JP6120213B2 - Method for producing fine structure, method for producing composite - Google Patents

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本発明は、金属酸化物からなる微細構造体の製造方法および該製造方法を用いて得られる複合体に関する。   The present invention relates to a method for producing a microstructure comprising a metal oxide and a composite obtained using the production method.

現在、導電性基板上に、導電性の材料で、寸法が数ナノメートルから数十ナノメートルの微細構造体が規則的に配列した構造(たとえばナノドットアレイ、ナノロッドアレイ、Line&Space(LS)等。以下、規則配列構造ということがある。)を高密度に形成する技術が、光デバイス、磁気デバイス、電界放出デバイス、電界電極等の分野で注目されている。
該規則配列構造を形成する方法としては、これまで、有機金属気相成長法(MO−VPE)により作製する方法(非特許文献1参照)、Vapor−solid−liquid法(VLS)により作製する方法(非特許文献2参照)、電解析出法により作製する方法等が提案されている。電解析出法により作製する方法としては、マスクを使用しない方法(非特許文献3参照)、ポーラスアルミナをマスクとして使用する方法(非特許文献4参照)、ブロック共重合体を用いて形成されるミクロ相分離構造を有する膜をマスクとして使用する方法(非特許文献5および特許文献1参照)等が提案されている。
At present, a structure in which fine structures having a size of several nanometers to several tens of nanometers are regularly arranged on a conductive substrate (for example, a nanodot array, a nanorod array, Line & Space (LS), etc.). In other words, optical devices, magnetic devices, field emission devices, field electrodes and the like are attracting attention.
As a method of forming the ordered arrangement structure, a method of manufacturing by a metal organic vapor phase epitaxy (MO-VPE) (see Non-Patent Document 1), a method of manufacturing by a vapor-solid-liquid method (VLS). (Refer nonpatent literature 2), the method of producing by the electrolytic deposition method, etc. are proposed. As a method of producing by electrolytic deposition, a method that does not use a mask (see Non-Patent Document 3), a method that uses porous alumina as a mask (see Non-Patent Document 4), and a block copolymer are used. A method of using a membrane having a microphase separation structure as a mask (see Non-Patent Document 5 and Patent Document 1) has been proposed.

上記のうち、MO−VPEを利用する非特許文献1では、GaNの基板にSiO薄膜を形成し、電子線リソグラフィによるトップダウン方式でSiO膜をパターニングし、これをマスクとしてZnOをMO−CVDで成長させることにより、規則配列したZnOのナノロッドアレイやナノチューブアレイ、ナノウォールを作製している。
VLSを利用する非特許文献2では、まずサファイア基板上にAlGaNのエピタキシャル成長層を形成し、その上にAu薄膜を形成させている。その基板および等量のZnOとグラファイトとの混合粉末を、2%Oを含むArをキャリアガスとして供給するチャンバー内にロードし、850℃に熱しながら、VLS成長によりAu薄膜を触媒として、直径30〜40nmの不規則な配列のZnOのナノロッドアレイを作製している。また、Au薄膜の膜厚を1〜8nmの間で変更することにより、ナノロッドアレイの密度を制御している。
マスクを使用しない電解析出法を利用する非特許文献3では、作用電極にTi基板、対極にグラファイト電極、参照電極にAg/AgCl電極の3電極式を用い、10mMの硝酸セリウムと50mMのKCl、塩化アンモニウムを含有する水溶液を電解液として定電流条件0.5mA/cmにて70℃、120分間電界をかけることで、直径200nm程度のCeOのナノロッドアレイを作製している。
ポーラスアルミナをマスクとした電解析出法を利用する非特許文献4では、Alを陽極酸化することで得られる細孔をマスクとしてその片面に金を蒸着することで作用電極とし、対極にグラファイト電極、参照電極にカロメル電極を使用し、0.3MCeCl・7HOのエタノール溶液を電解液として定電圧−3〜−9Vにて60分間電界をかけることで、セリウム水酸化物のロッドを作製している。また、得られた水酸化物のロッドを500度で焼成することで、セリウム酸化物のロッドを作製している。
ブロック共重合体により形成されるミクロ相分離構造をマスクとした電解析出法を利用する非特許文献5では、ポリスチレン(PS)とポリメチルメタクリレート(PMMA)とからなるブロック共重合体を金基板にスピンコートにより成膜し、形成された膜表面にアルミ蒸着されたカプトンシートを接着させ、30から40V/μmの電場を印加しながら165℃で14時間加熱することで、PMMAからなるシリンダー構造が基板に垂直且つヘキサゴナルに配列されたミクロ相分離構造を形成させている。そして、このミクロ相分離構造が形成された膜に紫外線を照射し、酢酸でリンス処理することで、該膜中のPMMAドメインを除去し、ナノポーラスPSフィルムを作製している。その後、ナノポーラスPSフィルムをマスクとして、CoあるいはCuを電解メッキ処理によりポーラス内に堆積させることで金属ナノロッドアレイを作製している。特許文献1の実施例では、ポリエチレンオキシド(PEO)と側鎖に液晶性メソゲン鎖を有するメタクリレートの重合体とからなるブロック共重合体を導電性基板に対して成膜し、140度で熱処理することにより、PEOからなるシリンダー構造が基板に垂直にヘキサゴナルに配列したミクロ層分離構造を形成させている。そして、このミクロ相分離構造が形成された膜に対して電解メッキを行い、前記シリンダー構造の位置に金属を堆積させることで金属ナノロッドアレイを作製している。
Among the above, in Non-Patent Document 1 using MO-VPE, a SiO 2 thin film is formed on a GaN substrate, the SiO 2 film is patterned by a top-down method by electron beam lithography, and ZnO is MO— By growing by CVD, regularly arranged ZnO nanorod arrays, nanotube arrays, and nanowalls are fabricated.
In Non-Patent Document 2 using VLS, an epitaxial growth layer of AlGaN is first formed on a sapphire substrate, and an Au thin film is formed thereon. The substrate and an equal amount of mixed powder of ZnO and graphite were loaded into a chamber in which Ar containing 2% O 2 was supplied as a carrier gas, heated to 850 ° C., and the Au thin film as a catalyst by VLS growth. A nanorod array of ZnO with an irregular arrangement of 30 to 40 nm is fabricated. Further, the density of the nanorod array is controlled by changing the thickness of the Au thin film between 1 and 8 nm.
In Non-Patent Document 3 using an electrolytic deposition method without using a mask, a Ti electrode is used as a working electrode, a graphite electrode is used as a counter electrode, and an Ag / AgCl electrode is used as a reference electrode, and 10 mM cerium nitrate and 50 mM KCl are used. A CeO 2 nanorod array having a diameter of about 200 nm is manufactured by applying an electric field at 70 ° C. for 120 minutes under a constant current condition of 0.5 mA / cm 2 using an aqueous solution containing ammonium chloride as an electrolytic solution.
In Non-Patent Document 4 using an electrolytic deposition method using porous alumina as a mask, a working electrode is formed by vapor-depositing gold on one side using a pore obtained by anodizing Al as a mask, and a graphite electrode as a counter electrode. Using a calomel electrode as the reference electrode and applying an electric field at a constant voltage of -3 to -9 V for 60 minutes using an ethanol solution of 0.3MCeCl 3 · 7H 2 O as an electrolyte, a cerium hydroxide rod is produced. doing. Moreover, the rod of cerium oxide is produced by baking the obtained rod of hydroxide at 500 degrees.
In Non-Patent Document 5 using an electrolytic deposition method using a microphase separation structure formed by a block copolymer as a mask, a block copolymer made of polystyrene (PS) and polymethyl methacrylate (PMMA) is used as a gold substrate. A cylinder structure made of PMMA by applying a Kapton sheet deposited with aluminum to the surface of the formed film and bonding it with aluminum, and heating at 165 ° C. for 14 hours while applying an electric field of 30 to 40 V / μm. Form a microphase-separated structure perpendicular to the substrate and arranged in a hexagonal manner. The film on which the microphase separation structure is formed is irradiated with ultraviolet rays and rinsed with acetic acid to remove the PMMA domain in the film, thereby producing a nanoporous PS film. Thereafter, using a nanoporous PS film as a mask, Co or Cu is deposited in the porous by electrolytic plating to produce a metal nanorod array. In the example of Patent Document 1, a block copolymer composed of polyethylene oxide (PEO) and a polymer of methacrylate having a liquid crystalline mesogen chain in the side chain is formed on a conductive substrate and heat-treated at 140 degrees. Thus, a micro layer separation structure in which the cylinder structure made of PEO is arranged in a hexagonal manner perpendicular to the substrate is formed. And the metal nanorod array is produced by performing electroplating with respect to the film | membrane in which this micro phase separation structure was formed, and depositing a metal in the position of the said cylinder structure.

ADV.Mater.,2009,21,222−226ADV. Mater. , 2009, 21, 222-226 J.AM.CHEM.SOC.,2005,127,7920−7923J. et al. AM. CHEM. SOC. 2005, 127, 7920-7923. Chem.Commun.,2010,46,7721−7723Chem. Commun. , 2010, 46, 7721-7723 Electrochemical and solid−state letters,11(9)K93−K97(2008)Electrochemical and solid-state letters, 11 (9) K93-K97 (2008) Science,290,2126(2000)Science, 290, 2126 (2000)

特開2012−1787号公報JP 2012-1787 A

しかし、非特許文献1から5の方法は、いずれも、金属酸化物からなるナノメートルスケールの微細構造体を、導電性基板上に規則的に配列させて形成するのにコストや時間、手間がかかる問題がある。
たとえば非特許文献1に記載されている方法では、規則配列を与えるマスクの作製のために、電子線リソグラフィあるは直接描画といったトップダウンの工程を必要する。加えて、トップダウン工程は、電子線描画装置のように非常に高価な装置を必要とし、コストが高くなる。また、パターンを一つずつ描画していくことからその工程内でも多大な時間を要する。
非特許文献2のVLS法では、マスクを必要としないが、ロッドを成長させるために触媒を必要とする。また、この方法で得られたロッドアレイはランダムに成長し、その配列に規則性を持たせることはできない。さらに、作製されたロッドからその触媒を除去することは困難である。
非特許文献3のマスクを使用しない電解析出法では、微細構造体を形成する際に用いる電解液の組成(添加物の種類等)や温度、電極基板の種類などによって、形成される構造がロッドや粒子、シートなどのように異なる。そのため、目的の構造形成させるために条件を探索し、最適化する必要があり、様々な金属水酸化物または金属酸化物の種類に対しての汎用性が低い。さらに、この方法では、ロッドがランダムに成長するため、その配列に規則性を持たせることはできない。
非特許文献4記載のポーラスアルミナをマスクとした電解析出法では、電解液に2時間以上浸漬させて細孔内へ電解液を浸透させる工程を必要とするため、多くの時間を必要とする。また、ポーラスアルミナを電極とする場合、ポーラスアルミナの底部に導電性を付与するために蒸着により金薄膜を形成するが、微細構造を形成後、ポーラスアルミナを除去すると金薄膜は構造を維持できず、その規則配列構造は崩れてしまうため、得られた微細構造体を電極基板上に規則配列を維持し自立させた構造体を得ることが困難である。
非特許文献5記載の方法は、ブロック共重合体の自己組織化現象を利用して、ブロック共重合体膜にミクロ相分離構造を形成し、これをマスクとして利用するため、トップダウン工程を必要としない利点がある。しかし、該方法では、ブロック共重合体の自己組織化を誘発するために電場印加を必要とする。また、ミクロ相分離が形成されたブロック共重合体膜をマスクとして利用するにあたって、シリンダー部にあるPMMAを、VUV照射しリンスすることで除去する工程を必要とするため、多段階の工程を必要とする。
一方、特許文献1に記載の方法は、シリンダー構造を選択除去する工程を必要としないことから、従来の手法と比較して簡便で、必要なコストや時間の少ない手法である。しかし、ブロック共重合体のミクロ相分離構造を有するマスクを形成した電極基板表面で電気化学的に陰極反応(還元反応)を進行させる電解メッキ法を用いている該方法では、形成し得る金属酸化物に制限がある。たとえばMnOやCo等の金属酸化物は、電解メッキ法では析出させることができない。
However, all of the methods of Non-Patent Documents 1 to 5 are costly, time-consuming, and labor-intensive to form regularly arranged nanometer-scale microstructures made of metal oxides on a conductive substrate. There is such a problem.
For example, the method described in Non-Patent Document 1 requires a top-down process such as electron beam lithography or direct drawing in order to produce a mask that provides a regular arrangement. In addition, the top-down process requires a very expensive apparatus such as an electron beam drawing apparatus, which increases the cost. Further, since the patterns are drawn one by one, a great amount of time is required even in the process.
The VLS method of Non-Patent Document 2 does not require a mask, but requires a catalyst to grow a rod. Moreover, the rod array obtained by this method grows at random, and the arrangement cannot be given regularity. Furthermore, it is difficult to remove the catalyst from the produced rod.
In the electrolytic deposition method that does not use the mask of Non-Patent Document 3, the structure to be formed depends on the composition (type of additive, etc.), temperature, type of electrode substrate, etc. of the electrolyte used when forming the fine structure. Different like rods, particles, sheets, etc. Therefore, it is necessary to search for and optimize conditions for forming a target structure, and the versatility with respect to various types of metal hydroxides or metal oxides is low. Furthermore, in this method, since the rods grow at random, the arrangement cannot have regularity.
The electrolytic deposition method using porous alumina as a mask described in Non-Patent Document 4 requires a long time because it requires a step of immersing the electrolyte in the electrolyte for 2 hours or more and allowing the electrolyte to penetrate into the pores. . When porous alumina is used as an electrode, a gold thin film is formed by vapor deposition to give conductivity to the bottom of the porous alumina. However, if the porous alumina is removed after forming the microstructure, the gold thin film cannot maintain the structure. Since the regular arrangement structure is broken, it is difficult to obtain a structure in which the obtained fine structure is maintained on the electrode substrate while maintaining the regular arrangement.
The method described in Non-Patent Document 5 uses a self-organization phenomenon of a block copolymer to form a microphase separation structure in the block copolymer film, and uses this as a mask, so a top-down process is required. There are advantages to not. However, this method requires the application of an electric field to induce self-assembly of the block copolymer. In addition, when using the block copolymer film formed with microphase separation as a mask, it is necessary to remove the PMMA in the cylinder part by irradiating it with VUV, so that a multi-step process is required. And
On the other hand, since the method described in Patent Document 1 does not require a step of selectively removing the cylinder structure, it is simpler and requires less cost and time than the conventional method. However, in this method using an electroplating method in which a cathodic reaction (reduction reaction) proceeds electrochemically on the electrode substrate surface on which a mask having a microphase separation structure of a block copolymer is formed, the metal oxide that can be formed There are restrictions on things. For example, metal oxides such as MnO 2 and Co 3 O 4 cannot be deposited by electrolytic plating.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、金属酸化物からなる微細構造体を容易に、導電性基板上に規則的に配列させて作製できる微細構造体の製造方法および該製造方法を用いて得られる複合体を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a method for manufacturing a microstructure that can be manufactured by regularly arranging a microstructure made of a metal oxide on a conductive substrate, and the manufacture It aims at providing the composite_body | complex obtained using a method.

