースフィルム12上に鉄錯体を含む機能フィルム20が形成された構造を有する。ベースフィルム12は、光透過性を有し非磁性材料で構成され、鉄錯体を含む機能フィルム20を支持するための基盤フィルムである。   FIG. 1 is a diagram showing a state of a functional film device 10 using a functional film 20 containing an iron complex. The functional film device 10 is an electro-optical device that receives light or heat as an input and outputs a change in magnetic characteristics or a change in light absorption characteristics, and the functional film 20 containing an iron complex is formed on the base film 12. It has a structure. The base film 12 is a base film for supporting the functional film 20 that is made of a non-magnetic material having optical transparency and containing an iron complex.

鉄錯体を含む機能フィルム20は、光または熱を入力とし磁気特性の変化または光吸収特性の変化を出力とする電気光学的特性を有する薄膜フィルムである。具体的には、直径が約10nmから数100nm程度の略球形あるいは略半球形の微小なポリマー粒が複数相互に接続し、いわゆる海島構造として、フィルム状となっているものである。ここで海島構造とは、2成分以上の物質が、一方の物質の中に他方の物質が島状に分布している構造のことである。後述するように、薄膜フィルムは、乳化剤としてPVAを用いてPTFEMAのミクロスフェアを合成して得られるので、ここでは、PVAのなかに微小な粒状のPTFEMAが島状に分布している構造となっている。そして、その微小なポリマー粒の中に、光または熱を入力とし磁気特性の変化または光吸収特性の変化を出力とする電気光学的特性を有するスピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体が含まれている。微小なポリマー粒子は、いわゆる高分子ミクロスフェアで、その大きさは、上記のように直径が約10nmから数100nm程度であるが、10nm以上1000nm以下で、好ましくは30nm以上600nm以下が好ましい。   The functional film 20 containing an iron complex is a thin film having electro-optical characteristics in which light or heat is input and a change in magnetic characteristics or a change in light absorption characteristics is output. Specifically, a plurality of minute spherical or substantially hemispherical polymer particles having a diameter of about 10 nm to several hundreds of nm are connected to each other to form a so-called sea-island structure in the form of a film. Here, the sea-island structure is a structure in which substances of two or more components are distributed in islands in one substance. As will be described later, since the thin film is obtained by synthesizing microspheres of PTFEMA using PVA as an emulsifier, here, a fine granular PTFEMA is distributed in islands in the PVA. ing. The minute polymer particles contain an iron complex having a spin crossover characteristic having an electro-optical characteristic in which light or heat is input and a change in magnetic characteristic or a change in light absorption characteristic is output. . The fine polymer particles are so-called polymer microspheres, and the size thereof is about 10 nm to several 100 nm as described above, but is 10 nm to 1000 nm, preferably 30 nm to 600 nm.

図2に、機能フィルムデバイス10の拡大断面図を示す。機能フィルムデバイス10は上記のように、ベースフィルム12の上に鉄錯体を含む機能フィルム20が形成されているものであるが、鉄錯体を含む機能フィルム20は、略半球体の高分子ミクロスフェア部22と、隣接する高分子ミクロスフェア部22が相互に補強されながら接続される接続ポリマー部28を含んで構成される。高分子ミクロスフェア部22は、接続ポリマー部28と一体として接続される外殻部のポリマーシェル24と、中核部であるポリマーコア26を含んで構成される。このポリマーコア26の内部に、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体が含有されている。高分子ミクロスフェア部22のポリマーコア26は、ポリトリフルオロエチルメタアクリレート(PTFEMA)で構成され、高分子ミクロスフェア部22のポリマーシェル24と接続ポリマー部28はポリビニルアルコール(PVA)で構成される。   In FIG. 2, the expanded sectional view of the functional film device 10 is shown. As described above, the functional film device 10 is formed by forming the functional film 20 containing an iron complex on the base film 12, and the functional film 20 containing an iron complex is a substantially hemispherical polymer microsphere. The portion 22 and the adjacent polymer microsphere portion 22 are configured to include a connecting polymer portion 28 that is connected while being reinforced. The polymer microsphere portion 22 includes an outer shell polymer shell 24 connected integrally with the connecting polymer portion 28 and a polymer core 26 that is a core portion. The polymer core 26 contains an iron complex having spin crossover characteristics. The polymer core 26 of the polymer microsphere part 22 is made of polytrifluoroethyl methacrylate (PTFEMA), and the polymer shell 24 and the connecting polymer part 28 of the polymer microsphere part 22 are made of polyvinyl alcohol (PVA). .

図1のスピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体を含む機能フィルム20の一部を原子間力顕微鏡(AFM)で観察した様子を図3に示す。図3(a)は形態像で、図3(b)は位相差像である。図3(a)の形態像においては、直径が数10nmの略球形を示す凹凸が観察され、図3(b)の位相差像においては、略球形の黒く見える部分が観察され、このことから、略球形の部分に、他と異なる物質が集中して配置されている様子が分かる。   FIG. 3 shows a state in which a part of the functional film 20 containing the iron complex having the spin crossover characteristics shown in FIG. 1 is observed with an atomic force microscope (AFM). FIG. 3A is a morphological image, and FIG. 3B is a phase difference image. In the morphological image of FIG. 3 (a), irregularities showing a substantially spherical shape with a diameter of several tens of nanometers are observed, and in the phase difference image of FIG. 3 (b), a substantially spherical portion that appears black is observed. It can be seen that substances different from others are concentrated and arranged in a substantially spherical portion.

