JP3268004B2 - Method for producing fine particle-dispersed glass for nonlinear optical material - Google Patents

Method for producing fine particle-dispersed glass for nonlinear optical material

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JP3268004B2 JP08968492A JP8968492A JP3268004B2 JP 3268004 B2 JP3268004 B2 JP 3268004B2 JP 08968492 A JP08968492 A JP 08968492A JP 8968492 A JP8968492 A JP 8968492A JP 3268004 B2 JP3268004 B2 JP 3268004B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学材料用微粒
子分散ガラスの製造方法に関し、特に、金属酸化物微粒
子を分散析出させたガラスの製造方法に関する。本発明
の微粒子分散ガラスは、光スイッチや光波長変換素子
等、光情報分野において用いられる大きな非線形光学効
果を有するガラス材料として利用される。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing fine-particle-dispersed glass for nonlinear optical materials, and more particularly to a method for producing glass in which metal oxide fine particles are dispersed and precipitated. The fine particle-dispersed glass of the present invention is used as a glass material having a large nonlinear optical effect used in the optical information field, such as an optical switch and an optical wavelength conversion element.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体微結晶を含有したガラスが、光
双安定性を有し、ps(ピコ秒)オーダーの光緩和時間
を有し、量子サイズ効果が存在する等の点から、光ス
イッチや、第3高調波発生素子(THG)等に利用可能
な非線形光学材料として注目されている。従来、このよ
うなガラスとして、CdSx Se(1-x) 微結晶や、Cd
S微結晶を含んだ多成分ガラスが知られており、フィル
ターガラスとして市販されている。この半導体含有ガラ
スは、マトリックスとなるガラスの原料と半導体の原料
とを加熱してガラス融液とした後、このガラス融液を急
冷、再加熱処理することにより製造される。
2. Description of the Related Art Glass containing semiconductor microcrystals has optical bistability, has a light relaxation time on the order of ps (picosecond), and has a quantum size effect. , A non-linear optical material that can be used for a third harmonic generation element (THG) and the like. Conventionally, CdS x Se (1-x) microcrystals and Cd
Multicomponent glasses containing S microcrystals are known and are commercially available as filter glasses. The semiconductor-containing glass is manufactured by heating a glass material serving as a matrix and a semiconductor material to form a glass melt, and then rapidly cooling and reheating the glass melt.

【0003】しかし、このような熔融法による従来の半
導体微結晶含有ガラスは、ガラス融液の調製時に半導体
原料の揮発が生じるために半導体微結晶の含有濃度が低
く、非線形光学材料として有用であるとは言い難い。こ
のため、半導体微結晶の含有濃度の向上等を目的とし
て、ゾル−ゲル法、CVD法、スパッタ法、同時蒸着
法、リソグラフィー法、多孔質ガラスの利用等、新しい
ガラス材料作製技術を用いた半導体微結晶含有ガラスの
作製が種々試みられている。
However, the conventional glass containing semiconductor microcrystals produced by such a melting method has a low concentration of semiconductor microcrystals due to volatilization of a semiconductor raw material during preparation of a glass melt, and is useful as a nonlinear optical material. Hard to say. For this reason, in order to improve the content concentration of semiconductor microcrystals, a semiconductor using a new glass material manufacturing technique such as a sol-gel method, a CVD method, a sputtering method, a simultaneous vapor deposition method, a lithography method, and the use of porous glass. Various attempts have been made to produce glass containing microcrystals.

【0004】また同時に、種々の非線形光学特性および
光学特性を有する半導体微結晶含有ガラスを得るため
に、種々の半導体微結晶含有シリカガラスあるいは半導
体微結晶含有多成分ガラスを得る試みがなされている。
At the same time, attempts have been made to obtain various semiconductor microcrystal-containing silica glass or semiconductor microcrystal-containing multi-component glass in order to obtain semiconductor microcrystal-containing glass having various nonlinear optical characteristics and optical characteristics.