上記課題を解決する本発明は以下の態様を有する。
[1]導電性基板上に、側鎖に液晶性分子構造を有する両親媒性ブロック共重合体を溶媒に溶解した溶液を塗布して両親媒性ブロック共重合体膜を形成した後、熱処理することにより、該両親媒性ブロック共重合体膜内を、親水相と疎水相とに相分離させる相分離工程と、
前記両親媒性ブロック共重合体膜に、Al、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、NiおよびVからなる群から選ばれる金属塩を溶媒に溶解した電解液を接触させ、前記導電性基板に酸化電圧を印加して電解処理を行うことにより、前記両親媒性ブロック共重合体膜の親水相の位置にMnO 、Mn 、Al 、TiO 、Cr 、Fe 、Co 、Ni およびV からなる群から選ばれる金属酸化物を析出させ、該金属酸化物からなる微細構造体を形成する電解析出処理工程と、
を有することを特徴とする微細構造体の製造方法。
[2]導電性基板上に有機膜を形成する有機膜形成工程と、
前記有機膜上に、側鎖に液晶性分子構造を有する両親媒性ブロック共重合体を溶媒に溶解した溶液を塗布して両親媒性ブロック共重合体膜を形成した後、熱処理することにより、該両親媒性ブロック共重合体膜内を、親水相と疎水相とに相分離させる相分離工程と、
前記両親媒性ブロック共重合体膜に、Al、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、NiおよびVからなる群から選ばれる金属の塩を溶媒に溶解した電解液を接触させ、前記導電性基板に酸化電圧を印加して電解処理を行うことにより、前記両親媒性ブロック共重合体膜の親水相の位置にMnO 、Mn 、Al 、TiO 、Cr 、Fe 、Co 、Ni およびV からなる群から選ばれる金属酸化物を析出させ、該金属酸化物からなる微細構造体を形成する電解析出処理工程と、
を有することを特徴とする微細構造体の製造方法。
[3]前記導電性基板が、有機膜が形成されたものであり、
前記有機膜が自己組織化単分子膜、ラングミュア−ブロジェット膜、アクリル系重合体薄膜、両親媒性ランダム共重合体薄膜または両親媒性ブロック共重合体薄膜である、[2]に記載の微細構造体の製造方法。
[4]前記有機膜が、下記一般式(2)で表される化合物を用いて形成される自己組織化単分子膜である、[2]または[3]に記載の微細構造体の製造方法。
[式中、Z’は液晶性メソゲン鎖を表し、Eは、ケイ素原子に結合する置換基としてアルコキシ基または塩素原子を有するシリル基、チオール基、ジスルフィド基又はホスホン酸基を表し、Dはエステル結合、ウレタン結合、ウレア結合、エーテル結合又はアルキレン基を表し、p’は4〜30の整数を表し、rは1〜30の整数を表す。]
]前記電解処理が、定電位法、定電流法またはパルス法により行われる[1]〜[4]のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
[6]前記電解処理が、パルス法により行われ、
前記酸化電圧を印加する時間が0.1秒以上10秒以下である、[1]〜[5]のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
]前記両親媒性ブロック共重合体が下記一般式(1)で表される、[1]〜[6]のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
The present invention for solving the above problems has the following aspects.
[1 ] An amphiphilic block copolymer film is formed on a conductive substrate by applying a solution in which an amphiphilic block copolymer having a liquid crystalline molecular structure in the side chain is dissolved in a solvent. A phase separation step in which the inside of the amphiphilic block copolymer membrane is phase-separated into a hydrophilic phase and a hydrophobic phase;
The amphiphilic block copolymer film, contacted Al, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, an electrolyte of metal salts dissolved in a solvent selected from the group consisting of Ni and V, the conductive substrate By applying an oxidization voltage to the electrophilic treatment, MnO 2 , Mn 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 , Cr 2 O 3 , at the position of the hydrophilic phase of the amphiphilic block copolymer film , An electrolytic deposition treatment step of depositing a metal oxide selected from the group consisting of Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 , Ni 2 O 3 and V 2 O 5 to form a microstructure formed of the metal oxide; ,
A method for producing a fine structure characterized by comprising:
[2] An organic film forming step of forming an organic film on the conductive substrate;
On the organic film, a solution obtained by dissolving an amphiphilic block copolymer having a liquid crystalline molecular structure in the side chain in a solvent is applied to form an amphiphilic block copolymer film, followed by heat treatment, A phase separation step of separating the inside of the amphiphilic block copolymer membrane into a hydrophilic phase and a hydrophobic phase;
Contacting the amphiphilic block copolymer film with an electrolytic solution in which a metal salt selected from the group consisting of Al, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni and V is dissolved in a solvent, the conductive substrate By applying an oxidization voltage to the electrophilic treatment, MnO 2 , Mn 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 , Cr 2 O 3 , at the position of the hydrophilic phase of the amphiphilic block copolymer film , An electrolytic deposition treatment step of depositing a metal oxide selected from the group consisting of Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 , Ni 2 O 3 and V 2 O 5 to form a microstructure formed of the metal oxide; ,
A method for producing a fine structure characterized by comprising:
[3] The conductive substrate is an organic film formed thereon,
The fine film according to [2], wherein the organic film is a self-assembled monolayer, a Langmuir-Blodgett film, an acrylic polymer thin film, an amphiphilic random copolymer thin film, or an amphiphilic block copolymer thin film. Manufacturing method of structure.
[4] The method for producing a microstructure according to [2] or [3], wherein the organic film is a self-assembled monolayer formed using a compound represented by the following general formula (2): .
[Wherein, Z ′ represents a liquid crystalline mesogenic chain, E represents a silyl group, thiol group, disulfide group or phosphonic acid group having an alkoxy group or a chlorine atom as a substituent bonded to a silicon atom, and D represents an ester. A bond, a urethane bond, a urea bond, an ether bond or an alkylene group is represented, p ′ represents an integer of 4 to 30, and r represents an integer of 1 to 30. ]
[ 5 ] The method for manufacturing a microstructure according to any one of [1] to [4], wherein the electrolytic treatment is performed by a constant potential method, a constant current method, or a pulse method.
[6] The electrolytic treatment is performed by a pulse method,
The method for producing a fine structure according to any one of [1] to [5], wherein the time for applying the oxidation voltage is 0.1 second to 10 seconds.
[ 7 ] The method for producing a microstructure according to any one of [1] to [6], wherein the amphiphilic block copolymer is represented by the following general formula (1).

[式中、Aは親水性高分子鎖を表し、Zは液晶性メソゲン鎖を表し、Bはハロゲン原子を表し、Rは水素原子またはアルキル基を表し、pは4〜30の整数を表し、qは5〜500の整数を表し、Rは水素原子又はアルキル基を表し、Rはメチル基を表す。] [In the formula, A represents a hydrophilic polymer chain, Z represents a liquid crystalline mesogenic chain, B represents a halogen atom, R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group, and p represents an integer of 4 to 30. , Q represents an integer of 5 to 500, R 2 represents a hydrogen atom or an alkyl group, and R 3 represents a methyl group. ]

]前記一般式(1)中のZが、下記一般式(z1)で表される、[]に記載の微細構造体の製造方法。
−X−(R−Y)−R …(z1)
[式中、XおよびYはそれぞれ独立に、置換基を有していてもよい2価の炭化水素環式基又は複素環式基を表し、Rは単結合、−CHCH−、−CHO−、−OCH−、−C(=O)O−、−OC(=O)−、−C≡C−、−CH=CH−、−CF=CF−、−(CH−、−CHCHCHO−、−OCHCHCH−、−CH=CH−CHCH−、−CHCH−CH=CH−、−N=N−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−CH=CH−CO−または−CO−CH=CH−を表し、Rは水素原子、ハロゲン、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基、メルカプト基、ニトロ基またはアミノ基を表し、mは1〜4の整数を表す。]
[ 8 ] The method for producing a microstructure according to [ 7 ], wherein Z in the general formula (1) is represented by the following general formula (z1).
-X- (R 4 -Y) m -R 5 ... (z1)
[Wherein, X and Y each independently represent a divalent hydrocarbon cyclic group or a heterocyclic group which may have a substituent, and R 4 represents a single bond, —CH 2 CH 2 —, —CH 2 O—, —OCH 2 —, —C (═O) O—, —OC (═O) —, —C≡C—, —CH═CH—, —CF═CF—, — (CH 2 ) 4 -, - CH 2 CH 2 CH 2 O -, - OCH 2 CH 2 CH 2 -, - CH = CH-CH 2 CH 2 -, - CH 2 CH 2 -CH = CH -, - N = N- , —CH═CH—COO—, —OCO—CH═CH—, —CH═CH—CO— or —CO—CH═CH—, wherein R 5 represents a hydrogen atom, a halogen, an alkyl group, an alkoxy group, cyano Represents a group, a mercapto group, a nitro group or an amino group, and m represents an integer of 1 to 4. ]

]前記導電性基板が、表面にスズ酸化物もしくはインジウム−スズ酸化物を成膜したガラス基板、金基板、シリコン基板、または表面にインジウム−スズ酸化物もしくは金を成膜したフレキシブル基板である、[1]〜[]のいずれか一項に記載の微細構造体の製造方法。
10]前記電解析出処理工程の後、さらに、前記両親媒性ブロック共重合体膜のみを除去する膜除去工程を有する、[1]〜[]のいずれか一項に記載の微細構造体の製造方法。
11]前記膜除去工程を、前記両親媒性ブロック共重合体膜を溶媒で溶解させる方法、前記両親媒性ブロック共重合体膜に真空紫外光を照射し分解する方法、前記両親媒性ブロック共重合体膜に電子線を照射し分解する方法、前記両親媒性ブロック共重合体膜に反応性イオンを照射しエッチングする方法、または前記両親媒性ブロック共重合体膜に450℃以上の高温処理を行うことにより熱分解する方法により行う、[10]に記載の微細構造体の製造方法。
[1][1]〜[]のいずれか一項に記載の微細構造体の製造方法により導電性基板上にて微細構造体を製造して、前記導電性基板上に前記微細構造体が形成され、前記微細構造体が、前記両親媒性ブロック共重合体膜中に配置されている複合体を得る複合体の製造方法
[1][10]または[11]に記載の微細構造体の製造方法により導電性基板上にて微細構造体を製造して、前記導電性基板上に前記微細構造体が形成された複合体を得る複合体の製造方法
[ 9 ] The conductive substrate is a glass substrate, a gold substrate, a silicon substrate having a film of tin oxide or indium-tin oxide formed on the surface, or a flexible substrate having a film formed of indium-tin oxide or gold on the surface. The manufacturing method of the fine structure according to any one of [1] to [ 8 ].
[ 10 ] The microstructure according to any one of [1] to [ 9 ], further including a film removal step of removing only the amphiphilic block copolymer film after the electrolytic deposition treatment step. Body manufacturing method.
[ 11 ] The film removing step includes a method of dissolving the amphiphilic block copolymer film with a solvent, a method of decomposing the amphiphilic block copolymer film by irradiation with vacuum ultraviolet light, and the amphiphilic block. A method of irradiating and decomposing the copolymer film with an electron beam, a method of irradiating the amphiphilic block copolymer film with reactive ions and etching, or a temperature of 450 ° C. or higher for the amphiphilic block copolymer film The method for producing a fine structure according to [ 10 ], which is performed by a method of thermally decomposing by performing a treatment.
[1 2 ] A microstructure is manufactured on a conductive substrate by the method for manufacturing a microstructure according to any one of [1] to [ 9 ], and the microstructure is formed on the conductive substrate. Is formed, and the microstructure is a method for producing a composite to obtain a composite in which the microstructure is disposed in the amphiphilic block copolymer film.
[1 3 ] A composite in which a fine structure is produced on a conductive substrate by the fine structure production method according to [ 10 ] or [ 11 ], and the fine structure is formed on the conductive substrate. The manufacturing method of the composite_body | complex which obtains a body .

本発明によれば、金属酸化物からなる微細構造体を容易に、導電性基板上に規則的に配列させて作製できる微細構造体の製造方法および該製造方法を用いて得られる複合体を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the fine structure which can be produced by arranging regularly the fine structure which consists of metal oxides on a conductive substrate, and the composite_body | complex obtained using this manufacturing method are provided. it can.

本発明の製造方法の一実施形態を模式的に示す工程図である。It is process drawing which shows typically one Embodiment of the manufacturing method of this invention. 図1に示す実施形態の製造方法により得られる複合体の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the composite_body | complex obtained by the manufacturing method of embodiment shown in FIG. 本発明の製造方法の一実施形態を模式的に示す工程図である。It is process drawing which shows typically one Embodiment of the manufacturing method of this invention. 図3に示す実施形態の製造方法により得られる複合体の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the composite_body | complex obtained by the manufacturing method of embodiment shown in FIG. 実施例1で形成した両親媒性ブロック共重合体膜表面の電解析出前のAFM画像およびそのフーリエ変換画像である。AFM画像の一辺が1μmである。It is the AFM image before electrolytic deposition of the surface of the amphiphilic block copolymer film formed in Example 1, and its Fourier transform image. One side of the AFM image is 1 μm. 実施例1で作製した、電解析出処理後の複合体を断面方向から観察したFE−SEM像である。It is the FE-SEM image which observed the composite_body | complex after the electrolytic deposition process produced in Example 1 from the cross-sectional direction. 実施例1で作製した、膜除去後の複合体の表面を斜め上方から観察したFE−SEM像である。It is the FE-SEM image which observed the surface of the composite_body | complex after removing the film | membrane produced in Example 1 from diagonally upward. 製造例1で形成した両親媒性ブロック共重合体膜(電解析出処理前)の断面FE−SEM像である。It is a cross-sectional FE-SEM image of the amphiphilic block copolymer film (before electrolytic deposition treatment) formed in Production Example 1.

本発明の微細構造体の製造方法は、
有機膜が形成されていてもよい導電性基板上に、側鎖に液晶性分子構造を有する両親媒性ブロック共重合体を溶媒に溶解した溶液を塗布して両親媒性ブロック共重合体膜を形成した後、熱処理することにより、該両親媒性ブロック共重合体膜内を、親水相と疎水相とに相分離させる相分離工程と、
前記両親媒性ブロック共重合体膜に、金属塩を溶媒に溶解した電解液を接触させ、前記導電性基板に酸化電圧を印加して電解処理を行うことにより、前記両親媒性ブロック共重合体膜の親水相の位置に金属酸化物を析出させ、該金属酸化物からなる微細構造体を形成する電解析出処理工程と、
を有する。
The manufacturing method of the microstructure of the present invention is as follows:
An amphiphilic block copolymer film is formed by applying a solution obtained by dissolving an amphiphilic block copolymer having a liquid crystal molecular structure in the side chain in a solvent on a conductive substrate on which an organic film may be formed. After the formation, a phase separation step of separating the inside of the amphiphilic block copolymer membrane into a hydrophilic phase and a hydrophobic phase by heat treatment;
The amphiphilic block copolymer film is brought into contact with an electrolytic solution in which a metal salt is dissolved in a solvent and subjected to electrolytic treatment by applying an oxidation voltage to the conductive substrate. An electrolytic deposition treatment step of depositing a metal oxide at the position of the hydrophilic phase of the film and forming a microstructure formed of the metal oxide;
Have

該製造方法においては、電解析出処理工程にて、両親媒性ブロック共重合体膜の親水相部分に、該親水相に対応した形状で、金属酸化物からなる微細構造体が形成される。これにより、導電性基板上に微細構造体が形成され、該微細構造体が、前記両親媒性ブロック共重合体膜中に配置されている複合体が得られる。詳しくは後述するが、使用する両親媒性ブロック共重合体によって、両親媒性ブロック共重合体膜内における親水相の形状や複数の親水相間の間隔等が決まる。そのため、使用する両親媒性ブロック共重合体の選択によって、導電性基板上に複数の微細構造体が規則配列した複合体を容易に作製でき、その形状や間隔の調整も容易である。   In the production method, in the electrolytic deposition treatment step, a microstructure made of a metal oxide is formed in the hydrophilic phase portion of the amphiphilic block copolymer film in a shape corresponding to the hydrophilic phase. Thereby, a fine structure is formed on the conductive substrate, and a composite in which the fine structure is disposed in the amphiphilic block copolymer film is obtained. Although details will be described later, the shape of the hydrophilic phase in the amphiphilic block copolymer film, the interval between the plurality of hydrophilic phases, and the like are determined by the amphiphilic block copolymer used. Therefore, by selecting the amphiphilic block copolymer to be used, a complex in which a plurality of fine structures are regularly arranged on a conductive substrate can be easily produced, and the shape and interval thereof can be easily adjusted.

本発明の微細構造体の製造方法においては、前記電解析出処理工程の後、さらに、前記両親媒性ブロック共重合体膜のみを除去する膜除去工程を行ってもよい。膜除去工程を行うことにより、両親媒性ブロック共重合体膜内に形成された微細構造体が露出して、導電性基板上に微細構造体が形成された複合体が得られる。
以下、本発明の微細構造体の製造方法および該製造方法により得られる複合体について、添付の図面を用い、その実施形態を示して説明する。
In the method for manufacturing a microstructure of the present invention, a film removal step for removing only the amphiphilic block copolymer film may be further performed after the electrolytic deposition treatment step. By performing the film removal step, the fine structure formed in the amphiphilic block copolymer film is exposed, and a composite in which the fine structure is formed on the conductive substrate is obtained.
Hereinafter, the manufacturing method of the microstructure of the present invention and the composite obtained by the manufacturing method will be described with reference to the accompanying drawings.

