JP2828384B2 - 粒子薄膜の製造法 - Google Patents
粒子薄膜の製造法Info
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- JP2828384B2 JP2828384B2 JP12984093A JP12984093A JP2828384B2 JP 2828384 B2 JP2828384 B2 JP 2828384B2 JP 12984093 A JP12984093 A JP 12984093A JP 12984093 A JP12984093 A JP 12984093A JP 2828384 B2 JP2828384 B2 JP 2828384B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、粒子薄膜の製造法に
関するものである。さらに詳しくは、この発明は、エレ
クトロニクス、バイオマテリアル、セラミック、金属材
料等の諸分野において、新たな機能性材料の創製と、物
理化学プロセスの新しい展開等にとって有用な、新しい
粒子薄膜の製造法に関するものである。
関するものである。さらに詳しくは、この発明は、エレ
クトロニクス、バイオマテリアル、セラミック、金属材
料等の諸分野において、新たな機能性材料の創製と、物
理化学プロセスの新しい展開等にとって有用な、新しい
粒子薄膜の製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、原子、分子レベル
の物質や微粒子の集積構造を制御する技術として各種の
方法が知られており、たとえば、物質を原子、分子レベ
ルで面方向に二次元的に配設する方法としては、真空蒸
着法、スパッタリング法、電気メッキ、ＬＢ薄膜形成法
などが知られており、また、微粒子（タンパク質、酸化
物、金属、ラテックス、ポリマー）のレベルでは微粒子
エマルジョンを平面に塗布する方法（スピンコート法
等）や、微粒子を粉末として平面に散布する方法（噴霧
法等）、分散媒から気液界面、液々界面に微粒子を析出
する方法等が知られており、工業的にも重要な手段とし
て様々な工夫、改良が試みられてきてる。しかしなが
ら、実際には、従来の技術によっては、微粒子について
その集積構造を高精度に、かつ迅速に形成及び制御する
ことはそれほど簡単なことではなかった。
の物質や微粒子の集積構造を制御する技術として各種の
方法が知られており、たとえば、物質を原子、分子レベ
ルで面方向に二次元的に配設する方法としては、真空蒸
着法、スパッタリング法、電気メッキ、ＬＢ薄膜形成法
などが知られており、また、微粒子（タンパク質、酸化
物、金属、ラテックス、ポリマー）のレベルでは微粒子
エマルジョンを平面に塗布する方法（スピンコート法
等）や、微粒子を粉末として平面に散布する方法（噴霧
法等）、分散媒から気液界面、液々界面に微粒子を析出
する方法等が知られており、工業的にも重要な手段とし
て様々な工夫、改良が試みられてきてる。しかしなが
ら、実際には、従来の技術によっては、微粒子について
その集積構造を高精度に、かつ迅速に形成及び制御する
ことはそれほど簡単なことではなかった。
【０００３】そこで、この発明の発明者は、従来技術の
限界を克服し、一粒子の層を、規則正しく一様に並べ、
かつ、この構造化を迅速に行うことのできる全く新しい
高精度、高効率な微粒子２次元構造の形成・制御方法を
提案した。これは、微粒子分散液を平坦な固体基板上に
展開し、分散液を構成する液状媒体の厚みを制御し、メ
ニスカス力を生成させて、微粒子を二次元で凝集制御す
ることを特徴としている。この方法は、これまでにない
全く新しい方法として、科学的、そして技術的に注目さ
れるものであるが、この方法の場合には、対象となる粒
子の大きさの下限が固体基板の表面粗さで限定されてお
り、たとえばガラス基板等では、小さな粒径の微粒子
（０．１μｍ以下）をきれいな二次元膜として凝集制御
することができないという課題があった。
限界を克服し、一粒子の層を、規則正しく一様に並べ、
かつ、この構造化を迅速に行うことのできる全く新しい
高精度、高効率な微粒子２次元構造の形成・制御方法を
提案した。これは、微粒子分散液を平坦な固体基板上に
展開し、分散液を構成する液状媒体の厚みを制御し、メ
ニスカス力を生成させて、微粒子を二次元で凝集制御す
ることを特徴としている。この方法は、これまでにない