なお、図3は、乳化重合法に用いる乳化剤がPVAの場合であるが、後述のように、乳化剤にラウリル硫酸ナトリウム(SLS)を用いることもできる。図4は、乳化剤にSLSを用いて得られた機能フィルムの一部を原子間力顕微鏡(AFM)で観察した様子を示す図である。図4において(a)は形態像、(b)は位相差像である。図3と図4とを比較すると、乳化剤にSLSを用いる場合に比較し、PVAを用いる場合の方が、微小粒および黒く見える部分について、より単分散分布を示していることが分かる。   FIG. 3 shows the case where the emulsifier used in the emulsion polymerization method is PVA, but sodium lauryl sulfate (SLS) can also be used as the emulsifier as described later. FIG. 4 is a diagram showing a state in which a part of a functional film obtained using SLS as an emulsifier is observed with an atomic force microscope (AFM). 4A is a morphological image, and FIG. 4B is a phase difference image. Comparing FIG. 3 and FIG. 4, it can be seen that the monodisperse distribution is shown more in the case of using fine particles and the portion that looks blacker in the case of using PVA than in the case of using SLS as the emulsifier.

図5は、高分子ミクロスフェア部22をモデル化して示した図である。高分子ミクロスフェア部22は、上記のように、外殻部のポリマーシェル24と、中核部であるポリマーコア26を含んで構成される。後述するように、高分子ミクロスフェア部22は、ポリマーの乳化重合法によって合成されるので、3次元的に規制がないとすると、略球形の形状となる。図2に説明したようにベースフィルム12の上に形成されるときは、ベースフィルム12の平坦表面に規制されて、高分子ミクロスフェア部22は略半球状となる。   FIG. 5 is a diagram showing a model of the polymer microsphere part 22. As described above, the polymer microsphere part 22 includes the polymer shell 24 as the outer shell part and the polymer core 26 as the core part. As will be described later, since the polymer microsphere part 22 is synthesized by an emulsion polymerization method of a polymer, if there is no restriction in three dimensions, the polymer microsphere part 22 has a substantially spherical shape. When formed on the base film 12 as described in FIG. 2, the polymer microsphere portion 22 is substantially hemispherical, being restricted by the flat surface of the base film 12.

高分子ミクロスフェア部22において、ポリマーシェル24に囲まれる中核部の部分であるポリマーコア26は、乳化重合法によってポリマー化されたPTFEMA32と、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体30から構成される。以下で述べるように、上記の図3のAFM位相差像によって観察される黒色の物質がスピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体30に対応する。   In the polymer microsphere part 22, the polymer core 26, which is a core part surrounded by the polymer shell 24, is composed of PTFEMA 32 polymerized by an emulsion polymerization method and an iron complex 30 having spin crossover characteristics. As described below, the black substance observed by the AFM phase difference image of FIG. 3 corresponds to the iron complex 30 having the spin crossover characteristics.

図3で述べたように、略球形の高分子ミクロスフェア部の内部に、黒色の物質が含有されていることが分かるが、そのものがスピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体であることを確かめるには、その磁気特性を調べる必要がある。そこで、スピンクロスオーバー特性について、図6から図8を用いて説明する。   As shown in FIG. 3, it can be seen that a black substance is contained inside the substantially spherical polymer microsphere part, but in order to confirm that this is an iron complex having spin crossover characteristics. It is necessary to investigate the magnetic properties. Accordingly, the spin crossover characteristic will be described with reference to FIGS.

図6に、プラス2価の鉄イオンの3d軌道における電子配置の様子を示す。3d軌道は、5種類の電子軌道を有するが、プラス2価の鉄イオンは6個のd電子を有する。この6個の電子はエネルギの低い軌道から順に配置される。低温下では、図5の右側に示されるように、エネルギの低いt2gの3つの軌道にそれぞれ2ずつ電子が対を成して配置される。このときは、スピンの方向の異なる電子が対を成して1つの電子軌道に配置されるので、スピン差Sが生じず、低スピン状態(S=0)となる。 FIG. 6 shows the electron arrangement in the 3d orbit of plus divalent iron ions. A 3d orbital has five types of electron orbitals, but a plus divalent iron ion has six d electrons. These six electrons are arranged in order from the low energy orbit. Under low temperature, as shown on the right side of FIG. 5, two electrons are arranged in pairs in three orbits of t 2g having low energy. At this time, electrons having different spin directions are paired and arranged in one electron orbit, so that the spin difference S does not occur and a low spin state (S = 0) is obtained.

この低スピン状態から、適当なエネルギ励起があると、エネルギの高いeg軌道に2つの電子が移る。この状態が図6の左側に示されている。ここでは、2つの電子が移るので、5つの電子軌道のいくつかにおいて、1つの電子が配置される状態となり、その軌道においてはスピンが打ち消されないので、全体としてスピン差Sが生じる。すなわち、高スピン状態(S=2)となる。低スピン状態から高スピン状態へのエネルギ励起としては、例えば、熱エネルギ、光エネルギ、圧力等の機械的エネルギ等を用いることができる。高スピン状態から低スピン状態に戻すには、温度を下げればよい。あるいは、低スピン状態から高スピン状態に励起するのに用いた光とは異なる波長の光を、低温下で照射することでもよい。 From this low spin state, if there is an appropriate energy excitation, two electrons is transferred to the higher e g orbitals energy. This state is shown on the left side of FIG. Here, since two electrons move, one electron is arranged in some of the five electron orbits, and spins are not canceled in the orbits, so that a spin difference S is generated as a whole. That is, a high spin state (S = 2) is obtained. As the energy excitation from the low spin state to the high spin state, for example, thermal energy, optical energy, mechanical energy such as pressure, or the like can be used. To return from the high spin state to the low spin state, the temperature may be lowered. Alternatively, light having a wavelength different from that used for excitation from the low spin state to the high spin state may be irradiated at a low temperature.