<第一の実施形態>
本実施形態の微細構造体の製造方法では、相分離工程にて、有機膜が形成されていない導電性基板上に直接、両親媒性ブロック共重合体膜を形成する。
図1に、本実施形態を模式的に示す工程図を示す。また、図2に、本実施形態の製造方法により得られる複合体の概略断面図を示す。
<First embodiment>
In the manufacturing method of the microstructure of the present embodiment, an amphiphilic block copolymer film is formed directly on a conductive substrate on which an organic film is not formed in the phase separation step.
FIG. 1 is a process diagram schematically showing this embodiment. FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the composite obtained by the production method of the present embodiment.

本実施形態においては、まず、以下の手順で、導電性基板13上に相分離構造膜14を形成する(相分離工程)。
図1(a)に示すように、導電性基板13上に、両親媒性ブロック共重合体を溶媒に溶解した溶液を塗布して両親媒性ブロック共重合体膜11を形成する。次に、両親媒性ブロック共重合体膜11が形成された導電性基板13に対して熱処理を行う。熱処理を行うと、両親媒性ブロック共重合体を構成する親水性高分子鎖(たとえば後述する一般式(1)中のA部分)と疎水性高分子鎖(たとえば後述する一般式(1)中のZを含む繰り返し単位で構成される部分)と間の斥力的相互作用によって、図1(b)に示すように、両親媒性ブロック共重合体膜11内が親水相15と疎水相15’とに相分離する。以下、親水相15と疎水相15’とに相分離した両親媒性ブロック共重合体膜を、相分離構造膜14という。
In the present embodiment, first, the phase separation structure film 14 is formed on the conductive substrate 13 by the following procedure (phase separation step).
As shown in FIG. 1A, an amphiphilic block copolymer film 11 is formed on a conductive substrate 13 by applying a solution obtained by dissolving an amphiphilic block copolymer in a solvent. Next, heat treatment is performed on the conductive substrate 13 on which the amphiphilic block copolymer film 11 is formed. When heat treatment is performed, the hydrophilic polymer chain (for example, the A portion in the general formula (1) described later) and the hydrophobic polymer chain (for example, the general formula (1) described later) in the amphiphilic block copolymer are formed. As shown in FIG. 1 (b), the amphiphilic block copolymer film 11 has a hydrophilic phase 15 and a hydrophobic phase 15 ′ by repulsive interaction with Z). And phase separation. Hereinafter, the amphiphilic block copolymer film phase-separated into the hydrophilic phase 15 and the hydrophobic phase 15 ′ is referred to as a phase separation structure film 14.

次に、相分離構造膜14が形成された導電性基板13に酸化電圧を印加して電解析出処理を行う(電解析出処理工程)。
電解析出処理においては、相分離構造膜14がマスクとして機能し、その親水相15内に、図1(c)に示すように、金属酸化物からなる微細構造体16が、親水相15の形状に対応する形状で形成される。
つまり、電解液の電解質である金属塩を溶解する溶媒は通常、水性の溶媒(水、アルコール等の親水性の有機溶剤、それらの混合物等)である。そして、相分離構造膜14の親水相15は親水性高分子鎖から構成されるため、親水相15内に容易に短時間で電解液が入り込むことができる。こうして親水相15内に電解液が浸入した状態で導電性基板13に酸化電圧を印加すると、電解液に含まれる電解質が電気化学的に酸化され、金属酸化物が析出する。結果、親水相15において選択的に金属酸化物が析出し、導電性基板13上に堆積して、金属酸化物からなる微細構造体16が形成される。
析出させる金属酸化物における金属の酸化数は、電解液のpHや添加剤、印加電圧等により制御することができる。
このとき、親水相15内の親水性高分子鎖は、電解析出処理の進行に伴い、析出した金属酸化物によって押しのけられてゆき、疎水相15’との界面付近に移動する。一方、疎水相15’は電解液が浸入しにくく、また絶縁性であるため、疎水相15’の内部やその表面には電解析出は施されない。
こうして図1(c)に示す複合体、すなわち図2(a)に示す複合体10が得られる。複合体10は、導電性基板13上に、複数の微細構造体16が規則配列したものであり、該微細構造体16は、相分離構造膜14中に配置されている。
Next, an electrolytic deposition process is performed by applying an oxidation voltage to the conductive substrate 13 on which the phase separation structure film 14 is formed (electrolytic deposition process step).
In the electrolytic deposition process, the phase separation structure film 14 functions as a mask, and in the hydrophilic phase 15, as shown in FIG. It is formed in a shape corresponding to the shape.
That is, the solvent that dissolves the metal salt that is the electrolyte of the electrolytic solution is usually an aqueous solvent (water, a hydrophilic organic solvent such as alcohol, a mixture thereof, or the like). Since the hydrophilic phase 15 of the phase separation structure film 14 is composed of hydrophilic polymer chains, the electrolyte can easily enter the hydrophilic phase 15 in a short time. Thus, when an oxidation voltage is applied to the conductive substrate 13 in a state where the electrolytic solution has entered the hydrophilic phase 15, the electrolyte contained in the electrolytic solution is electrochemically oxidized and a metal oxide is deposited. As a result, a metal oxide is selectively deposited in the hydrophilic phase 15 and deposited on the conductive substrate 13 to form a microstructure 16 made of the metal oxide.
The oxidation number of the metal in the metal oxide to be deposited can be controlled by the pH of the electrolyte, the additive, the applied voltage, and the like.
At this time, the hydrophilic polymer chain in the hydrophilic phase 15 is pushed away by the deposited metal oxide as the electrolytic deposition process proceeds, and moves to the vicinity of the interface with the hydrophobic phase 15 ′. On the other hand, the hydrophobic phase 15 ′ is difficult for the electrolytic solution to enter and is insulative, so that no electrolytic deposition is performed on the inside or the surface of the hydrophobic phase 15 ′.
Thus, the composite shown in FIG. 1C, that is, the composite 10 shown in FIG. 2A is obtained. In the composite 10, a plurality of fine structures 16 are regularly arranged on a conductive substrate 13, and the fine structures 16 are arranged in the phase separation structure film 14.

本実施形態においては、上記電解析出処理工程の後、さらに、相分離構造膜14のみを除去する膜除去工程を行ってもよい。これにより、微細構造体16が露出し、図1(d)に示すような複合体、すなわち図2(b)に示すような複合体20が得られる。
複合体20は、導電性基板13上に、複数の微細構造体16が規則配列したものであり、相分離構造膜14が存在せず、微細構造体16が露出している点で複合体10と異なっている。
In the present embodiment, after the electrolytic deposition process, a film removal process for removing only the phase separation structure film 14 may be performed. Thereby, the fine structure 16 is exposed, and a composite as shown in FIG. 1D, that is, a composite 20 as shown in FIG. 2B is obtained.
The composite 20 is a structure in which a plurality of fine structures 16 are regularly arranged on the conductive substrate 13, the phase separation structure film 14 is not present, and the fine structures 16 are exposed. Is different.

[相分離工程]
相分離工程では、まず、導電性基板13上に、側鎖に液晶性分子構造を有する両親媒性ブロック共重合体を溶媒に溶解した溶液を塗布して両親媒性ブロック共重合体膜11を形成する。
導電性基板13としては、少なくとも、両親媒性ブロック共重合体膜11を設ける側の表面が導電性材料で構成されるものであればよい。このような基板であれば、後の電解析出処理工程で電解析出が可能となる。
導電性材料としては、特に限定されず、たとえば金、銀、銅、ニッケル、鉛、コバルト、チタン、シリコン等の金属;インジウム−スズ酸化物(indium tin oxide(ITO))、酸化亜鉛、酸化チタン等の金属酸化物;等が挙げられる。これらの中でも、高い透明性および導電性の点で、金またはITOが好ましい。特に、後述する親水化処理により水酸基を形成できる点から、ITOが好ましい。
導電性基板13は、導電性材料からなるものであってもよく、任意の基板の表面に導電性材料を成膜したものであってもよく、目的に応じて公知の基板のなかから適宜選択できる。後者の場合に用いられる基板を構成する材料は導電性材料でも非導電性材料でもよい。
導電性基板13としては、表面にITOを成膜したガラス基板(ITO−coated glass、以下、ITOガラス基板という。)、金基板、シリコン基板、または表面にITOもしくは金を成膜したフレキシブル基板が好ましい。
導電性基板13は、両親媒性ブロック共重合体膜11を設ける側の表面に、両親媒性ブロック共重合体膜11との密着性の向上等のために、表面処理が施されていてもよい。
[Phase separation process]
In the phase separation step, first, an amphiphilic block copolymer film 11 is coated on a conductive substrate 13 by applying a solution obtained by dissolving an amphiphilic block copolymer having a liquid crystal molecular structure in the side chain in a solvent. Form.
As the conductive substrate 13, it is sufficient that at least the surface on which the amphiphilic block copolymer film 11 is provided is made of a conductive material. With such a substrate, electrolytic deposition can be performed in a subsequent electrolytic deposition process.
The conductive material is not particularly limited. For example, metals such as gold, silver, copper, nickel, lead, cobalt, titanium, and silicon; indium tin oxide (ITO), zinc oxide, and titanium oxide And the like, and the like. Among these, gold or ITO is preferable in terms of high transparency and conductivity. In particular, ITO is preferable because a hydroxyl group can be formed by a hydrophilization treatment described later.
The conductive substrate 13 may be made of a conductive material, or may be formed by depositing a conductive material on the surface of an arbitrary substrate, and is appropriately selected from known substrates according to the purpose. it can. The material constituting the substrate used in the latter case may be a conductive material or a non-conductive material.
Examples of the conductive substrate 13 include a glass substrate (ITO-coated glass, hereinafter referred to as an ITO glass substrate) having an ITO film formed thereon, a gold substrate, a silicon substrate, or a flexible substrate having an ITO or gold film formed on the surface. preferable.
The conductive substrate 13 may be subjected to a surface treatment on the surface on which the amphiphilic block copolymer film 11 is provided in order to improve adhesion with the amphiphilic block copolymer film 11. Good.

「両親媒性ブロック共重合体」とは、疎水性高分子鎖と、親水性高分子鎖とが結合したブロック共重合体である。疎水性高分子鎖と親水性高分子鎖とは互いに非相溶性であるため、該両親媒性ブロック共重合体を用いて両親媒性ブロック共重合体膜11に対して熱処理すると、疎水性高分子鎖相と親水性高分子鎖相とに相分離する。具体的には、熱処理により液晶性分子構造が導電性基板13表面に対して垂直方向に配向して液晶相、つまり疎水性高分子鎖相(疎水相15’)を形成する。そのため、親水性高分子鎖相(親水相15)が形成される。
「液晶性分子」は、一定方向に配向して液晶となり得る分子である。両親媒性ブロック共重合体に液晶性分子構造が導入されていることで、配向性が高くなり、より再現性良く、配列性の高い構造を誘起できる。
本発明において用いられる両親媒性ブロック共重合体は、通常、疎水性高分子鎖に液晶性分子構造を含む。
The “amphiphilic block copolymer” is a block copolymer in which a hydrophobic polymer chain and a hydrophilic polymer chain are bonded. Since the hydrophobic polymer chain and the hydrophilic polymer chain are incompatible with each other, when the amphiphilic block copolymer film 11 is heat-treated using the amphiphilic block copolymer, the hydrophobic polymer chain is highly hydrophobic. Phase separation into molecular chain phase and hydrophilic polymer chain phase. Specifically, the liquid crystal molecular structure is aligned in the direction perpendicular to the surface of the conductive substrate 13 by heat treatment to form a liquid crystal phase, that is, a hydrophobic polymer chain phase (hydrophobic phase 15 ′). Therefore, a hydrophilic polymer chain phase (hydrophilic phase 15) is formed.
“Liquid crystal molecules” are molecules that can be aligned in a certain direction to form liquid crystals. Since the liquid crystalline molecular structure is introduced into the amphiphilic block copolymer, the orientation becomes high, and a structure with high reproducibility and high alignment can be induced.
The amphiphilic block copolymer used in the present invention usually contains a liquid crystalline molecular structure in a hydrophobic polymer chain.

両親媒性ブロック共重合体としては、上記機能を有するものであれば特に限定されないが、下記一般式(1)で表されるブロック共重合体(以下、ブロック共重合体(1)という。)が好ましい。
ブロック共重合体(1)は、液晶性メソゲン鎖(式(1)中のZ)を側鎖末端に有する繰り返し単位から構成される疎水性高分子鎖と、親水性高分子鎖(式(1)中のA)とが結合したブロック共重合体である。液晶性メソゲン鎖が液晶性分子構造に相当する。該疎水性高分子鎖と親水性高分子鎖とは互いに非相溶性であるため、該ブロック共重合体(1)を用いて両親媒性ブロック共重合体膜11に対して熱処理すると、疎水性高分子鎖相と親水性高分子鎖相とに相分離する。
The amphiphilic block copolymer is not particularly limited as long as it has the above function, but is a block copolymer represented by the following general formula (1) (hereinafter referred to as block copolymer (1)). Is preferred.
The block copolymer (1) includes a hydrophobic polymer chain composed of a repeating unit having a liquid crystalline mesogenic chain (Z in the formula (1)) at a side chain terminal, and a hydrophilic polymer chain (formula (1). ) Is a block copolymer bonded with A). The liquid crystalline mesogenic chain corresponds to the liquid crystalline molecular structure. Since the hydrophobic polymer chain and the hydrophilic polymer chain are incompatible with each other, when the heat treatment is performed on the amphiphilic block copolymer film 11 using the block copolymer (1), the hydrophobic polymer chain and the hydrophilic polymer chain are hydrophobic. Phase separation into a polymer chain phase and a hydrophilic polymer chain phase.

[式中、Aは親水性高分子鎖を表し、Zは液晶性メソゲン鎖を表し、Bはハロゲン原子を表し、Rは水素原子またはアルキル基を表し、pは4〜30の整数を表し、qは5〜500の整数を表し、Rは水素原子又はアルキル基を表し、Rはメチル基を表す。] [In the formula, A represents a hydrophilic polymer chain, Z represents a liquid crystalline mesogenic chain, B represents a halogen atom, R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group, and p represents an integer of 4 to 30. , Q represents an integer of 5 to 500, R 2 represents a hydrogen atom or an alkyl group, and R 3 represents a methyl group. ]

式(1)中、Aとして好ましい親水性高分子鎖としては、例えば、式−(O−R11n1−[式中、R11はアルキレン基であり、n1は重合度である。]で表される重合体鎖(以下、重合体鎖(a1)という。)または式−(CH−C(R12)(R13))n2−[式中、R12は水素原子またはアルキル基であり、R13は親水基であり、n2は重合度である。]で表される重合体鎖(以下、重合体鎖(a2)という。)を構造中に含むものが挙げられる。
これらの重合体鎖(a1)または(a2)を含む高分子鎖は、親水性が、PMMA等のポリ(アルキルアクリレート)に比べて高く、VUV照射等による親水相の除去を行わなくても該親水相部分に電解析出により微細構造体16を形成できる。これは、形成される親水相15が、電解析出を行う温度(たとえば10〜50℃)で液体であるためと考えられる。たとえば相分離構造を形成したポリ(エチレンオキシド)の凝固点は、重合度によって多少は異なるが概ね−20℃であり、前記親水性高分子鎖がポリ(エチレンオキシド)の場合、親水相15は、−20℃以上115℃以下では液状となる。
なお、前記液晶性メソゲン鎖により形成される液晶の相転移温度は通常115℃程度であり、その温度を超えると相分離構造が崩れてしまう。
ポリ(エチレンオキシド)等の親水性高分子鎖の凝固点、液晶の相転移温度それぞれの測定は、DSC(示差走査熱量測定)にて実施できる。
In the formula (1), as a hydrophilic polymer chain preferable as A, for example, the formula — (O—R 11 ) n1 — [wherein R 11 is an alkylene group, and n1 is the degree of polymerization. ] Or a formula — (CH 2 —C (R 12 ) (R 13 )) n2 — [wherein R 12 is a hydrogen atom or an alkyl group] R 13 is a hydrophilic group and n2 is the degree of polymerization. And a polymer chain represented by the formula (hereinafter referred to as polymer chain (a2)) in the structure.
The polymer chain containing these polymer chains (a1) or (a2) is higher in hydrophilicity than poly (alkyl acrylate) such as PMMA, and the hydrophilic chain is not removed by VUV irradiation or the like. The fine structure 16 can be formed by electrolytic deposition in the hydrophilic phase portion. This is considered because the formed hydrophilic phase 15 is liquid at a temperature at which electrolytic deposition is performed (for example, 10 to 50 ° C.). For example, the freezing point of poly (ethylene oxide) having a phase-separated structure is approximately −20 ° C. depending on the degree of polymerization, but when the hydrophilic polymer chain is poly (ethylene oxide), the hydrophilic phase 15 is −20 It becomes liquid at a temperature not lower than 115 ° C and not higher than 115 ° C.
In addition, the phase transition temperature of the liquid crystal formed by the liquid crystalline mesogenic chain is usually about 115 ° C., and the phase separation structure is destroyed when the temperature is exceeded.
Each of the freezing point of a hydrophilic polymer chain such as poly (ethylene oxide) and the phase transition temperature of liquid crystal can be measured by DSC (differential scanning calorimetry).

