JP2011527063A - ナノコンポジット物質 - Google Patents

Abstract

本発明は、ナノ技術に関し、非線形光学、情報工学、光学メモリ手段等の設計のために用いることが可能な、効果的に制御可能な光学的性質を有するナノコンポジット物質に向けられている。本発明のナノコンポジット物質は、ナノ粒子と、外部の光作用に晒される際に空間構造を修正する中間結合分子粒子と、ナノ粒子近傍の光学的性質を示す結合可能な分子粒子とを含み、前記ナノ粒子、中間結合粒子及び結合可能分子が、連続的に結合して3次元のクラスタ構造を形成する。さらに、外部の光作用に晒される際に空間構造を修正する中間結合分子粒子は、その結合性を強化する官能性置換基の形で追加の含有物を含むことが可能である。

Description

本発明は、ナノ技術に関し、非線形光学、情報工学、光学メモリ手段等の設計のために用いることが可能な、効果的に制御可能な光学的性質を有するナノコンポジット物質に向けられている。

結合成分と組み合わせたナノ粒子を基礎とするナノコンポジット物質が、この関連する分野で知られている(RU224710C2,B82B3/00,1004; RU2233791C2,B82B3/00 2004;
RU2288167C2,B82B1/00,2004）。しかし、知られたナノコンポジット物質の含有物の定性的な組成は、修正可能な光学的性質を有する粒子を含んでいない。このことは、それらの発光のような光学的性質を制御することを可能とせず、従ってナノコンポジット物質の機能的可能性及び製造工程での可能性を制限する。

本発明は拡張された機能可能性を有するナノコンポジット物質の製造を指向する。その機能可能性とは、主に光放射の形での光学的性質を効果的に修正することを可能とすることである。

その課題の解決は、本発明によるナノ粒子に基づくナノコンポジット物質によって提供される。すなわち、本発明のナノコンポジット物質の構造は、さらに外部の光作用に晒される際にその空間構造を修正する粒子である中間結合分子を含み、前記ナノ粒子、中間結合分子及び結合可能な分子が、連続的に結合して3次元のクラスタ構造を形成する。

さらに、外部の光作用に晒される際にその空間構造を修正する前記中間結合分子は、さらに、前記結合性を強化する官能性置換基の形で追加の含有物を含む。

外部光に晒される際にその光学的性質を効果的に修正することができる（従って、ナノコンポジット物質の特定の目的のための技術手段を豊富に拡張する）という、機能性の拡張可能性を有するナノコンポジット物質からくるかかる結果は、決して知られた技術ではない。この結果は、ナノコンポジット物質中の中間結合分子の存在による。すなわち、中間結合分子の空間配置（主に長さ）が、ある波長の光に晒されることで修正されて、ナノ粒子間の距離が、局在化された強い電磁場に近くなる。またこの結果は、前記ナノ粒子に近く効果的に操作／修正された光学的性質を有する、結合性分子の存在による。

同時に、分布の変更が生じ、これは光学的性質を有する結合可能分子の電磁場のゆがみであるが、これにより励起原子と後者の分子の寿命の変化をもたらし、電子遷移率に影響を与える。電子遷移率は、光吸収及び自発的放射の過程を制御し、従って全体として、前記ナノコンポジット物質のスペクトル特性と光学的性質についての可逆的変更に導く。

球状、楕円状、針状、棒状、ピラミッド状、又は他の形状の、金属（例えば金）、半導体、又は誘電性のナノ粒子であって、結合性分子の性質を最大効率で修正が達成できるものは、本発明を実施する上でナノコンポジット物質のナノ粒子として適用することができる。

発光、ホトクロミック、偏光又はその他の光学的性質を持った粒子であって、効果的に操作／修正されて、（セレン化合物カドミウム）のようなナノ粒子に近くなるものは、結合分子として用いることができる。

ある波長（光誘導遷移）で光暴露される際に空間配置を変化（例えば、異性化）する粒子であって、主に炭素炭素、炭素窒素又は窒素窒素型の二重結合、及び他のシスートランス異性化可能性（例えばアゾ色素分子）を有する有機分子は、結合分子として用いることができる。ここで結合分子は、化学結合を形成してナノ構造を安定化する。

中間結合分子の結合性質を強化する機能的置換基、例えばアミノ基（−ＮＨ_２）、アルデヒド（−ＣＨＯ）、チオ（−ＳＨ）、カルボキシル（−ＣＯＯＨ）又はヒドロキシル（−ＯＨ）、又はこれらの複数の基を有する他の基が、追加含有物として用いることができる。