このようにして、熱、光、圧力等のエネルギを与え、あるいは除去することで、鉄イオンを含む鉄錯体は、低スピン状態と高スピン状態の間を転移することができる。このような特性を示す鉄錯体がスピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体である。これを単に、スピンクロスオーバー鉄錯体と呼ぶこともできる。図7は、文献(O.Kahn and C.Jay Martinez,Science,vol.279,1988年,p44)に報告された例で、吸光度と温度の関係において、スピンクロスオーバー特性の典型的な相転移特性が示されている。   In this way, by applying or removing energy such as heat, light, and pressure, an iron complex containing iron ions can transition between a low spin state and a high spin state. An iron complex having such characteristics is an iron complex having spin crossover characteristics. This can simply be called a spin crossover iron complex. FIG. 7 is an example reported in the literature (O. Kahn and C. Jay Martinez, Science, vol. 279, 1988, p44), and a typical phase transition of spin crossover characteristics in relation to absorbance and temperature. Characteristics are shown.

スピン状態の相違は、超伝導量子干渉計(Superconducting Quantum Interference Device:SQUID)を用い、温度を変化させ、そのときの磁化の変化を見ることで検出できる。あるいは、電子スピン共鳴法(Electron Spin Resonance:ESR)を用いて、その温度依存性を測定することで検出できる。また、スピン状態が変化すると、鉄錯体の材料としての相変化が生じるので、相転移に伴う色変化を温度可変型位相差顕微鏡で観察することもできる。また、相変化に伴い、鉄錯体の色が白色から黒色に変化するので、吸光度変化からも観察することができる。   The difference in the spin state can be detected by using a superconducting quantum interferometer (SQUID), changing the temperature, and observing the change in magnetization at that time. Or it can detect by measuring the temperature dependence using an electron spin resonance method (Electron Spin Resonance: ESR). Further, when the spin state changes, a phase change as a material of the iron complex occurs, so that the color change accompanying the phase transition can be observed with a temperature variable phase contrast microscope. Moreover, since the color of an iron complex changes from white to black with a phase change, it can be observed also from a change in absorbance.

図8は、図3で説明した高分子ミクロスフェア部22における黒色の物質について、DSC法を用いて温度を変化させたときの熱量(Heat Flow)の変化を観察した結果を示す一例である。ここでは、−19.1℃、+68.3℃において、α相、β相の相転移が観察された。   FIG. 8 is an example showing the result of observing the change in heat flow (heat flow) when the temperature of the black substance in the polymer microsphere part 22 described in FIG. 3 is changed using the DSC method. Here, α-phase and β-phase transitions were observed at −19.1 ° C. and + 68.3 ° C.

図9は、一般的手法で形成される粉末状のスピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体について、ESR法を用い、温度によるスピン状態の変化を観察した結果を示す図である。図9の3つの図は、いずれも横軸に磁場の大きさ、縦軸に磁化の微分値をとり、最上段の図は常温下である295°K、中段の図は200°K、下段の図は5°Kにおける様子をそれぞれ示す。これらの図から、常温下においては、g=2に近い値が観察され、温度低下とともに、三重項状態(S=1)の禁制遷移を示すg=4ならびにg=8が現れ、高スピン状態と低スピン状態との平衡状態であることが分かった。   FIG. 9 is a diagram showing the results of observing changes in the spin state with temperature using an ESR method for powdery iron cross-over iron complexes formed by a general method. Each of the three diagrams in FIG. 9 takes the magnitude of the magnetic field on the horizontal axis and the differential value of the magnetization on the vertical axis. The top diagram is 295 ° K at room temperature, the middle diagram is 200 ° K, and the bottom diagram. These figures show the state at 5 ° K. From these figures, a value close to g = 2 is observed at room temperature, and g = 4 and g = 8 indicating the forbidden transition of the triplet state (S = 1) appear as the temperature decreases, and the high spin state It was found that this is an equilibrium state between a low spin state and a low spin state.

図10に、図9と同じ測定方法において、図3で説明した高分子ミクロスフェア部22における黒色の物質について、スピン状態を調べた様子を示す。これらの図において、横軸、縦軸、3つの図の意味等は、図9と同様である。これらの図から、常温下においては、g=2に近い値が観測され、5°Kの低温では、三重項状態の禁制遷移を示すg=4と、五重項を示すg=8が現れ、高スピン状態と低スピン状態との平衡状態であることが分かった。このことから、図3の高分子ミクロスフェア部22の中核部であるポリマーコア26には、スピンクロスオーバー特性を示す鉄錯体30が集中的に配置されていることが裏付けられる。   FIG. 10 shows a state in which the spin state of the black substance in the polymer microsphere part 22 described with reference to FIG. In these drawings, the horizontal axis, the vertical axis, and the meanings of the three drawings are the same as those in FIG. From these figures, a value close to g = 2 is observed at room temperature, and g = 4 indicating a forbidden transition of a triplet state and g = 8 indicating a quintet appear at a low temperature of 5 ° K. It was found that this is an equilibrium state between a high spin state and a low spin state. This confirms that the iron complex 30 exhibiting spin crossover characteristics is concentratedly arranged in the polymer core 26 that is the core of the polymer microsphere portion 22 in FIG.