重合体鎖(a1)において、R11のアルキレン基としては、炭素数1〜4の直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、エチレン基が特に好ましい。
重合体鎖(a1)として具体的には、ポリ(エチレンオキシド)、ポリ(プロピレンオキシド)、ポリ(ブチレンオキシド)、ポリ(テトラメチレンエーテル)等が挙げられる。これらの中でも、ポリ(エチレンオキシド)が好ましい。
n1は重合度である。n1は、5〜500の整数が好ましく、40〜500の整数がより好ましい。n1の値が上記範囲内であると、相分離構造の成型性が安定する。
重合体鎖(a1)は、合成しやすさ等の点から、Aに隣接する炭素原子(RおよびRが結合した炭素原子)に、−O−CO−を介して結合していることが好ましい。
In the polymer chain (a1), the alkylene group for R 11 is preferably a linear or branched alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and particularly preferably an ethylene group.
Specific examples of the polymer chain (a1) include poly (ethylene oxide), poly (propylene oxide), poly (butylene oxide), poly (tetramethylene ether) and the like. Of these, poly (ethylene oxide) is preferred.
n1 is the degree of polymerization. n1 is preferably an integer of 5 to 500, and more preferably an integer of 40 to 500. When the value of n1 is within the above range, the moldability of the phase separation structure is stabilized.
The polymer chain (a1) is bonded to the carbon atom adjacent to A (the carbon atom to which R 2 and R 3 are bonded) via —O—CO— from the viewpoint of ease of synthesis and the like. Is preferred.

重合体鎖(a2)において、R12のアルキル基としては、炭素数1〜3のアルキル基が好ましく、メチル基が特に好ましい。
12としては、水素原子またはメチル基が好ましい。
13の親水基としては、たとえば−OH、−COOH、−CO−NH、−CO−R14[式中、R14は環状エーテル基または糖鎖である。]等が挙げられる。R14の環状エーテル基としては、たとえば、クラウンエーテルから水素原子を1つ除いた基、クリプタンドから水素原子を1つ除いた基等が挙げられる。
重合体鎖(a2)として具体的には、ポリ(ビニルアルコール)、ポリ(アクリル酸)、ポリ(メタクリル酸)、ポリ(アクリルアミド)、側鎖にクラウンエーテル、クリプタンド又は糖鎖を有するポリ(メタクリレート)又はポリ(アクリレート)等が挙げられる。
n2は重合度であり、その好ましい範囲は前記n1の好ましい範囲と同様である。
In the polymer chain (a2), the alkyl group for R 12 is preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and particularly preferably a methyl group.
R 12 is preferably a hydrogen atom or a methyl group.
Examples of the hydrophilic group for R 13 include —OH, —COOH, —CO—NH 2 , —CO—R 14 , wherein R 14 is a cyclic ether group or a sugar chain. ] Etc. are mentioned. Examples of the cyclic ether group for R 14 include a group obtained by removing one hydrogen atom from a crown ether, a group obtained by removing one hydrogen atom from a cryptand, and the like.
Specifically, the polymer chain (a2) is poly (vinyl alcohol), poly (acrylic acid), poly (methacrylic acid), poly (acrylamide), poly (methacrylate) having a crown ether, cryptand or sugar chain in the side chain. ) Or poly (acrylate).
n2 is the degree of polymerization, and its preferred range is the same as the preferred range of n1.

Aとしては、上記のなかでも、相分離構造形成の点から、重合体鎖(a1)を含むものが好ましく、一般式R10−(O−R11−O−CO−[式中、R10は水素原子またはアルキル基であり、R11はアルキレン基であり、bは5〜500の整数である。]で表されるものがより好ましい。
式中、R10としては、水素原子または炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、メチル基が特に好ましい。R11は前記と同じである。bの好ましい範囲は前記n1の好ましい範囲と同様である。
Among the above, A includes a polymer chain (a1) from the viewpoint of forming a phase separation structure, and is preferably represented by the general formula R 10- (O—R 11 ) b —O—CO— R 10 is a hydrogen atom or an alkyl group, R 11 is an alkylene group, and b is an integer of 5 to 500. ] Is more preferable.
In the formula, as R 10 , a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is preferable, and a methyl group is particularly preferable. R 11 is the same as described above. The preferable range of b is the same as the preferable range of n1.

式(1)中、Zは液晶性メソゲン鎖を表す。両親媒性ブロック共重合体膜11に対して熱処理を行うと、この液晶性メソゲン鎖が導電性基板13表面に対して垂直方向に配向し、液晶相を形成する。これにより、親水性高分子鎖相(親水相15)が形成される。
Zの液晶性メソゲン鎖としては、上記機能を有するものであれば特に限定されず、液晶性高分子が有するメソゲン鎖として公知のものを利用できる。
Zの液晶性メソゲン鎖として、好ましいものとしては下記一般式(z1)で表されるものが挙げられる。
−X−(R−Y)−R …(z1)
[式中、XおよびYはそれぞれ独立に、置換基を有していてもよい2価の炭化水素環式基又は複素環式基を表し、Rは単結合、−CHCH−、−CHO−、−OCH−、−C(=O)O−、−OC(=O)−、−C≡C−、−CH=CH−、−CF=CF−、−(CH−、−CHCHCHO−、−OCHCHCH−、−CH=CH−CHCH−、−CHCH−CH=CH−、−N=N−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−CH=CH−CO−または−CO−CH=CH−を表し、Rは水素原子、ハロゲン、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基、メルカプト基、ニトロ基またはアミノ基を表し、mは1〜4の整数を表す。]
In formula (1), Z represents a liquid crystalline mesogenic chain. When heat treatment is performed on the amphiphilic block copolymer film 11, the liquid crystalline mesogen chains are aligned in the direction perpendicular to the surface of the conductive substrate 13 to form a liquid crystal phase. Thereby, a hydrophilic polymer chain phase (hydrophilic phase 15) is formed.
The liquid crystalline mesogenic chain of Z is not particularly limited as long as it has the above function, and a known mesogenic chain possessed by the liquid crystalline polymer can be used.
Preferable examples of the liquid crystalline mesogenic chain of Z include those represented by the following general formula (z1).
-X- (R 4 -Y) m -R 5 ... (z1)
[Wherein, X and Y each independently represent a divalent hydrocarbon cyclic group or a heterocyclic group which may have a substituent, and R 4 represents a single bond, —CH 2 CH 2 —, —CH 2 O—, —OCH 2 —, —C (═O) O—, —OC (═O) —, —C≡C—, —CH═CH—, —CF═CF—, — (CH 2 ) 4 -, - CH 2 CH 2 CH 2 O -, - OCH 2 CH 2 CH 2 -, - CH = CH-CH 2 CH 2 -, - CH 2 CH 2 -CH = CH -, - N = N- , —CH═CH—COO—, —OCO—CH═CH—, —CH═CH—CO— or —CO—CH═CH—, wherein R 5 represents a hydrogen atom, a halogen, an alkyl group, an alkoxy group, cyano Represents a group, a mercapto group, a nitro group or an amino group, and m represents an integer of 1 to 4. ]

式(z1)中、X及びYはそれぞれ独立に、置換基を有していてもよい2価の炭化水素環式基または複素環基を表す。
2価の炭化水素環式基は、芳香族炭化水素環式基でも、脂肪族炭化水素環式基でもよく、該脂肪族炭化水素環式基は、飽和でも不飽和でもよい。
該炭化水素環式基として具体的には、例えば、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン等が挙げられる。これらの基は置換基を有していてもよい。該置換基としては、例えば、アルキル基、ハロゲン原子等が挙げられ、ハロゲン原子としてはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
複素環基としては、環骨格に酸素原子または窒素原子を有するものが好ましく、例えば、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、ピラジン−2,5−ジイル、ピリダジン−3,6−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル等が挙げられる。これらの基は置換基を有していてもよい。該置換基としては、前記炭化水素環式基が有していてもよい置換基として挙げたものと同様のものが挙げられる。
X及びYは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい2価の芳香族炭化水素環式基が好ましく、1,4−フェニレンが特に好ましい。
In formula (z1), X and Y each independently represent a divalent hydrocarbon cyclic group or heterocyclic group which may have a substituent.
The divalent hydrocarbon cyclic group may be an aromatic hydrocarbon cyclic group or an aliphatic hydrocarbon cyclic group, and the aliphatic hydrocarbon cyclic group may be saturated or unsaturated.
Specific examples of the hydrocarbon cyclic group include 1,4-phenylene, 1,4-cyclohexylene, 1,4-cyclohexenylene, naphthalene-2,6-diyl, decahydronaphthalene-2,6. -Diyl, 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene-2,6-diyl, 1,4-bicyclo [2.2.2] octylene and the like. These groups may have a substituent. Examples of the substituent include an alkyl group and a halogen atom, and examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
As the heterocyclic group, those having an oxygen atom or a nitrogen atom in the ring skeleton are preferable. For example, 1,3-dioxane-2,5-diyl, pyridine-2,5-diyl, pyrazine-2,5-diyl, Pyridazine-3,6-diyl, pyrimidine-2,5-diyl and the like can be mentioned. These groups may have a substituent. Examples of the substituent include the same as those mentioned as the substituent that the hydrocarbon cyclic group may have.
X and Y are each independently a divalent aromatic hydrocarbon cyclic group which may have a substituent, and 1,4-phenylene is particularly preferable.

式(z1)中、Rは単結合、−CHCH−、−CHO−、−OCH−、−C(=O)O−、−OC(=O)−、−C≡C−、−CH=CH−、−CF=CF−、−(CH−、−CHCHCHO−、−OCHCHCH−、−CH=CH−CHCH−、−CHCH−CH=CH−、−N=N−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−CH=CH−CO−または−CO−CH=CH−を表す。
上記のなかでも、炭素−炭素二重結合または窒素−窒素二重結合を有するものが好ましく、−CH=CH−、−N=N−、−CH=CH−CO−または−COCH=CH−がより好ましい。Rが炭素−炭素二重結合または窒素−窒素二重結合を有するものであると、Zの液晶性メソゲン鎖が反応性に優れたものとなり、紫外線照射、電子線照射等によって、ブロック共重合体(1)の分子間に、該二重結合間の二量化反応等による架橋を生じさせ、相分離構造15を固定化することができる。
は水素原子、ハロゲン、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基、メルカプト基、ニトロ基またはアミノ基を表す。これらのなかでも、アルキル基またはアルコキシル基が好ましい。該アルキル基またはアルコキシル基の炭素数は、1〜10が好ましい。該アルキル基またはアルコキシル基は、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。
mは1〜4の整数であり、1が特に好ましい。
In the formula (z1), R 4 is a single bond, —CH 2 CH 2 —, —CH 2 O—, —OCH 2 —, —C (═O) O—, —OC (═O) —, —C≡. C—, —CH═CH—, —CF═CF—, — (CH 2 ) 4 —, —CH 2 CH 2 CH 2 O—, —OCH 2 CH 2 CH 2 —, —CH═CH—CH 2 CH 2 -, - CH 2 CH 2 -CH = CH -, - N = N -, - CH = CH-COO -, - OCO-CH = CH -, - CH = CH-CO- or -CO-CH = CH -Represents.
Among the above, those having a carbon-carbon double bond or a nitrogen-nitrogen double bond are preferred, and —CH═CH—, —N═N—, —CH═CH—CO— or —COCH═CH— is preferred. More preferred. When R 4 has a carbon-carbon double bond or a nitrogen-nitrogen double bond, the liquid crystalline mesogenic chain of Z becomes excellent in reactivity, and block co-polymerization is caused by ultraviolet irradiation, electron beam irradiation, or the like. The phase separation structure 15 can be immobilized by causing cross-linking by a dimerization reaction between the double bonds between the molecules of the coalescence (1).
R 5 represents a hydrogen atom, a halogen, an alkyl group, an alkoxy group, a cyano group, a mercapto group, a nitro group or an amino group. Among these, an alkyl group or an alkoxyl group is preferable. As for carbon number of this alkyl group or alkoxyl group, 1-10 are preferable. The alkyl group or alkoxyl group may be linear or branched.
m is an integer of 1 to 4, and 1 is particularly preferable.

式(1)中、Bはハロゲン原子であり、塩素原子または臭素原子が好ましい。
は水素原子またはアルキル基を表す。該アルキル基としては、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、炭素数1〜3のアルキル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。Rとしては、水素原子またはメチル基が好ましい。
pは4〜30の整数であり、11〜20の整数が好ましい。
qは5〜500の整数であり、当該ブロック共重合体(1)中の親水性高分子鎖(A)の体積分率が所望の値となるよう、適宜設定される。該体積分率については詳しくは後述する。
なお、両親媒性ブロック共重合体は、ブロック共重合体(1)には限定されず、液晶性分子構造を有するものであれば、ブロック共重合体(1)以外の両親媒性ブロック共重合体を用いてもよい。
In formula (1), B is a halogen atom, preferably a chlorine atom or a bromine atom.
R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group. The alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and particularly preferably a methyl group. R 1 is preferably a hydrogen atom or a methyl group.
p is an integer of 4 to 30, and an integer of 11 to 20 is preferable.
q is an integer of 5 to 500, and is appropriately set so that the volume fraction of the hydrophilic polymer chain (A) in the block copolymer (1) becomes a desired value. The volume fraction will be described later in detail.
The amphiphilic block copolymer is not limited to the block copolymer (1), and any amphiphilic block copolymer other than the block copolymer (1) may be used as long as it has a liquid crystal molecular structure. A coalescence may be used.

両親媒性ブロック共重合体の数平均分子量(Mn)は、5000〜100000が好ましく、10000〜50000がより好ましい。Mnが上記範囲の下限値以上であると成膜性が向上し、上限値以下であると相分離構造の規則配列性が向上する。
また、両親媒性ブロック共重合体の分子量分散度(重量平均分子量(Mw)/Mn)は、1.0〜1.5が好ましく、1.0〜1.2がより好ましい。
該Mn、Mwは、それぞれ、ポリスチレンを標準物質として用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定される。
The number average molecular weight (Mn) of the amphiphilic block copolymer is preferably from 5,000 to 100,000, more preferably from 10,000 to 50,000. When Mn is not less than the lower limit of the above range, the film formability is improved, and when it is not more than the upper limit, the ordered arrangement of the phase separation structure is improved.
The molecular weight dispersity (weight average molecular weight (Mw) / Mn) of the amphiphilic block copolymer is preferably 1.0 to 1.5, more preferably 1.0 to 1.2.
The Mn and Mw are each measured by gel permeation chromatography using polystyrene as a standard substance.

