JP5417684B2 - Mixture, optical recording medium using the same, photoelectric conversion element, light limiting element, and optical modeling system - Google Patents

Mixture, optical recording medium using the same, photoelectric conversion element, light limiting element, and optical modeling system Download PDF

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Description

本発明は、金属微粒子に発生する局在プラズモン増強場を利用した多光子吸収有機材料の増感技術、及びそれを用いた機能性デバイスに関するものである。   The present invention relates to a sensitization technique of a multiphoton absorption organic material using a localized plasmon enhancement field generated in metal fine particles, and a functional device using the same.

先ず、多光子吸収有機材料について説明する。
従来、多光子遷移を利用した技術についての各種提案がなされているが、この多光子遷移とは、原子や分子などが2個以上の光子を同時に吸収または放出する遷移であって、代表的な遷移に、多数の光子を同時に吸収する多光子吸収、多数の光子を同時に放出する多光子放出、1個の光子を吸収すると同時に他の1個を放出するラマン効果等がある。
一般に、その振動数の1個の光子を吸収または放出するエネルギー準位が存在しなくてもおこる高次の摂動による遷移であって、レーザー光のような高い光子密度で観測され、一光子遷移とは選択則が異なっている。
特に、2個の光子が関与する二光子吸収現象は、三次の非線形光学効果と関係付けられており、従来においても種々の研究が行われている。
First, the multiphoton absorption organic material will be described.
Conventionally, various proposals have been made on techniques using multiphoton transitions. This multiphoton transition is a transition in which atoms or molecules simultaneously absorb or emit two or more photons, and is representative. Transitions include multiphoton absorption that absorbs many photons simultaneously, multiphoton emission that emits many photons simultaneously, Raman effect that absorbs one photon and emits another one at the same time.
Generally, it is a transition due to higher-order perturbation that occurs even when there is no energy level that absorbs or emits one photon at that frequency, and it is observed at a high photon density such as laser light. And the selection rules are different.
In particular, the two-photon absorption phenomenon involving two photons is related to the third-order nonlinear optical effect, and various studies have been conducted in the past.

一方、有機材料は、通常その遷移エネルギー(励起エネルギー)に等しい1個の光子を吸収することにより、一光子吸収の選択律によって許容された遷移状態(励起状態)を生じることが知られている。
しかし、レーザー光のような光子密度の高い光を照射すると、その励起エネルギーの半分のエネルギーに等しい2個の光子を同時に吸収して、遷移が起こることがある。
On the other hand, an organic material is known to generate a transition state (excited state) that is allowed by the selection rule of one-photon absorption by absorbing one photon that is usually equal to the transition energy (excitation energy). .
However, when light with a high photon density, such as laser light, is irradiated, two photons equal to half the energy of the excitation energy are simultaneously absorbed and a transition may occur.

このような2個の光子を同時に吸収する現象は、
(1)入射光強度の二乗に比例して吸収が起きるため、光子密度の高い焦点付近にのみ遷移が起こる。
(2)1個の光子を吸収するエネルギーの半分のエネルギーをもつ光子で励起できるため、一光子吸収による光の減衰なしに、入射光が物質の深奥部まで到達する。
といった、三次元的な高分解能、及び物質深奥部への高い透過性を有しているため、近年、高出力レーザーの技術進歩とともに、上記のような特性を活かした様々な応用技術が研究されている。
The phenomenon of simultaneously absorbing these two photons is
(1) Since absorption occurs in proportion to the square of the incident light intensity, a transition occurs only near the focal point where the photon density is high.
(2) Since it can be excited by a photon having half the energy of absorbing one photon, incident light reaches the deep part of the material without attenuation of light due to one-photon absorption.
In recent years, various application technologies that take advantage of the above characteristics have been studied along with the technological progress of high-power lasers. ing.

例えば、上述したような三次元的な高分解能を利用し、平面上に形成され当該平面に対して垂直方向に入射する光によって記録再生を行う光記録媒体において、これらを積層してなる三次元光記録媒体についての研究が行われている(例えば、下記特許文献1乃至6参照。)。
これらは、光子密度の高い焦点付近にのみ二光子吸収によるスペクトル変化、屈折率変化または偏光変化を起させ、データを記録することができるため、超解像記録が可能であるとされている。
For example, in an optical recording medium that uses three-dimensional high resolution as described above and records and reproduces light that is formed on a plane and is incident in a direction perpendicular to the plane, the three-dimensional layer is formed by laminating them. Studies on optical recording media have been conducted (see, for example, Patent Documents 1 to 6 below).
These are considered to be capable of super-resolution recording because data can be recorded by causing spectral change, refractive index change or polarization change due to two-photon absorption only in the vicinity of the focal point where photon density is high.

また、多光子吸収有機材料と電子受容体の対からなる光誘起電荷分離型素子や、多光子吸収有機材料のみを修飾した電極を用いる光電変換素子への応用に関する開発も、従来、活発に行われている。これは、光励起された分子から電子受容体へ電子が移動する反応を利用するものであり、このような対を光電変換機能の核として電極表面に固定すると、犠牲試薬や電子担体の存在下で、光電変換機能を有するようになることが知られている。
近年においては、多光子吸収有機材料を利用した次世代の色素増感型有機太陽電池に関する各種研究も報告されている(例えば、下記非特許文献1、2参照。)。
In addition, development related to photo-induced charge separation type devices consisting of pairs of multiphoton absorbing organic materials and electron acceptors and photoelectric conversion devices using electrodes modified with only multiphoton absorbing organic materials has been actively conducted. It has been broken. This utilizes a reaction in which electrons move from a photoexcited molecule to an electron acceptor. When such a pair is immobilized on the electrode surface as the nucleus of the photoelectric conversion function, in the presence of a sacrificial reagent or an electron carrier. It is known that it has a photoelectric conversion function.
In recent years, various studies on next-generation dye-sensitized organic solar cells using multiphoton absorbing organic materials have been reported (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2 below).

また、このような光電流の発生は、センサーや光制限などの用途としても極めて重要視されている(例えば、下記特許文献7、8参照。)。
また更には、光造形用途への応用についても技術提案がなされている(例えば、下記特許文献9参照。)。
In addition, the generation of such a photocurrent is regarded as extremely important for applications such as sensors and light limitation (for example, see Patent Documents 7 and 8 below).
Furthermore, technical proposals have also been made for application to stereolithography (see, for example, Patent Document 9 below).

次に、局在プラズモン増強について説明する。
プラズモンとは、金属中の自由電子が集団的に振動している粒子のことであるが、金属微粒子(ナノメートルオーダーの金属微粒子、以下金属ナノ粒子と称することがある)ではプラズモンが表面に局在することになるので、局在(表面)プラズモンと呼ばれる。
金属ナノ粒子では、可視から近赤外波長領域の光電場とプラズモンが効率良くカップリングして光吸収が起こり、光が局在プラズモンに変換されるとともに、局所的に著しく増強された電場が発生する。すなわち、光エネルギーが局在プラズモンに変換されることで金属ナノ粒子表面に光エネルギーが蓄えられ、従って光の回折限界よりも小さな領域での光制御が可能となるのである。またこのような現象は、入射する光電場の波長よりも小さな微粒子において認められる現象であることから、光散乱の影響を受けにくいという利点もある。
Next, localized plasmon enhancement will be described.
A plasmon is a particle in which free electrons in a metal are collectively oscillating, but in a fine metal particle (a nanometer-order metal fine particle, hereinafter sometimes referred to as a metal nanoparticle), the plasmon is localized on the surface. It is called a localized (surface) plasmon.
In metal nanoparticles, photoelectric fields in the visible to near-infrared wavelength region and plasmons are efficiently coupled and light absorption occurs, and light is converted into localized plasmons and an electric field that is significantly enhanced locally is generated. To do. That is, the light energy is converted into localized plasmons, so that the light energy is stored on the surface of the metal nanoparticle, and therefore light control in a region smaller than the diffraction limit of light becomes possible. Moreover, since this phenomenon is a phenomenon observed in fine particles smaller than the wavelength of the incident photoelectric field, there is an advantage that it is hardly affected by light scattering.

上述したようにして発生するプラズモン電場は、光と同様に表面に存在する有機材料を励起することができるものであるため、近年の光化学技術分野においては、金属ナノ粒子と光との相互作用が俄然注目されてきている。   Since the plasmon electric field generated as described above can excite the organic material existing on the surface in the same manner as light, in recent photochemical technology, the interaction between metal nanoparticles and light has been reduced. It has been attracting attention.

例えば、一光子遷移過程でプラズモン増強技術を応用した例となる技術提案がなされている(例えば、下記特許文献10参照。)。
これは、金属表面に発生する表面プラズモンを利用し、微量物質の光学特性評価を行うものであるが、一般に表面プラズモンによる増強場は、その表面から約100nm以下の領域に限定されることが知られており、測定試料は高屈折率媒体上に成膜された金属薄膜上に、極薄い膜として固定されている。
For example, a technical proposal as an example in which the plasmon enhancement technique is applied in the one-photon transition process has been made (see, for example, Patent Document 10 below).
In this method, surface plasmons generated on a metal surface are used to evaluate the optical properties of trace substances, but it is generally known that the enhancement field due to surface plasmons is limited to a region of about 100 nm or less from the surface. The measurement sample is fixed as a very thin film on a metal thin film formed on a high refractive index medium.

また、金属微粒子に発生する局在プラズモンを利用した応用技術についての提案もなされている(例えば、下記特許文献11参照。)。
これは、微粒子表面に吸着した試料を高感度に観測する技術であり、マイクロキャビティー内で固定された金属ナノ粒子を利用したものである。局在プラズモンも同様に、その増強場は金属微粒子の周囲100nm以下の領域に限定されることが知られている。
In addition, proposals have been made regarding applied technology using localized plasmons generated in metal fine particles (see, for example, Patent Document 11 below).
This is a technique for observing a sample adsorbed on the surface of a fine particle with high sensitivity, and utilizes metal nanoparticles fixed in a microcavity. Similarly, it is known that the enhanced field of localized plasmons is limited to a region of 100 nm or less around the metal fine particles.