【0005】例えば、特開平3−187952号公報に
は、ゾル−ゲル法によるガラスマトリクスにCdS、C
dSe等カルコゲン元素(S、Se、Te)を成分とす
るII−VI化合物半導体や、CuCl等の化合物半導体の
微結晶を析出させたガラス材料が記載されている。しか
し、これら化合物半導体の微結晶を析出させるには、ガ
ラスマトリックスの組成に応じたゾル溶液中に化合物半
導体の成分である金属元素を溶解してゲル化し、この後
カルコゲン元素の含むガス、例えばH2 S、H2 Se
や、塩素含有ガス、例えばHClと接触させたり、カル
コゲン系やClと反応をさせる。このため、製造に際し
て毒性の強いガスを用いるため、製造管理に労力および
複雑な設備を要するとともに、反応の制御も難しく、安
定に多量の化合物半導体を含有させたり、その微結晶の
粒度をシャープかつ安定に保つことが難しい。
For example, JP-A-3-187952 discloses that CdS and CdS are added to a glass matrix by a sol-gel method.
A glass material in which microcrystals of a II-VI compound semiconductor containing a chalcogen element (S, Se, Te) such as dSe or a compound semiconductor such as CuCl are precipitated is described. However, in order to precipitate microcrystals of these compound semiconductors, a metal element which is a component of the compound semiconductor is dissolved in a sol solution corresponding to the composition of the glass matrix to gel, and then a gas containing a chalcogen element, for example, H 2 S, H 2 Se
Or by contacting with a chlorine-containing gas such as HCl, or by reacting with a chalcogen or Cl. For this reason, a highly toxic gas is used in the production, which requires labor and complicated equipment for production management, and it is difficult to control the reaction.It is also possible to stably contain a large amount of compound semiconductors, and to sharpen the particle size of microcrystals. Difficult to keep stable.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、簡易
で、制御の容易な製法で、安全性高く製造できる新規な
非線形光学材料用微粒子分散ガラスの製造方法を提供す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a novel method for producing a fine particle-dispersed glass for a nonlinear optical material, which can be produced with a simple and easy-to-control production method and with high safety.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
(1)〜(4)の本発明により達成される。 (1) SiO2を主成分とするガラスマトリックス中
に、2〜5eVのバンドギャップをもつInもしくはSn
の酸化物またはInもしくはSnの複合酸化物である金
属酸化物の平均粒径1〜20nmの微粒子を含む非線形光
学材料用微粒子分散ガラスを得るに際し、前記ガラスマ
トリックスに応じた組成のゾル溶液に、前記金属酸化物
を構成する金属を含有させ、これをウェットゲルとし、
さらにドライゲルとし、次いでガラス化して非線形光学
材料用微粒子分散ガラスを得る非線形光学材料用微粒子
分散ガラスの製造方法。 (2) SiO2を主成分とするガラスマトリックス中
に、2〜5eVのバンドギャップをもつInもしくはSn
の酸化物またはInもしくはSnの複合酸化物である金
属酸化物の平均粒径1〜20nmの微粒子を含む非線形光
学材料用微粒子分散ガラスを得るに際し、前記ガラスマ
トリックスに応じた組成のゾル溶液をゲル化してウェッ
トゲルとし、このウェットゲル中に前記金属酸化物を構
成する金属を含有させ、これをドライゲルとしたのちガ
ラス化して非線形光学材料用微粒子分散ガラスを得る非
線形光学材料用微粒子分散ガラスの製造方法。 (3) SiO2を主成分とするガラスマトリックス中
に、2〜5eVのバンドギャップをもつInもしくはSn
の酸化物またはInもしくはSnの複合酸化物である金
属酸化物の平均粒径1〜20nmの微粒子を含む非線形光
学材料用微粒子分散ガラスを得るに際し、前記ガラスマ
トリックスに応じた組成のゾル溶液からドライゲルを
得、このドライゲル中に前記金属酸化物を構成する金属
を含有させ、これをガラス化して非線形光学材料用微粒
子分散ガラスを得る非線形光学材料用微粒子分散ガラス
の製造方法。 (4) 前記微粒子が0.1〜15モル%含有される上
記(1)〜(3)のいずれかのの非線形光学材料用微粒
子分散ガラスの製造方法。
This and other objects are achieved by the present invention which is defined below as (1) to (4). (1) In or Sn having a band gap of 2 to 5 eV in a glass matrix containing SiO 2 as a main component.
When obtaining a fine particle-dispersed glass for a nonlinear optical material containing fine particles having an average particle diameter of 1 to 20 nm of an oxide or a metal oxide that is a composite oxide of In or Sn, a sol solution having a composition according to the glass matrix, The metal constituting the metal oxide is contained, and this is made into a wet gel,
A method for producing a fine particle-dispersed glass for a non-linear optical material, which is further made into a dry gel and then vitrified to obtain a fine particle-dispersed glass for a non-linear optical material. (2) In or Sn having a band gap of 2 to 5 eV in a glass matrix containing SiO 2 as a main component.
When obtaining a fine particle-dispersed glass for a nonlinear optical material containing fine particles having a mean particle size of 1 to 20 nm of a metal oxide which is an oxide of In or Sn, a sol solution having a composition corresponding to the glass matrix is gelled. Production of fine particle-dispersed glass for non-linear optical material to obtain a wet gel, to contain the metal constituting the metal oxide in the wet gel, to form a dry gel, and then to vitrify to obtain fine-particle dispersed glass for non-linear optical material Method. (3) In or Sn having a band gap of 2 to 5 eV in a glass matrix containing SiO 2 as a main component.
When obtaining a fine particle-dispersed glass for a nonlinear optical material containing fine particles having an average particle diameter of 1 to 20 nm of a metal oxide which is an oxide or a composite oxide of In or Sn, a dry gel is prepared from a sol solution having a composition corresponding to the glass matrix. A method for producing a fine particle-dispersed glass for a non-linear optical material, wherein the metal constituting the metal oxide is contained in the dry gel, and the glass is vitrified to obtain a fine-particle-dispersed glass for a non-linear optical material. (4) The method according to any one of the above (1) to (3), wherein the fine particles are contained in an amount of 0.1 to 15 mol%.