両親媒性ブロック共重合体は、当該両親媒性ブロック共重合体中の親水性高分子鎖(たとえばブロック共重合体(A)中のA)の体積分率が、8〜99%であることが好ましく、8〜82%がより好ましい。該体積分率が8%未満であると、両親媒性ブロック共重合体膜11中を導電性基板13に対して垂直方向に貫通した親水相15を形成するのが困難になる場合がある。一方、99%を超えると、相分離構造を形成しないおそれがある。
相分離構造膜14中の親水相15は両親媒性ブロック共重合体の親水性高分子鎖から構成され、疎水相15’は疎水性高分子鎖から構成される。そのため、使用する両親媒性ブロック共重合体中の親水性高分子鎖の体積分率を調節することで、形成される親水相15の形状や大きさ、配列間隔等を調節できる。
たとえば上記範囲内において該体積分率によって、形成される親水相15の形状を、導電性基板13の表面に対して略垂直方向に配向したシリンダー状またはラメラ状(層状)とすることができる。たとえばブロック共重合体(1)の場合、親水性高分子鎖の体積分率を8%以上53%未満とすると、形成される親水相15はシリンダー状となりやすい傾向がある。また、該体積分率を53%以上82%以下とすると、形成される親水相15はラメラ状となりやすい傾向がある。該体積分率が82%超99%未満である場合は、82%以下の場合に比べて相分離構造の規則性が悪くなるおそれがある。
また、親水性高分子鎖の体積分率を小さくすると、親水相15の幅(シリンダー径、層の厚み等)を小さくしたり、複数の親水相15間の間隔を広くすることができる。逆に、親水性高分子鎖の体積分率を大きくすると、親水相15の幅を大きくしたり、複数の親水相15間の間隔を狭くすることができる。
両親媒性ブロック共重合体中の親水性高分子鎖の体積分率は、両親媒性ブロック共重合体中の親水性高分子鎖、疎水性高分子鎖それぞれの重量分率を、各高分子鎖のホモポリマーの密度を用いて体積分率に変換することにより求められる。
The amphiphilic block copolymer has a volume fraction of a hydrophilic polymer chain in the amphiphilic block copolymer (for example, A in the block copolymer (A)) of 8 to 99%. Is preferable, and 8 to 82% is more preferable. If the volume fraction is less than 8%, it may be difficult to form the hydrophilic phase 15 penetrating the amphiphilic block copolymer film 11 in the direction perpendicular to the conductive substrate 13. On the other hand, if it exceeds 99%, a phase separation structure may not be formed.
The hydrophilic phase 15 in the phase separation structure film 14 is composed of a hydrophilic polymer chain of an amphiphilic block copolymer, and the hydrophobic phase 15 ′ is composed of a hydrophobic polymer chain. Therefore, by adjusting the volume fraction of the hydrophilic polymer chain in the amphiphilic block copolymer to be used, the shape and size of the formed hydrophilic phase 15, the arrangement interval, and the like can be adjusted.
For example, the shape of the hydrophilic phase 15 formed within the above range can be a cylindrical shape or a lamellar shape (layered shape) oriented in a direction substantially perpendicular to the surface of the conductive substrate 13 by the volume fraction. For example, in the case of the block copolymer (1), when the volume fraction of the hydrophilic polymer chain is 8% or more and less than 53%, the formed hydrophilic phase 15 tends to be cylindrical. When the volume fraction is 53% or more and 82% or less, the formed hydrophilic phase 15 tends to be lamellar. When the volume fraction is more than 82% and less than 99%, the regularity of the phase separation structure may be deteriorated as compared with the case where the volume fraction is 82% or less.
Further, when the volume fraction of the hydrophilic polymer chain is reduced, the width of the hydrophilic phase 15 (cylinder diameter, layer thickness, etc.) can be reduced, and the interval between the plurality of hydrophilic phases 15 can be increased. On the contrary, when the volume fraction of the hydrophilic polymer chain is increased, the width of the hydrophilic phase 15 can be increased or the interval between the plurality of hydrophilic phases 15 can be reduced.
The volume fraction of the hydrophilic polymer chain in the amphiphilic block copolymer is the weight fraction of each hydrophilic polymer chain and hydrophobic polymer chain in the amphiphilic block copolymer. It is calculated | required by converting into the volume fraction using the density of the homopolymer of a chain | strand.

両親媒性ブロック共重合体は、公知の方法により製造できる。たとえばブロック共重合体(1)は、特開2004−124088号公報、WO2007/055371等に記載の方法等により製造できる。
一例を挙げると、式CH=C(R)−CO−O−(CH−OZで表される単量体を所望の重合度で重合させて疎水性高分子鎖を合成し、該疎水性高分子鎖と、CH=C(R)−CO−O−(O−R11−R10で表される化合物とを反応させると、前記一般式(1)中のAがR10−(O−R11−O−CO−であるブロック共重合体が得られる。
The amphiphilic block copolymer can be produced by a known method. For example, the block copolymer (1) can be produced by the method described in JP 2004-124088 A, WO 2007/055371, etc.
For example, a monomer represented by the formula CH 2 ═C (R 1 ) —CO—O— (CH 2 ) p —OZ is polymerized at a desired degree of polymerization to synthesize a hydrophobic polymer chain. When the hydrophobic polymer chain is reacted with a compound represented by CH 2 ═C (R 2 ) —CO—O— (O—R 11 ) b —R 10 , in the general formula (1), A block copolymer in which A is R 10 — (O—R 11 ) b —O—CO— is obtained.

両親媒性ブロック共重合体膜11は、両親媒性ブロック共重合体を溶媒に溶解した溶液を、導電性基板13上に塗布し、乾燥させることにより形成できる。
該溶媒としては、使用する両親媒性ブロック共重合体を溶解し得るものであれば特に限定されず、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロホルム、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、四塩化炭素、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、二塩化エチレン、塩化メチル等が挙げられる。
溶液中の両親媒性ブロック共重合体の濃度は、形成しようとする両親媒性ブロック共重合体膜11の膜厚、得られる溶液の塗布性等を考慮して適宜設定すればよい。通常、0.1〜5質量%程度が好ましい。
The amphiphilic block copolymer film 11 can be formed by applying a solution obtained by dissolving an amphiphilic block copolymer in a solvent onto the conductive substrate 13 and drying it.
The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the amphiphilic block copolymer to be used. For example, benzene, toluene, xylene, chloroform, dichloromethane, tetrahydrofuran, dioxane, carbon tetrachloride, ethylbenzene, propyl Examples include benzene, ethylene dichloride, and methyl chloride.
The concentration of the amphiphilic block copolymer in the solution may be appropriately set in consideration of the film thickness of the amphiphilic block copolymer film 11 to be formed, the applicability of the resulting solution, and the like. Usually, about 0.1-5 mass% is preferable.

上記両親媒性ブロック共重合体の溶液に、さらに、ポリアルキレンオキシドを加えてもよい。ポリアルキレンオキシドの添加は、親水相15の大きさを大きくするのに有効である。
該ポリアルキレンオキシドとしては、例えば、一般式R15−(OR17n4−OR16[式中、R15およびR16はそれぞれ独立に水素原子またはアルキル基、R17は炭素数2〜4の直鎖状のアルキレン基であり、n4は1〜20の整数を表す。]で表されるものが挙げられる。式中、R15およびR16におけるアルキル基としては、炭素数1〜10のアルキル基が好ましい。R17のアルキレン基としては、エチレン基が特に好ましい。
両親媒性ブロック共重合体の溶液へのポリアルキレンオキシドの添加量は、両親媒性ブロック共重合体の親水性高分子鎖に対するポリアルキレンオキシドの体積分率が80%以下となるような量が好ましい。
両親媒性ブロック共重合体の親水性高分子鎖に対するポリアルキレンオキシドの体積分率は、前述した手順で求められる両親媒性ブロック共重合体中の親水性高分子鎖の体積分率、両親媒性ブロック共重合体およびポリアルキレンオキシドそれぞれの配合量、ポリアルキレンオキシドの密度から求められる。
A polyalkylene oxide may be further added to the solution of the amphiphilic block copolymer. The addition of polyalkylene oxide is effective for increasing the size of the hydrophilic phase 15.
As the polyalkylene oxide, for example, the general formula R 15 - (OR 17) n4 -OR 16 [ wherein, each R 15 and R 16 independently represents a hydrogen atom or an alkyl group, R 17 is C2-4 It is a linear alkylene group, n4 represents the integer of 1-20. ] Is represented. In the formula, the alkyl group for R 15 and R 16 is preferably an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. As the alkylene group for R 17 , an ethylene group is particularly preferable.
The amount of polyalkylene oxide added to the amphiphilic block copolymer solution is such that the volume fraction of polyalkylene oxide with respect to the hydrophilic polymer chain of the amphiphilic block copolymer is 80% or less. preferable.
The volume fraction of polyalkylene oxide with respect to the hydrophilic polymer chain of the amphiphilic block copolymer is the volume fraction of the hydrophilic polymer chain in the amphiphilic block copolymer determined by the above-described procedure. It is calculated | required from the compounding quantity of a property block copolymer and a polyalkylene oxide, and the density of a polyalkylene oxide.

上記両親媒性ブロック共重合体の溶液を塗布する方法としては、公知の方法、たとえばスピンコート法、キャスト法、ディップ法及びバーコート法等が利用できる。
乾燥は、自然乾燥あるいは真空乾燥により実施できる。
両親媒性ブロック共重合体膜11の膜厚は、形成しようとする微細構造体16の高さに応じて設定され、通常、約30nm〜約10μmの範囲内が好ましい。該膜厚は、乾燥後の膜厚であり、原子間力顕微鏡(AFM)により測定できる。
As a method for applying the solution of the amphiphilic block copolymer, known methods such as a spin coating method, a casting method, a dip method, and a bar coating method can be used.
Drying can be carried out by natural drying or vacuum drying.
The film thickness of the amphiphilic block copolymer film 11 is set according to the height of the microstructure 16 to be formed, and is usually preferably in the range of about 30 nm to about 10 μm. The film thickness is a film thickness after drying and can be measured by an atomic force microscope (AFM).

次に、両親媒性ブロック共重合体膜11が形成された導電性基板13に対して熱処理を行う。該熱処理を行うと、上述したように、両親媒性ブロック共重合体を構成する親水性高分子鎖と疎水性高分子鎖と間の斥力的相互作用によって、両親媒性ブロック共重合体膜11内が親水相15と疎水相15’とに相分離して相分離構造膜14となる。
親水相15は、上述したように、使用する両親媒性ブロック共重合体の親水性高分子鎖の体積分率によって、シリンダー状またはラメラ状となる。また、該体積分率を調整することで、親水相15の幅や親水相15間の間隔(疎水相15の幅)を調整できる。
熱処理温度は、両親媒性ブロック共重合体の融点(通常50〜150℃)の−20〜+40℃の温度範囲内が好ましく、該融点の−10〜+20℃の温度範囲内がより好ましい。熱処理温度が該融点−20℃以上であることにより、両親媒性ブロック共重合体の流動性が良好で、該融点+40℃以下であることにより、両親媒性ブロック共重合体の構造安定性が良好である。
両親媒性ブロック共重合体の融点は示差走査熱量測定法により測定できる。
Next, heat treatment is performed on the conductive substrate 13 on which the amphiphilic block copolymer film 11 is formed. When the heat treatment is performed, as described above, the amphiphilic block copolymer film 11 is formed by the repulsive interaction between the hydrophilic polymer chain and the hydrophobic polymer chain constituting the amphiphilic block copolymer. The inside is phase-separated into a hydrophilic phase 15 and a hydrophobic phase 15 ′ to form a phase-separated structure film 14.
As described above, the hydrophilic phase 15 has a cylindrical or lamellar shape depending on the volume fraction of the hydrophilic polymer chain of the amphiphilic block copolymer to be used. Further, by adjusting the volume fraction, the width of the hydrophilic phase 15 and the interval between the hydrophilic phases 15 (the width of the hydrophobic phase 15) can be adjusted.
The heat treatment temperature is preferably in the temperature range of −20 to + 40 ° C. of the melting point (usually 50 to 150 ° C.) of the amphiphilic block copolymer, and more preferably in the temperature range of −10 to + 20 ° C. of the melting point. When the heat treatment temperature is -20 ° C or higher, the fluidity of the amphiphilic block copolymer is good. When the melting point is 40 ° C or lower, the structural stability of the amphiphilic block copolymer is improved. It is good.
The melting point of the amphiphilic block copolymer can be measured by differential scanning calorimetry.

親水相15がシリンダー状である場合、そのシリンダー径は、3〜40nmが好ましく、3〜20nmがより好ましい。また、複数の親水相15の間の間隔は、60nm以下が好ましく、15〜40nmの範囲が特に好ましい。該範囲内であれば、規則配列形成の点で有用である。
親水相15がラメラ状である場合、その層の厚みは、3〜20nmが好ましい。また、複数の親水相15の間の間隔、つまり疎水性高分子鎖層の厚みは、20nm以下が好ましく、3〜20nmがより好ましい。該範囲内であれば、規則配列形成の点で有用である。
ただし本発明はこれに限定されず、それらの大きさや間隔を用途等に応じて自在に設計することができる。
When the hydrophilic phase 15 has a cylindrical shape, the cylinder diameter is preferably 3 to 40 nm, and more preferably 3 to 20 nm. The interval between the plurality of hydrophilic phases 15 is preferably 60 nm or less, and particularly preferably in the range of 15 to 40 nm. Within this range, it is useful in terms of forming a regular array.
When the hydrophilic phase 15 is lamellar, the thickness of the layer is preferably 3 to 20 nm. Further, the interval between the plurality of hydrophilic phases 15, that is, the thickness of the hydrophobic polymer chain layer is preferably 20 nm or less, and more preferably 3 to 20 nm. Within this range, it is useful in terms of forming a regular array.
However, the present invention is not limited to this, and the size and interval thereof can be freely designed according to the application.

[電解析出処理工程]
相分離構造膜14が形成された導電性基板13に対する電解処理においては、形成しようとする微細構造体を構成する金属酸化物に対応する金属塩を溶媒に溶解した電解液を用いる。該電解液を相分離構造膜14に接触させ、その状態で、導電性基板13に酸化電圧を印加すると、上述したように、導電性基板13の表面近傍で、親水相15内に浸入した電解液に含まれる電解質が電気化学的に酸化されて金属酸化物が析出する。この現象を利用して、親水相15部分に金属酸化物からなる微細構造体16を形成することができる。
[Electrolytic deposition treatment process]
In the electrolytic treatment for the conductive substrate 13 on which the phase separation structure film 14 is formed, an electrolytic solution in which a metal salt corresponding to the metal oxide constituting the microstructure to be formed is dissolved in a solvent is used. When the electrolytic solution is brought into contact with the phase separation structure film 14 and an oxidation voltage is applied to the conductive substrate 13 in this state, the electrolyte that has entered the hydrophilic phase 15 near the surface of the conductive substrate 13 as described above. The electrolyte contained in the liquid is electrochemically oxidized to deposit a metal oxide. By utilizing this phenomenon, the microstructure 16 made of a metal oxide can be formed in the hydrophilic phase 15 portion.

酸化電圧を利用した電解処理は、公知の方法により実施できる。
電解液に使用する金属塩を構成する金属の具体例としては、Al、Si、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、V等が挙げられる。
前記金属塩において、金属イオンと塩を形成する対イオンとしては、溶媒に可溶な塩を形成し得るものであればよい。
前記金属塩を溶解する溶媒としては、水を用いてもよく、有機溶剤を用いてもよく、それらの混合物を用いてもよい。有機溶剤としては、親水相15と親和性を有する(両親媒性ブロック共重合体の親水性高分子鎖と親和性を有する)ものであればよく、たとえばメタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコールなどが挙げられる。該溶媒としては、エタノールが最も好ましい。
電解液には、金属塩以外の成分が添加されていてもよい。このような成分としては、たとえば、過塩素酸リチウムやテトラブチルアンモニウム塩など(溶液の電導度を上げるための電解質)が挙げられる。
The electrolytic treatment using the oxidation voltage can be performed by a known method.
Specific examples of the metal constituting the metal salt used in the electrolytic solution include Al, Si, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and V.
In the metal salt, any counter ion capable of forming a salt with a metal ion may be used as long as it can form a salt soluble in a solvent.
As a solvent for dissolving the metal salt, water may be used, an organic solvent may be used, or a mixture thereof may be used. Any organic solvent may be used as long as it has affinity with the hydrophilic phase 15 (affinity with the hydrophilic polymer chain of the amphiphilic block copolymer), and examples thereof include alcohols such as methanol, ethanol, and isopropanol. Can be mentioned. As the solvent, ethanol is most preferable.
Components other than metal salts may be added to the electrolytic solution. Examples of such components include lithium perchlorate and tetrabutylammonium salt (an electrolyte for increasing the conductivity of the solution).