従来、局在プラズモン増強場の発生手段として、金ナノロッドを利用した研究が各種行われている。
金ナノロッドとは、棒状の金ナノ粒子であり、そのアスペクト比(長軸/短軸の値)を制御することにより、可視領域から近赤外領域までの任意の特定波長を吸収することができる非常に特異的な材料である。
これは、界面活性剤を含む溶液中で、電気化学反応により作製することができるものである(例えば、下記特許文献12参照。)。
Conventionally, various studies using gold nanorods as means for generating a localized plasmon enhancement field have been conducted.
Gold nanorods are rod-shaped gold nanoparticles, and by controlling the aspect ratio (major axis / minor axis value), any specific wavelength from the visible region to the near infrared region can be absorbed. It is a very specific material.
This can be produced by an electrochemical reaction in a solution containing a surfactant (see, for example, Patent Document 12 below).

特表2001−524245号公報JP-T-2001-524245 特表2000−512061号公報Special table 2000-512061 gazette 特表2001−522119号公報Special table 2001-522119 gazette 特表2001−508221号公報Special table 2001-508221 gazette 特開平6−28672号公報JP-A-6-28672 特開平6−118306号公報JP-A-6-118306 特開2001−210857号公報JP 2001-210857 A 特開平8−320422号公報JP-A-8-320422 特開2005−134873号公報JP 2005-134873 A 特開2004−156911号公報JP 2004-156911 A 特表2004−530867号公報Japanese translation of PCT publication No. 2004-530867 特開2005−68447号公報JP 2005-68447 A M.Lahav, T.Gabriel, A.N.Shipway, I. Willner, J.Am.Chem.Soc.,121, 258 (1999)(三次元金ナノ構造の電極)M. Lahav, T. Gabriel, A.N. Shipway, I. Willner, J. Am. Chem. Soc., 121, 258 (1999) (Three-dimensional gold nanostructure electrode) Y.Kuwahara, T.Akiyama, S.Yamada, Thin Solid Films, 393, 273 (2001)(色素増感型有機太陽電池)Y.Kuwahara, T.Akiyama, S.Yamada, Thin Solid Films, 393, 273 (2001) (Dye-sensitized organic solar cell)

エレクトロニクスデバイスが、真空管からトランジスタへの移行という全固体素子の出現を契機に集積化・小型化され、今日の情報化社会の基盤を構成するに至ったように、プラズモニクスデバイスにおいても、同じステップ、すなわち全固体化が必須であるとされており、全固体化によって素子の安全性・信頼性向上、軽薄・短小化などが図られると考えられている。   As electronics devices have been integrated and miniaturized with the advent of all-solid-state devices such as the transition from vacuum tubes to transistors, the same steps have been taken in plasmonic devices, as they have become the foundation of today's information society. In other words, it is considered that all solidification is essential, and it is considered that improvement in safety and reliability of the element, lightness, thinness, and the like can be achieved by total solidification.

液体を利用すると、その流動性から均質性を期待することができるが、熱歪みによる光の擾乱・屈折の影響があり、そのため循環系を利用する等といった必要性が生じてしまうという欠点がある。
他方、固体材料を形成する場合、金属微粒子が比較的離散して存在する液体に比べると、単位体積あたりの密度が高くなり金属微粒子の凝集が起こりやすくなるため、固体を形成する場合には分散剤の概念が非常に重要となる。
If liquid is used, homogeneity can be expected from its fluidity, but there is a disadvantage that there is an influence of light disturbance and refraction due to thermal distortion, and thus the necessity of using a circulatory system, etc. arises. .
On the other hand, when forming a solid material, compared to a liquid in which metal fine particles are present in a relatively discrete manner, the density per unit volume is higher and the metal fine particles are more likely to aggregate. The concept of agents is very important.

分散剤を利用して金属微粒子と多光子吸収有機材料の混合固体を形成する場合、金属微粒子と多光子吸収有機材料の両方に親和性の高い分散剤を用いることが好ましい。
しかし一方においては、金属微粒子が分厚い分散剤に覆われてしまうと、プラズモンによる増強場の影響が金属微粒子表面からの距離に従い指数関数的に減少するため、効果的な増強効果が得られなくなるという問題もある。従って、多光子吸収有機材料と金属微粒子の距離を制御する(互いに近接させる)ことが重要となる。
When a mixed solid of metal fine particles and a multiphoton absorbing organic material is formed using a dispersant, it is preferable to use a dispersant having a high affinity for both the metal fine particles and the multiphoton absorbing organic material.
However, on the other hand, if the metal fine particles are covered with a thick dispersant, the effect of the enhancement field due to plasmons decreases exponentially according to the distance from the surface of the metal fine particles, so that an effective enhancement effect cannot be obtained. There is also a problem. Therefore, it is important to control the distance between the multiphoton-absorbing organic material and the metal fine particles (close to each other).

また、局在プラズモン増強場を利用した多光子吸収有機材料の励起に関しては、プラズモンで効率良く増強励起しても、分子の励起状態から金属微粒子へエネルギー移動が素早く起こり励起状態が消光してしまう不具合が生じるため、金属微粒子と励起分子の間に何らかのスペーサーを設け、絶縁性を確保しなければならないという問題もある。   In addition, regarding the excitation of multiphoton absorption organic materials using localized plasmon enhancement fields, even if efficient enhancement excitation is performed with plasmons, energy transfer from the excited state of the molecule to the metal microparticles occurs quickly and the excited state is quenched. Since a defect occurs, there is also a problem that some spacer must be provided between the metal fine particles and the excited molecules to ensure insulation.

また更には、高効率の多光子吸収有機材料を提案し、これを応用して、より感度特性に優れた機能性デバイスを提供することへの要請が高まってきている。   Furthermore, there has been an increasing demand for providing a functional device with more excellent sensitivity characteristics by proposing a highly efficient multiphoton absorption organic material and applying it.

上記特許文献1乃至特許文献6においては、前記二光子吸収の優れた特徴を活かした三次元光記録媒体が提案されている。
それぞれの媒体の記録/再生手段としては、蛍光性材料による蛍光を利用するもの、フォトクロミック化合物のフォトクロミック反応を利用するもの、屈折率変調を利用するもの等が提案されているが、いずれも二光子吸収材料に関する具体例は明示されておらず、現在既報の二光子吸収材料を用いても未だ吸収効率が低いことから、高出力の光源が必要となる。更にフォトクロミック反応をその記録/再生原理とするシステムにおいては、非破壊読み出し、記録の長期保存安定性、及び再生時のSNに課題を残しており、実用的なデバイスであるとは言えないものであった。
Patent Documents 1 to 6 propose a three-dimensional optical recording medium that takes advantage of the excellent characteristics of two-photon absorption.
As recording / reproducing means for each medium, those using fluorescence by a fluorescent material, those using a photochromic reaction of a photochromic compound, those using refractive index modulation, etc. have been proposed. A specific example of the absorbing material is not clearly described, and even if the currently reported two-photon absorbing material is used, the absorption efficiency is still low, so a high-output light source is required. Furthermore, in a system that uses the photochromic reaction as its recording / reproducing principle, problems remain in nondestructive reading, long-term storage stability of recording, and SN at the time of reproduction, which cannot be said to be a practical device. there were.

非特許文献1、2、及び特許文献7、8においては、前記多光子吸収の優れた特徴を活かした各種の光電変換デバイスが提案されている。
特に局在プラズモン増強技術を利用する色素増感型有機太陽電池は、高効率で、かつ従来のシリコン系太陽電池に比べ低コストで製造できるという利点を有しており、次世代の太陽電池として非常に有望視されている。
In Non-Patent Documents 1 and 2 and Patent Documents 7 and 8, various photoelectric conversion devices utilizing the excellent characteristics of the multiphoton absorption have been proposed.
In particular, dye-sensitized organic solar cells using localized plasmon enhancement technology have the advantages of high efficiency and low cost compared to conventional silicon solar cells. It is very promising.

太陽電池においては、多くの電流を取り出すために、太陽光という広い波長分布の光源を有効活用することが重要とされている。
しかし、長波長の光は、太陽電池で用いられる光増感剤を励起するためのエネルギーを持っていないため、直接的な電流増加にはつながらず、そのため太陽電池のエネルギー変換効率は理論的に限界があると言われている。
In solar cells, in order to extract a large amount of current, it is important to effectively use a light source having a wide wavelength distribution called sunlight.
However, long-wavelength light does not have the energy to excite the photosensitizer used in solar cells, so it does not lead to a direct increase in current, so the energy conversion efficiency of solar cells is theoretically It is said that there is a limit.

他方、上記光増感剤に多光子吸収材料を利用すると、エネルギーの小さい長波長の光でも分子を励起することが可能となることが確かめられており、太陽電池のエネルギー変換効率を増大させることができる。
しかしながら、かかる場合においても、従来の多光子吸収材料の多光子吸収効率が極めて低いため、実用上満足な特性を得ることは極めて困難であった。
On the other hand, it has been confirmed that the use of a multiphoton absorbing material for the photosensitizer can excite molecules even with light having a long wavelength with a small energy, thereby increasing the energy conversion efficiency of the solar cell. Can do.
However, even in such a case, since the multiphoton absorption efficiency of the conventional multiphoton absorbing material is extremely low, it has been extremely difficult to obtain practically satisfactory characteristics.

また更に、従来公知の色素増感型有機太陽電池においては、電解質に揮散しやすい有機溶剤を含む電解液が使用されているため、漏れや長期安定性という面においても課題が残されている。
上記特許文献9においては、前記多光子吸収の優れた特徴を活かした光造型に関する応用技術が提案されてはいるが、やはり従来の多光子吸収有機材料の多光子吸収効率が極めて低いため、実用上満足な特性を得ることはできないものであった。
Furthermore, in the conventionally known dye-sensitized organic solar cell, since an electrolytic solution containing an organic solvent that is easily volatilized in the electrolyte is used, problems remain in terms of leakage and long-term stability.
In the above-mentioned Patent Document 9, although an application technique relating to photomolding utilizing the excellent characteristics of the multiphoton absorption has been proposed, the multiphoton absorption efficiency of the conventional multiphoton absorbing organic material is still extremely low, so The above satisfactory characteristics could not be obtained.

