JP5635675B2 - 二重コアシェル蛍光材料およびその調製方法 - Google Patents
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Description
(R1−x,Eux)2O3
式中、RはY,Gdまたはこれらの複合体であり、0.02≦x≦0.1である、
で表される蛍光物質である二重コアシェル蛍光材料。
前記金属粒子ゾルをアルコール溶媒と弱アルカリ溶液に溶解し、テトラエチルオルトシリケートを加えて反応させ、酸化ケイ素が前記金属粒子を内部シェルとして包摂している懸濁液を調製する;
硝酸イットリウムと硝酸ガドリニウムの少なくとも一つと硝酸ユーロピウムを含む混合溶液を調製し、沈殿剤またはゲルを加え、それぞれの硝酸塩と沈殿剤またはゲルとを溶媒を用いて溶解させ、二酸化ケイ素が内部シェルとしの前記金属粒子を包摂している懸濁液を加えると二重コアシェル蛍光材料の前駆体が得られる;そして
二重コアシェル蛍光材料の前駆体を熱処理することにより二酸化ケイ素内部シェルを包摂する蛍光物質外部シェルが形成され、次の化学式:
(R1−x,Eux)2O3
式中、RはY,Gdまたはこれらの複合物であり、0.02≦x≦0.1である、
で表される。二重コアシェル蛍光材料が得られる。
(R1−x,Eux)2O3
式中、RはY,Gdまたはこれらの複合体であり、0.02≦x≦0.1である、
で表される蛍光物質である。
M@SiO2@(R1‐x,Eux)2O3
で表され、@は包摂を表す。M、Si、および(R1−x,Eux)2O3のモル比は式M@SiO2@(R1‐x,Eux)2O3には示されておらず、代わりに、式はただ二重コアシェル包摂構造を表しており、例えば式中のこれら三つの要素は内部コア、内部シェル、外部シェルをこの順に表す。同様に、M@SiO2およびM@SiO2@(Y1−x,Eux)2(C2O4)3は、後述するが、同様の構造を有する。
(R1−x,Eux)2O3
で表される蛍光物質層を形成する。二重コアシェル蛍光材料全体では粒子の形であり、好ましくは球状粒子、または球状様粒子である。
(R1−x,Eux)2O3
式中、RはY,Gdまたはこれらの複合物であり、0.02≦x≦0.1である、
で表される蛍光物質外部シェルが形成される。
i.工程(1)のGd(NO3)3および/またはY(NO3)3およびEu(NO3)3を含む混合溶液を工程S02の表面修飾した(または非修飾の)M@SiO2マイクロスフィア状懸濁液に加え、1時間から4時間攪拌することによって混合溶液が得られる。
室温下で、平均粒子径20nmを有し、濃度5×10−2mol/LのAu粒子ゾル0.5mlを量り取りビーカーに入れた。攪拌しながらPVP0.01gを加えた。3時間撹拌後、エタノール20ml、イオン交換水2ml、アンモニア2ml、TEOS1mlをこの順番に加えた。5時間撹拌後、溶液を遠心分離しAu@SiO2マイクロスフィア粒子を得る。これを続いてエタノールで3回洗浄し、コニカルフラスコに注いだ。
室温下で、平均粒子径100nmを有し、濃度1×10−6mol/LのPt粒子ゾル1mlを量り取りビーカーに入れた。攪拌しながらPVP0.2gを加えた。12時間撹拌後、エタノール10ml、イオン交換水10ml、アンモニア1ml、TEOS1mlをこの順番に加えた。3時間撹拌後、溶液を遠心分離しPt@SiO2マイクロスフィア粒子を得る。これを続いてエタノールで5回洗浄し、コニカルフラスコに注いだ。