全く新しい方法として、科学的、そして技術的に注目さ
れるものであるが、この方法の場合には、対象となる粒
子の大きさの下限が固体基板の表面粗さで限定されてお
り、たとえばガラス基板等では、小さな粒径の微粒子
（０．１μｍ以下）をきれいな二次元膜として凝集制御
することができないという課題があった。
【０００４】この点を解決するためには、水銀を展開基
板とし、水銀面のなめらかさによって微粒子からより大
きな粒径の粒子に至るまでの任意の大きさの粒子の薄膜
を作成することが可能でもある。この方法も、この発明
者らによって提案されている。しかしながら、一方で、
水銀を用いる方法には、 １）人体に有害な物質であるため、健康上の問題が発生
すること、 ２）清浄面作りが難しいこと、 ３）作られた粒子薄膜を他の固体基板に転写することが
必要であること、 等の欠点があった。
板とし、水銀面のなめらかさによって微粒子からより大
きな粒径の粒子に至るまでの任意の大きさの粒子の薄膜
を作成することが可能でもある。この方法も、この発明
者らによって提案されている。しかしながら、一方で、
水銀を用いる方法には、 １）人体に有害な物質であるため、健康上の問題が発生
すること、 ２）清浄面作りが難しいこと、 ３）作られた粒子薄膜を他の固体基板に転写することが
必要であること、 等の欠点があった。
【０００５】この発明は、以上の通りの事情に鑑みてな
されたものであり、前記の欠点を解消し、水銀を展開基
板とすることなく、健康上の害もなく、簡便に清浄面に
任意の粒径の粒子を薄膜として形成することのできる新
しい粒子薄膜の製造法を提供することを目的としてい
る。
されたものであり、前記の欠点を解消し、水銀を展開基
板とすることなく、健康上の害もなく、簡便に清浄面に
任意の粒径の粒子を薄膜として形成することのできる新
しい粒子薄膜の製造法を提供することを目的としてい
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、担持用基板上に液体膜を配設し
た後にこの液体膜上に粒子分散液を液体膜と混合するこ
となく展開し、分散媒と液体膜とを蒸発させて担持用基
板上に粒子薄膜を形成することを特徴とする粒子薄膜の
製造法を提供する。
を解決するものとして、担持用基板上に液体膜を配設し
た後にこの液体膜上に粒子分散液を液体膜と混合するこ
となく展開し、分散媒と液体膜とを蒸発させて担持用基
板上に粒子薄膜を形成することを特徴とする粒子薄膜の
製造法を提供する。
【０００７】
【作用】すなわち、この発明の製造法においては、従来
法のように、基板表面上に直接粒子分散液を展開するこ
とや、もしくは水銀基板上に粒子分散液を展開し、次い
で固体基板に粒子を転写担持させることもなく、固体基
板上にあらかじめ配設した液体膜の作用によって、より
簡便に、精度よく、かつ、効率的に粒子の二次元凝集薄
膜を形成する。
法のように、基板表面上に直接粒子分散液を展開するこ
とや、もしくは水銀基板上に粒子分散液を展開し、次い
で固体基板に粒子を転写担持させることもなく、固体基
板上にあらかじめ配設した液体膜の作用によって、より
簡便に、精度よく、かつ、効率的に粒子の二次元凝集薄
膜を形成する。
【０００８】より具体的には、この発明では、まず各種
の固体基板上に、液体膜を配設する。次いでこの液体膜
の上に粒子分散液を展開し、その後、分散液の分散媒と
液体膜そのものを蒸発させる。その結果、固体基板、つ
まりこの発明の担持用固体基板上に凝集された粒子の薄
膜を形成させる。この方法においては、液体膜を、従来
法の水銀と同様のものとして代替させ、かつ、水銀とは
本質的に相異して、粒子薄膜形成後には蒸発させてしま
うことになる。
の固体基板上に、液体膜を配設する。次いでこの液体膜
の上に粒子分散液を展開し、その後、分散液の分散媒と
液体膜そのものを蒸発させる。その結果、固体基板、つ
まりこの発明の担持用固体基板上に凝集された粒子の薄
膜を形成させる。この方法においては、液体膜を、従来
法の水銀と同様のものとして代替させ、かつ、水銀とは
本質的に相異して、粒子薄膜形成後には蒸発させてしま
うことになる。
【０００９】このため、液体膜は、粒子分散液の媒体と
相溶性のないもの、あるいは相溶性の乏しいものであっ
て、かつ、分散媒よりも比重の大きなものが使用され
る。そして易蒸発性のものを使用する。粒子そのもの
は、金属、無機、有機、それらの複合物からなる任意の
粒子が使用でき、分散媒としても水、有機溶媒等の各種