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【作用】本発明の微粒子分散ガラスでは、金属酸化物の
微粒子が3次元的に閉じ込められた結果、金属酸化物の
バルク体より高いエネルギーギャップ値を有し、エキシ
トン閉じ込め効果による量子効果が現れる。この結果、
光双安定性とpsオーダーの光緩和時間をもつ非線形光学
材料が実現し、光スイッチやTHG等の光波長変換素子
に適用できる。
In the fine particle-dispersed glass of the present invention, as a result of the three-dimensional confinement of the metal oxide fine particles, the glass has a higher energy gap value than that of the metal oxide bulk material, and a quantum effect due to the exciton confinement effect appears. As a result,
A nonlinear optical material having optical bistability and optical relaxation time on the order of ps is realized, and can be applied to an optical switch or an optical wavelength conversion element such as THG.

【0014】[0014]

【具体的構成】以下、本発明の具体的構成について詳細
に説明する。
[Specific Configuration] Hereinafter, a specific configuration of the present invention will be described in detail.

【0015】本発明の微粒子分散ガラスは金属酸化物の
微粒子結晶を含有する。用いる金属酸化物は、バルクで
のバンドギャップが2〜5eVのものである。
The fine particle-dispersed glass of the present invention contains fine particles of metal oxide. The metal oxide used has a band gap of 2 to 5 eV in bulk.

【0016】このような金属酸化物としては、In、S
n、Sb、Zn、Ti、Baの酸化物、例えばIn2
3 、SnO2 、Sb25 、あるいはこれらの複合酸化
物(In231-x (SnO2x (0<x≦0.
1)、(SnO21-x (Sb25X (0<x≦
0.1)を挙げることができる。特に酸化インジウムI
23 あるいはインジウム−スズ複合酸化物In2
3 −SnO2 とりわけ(In231-x (SnO2
x (0<x≦0.1)は製造が容易であり好ましい。
As such a metal oxide, In, S
oxides of n, Sb, Zn, Ti, Ba, for example, In 2 O
3 , SnO 2 , Sb 2 O 5 , or a complex oxide thereof (In 2 O 3 ) 1-x (SnO 2 ) x (0 <x ≦ 0.
1), (SnO 2 ) 1-x (Sb 2 O 5 ) X (0 <x ≦
0.1). Especially indium oxide I
n 2 O 3 or indium-tin composite oxide In 2 O
3 -SnO 2 especially (In 2 O 3) 1- x (SnO 2)
x (0 <x ≦ 0.1) is preferable because of easy production.

【0017】このような金属酸化物微粒子の平均粒径は
1〜20nm、好ましくは2〜10nmである。このような
平均粒径で量子サイズ効果が実現する。金属酸化物微粒
子の含有量は、後述のガラスマトリックスを構成する酸
化物と、微粒子金属酸化物との含有量をそれぞれモル量
で算出したとき、0.1〜15モル%、特に1〜10モ
ル%であることが好ましい。含有量が少なすぎると、非
線形光学材料としての有用性がうすれ、多すぎると、ク
ラックが発生したりしてガラス化できなかったり、結晶
化を生じて不透明化したりする。なお、微粒子結晶の平
均粒径は、X線回析スペクトルから、シェラーの式によ
って求めることができる。
The average particle size of such metal oxide fine particles is 1 to 20 nm, preferably 2 to 10 nm. The quantum size effect is realized with such an average particle size. The content of the metal oxide fine particles is 0.1 to 15 mol%, particularly 1 to 10 mol, when the contents of the oxide constituting the glass matrix described later and the content of the fine particle metal oxide are respectively calculated in molar amounts. %. If the content is too small, the usefulness as a nonlinear optical material is diminished. If the content is too large, cracks are generated and vitrification cannot be performed, or crystallization occurs and opacity occurs. The average particle size of the fine crystal particles can be determined from the X-ray diffraction spectrum according to Scherrer's formula.