酸化電圧は、ターゲットとする金属イオンから電子を直接引き出すことができる、つまり酸化数が増加する電圧を意味する。酸化電圧を、作用電極である導電性基板13に印加して電解質(金属塩)を電気分解すると、電解質由来の金属イオン(Mn+)が下記反応式(r1)に示す反応により金属酸化物(M)となる。生成する金属酸化物における金属の酸化数(2y/x)は、酸化電圧を印加する前の金属イオンの酸化数(n)よりも大きい値となる。
xMn++yHO→M+2yH+ze 反応式(r1)
The oxidation voltage means a voltage at which electrons can be directly extracted from a target metal ion, that is, the oxidation number increases. When an oxidation voltage is applied to the conductive substrate 13 as a working electrode to electrolyze the electrolyte (metal salt), the metal ion (M n + ) derived from the electrolyte is converted into a metal oxide ( Mn + ) by the reaction shown in the following reaction formula (r1). M x O y ). The oxidation number (2y / x) of the metal in the generated metal oxide is a value larger than the oxidation number (n) of the metal ion before applying the oxidation voltage.
xM n + + yH 2 O → M x O y + 2yH + + ze Reaction formula (r1)

電解処理にて印加する酸化電圧は、析出させる金属種や酸化数により異なり、サイクリックボルタンメトリー法により得られる金属イオンの酸化還元電位を参考に決定することができる。
サイクリックボルタンメトリー法による金属イオンの酸化還元電位の測定は、目的とする金属イオンを含有する電解液中において電圧を掃引しながら電流値を測定し、酸化電流および還元電流を観測することにより行うことができる。印加する酸化電圧は、サイクリックボルタンメトリーで得られた酸化還元電位と同等かそれよりも高い電圧を選択すれば良い。
The oxidation voltage applied in the electrolytic treatment varies depending on the metal species to be deposited and the oxidation number, and can be determined with reference to the oxidation-reduction potential of metal ions obtained by the cyclic voltammetry method.
Measurement of the redox potential of metal ions by cyclic voltammetry is performed by measuring the current value while sweeping the voltage in the electrolyte containing the target metal ion and observing the oxidation current and reduction current. Can do. The applied oxidation voltage may be selected to be equal to or higher than the oxidation-reduction potential obtained by cyclic voltammetry.

電析処理には、定電位法、定電流法、パルス法など様々な手法を用いることができ、析出させる金属種や酸化数によって選択することができる。定電位法は、印加電位をサイクリックボルタンメトリー法により決定した酸化電圧に固定して印加する電解析出方法であり、印加時間によって電析量を制御する。定電流法は、作用電極である導電性基板13に印加される電圧がサイクリックボルタンメトリー法で求めた酸化還元電位以上となる定電流値で電解析出を行う方法である。パルス法は、酸化電圧と非酸化電圧(酸化反応が起こらない、酸化還元電位よりも低い電圧)を交互に印加する電解析出方法である。
電析処理には、相分離構造膜14の親水相15部分に微細構造体16を効率よく低欠陥で形成できる点で、パルス法を用いるのが好ましい。パルス法において、酸化電圧を印加する時間は0.1秒以上、10秒以下が好ましい。酸化電圧の印加時間が10秒よりも長くなると、相分離構造膜14と導電性基板13の界面において電解析出が進行し、相分離構造膜14が剥離する現象が発生するおそれがある。
電解処理により析出した金属酸化物の酸化数は、X線光電子分光測定により確認できる。
Various methods such as a constant potential method, a constant current method, and a pulse method can be used for the electrodeposition treatment, which can be selected depending on the metal species to be deposited and the oxidation number. The constant potential method is an electrolytic deposition method in which an applied potential is fixed and applied at an oxidation voltage determined by a cyclic voltammetry method, and the amount of electrodeposition is controlled by the application time. The constant current method is a method in which electrolytic deposition is performed at a constant current value at which the voltage applied to the conductive substrate 13 as the working electrode is equal to or higher than the oxidation-reduction potential obtained by the cyclic voltammetry method. The pulse method is an electrolytic deposition method in which an oxidation voltage and a non-oxidation voltage (voltage that does not cause an oxidation reaction and is lower than the oxidation-reduction potential) are applied alternately.
In the electrodeposition process, it is preferable to use a pulse method in that the fine structure 16 can be efficiently formed with low defects in the hydrophilic phase 15 portion of the phase separation structure film 14. In the pulse method, the time for applying the oxidation voltage is preferably 0.1 seconds or more and 10 seconds or less. If the application time of the oxidation voltage is longer than 10 seconds, electrolytic deposition may proceed at the interface between the phase separation structure film 14 and the conductive substrate 13, and the phase separation structure film 14 may peel off.
The oxidation number of the metal oxide deposited by the electrolytic treatment can be confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy.

酸化電圧を利用した電解析出処理により析出させる金属酸化物の好ましい具体例としては、下記一般式(3)で表される金属酸化物が挙げられる。
…(3)
[式(3)中、Mは、Al、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、NiおよびVからなる群から選ばれる遷移金属であり、1≦a≦3、1≦b≦5である。]
Preferable specific examples of the metal oxide deposited by electrolytic deposition using an oxidation voltage include metal oxides represented by the following general formula (3).
M a O b (3)
[In Formula (3), M is a transition metal selected from the group consisting of Al, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and V, and 1 ≦ a ≦ 3 and 1 ≦ b ≦ 5. ]

式(3)中、aが2以上である場合、a個のMはそれぞれ同じでも異なってもよい。
bは、a個のMの酸化数を満足する値である。
式(3)で表される金属酸化物の具体例としては、MnO、Mn、Al、TiO、Cr、Fe、Co、Ni、V等が挙げられる。
In formula (3), when a is 2 or more, a M may be the same or different.
b is a value that satisfies the oxidation number of a M.
Specific examples of the metal oxide represented by the formula (3) include MnO 2 , Mn 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 , Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 , and Ni 2. Examples include O 3 and V 2 O 5 .

[膜除去工程]
本実施形態においては、電解析出処理工程後、得られた複合体10の微細構造体16を露出させて複合体20を得るために、相分離構造膜14のみを除去することができる。
相分離構造膜14のみを除去する方法としては、相分離構造膜14を溶媒で溶解させる方法、相分離構造膜14に真空紫外光を照射し分解する方法、相分離構造膜14に電子線を照射し分解する方法、相分離構造膜14に反応性イオンを照射しエッチングする方法、相分離構造膜14に450℃以上の高温処理を行うことにより熱分解する方法等が挙げられる。
相分離構造膜14の溶解に用いる溶媒としては、前記相分離工程の説明で、両親媒性ブロック共重合体を溶解し得る溶媒として挙げたものと同様のものが挙げられる。
エッチングに用いる反応性イオンとしては、酸素プラズマ等が挙げられる。
[Membrane removal process]
In the present embodiment, after the electrolytic deposition treatment step, only the phase separation structure film 14 can be removed in order to obtain the composite 20 by exposing the fine structure 16 of the obtained composite 10.
As a method of removing only the phase separation structure film 14, a method of dissolving the phase separation structure film 14 with a solvent, a method of irradiating the phase separation structure film 14 with vacuum ultraviolet light and decomposing it, an electron beam on the phase separation structure film 14 Examples include a method of irradiating and decomposing, a method of irradiating reactive ions to the phase separation structure film 14 and etching, a method of thermally decomposing the phase separation structure film 14 by performing a high temperature treatment at 450 ° C.
Examples of the solvent used for dissolving the phase separation structure film 14 include the same solvents as those mentioned as the solvent capable of dissolving the amphiphilic block copolymer in the description of the phase separation step.
Examples of reactive ions used for etching include oxygen plasma.

<第二の実施形態>
本実施形態の微細構造体の製造方法では、相分離工程にて、有機膜が形成された導電性基板の有機膜上に、両親媒性ブロック共重合体膜を形成する。
導電性基板と両親媒性ブロック共重合体膜との密着性はあまり強くはないため、導電性基板上に直接両親媒性ブロック共重合体膜を形成した場合、電解析出処理の際に、相分離した両親媒性ブロック共重合体膜と導電性基板との界面の、親水相以外の部分にまで電解液が入り込み、微細構造体の形状が悪化するおそれがあるが、有機膜を設けることで、相分離後の両親媒性ブロック共重合体膜の疎水相と有機膜との間の密着性が良好であるため、微細構造体を良好な形状で形成できる。
本実施形態の製造方法は、相分離工程を行う前に、つまり両親媒性ブロック共重合体を溶媒に溶解した溶液を塗布する前に、導電性基板上に有機膜を形成する有機膜形成工程を行う以外は、前記第一の実施形態と同様の手順で実施できる。
図3に、本実施形態を模式的に示す工程図を示す。また、図4に、本実施形態の製造方法により得られる複合体の概略断面図を示す。
なお、以下に記載する実施形態において、前出した構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
<Second Embodiment>
In the method for manufacturing a microstructure of the present embodiment, an amphiphilic block copolymer film is formed on the organic film of the conductive substrate on which the organic film is formed in the phase separation step.
Since the adhesion between the conductive substrate and the amphiphilic block copolymer film is not so strong, when the amphiphilic block copolymer film is directly formed on the conductive substrate, during the electrolytic deposition treatment, Electrolyte solution may enter the part other than the hydrophilic phase at the interface between the phase-separated amphiphilic block copolymer film and the conductive substrate, and the shape of the fine structure may deteriorate. Thus, since the adhesion between the hydrophobic phase of the amphiphilic block copolymer film after phase separation and the organic film is good, a fine structure can be formed in a good shape.
The manufacturing method of the present embodiment is an organic film forming step of forming an organic film on a conductive substrate before performing a phase separation step, that is, before applying a solution in which an amphiphilic block copolymer is dissolved in a solvent. Except for the above, the same procedure as in the first embodiment can be performed.
FIG. 3 is a process diagram schematically showing this embodiment. FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of the composite obtained by the production method of the present embodiment.
In the embodiments described below, the same reference numerals are given to the components corresponding to the above-described components, and the detailed description thereof is omitted.

本実施形態においては、まず、導電性基板13上に有機膜12を形成(有機膜形成工程)する。
次に、有機膜12上に、以下の手順で相分離構造膜14を形成する(相分離工程)。
図3(a)に示すように、有機膜12が形成された導電性基板13上に、両親媒性ブロック共重合体を溶媒に溶解した溶液を塗布して両親媒性ブロック共重合体膜11を形成する。次に、両親媒性ブロック共重合体膜11が形成された導電性基板13に対して熱処理を行う。熱処理を行うと、図3(b)に示すように、両親媒性ブロック共重合体膜11内が親水相15と疎水相15’とに相分離して相分離構造膜14が形成される。
次に、相分離構造膜14が形成された導電性基板13に酸化電圧を印加して電解析出処理を行う(電解析出処理工程)。これにより、相分離構造膜14の親水相15内に、図3(c)に示すように、金属酸化物からなる微細構造体16が、親水相15の形状に対応する形状で形成される。
こうして図3(c)に示す複合体、すなわち図4(a)に示す複合体30が得られる。複合体30は、導電性基板13上に、有機膜12を介して複数の微細構造体16が規則配列したものであり、該微細構造体16は、相分離構造膜14中に配置されている。
In this embodiment, first, the organic film 12 is formed on the conductive substrate 13 (organic film forming step).
Next, the phase separation structure film 14 is formed on the organic film 12 by the following procedure (phase separation step).
As shown in FIG. 3A, a solution obtained by dissolving an amphiphilic block copolymer in a solvent is applied on a conductive substrate 13 on which an organic film 12 is formed, and the amphiphilic block copolymer film 11 is applied. Form. Next, heat treatment is performed on the conductive substrate 13 on which the amphiphilic block copolymer film 11 is formed. When heat treatment is performed, as shown in FIG. 3B, the inside of the amphiphilic block copolymer film 11 is phase-separated into a hydrophilic phase 15 and a hydrophobic phase 15 ′, and a phase-separated structure film 14 is formed.
Next, an electrolytic deposition process is performed by applying an oxidation voltage to the conductive substrate 13 on which the phase separation structure film 14 is formed (electrolytic deposition process step). As a result, a fine structure 16 made of a metal oxide is formed in the shape corresponding to the shape of the hydrophilic phase 15 in the hydrophilic phase 15 of the phase separation structure film 14 as shown in FIG.
Thus, the composite shown in FIG. 3C, that is, the composite 30 shown in FIG. 4A is obtained. In the composite 30, a plurality of fine structures 16 are regularly arranged on the conductive substrate 13 via the organic film 12, and the fine structures 16 are arranged in the phase separation structure film 14. .

本実施形態においては、上記電解析出処理工程の後、さらに、相分離構造膜14のみを除去する膜除去工程を行ってもよい。これにより、微細構造体16が露出し、図3(d)に示すような複合体、すなわち図4(b)に示すような複合体40が得られる。
複合体40は、導電性基板13上に、有機膜12を介して複数の微細構造体16が規則配列したものであり、相分離構造膜14が存在せず、微細構造体16が露出している点で複合体30と異なっている。
In the present embodiment, after the electrolytic deposition process, a film removal process for removing only the phase separation structure film 14 may be performed. Thereby, the fine structure 16 is exposed, and a composite as shown in FIG. 3D, that is, a composite 40 as shown in FIG. 4B is obtained.
In the composite 40, a plurality of fine structures 16 are regularly arranged on the conductive substrate 13 via the organic film 12, the phase separation structure film 14 is not present, and the fine structures 16 are exposed. In that it is different from the composite 30.

上記のうち、相分離工程、電解析出処理工程、膜除去工程については、第一実施形態と同様であるため詳しい説明は省略し、以下においては有機膜形成工程についてより詳細に説明する。   Among the above, the phase separation step, the electrolytic deposition treatment step, and the film removal step are the same as those in the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted. Hereinafter, the organic film formation step will be described in more detail.

[有機膜形成工程]
有機膜形成工程では、導電性基板13上に有機膜12を形成する。
導電性基板13としては、前記と同様のものを用いることができる。
導電性基板13は、有機膜12を設ける側の表面に、有機膜12との密着性の向上等のために、表面処理が施されていてもよい。たとえば有機膜12として、後述する一般式(2)で表される化合物を用いて自己組織化単分子膜を形成する場合は、基板表面に水酸基を形成させる親水化処理を行うことが好ましい。水酸基は、該化合物の式(2)中のEと反応して化学結合を形成し得るため、該親水化処理を行うことで、導電性基板13と有機膜12との密着性が向上し、ひいては導電性基板13と相分離構造膜14との間の密着性が向上して、電解析出処理を良好に行うことができる。この場合に用いられる導電性基板13としては、ITOガラス基板、シリコン基板、または表面にITOを成膜したフレキシブル基板が好ましい。該親水化処理は、オゾン処理、VUV処理等によって実施できる。
[Organic film formation process]
In the organic film forming step, the organic film 12 is formed on the conductive substrate 13.
As the conductive substrate 13, the same one as described above can be used.
The conductive substrate 13 may be subjected to a surface treatment on the surface on which the organic film 12 is provided in order to improve adhesion with the organic film 12. For example, when forming a self-assembled monomolecular film as the organic film 12 using a compound represented by the general formula (2) described later, it is preferable to perform a hydrophilic treatment for forming a hydroxyl group on the substrate surface. Since the hydroxyl group can react with E in the formula (2) of the compound to form a chemical bond, the hydrophilic treatment improves the adhesion between the conductive substrate 13 and the organic film 12, As a result, the adhesion between the conductive substrate 13 and the phase separation structure film 14 is improved, and the electrolytic deposition treatment can be performed satisfactorily. As the conductive substrate 13 used in this case, an ITO glass substrate, a silicon substrate, or a flexible substrate in which ITO is formed on the surface is preferable. The hydrophilization treatment can be performed by ozone treatment, VUV treatment or the like.