のものが適宜に使用されることから、粒子と分散媒との
組合わせに応じて、この液体膜を構成することができ
る。
相溶性のないもの、あるいは相溶性の乏しいものであっ
て、かつ、分散媒よりも比重の大きなものが使用され
る。そして易蒸発性のものを使用する。粒子そのもの
は、金属、無機、有機、それらの複合物からなる任意の
粒子が使用でき、分散媒としても水、有機溶媒等の各種
のものが適宜に使用されることから、粒子と分散媒との
組合わせに応じて、この液体膜を構成することができ
る。
【００１０】たとえば、より具体的に例示すると、各種
の分散媒に対して汎用なものとして、液体膜には弗化炭
化水素またはそれらの誘導体が使用できる。（ポリ）フ
ルオロハイドロカーボン、（ポリ）フルオロエーテル、
（ポリ）フルオロエステル、（ポリ）フルオロ（ポリ）
クロロハイドロカーボン、（ポリ）フルオロ（ポリ）ク
ロロエーテル等の各種のものが例示される。
の分散媒に対して汎用なものとして、液体膜には弗化炭
化水素またはそれらの誘導体が使用できる。（ポリ）フ
ルオロハイドロカーボン、（ポリ）フルオロエーテル、
（ポリ）フルオロエステル、（ポリ）フルオロ（ポリ）
クロロハイドロカーボン、（ポリ）フルオロ（ポリ）ク
ロロエーテル等の各種のものが例示される。
【００１１】これらは単一または複数種の混合物として
使用してもよいし、分散媒との濡れ性を向上するため
に、（ポリ）フルオロアミン、（ポリ）フルオロエーテ
ルアミン、フルオロエステルスルホネート等の弗化界面
活性剤やフルオロアルコール等をさらに添加してもよ
い。液体膜の膜厚については、特に限定されることはな
いが、微粒子薄膜の形成時には、通常は、１mm以下程度
とするのが好ましい。
使用してもよいし、分散媒との濡れ性を向上するため
に、（ポリ）フルオロアミン、（ポリ）フルオロエーテ
ルアミン、フルオロエステルスルホネート等の弗化界面
活性剤やフルオロアルコール等をさらに添加してもよ
い。液体膜の膜厚については、特に限定されることはな
いが、微粒子薄膜の形成時には、通常は、１mm以下程度
とするのが好ましい。
【００１２】たとえばこのような液体膜の使用によっ
て、水銀表面と同様の平坦さを確保することができ、固
体基板の表面粗さに依存することなく、各種粒径の粒子
の薄膜形成が可能となる。蒸発は自然蒸発、もしくは加
熱によってもよい。図１および図２は、この発明の方法
による薄膜製造を例示した概念図であって、図１は、弗
化炭化水素（フッ化オイル）液体膜上に展開した分散媒
中の粒子が凝集していく様子を示したものである。フッ
化オイルは、水や有機溶媒に不溶であるため、粒子分散
媒中の粒子は、異なる２つの媒体にはさまれることによ
って、毛管力や蒸発による粒子凝集が起こり、薄膜が生
成される。この凝集の原理については、すでにこの発明
者が報告している。また、フッ化オイルは、高い蒸発性
を持つため、その蒸発によって、図２のように、担持用
固体基板上に粒子薄膜が形成、担持される。
て、水銀表面と同様の平坦さを確保することができ、固
体基板の表面粗さに依存することなく、各種粒径の粒子
の薄膜形成が可能となる。蒸発は自然蒸発、もしくは加
熱によってもよい。図１および図２は、この発明の方法
による薄膜製造を例示した概念図であって、図１は、弗
化炭化水素（フッ化オイル）液体膜上に展開した分散媒
中の粒子が凝集していく様子を示したものである。フッ
化オイルは、水や有機溶媒に不溶であるため、粒子分散
媒中の粒子は、異なる２つの媒体にはさまれることによ
って、毛管力や蒸発による粒子凝集が起こり、薄膜が生
成される。この凝集の原理については、すでにこの発明
者が報告している。また、フッ化オイルは、高い蒸発性
を持つため、その蒸発によって、図２のように、担持用
固体基板上に粒子薄膜が形成、担持される。
【００１３】なお、上記フッ化オイルは、生物学的に不
活性であるため、人体への影響はない。もちろん、上記
の弗化炭化水素（フッ化オイル）を用いる場合でも、図
１に示した媒体、すなわち媒体Ｉ、媒体II（粒子分散液
媒体）、媒体III （フッ化オイル他）と基板との組合わ
せについては各種可能であって、たとえば表１に示すこ
ともできる。
活性であるため、人体への影響はない。もちろん、上記
の弗化炭化水素（フッ化オイル）を用いる場合でも、図
１に示した媒体、すなわち媒体Ｉ、媒体II（粒子分散液
媒体）、媒体III （フッ化オイル他）と基板との組合わ