図11は、上記構成の機能フィルムデバイスの製造方法の手順を説明するフローチャートである。以下では、図1から図10の符号を用いて説明する。鉄錯体を含む機能フィルム20としては、全体として透光性を有することが好ましい。また、記憶素子等の応用を考えると、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体30は、微小領域に集中的に配置されることが好ましく、その微小領域は、均一な大きさで、一定間隔で配置されることがよい。また、鉄錯体30については、スピンクロスオーバー特性の遷移温度範囲を制御できることが好ましい。このような要請から、鉄錯体30の原料、高分子ミクロスフェア部22を形成する方法、高分子ミクロスフェア部22を構成する材料等の選定が重要となる。以下では、これらの選定基準について、各準備試料作製工程を説明する。   FIG. 11 is a flowchart for explaining the procedure of the method for manufacturing the functional film device having the above-described configuration. Below, it demonstrates using the code | symbol of FIGS. 1-10. The functional film 20 containing an iron complex preferably has translucency as a whole. In consideration of applications such as memory elements, the iron complex 30 having spin crossover characteristics is preferably arranged in a concentrated manner in a minute region, and the minute region has a uniform size and is arranged at regular intervals. It is good to be done. Moreover, about the iron complex 30, it is preferable that the transition temperature range of a spin crossover characteristic can be controlled. From such a request, selection of the raw material of the iron complex 30, the method of forming the polymer microsphere part 22, the material constituting the polymer microsphere part 22 and the like becomes important. Below, each preparation sample preparation process is demonstrated about these selection criteria.

図11において、最初の工程は、鉄塩の準備である(S10)。鉄塩とは、次の工程で準備されるトリアゾールと反応して鉄錯体となるための鉄イオンを含む原材料である。鉄塩の選択基準としては、第1に相転移温度の設定である。相転移温度とは、高スピン状態の材料相と低スピン状態の材料相との間の転移を決める温度であるので、機能デバイスの観点からは、好ましくは常温にできるだけ近い温度であることと、ヒステリシス特性における適当な温度差を有することがよい。一方、溶解性を考慮すると、鉄錯体のトリアゾール配位子にアミノ基を置換し、また後述するように、適切な対イオンを選択することがよい。   In FIG. 11, the first step is the preparation of iron salt (S10). An iron salt is a raw material containing iron ions for reacting with triazole prepared in the next step to form an iron complex. The selection criterion for the iron salt is first the setting of the phase transition temperature. Since the phase transition temperature is a temperature that determines the transition between the material phase in the high spin state and the material phase in the low spin state, from the viewpoint of the functional device, the temperature is preferably as close to room temperature as possible, It is desirable to have an appropriate temperature difference in the hysteresis characteristics. On the other hand, in consideration of solubility, it is preferable to substitute an amino group for the triazole ligand of the iron complex and to select an appropriate counter ion as described later.

第2の選択基準は、スピンクロスオーバー特性の面からの鉄以外の金属イオンの使用である。例えば、鉄イオンと共にコバルトイオンを用いることで、反強磁性相互作用が生じ、これによって、スピンクロスオーバー特性を抑制することが可能となる。   The second selection criterion is the use of metal ions other than iron in terms of spin crossover characteristics. For example, by using cobalt ions together with iron ions, an antiferromagnetic interaction occurs, which makes it possible to suppress spin crossover characteristics.

第3の選択基準は、イオン結合性の鉄塩を用いるとして、カウンタ対イオン、すなわち鉄イオンと結合するイオンに基づく光学特性がある。例えば、ClO4イオンとBF4イオンとを比較すると、前者は退色性がある。したがって、カウンタイオンとしては後者を選択することが好ましい。 The third selection criterion has optical characteristics based on counter counter ions, that is, ions that bind to iron ions, using an ion-binding iron salt. For example, when comparing ClO 4 ions and BF 4 ions, the former has a fading property. Therefore, it is preferable to select the latter as the counter ion.

これらの選択基準に基づいて、例えば、II価の鉄イオンと、BF4イオンとからなるFe(BF42に、適当な分子数の水分子(H2O)が結合したFe(BF42nH2Oを鉄塩として選択して準備することができる。この鉄塩は、鉄(II)テトラフルオロボレートヘキサハイドレートと呼ばれる。 Based on these selection criteria, for example, a II valent iron ion, BF 4 to Fe (BF 4) 2 formed of an ion, suitable molecular number of water molecule (H 2 O) was bonded Fe (BF 4 ) 2 nH 2 O can be selected and prepared as the iron salt. This iron salt is called iron (II) tetrafluoroborate hexahydrate.

次に配位子となるトリアゾールの準備を行う(S12)。トリアゾールとは、上記のように、鉄塩と共に鉄錯体を合成するための原材料である。トリアゾールとしては、水素基を有するトリアゾール、またはアミノ基を有するトリアゾールを用いることができる。そのようなトリアゾールとして、1,2,4−1H−トリアゾールまたは4−アミノ−1,2,4−トリアゾールを用いることができる。   Next, a triazole serving as a ligand is prepared (S12). As described above, triazole is a raw material for synthesizing an iron complex together with an iron salt. As the triazole, a triazole having a hydrogen group or a triazole having an amino group can be used. As such a triazole, 1,2,4-1H-triazole or 4-amino-1,2,4-triazole can be used.

次に、鉄塩とトリアゾールとを用いて、鉄錯体を合成する(S14)。鉄錯体の合成方法は、メタノールを含む混合溶媒中で攪拌する方法等で合成することができる。そして溶媒をエバポレータで減圧除去することで、鉄錯体の粉末が得られる。   Next, an iron complex is synthesized using an iron salt and triazole (S14). The iron complex can be synthesized by a method such as stirring in a mixed solvent containing methanol. And the powder of an iron complex is obtained by removing a solvent under reduced pressure with an evaporator.

