JP5504467B2 - 3次元ナノ金属構造体の光還元加工法 - Google Patents
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Description
(1)金属イオンが分散された媒体中に光を照射することにより前記金属イオンを光還元して金属結晶を生成させる工程を含む金属構造体の製造方法であって、前記媒体は金属結晶の成長を阻害する物質を含むことを特徴とする方法、
(2)前記物質が、イオン性官能基及び配位結合性官能基から選ばれる1種類以上の官能基を1つ以上有する物質である(1)に記載の方法、
(3)前記イオン性官能基を有する物質が一般式(I)で表される物質又はその塩である(2)に記載の方法、
R1-COOH (I)
(式中R1は、任意の水素原子がカルボキシル基、アミノ基、チオール基、水酸基及びシアノ基から選ばれる1種類以上の置換基で置き換えられてもよく、任意の-CH2-が-C(=O)-または-N(R2)-(R2はアルキル基)で置き換えられてもよい、飽和又は不飽和の炭化水素基である。)
(4)前記イオン性官能基を有する物質が一般式(II)で表される物質又はその塩である(2)に記載の方法、
R1-NH2 (II)
(式中R1は、任意の水素原子がカルボキシル基、アミノ基、チオール基、水酸基及びシアノ基から選ばれる1種類以上の置換基で置き換えられてもよく、任意の-CH2-が-C(=O)-または-N(R2)-(R2はアルキル基)で置き換えられてもよい、飽和又は不飽和の炭化水素基である。)
(5)前記配位結合性官能基を有する物質が一般式(III)で表される物質又はその塩である(2)に記載の方法、
R1-SH (III)
(式中R1は、任意の水素原子がカルボキシル基、アミノ基、チオール基、水酸基及びシアノ基から選ばれる1種類以上の置換基で置き換えられてもよく、任意の-CH2-が-C(=O)-または-N(R2)-(R2はアルキル基)で置き換えられてもよい、飽和又は不飽和の炭化水素基である。)
(6)前記配位結合性官能基を有する物質が一般式(IV)で表される物質又はその塩である(2)に記載の方法、
R1-OH (IV)
(式中R1は、任意の水素原子がカルボキシル基、アミノ基、チオール基、水酸基及びシアノ基から選ばれる1種類以上の置換基で置き換えられてもよく、任意の-CH2-が-C(=O)-または-N(R2)-(R2はアルキル基)で置き換えられてもよい、飽和又は不飽和の炭化水素基である。)
(7)前記配位結合性官能基を有する物質が一般式(V)で表される物質又はその塩である(2)に記載の方法、
R1-CN (V)
(式中R1は、任意の水素原子がカルボキシル基、アミノ基、チオール基、水酸基及びシアノ基から選ばれる1種類以上の置換基で置き換えられてもよく、任意の-CH2-が-C(=O)-または-N(R2)-(R2はアルキル基)で置き換えられてもよい、飽和又は不飽和の炭化水素基である。)
(8)前記物質が一般式(VI)で表される物質又はその塩である(1)に記載の方法、
R1-O-R3 (VI)
(式中R1及びR3は、任意の水素原子がカルボキシル基、アミノ基、チオール基、水酸基及びシアノ基から選ばれる1種類以上の置換基で置き換えられてもよく、任意の-CH2-が-C(=O)-または-N(R2)-(R2はアルキル基)で置き換えられてもよい、飽和又は不飽和の炭化水素基である。)
(9)前記物質が一般式(VII)で表される物質又はその塩である(1)に記載の方法、
R1-C(=O)-NH-R3 (VII)
(式中R1及びR3は、任意の水素原子がカルボキシル基、アミノ基、チオール基、水酸基及びシアノ基から選ばれる1種類以上の置換基で置き換えられてもよく、任意の-CH2-が-C(=O)-または-N(R2)-(R2はアルキル基)で置き換えられてもよい、飽和又は不飽和の炭化水素基である。)
(10)前記物質が、アミノ基、カルボキシル基、カルボニル基及びチオール基から選ばれる1種類以上の官能基を1つ以上有するモノマーから構成されるポリマー又はコポリマーである(1)に記載の方法、及び
(11)前記金属イオンが銀イオンである(1)〜(10)のいずれかに記載の方法、
を提供するものである。
跡にそった微細な金属構造体を製造することが可能になる。さらに光を集光することで、集光点のサイズスケールでの微細な加工が可能になる。さらに、フェムト秒短パルスレーザー光等を利用することで、時間当たりにさらに高い光エネルギーを付与することもできる。
(1)周期表におけるIIIA族からIB族の遷移元素のイオン。中でもCrイオン、Mnイオン、Feイオン、Coイオン、Niイオン、Pdイオン、Ptイオン、Cuイオン、Agイオン、Auイオンが好ましい。
(2)IIIB族元素のイオン。中でもAlイオン、Inイオンが好ましい。
(3)Znイオン、Cdイオン、Hgイオン、Naイオン、Kイオン、Mgイオン、Caイオン。