せについては各種可能であって、たとえば表１に示すこ
ともできる。
【００１４】
【表１】
【００１５】また、この発明において固体基板上に形成
担持された粒子薄膜は、加熱、光照射、化学反応等の各
種手段によって基板と、そして粒子相互とも固定するこ
とができ、これを各種応用することや、さらには、三次
元の粒子薄膜の積層形成も可能とする。粒子分散液の混
合比については、特に限定されないが、通常は、容積比
で０．１〜０．００１程度とするのが好ましい。
担持された粒子薄膜は、加熱、光照射、化学反応等の各
種手段によって基板と、そして粒子相互とも固定するこ
とができ、これを各種応用することや、さらには、三次
元の粒子薄膜の積層形成も可能とする。粒子分散液の混
合比については、特に限定されないが、通常は、容積比
で０．１〜０．００１程度とするのが好ましい。
【００１６】そして、この発明者がすでに提案している
ように、粒径の異なる粒子による所定の面パターンの粒
子凝集からなる薄膜もこの発明の方法によって形成され
る。以下実施例を示し、さらにこの発明について詳しく
説明する。
ように、粒径の異なる粒子による所定の面パターンの粒
子凝集からなる薄膜もこの発明の方法によって形成され
る。以下実施例を示し、さらにこの発明について詳しく
説明する。
【００１７】
【実施例】図３は、この発明の方法を実施するための装
置概念図の一例を示したものである。たとえばこの図３
に例示したように、この装置では、担持用固体基板
（３）の上に液体膜（２）を塗布等の手段によって薄く
配設し、さらにその上に、水性粒子分散液（１）を展開
する。その後、支持台（５）によって支えられたテフロ
ンセル（４）とセルカバー（６）とで囲われた中の窒素
ガス等の雰囲気ガス（７）のガス圧、及び水蒸気圧を適
度に制御することによって、分散液（１）の媒体の蒸発
によって液膜厚を減少させて粒子を凝集させ、粒子の薄
膜を形成するとともに液体膜（２）の蒸発によって、転
写担持用固体基板（３）に粒子薄膜を形成担持する。
置概念図の一例を示したものである。たとえばこの図３
に例示したように、この装置では、担持用固体基板
（３）の上に液体膜（２）を塗布等の手段によって薄く
配設し、さらにその上に、水性粒子分散液（１）を展開
する。その後、支持台（５）によって支えられたテフロ
ンセル（４）とセルカバー（６）とで囲われた中の窒素
ガス等の雰囲気ガス（７）のガス圧、及び水蒸気圧を適
度に制御することによって、分散液（１）の媒体の蒸発
によって液膜厚を減少させて粒子を凝集させ、粒子の薄
膜を形成するとともに液体膜（２）の蒸発によって、転
写担持用固体基板（３）に粒子薄膜を形成担持する。
【００１８】実際に、この装置を用い、 perfluorometh
yldecaline（ＰＦＭＤ）（〜１００μｌ）を使用して液
体膜（〜１mm）とし、粒子として、１．７μｍのポリエ
チレン球を使用して、その容積比０．０１〜０．００１
程度の水性分散液（〜５０μｌ）を使用して粒子薄膜を
形成した。液体膜のための前記ＰＦＭＤ（ローンプーラ
ンＳ．Ａ．，pp−７）の物性は次の通りであった。
yldecaline（ＰＦＭＤ）（〜１００μｌ）を使用して液
体膜（〜１mm）とし、粒子として、１．７μｍのポリエ
チレン球を使用して、その容積比０．０１〜０．００１
程度の水性分散液（〜５０μｌ）を使用して粒子薄膜を
形成した。液体膜のための前記ＰＦＭＤ（ローンプーラ
ンＳ．Ａ．，pp−７）の物性は次の通りであった。
【００１９】ρ25°＝ １．９４ｇ／cm3 Ｔｂ ＝ １４１℃ Ｔｍ ＝ −１０℃ Ｍｗ ＝ ５１２．０７Ｄａ 表面張力（空気）＝ １９．２ｍＮ／ｍ 表面張力（水） ＝ ５３．４ｍＮ／ｍ また、ガス雰囲気として窒素（Ｎ2 ）を使用し、その圧
力は１気圧とした。自然蒸発によって粒子薄膜を形成し
た。
力は１気圧とした。自然蒸発によって粒子薄膜を形成し
た。
【００２０】図４は、１．７μｍポリスチレン球が島状
の凝集体としてＰＦＭＤ上の水分散液中に形成されてい
く様子を示した光学顕微鏡写真像図（×５１０）であ
り、また、図５は、ガラス基板上に担持した後の粒子薄
膜の形成状態を示した光学顕微鏡写真像図（×５１０）
である。１．７μｍポリスチレン球粒子の二次元凝集し
た粒子一層の薄膜がガラス基板上に形成された。
の凝集体としてＰＦＭＤ上の水分散液中に形成されてい
く様子を示した光学顕微鏡写真像図（×５１０）であ
り、また、図５は、ガラス基板上に担持した後の粒子薄