図12は、1,2,4−1H−トリアゾールまたは4−アミノ−1,2,4−トリアゾールをトリアゾールとし、鉄(II)テトラフルオロボレートヘキサハイドレートを鉄塩として、メタノールを用いて鉄錯体を得る反応式を示す図である。得られた鉄錯体は、[Fe(Htrz)3-3X(4−NH2trz)3X](BF42・nH2O(n=6)の化学式で表す。 FIG. 12 shows an iron complex using methanol with 1,2,4-1H-triazole or 4-amino-1,2,4-triazole as triazole, iron (II) tetrafluoroborate hexahydrate as iron salt. It is a figure which shows the reaction formula which obtains. The obtained iron complex is represented by a chemical formula of [Fe (Htrz) 3-3X (4-NH 2 trz) 3X ] (BF 4 ) 2 .nH 2 O (n = 6).

再び図11に戻り、鉄錯体の合成と平行し、ポリマー粒子作製の準備を行う。ポリマー粒子作製の重合法としては、バルク重合法、溶液中重合法、乳化重合法等を用いることができる。このときの選択基準は、ミクロスフェアの粒径の制御のしやすさである。その観点から、乳化剤によって重合ならびに粒子径の制御ができる乳化重合法がよい。均一な微粒子形成の制御が可能である乳化重合法を用いることとし、モノマー、乳化剤、開始剤の準備を行う。   Returning to FIG. 11 again, in parallel with the synthesis of the iron complex, preparation for polymer particle preparation is performed. As a polymerization method for producing polymer particles, a bulk polymerization method, a polymerization method in solution, an emulsion polymerization method, or the like can be used. The selection criterion at this time is ease of control of the particle size of the microsphere. From this viewpoint, an emulsion polymerization method in which polymerization and particle diameter can be controlled by an emulsifier is preferable. An emulsion polymerization method capable of controlling the formation of uniform fine particles is used, and a monomer, an emulsifier, and an initiator are prepared.

モノマーの準備(S16)において、その選択基準は材料の光学特性である。すなわち、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体は、光を入力とすることができ、また相転移に伴って吸光度が変化するので、これを出力として利用することがよいからである。光学特性、特に透明性の優れているモノマーとしては、例えば、フッ素系モノマー、メチルメタアクリレート(MMA)モノマー、スチレンモノマー等を用いることができる。透光性は、フッ素系モノマーが最もよく、次にMMAモノマーがよい。乳化重合法が可能なフッ素化したモノマーは低屈折率であり、消光効果が生じることが知られている。また、スチレンモノマーは電荷移動が生じることが知られている。これらの点から、モノマーとしては、フッ素化モノマーとして、2,2,2トリフルオロエチルメタクリレート(TFEMA)モノマーを用いる。   In the monomer preparation (S16), the selection criterion is the optical properties of the material. That is, the iron complex having spin crossover characteristics can take light as an input, and the absorbance changes with the phase transition, and this is preferably used as an output. As a monomer having excellent optical properties, particularly transparency, for example, a fluorine-based monomer, a methyl methacrylate (MMA) monomer, a styrene monomer, or the like can be used. The light-transmitting property is best with a fluorine-based monomer, and then with a MMA monomer. It is known that a fluorinated monomer capable of emulsion polymerization has a low refractive index and a quenching effect occurs. Further, it is known that charge transfer occurs in the styrene monomer. From these points, 2,2,2 trifluoroethyl methacrylate (TFEMA) monomer is used as the monomer as the fluorinated monomer.

乳化剤の準備(S18)において、その選択基準は、粒子径の制御に伴う重合速度の調整、ポリマーの融点、フィルムの強度である。乳化剤は一種の補強剤であることが好ましい。ポリマーを生成したとき、高融点、高強度であることがフィルムとして好ましい。乳化剤として汎用的に知られているラウリル硫酸ナトリウム(SLS)は、粒子径を小さくし、重合速度を調整するために用いることができる。しかし、SLSよりも高融点、高強度なポリマーフィルムの形成に役立つことが知られているポリビニルアルコール(PVA)を用いる方がよい。SLSはアニオン性界面活性剤であるが、PVAはノニオン性かつFeと親和性がよいことが知られている。これらの点から、乳化剤としては、SLSに比較して、PVAを用いることが好ましい。   In the preparation of the emulsifier (S18), the selection criteria are the adjustment of the polymerization rate accompanying the control of the particle diameter, the melting point of the polymer and the strength of the film. The emulsifier is preferably a kind of reinforcing agent. When the polymer is produced, the film preferably has a high melting point and high strength. Sodium lauryl sulfate (SLS), commonly known as an emulsifier, can be used to reduce the particle size and adjust the polymerization rate. However, it is better to use polyvinyl alcohol (PVA), which is known to help form a polymer film having a higher melting point and higher strength than SLS. SLS is an anionic surfactant, but PVA is known to be nonionic and have good affinity with Fe. From these points, it is preferable to use PVA as an emulsifier as compared with SLS.

開始剤の準備(S20)において、その選択基準は、水への溶解性と、触媒の選択性である。乳化重合の開始剤として知られているAzo系開始剤は、触媒は不要であるが、一般的に難溶性であり、そのために使用範囲が狭められる。一方、水溶性開始剤として知られているAPSは、水に溶けやすく、汎用性が高い。この場合触媒を用いる場合があるが、例えばFe、Cr、Coが触媒としてでき、鉄錯体が産業界で一般的に用いられている。さらに、アミノ基が置換した鉄錯体は、酸性の下で溶解しやすい。これらの観点から、開始剤としては、Azoに比較して、APSを用いることが好ましい。   In the preparation of the initiator (S20), the selection criteria are water solubility and catalyst selectivity. Azo-based initiators known as emulsion polymerization initiators do not require a catalyst, but are generally poorly soluble, thereby reducing the range of use. On the other hand, APS known as a water-soluble initiator is easily soluble in water and has high versatility. In this case, a catalyst may be used. For example, Fe, Cr, Co can be used as a catalyst, and iron complexes are generally used in the industry. Furthermore, an iron complex substituted with an amino group is easily dissolved under acidity. From these viewpoints, it is preferable to use APS as an initiator as compared with Azo.