多光子吸収効率を向上させる一つの方策としては、分子の濃度を高くする方法が挙げられる。
しかしながら、溶解度には上限があるため、特性の著しい改善を期待することはできない。
特定の材料を高濃度化すると、その多光子吸収材料以外のその他の構成成分に対して悪影響を及ぼすおそれがあるため、実用面からは有効な方法とはならない。すなわち例えば、三次元光記録においては濃度消光による蛍光強度の減少、光造形においてはポリマー硬化特性の阻害等が挙げられる。
One way to improve multiphoton absorption efficiency is to increase the concentration of molecules.
However, since there is an upper limit on solubility, significant improvement in properties cannot be expected.
If the concentration of a specific material is increased, there is a possibility of adversely affecting other components other than the multiphoton absorbing material, so that it is not an effective method from a practical aspect. That is, for example, in three-dimensional optical recording, there is a decrease in fluorescence intensity due to concentration quenching, and in optical modeling, inhibition of polymer curing characteristics.

また、材料の性質上、多光子吸収効率を上げることができない場合は、入射光強度を高めるという方法もある。
しかし、その結果、より高出力のレーザー装置が必要となり、実用化が困難なばかりか材料そのものが劣化するおそれもある。
If the multiphoton absorption efficiency cannot be increased due to the nature of the material, there is a method of increasing the incident light intensity.
However, as a result, a higher-power laser device is required, which is difficult to put into practical use and may deteriorate the material itself.

今後においてはまた、金属微粒子に発生する局在プラズモン増強場を、三次元的に利用する技術への要望も高まってきている。
上記特許文献10においては、表面プラズモンを利用して増強効果を得るためには、試料が金属薄膜上の極薄膜とする必要があり、増強効果が膜の形状と光学系の配置に依存していることから三次元光造形等への応用は困難である。
In the future, there is an increasing demand for a technology that uses the localized plasmon enhancement field generated in the metal fine particles in a three-dimensional manner.
In Patent Document 10, in order to obtain an enhancement effect using surface plasmons, the sample needs to be an extremely thin film on a metal thin film, and the enhancement effect depends on the shape of the film and the arrangement of the optical system. Therefore, application to three-dimensional stereolithography is difficult.

また、上記特許文献11においては、局在プラズモン増強場を発生させる金属ナノ粒子が、マイクロキャビティーという閉ざされた微小空間内に固定されているため、三次元的でかつ均一な増強効果を得ることは困難だという問題を有している。   Moreover, in the said patent document 11, since the metal nanoparticle which generate | occur | produces a localized plasmon enhancement field is being fixed in the closed microspace called a microcavity, a three-dimensional and uniform enhancement effect is acquired. It has the problem that it is difficult.

そこで本発明においては、金属微粒子に発生する局在プラズモン増強場を三次元的に高い効率で利用する技術についての提案を行うこととし、多光子吸収有機材料の多光子吸収効率を飛躍的に向上させることとした。   Therefore, in the present invention, a technique for utilizing the localized plasmon enhancement field generated in the metal fine particles with high efficiency in three dimensions is proposed, and the multiphoton absorption efficiency of the multiphoton absorbing organic material is dramatically improved. I decided to let them.

本発明は下記(1)〜()に記載の技術的特徴を有する。
(1): 少なくとも、多光子吸収有機材料と、局在プラズモン増強場を発生する金属微粒子と、分散剤とを含有し、
前記分散剤が、前記多光子吸収有機材料と前記局在プラズモン増強場を発生する金属微粒子との間の電子移動を抑制する機能を有し
前記分散剤が、シランカップリング剤であることを特徴とする混合物。
(2): 前記局在プラズモン増強場を発生する金属微粒子の表面全体、あるいは表面の一部が、前記分散剤によって被覆されていること特徴とする上記(1)に記載の混合物。
): 常温で固体であることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の混合物。
): 前記局在プラズモン増強場を発生する金属微粒子が、ナノロッドであることを特徴とする上記(1)乃至()のいずれか一項に記載の混合物。
): 平面上に形成され、当該平面に対して垂直方向に入射する光によって記録再生を行う光記録媒体であって、
少なくともその構成要素の一部として、上記(1)乃至()のいずれか一項に記載の混合物が用いられていることを特徴とする光記録媒体。
): 上記()に記載の光記録媒体が積層された構成を有していることを特徴とする三次元光記録媒体。
): 構成要素の少なくとも一部として、上記(1)乃至()のいずれか一項に記載の混合物が用いられていることを特徴とする光電変換素子。
): 構成要素の少なくとも一部として上記(1)乃至()のいずれか一項に記載の混合物が用いられていることを特徴とする光制限素子。
): 構成要素の少なくとも一部として、上記(1)乃至()のいずれか一項に記載の混合物が用いられていることを特徴とする光造形システム。
The present invention has the technical features described in (1) to ( 9 ) below.
(1): containing at least a multiphoton absorption organic material, fine metal particles that generate a localized plasmon enhancement field, and a dispersing agent,
The dispersant has a function of suppressing electron transfer between the multiphoton absorbing organic material and the fine metal particles that generate the localized plasmon enhancement field ,
The mixture , wherein the dispersant is a silane coupling agent .
(2): the entire surface of the fine metal particles to generate the localized plasmon enhancing field, or a part of the surface, the mixture according to (1), characterized in that it is coated with the dispersant.
( 3 ): The mixture as described in (1) or (2) above, which is solid at normal temperature.
( 4 ): The mixture according to any one of (1) to ( 3 ), wherein the metal fine particles that generate the localized plasmon enhancement field are nanorods.
( 5 ): An optical recording medium that is formed on a plane and performs recording and reproduction by light incident in a direction perpendicular to the plane,
An optical recording medium, wherein the mixture according to any one of (1) to ( 4 ) is used as at least a part of its constituent elements.
( 6 ): A three-dimensional optical recording medium, characterized in that the optical recording medium according to ( 5 ) is laminated.
( 7 ): A photoelectric conversion element, wherein the mixture according to any one of (1) to ( 4 ) is used as at least a part of the constituent elements.
( 8 ): An optical limiting element, wherein the mixture according to any one of (1) to ( 4 ) is used as at least a part of the constituent elements.
( 9 ): An optical modeling system, wherein the mixture according to any one of (1) to ( 4 ) above is used as at least a part of the constituent elements.

本発明の混合物は、少なくとも多光子吸収有機材料と、局在プラズモン増強場を発生する金属微粒子と、分散剤とを含有するものであるが、これは、金属微粒子に発生する局在プラズモン増強場を三次元的に効率よく利用することが可能なものであり、多光子吸収有機材料の多光子吸収効率を飛躍的な向上を図ることができた。
また、本発明の混合物を各種用途に利用することで、感度特性に優れる機能性素子及び機能性デバイスが提供された。
The mixture of the present invention contains at least a multiphoton-absorbing organic material, metal fine particles that generate a localized plasmon-enhancing field, and a dispersant. Can be used efficiently three-dimensionally, and the multiphoton absorption efficiency of the multiphoton absorbing organic material can be dramatically improved.
Moreover, the functional element and functional device which are excellent in a sensitivity characteristic were provided by utilizing the mixture of this invention for various uses.

本発明においては、少なくとも多光子吸収有機材料と局在プラズモン増強場を発生する金属微粒子と分散剤とを含有する混合物、当該混合物を用いた光記録媒体、三次元光記録媒体、光電変換素子、光制限素子、及び光造形システムを提供する。   In the present invention, a mixture containing at least a multiphoton absorbing organic material, metal fine particles that generate a localized plasmon enhancement field, and a dispersant, an optical recording medium using the mixture, a three-dimensional optical recording medium, a photoelectric conversion element, An optical limiting element and an optical modeling system are provided.

先ず、上記混合物について説明する。
本発明の混合物を構成する多光子吸収有機材料は、π共役系分子であるものが好適である。
一般に分子の非線形性の主な原因としては、分子内の電荷移動が支配的であるとされており、このことは有効共役長の長い共役系分子が大きな非線形効果、即ち多光子遷移を起しやすいことを意味している。
分子構造においてπ共役系分子はこれに該当し、具体的にはベンゼン誘導体、スチリル誘導体、スチルベン誘導体、ポルフィリン系化合物、共役ケトン誘導体、またポリアセチレンやポリジアセチレン等の共役高分子等が例として挙げられる。
First, the said mixture is demonstrated.
The multiphoton absorption organic material constituting the mixture of the present invention is preferably a π-conjugated molecule.
In general, the main cause of the nonlinearity of molecules is that the charge transfer in the molecule is dominant. This is because conjugated molecules with a long effective conjugate length cause a large nonlinear effect, that is, multiphoton transition. It means easy.
In the molecular structure, π-conjugated molecules correspond to this, and specific examples include benzene derivatives, styryl derivatives, stilbene derivatives, porphyrin compounds, conjugated ketone derivatives, and conjugated polymers such as polyacetylene and polydiacetylene. .

局在プラズモン増強場を発生する金属微粒子としては、ナノメートルオーダーの金属微粒子、当該金属微粒子で少なくとも一部が被覆されている所定の微粒子、所定の材料により表面の少なくとも一部が被覆された金属微粒子等が挙げられる。
これらは球形粒子とすると、製造の容易化が図られる。
Examples of metal fine particles that generate a localized plasmon enhancement field include nanometer-order metal fine particles, predetermined fine particles that are at least partially coated with the metal fine particles, and metal that has at least a part of the surface coated with a predetermined material. Examples thereof include fine particles.
If these are spherical particles, the production can be facilitated.