膜の形成状態を示した光学顕微鏡写真像図（×５１０）
である。１．７μｍポリスチレン球粒子の二次元凝集し
た粒子一層の薄膜がガラス基板上に形成された。
【００２１】同様にして、３．５μｍ、５．５μｍの各
々のポリスチレン球粒子の二次元凝集薄膜も製造した。
々のポリスチレン球粒子の二次元凝集薄膜も製造した。
【００２２】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明の製
造法によって、従来使用していた水銀を用いることな
く、粒子薄膜の平坦さを保ちつつ、また、粒子薄膜を他
の転写基板に移すことなく、精度よく、効率的に粒子薄
膜を固体基板に形成担持させることが可能となる。
造法によって、従来使用していた水銀を用いることな
く、粒子薄膜の平坦さを保ちつつ、また、粒子薄膜を他
の転写基板に移すことなく、精度よく、効率的に粒子薄
膜を固体基板に形成担持させることが可能となる。
【図１】この発明の製造法の概要を、分散液中の粒子の
凝集状態として例示した概念図である。
凝集状態として例示した概念図である。
【図２】図２の状態に続く、基板上への粒子薄膜の形成
状態を例示した概念図である。
状態を例示した概念図である。
【図３】この発明の製造法の実施のための装置例を示し
た断面図である。
た断面図である。
【図４】実施例としての水分散液中のポリスチレン粒子
の凝集を示した光学顕微鏡写真像図である。
の凝集を示した光学顕微鏡写真像図である。
【図５】実施例としての基板上へのポリスチレン粒子の
薄膜形成を示した光学顕微鏡写真像図である。
薄膜形成を示した光学顕微鏡写真像図である。
１ 粒子分散液 ２ 液体膜 ３ 転写担持用固体基板 ４ テフロンセル ５ 支持台 ６ セルカバー ７ 雰囲気ガス
Claims (3)
- 【請求項１】 担持用基板上に液体膜を配設した後にこ
の液体膜上に粒子分散液を液体膜と混合することなく展
開し、分散媒と液体膜とを蒸発させて担持用基板上に粒
子薄膜を形成することを特徴とする粒子薄膜の製造法。 - 【請求項２】 相溶性に乏しい液体膜と粒子分散液の媒
体とからなる請求項１の製造法。 - 【請求項３】 液体膜が弗化炭化水素またはその誘導体
を含有するものからなる請求項１の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12984093A JP2828384B2 (ja) | 1993-05-31 | 1993-05-31 | 粒子薄膜の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12984093A JP2828384B2 (ja) | 1993-05-31 | 1993-05-31 | 粒子薄膜の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06339625A JPH06339625A (ja) | 1994-12-13 |
| JP2828384B2 true JP2828384B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=15019540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12984093A Expired - Lifetime JP2828384B2 (ja) | 1993-05-31 | 1993-05-31 | 粒子薄膜の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2828384B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2575867B (en) | 2018-07-27 | 2020-12-30 | Murata Manufacturing Co | Variable DC-DC converter and no-load clamp |
-
1993
- 1993-05-31 JP JP12984093A patent/JP2828384B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06339625A (ja) | 1994-12-13 |
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