【0018】本発明の微粒子分散ガラスのガラスマトリ
ックスは、SiO2 を主成分とし、副成分として少なく
ともZrO2 、TiO2 、Al23 、GeO2 、Na
2 O、K2 O、Li2 O、MgO、ZnO、CaO、P
bO、BaO、B23 、P25 、SrOおよびLa
23 からなる群から選択される少なくとも1種の酸化
物を含むものであることが好ましい。このような場合、
後述のゾル−ゲル法によって本発明のガラスを作製する
ときには、これらのうち、SiO2 を85〜100モル
%、特に90〜100モル%含有するものであることが
好ましい。
The glass matrix of the fine particle-dispersed glass of the present invention has SiO 2 as a main component and at least ZrO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , GeO 2 , Na
2 O, K 2 O, Li 2 O, MgO, ZnO, CaO, P
bO, BaO, B 2 O 3 , P 2 O 5, SrO and La
It preferably contains at least one oxide selected from the group consisting of 2 O 3 . In such a case,
Sol later - when making the glass of the present invention by gel process, and of these, the SiO 2 85 to 100 mol%, and preferably contains in particular 90 to 100 mol%.

【0019】このような本発明の微粒子分散ガラスは、
例えば特開平3−164726号公報に記載されたよう
な多孔質ガラスを用いた方法等、種々の方法で製造可能
である。ただし、微粒子の含有濃度を高くすることがで
き、微粒子の大きさの制御が容易であり、得られるガラ
スの形状の自由度が高い等の点で、ゾル−ゲル法により
製造する。
Such a fine particle-dispersed glass of the present invention comprises:
For example, it can be manufactured by various methods such as a method using a porous glass as described in JP-A-3-164726. However, it is manufactured by a sol-gel method in that the content concentration of the fine particles can be increased, the size of the fine particles can be easily controlled, and the obtained glass has a high degree of freedom in shape.

【0020】ゾル−ゲル法により本発明の微粒子分散ガ
ラスを製造するには、下記の方法をとることが好まし
い。
In order to produce the fine particle-dispersed glass of the present invention by the sol-gel method, the following method is preferably employed.

【0021】すなわち、微粒子金属酸化物の原料となる
金属元素の可溶性塩を含むドライゲルを得、このドライ
ゲルをガラス化して、ガラスマトリックス中に金属酸化
物微粒子結晶を分散析出させる。あるいは、ドライゲル
とする前に、ガラスマトリックスの組成に応じたゾル溶
液をゲル化させてウェットゲルとし、このウェットゲル
に微粒子金属酸化物の原料となる金属元素が溶解した溶
液を含ませてからドライゲルとし、このドライゲルをガ
ラス化して、金属酸化物微粒子結晶を分散析出させれば
よい。さらには、ゾル溶液に微粒子金属酸化物の原料と
なる金属元素が溶解した溶液を含ませてから、これらウ
エットゲルおよびドライゲルとし、これをガラス化して
もよい。
That is, a dry gel containing a soluble salt of a metal element as a raw material of the fine metal oxide is obtained, and the dry gel is vitrified to disperse and precipitate fine metal oxide crystals in a glass matrix. Alternatively, before forming a dry gel, a sol solution corresponding to the composition of the glass matrix is gelled to form a wet gel, and the wet gel contains a solution in which a metal element serving as a raw material of the fine particle metal oxide is dissolved, and then the dry gel is formed. The dry gel may be vitrified to disperse and precipitate metal oxide fine particle crystals. Furthermore, after the sol solution contains a solution in which a metal element as a raw material of the fine particle metal oxide is dissolved, these wet gel and dry gel may be formed and vitrified.

【0022】このような方法により本発明の微粒子分散
ガラスを製造する場合、微粒子金属酸化物の原料となる
金属元素を含むドライゲルは、この金属元素の金属単
体、金属酸化物、金属ハロゲン化物、無機酸塩(硝酸
塩、燐酸塩等)、有機酸塩(酢酸塩、蓚酸塩等)、金属
有機化合物(金属アルコキシド、アルキル金属化合物
等)、金属錯体(キレート化合物等)等を用いて、その
まま、あるいは水溶液、有機溶媒溶液または無機溶媒溶
液とし、これと、ガラスマトリックスの組成に対応する
ゾル溶液とを混合した後、ゲル化、乾燥させることによ
り、得ることができる。この場合、金属の可溶性化合物
を用いることが好ましく、ゾル−ゲル反応は、水系溶媒
を用いるので、特に、ハロゲン化物、無機酸塩、有機酸
塩等の水溶性金属塩を用いることが好ましい。
When the fine particle-dispersed glass of the present invention is produced by such a method, the dry gel containing a metal element as a raw material of the fine particle metal oxide is composed of a single metal of the metal element, a metal oxide, a metal halide, and an inorganic metal. Using acid salts (nitrates, phosphates, etc.), organic acid salts (acetates, oxalates, etc.), metal organic compounds (metal alkoxides, alkyl metal compounds, etc.), metal complexes (chelate compounds, etc.), etc., or It can be obtained by preparing an aqueous solution, an organic solvent solution or an inorganic solvent solution, mixing this with a sol solution corresponding to the composition of the glass matrix, gelling and drying. In this case, it is preferable to use a soluble compound of the metal, and since the sol-gel reaction uses an aqueous solvent, it is particularly preferable to use a water-soluble metal salt such as a halide, an inorganic acid salt, and an organic acid salt.