室温下で、平均粒子径60nmを有し、濃度3×10−6mol/LのAg粒子ゾル2mlを量り取りビーカーに入れた。攪拌しながらPVP0.15gを加えた。6時間撹拌後、エタノール14ml、イオン交換水8ml、アンモニア3ml、TEOS2mlをこの順番に加えた。1時間撹拌後、溶液を遠心分離しAg@SiO2マイクロスフィア粒子を得る。これを続いてエタノールで4回洗浄し、コニカルフラスコに注いだ。
室温下で、平均粒子径80nmを有し、濃度5×10−3mol/LのPd粒子ゾル1mlを量り取りビーカーに入れた。攪拌しながらPVP0.12gを加えた。10時間撹拌後、エタノール16ml、イオン交換水5ml、アンモニア1.5ml、TEOS0.5mlをこの順番に加えた。6時間撹拌後、溶液を遠心分離しPd@SiO2マイクロスフィア粒子を得る。これを続いてエタノールで3回洗浄し、コニカルフラスコに注いだ。
室温下で、平均粒子径80nmを有し、濃度3×10−5mol/LのAg粒子ゾル1mlを量り取りビーカーに入れた。攪拌しながらPVP0.10gを加えた。6時間撹拌後、エタノール15ml、イオン交換水85ml、アンモニア1ml、TEOS2mlをこの順番に加えた。4時間撹拌後、溶液を遠心分離しAg@SiO2マイクロスフィア粒子を得る。これを続いてエタノールで3回洗浄し、コニカルフラスコに注いだ。
Ptナノ粒子ゾルの調製:塩化白金酸(H2PtCl6・6H2O)5.18mgをイオン交換水17mlに溶解した。塩化白金酸が完全に溶解したら、クエン酸ナトリウム8.0mgとドデシル硫酸ナトリウム12.0mgを秤量し、マグネチックスターラ−で攪拌しながら塩化白金酸溶液に溶解した。水素化ホウ素ナトリウム0.38mgをイオン交換水10mlに溶解し、濃度1×10−3mol/Lの水素化ホウ素ナトリウム水溶液10mlを調製した。同時に、濃度1×10−2mol/Lの水素化ホウ素ナトリウム水溶液10mlも調製した。マグネチックスターラ−で攪拌しながら0.4mlの水素化ホウ素ナトリウム水溶液を塩化白金酸溶液に滴下し、5分間攪拌し、続けて濃度1×10−2mol/Lの水素化ホウ素ナトリウム水溶液2.6mlを前記塩化白金酸水溶液に滴下し、さらに40分間反応させ白金ナノ粒子ゾル20mlを得た。マグネチックスターラ−で12時間攪拌しながら白金ナノ粒子ゾル6mlにPVP6.0mgを加え、表面処理された白金ナノ粒子を得た。
Auナノ粒子ゾルの調製:塩化金酸(H2AuCl6・6H2O)4.12mgをイオン交換水8.4mlに溶解した。塩化金酸が完全に溶解したら、クエン酸ナトリウム14mgと臭化セチルトリメチルアンモニウム6mgを秤量し、マグネチックスターラ−で攪拌しながら塩化金酸溶液に溶解した。水素化ホウ素ナトリウム1.9mgとアスコルビン酸17.6mgをそれぞれイオン交換水10mlに溶解し、濃度5×10−3mol/Lの水素化ホウ素ナトリウム水溶液10mlと濃度1×10−2mol/Lのアスコルビン酸水溶液10mlを調製した。マグネチックスターラ−で攪拌しながら0.04mlの水素化ホウ素ナトリウム水溶液を塩化金酸溶液に滴下し、5分間攪拌し、続けて濃度1×10−2mol/Lのアスコルビン酸水溶液1.56mlを前記塩化金酸水溶液に滴下し、続けて30分間反応させ濃度1×10−3mol/Lの金ナノ粒子ゾル10mlを得た。マグネチックスターラ−で8時間攪拌しながら金ナノ粒子ゾル6mlにPVP10mgを加え、表面処理された金ナノ粒子を得た。
Agナノ粒子ゾルの調製:硝酸銀(AgNO3)3.40mgをイオン交換水18.4mlに溶解した。硝酸銀が完全に溶解したら、クエン酸ナトリウム42mgを秤量し、マグネチックスターラ−で攪拌しながら前記硝酸銀溶液に溶解した。水素化ホウ素ナトリウム5.7mgをイオン交換水10mlに溶解し、濃度1.5×10−2mol/Lの水素化ホウ素ナトリウム水溶液10mlを調製した。マグネチックスターラ−で攪拌しながら濃度1.5×10−2mol/Lの水素化ホウ素ナトリウム水溶液1.6mlを前記硝酸銀に加え、続けて10分間攪拌し、濃度1×10−3mol/Lの銀ナノ粒子ゾル20mlを得た。銀ナノ粒子ゾル8mlにPVP40mgを加え、マグネチックスターラ−で6時間攪拌し表面処理された銀ナノ粒子を得た。