有機膜12は、導電性基板13と相分離構造膜14との密着性を高め、微細構造体16を、親水相15の形状に対応した良好な形状で形成するために設けられる。
有機膜12としては、導電性基板13と相分離構造膜14との密着性を高め得るものであれば特に限定されないが、好ましいものとして、自己組織化単分子膜(以下、SAMと略記する。)、ラングミュア−ブロジェット膜(Langmuir−Blogett膜。以下、LB膜と略記する。)、アクリル系重合体薄膜、両親媒性ランダム共重合体薄膜、両親媒性ブロック共重合体薄膜等が挙げられる。
SAMおよびLB膜はそれぞれ単分子膜であり、その膜厚が薄いため、導電性基板13の導電性を損なわず、電解析出処理工程で、両親媒性ブロック共重合体膜11の親水相15内に電解析出により微細構造体16を良好に形成できる。
アクリル系重合体薄膜、両親媒性ランダム共重合体薄膜、両親媒性ブロック共重合体薄膜における「薄膜」は、その膜厚が、導電性基板13の導電性を損なわない程度の薄さであることを意味する。これにより、電解析出処理工程で、両親媒性ブロック共重合体膜11の親水相15内に電解析出により微細構造体16を良好な形状で形成可能となる。
アクリル系重合体薄膜、両親媒性ランダム共重合体薄膜、両親媒性ブロック共重合体薄膜の膜厚は、それぞれ、上記観点から、20nm以下であることが好ましく、10nm以下がより好ましい。該膜厚の下限は特に限定されないが、均一な成膜性を考慮すると、3nm以上が好ましく、5nm以上がより好ましい。
有機膜12の膜厚は、原子間力顕微鏡(AFM)により測定できる。
The organic film 12 is provided in order to improve the adhesion between the conductive substrate 13 and the phase separation structure film 14 and to form the fine structure 16 in a favorable shape corresponding to the shape of the hydrophilic phase 15.
The organic film 12 is not particularly limited as long as it can improve the adhesion between the conductive substrate 13 and the phase separation structure film 14, but is preferably a self-assembled monomolecular film (hereinafter abbreviated as SAM). ), Langmuir-Blodgett film (Langmuir-Bloggett film; hereinafter abbreviated as LB film), acrylic polymer thin film, amphiphilic random copolymer thin film, amphiphilic block copolymer thin film and the like. .
Since each of the SAM and LB films is a monomolecular film and has a small film thickness, the hydrophilic phase 15 of the amphiphilic block copolymer film 11 is not deteriorated in the electrolytic deposition treatment step without impairing the conductivity of the conductive substrate 13. Inside, the fine structure 16 can be satisfactorily formed by electrolytic deposition.
The “thin film” in the acrylic polymer thin film, the amphiphilic random copolymer thin film, and the amphiphilic block copolymer thin film is thin enough that the film thickness does not impair the conductivity of the conductive substrate 13. Means that. Thereby, in the electrolytic deposition treatment step, the fine structure 16 can be formed in a favorable shape by electrolytic deposition in the hydrophilic phase 15 of the amphiphilic block copolymer film 11.
From the above viewpoint, the thicknesses of the acrylic polymer thin film, the amphiphilic random copolymer thin film, and the amphiphilic block copolymer thin film are each preferably 20 nm or less, and more preferably 10 nm or less. The lower limit of the film thickness is not particularly limited, but is preferably 3 nm or more, more preferably 5 nm or more in consideration of uniform film formability.
The film thickness of the organic film 12 can be measured by an atomic force microscope (AFM).

有機膜12としては、上記のなかでも、密着性の向上効果に優れること、ナノメートルオーダーの膜厚の薄膜を容易に形成できること等から、SAMが好ましい。
SAMは、分子が固体(ここでは導電性基板13)表面に自発的に化学吸着することによって形成される単分子の層である。
SAMは、たとえばSAMを形成する有機化合物をクロロホルム、トルエン等の溶媒に溶解し、この溶液を常温または該有機化合物が分解しない程度の温度に加熱して導電性基板13に一定時間接触させ、最後に溶媒でリンスすることにより形成できる。
SAMの形成に用いる有機化合物としては、通常、導電性基板13表面に化学吸着する部位と、両親媒性ブロック共重合体の疎水性高分子鎖と親和性を有する部位とを有するものが用いられる。このような部位としては、該疎水性高分子鎖が有する液晶性分子構造と同様の液晶性分子構造を有するものが挙げられる。
たとえば両親媒性ブロック共重合体として前記ブロック共重合体(1)を用いる場合、下記一般式(2)で表される化合物(以下、化合物(2)ということがある。)が好ましく用いられる。
化合物(2)を用いて形成されるSAM(有機膜12)においては、導電性基板13とは反対側の表面にZ’(液晶メソゲン鎖)側末端が配置される。このZ’と、ブロック共重合体(1)のZ(液晶メソゲン鎖)との間で親和性の高いπ−π相互作用によるスタッキング構造が形成されるため、有機膜12と相分離構造膜14との密着性が向上する。
Among the above, SAM is preferable as the organic film 12 because it is excellent in the effect of improving the adhesion and can easily form a thin film having a thickness of nanometer order.
The SAM is a monomolecular layer formed by spontaneously chemisorbing molecules on the surface of a solid (here, the conductive substrate 13).
In the SAM, for example, an organic compound forming the SAM is dissolved in a solvent such as chloroform or toluene, and this solution is heated to room temperature or a temperature at which the organic compound is not decomposed to be brought into contact with the conductive substrate 13 for a certain period of time. It can be formed by rinsing with a solvent.
As the organic compound used for forming the SAM, a compound having a portion that is chemically adsorbed on the surface of the conductive substrate 13 and a portion having an affinity for the hydrophobic polymer chain of the amphiphilic block copolymer is used. . Examples of such sites include those having a liquid crystal molecular structure similar to the liquid crystal molecular structure of the hydrophobic polymer chain.
For example, when the block copolymer (1) is used as the amphiphilic block copolymer, a compound represented by the following general formula (2) (hereinafter sometimes referred to as compound (2)) is preferably used.
In the SAM (organic film 12) formed using the compound (2), the Z ′ (liquid crystal mesogen chain) side terminal is disposed on the surface opposite to the conductive substrate 13. Since a stacking structure by a high affinity π-π interaction is formed between this Z ′ and Z (liquid crystal mesogen chain) of the block copolymer (1), the organic film 12 and the phase separation structure film 14 Adhesion with is improved.

[式中、Z’は液晶性メソゲン鎖を表し、Eは、ケイ素原子に結合する置換基としてアルコキシ基または塩素原子を有するシリル基、チオール基、ジスルフィド基又はホスホン酸基を表し、Dはエステル結合、ウレタン結合、ウレア結合、エーテル結合又はアルキレン基を表し、p’は4〜30の整数を表し、rは1〜30の整数を表す。] [Wherein, Z ′ represents a liquid crystalline mesogenic chain, E represents a silyl group, thiol group, disulfide group or phosphonic acid group having an alkoxy group or a chlorine atom as a substituent bonded to a silicon atom, and D represents an ester. A bond, a urethane bond, a urea bond, an ether bond or an alkylene group is represented, p ′ represents an integer of 4 to 30, and r represents an integer of 1 to 30. ]

式(2)中、Z’は液晶メソゲン鎖を表す。該液晶メソゲン鎖としては、前記ブロック共重合体(1)の説明で、式(1)中のZの液晶性メソゲン鎖として挙げたものと同様のものが挙げられる。
本発明においては、特に、Z’が、式(1)中のZと同じであることが好ましい。液晶メソゲン鎖の構造が同じであると、有機膜12と相分離構造膜14との密着性がより高いものとなる。
Eは、ケイ素原子に結合する置換基としてアルコキシ基または塩素原子を有するシリル基、チオール基、ジスルフィド基又はホスホン酸基を表す。前記シリル基が有するアルコキシ基は、炭素数1〜5のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基またはエトキシ基がより好ましい。前記シリル基のケイ素原子に結合するアルコキシ基または塩素原子の数は、1〜3個であり、3個が特に好ましい。
Eは、導電性基板13と表面と反応して化学結合(共有結合、水素結合等)を形成する部位であり、使用する導電性基板13に応じて選択される。たとえば導電性基板13表面に水酸基が存在する場合には、該水酸基と脱水反応により共有結合を形成し得ることから、ケイ素原子に結合する置換基としてアルコキシ基または塩素原子を有するシリル基、またはホスホン酸基が好ましい。たとえば前記シリル基において、ケイ素原子に結合するアルコキシ基または塩素原子は、加水分解により−OHとなり、シラノール基(Si−OH)が生成する。このシラノール基が基板表面の水酸基と脱水反応して共有結合が形成される。導電性基板13表面が金で構成される場合は、チオール基またはジスルフィド基が好ましい。
In the formula (2), Z ′ represents a liquid crystal mesogenic chain. Examples of the liquid crystal mesogen chain include the same ones as mentioned for the liquid crystal mesogen chain of Z in the formula (1) in the description of the block copolymer (1).
In the present invention, it is particularly preferable that Z ′ is the same as Z in the formula (1). When the structure of the liquid crystal mesogen chain is the same, the adhesion between the organic film 12 and the phase separation structure film 14 becomes higher.
E represents a silyl group, thiol group, disulfide group or phosphonic acid group having an alkoxy group or a chlorine atom as a substituent bonded to a silicon atom. The alkoxy group of the silyl group is preferably an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, and more preferably a methoxy group or an ethoxy group. The number of alkoxy groups or chlorine atoms bonded to the silicon atom of the silyl group is 1 to 3, particularly preferably 3.
E is a site that reacts with the surface of the conductive substrate 13 to form a chemical bond (covalent bond, hydrogen bond, etc.), and is selected according to the conductive substrate 13 to be used. For example, when a hydroxyl group is present on the surface of the conductive substrate 13, a covalent bond can be formed with the hydroxyl group by a dehydration reaction. Therefore, a silyl group having an alkoxy group or a chlorine atom as a substituent bonded to a silicon atom, Acid groups are preferred. For example, in the silyl group, an alkoxy group or a chlorine atom bonded to a silicon atom becomes -OH by hydrolysis, and a silanol group (Si-OH) is generated. This silanol group dehydrates with the hydroxyl group on the substrate surface to form a covalent bond. When the surface of the conductive substrate 13 is made of gold, a thiol group or a disulfide group is preferable.

化合物(2)において、Z’とEは、−(CH−D−(CHp’−O−を介して結合している。
Dはエステル結合、ウレタン結合、ウレア結合、エーテル結合又はアルキレン基を表す。Dを有することで、化合物(2)の熱安定性が向上する。そのため、親水相15を形成させるために140℃程度で熱処理を行うが、その温度でも結合が安定に保たれる。また、化合物の合成に際して、反応が容易に収率よく進行する。
また、アルキル鎖(−(CH−、−(CHp’−)を持たせることで、SAMを構成する分子が溶液中あるいは相分離構造膜14中で流動性を保持することができ、より膜中で相互作用しやすくすることができ、密着性が向上する。また、アルキル鎖の鎖長を調整することで、形成されるSAMの膜厚を調整できる。
p’は4〜30の整数を表し、11〜20の整数が好ましい。
rは1〜30の整数を表し、3〜10の整数が好ましい。
In the compound (2), Z ′ and E are bonded via — (CH 2 ) r —D— (CH 2 ) p ′ —O—.
D represents an ester bond, a urethane bond, a urea bond, an ether bond or an alkylene group. By having D, the thermal stability of the compound (2) is improved. Therefore, heat treatment is performed at about 140 ° C. in order to form the hydrophilic phase 15, but the bond is kept stable even at that temperature. Further, in the synthesis of the compound, the reaction proceeds easily with a high yield.
Further, by providing an alkyl chain (— (CH 2 ) r —, — (CH 2 ) p ′ —), the molecules constituting the SAM retain fluidity in the solution or in the phase separation structure membrane 14. It can be made easier to interact in the film, and the adhesion is improved. Moreover, the film thickness of SAM formed can be adjusted by adjusting the chain length of an alkyl chain.
p 'represents the integer of 4-30, and the integer of 11-20 is preferable.
r represents an integer of 1 to 30, and an integer of 3 to 10 is preferable.

以上、本発明の微細構造体の製造方法および該製造方法を用いて作製される複合体について実施形態を示して詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定はされず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
たとえば複合体10、30の作製後、膜除去工程を行わず、相分離構造膜14を微細構造体16とともに導電性基板13から剥離してもよい。このようにして得られる膜は、規則配列した微細構造体16を含んでいる。また、この膜から両親媒性ブロック共重合体膜のみを除去すると、それぞれ独立した複数の微細構造体16が得られる。
また、複合体20、40の作製後、微細構造体16を導電性基板13から剥離してもよい。これにより、それぞれ独立した複数の微細構造体16が得られる。
上記のようにして得られる微細構造体16は、例えば金属酸化物としてマンガン酸化物を選択した場合、リチウムイオン電池の正極材料として利用できる。
As described above, the manufacturing method of the microstructure of the present invention and the composite manufactured by using the manufacturing method have been described in detail with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment. Of course, various improvements and changes may be made without departing from the spirit of the invention.
For example, after the composites 10 and 30 are manufactured, the phase separation structure film 14 may be peeled off from the conductive substrate 13 together with the fine structure 16 without performing the film removal step. The film thus obtained includes the regularly arranged microstructures 16. Further, when only the amphiphilic block copolymer film is removed from the film, a plurality of independent fine structures 16 are obtained.
Further, the fine structure 16 may be peeled off from the conductive substrate 13 after the composites 20 and 40 are manufactured. Thereby, a plurality of independent fine structures 16 are obtained.
The microstructure 16 obtained as described above can be used as a positive electrode material for a lithium ion battery, for example, when manganese oxide is selected as the metal oxide.

以上説明した本発明の微細構造体の製造方法によれば、微細構造体を、容易に、導電性基板上に規則配列させて形成できる。
また、該製造方法においては、従来の方法に比べて、金属酸化物からなる微細構造体、および該微細構造体が複数、導電性基板上に規則配列した複合体を、非常に安価に、容易に作製できる。たとえば、本発明の製造方法は、非特許文献5で微細構造体を形成するための電解析出処理のマスクの製造に必要とされていた電子線リソグラフィなどの工程を必要としない。また、本発明で電解析出処理のマスクとして利用する相分離構造膜は、非特許文献4のような電解液に2時間以上浸漬させて、細孔内へ電解液を浸透させる工程を必要とせず、また非特許文献5のようなシリンダードメインのポリマー(PMMA)を選択的除去する工程も必要としない。
また、本発明の製造方法においては、酸化電位を印加することで酸化反応を伴う金属酸化物析出が可能であり、特許文献1に記載の方法では製造し得ない金属酸化物微細構造体を容易に作製することができる。
According to the method for manufacturing a fine structure of the present invention described above, the fine structure can be easily arranged regularly on a conductive substrate.
In addition, in this manufacturing method, compared with the conventional method, a microstructure made of a metal oxide and a complex in which a plurality of the microstructures are regularly arranged on a conductive substrate are very inexpensive and easy. Can be made. For example, the manufacturing method of the present invention does not require a process such as electron beam lithography that is required in Non-Patent Document 5 for manufacturing a mask for electrolytic deposition treatment for forming a fine structure. Further, the phase separation structure film used as a mask for electrolytic deposition treatment in the present invention requires a step of immersing the electrolytic solution into the pores by immersing it in the electrolytic solution as in Non-Patent Document 4 for 2 hours or more. Moreover, the process of selectively removing the polymer (PMMA) of the cylinder domain as in Non-Patent Document 5 is not required.
In addition, in the production method of the present invention, metal oxide precipitation accompanied by an oxidation reaction is possible by applying an oxidation potential, and a metal oxide microstructure that cannot be produced by the method described in Patent Document 1 is easy. Can be produced.

上記のようにして得られる複合体は、それぞれ、光デバイス、磁気デバイス、電界放出デバイス、電界電極、センシングデバイス、太陽電池、リチウムイオン電池、燃料電池等の分野での利用が期待できる。特に、大容量化や高速充電、高効率エネルギー変換が必要とされる電池デバイス分野の電極材料として有用である。
また、相分離構造膜を除去した複合体は、規則配列した微細構造体間の間隙部分をマイクロ流路として利用でき、マイクロ流体を利用した各種センシングへの利用が期待できる。
The composites obtained as described above can be expected to be used in fields such as optical devices, magnetic devices, field emission devices, field electrodes, sensing devices, solar cells, lithium ion batteries, and fuel cells. In particular, it is useful as an electrode material in the field of battery devices that require large capacity, high-speed charging, and high-efficiency energy conversion.
In addition, the composite from which the phase separation structure film is removed can use the gaps between the regularly arranged microstructures as microchannels, and can be expected to be used for various sensing using microfluids.