【0023】ガラスマトリックスの組成に対応するウェ
ットゲルに微粒子金属酸化物の原料となる金属元素が溶
解した溶液を含ませるにあたっては、このウェットゲル
に前記の金属元素を含む溶液を添加する方法、ウェット
ゲルを前記の溶液に浸漬する方法等をとることができ
る。
When the wet gel corresponding to the composition of the glass matrix contains a solution in which the metal element serving as the raw material of the fine particle metal oxide is dissolved, a method of adding the solution containing the metal element to the wet gel may be used. A method of immersing the gel in the above solution can be used.

【0024】用いるゾル溶液の組成は、微粒子分散ガラ
スの用途や、要求される反射率、屈折率、熱膨張率、耐
候性等の特性に応じて最適の組成を選択することができ
る。
The optimal composition of the sol solution to be used can be selected according to the use of the fine particle-dispersed glass and the required properties such as the reflectance, refractive index, thermal expansion coefficient and weather resistance.

【0025】すなわち、SiO2 、ZrO2 、TiO
2 、Al23 、GeO2 、Na2 O、K2 O、Li2
O、MgO、ZnO、CaO、PbO、BaO、B2
3 、P25 、SrOおよびLa23 に対応するアル
コキシドおよび/またはその誘導体、例えば、メチルト
リエトキシシラン、3−アミノプロプルトリエトキシシ
ラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン等を原
料とし、これらの原料を目的とするガラスマトリックス
の組成に応じて配合することにより、ゾル溶液を調製す
ることができる。このゾル溶液に微粒子金属酸化物原料
を含ませる場合の添加時期は、アルコキシドやその誘導
体の加水分解前、中、後のいずれでもよい。
That is, SiO 2 , ZrO 2 , TiO
2 , Al 2 O 3 , GeO 2 , Na 2 O, K 2 O, Li 2
O, MgO, ZnO, CaO, PbO, BaO, B 2 O
3 , an alkoxide corresponding to P 2 O 5 , SrO and La 2 O 3 and / or a derivative thereof, for example, methyltriethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, trifluoropropyltrimethoxysilane or the like as a raw material; A sol solution can be prepared by blending these raw materials according to the desired composition of the glass matrix. When adding the fine particle metal oxide raw material to the sol solution, the timing of addition may be before, during, or after hydrolysis of the alkoxide or its derivative.

【0026】ゾル溶液のウェットゲル化およびウェット
ゲルのドライゲル化は、通常のゾル−ゲル法における処
理を用いればよい。すなわち、まずゾル溶液を加水分解
して、ウェットゲル化させる。加水分解は、アルコキシ
ドや、その誘導体と水とを混合し、攪拌することにより
行われる。また、Siアルコキシドやその誘導体と他の
金属アルコキシドやその誘導体とを併用する場合には、
加水分解速度の遅いSiアルコキシドやその誘導体を先
に加水分解した後、他の金属アルコキシドおよび/また
はその誘導体を加えて混合し、さらに加水分解すること
もできる。
The formation of a wet gel of a sol solution and the formation of a dry gel of a wet gel may be performed by a treatment in a usual sol-gel method. That is, the sol solution is first hydrolyzed to form a wet gel. The hydrolysis is performed by mixing the alkoxide or its derivative with water and stirring. Also, when using a combination of Si alkoxide and its derivative with another metal alkoxide and its derivative,
After hydrolyzing a Si alkoxide or its derivative having a low hydrolysis rate first, another metal alkoxide and / or its derivative may be added and mixed, followed by further hydrolysis.

【0027】なお、微粒子金属酸化物の原料は、前記の
とおりアルコキシドやその誘導体の加水分解前、中、後
のいかんにかかわらず加えることができるが、添加の時
期はその原料の性質によって選択される。また、ゲル化
以前のゾル溶液において溶解し、均質となるものであれ
ば、必ずしも溶液として添加する必要はない。
As described above, the raw material for the fine metal oxide can be added before, during or after the hydrolysis of the alkoxide or its derivative, but the timing of addition depends on the nature of the raw material. You. It is not always necessary to add as a solution as long as it is dissolved in the sol solution before gelation and becomes homogeneous.

【0028】加水分解に使用される水の量は、主原料と
するアルコキシドやその誘導体の種類にもよるが、アル
コキシドやその誘導体のモル量の2倍以上が好ましく、
さらに多量の水を使用することによって、加水分解時間
を調節することもできる。さらに、加水分解時に触媒と
して塩酸、硝酸、酢酸等の酸や、NH4 OH、ピリジ
ン、ピペラジン等の塩基を使用することで反応時間を短
縮することができる。触媒の量は、アルコキシドやその
誘導体のモル量の1×10-3〜1倍程度とすればよい。
また、ジメチルホルムアミド等の安定剤を添加してもよ
い。
The amount of water used for the hydrolysis depends on the type of the alkoxide or its derivative as the main raw material, but is preferably at least twice the molar amount of the alkoxide or its derivative.
By using a larger amount of water, the hydrolysis time can be adjusted. Furthermore, the reaction time can be shortened by using an acid such as hydrochloric acid, nitric acid or acetic acid or a base such as NH 4 OH, pyridine or piperazine as a catalyst during the hydrolysis. The amount of the catalyst may be about 1 × 10 −3 to 1 times the molar amount of the alkoxide or its derivative.
Further, a stabilizer such as dimethylformamide may be added.