Pdナノ粒子ゾルの調製:塩化パラジウム(PdCl2・2H2O)0.43mgをイオン交換水8.5mlに溶解した。塩化パラジウムが完全に溶解したら、クエン酸ナトリウム11.0mgとドデシル硫酸ナトリウム4.0mgを秤量し、マグネチックスターラ−で攪拌しながら前記塩化パラジウム溶液に溶解した。水素化ホウ素ナトリウム3.8mgをイオン交換水10mlに溶解し、濃度1×10−2mol/Lの水素化ホウ素ナトリウム水溶液10mlを調製した。マグネチックスターラ−で攪拌しながら濃度1×10−2mol/Lの水素化ホウ素ナトリウム水溶液0.48mlを前記塩化パラジウム水溶液に加え、続けて20分間攪拌し、濃度1×10−4mol/LのPdナノ粒子ゾル10mlを得た。Pdナノ粒子ゾル10mlにPVP50mgを加え、マグネチックスターラで4時間攪拌し表面処理されたPdナノ粒子を得た。
Agナノ粒子ゾルの調製:硝酸銀(AgNO3)3.40mgをエタノール18.4mlに溶解した。硝酸銀が完全に溶解したら、PVP35.5mgを秤量し、マグネチックスターラ−で攪拌しながら前記硝酸銀エタノール溶液に溶解した。水素化ホウ素ナトリウム5.7mgをエタノール10mlに溶解し、濃度1.5×10−2mol/Lの水素化ホウ素ナトリウムエタノール溶液10mlを調製した。マグネチックスターラ−攪拌下で濃度1.5×10−2mol/Lの水素化ホウ素ナトリウムエタノール溶液1.6mlを前記硝酸銀エタノール溶液に加え、続けて15分間攪拌し、濃度1×10−3mol/LのAgナノ粒子ゾル20mlを得た。マグネチックスターラ−で3時間攪拌しながらPVP100mgをAgナノ粒子ゾル10mlに加え、表面処理された銀ナノ粒子を得た。
Ptナノ粒子ゾルの調製:塩化白金酸(H2PtCl6・6H2O)5.18mgをイオン交換水17mlに溶解した。塩化白金酸が完全に溶解したら、クエン酸ナトリウム8.0mgとドデシル硫酸ナトリウム12.0mgを秤量し、マグネチックスターラ−で攪拌しながら前記塩化白金酸溶液に溶解した。水素化ホウ素ナトリウム0.38mgをイオン交換水10mlに溶解し、濃度1×10−3mol/Lの水素化ホウ素ナトリウム水溶液10mlを調製した。同時に濃度1×10−2mol/Lのヒドラジン水和物水溶液10mlを調製した。マグネチックスターラ−攪拌下で水素化ホウ素ナトリウム水溶液0.4mlを前記塩化白金酸水溶液に滴下して加え、5分間攪拌し、さらに濃度1×10−2mol/Lのヒドラジン水和物水溶液2.6mlを前記塩化白金酸水溶液に滴下して加え、続けて40分間反応させ、濃度5×10−4mol/LのPtナノ粒子ゾル20mlを得た。Ptナノ粒子ゾルにPVP6.0mgを加え、マグネチックスターラで12時間攪拌し表面処理されたPtナノ粒子を得た。
Auナノ粒子ゾルの調製:塩化金酸(H2AuCl6・6H2O)4.12mgをイオン交換水8.4mlに溶解した。塩化金酸が完全に溶解したら、クエン酸ナトリウム6mgと臭化セチルトリメチルアンモニウム6mgを秤量し、マグネチックスターラ−で攪拌しながら前記塩化金酸溶液に溶解した。水素化ホウ素ナトリウム1.9mgとアスコルビン酸17.6mgをそれぞれイオン交換水10mlに溶解し、濃度5×10−3mol/Lの水素化ホウ素ナトリウム水溶液10mlを調製した。マグネチックスターラ−で攪拌しながら水素化ホウ素ナトリウム水溶液0.04mlを前記塩化金酸水溶液に加え、5分間攪拌し、さらに濃度1×10−2mol/Lのアスコルビン酸水溶液1.56mlを前記塩化金酸水溶液に滴下して加え、続けて30分間反応させ、濃度1×10−3mol/LのAuナノ粒子ゾル10mlを得た。Auナノ粒子ゾル6mlにPVP10mgを加え、マグネチックスターラを用いて8時間攪拌し表面処理されたAuナノ粒子を得た。