上記微粒子は、単独でも光と高い効率でカップリングして自由電子によるプラズモン振動を発生させ、プラズモン振動のモードに固有の分布を有するプラズモン増強場を形成するが、かかる微粒子を互いに近接させた場合、微粒子間には、単なる足し合わせではない、非常に大きなプラズモン増強場が発生することが確かめられており、二つの粒子を結びつけた二両体や小規模の凝集体等の形態は、本発明の混合物を構成する微粒子の形態として特に好適である。   The above-mentioned fine particles are coupled with light alone with high efficiency to generate plasmon vibration due to free electrons, and form a plasmon enhancement field having a distribution inherent in the mode of plasmon vibration. In addition, it has been confirmed that a very large plasmon enhancement field is generated between the fine particles, which is not simply an addition, and the form of a two-body or a small-scale aggregate formed by linking two particles is the present invention. It is particularly suitable as a form of fine particles constituting the mixture.

本発明の混合物を構成する分散剤は、多光子吸収有機材料と局在プラズモン増強場を発生する金属微粒子間の電子移動を抑制する機能を有しているものとする。
前述したように、局在プラズモン増強場を利用して多光子吸収有機材料を励起する場合、プラズモンで効率良く増強励起しても、分子の励起状態から金属微粒子へエネルギー移動が起こり、励起状態が消光してしまうため、微粒子と励起分子の間に何らかのスペーサーを設けて絶縁性を確保する必要がある。
かかる観点から、金属微粒子表面に酸化膜(あるいは窒化膜等の無機膜)を被覆し、前記スペーサーとして絶縁膜を設けることが一案として考えられるが、固体材料を形成する場合、その表面に更に分散剤を導入する必要があるため、条件によってはわずかな要因で再現性が低下するおそれがあり、最適な反応条件を得ることは困難であるという問題がある。
一方、分散剤にもともと絶縁機能が付与されていれば、安定した多光子吸収特性が得られるようになり、このような機能を有する分散剤としては、例えば、シラン系化合物や有機チオール系の化合物、有機アミン系化合物等が挙げられる。
The dispersant constituting the mixture of the present invention has a function of suppressing electron transfer between the multiphoton absorbing organic material and the metal fine particles generating the localized plasmon enhancement field.
As described above, when a multiphoton absorption organic material is excited using a localized plasmon enhancement field, energy transfer occurs from the excited state of the molecule to the metal microparticles even if the enhanced excitation is efficiently performed by the plasmon, and the excited state is In order to quench the light, it is necessary to provide some spacer between the fine particles and the excited molecules to ensure insulation.
From this point of view, it can be considered as a proposal to coat the surface of the metal fine particles with an oxide film (or an inorganic film such as a nitride film) and to provide an insulating film as the spacer. Since it is necessary to introduce a dispersant, there is a possibility that reproducibility may be reduced by a few factors depending on the conditions, and it is difficult to obtain optimum reaction conditions.
On the other hand, if the dispersant originally has an insulating function, stable multiphoton absorption characteristics can be obtained. Examples of the dispersant having such a function include silane compounds and organic thiol compounds. And organic amine compounds.

前記局在プラズモン増強場を発生する金属微粒子の表面全体、あるいは表面の少なくとも一部が、前記分散剤により被覆されていることが好ましい。
金属微粒子の表面全体を分散剤によって被覆すると、励起分子から金属微粒子へのエネルギー移動が抑制され、効率の良いプラズモン増強効果が得られるようになる。
また、表面の一部を被覆した金属微粒子については、本発明は高効率の多光子吸収有機材料を提供し、それを光電変換素子等への機能性デバイスへ応用させようとするものでもあるが、この場合、金属がプラズモン媒体だけでなく電極として機能する可能性も考えられるため、金属微粒子から励起分子を隔離するとともに、金属微粒子への電子伝導性も確保する必要が生じる。よって金属へのエネルギー移動を抑制しながらプラズモン増強効果を図り、かつ電子伝導を効果的に起すことを考え、励起分子と微粒子間の距離や、分散剤の被覆率で最適化することが望ましい。
It is preferable that the entire surface of the metal fine particles generating the localized plasmon enhancement field or at least a part of the surface thereof is coated with the dispersant.
When the entire surface of the metal fine particle is coated with the dispersant, energy transfer from the excited molecule to the metal fine particle is suppressed, and an efficient plasmon enhancing effect can be obtained.
In addition, for the metal fine particles coated on a part of the surface, the present invention provides a highly efficient multiphoton absorption organic material, which is intended to be applied to a functional device such as a photoelectric conversion element. In this case, since the possibility that the metal functions not only as a plasmon medium but also as an electrode is considered, it is necessary to isolate the excited molecules from the metal fine particles and to secure the electron conductivity to the metal fine particles. Therefore, it is desirable to optimize the distance between the excited molecule and the fine particles, and the coating ratio of the dispersing agent, considering the effect of enhancing the plasmon while suppressing the energy transfer to the metal and effectively causing the electron conduction.

前記分散剤は、シランカップリング剤とすることが好適である。
シランカップリング剤は、前記金属微粒子に親和性が高く、スペーサー機能としても優れた効果を奏することができる。シランカップリング剤として用いられる材料を下記式(1)で示す。
The dispersant is preferably a silane coupling agent.
The silane coupling agent has a high affinity for the metal fine particles, and can exhibit an excellent effect as a spacer function. The material used as the silane coupling agent is represented by the following formula (1).

Figure 0005417684
Figure 0005417684

式中Xは、前記金属微粒子と化学結合する反応基を表し、ビニル基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、メルカプト基等が挙げられる。
Zとしては、メトキシ基、エトキシ基等が挙げられる。
Yは、通常長鎖アルキル等の疎水性を有す原子または原子団である。
Zにおいて加水分解反応によりシラノールとなり、部分的にオリゴマー状態を形成するため、前記金属微粒子の表面被覆を容易に実現できる分散剤である。
In the formula, X represents a reactive group chemically bonded to the metal fine particles, and examples thereof include a vinyl group, an epoxy group, an amino group, a methacryl group, and a mercapto group.
Examples of Z include a methoxy group and an ethoxy group.
Y is usually a hydrophobic atom or atomic group such as long-chain alkyl.
In Z, it becomes a silanol by a hydrolysis reaction and partially forms an oligomer state, so that it is a dispersant that can easily realize the surface coating of the metal fine particles.

ところで局在プラズモン電場とは、金属微粒子表面からの距離が離れるに従い、指数関数的に減少する。そのため、効率的なプラズモン増強効果を得るためには、多光子吸収有機材料を金属微粒子へ近接させる必要がある。
多光子吸収有機材料を金属微粒子と近接させる方法としては、分散剤の濃度を変化させて、金属微粒子表面の被覆率(この場合、何層にも重なった分散剤の層数を減らすことも含まれている)を制御する方法や、分散剤の分子長を制御する方法が挙げられる。
局在プラズモンによる電場増強効果が確実に得られる距離を保つためには、金属微粒子表面から多光子吸収有機材料までの距離が20nm程度となる分散剤を用いることが好ましく、これにより効果的なプラズモン増強効果が得られる。
しかし、一方において、金属微粒子と多光子吸収有機材料を近接させすぎると、エネルギーのトンネルリークによる絶縁性の低下(従って多光子吸収効率の低下)を招来するため、例えば前記示性式1中のYが直鎖アルキルからなる場合においては、その炭素数が10以上30以下であることが好ましい。
By the way, the localized plasmon electric field decreases exponentially as the distance from the surface of the metal fine particle increases. Therefore, in order to obtain an efficient plasmon enhancement effect, it is necessary to bring the multiphoton absorption organic material close to the metal fine particles.
The method of bringing the multiphoton absorbing organic material close to the metal fine particles includes changing the concentration of the dispersant to reduce the coverage of the surface of the metal fine particles (in this case, the number of layers of the dispersant that overlaps multiple layers). And a method of controlling the molecular length of the dispersant.
In order to maintain the distance at which the electric field enhancement effect by the localized plasmons can be obtained with certainty, it is preferable to use a dispersant having a distance from the surface of the metal fine particles to the multiphoton absorbing organic material of about 20 nm. An enhancement effect is obtained.
However, on the other hand, if the metal microparticles and the multiphoton absorption organic material are too close to each other, a decrease in insulation due to energy tunnel leakage (and hence a decrease in multiphoton absorption efficiency) is caused. In the case where Y is composed of linear alkyl, the carbon number is preferably 10 or more and 30 or less.

本発明の混合物の形態は固体であるものとする。
なお、固体の形態としては、少なくとも前記多光子吸収有機材料と前記プラズモン増強場を発生する微粒子と前記分散剤からなる混合物を、薄膜や厚膜、粒体、粉末、あるいはバルクに形成したもの全てが含まれるものとし、前記混合物をポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂や、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコールのようなマトリクス材料に加えて固体化したものも含まれる。
特に薄膜は、デバイスの高性能化、即ち高集積化、小型化、軽量化に好適であり、更には薄膜化による形状効果(例えば電気特性、熱的特性、量子効果、超伝導特性、磁気特性、光学特性、機械的特性、物理化学的特性などの特異性)も得られるので、物性や機能面で新たな効果が期待でき、デバイスへの応用範囲も広いので、極めて好適である。
The form of the mixture of the present invention shall be solid.
In addition, as a solid form, all formed from a mixture of at least the multiphoton absorbing organic material, the fine particles generating the plasmon enhancement field, and the dispersant in a thin film, thick film, granule, powder, or bulk And a mixture obtained by solidifying the mixture in addition to an acrylic resin such as polymethyl methacrylate or a matrix material such as polycarbonate, polyester, or polyvinyl alcohol.
In particular, the thin film is suitable for high performance of the device, that is, high integration, miniaturization, and weight reduction, and further, the shape effect (for example, electrical property, thermal property, quantum effect, superconducting property, magnetic property) by thinning the device. Furthermore, it is possible to obtain new effects in terms of physical properties and functions and has a wide range of application to devices, which is extremely suitable.