【0029】加水分解は室温から100℃程度に加熱す
ることで反応時間を調整することができる。ただし、温
度が高すぎると、溶媒、水、アルコキシド等の急激な蒸
発が生じるので、その場合には、冷却器を使用し加熱還
流を行うことで溶媒等の蒸発を防ぐことができる。この
ような加水分解処理を施すことにより、ウェットゲルを
得ることができる。
In the hydrolysis, the reaction time can be adjusted by heating from room temperature to about 100 ° C. However, if the temperature is too high, rapid evaporation of the solvent, water, alkoxide and the like will occur. In such a case, evaporation of the solvent and the like can be prevented by performing heating and reflux using a cooler. By performing such a hydrolysis treatment, a wet gel can be obtained.

【0030】ウェットゲルに金属酸化物微粒子原料を含
ませる場合は、前述のように、ウェットゲルに原料を含
む溶液を添加するか、ウェットゲルに原料を含む溶液に
浸漬することが好ましい。
When the raw material of the metal oxide fine particles is contained in the wet gel, it is preferable to add a solution containing the raw material to the wet gel or to immerse the raw material in the solution containing the raw material in the wet gel as described above.

【0031】ウェットゲルをドライゲル化する際の乾燥
時間は、ウェットゲルの大きさ、形状、残留する水分
量、乾燥温度等にもよるが、通常、10時間〜1週間程
度でよい。その後、徐々に温度を上げ150℃まで加熱
すると、残留水分のより少ないドライゲルが得られる。
The drying time for converting the wet gel into a dry gel depends on the size and shape of the wet gel, the amount of residual water, the drying temperature, etc., but is usually about 10 hours to 1 week. Thereafter, when the temperature is gradually raised to 150 ° C., a dry gel with less residual moisture is obtained.

【0032】この後、ドライゲルをガラス化する。この
際の熱処理により金属酸化物微粒子を成長あるいは分散
析出させる。熱処理は、大気中や酸化雰囲気中で400
〜1200℃で加熱することが好ましい。この熱処理に
より、粒子結晶の成長あるいは分散析出と、ドライゲル
のガラス化とが起こり、金属酸化物微粒子が分散析出し
たガラスを得ることができる。なお、熱処理は、大気雰
囲気中で900〜1100℃にて、1〜50時間程度行
うことが好ましい。
Thereafter, the dry gel is vitrified. The metal oxide fine particles are grown or dispersed and deposited by the heat treatment at this time. The heat treatment is performed in air or an oxidizing atmosphere at 400
It is preferred to heat at ~ 1200 ° C. By this heat treatment, growth or dispersion precipitation of the particle crystals and vitrification of the dry gel occur, and a glass in which metal oxide fine particles are dispersed and precipitated can be obtained. Note that the heat treatment is preferably performed in an air atmosphere at 900 to 1100 ° C. for about 1 to 50 hours.

【0033】このようにして、本発明のガラスが得られ
るが、基板上に膜構造として成膜したり、ファイバー、
チップ等任意の形状に成形したりすることができる。
In this manner, the glass of the present invention can be obtained.
It can be formed into any shape such as a chip.

【0034】[0034]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail by showing specific examples of the present invention.

【0035】実施例1 プロピレン製ビーカーにて、SnCl2 ・2H2 Oのエ
タノール溶液を調製した。エタノールは11.68ml秤
取し、これにそれぞれ0.0380g 、0.0564g
、0.0760g および0.1520g のSnCl2
・2H2 Oを溶解した。
Example 1 An ethanol solution of SnCl 2 .2H 2 O was prepared in a propylene beaker. 11.68 ml of ethanol was weighed, and 0.0380 g and 0.0564 g of ethanol were respectively weighed.
, 0.0760 g and 0.1520 g of SnCl 2
- was dissolved 2H 2 O.