Agナノ粒子ゾルの調製:硝酸銀(AgNO3)3.40mgをエタノール18.4mlに溶解した。硝酸銀が完全に溶解したら、クエン酸ナトリウム42mgを秤量し、マグネチックスターラ−で攪拌しながら前記硝酸銀エタノール溶液に溶解した。水素化ホウ素ナトリウム5.7mgをエタノール10mlに溶解し、濃度1.5×10−2mol/Lの水素化ホウ素ナトリウム水溶液10mlを調製した。マグネチックスターラ−で攪拌しながら濃度1.5×10−2の水素化ホウ素ナトリウム水溶液1.6mlを前記硝酸銀エタノール溶液に加え、続けて15分間反応させ、濃度1×10−3mol/LのAgナノ粒子ゾル20mlを調製した。Agナノ粒子ゾル8mlにPVP40mgを加え、マグネチックスターラを用いて6時間攪拌し表面処理されたAgナノ粒子を得た。
Pdナノ粒子ゾルの調製:塩化パラジウム(PdCl2・2H2O)0.43mgをイオン交換水8.5mlに溶解した。塩化パラジウムが完全に溶解したら、PVP35.0mgを秤量し、前記塩化パラジウム水溶液に溶解した。水素化ホウ素ナトリウム3.8mgをイオン交換水10mlに溶解し、濃度1×10−2mol/Lの水素化ホウ素ナトリウム水溶液10mlを調製した。マグネチックスターラ−攪拌下で濃度1×10−2の水素化ホウ素ナトリウム水溶液0.48mlを前記塩化パラジウム水溶液に加え、続けて20分間反応させ、濃度1×10−4mol/LのPdナノ粒子ゾル10mlを調製した。Pdナノ粒子ゾル10mlにPVP100mgを加え、マグネチックスターラを用いて4時間攪拌し表面処理されたPdナノ粒子を得た。
Claims (12)
- 内部コアと、前記内部コアを包摂する内部シェルと、前記内部シェルを包摂する外部シェルと、を有し、前記内部コアはAg,Au,Pdのうち少なくともいずれか一つの金属粒子であり、前記内部シェルの化学組成は二酸化ケイ素であり、前記外部シェルは次の化学式:
(R1−x,Eux)2O3
式中、RはY,Gdまたはこれらの複合体であり、0.02≦x≦0.1である、
で表される蛍光物質である二重コアシェル蛍光材料。 - 前記金属粒子の粒子径は、20nmから100nmの範囲内である、請求項1に記載の二重コアシェル蛍光材料。
- 前記内部コアは、前記内部シェルによって包摂され、内部包摂構造を形成しており、前記内部包摂構造がマイクロスフィア構造である請求項1に記載の二重コアシェル蛍光材料。
- 前記外部シェルは、層形状の前記内部シェルの表面を覆っており、前記二重コアシェル蛍光材料が球状または球状様粒子である請求項1に記載の二重コアシェル蛍光材料。
- 次の工程を有する二重コアシェル蛍光材料の調製方法:
Ag,Au,Pdのうち少なくともいずれか一つである金属粒子の金属粒子ゾルを得る;
前記金属粒子ゾルをアルコール溶媒と弱アルカリ溶液に溶解する、
テトラエチルオルトシリケートを加えて反応させ、二酸化ケイ素が内部シェルとしての前記金属粒子を包摂している懸濁液を調製する;
硝酸イットリウムと硝酸ガドリニウムのうち少なくともいずれか一方と硝酸ユーロピウムを含む混合溶液を調製し、沈殿剤またはゲルを加え、それぞれの硝酸塩と沈殿剤またはゲルを溶媒を使用して溶解し、二酸化ケイ素が内部シェルとしての前記金属粒子を包摂している懸濁液を加えることにより二重コアシェル蛍光材料の前駆体を得る;