このようにして準備された、乳化重合のためのモノマー、乳化剤、開始剤を用いて、乳化重合が行われ、粒子径の制御を行う(S22)。具体的には、S14で生成された鉄錯体粉末、S16で準備されたモノマー、S18で準備された乳化剤、S20で準備された開始剤を、適当な温度、例えば70℃の下で、水とエタノールを体積比で94/5の混合液に混ぜて、乳化重合を行う。体積比で残りの1はモノマーである。乳化剤の量、開始剤の量、温度等を調節することで、粒子形成と重合速度等を制御する。   Emulsion polymerization is performed using the monomer, emulsifier, and initiator for emulsion polymerization prepared as described above, and the particle size is controlled (S22). Specifically, the iron complex powder generated in S14, the monomer prepared in S16, the emulsifier prepared in S18, and the initiator prepared in S20 are mixed with water at an appropriate temperature, for example, 70 ° C. Ethanol is mixed into a 94/5 mixed solution to perform emulsion polymerization. The remaining 1 in the volume ratio is a monomer. By controlling the amount of emulsifier, the amount of initiator, temperature, etc., particle formation and polymerization rate are controlled.

ここでは、鉄錯体がどの程度含まれるかが、機能性フィルムとしたときのデバイス特性に影響する。質量比がごく微量であると、スピンクロスオーバー特性の変化を十分に検出するだけの感度を得ることができない。一方、高分子ミクロスフェア部22のポリマーコア26は乳化重合法で合成されるので、あまり大きな粒径にすることができず、鉄錯体の質量比を余り大きくできない。そこで、完成体であるフィルム全体に対する鉄錯体の含有量である質量比は、電気光学的特性の感度によって設定される下限値と、乳化重合法の粒径制御性によって設定される上限値を有することが好ましい。実験によれば、その範囲は、鉄錯体の質量比で0.1%以上5%が好ましい。このようにして、乳化重合制御における鉄錯体の質量比の設定を行うことができる。   Here, how much an iron complex is contained affects device characteristics when a functional film is formed. If the mass ratio is very small, it is not possible to obtain sensitivity sufficient to sufficiently detect changes in spin crossover characteristics. On the other hand, since the polymer core 26 of the polymer microsphere part 22 is synthesized by an emulsion polymerization method, the particle size cannot be made too large, and the mass ratio of the iron complex cannot be increased too much. Therefore, the mass ratio, which is the content of the iron complex with respect to the entire film as a finished product, has a lower limit set by the sensitivity of electro-optical characteristics and an upper limit set by the particle size controllability of the emulsion polymerization method. It is preferable. According to experiments, the range is preferably 0.1% or more and 5% by mass ratio of the iron complex. Thus, the mass ratio of the iron complex in emulsion polymerization control can be set.

乳化重合制御によって粒径の調整された高分子ミクロスフェアをベースフィルム12上にキャスティングする(S24)。キャスティングは、塗布法を用いることができる。   Polymer microspheres having a particle size adjusted by emulsion polymerization control are cast on the base film 12 (S24). Casting can use a coating method.

そして、乳化重合液がコーティングされたベースフィルムを乾燥する(S26)ことで、フィルムの成膜が行われる(S28)。乾燥は、常温下で放置乾燥してもよく、冷蔵庫等でいわゆるフリーズドドライ法によって乾燥してもよい。   Then, the base film coated with the emulsion polymerization liquid is dried (S26), thereby forming a film (S28). Drying may be performed by standing at room temperature or by a so-called freeze-dried method in a refrigerator or the like.

このようにして得られた機能フィルムデバイ10は、図2のような構成を備えている。すなわち、ベースフィルム12の上に鉄錯体を含む機能フィルム20が形成され、その鉄錯体を含む機能フィルム20は、略半球体の高分子ミクロスフェア部22と、隣接する高分子ミクロスフェア部22を相互に接続する接続ポリマー部28を含んで構成される。また、高分子ミクロスフェア部22は、PVAである接続ポリマー部28と一体として接続される外殻部のポリマーシェル24と、中核部であるポリマーコア26を含んで構成される。このポリマーコア26に、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体が含有されている。   The functional film device 10 thus obtained has a configuration as shown in FIG. That is, a functional film 20 including an iron complex is formed on the base film 12, and the functional film 20 including the iron complex includes a substantially hemispherical polymer microsphere part 22 and an adjacent polymer microsphere part 22. The connecting polymer portion 28 is connected to each other. The polymer microsphere part 22 includes an outer shell polymer shell 24 connected integrally with a connecting polymer part 28 that is PVA, and a polymer core 26 that is a core part. The polymer core 26 contains an iron complex having spin crossover characteristics.

ここで、高分子ミクロスフェア部22の外殻部のポリマーシェル24と、接続ポリマー部28は、乳化剤の成分であるポリビニルアルコール(PVA)を主体として構成される。高分子ミクロスフェア部22の中核部のポリマーコア26は、TFEMAがポリマー化したポリトリフルオロエチルメタアクリレート(PTFEMA)32から構成され、このPTFEMA32の内部に、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体30が含有されている。   Here, the polymer shell 24 and the connecting polymer portion 28 of the outer shell portion of the polymer microsphere portion 22 are mainly composed of polyvinyl alcohol (PVA) which is a component of an emulsifier. The polymer core 26 at the core part of the polymer microsphere part 22 is composed of polytrifluoroethyl methacrylate (PTFEMA) 32 obtained by polymerizing TFEMA, and an iron complex 30 having a spin crossover characteristic is formed inside the PTFEEMA 32. Contained.