前述した局在プラズモン増強場を発生する微粒子は、ナノロッドであることが好ましい。
ここでナノロッドとは、棒状のナノ粒子を意味し、可視域において局在プラズモンによる強い共鳴が得られる金属としては、特に金や銀が知られている。
ナノロッドの利点は、単一ナノ粒子での局在表面プラズモン励起が可能であることと、粒子径の違いがその共鳴波長に関係するため、アスペクト比(長軸/短軸の値)を制御することで可視領域から近赤外領域までの任意の特定波長の吸収を選択できるところである。
The fine particles that generate the localized plasmon enhancement field are preferably nanorods.
Here, the nanorod means a rod-like nanoparticle, and gold or silver is particularly known as a metal from which a strong resonance due to a localized plasmon is obtained in the visible range.
The advantage of nanorods is the ability to excite localized surface plasmons with a single nanoparticle, and the difference in particle size is related to the resonance wavelength, so the aspect ratio (major axis / minor axis value) is controlled. Thus, it is possible to select absorption at an arbitrary specific wavelength from the visible region to the near infrared region.

上述した本発明の混合物は、各種機能性デバイスに利用できる。
例えば三次元光記録媒体における光記録材料や光電変換システムにおける光電変換材料、また光造形用硬化樹脂の光硬化材料における重合開始剤または光増感剤(また或いはその一部)としても有用である。
以下、各種具体的な適用形態について説明するが、本発明の混合物の利用は、以下の例に限定されるものではない。
The above-mentioned mixture of the present invention can be used for various functional devices.
For example, it is also useful as a polymerization initiator or a photosensitizer (or a part thereof) in an optical recording material in a three-dimensional optical recording medium, a photoelectric conversion material in a photoelectric conversion system, and a photocuring material of an optical modeling curing resin. .
Hereinafter, although various specific application forms are demonstrated, utilization of the mixture of this invention is not limited to the following examples.

(三次元光記録)
インターネットやイントラネット等のネットワークの拡大、1920×1080(垂直×水平)ドットの画像情報量をもつハイビジョンTVの普及、更にHDTV(High Definition Television)の放映等を鑑み、今後は、データのアーカイブ用途として民生では50GB以上、好ましくは100GB以上の記録媒体が要求されている。
また、コンピューターや放送映像等のバックアップ用途としては、1TB程度あるいはそれ以上の大容量の情報を高速でかつ安価に記録可能な記録媒体が求められている。
究極の高密度、高容量記録媒体として注目される三次元光記録媒体は、入射光に対し垂直及び水平方向に記録/再生が可能な記録媒体であり、三次元(膜厚)方向に何十、何百層もの記録層を重ねたり、あるいは記録層を厚膜としたりすることで、光入射方向に対し何重にも記録再生が可能としたものであり、CD、DVDのような従来の二次元光記録媒体に比べて何十、何百倍もの超高密度、超高容量記録の可能性を秘めた記録媒体である。
(3D optical recording)
In view of the expansion of networks such as the Internet and Intranet, the widespread use of high-definition TV with 1920 x 1080 (vertical x horizontal) dot image information, and HDTV (High Definition Television) broadcasts, etc. The consumer demands a recording medium of 50 GB or more, preferably 100 GB or more.
Further, as a backup application for computers and broadcast videos, a recording medium capable of recording large-capacity information of about 1 TB or more at high speed and at low cost is required.
A three-dimensional optical recording medium attracting attention as the ultimate high-density, high-capacity recording medium is a recording medium capable of recording / reproducing in the vertical and horizontal directions with respect to incident light, and has several tens of dimensions in the three-dimensional (film thickness) direction. By recording hundreds of recording layers, or by making the recording layer thick, recording and reproduction can be performed multiple times with respect to the light incident direction. It is a recording medium that has the possibility of ultra-high density and ultra-high capacity recording that is dozens or hundreds of times higher than that of a two-dimensional optical recording medium.

図1は、本発明の固体形態の混合物(多光子吸収有機材料)を、光記録材料に利用した三次元光記録媒体の概略断面図(a)と、一例の記録装置(b)の概略構成図を示す。
図1(a)の三次元光記録媒体10は、支持体(基板11a)に、本発明による多光子吸収有機材料からなる記録層13aと、クロストーク防止用の中間層14a(保護層)を交互に50層積層させた構成を有している。
記録層13aの膜厚は0.01〜0.5μm、中間層14aの膜厚は0.1〜5μmが好ましい。
この三次元光記録媒体10によれば、CDやDVDと同じサイズで、テラバイト級の大容量を実現できる。データの再生方法(透過/或いは反射型)によっては、基板11aと同様の基板12a、あるいは反射率の高い材料からなる所定の反射層を設けてもよい。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view (a) of a three-dimensional optical recording medium using the solid-form mixture (multiphoton absorption organic material) of the present invention as an optical recording material, and a schematic configuration of an example recording apparatus (b). The figure is shown.
A three-dimensional optical recording medium 10 in FIG. 1A includes a support (substrate 11a) having a recording layer 13a made of a multiphoton absorbing organic material according to the present invention and an intermediate layer 14a (protective layer) for preventing crosstalk. It has a configuration in which 50 layers are alternately stacked.
The film thickness of the recording layer 13a is preferably 0.01 to 0.5 μm, and the film thickness of the intermediate layer 14a is preferably 0.1 to 5 μm.
According to the three-dimensional optical recording medium 10, a large capacity of terabytes can be realized with the same size as a CD or DVD. Depending on the data reproduction method (transmission / or reflection type), a substrate 12a similar to the substrate 11a or a predetermined reflection layer made of a highly reflective material may be provided.

情報の三次元的な記録を行う際には、光源11bから光15aを記録層13a中の所望の箇所に焦点を結ばせることで行われる。ビット単位、深さ方向単位の記録方法以外に、面光源を利用する並行記録方法も高転送レートを実現することから好ましい。
また、中間層の存在しないバルク状の三次元光記録媒体(図示せず)を作製し、ホログラム記録方法のようにページデータを一括記録することで、高転送レートを実現することも可能である。
When performing three-dimensional recording of information, the light 15a from the light source 11b is focused on a desired location in the recording layer 13a. In addition to the bit-unit and depth-unit recording methods, a parallel recording method using a surface light source is preferable because it achieves a high transfer rate.
It is also possible to realize a high transfer rate by producing a bulk three-dimensional optical recording medium (not shown) having no intermediate layer and recording page data in a lump like the hologram recording method. .

基板11a及び12aの材料としては、ポリエチレンテレフタレート、樹脂下塗り型ポリエチレンテレフタレート、火炎又は静電気放電処理されたポリエチレンテレフタレート、セルロースアセテート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ガラス等が挙げられる。これらには、目的とする光記録媒体の態様に応じて、予めトラッキング用の案内溝やアドレス情報を設けてもよい。   Examples of the material for the substrates 11a and 12a include polyethylene terephthalate, resin-primed polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate subjected to flame or electrostatic discharge treatment, cellulose acetate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyester, polyvinyl alcohol, and glass. These may be provided with a guide groove for tracking and address information in advance according to the target optical recording medium.

記録層13aは、本発明の混合物(多光子吸収有機材料)を、スピンコーター、ロールコーター、バーコーター、ブレードコーター、ディッピング法等を利用して基板上に直接塗布することにより形成できる。   The recording layer 13a can be formed by directly applying the mixture (multiphoton absorbing organic material) of the present invention onto a substrate using a spin coater, roll coater, bar coater, blade coater, dipping method or the like.

中間層14aには、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンテレフタレート、セロファンフィルム等のプラスチック製のフィルム、または板等が適用でき、静電的な密着、押出し機を利用した貼り合わせ等の方法によって上記記録層13aと積層させる。   For the intermediate layer 14a, a polyolefin film such as polypropylene and polyethylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl alcohol, polyethylene terephthalate, a plastic film such as a cellophane film, or a plate can be applied. The recording layer 13a is laminated by a method such as bonding using a machine.

(光電変換)
図2に、本発明の固体形態の混合物(多光子吸収有機材料)を、電極として利用した色素増感型有機太陽電池30の一例の概略構成図を示す。
図2は、光を透過することのできる透明導電膜(電極)21上に、本発明による混合物(多光子吸収有機材料)23と分散剤を担持した金属微粒子24を配置し、更にその対極側に固体電解質22を積層した色素増感型色素太陽電池を表わしている。
(Photoelectric conversion)
In FIG. 2, the schematic block diagram of an example of the dye-sensitized organic solar cell 30 which utilized the mixture (multiphoton absorption organic material) of the solid form of this invention as an electrode is shown.
FIG. 2 shows the arrangement of a mixture (multiphoton absorption organic material) 23 according to the present invention and metal fine particles 24 carrying a dispersant on a transparent conductive film (electrode) 21 that can transmit light, and the counter electrode side thereof. 2 represents a dye-sensitized dye solar cell in which a solid electrolyte 22 is laminated.

固体電解質22には、ホール輸送機能を有す無機化合物、有機低分子や有機高分子化合物等が適用でき、前者は結晶内に酸素空孔を有す酸化物(安定化ジルコニア、CeO2等)が、また後者はイオン導電性ポリマー(ポリエチレンオキシド等)がその例として挙げられる。また透明導電膜には、酸化スズ、ITO、酸化亜鉛等が例示される。 For the solid electrolyte 22, an inorganic compound having a hole transport function, an organic low molecule, an organic polymer compound, or the like can be applied. The former is an oxide having oxygen vacancies in a crystal (stabilized zirconia, CeO 2, etc.). However, the latter is exemplified by an ion conductive polymer (polyethylene oxide or the like). Examples of the transparent conductive film include tin oxide, ITO, and zinc oxide.

このような色素増感型有機太陽電池30は、従来公知のものに比較して電極面積が三次元的に拡大しており、またエネルギーの小さい長波長の光も有効利用できるため、特に太陽エネルギーからのエネルギー取り出し効率(エネルギー変換効率)に優れているという利点を有している。また、製造も簡便であるほか、素子を固体化することにより長期安定性も確保できる。   Such a dye-sensitized organic solar cell 30 has an electrode area that is three-dimensionally expanded as compared to conventionally known ones, and can effectively use light having a long wavelength with small energy. It has the advantage that it is excellent in energy extraction efficiency (energy conversion efficiency). In addition to simple production, long-term stability can be ensured by solidifying the device.