ナノコンポジット物質は次のようにして得られる。

２つのチオ基を持つアゾ色素4,4’-ジチオメチルアゾベンゼンの粒子を含む結合分子を、比１：１２で、例えば、12-15nm直径のコロイド性金のナノ粒子の水溶性懸濁液に導入する。ここでアゾ色素4,4’-ジチオメチルアゾベンゼンは、365nm波長の発光に晒されるとトランス状態からシス状態へ転移する結果、空間配置を変え、また435nmの可視光に晒されると逆に転移する。これにより、アゾ色素粒子としての分子長さは、9.5nmから5.5nmへ及びその逆に変化する。これらを混合することにより、結合分子すなわちアゾ色素粒子の配位子の広がりが、金ナノ粒子の表面に形成される。このようにして得られる系に、金ナノ粒子に対して同じ比1:12で、結合分子であるセレン化カドミウム（CdSe）のコロイド粒子の水溶性懸濁が添加される。これにより、金ナノ粒子の光学的性質に効果的に影響する（すなわち、CdSe粒子と金ナノ粒子の距離で10nmまで、CdSe粒子の光発光の最大強度で５倍までになるとともに一方では、2-5nm程度の小さな距離では、CdSeの光励起量子粒子から金属粒子（即ち金ナノ粒子）への共鳴エネルギ遷移により光発光が抑制される。）
そのプロセスにおいて、結合分子であるセレン化カドミウム粒子の、金ナノ粒子の自由チオ基の配位子への堆積が生じる。これによりナノコンポジット物質の３次元クラスタ構造を形成する巨大分子の形成がなされる。ナノコンポジット物質の調製された懸濁液は、鏡ガラス支持物上に配されナノコンポジット物質フィルムが形成されるまで乾燥される。

光学的性質を制御するこのプロセスにおいて、得られたナノコンポジット物質は数秒間365nm波長で光照射され、これにより、全ての結合分子であるアゾ色素粒子の結合がシス状態へ転移され、金ナノ粒子と結合分子であるセレン化カドミウム（CdSe）粒子の距離が9.5nmである。これは、350nm波長の光でのナノコンポジット物質の励起（照射）により、約670nmの波長の強い赤発光を生じさせる。これは、結合可能分子であるセレン化カドミウムの直接のバンド間遷移に対応する。光学的性質を修正するために、強い発光を有するナノコンポジット物質を数秒間435nmに近い照射ピークを持つ光で照射する。これにより、結合分子であるアゾ色素粒子の結合に異性化を起こし（トランス状態へアゾ分子が異性化する）、金ナノ粒子と結合可能な分子であるセレン化カドミウム粒子の距離を5.5nmへ減少させる。それゆえ、続くナノコンポジット物質の530nmの光での励起は、発光を生み出すが、その強度は数桁減少する。353nmの光での繰り返し照射することで、ナノコンポジット物質の、530nm波長での励起照射に晒されることにより、強い赤発光のためのナノコンポジット物質の能力は完全に回復する。

このナノ粒子ナノコンポジット物質構造は、光学的記録及び情報読み出しのための手段として適用され得る。それは、次の様に光学的性質を効果的に且つピンポイントで制御可能であるということからである。

ナノコンポジット物質は、435nm波長の光で予備的に均一に照射される。それにより、結合分子であるアゾ色素粒子をトランス状態へ転移させる。その後、このナノコンポジット物質は（低強度の発光が特徴であるが）、例えば0.3mm直径開口部の、マスクを通して、一点集中的に、十分の一秒間、365nm波長に絞った光照射によりフラッシュ光暴露される。それにより、マスクの開口部で照射の対照とされた部分に対応した場所だけで、結合分子であるアゾ色素粒子はシス状態に転移される。ナノコンポジット物質の、530nm波長の光の均一な照射により、発光の点パターンが正確にマスクにより写し取られる。そのようなマスクを再現する発光の点パターンは、暗条件下では時間限定なく維持される。またいつでも、530nmの波長の光による励起で再現されることができる。又は、引き続けて365nm又は435nm波長での均一な照射により、消去することもできる。

Claims (2)

1. ナノコンポジット物質であって、
   前記ナノコンポジット物質の構造が、さらに外部の光作用に晒される際に空間構造を修正する中間結合分子を含み、
   前記ナノ粒子、中間結合分子及び結合可能な分子が、連続的に結合して3次元のクラスタ構造を形成する、ことを特徴とする。
2. 請求項１に記載のナノコンポジット物質であって、さらに、外部の光作用に晒される際に空間構造を修正する中間結合分子粒子は、その結合性を強化する官能性置換基の形で追加の含有物を含む、ことを特徴とする。