している状態を指す。分散している状態とは、コロイドやミセル形態で分散している状態をも含む。
(1)分子中に金属や金属イオンと親和性をもつか、又は直接結合する原子を有すること。
(2)金属イオンが分散している溶媒中に分散すること。
(3)直接金属イオンを還元する能力が低いこと。
(4)金属イオンと結合し沈殿物等を生じないこと(ただし、溶媒のpH調整や金属イオンの錯イオン形成によって沈殿物を再度溶解させることが可能な場合は使用可能である)。
(5)分子構造中にイオン性官能基を有する。
(6)分子構造中に非共有電子対(ローンペア)をもつ配位結合性官能基を有する。
(7)分子構造中にペプチド結合又はこれに類似した構造、エーテル結合、エステル結合を有する。
(8)分子構造中にカルボニル基を有する。
炭化水素の鎖長に特に制限はなく、使用する媒体の種類や、分子構造中の親水基の存在等を考慮して媒体中に分散しやすいものを適宜選択することができる。溶媒が水の場合で,かつ分子鎖に親水基を含まない場合は,炭素鎖の長さは5〜10程度が好ましい。
R1-NH2 (II)
R1-SH (III)
R1-OH (IV)
R1-CN (V)
R1-O-R3 (VI)
R1-C(=O)-NH-R3 (VII)
(式中R1及びR3は、任意の水素原子がカルボキシル基、アミノ基、チオール基、水酸基及びシアノ基から選ばれる1種類以上の置換基で置き換えられてもよく、任意の-CH2-が-C(=O)-または-N(R2)-(R2はアルキル基)で置き換えられてもよい、飽和又は不飽和の炭化水素基である。)
金属結晶の成長を阻害する物質を媒体に添加したときの金属構造体の形状
硝酸銀水溶液にN−デカノイルサルコシンナトリウム(NDSS)(化学式VIII)を添加してガラス基板(マイクロカバーガラス、松浪硝子工業株式会社製)上に滴下した。ガラス基板の上面で集光するように調整されたレーザー光(光源:チタンサファイアフェムト秒レーザー(Tsunami(登録商標)、スペクトラフィジックス社製)、中心波長:800 nm,パルス幅:80 fsec)をガラス基板の下から照射しながら、集光点を基板表面と水平方向に直線状に走査した。ここで、NDSSの最終濃度は0.1M、硝酸銀濃度は0.05M、照射されたレーザー光強度は0.8mW、走査速度は7μm/sとした。加工は室温で行った。
CH3(CH2)8−CO−N(CH3)−CH2−COONa (VIII)
NDSS
金属結晶の成長を阻害する物質を媒体に添加しないときの金属構造体の形状
硝酸銀水溶液にクマリン400(製造元:エキシトン(Exciton)社,販売元:東京インスツルメンツ社)の0.01wt%エタノール溶液を添加したものをガラス基板(マイクロカバーガラス、松浪硝子工業株式会社製)上に滴下した。ガラス基板の上面で集光するように集光レンズを透過させたレーザー光(光源:チタンサファイアフェムト秒レーザー(Tsun
ami(登録商標)、スペクトラフィジックス社製)、中心波長:800 nm,パルス幅:80 fsec)をガラス基板の下から照射しながら、集光点を基板表面と水平方向に直線状に走査した。ここで、使用した硝酸銀濃度は0.05M、照射されたレーザー光強度は0.8mW、走査速度は7μm/sとした。加工は室温で行った。
実施例1のNDSSに代えて本発明に係る様々な物質(下記化学式IX〜XV)を添加した硝酸銀水溶液についても同様の実験を行い作製された銀ラインを図4〜11に示す。各実施例における実験条件を表1に示す。加工は室温で行った。
NH2−CH(CH3)−COOH (IX)
DL−アラニン 〔実施例2〕
CH3(CH2)8−COONa (X)
デカン酸ナトリウム 〔実施例3〕
NaOOC−(CH2)8−COONa (XI)
セバシン酸二ナトリウム 〔実施例4〕
CH3(CH2)10−COOH (XII)
ラウリン酸ナトリウム 〔実施例5〕
CH3−(CH2)5−CH(NH2)−COOH (XIII)
DL−2−アミノ−n−オクタン酸 〔実施例6〕
CH3−(CH2)10−CO−N(CH3)−CH2−COONa・xH2O (XIV)
N−ラウロイルサルコシンナトリウム水和物 〔実施例7〕
3次元構造の作製
本願の金属構造体の製造方法により、3次元構造の金属構造体の作製を試みた。
Claims (2)
- 金属イオンが分散された媒体中に光を照射することにより前記金属イオンを光還元して金属結晶を生成させる工程を含む金属構造体の製造方法であって、
前記媒体は金属結晶の成長を阻害する物質を含み、
前記金属結晶の成長を阻害する物質が、N−デカノイルサルコシンナトリウムおよびN−ラウロイルサルコシンナトリウムから選択される、
ことを特徴とする方法。 - 前記金属イオンが銀イオンである請求項1に記載の方法。
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