(光制限装置)
図3は、本発明の混合物、すなわち固体形態の多光子吸収有機材料を、光制限材料として用いる光制限装置40の一例の概要を示す模式図である。
光通信や光情報処理では、情報等の信号を光で搬送するために変調、スイッチング等の光制御が必要になる。
一般にこの種の光制御には、電気信号を用いた電気−光制御方法が採用されている。
しかし電気−光制御方法には、素子自体の応答速度以外に、電気回路のようなCR時定数による帯域制限や、電気信号と光信号との間の速度の不釣合いによる処理速度の制約があり、光の利点である広帯域性や高速性を十分に生かすためには、光信号によって光信号を制御する光−光制御技術が非常に重要となる。
図3は、本発明による固体形態の混合物(多光子吸収有機材料)を、光制限素子として利用する光制限装置の一例を示し、制御光31により光制限素子33を多光子励起させることで、信号光32を光スイッチングするものである。
このような光制限装置40は、光照射により引き起される透過率や屈折率、吸収係数などの光学的変化を利用しその強度や周波数を変調することで、電子回路技術を用いずに、光通信、光交換、光コンピューター、光インターコネクション等における光スイッチ等に応用できる。また通常の半導体素子に比べ応答速度にはるかに優れ、また高感度ゆえにSN比が高く信号特性に優れるという利点を有している。
(Light limiting device)
FIG. 3 is a schematic diagram showing an outline of an example of the light limiting device 40 using the mixture of the present invention, that is, the solid-state multiphoton absorbing organic material as a light limiting material.
In optical communication and optical information processing, optical control such as modulation and switching is required to carry signals such as information with light.
In general, for this type of light control, an electro-light control method using an electric signal is employed.
However, in the electro-optical control method, in addition to the response speed of the element itself, there are restrictions on the processing speed due to the band limitation due to the CR time constant as in the electric circuit and the unbalance of the speed between the electric signal and the optical signal. In order to make full use of the broadband property and high speed, which are the advantages of light, light-light control technology for controlling an optical signal by an optical signal is very important.
FIG. 3 shows an example of a light limiting device that uses a solid-form mixture (multiphoton absorbing organic material) according to the present invention as a light limiting element. By exciting the light limiting element 33 with a control light 31, multiphoton excitation is performed. The signal light 32 is optically switched.
Such a light limiting device 40 uses optical changes such as transmittance, refractive index and absorption coefficient caused by light irradiation to modulate its intensity and frequency, without using electronic circuit technology. It can be applied to optical switches in optical communication, optical exchange, optical computer, optical interconnection, etc. In addition, the response speed is far superior to that of a normal semiconductor element, and because of the high sensitivity, the signal-to-noise ratio is high and the signal characteristics are excellent.

(光造形装置)
図4は、本発明の混合物(多光子吸収有機材料)を、光硬化材料の重合開始剤または光増感剤(あるいはその一部)として用いる光造形装置50の一例の概要を示す模式図である。
光源41からの光を可動形式のミラー42及び集光レンズ43を介して、本発明の混合物(多光子吸収有機材料)を含む光硬化材料44に集光すると、集光点近傍のみに光子密度の高い領域が形成され、光硬化材料44が硬化される。可動形式のミラー42や可動ステージ45を制御することで、任意の三次元構造物を造形できる。
(Optical modeling equipment)
FIG. 4 is a schematic diagram showing an outline of an example of an optical modeling apparatus 50 that uses the mixture (multiphoton absorption organic material) of the present invention as a polymerization initiator or a photosensitizer (or part thereof) of a photocuring material. is there.
When the light from the light source 41 is condensed on the photocurable material 44 containing the mixture (multiphoton absorption organic material) of the present invention via the movable mirror 42 and the condensing lens 43, the photon density is only in the vicinity of the condensing point. A high region is formed, and the photocuring material 44 is cured. By controlling the movable mirror 42 and the movable stage 45, an arbitrary three-dimensional structure can be formed.

ここで、光硬化材料とは、光を照射すると多光子重合反応を起こし、液体から固体へと変化する材料のことである。
主成分はオリゴマーと反応性希釈剤からなる樹脂成分、及び光重合開始剤である。
またその他の成分として、更に光増感剤を含むこともある。
オリゴマーとは重合度が2〜20程度の重合体で、末端に多数の反応基を持ち、通常は粘度や硬化性を調整するための反応性希釈剤が加えられている。
光を照射すると、重合開始剤(または光増感剤)が多光子を吸収し、重合開始剤から直接(または光増感材料を介して)反応種が発生し重合が開始される。その後連鎖的重合反応を経て三次元架橋が形成され、短時間のうちに三次元網目構造を有す固体樹脂へと変化する。
Here, the photocuring material is a material that undergoes a multiphoton polymerization reaction when irradiated with light and changes from a liquid to a solid.
The main components are a resin component comprising an oligomer and a reactive diluent, and a photopolymerization initiator.
Further, as other components, a photosensitizer may be further contained.
An oligomer is a polymer having a degree of polymerization of about 2 to 20, has a large number of reactive groups at its terminal, and is usually added with a reactive diluent for adjusting viscosity and curability.
When light is irradiated, the polymerization initiator (or photosensitizer) absorbs multiphotons, and reactive species are generated directly from the polymerization initiator (or via the photosensitizer) to initiate polymerization. Thereafter, a three-dimensional cross-linking is formed through a chain polymerization reaction, and the resin is changed to a solid resin having a three-dimensional network structure in a short time.

本発明の混合物(多光子吸収有機材料)を、光硬化材料の重合開始剤または光増感剤(或いはその一部として)として利用することにより、反応性が良好で生産安定性に優れ、かつ回折限界を超える超精密な三次元造形が可能となることが確かめられた。   By using the mixture (multiphoton absorbing organic material) of the present invention as a polymerization initiator or photosensitizer (or part thereof) of a photocuring material, the reactivity is good and the production stability is excellent, and It was confirmed that ultra-precise three-dimensional modeling exceeding the diffraction limit is possible.

上述したように、本発明の混合物(固体形態の多光子吸収有機材料)を利用することにより、金属微粒子に発生する局在プラズモン増強場を三次元的に、かつ効率よく利用することが可能となり、高価で高出力の光源を必要としない、実用化レベルの機能性材料及び機能性デバイスが提供できるようになった。   As described above, by using the mixture of the present invention (solid-state multiphoton absorption organic material), it becomes possible to efficiently use the localized plasmon enhancement field generated in the metal fine particles in three dimensions. Thus, functional materials and functional devices at a practical level that do not require expensive and high-output light sources can be provided.

以下、本発明の混合物(多光子吸収有機材料)の具体的なサンプルを作製し、これを用
いて二光子蛍光強度と増強度の測定評価を行った。なお、実施例1〜3とあるのは、本発明に含まれない参考例1〜3である。
〔実施例1〕
水30mlに塩化金酸0.37gを加え、テトラオクチルアンモニウムブロミド2.187gとトルエン80mlからなる混合液を加えて2時間撹拌した。次に、オクタデカンチオール0.25gを加えて1時間撹拌した。
次に、0.378gのNaBH4を水20mlに溶解した液を滴下して2時間撹拌して反応させた。この反応物を分液ロートを用いて水で数回洗浄した後、有機層の溶媒を留去することにより粒径20〜50nmの球状金微粒子を得た。
この球状金微粒子3mgをトルエン10mlに再分散し、更に、下記式(2)に示す二光子吸収有機材料7mgを加え攪拌した。
Hereinafter, a specific sample of the mixture (multiphoton absorption organic material) of the present invention was prepared, and the two-photon fluorescence intensity and the enhancement were measured and evaluated. Examples 1 to 3 are Reference Examples 1 to 3 not included in the present invention.
[Example 1]
0.37 g of chloroauric acid was added to 30 ml of water, a mixed solution consisting of 2.187 g of tetraoctylammonium bromide and 80 ml of toluene was added, and the mixture was stirred for 2 hours. Next, 0.25 g of octadecanethiol was added and stirred for 1 hour.
Next, a solution obtained by dissolving 0.378 g of NaBH 4 in 20 ml of water was added dropwise and stirred for 2 hours to be reacted. The reaction product was washed several times with water using a separatory funnel, and then the organic layer solvent was distilled off to obtain spherical gold fine particles having a particle size of 20 to 50 nm.
3 mg of the spherical gold fine particles were redispersed in 10 ml of toluene, and further 7 mg of a two-photon absorption organic material represented by the following formula (2) was added and stirred.

Figure 0005417684
Figure 0005417684

攪拌後、アクリル樹脂ダイヤナールBR-75(三菱レーヨン製)1gを加え、さらに攪拌し融解した。この溶液を、ガラス基板上に枠を作り流し込み(キャスティング)、溶媒を揮発、固化し、球状金微粒子、二光子吸収有機材料並びに分散剤(オクタデカンチオール)からなる厚さ50μmのアクリル樹脂バルク体を作製した。   After stirring, 1 g of acrylic resin Dianal BR-75 (manufactured by Mitsubishi Rayon) was added and further stirred and melted. This solution is cast on a glass substrate (casting), the solvent is volatilized and solidified, and a 50 μm thick acrylic resin bulk body composed of spherical gold fine particles, a two-photon absorbing organic material and a dispersant (octadecanethiol) is formed. Produced.

〔実施例2〕
上記実施例1で得られた球状金微粒子3mgをトルエン10mlに再分散し、更に上記式(2)に示す二光子吸収有機材料7mgを加えて攪拌した。攪拌後、この溶液をガラス基板上にスピンコートにより塗布し、球状金微粒子、二光子吸収有機材料、並びに分散剤(オクタデカンチオール)からなる厚さ200nmの薄膜を作製した。
[Example 2]
3 mg of spherical gold fine particles obtained in Example 1 were redispersed in 10 ml of toluene, and 7 mg of a two-photon absorption organic material represented by the above formula (2) was further added and stirred. After stirring, this solution was applied onto a glass substrate by spin coating to produce a thin film having a thickness of 200 nm composed of spherical gold fine particles, a two-photon absorbing organic material, and a dispersant (octadecanethiol).