【0036】次いで、これを攪拌しながら、In(NO
32 ・3H2 Oと、7.80mlのジメチルホルムアミ
ド(DMF)と、23.45mlのSi(OC254
とを添加した。In(NO32 ・3H2 Oは、SnC
2 の添加量に応じ、それぞれ0.660g 、0.99
0g 、1.320g および2.640g とした。これら
の添加量は、Si(OC25 )4に対し、92モルI
23 ・8モルSnO2 )のインジウム・スズオキサ
イド(ITO)のそれぞれ2、3、4および8モル%に
対応する。
Next, while stirring this, In (NO
3) 2 · 3H 2 O, and 7.80ml of dimethylformamide (DMF), 23.45ml of Si (OC 2 H 5) 4
Was added. In (NO 3 ) 2 .3H 2 O is SnC
Depending on the amount of l 2, respectively 0.660 g, of 0.99
0 g, 1.320 g and 2.640 g. These addition amounts are 92 mol I with respect to Si (OC 2 H 5 ) 4.
n 2 O 3 .8 mol SnO 2 ) corresponds to 2, 3, 4 and 8 mol% of indium tin oxide (ITO), respectively.

【0037】攪拌を続けながら、24.8mlのH2 Oと
14.5N硝酸水溶液0.5mlとを添加し、70℃にて
1.5時間さらに攪拌を続け、加水分解反応を行った。
この溶液をテフロン容器に10ml程度分取し、55℃に
て5日間、乾燥を行ってドライゲル化した。この後、9
00〜1100℃で5〜24時間熱処理してガラス化し
た。
While stirring was continued, 24.8 ml of H 2 O and 0.5 ml of 14.5N aqueous nitric acid solution were added, and stirring was further continued at 70 ° C. for 1.5 hours to carry out a hydrolysis reaction.
About 10 ml of this solution was dispensed into a Teflon container and dried at 55 ° C. for 5 days to form a dry gel. After this, 9
It heat-processed at 00-1100 degreeC for 5 to 24 hours, and vitrified.

【0038】得られたガラスサンプルのITO組成と含
有量を化学分析したところ、ほぼ配合比どおりの組成で
あった。また、得られたガラスサンプルのX線回析(X
RD)と、透過型電子顕微鏡(TEM)観察を行った。
さらに、吸収端の測定を行った。
When the ITO composition and the content of the obtained glass sample were chemically analyzed, the composition was almost the same as the compounding ratio. In addition, X-ray diffraction (X
RD) and transmission electron microscope (TEM) observation.
Further, the absorption edge was measured.

【0039】各サンプルの吸収端のバンドギャップエネ
ルギーを表1に示す。また、XRDを図2に示す。図2
に示されるように、XRDスペクトルでは、In23
の微粒子結晶の30.5°の(222)のピーク、5.
4°の(400)のピークおよび50.9°の(44
0)のピークが観察される。そこで、30.5°の(2
22)のピークの半値巾からシェラーの式を用いITO
微粒子結晶の平均粒径を求めた。結果を表1に併記す
る。また、このようにして求めた平均粒径xとしたと
き、1/x2 と、バンドギャップエネルギーEgとの関
係をプロットした。結果を図1に示す。図1に示される
結果から、量子サイズ効果が発現していることがわか
る。
Table 1 shows the band gap energy at the absorption edge of each sample. XRD is shown in FIG. FIG.
As shown in the XRD spectrum, In 2 O 3
4. peak of (222) at 30.5 ° of fine crystal of 5.
The (400) peak at 4 ° and the (44) at 50.9 °
The peak of 0) is observed. Therefore, 30.5 ° (2
22) Using the Scherrer equation from the half width of the peak of ITO,
The average particle size of the fine crystal particles was determined. The results are also shown in Table 1. Also, when the average particle diameter x obtained in this way was used, the relationship between 1 / x 2 and the band gap energy Eg was plotted. The results are shown in FIG. From the results shown in FIG. 1, it can be seen that the quantum size effect has developed.

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】また、図3に、ITO3モル%、1000
℃、5時間熱処理サンプルのTEM像を示す。図3か
ら、ガラスマトリックス中に、ITO微粒子結晶が良好
な分散性で分散されていることがわかる。
FIG. 3 shows that 3 mol% of ITO, 1000
4 shows a TEM image of a heat-treated sample at 5 ° C. for 5 hours. FIG. 3 shows that the ITO fine particle crystals are dispersed with good dispersibility in the glass matrix.

【0042】これら各サンプルに、1.06μm のレー
ザ光を照射したところ、第3高調波の発生が確認され
た。
When each of these samples was irradiated with a laser beam of 1.06 μm, generation of the third harmonic was confirmed.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明によれば、新規な量子サイズ効果
を有する非線形光学材料用の微粒子分散ガラスが実現す
る。このものは、簡易な製法で、良好な組成精度や粒径
精度で安全に製造することができる。
According to the present invention, a fine particle-dispersed glass for a nonlinear optical material having a novel quantum size effect is realized. This can be safely manufactured with a simple manufacturing method with good composition accuracy and particle size accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の非線形光学材料用微粒子分散ガラスの
量子サイズ効果を示す1/x2(xは平均粒径)とバン
ドギャップエネルギーEgとの関係を示すグラフであ
る。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between 1 / x 2 (x is the average particle size) showing the quantum size effect of the fine particle-dispersed glass for a nonlinear optical material of the present invention and the band gap energy Eg.

