JP2009046319A - 官能基化ダイヤモンド材料及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】硫黄を含む官能基がダイヤモンド材料表面に結合したダイヤモンド材料。該硫黄官能基を介して金属微粒子が結合した金属微粒子修飾ダイヤモンド材料。硫黄官能基を介して金属膜に結合した金属膜修飾ダイヤモンド材料。紫外線照射下、ダイヤモンド材料と単体硫黄を反応させ硫黄官能基をダイヤモンド材料の表面に結合させることにより硫黄を含む官能基が表面に結合したダイヤモンド材料を得る。
【選択図】なし
Description
その一例として表面に化学修飾を施すことにより、より高付加価値を有する材料となることが期待される。化学修飾を施す場合に、従来から特異な特性を有する官能基を導入することにより付加価値を高めることができる。
また、爆縮法によって異種元素として硫黄を含有する多結晶ダイヤモンド材料を得る方法(特許文献2参照)が知られているが、爆縮法は特殊な反応容器および熟練技術が必要である。
すなわち、この出願によれば、以下の発明が提供される。
〈1〉硫黄原子を含む官能基がダイヤモンド材料表面に結合したダイヤモンド材料。
〈2〉硫黄原子を含む官能基がメルカプト基であることを特徴とする〈1〉に記載のダイヤモンド材料。
〈3〉〈1〉又は〈2〉に記載のダイヤモンド材料の硫黄を含む官能基を介して貴金属微粒子が結合した貴金属微粒子修飾ダイヤモンド材料。
〈4〉〈1〉又は〈2〉に記載のダイヤモンド材料の硫黄を含む官能基を介して貴金属薄膜が結合した貴金属薄膜修飾ダイヤモンド材料。
〈5〉貴金属が金又は銀であることを特徴とする請求項3又は4に記載のダイヤモンド材料。
〈6〉紫外線照射下、ダイヤモンド材料と単体硫黄を反応させ硫黄原子を含む官能基をダイヤモンド材料の表面に結合させることを特徴とする〈1〉に記載のダイヤモンド材料の製造方法。
〈7〉単体硫黄を有機溶媒中に添加して反応させることを特徴とする〈6〉に記載のダイヤモンド材料の製造方法。
〈8〉〈7〉又は〈8〉に記載の方法で得られたダイヤモンド材料と金属微粒子溶液と接触又は混合することを特徴とする〈3〉又は〈5〉に記載の金属微粒子修飾ダイヤモンド材料の製造方法。
〈9〉〈7〉又は〈8〉に記載の方法で得られたダイヤモンド材料と金属膜と接触又は混合することを特徴とする請求項4又は5に記載の金属微粒子修飾ダイヤモンド材料の製造方法。
また、本発明の製造方法によれば、有毒ガス、特殊反応容器および特殊技術を使用することなく、常温の溶液中で紫外光照射をするだけの簡便な反応操作により、ダイヤモンド材料表面上に硫黄官能基を導入した(結合した)、新規なダイヤモンド材料を得ることができるという優れた効果を有する。
反応の高効率化のためには、254nm以下の波長を有する紫外光照射下に反応を行うことが好ましい。光量は、0.1〜100mW/cm2の範囲で照射される。
照射時間は1〜8時間程度が必要である。
溶媒量は、単体硫黄の使用量に応じて決定する。この反応原料を溶媒中に保存することができる量であれば差し支えないが、十分に溶媒中に混和することができ、かつ反応に際して光照射を十分に行うことができる量を必要とする。
このようなことを考慮して、単体硫黄5mgに対して、例えば、二硫化炭素を使用する場合には、0.5ml以上、4ml以下の二硫化炭素を使用することが望ましい。
このようにして得られる硫黄官能基化ダイヤモンド材料の同定は、表面に前記硫黄官能基が化学結合しているかどうかを各種の分析機器たとえばXPSなどを利用することにより行われる。
貴金属としては、周期律表第I族(金、銀、銅)および同第VIII族の白金族元素(ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミニウム、イリジウム、白金)が挙げられる。この中でも、金、銀、銅が好ましく使用される。
また、硫黄官能基を介した金属微粒子修飾ダイヤモンド材料の同定は、前記と同様な各種の分析機器たとえばXPSなどを利用することにより行われる。
また、金属膜上に結合した硫黄官能基を介したダイヤモンド材料の同定は、各種の分析機器たとえばRamanなどを利用することにより行われる。
合成石英製の反応容器に、単体硫黄(5mg)を二硫化炭素(4ml)に溶解させ、ダイヤモンド粉末を入れた。