〔実施例3〕
水30mlに塩化金酸0.37gを加え、テトラオクチルアンモニウムブロミド2.187gとトルエン80mlからなる混合液を加えて2時間撹拌した。続いてオクタデカンチオール0.025gを加えて1時間撹拌した。
次に0.378gのNaBH4を水20mlに溶解した液を滴下して2時間撹拌し反応させた。
この反応物を、分液ロートを用いて水で数回洗浄した後、有機層の溶媒を留去することで粒径20〜50nmの球状金微粒子を得た。
この球状金微粒子3mgをトルエン10mlに再分散し、更に上記式(2)に示す二光子吸収有機材料7mgを加え攪拌した。攪拌後、この溶液をガラス基板上にスピンコートにより塗布し、球状金微粒子、二光子吸収有機材料、並びに球状金微粒子表面の一部を被覆した分散剤(オクタデカンチオール)からなる厚さ200nmの薄膜を作製した。
Example 3
0.37 g of chloroauric acid was added to 30 ml of water, a mixed solution consisting of 2.187 g of tetraoctylammonium bromide and 80 ml of toluene was added, and the mixture was stirred for 2 hours. Subsequently, 0.025 g of octadecanethiol was added and stirred for 1 hour.
Next, a solution in which 0.378 g of NaBH4 was dissolved in 20 ml of water was dropped, and the mixture was stirred for 2 hours to be reacted.
The reaction product was washed several times with water using a separatory funnel, and then the organic layer solvent was distilled off to obtain spherical gold fine particles having a particle size of 20 to 50 nm.
3 mg of the spherical gold fine particles were redispersed in 10 ml of toluene, and 7 mg of a two-photon absorption organic material represented by the above formula (2) was further added and stirred. After stirring, this solution is applied onto a glass substrate by spin coating, and a thin film having a thickness of 200 nm is formed of a spherical gold fine particle, a two-photon absorbing organic material, and a dispersant (octadecanethiol) covering a part of the surface of the spherical gold fine particle. Was made.

〔実施例4〕
0.18mol/l臭化セチルトリメチルアンモニウム水溶液70ml、シクロヘキサン0.36ml、アセトン1ml、及び0.1mol/l硝酸銀水溶液1.3mlを混合し撹拌した。これに0.24mol/l塩化金酸水溶液0.3mlを加えた後、0.1mol/lアスコルビン酸水溶液0.3mlを加え、塩化金酸水溶液の色が消失したことを確認し、その後、この溶液をシャーレに移し換えて低圧水銀灯により波長254nmの紫外線を20分間照射し、830nm付近に吸収ピークをもつ金ナノロッド分散液を得た。得られた分散液を、遠心分離器を用いて金ナノロッド成分を沈降させ、上澄み液を取り除いた。そしてまた新たに水を加え、再び遠心分離器を用いて金ナノロッド成分を沈降させ、このような工程を複数回繰り返し、金ナノロッドに吸着していた余剰の臭化セチルトリメチルアンモニウム(分散剤)を取り除いた。
このように調整した金ナノロッド分散液に、3−アミノプロピルエチルジエトキシシランの1%トルエン溶液0.1mlを加えて攪拌し、また更にトルエン10mlを加えて攪拌することにより、トルエン層に金ナノロッドを分散させた。その後、溶液をデカンテーションし、3−アミノプロピルエチルジエトキシシランで被覆された金ナノロッドのトルエン溶液を得た。
この溶液1mlに、更に上記式(2)に示す二光子吸収有機材料7mgを加え攪拌した。攪拌後、この溶液をガラス基板上にスピンコートにより塗布し、金ナノロッド、二光子吸収有機材料、並びに分散剤(Siカップリング剤:3−アミノプロピルエチルジエトキシシラン)からなる厚さ200nmの薄膜を作製した。
Example 4
70 ml of 0.18 mol / l cetyltrimethylammonium bromide aqueous solution, 0.36 ml of cyclohexane, 1 ml of acetone, and 1.3 ml of 0.1 mol / l silver nitrate aqueous solution were mixed and stirred. After adding 0.3 ml of 0.24 mol / l chloroauric acid aqueous solution to this, 0.3 ml of 0.1 mol / l ascorbic acid aqueous solution was added to confirm that the color of the chloroauric acid aqueous solution disappeared. The solution was transferred to a petri dish and irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 254 nm for 20 minutes with a low-pressure mercury lamp to obtain a gold nanorod dispersion having an absorption peak near 830 nm. The gold nanorod component was precipitated from the obtained dispersion using a centrifuge, and the supernatant was removed. Then, water is added again, and the gold nanorod component is precipitated again using a centrifuge, and this process is repeated a plurality of times to remove the excess cetyltrimethylammonium bromide (dispersant) adsorbed on the gold nanorod. Removed.
By adding 0.1 ml of a 1% toluene solution of 3-aminopropylethyldiethoxysilane to the gold nanorod dispersion thus prepared and stirring, and further adding 10 ml of toluene and stirring, the gold nanorods are added to the toluene layer. Was dispersed. Thereafter, the solution was decanted to obtain a toluene solution of gold nanorods coated with 3-aminopropylethyldiethoxysilane.
To 1 ml of this solution, 7 mg of a two-photon absorption organic material represented by the above formula (2) was further added and stirred. After stirring, this solution was applied onto a glass substrate by spin coating, and a thin film having a thickness of 200 nm comprising gold nanorods, a two-photon absorbing organic material, and a dispersant (Si coupling agent: 3-aminopropylethyldiethoxysilane). Was made.

〔実施例5〕
実施例4で調整した金ナノロッド分散液に、3−メルカプトプロピルトリエトキシシランの1%トルエン溶液0.1mlを加えて攪拌し、また更にトルエン10mlを加えて攪拌することによりトルエン層に金ナノロッドを分散させた。その後、溶液をデカンテーションし、3−メルカプトプロピルトリエトキシシランで被覆された金ナノロッドのトルエン溶液を得た。
この溶液1mlに、更に上記式(2)に示す二光子吸収有機材料7mgを加え攪拌した。攪拌後、この溶液をガラス基板上にスピンコートにより塗布し、金ナノロッド、二光子吸収有機材料、並びに分散剤(Siカップリング剤:3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン)からなる厚さ200nmの薄膜を作製した。
Example 5
To the gold nanorod dispersion prepared in Example 4, 0.1 ml of a 1% toluene solution of 3-mercaptopropyltriethoxysilane was added and stirred, and further, 10 ml of toluene was added and stirred to form gold nanorods in the toluene layer. Dispersed. Thereafter, the solution was decanted to obtain a toluene solution of gold nanorods coated with 3-mercaptopropyltriethoxysilane.
To 1 ml of this solution, 7 mg of a two-photon absorption organic material represented by the above formula (2) was further added and stirred. After stirring, this solution was applied onto a glass substrate by spin coating, and a thin film having a thickness of 200 nm composed of gold nanorods, a two-photon absorbing organic material, and a dispersant (Si coupling agent: 3-mercaptopropyltriethoxysilane) was formed. Produced.

〔実施例6〕
塩化金酸四水和物0.1gを超純粋950mlに溶解し、加熱沸騰させた。この溶液を攪拌しながら1%クエン酸ナトリウム水溶液を加え、加熱還流後、室温まで放冷して球状金微粒子溶液を得た。得られた球状金微粒子溶液100mlに、3−メルカプトプロピルトリメトキシシランの1%アセトン溶液0.1mlを加えて攪拌後、この溶液1mlに更に上記式(2)に示す二光子吸収有機材料7mgを加え攪拌した。攪拌後、この溶液をガラス基板上にスピンコートにより塗布し、球状金微粒子、二光子吸収有機材料、並びに分散剤(Siカップリング剤:3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン)からなる厚さ200nmの薄膜を作製した。
Example 6
0.1 g of chloroauric acid tetrahydrate was dissolved in 950 ml of ultrapure and heated to boiling. While stirring this solution, 1% aqueous sodium citrate solution was added, heated to reflux, and allowed to cool to room temperature to obtain a spherical gold fine particle solution. To 100 ml of the resulting spherical gold fine particle solution, 0.1 ml of a 1% acetone solution of 3-mercaptopropyltrimethoxysilane was added and stirred, and then 7 mg of the two-photon absorbing organic material represented by the above formula (2) was further added to 1 ml of this solution. Added and stirred. After stirring, this solution was applied onto a glass substrate by spin coating, and a thin film having a thickness of 200 nm comprising spherical gold fine particles, a two-photon absorbing organic material, and a dispersant (Si coupling agent: 3-mercaptopropyltrimethoxysilane). Was made.

〔実施例7〕
塩化金酸四水和物0.1gを超純粋950mlに溶解し加熱沸騰させた。この溶液を攪拌しながら1%クエン酸ナトリウム水溶液を加え、加熱還流後、室温まで放冷して球状金微粒子溶液を得た。得られた球状金微粒子溶液100mlに、3−メルカプトプロピルトリエトキシシランの1%アセトン溶液1mlを加えて攪拌後、この溶液1mlに更に上記式(2)に示す二光子吸収有機材料7mgを加え攪拌した。攪拌後、この溶液をガラス基板上にスピンコートにより塗布し、球状金微粒子、二光子吸収有機材料、並びに分散剤(Siカップリング剤:3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン)からなる厚さ200nmの薄膜を作製した。
Example 7
0.1 g of chloroauric acid tetrahydrate was dissolved in 950 ml of ultrapure and heated to boiling. While stirring this solution, 1% aqueous sodium citrate solution was added, heated to reflux, and allowed to cool to room temperature to obtain a spherical gold fine particle solution. 1 ml of a 1% acetone solution of 3-mercaptopropyltriethoxysilane is added to 100 ml of the resulting spherical gold fine particle solution and stirred. Then, 7 mg of the two-photon absorption organic material represented by the above formula (2) is further added to 1 ml of this solution and stirred. did. After stirring, this solution was applied onto a glass substrate by spin coating, and a thin film having a thickness of 200 nm composed of spherical gold fine particles, a two-photon absorbing organic material, and a dispersant (Si coupling agent: 3-mercaptopropyltriethoxysilane). Was made.