上記のように、透光性のよいPTFEMAで構成されるポリマー粒子にスピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体30が集中的に配置されるので、デバイスとして、スピンクロスオーバー特性の変化の検出が感度よく行うことができる。また、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体30のフィルム全体に対する質量比は、0.1%以上5%以下であるので、高分子ミクロスフェア部22の直径を数十nmから数百nmに保持しながら、スピンクロスオーバー特性の変化を十分に検出できる。また、ポリマーシェル24と接続ポリマーはPVAであるので、フィルムの強度を十分なものとすることができる。   As described above, since the iron complex 30 having spin crossover characteristics is concentrated on polymer particles made of PTFEMA having good translucency, the change in the spin crossover characteristics can be detected with high sensitivity as a device. It can be carried out. In addition, the mass ratio of the iron complex 30 having spin crossover characteristics to the whole film is 0.1% or more and 5% or less, so that the diameter of the polymer microsphere part 22 is kept from several tens nm to several hundreds nm. However, it is possible to sufficiently detect changes in the spin crossover characteristics. Further, since the polymer shell 24 and the connecting polymer are PVA, the strength of the film can be made sufficient.

図11で説明した手順により、乳化重合法を用いて、鉄錯体を含む機能フィルムデバイスを作製した。鉄錯体は、1,2,4−1H−トリアゾールまたは4−アミノ−1,2,4−トリアゾールを配位子とし、鉄(II)テトラフルオロボレートヘキサハイドレートを鉄塩として、これらの反応によって生成される[Fe(Htrz)3-3X(4−NH2trz)3X](BF42・nH2O(n=6)を用いた。ここで、X=0.1,0.3,1.0と3種類の鉄錯体を用いた。 A functional film device containing an iron complex was produced using an emulsion polymerization method according to the procedure described in FIG. The iron complex has 1,2,4-1H-triazole or 4-amino-1,2,4-triazole as a ligand and iron (II) tetrafluoroborate hexahydrate as an iron salt. The produced [Fe (Htrz) 3-3X (4-NH 2 trz) 3X ] (BF 4 ) 2 .nH 2 O (n = 6) was used. Here, X = 0.1, 0.3, 1.0 and three types of iron complexes were used.

乳化重合においては、鉄錯体を0.01g、モノマーとしてTFEMAを1.18g(1ml)、乳化剤としてPVA217(ケン化度であるDHが88%、重合度であるDPが1750)を1.0g、開始剤としてAPSを0.05g準備し、これを水/エタノールに混合した。水/エタノールの体積比は94/5である。50℃に3時間、アルゴン雰囲気中にて重合を行った。得られたエマルジョンを透明なベースフィルム上に成膜し、乾燥し、機能フィルムデバイスを作製した。   In the emulsion polymerization, 0.01 g of iron complex, 1.18 g (1 ml) of TFEMA as a monomer, 1.0 g of PVA217 (DH as saponification degree is 88%, DP as polymerization degree is 1750) as an emulsifier, 0.05 g of APS was prepared as an initiator and mixed with water / ethanol. The water / ethanol volume ratio is 94/5. Polymerization was carried out at 50 ° C. for 3 hours in an argon atmosphere. The obtained emulsion was formed on a transparent base film and dried to produce a functional film device.

ベースフィルム上の機能フィルムについて、SEIKO社製の原子間力顕微鏡(AFM)によって形態像および位相差像を観察した。その結果、図3で説明したように、直径約100nmの粒子径と、錯体の存在が確かめられた。Bruker社製のESR(EMX X−band 5K−290K)を用いて、高分子ミクロスフェア部に含有されたスピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体のスピン状態を観測した。その結果、図3で説明したように、温度によって高スピン状態と低スピン状態との間の転移が認められた。   About the functional film on a base film, the morphological image and the phase contrast image were observed with the atomic force microscope (AFM) by SEIKO. As a result, as described with reference to FIG. 3, the particle diameter of about 100 nm and the presence of the complex were confirmed. Using an ESR (EMX X-band 5K-290K) manufactured by Bruker, the spin state of the iron complex having spin crossover characteristics contained in the polymer microsphere part was observed. As a result, as described with reference to FIG. 3, a transition between a high spin state and a low spin state was observed depending on the temperature.

このように、フィルム状でスピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体を含む電気光学的機能フィルムを得ることができた。また、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体を粒子内に配置することができ、スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体を含む電気光学的機能フィルムを得ることができた。   Thus, an electro-optical functional film containing an iron complex having a spin crossover characteristic in a film form could be obtained. In addition, an iron complex having spin crossover characteristics can be arranged in the particles, and an electro-optical functional film containing an iron complex having spin crossover characteristics can be obtained.

上記のように、本発明に係る電気光学的特性を有する鉄錯体を含む電気光学的機能フィルムは、外部刺激を入力とし、変化する状態量を出力とする機能デバイスに利用される。例えば、温度変化によって記憶と消去を行う記憶素子に利用される。また、照射光のオンオフで吸光度を変化させる光スイッチに利用される。   As described above, the electro-optical functional film including the iron complex having the electro-optical characteristics according to the present invention is used for a functional device having an external stimulus as an input and a changing state quantity as an output. For example, it is used for a storage element that performs storage and erasure by temperature change. It is also used for an optical switch that changes the absorbance by turning on and off the irradiation light.