アルゴン雰囲気下で攪拌しつつ低圧水銀灯を室温で7時間照射した。その後、二硫化炭素溶液を除去し、ダイヤモンド粉末を二硫化炭素で洗浄し、減圧下で乾燥を行った。
反応後のダイヤモンド粉末のXPS測定を行った。図1に示すように、硫黄に由来するピークが観測され、表面上に硫黄を含む官能基が導入されたことが確認された。
合成石英製の反応容器に、単体硫黄(5mg)を二硫化炭素(4ml)に溶解させ、ダイヤモンド膜を入れた。
アルゴン雰囲気下で攪拌しつつ低圧水銀灯を室温で7時間照射した。その後、二硫化炭素溶液を除去し、ダイヤモンド膜を二硫化炭素で洗浄し、減圧下で乾燥を行った。
反応後のダイヤモンド膜のXPS測定を行った。図2に示すように、硫黄に由来するピークが観測され、表面上に硫黄を含む官能基が導入されたことが確認された。
実施例1で得たダイヤモンド粉末に、金微粒子溶液(5ml)を加えて終夜攪拌した。その後、金微粒子溶液を除去し、ダイヤモンド粉末を水およびエタノールで洗浄し、減圧下に乾燥を行って金微粒子修飾ダイヤモンド粉末を得た。反応後の該微粒子修飾ダイヤモンド粉末のXPS測定を行った。図3に示すように、硫黄に由来するピークと金に由来するピークが観測され、表面上に硫黄を含む官能基を介して金微粒子が導入されたことが確認された。
実施例2で得たダイヤモンド膜に、金微粒子溶液(5ml)を加えて終夜攪拌した。その後、金微粒子溶液を除去し、ダイヤモンド膜を水およびエタノールで洗浄し、減圧下に乾燥を行って金微粒子修飾ダイヤモンド膜を得た。反応後の該微粒子修飾ダイヤモンド膜のXPS測定を行った。図4に示すように、硫黄に由来するピークと金に由来するピークが観測され、表面上に硫黄を含む官能基を介して金微粒子が導入されたことが確認された。
実施例1で得たダイヤモンド粉末(1mg)をヘキサン(2ml)に懸濁させ、金薄膜堆積シリコン基板を入れて1時間静置した。その後、ダイヤモンド粉末懸濁液を除去し、金薄膜堆積シリコン基板をヘキサンで洗浄し、減圧下に乾燥を行ってダイヤモンド粉末堆積基板を得た。反応後のダイヤモンド粉末堆積基板のRaman測定を行った。図5に示すように、ダイヤモンドに由来するピークが観測され、金薄膜堆積シリコン基板表面上に硫黄を含む官能基を介して、ダイヤモンド粉末が堆積したことが確認された。
本発明においては、ダイヤモンド材料表面上に硫黄官能基を導入することが重要であり、これに付随する条件変更は何れも本願発明に包含されるものである。そして、それらの付随する又は付加する条件は実施例に開示された技術を基礎に容易実施しかつ変更できることは理解されるべきである。
また、金属修飾の例として、実施では金を挙げたが、銀等の他の貴金属も同様に適用できることが確認されている。
このような金属の中で、銀、銅等は抗菌性機能を備えている。金、銀等の修飾ダイヤモンドは、特に電子デバイス又は機能性材料として有用である。
Claims (9)
- 硫黄原子を含む官能基がダイヤモンド材料表面に結合したダイヤモンド材料。
- 硫黄原子を含む官能基がメルカプト基であることを特徴とする請求項1に記載のダイヤモンド材料。
- 請求項1又は2に記載のダイヤモンド材料の硫黄を含む官能基を介して貴金属微粒子が結合した貴金属微粒子修飾ダイヤモンド材料。
- 請求項1又は2に記載のダイヤモンド材料の硫黄を含む官能基を介して貴金属薄膜が結合した貴金属薄膜修飾ダイヤモンド材料。
- 貴金属が金又は銀であることを特徴とする請求項3又は4に記載のダイヤモンド材料。
- 紫外線照射下、ダイヤモンド材料と単体硫黄を反応させ硫黄原子を含む官能基をダイヤモンド材料の表面に結合させることを特徴とする請求項1に記載のダイヤモンド材料の製造方法。
- 単体硫黄を有機溶媒中に添加して反応させることを特徴とする請求項6記載のダイヤモンド材料の製造方法。
- 請求項7又は8に記載の方法で得られたダイヤモンド材料と金属微粒子溶液と接触又は混合することを特徴とする請求項3又は5に記載の金属微粒子修飾ダイヤモンド材料の製造方法。
- 請求項7又は8に記載の方法で得られたダイヤモンド材料と金属膜と接触又は混合することを特徴とする請求項4又は5に記載の金属微粒子修飾ダイヤモンド材料の製造方法。
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