〔比較例1〕
トルエン10mlに上記式(2)に示す二光子吸収有機材料7mgを加えて攪拌した。攪拌後、アクリル樹脂ダイヤナールBR−75(三菱レーヨン製)1gを加え攪拌、融解した。この溶液をガラス基板上に枠を作り流し込み(キャスティング)、溶媒を揮発、固化し、厚さ50μmのアクリル樹脂バルク体を作製した。
[Comparative Example 1]
7 mg of a two-photon absorption organic material represented by the above formula (2) was added to 10 ml of toluene and stirred. After stirring, 1 g of acrylic resin Dianal BR-75 (manufactured by Mitsubishi Rayon) was added and stirred and melted. The solution was cast on a glass substrate by casting (casting), and the solvent was volatilized and solidified to produce an acrylic resin bulk body having a thickness of 50 μm.

〔比較例2〕
トルエン10mlに上記式(2)に示す二光子吸収有機材料7mgを加えて攪拌し、ガラス基板上にスピンコートにより塗布することで厚さ200nmの薄膜を作製した。
[Comparative Example 2]
7 mg of a two-photon absorption organic material represented by the above formula (2) was added to 10 ml of toluene, and the mixture was stirred and applied on a glass substrate by spin coating to produce a thin film having a thickness of 200 nm.

(二光子蛍光強度と増強度の測定)
一般的には、二光子吸収効率の測定は、金属微粒子による入射光の吸収、及び散乱の影響があるため、直接測定を行うことは容易ではない。
かかる観点から、上述した各実施例及び比較例において作製したサンプル二光子吸収有機材料においては、特に蛍光特性を有す材料を例示することとし、二光子吸収の結果として生じる蛍光光量を二光子吸収効率の代替特性として評価することとした。
(Measurement of two-photon fluorescence intensity and enhancement)
In general, the measurement of the two-photon absorption efficiency is not easy to directly measure because of the influence of absorption and scattering of incident light by the metal fine particles.
From this point of view, in the sample two-photon absorption organic materials prepared in each of the above-described Examples and Comparative Examples, a material having fluorescence characteristics is particularly exemplified, and the amount of fluorescence generated as a result of the two-photon absorption is determined by two-photon absorption. We decided to evaluate it as an alternative characteristic of efficiency.

図5に蛍光光量の測定系の概略図を示す。
二光子吸収のための励起光光源は、スペクトラフィジックス社製のMaiTai(赤外線フェムト秒レーザー、繰り返し周波数80MHz、パルス幅100fs)を用いた。出力調整のため、1/2λ板とグランレーザープリズムよりなるアッテネーターを設け平均出力200mWに調整を行った。出力調整後、1/4λ板を通して励起光を円偏光に変換後、焦点距離100mmの平凸レンズで設置したサンプル内部に集光させた。
励起光の焦点位置で発生する蛍光は、焦点距離40mmのカップリングレンズで集光し概略平行光とした後、ダイクロイックミラーにより励起光と分離、また赤外線カットガラスフィルターを通し、焦点距離100mmの平凸レンズで概略集光後にフォトダイオードで検出した。
FIG. 5 shows a schematic diagram of a measurement system for the amount of fluorescent light.
As the excitation light source for two-photon absorption, MaiTai (infrared femtosecond laser, repetition frequency 80 MHz, pulse width 100 fs) manufactured by Spectra Physics was used. In order to adjust the output, an attenuator composed of a 1 / 2λ plate and a Glan laser prism was provided to adjust the average output to 200 mW. After adjusting the output, the excitation light was converted into circularly polarized light through a ¼λ plate, and then condensed in a sample installed with a plano-convex lens having a focal length of 100 mm.
Fluorescence generated at the focal position of the excitation light is condensed by a coupling lens with a focal length of 40 mm to be approximately parallel light, separated from the excitation light by a dichroic mirror, and passed through an infrared cut glass filter, and is then flattened with a focal length of 100 mm. The light was roughly condensed with a convex lens and then detected with a photodiode.

(評価結果)
上記実施例1〜7の二光子蛍光光量を、比較例1、2との相対値で評価した。なお、実施例1の比較例1との相対値を表1に示し、実施例2〜7の比較例2との相対値を表2に示した。
(Evaluation results)
The two-photon fluorescence light amount of Examples 1 to 7 was evaluated as a relative value with Comparative Examples 1 and 2. The relative values of Example 1 with Comparative Example 1 are shown in Table 1, and the relative values of Examples 2 to 7 with Comparative Example 2 are shown in Table 2.

Figure 0005417684
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Figure 0005417684
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上記表1、表2の評価結果に示すように、本発明によれば、金属微粒子に発生する局在プラズモン増強場を利用したことによって多光子吸収有機材料の多光子吸収効率を飛躍的に向上させることができた。   As shown in the evaluation results of Tables 1 and 2, according to the present invention, the multiphoton absorption efficiency of the multiphoton absorbing organic material is dramatically improved by utilizing the localized plasmon enhancement field generated in the metal fine particles. I was able to.

なお、上記各実施例は、本発明の実施形態の一例であり、他の公知の材料構成をとることも可能であり、何ら本発明の要旨を変更するものではない。   In addition, each said Example is an example of embodiment of this invention, It is also possible to take another well-known material structure, and does not change the summary of this invention at all.

(a)三次元記録媒体の概略断面図を示す。(b)記録装置の概略構成図を示す。(A) A schematic sectional view of a three-dimensional recording medium is shown. (B) The schematic block diagram of a recording device is shown. 色素増感型有機太陽電池の一例の概略構成図を示す。The schematic block diagram of an example of a dye-sensitized organic solar cell is shown. 光制限装置の一例の概略構成図を示す。The schematic block diagram of an example of an optical limiting device is shown. 光造形装置の一例の概略構成図を示す。The schematic block diagram of an example of an optical shaping apparatus is shown. 蛍光光量の測定系の概略図を示す。The schematic of the measurement system of a fluorescence light quantity is shown.

符号の説明Explanation of symbols

10 三次元光記録媒体
11a 基板
11b 光源
12a 基板
12b 光源
13a 記録層
14a 中間層
15a 光
21 透明導電膜
22 固体電解質
23 多光子吸収有機材料
24 金属微粒子
30 色素増感型有機太陽電池
31 制御光
32 信号光
33 光制限素子
34 カラーフィルター
35 検出器
40 光制限装置
41 光源
42 可動形式のミラー
43 集光レンズ
44 光硬化材料
45 可動ステージ
50 光造形装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Three-dimensional optical recording medium 11a Substrate 11b Light source 12a Substrate 12b Light source 13a Recording layer 14a Intermediate layer 15a Light 21 Transparent conductive film 22 Solid electrolyte 23 Multiphoton absorption organic material 24 Metal fine particle 30 Dye-sensitized organic solar cell 31 Control light 32 Signal light 33 Light limiting element 34 Color filter 35 Detector 40 Light limiting device 41 Light source 42 Movable mirror 43 Condensing lens 44 Photocurable material 45 Movable stage 50 Stereolithography device

Claims (9)

少なくとも、多光子吸収有機材料と、局在プラズモン増強場を発生する金属微粒子と、分散剤とを含有し、
前記分散剤が、前記多光子吸収有機材料と前記局在プラズモン増強場を発生する金属微粒子との間の電子移動を抑制する機能を有し
前記分散剤が、シランカップリング剤であることを特徴とする混合物。
Containing at least a multiphoton absorbing organic material, fine metal particles that generate a localized plasmon enhancement field, and a dispersant,
The dispersant has a function of suppressing electron transfer between the multiphoton absorbing organic material and the fine metal particles that generate the localized plasmon enhancement field ,
The mixture , wherein the dispersant is a silane coupling agent .
前記局在プラズモン増強場を発生する金属微粒子の表面全体、あるいは表面の一部が、前記分散剤によって被覆されていること特徴とする請求項1に記載の混合物。 A mixture according to claim 1, wherein the entire surface of the fine metal particles to generate local plasmon enhanced field, or a part of the surface, characterized in that it is coated with the dispersant. 常温で固体であることを特徴とする請求項1または2に記載の混合物。 The mixture according to claim 1 or 2 , which is solid at normal temperature. 前記局在プラズモン増強場を発生する金属微粒子が、ナノロッドであることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の混合物。 The mixture according to any one of claims 1 to 3 , wherein the metal fine particles that generate the localized plasmon enhancement field are nanorods. 平面上に形成され、当該平面に対して垂直方向に入射する光によって記録再生を行う光記録媒体であって、
少なくともその構成要素の一部として、請求項1乃至のいずれか一項に記載の混合物が用いられていることを特徴とする光記録媒体。
An optical recording medium that is formed on a plane and performs recording and reproduction by light incident in a direction perpendicular to the plane,
An optical recording medium using the mixture according to any one of claims 1 to 4 as at least a part of its constituent elements.
請求項に記載の光記録媒体が積層された構成を有していることを特徴とする三次元光記録媒体。 6. A three-dimensional optical recording medium having a structure in which the optical recording medium according to claim 5 is laminated. 構成要素の少なくとも一部として、請求項1乃至のいずれか一項に記載の混合物が用いられていることを特徴とする光電変換素子。 The photoelectric conversion element characterized by using the mixture as described in any one of Claims 1 thru | or 4 as at least one part of a component. 構成要素の少なくとも一部として、請求項1乃至のいずれか一項に記載の混合物が用いられていることを特徴とする光制限素子。 As at least a part of the components, optical limiting element characterized by mixture is used according to any one of claims 1 to 4. 構成要素の少なくとも一部として、請求項1乃至のいずれか一項に記載の混合物が用いられていることを特徴とする光造形システム。
The stereolithography system, wherein the mixture according to any one of claims 1 to 4 is used as at least a part of the constituent elements.
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