【図2】本発明の非線形光学材料用微粒子分散ガラスの
XRDスペクトルを示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing an XRD spectrum of the fine particle-dispersed glass for a nonlinear optical material of the present invention.

【図3】本発明の非線形光学材料用微粒子分散ガラスの
TEM写真である。
FIG. 3 is a TEM photograph of the fine particle-dispersed glass for a nonlinear optical material of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−296026(JP,A) 特開 平3−187951(JP,A) 特開 平3−109236(JP,A) 特開 平3−187952(JP,A) 特開 平2−225342(JP,A) 特開 平3−97639(JP,A) 特開 平5−119362(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03C 1/00 - 14/00 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-296026 (JP, A) JP-A-3-187951 (JP, A) JP-A-3-109236 (JP, A) 187952 (JP, A) JP-A-2-225342 (JP, A) JP-A-3-97639 (JP, A) JP-A-5-119362 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C03C 1/00-14/00 JICST file (JOIS)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 SiO2を主成分とするガラスマトリッ
クス中に、2〜5eVのバンドギャップをもつInもしく
はSnの酸化物またはInもしくはSnの複合酸化物で
ある金属酸化物の平均粒径1〜20nmの微粒子を含む非
線形光学材料用微粒子分散ガラスを得るに際し、 前記ガラスマトリックスに応じた組成のゾル溶液に、前
記金属酸化物を構成する金属を含有させ、これをウェッ
トゲルとし、さらにドライゲルとし、次いでガラス化し
て非線形光学材料用微粒子分散ガラスを得る非線形光学
材料用微粒子分散ガラスの製造方法。
An average particle diameter of an oxide of In or Sn having a band gap of 2 to 5 eV or a metal oxide which is a composite oxide of In or Sn in a glass matrix containing SiO 2 as a main component. When obtaining a fine particle dispersion glass for nonlinear optical material containing fine particles of 20 nm, the sol solution of the composition according to the glass matrix, the metal constituting the metal oxide is contained, this is a wet gel, and further a dry gel, Then, vitrification is performed to obtain fine particle-dispersed glass for nonlinear optical material.
【請求項2】 SiO2を主成分とするガラスマトリッ
クス中に、2〜5eVのバンドギャップをもつInもしく
はSnの酸化物またはInもしくはSnの複合酸化物で
ある金属酸化物の平均粒径1〜20nmの微粒子を含む非
線形光学材料用微粒子分散ガラスを得るに際し、 前記ガラスマトリックスに応じた組成のゾル溶液をゲル
化してウェットゲルとし、このウェットゲル中に前記金
属酸化物を構成する金属を含有させ、これをドライゲル
としたのちガラス化して非線形光学材料用微粒子分散ガ
ラスを得る非線形光学材料用微粒子分散ガラスの製造方
法。
2. An average particle size of an oxide of In or Sn or a metal oxide which is a composite oxide of In or Sn having a band gap of 2 to 5 eV in a glass matrix containing SiO 2 as a main component. In obtaining fine particle dispersion glass for nonlinear optical material including fine particles of 20 nm, a sol solution having a composition according to the glass matrix is gelled to form a wet gel, and the metal constituting the metal oxide is contained in the wet gel. A method for producing a fine particle-dispersed glass for a non-linear optical material, which is formed into a dry gel and then vitrified to obtain a fine-particle-dispersed glass for a non-linear optical material.
【請求項3】 SiO2を主成分とするガラスマトリッ
クス中に、2〜5eVのバンドギャップをもつInもしく
はSnの酸化物またはInもしくはSnの複合酸化物で
ある金属酸化物の平均粒径1〜20nmの微粒子を含む非
線形光学材料用微粒子分散ガラスを得るに際し、 前記ガラスマトリックスに応じた組成のゾル溶液からド
ライゲルを得、このドライゲル中に前記金属酸化物を構
成する金属を含有させ、これをガラス化して非線形光学
材料用微粒子分散ガラスを得る非線形光学材料用微粒子
分散ガラスの製造方法。
3. An average particle diameter of an oxide of In or Sn or a metal oxide which is a composite oxide of In or Sn having a band gap of 2 to 5 eV in a glass matrix containing SiO 2 as a main component. In obtaining fine particle dispersion glass for non-linear optical material containing fine particles of 20 nm, a dry gel is obtained from a sol solution having a composition according to the glass matrix, and the metal constituting the metal oxide is contained in the dry gel, and this is mixed with glass. A method for producing a fine particle-dispersed glass for a non-linear optical material, the method comprising:
【請求項4】 前記微粒子が0.1〜15モル%含有さ
れる請求項1〜3のいずれかのの非線形光学材料用微粒
子分散ガラスの製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the fine particles are contained in an amount of 0.1 to 15 mol%.
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