前記二重コアシェル蛍光材料の前記前駆体を熱処理し、二酸化ケイ素内部シェルを包摂し次の化学式:
(R1−x,Eux)2O3
式中、RはY,Gdまたはこれらの複合体であり、0.02≦x≦0.1である、
で表される蛍光物質外部シェルを形成し、二重コアシェル蛍光材料を得る。 - 前記金属粒子ゲルが得られた後、さらに濃度0.001g/mlから0.01g/mlの濃度の界面活性剤を用いて、3時間から12時間攪拌しながら、前記金属粒子を表面処理することをさらに有する、請求項5に記載の二重コアシェル蛍光材料の調製方法。
- 前記二重コアシェル蛍光材料の前駆体を得る工程を繰り返すことをさらに含み、それぞれの繰り返しの間、前に得られた前駆体を用いて二酸化ケイ素が内部シェルとしての前記金属粒子を包摂している懸濁液を置き換えることにより、所望の厚さの蛍光物質外部シェルを得る、請求項5に記載の二重コアシェル蛍光材料の調製方法。
- 硝酸イットリウムと硝酸ガドリニウムの少なくとも一つと硝酸ユーロピウムを含む混合溶液の調製後、沈殿剤として尿素またはシュウ酸を添加すること、前記尿素およびシュウ酸を混合溶解すること、内部シェルとして二酸化ケイ素が前記金属粒子を包摂している懸濁液を加えること、アンモニアを用いてpH値を調整すること、マグネチックスターラにより0.5時間から1.5時間攪拌を行うこと、沈殿を生成し、ろ過、洗浄し、乾燥し、ユーロピウム、イットリウムおよび/またはガドリニウムシュウ酸塩からなる外部シェルを有する前駆体を得ることをさらに含む、請求項5に記載の二重コアシェル蛍光材料の調製方法。
- 硝酸イットリウムと硝酸ガドリニウムの少なくとも一つと硝酸ユーロピウムを含む混合溶液の調製後、硝酸塩の混合溶液を溶媒に溶解すること、クエン酸およびポリエチレングリコールを加えること(この際、加えられるクエン酸の量は前記金属粒子ゾル中のクエン酸と前記金属イオンのモル比が1.2:1から5:1となるように決められ、加えられるポリエチレングリコールの量はポリエチレングリコールの濃度が0.08g/mlから0.2g/mlになるように決められる)、および30℃から60℃の水浴中で4時間から8時間攪拌し反応させ蛍光物質ゾルを形成すること;並びに、前記蛍光物質ゾルを二酸化ケイ素が内部シェルとして前記金属粒子を包摂している懸濁液に加えること、および60℃から90℃の水浴中で3時間から12時間攪拌および反応を続けゲルを得ることをさらに含む、請求項5に記載の二重コアシェル蛍光材料の調製方法。
- 内部シェルとして二酸化ケイ素が前記金属粒子を包摂している懸濁液を調製した後、前記懸濁液を精製、分散、および溶解することをさらに含み、前記精製工程は、懸濁液を遠心分離し、蒸留水または無水エタノールを用いて洗浄し、残留している弱アルカリ溶液と残留しているテトラエチルオルトシリケートを除去することを含み、分散および溶解工程は、精製工程の懸濁液を蒸留水中で超音波を用いて分散させ精製した懸濁液を得ることを含む、請求項5に記載の二重コアシェル蛍光材料の調製方法。
- 内部シェルとして二酸化ケイ素が前記金属粒子を包摂している懸濁液を調製した後、マグネチックスターラで攪拌しながら表面修飾剤を前記懸濁液に加えることをさらに含み、前記表面修飾剤と懸濁液の体積比が5:1000から2:100の範囲内であり、表面修飾された懸濁液を得るためのマグネチックスターラでの攪拌が2時間から4時間である、請求項5に記載の二重コアシェル蛍光材料の調製方法。
- 二重コアシェル蛍光材料の前記前駆体を600℃〜1400℃で1時間から6時間熱処理する、請求項5に記載の二重コアシェル蛍光材料の調製方法。
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