本発明に係る実施の形態において、鉄錯体を含む機能フィルムを用いる機能フィルムデバイスの様子を示す図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows the mode of the functional film device using the functional film containing an iron complex. 本発明に係る実施の形態において、機能フィルムデバイスの拡大断面図である。In embodiment concerning this invention, it is an expanded sectional view of a functional film device. 本発明に係る実施の形態において、鉄錯体を含む機能フィルムの一部を原子間力顕微鏡で観察した様子を示す図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows a mode that a part of functional film containing an iron complex was observed with the atomic force microscope. 図3との比較で、他の乳化剤を用いたときの結果を示す図である。It is a figure which shows a result when another emulsifier is used by comparison with FIG. 本発明に係る実施の形態において、高分子ミクロスフェア部をモデル化して示す図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which models and shows a polymer microsphere part. プラス2価の鉄イオンの3d軌道における電子配置の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the electronic arrangement | positioning in 3d orbit of plus divalent iron ion. 文献に示されたスピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体の特性の一例である。It is an example of the characteristic of the iron complex which has the spin crossover characteristic shown by literature. 本発明に係る実施の形態において、DSC法によって相転移の様子を観察した結果を示す図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows the result of having observed the mode of the phase transition by DSC method. 粉末状のスピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体について、ESR法を用い、温度によるスピン状態の変化を観測した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the change of the spin state by temperature using the ESR method about the iron complex which has a powdery spin crossover characteristic. 本発明に係る実施の形態において、図9と同じ測定方法において、スピン状態を調べた様子を示す図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows a mode that the spin state was investigated in the same measuring method as FIG. 本発明に係る実施の形態において、機能フィルムデバイスの製造方法の手順を説明するフローチャートである。In embodiment concerning this invention, it is a flowchart explaining the procedure of the manufacturing method of a functional film device. 本発明に係る実施の形態において、鉄錯体を得る反応式を示す図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows the reaction formula which obtains an iron complex.

符号の説明Explanation of symbols

10 機能フィルムデバイス、12 ベースフィルム、20 機能フィルム、22 高分子ミクロスフェア部、24 ポリマーシェル、26 ポリマーコア、28 接続ポリマー部、30 鉄錯体、32 PTFEMA。   10 functional film device, 12 base film, 20 functional film, 22 polymer microsphere part, 24 polymer shell, 26 polymer core, 28 connecting polymer part, 30 iron complex, 32 PTFEMA.

Claims (6)

光または熱を入力とし磁気特性の変化または光吸収特性の変化を出力とするスピンクロスオーバー特性を有する機能フィルムであって、
外殻部のポリマーシェルと中核部のポリマーコアとを有し、乳化重合法によって合成された高分子ミクロスフェア部と、
乳化重合法に用いられる乳化剤で構成され、隣接する高分子ミクロスフェア部をフィルム状に接続する接続ポリマー部と、
を備え、
高分子ミクロスフェア部は、
光または熱を入力とし磁気特性の変化または光吸収特性の変化を出力とするスピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体を含有することを特徴とする電気光学的機能フィルム。
A functional film having a spin crossover characteristic in which light or heat is input and a change in magnetic characteristics or a change in light absorption characteristics is output,
A polymer microsphere portion having an outer shell polymer shell and a core polymer core and synthesized by an emulsion polymerization method;
Consists of an emulsifier used in the emulsion polymerization method, a connecting polymer part that connects adjacent polymer microsphere parts in a film,
With
The polymer microsphere part
An electro-optical functional film comprising an iron complex having a spin crossover characteristic in which light or heat is input and a change in magnetic characteristics or a change in light absorption characteristics is output.
請求項1に記載の電気光学的機能フィルムにおいて、
スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体の含有量は、フィルム全体に対する質量比として、0.1%以上5%以下であることを特徴とする電気光学的機能フィルム。
The electro-optical functional film according to claim 1,
The electro-optical functional film, wherein the content of the iron complex having spin crossover characteristics is 0.1% or more and 5% or less as a mass ratio to the whole film.
請求項1に記載の電気光学的機能フィルムにおいて、
高分子ミクロスフェア部の直径は、10nm以上1000nm以下であることを特徴とする電気光学的機能フィルム。
The electro-optical functional film according to claim 1,
An electro-optical functional film, wherein the polymer microsphere part has a diameter of 10 nm to 1000 nm.
請求項1に記載の電気光学的機能フィルムにおいて、
ポリマーコアの成分は、ポリトリフルオロエチルメタアクリレートであることを特徴とする電気光学的機能フィルム。
The electro-optical functional film according to claim 1,
An electro-optical functional film, wherein the component of the polymer core is polytrifluoroethyl methacrylate.
請求項1に記載の電気光学的機能フィルムにおいて、
ポリマーシェルおよび接続ポリマーの成分は、ポリビニルアルコールであることを特徴とする電気光学的機能フィルム。
The electro-optical functional film according to claim 1,
An electro-optical functional film, wherein the polymer shell and the connecting polymer are made of polyvinyl alcohol.
請求項1に記載の電気光学的機能フィルムにおいて、
スピンクロスオーバー特性を有する鉄錯体は、1,2,4−1H−トリアゾールまたは4−アミノ−1,2,4−トリアゾールを配位子とし、鉄(II)テトラフルオロボレートヘキサハイドレートを鉄塩として、これらの反応によって生成されることを特徴とする鉄錯体を含む電気光学的機能フィルム。
The electro-optical functional film according to claim 1,
An iron complex having a spin crossover characteristic has 1,2,4-1H-triazole or 4-amino-1,2,4-triazole as a ligand, and iron (II) tetrafluoroborate hexahydrate is an iron salt. As an electro-optical functional film containing an iron complex produced by these reactions.
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