以下、実施例及び比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載によっては限定されない。
<合成例1:SAM形成用分子の合成>
下記化学式(2−1)で表される化合物(2−1)を以下の手順で合成した。化合物(2−1)は、前記一般式(2)中のZ’がアゾベンゼンを含む液晶性メソゲン鎖であり、Eがトリエトキシシリル基であり、Dがウレタン結合である化合物である。
下記化学式(2−1a)で表されるアゾ化合物(2−1a)を出発物質とし、そのイソプロパノール(IPA)溶液に水酸化ナトリウムを添加し、60℃で12時間加水分解を行い、アゾ化合物(2−1a)の末端をヒドロキシル化することにより下記化学式(2−1b)で表される化合物(2−1b)を得た。その後、3−トリエトキシシリルプロピルイソシアネートを40当量添加し、脱水テトラヒドロフラン中で一晩撹拌することでウレタン結合を形成させ、化合物(2−1)を合成した。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited by the following description.
<Synthesis Example 1: Synthesis of SAM-forming molecule>
A compound (2-1) represented by the following chemical formula (2-1) was synthesized by the following procedure. The compound (2-1) is a compound in which Z ′ in the general formula (2) is a liquid crystalline mesogenic chain containing azobenzene, E is a triethoxysilyl group, and D is a urethane bond.
The azo compound (2-1a) represented by the following chemical formula (2-1a) is used as a starting material, sodium hydroxide is added to the isopropanol (IPA) solution, hydrolyzed at 60 ° C. for 12 hours, and the azo compound ( The compound (2-1b) represented by the following chemical formula (2-1b) was obtained by hydroxylating the terminal of 2-1a). Thereafter, 40 equivalents of 3-triethoxysilylpropyl isocyanate was added, and a urethane bond was formed by stirring overnight in dehydrated tetrahydrofuran to synthesize Compound (2-1).

<合成例2:両親媒性ブロック共重合体の合成>
下記化学式(1−1)、(1−2)でそれぞれ表されるブロック共重合体(1−1)、(1−2)を、それぞれ、銅錯体を触媒とする原子移動ラジカル重合法を用いて合成した。ブロック共重合体(1−1)は、親水性部位(前記一般式(1)中のA)として−CO−O−(CHCHO)114CHを有し、疎水性部位の側鎖末端にアゾベンゼンを含む液晶性メソゲン鎖を有するものである。ブロック共重合体(1−1)のMnは32100、Mw/Mnは1.08、ポリメタクリレート(MA)含量は86質量%、融点は120℃であった。また、ブロック共重合体(1−1)中の親水性部位の体積分率は13%であった。
ブロック共重合体(1−2)は、親水性部位として−CO−O−(CHCHO)272CHを有し、疎水性部位の側鎖末端にアゾベンゼンを含む液晶性メソゲン鎖を有するものである。ブロック共重合体(1−1)のMnは18634、Mw/Mnは1.104、ポリメタクリレート(MA)含量は34質量%、融点は120℃であった。また、ブロック共重合体(1−2)中の親水性部位の体積分率は63%であった。
<Synthesis Example 2: Synthesis of amphiphilic block copolymer>
The block copolymers (1-1) and (1-2) respectively represented by the following chemical formulas (1-1) and (1-2) are respectively used by an atom transfer radical polymerization method using a copper complex as a catalyst. And synthesized. The block copolymer (1-1) has —CO—O— (CH 2 CH 2 O) 114 CH 3 as a hydrophilic site (A in the general formula (1)), and is on the hydrophobic site side. It has a liquid crystalline mesogenic chain containing azobenzene at the chain end. The block copolymer (1-1) had an Mn of 32100, an Mw / Mn of 1.08, a polymethacrylate (MA) content of 86% by mass, and a melting point of 120 ° C. Moreover, the volume fraction of the hydrophilic site | part in a block copolymer (1-1) was 13%.
The block copolymer (1-2) has —CO—O— (CH 2 CH 2 O) 272 CH 3 as a hydrophilic moiety, and a liquid crystalline mesogenic chain containing azobenzene at the side chain end of the hydrophobic moiety. It is what you have. The block copolymer (1-1) had an Mn of 18634, an Mw / Mn of 1.104, a polymethacrylate (MA) content of 34% by mass, and a melting point of 120 ° C. Moreover, the volume fraction of the hydrophilic site | part in a block copolymer (1-2) was 63%.

<実施例1>
まず、図4に示す複合体30と同様の構成の複合体を以下の手順で作製した。
ITOガラス基板をエタノールで5分間超音波洗浄し、自然乾燥後にVUV照射装置で30分間、ITO表面を親水化処理した。その後、該ITOガラス基板を、上記合成例1で合成した化合物(2−1)が1mMの濃度で溶解したクロロホルム溶液に12時間浸漬した。その後、該ITOガラス基板のITO表面をクロロホルム溶媒でリンスすることにより、ITOガラス基板のITO表面にSAMを形成した。
次に、上記合成例2で得られたブロック共重合体(1−1)0.0101gをトルエンに溶解させて4質量%の溶液を得た。この溶液を、上記でSAMを形成したITOガラス基板にスピンコートすることで膜厚約200nmの両親媒性ブロック共重合体膜を形成した。このITOガラス基板を140℃で1時間、熱処理した。
熱処理後の両親媒性ブロック共重合体膜表面のAFM(原子間力顕微鏡)像を図5に示す。図5中、AFM画像の一辺が1μmである。また、該AFM画像の右上の角の部分に、該AFM画像のフーリエ変換画像を示す。該フーリエ変換画像においては、ミクロ相分離構造のヘキサゴナルな規則配列に起因するシグナルが得られており、両親媒性ブロック共重合体膜中に、親水相としてシリンダー状のミクロ相分離構造が規則配列していることが示された。
<Example 1>
First, a composite having the same configuration as that of the composite 30 shown in FIG. 4 was produced by the following procedure.
The ITO glass substrate was ultrasonically cleaned with ethanol for 5 minutes, and after natural drying, the ITO surface was hydrophilized with a VUV irradiation apparatus for 30 minutes. Thereafter, the ITO glass substrate was immersed in a chloroform solution in which the compound (2-1) synthesized in Synthesis Example 1 was dissolved at a concentration of 1 mM for 12 hours. Thereafter, the ITO surface of the ITO glass substrate was rinsed with a chloroform solvent to form a SAM on the ITO surface of the ITO glass substrate.
Next, 0.0101 g of the block copolymer (1-1) obtained in Synthesis Example 2 was dissolved in toluene to obtain a 4% by mass solution. This solution was spin-coated on the ITO glass substrate on which SAM was formed as described above to form an amphiphilic block copolymer film having a thickness of about 200 nm. This ITO glass substrate was heat-treated at 140 ° C. for 1 hour.
FIG. 5 shows an AFM (atomic force microscope) image of the surface of the amphiphilic block copolymer film after the heat treatment. In FIG. 5, one side of the AFM image is 1 μm. A Fourier transform image of the AFM image is shown in the upper right corner of the AFM image. In the Fourier transform image, a signal resulting from the hexagonal regular arrangement of the microphase separation structure is obtained, and a cylindrical microphase separation structure is arranged as a hydrophilic phase in the amphiphilic block copolymer film. It was shown that

上記で得られたITOガラス基板を作用電極とし、対極にPt電極、基準電極にAg/AgClを使用して電解析出処理を行った。電解液としては、エタノールに塩化マンガン(II)四水和物(MnCl・4HO、酸化還元電位:0.85V)を0.05M溶解させた溶液を使用した。電解析出処理における酸化電圧の印加は、Ag/AgClを基準としてパルス電圧1.0Vで5秒間、そして0.0Vで20秒間電圧を印加するプロセスを1サイクルとして20サイクル繰り返す条件にて行った。
電解析出処理後のITOガラス基板の断面をFE−SEM(Field Emission−Scaning Electron Microscopy)で観察した像を図6に示す。図6に示すように、ITOガラス基板上には、有機膜を介して両親媒性ブロック共重合体膜が積層され、該両親媒性ブロック共重合体膜中には、ミクロ相分離構造の配列を反映して、シリンダー状の微細構造体が規則配列していた。
The ITO glass substrate obtained above was used as a working electrode, electrolytic deposition treatment was performed using a Pt electrode as a counter electrode and Ag / AgCl as a reference electrode. As an electrolytic solution, a solution in which 0.05 M of manganese (II) chloride tetrahydrate (MnCl 2 .4H 2 O, oxidation-reduction potential: 0.85 V) was dissolved in ethanol was used. The application of the oxidation voltage in the electrolytic deposition treatment was performed under the condition that the process of applying the voltage for 5 seconds at a pulse voltage of 1.0 V and 20 seconds at 0.0 V was repeated for 20 cycles with Ag / AgCl as a reference. .
FIG. 6 shows an image obtained by observing the cross section of the ITO glass substrate after the electrolytic deposition treatment with FE-SEM (Field Emission-Scanning Electron Microscopy). As shown in FIG. 6, an amphiphilic block copolymer film is laminated on an ITO glass substrate via an organic film, and in the amphiphilic block copolymer film, an array of microphase separation structures is arranged. Reflecting this, the cylindrical microstructures were regularly arranged.

次に、上記で得た複合体から、以下の手順で、図4に示す複合体40と同様の構成の複合体を作製した。
電解析出処理後のITOガラス基板表面に、酸素プラズマを照射することで両親媒性ブロック共重合体膜を除去した。照射条件は、チャンバー内圧力10Pa、RFバイアス250W、酸素流量12sccmとした。
そうして得られたITOガラス基板表面をFE−SEMにて斜め上方から観察した像を図7に示す。この結果から、ITOガラス基板上に、両親媒性ブロック共重合体膜中のミクロ相分離構造の配列を反映して、規則配列した酸化マンガン(IV)(MnO)アレイが形成されたことが確認できた。
以上の結果から、本発明の微細構造体の製造方法により、規則配列した微細構造体が形成できることが示された。
Next, from the composite obtained above, a composite having the same configuration as that of the composite 40 shown in FIG.
The amphiphilic block copolymer film was removed by irradiating the surface of the ITO glass substrate after the electrolytic deposition treatment with oxygen plasma. The irradiation conditions were a chamber internal pressure of 10 Pa, an RF bias of 250 W, and an oxygen flow rate of 12 sccm.
FIG. 7 shows an image obtained by observing the surface of the ITO glass substrate thus obtained obliquely from above with an FE-SEM. From this result, an ordered manganese (IV) (MnO 2 ) array was formed on the ITO glass substrate, reflecting the arrangement of the microphase separation structure in the amphiphilic block copolymer film. It could be confirmed.
From the above results, it was shown that a regularly arranged microstructure can be formed by the method for producing a microstructure of the present invention.

<製造例1>
実施例1において、ブロック共重合体(1−1)の代わりにブロック共重合体(1−2)を使用し、両親媒性ブロック共重合体膜の膜厚を約1000nmとした以外は実施例1と同様にして、SAMの形成、両親媒性ブロック共重合体膜の形成および熱処理を行った。
熱処理後の両親媒性ブロック共重合体膜断面のFE−SEM像を図8に示す。該FE−SEM像から、ラメラ状の親水相と疎水相が交互に規則配列した相分離構造が形成されたことが確認できた。
このようにして得られたITOガラス基板に電解析出処理を行うことで、親水相部分に金属酸化物が析出し、規則配列したラメラ状の微細構造体を形成できる。
<Production Example 1>
In Example 1, except that the block copolymer (1-2) was used instead of the block copolymer (1-1), and the thickness of the amphiphilic block copolymer film was about 1000 nm, the example In the same manner as in Example 1, SAM formation, amphiphilic block copolymer film formation, and heat treatment were performed.
The FE-SEM image of the cross section of the amphiphilic block copolymer film after the heat treatment is shown in FIG. From the FE-SEM image, it was confirmed that a phase separation structure in which lamellar hydrophilic phases and hydrophobic phases were regularly arranged alternately was formed.
By performing electrolytic deposition treatment on the ITO glass substrate thus obtained, a metal oxide is deposited on the hydrophilic phase portion, and a regularly arranged lamellar microstructure can be formed.

10…複合体、11…両親媒性ブロック共重合体膜、12…有機膜、13…導電性基板、14…相分離構造膜、15…親水相、15’…疎水相、16…微細構造体、20…複合体、30…複合体、40…複合体   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Composite, 11 ... Amphiphilic block copolymer film, 12 ... Organic film, 13 ... Conductive substrate, 14 ... Phase separation structure film, 15 ... Hydrophilic phase, 15 '... Hydrophobic phase, 16 ... Fine structure 20 ... complex, 30 ... complex, 40 ... complex

Claims (13)

電性基板上に、側鎖に液晶性分子構造を有する両親媒性ブロック共重合体を溶媒に溶解した溶液を塗布して両親媒性ブロック共重合体膜を形成した後、熱処理することにより、該両親媒性ブロック共重合体膜内を、親水相と疎水相とに相分離させる相分離工程と、
前記両親媒性ブロック共重合体膜に、Al、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、NiおよびVからなる群から選ばれる金属塩を溶媒に溶解した電解液を接触させ、前記導電性基板に酸化電圧を印加して電解処理を行うことにより、前記両親媒性ブロック共重合体膜の親水相の位置にMnO 、Mn 、Al 、TiO 、Cr 、Fe 、Co 、Ni およびV からなる群から選ばれる金属酸化物を析出させ、該金属酸化物からなる微細構造体を形成する電解析出処理工程と、
を有することを特徴とする微細構造体の製造方法。
By applying a solution obtained by dissolving an amphiphilic block copolymer having a liquid crystal molecular structure in the side chain in a solvent on a conductive substrate to form an amphiphilic block copolymer film, followed by heat treatment A phase separation step of separating the inside of the amphiphilic block copolymer membrane into a hydrophilic phase and a hydrophobic phase;
The amphiphilic block copolymer film, contacted Al, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, an electrolyte of metal salts dissolved in a solvent selected from the group consisting of Ni and V, the conductive substrate By applying an oxidization voltage to the electrophilic treatment, MnO 2 , Mn 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 , Cr 2 O 3 , at the position of the hydrophilic phase of the amphiphilic block copolymer film , An electrolytic deposition treatment step of depositing a metal oxide selected from the group consisting of Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 , Ni 2 O 3 and V 2 O 5 to form a microstructure formed of the metal oxide; ,
A method for producing a fine structure characterized by comprising:
導電性基板上に有機膜を形成する有機膜形成工程と、An organic film forming step of forming an organic film on the conductive substrate;
前記有機膜上に、側鎖に液晶性分子構造を有する両親媒性ブロック共重合体を溶媒に溶解した溶液を塗布して両親媒性ブロック共重合体膜を形成した後、熱処理することにより、該両親媒性ブロック共重合体膜内を、親水相と疎水相とに相分離させる相分離工程と、On the organic film, a solution obtained by dissolving an amphiphilic block copolymer having a liquid crystalline molecular structure in the side chain in a solvent is applied to form an amphiphilic block copolymer film, followed by heat treatment, A phase separation step of separating the inside of the amphiphilic block copolymer membrane into a hydrophilic phase and a hydrophobic phase;
前記両親媒性ブロック共重合体膜に、Al、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、NiおよびVからなる群から選ばれる金属の塩を溶媒に溶解した電解液を接触させ、前記導電性基板に酸化電圧を印加して電解処理を行うことにより、前記両親媒性ブロック共重合体膜の親水相の位置にMnOContacting the amphiphilic block copolymer film with an electrolytic solution in which a metal salt selected from the group consisting of Al, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni and V is dissolved in a solvent, the conductive substrate By applying an oxidization voltage to the surface of the amphiphilic block copolymer film, MnO 2 、Mn, Mn 2 O 3 、Al, Al 2 O 3 、TiOTiO 2 、Cr, Cr 2 O 3 、Fe, Fe 2 O 3 、Co, Co 3 O 4 、Ni, Ni 2 O 3 およびVAnd V 2 O 5 からなる群から選ばれる金属酸化物を析出させ、該金属酸化物からなる微細構造体を形成する電解析出処理工程と、An electrolytic deposition treatment step of depositing a metal oxide selected from the group consisting of, and forming a microstructure comprising the metal oxide;
を有することを特徴とする微細構造体の製造方法。A method for producing a fine structure characterized by comprising:
前記有機膜が、自己組織化単分子膜、ラングミュア−ブロジェット膜、アクリル系重合体薄膜、両親媒性ランダム共重合体薄膜または両親媒性ブロック共重合体薄膜である、請求項に記載の微細構造体の製造方法。 The organic layer is self-assembled monolayer, Langmuir - Blodgett film, acrylic polymer film, an amphiphilic random copolymer film or amphipathic block copolymers films, according to claim 2 A manufacturing method of a fine structure. 記有機膜が、下記一般式(2)で表される化合物を用いて形成される自己組織化単分子膜である、請求項2または3に記載の微細構造体の製造方法。
[式中、Z’は液晶性メソゲン鎖を表し、Eは、ケイ素原子に結合する置換基としてアルコキシ基または塩素原子を有するシリル基、チオール基、ジスルフィド基又はホスホン酸基を表し、Dはエステル結合、ウレタン結合、ウレア結合、エーテル結合又はアルキレン基を表し、p’は4〜30の整数を表し、rは1〜30の整数を表す。]
Before SL organic film is a self-assembled monolayer film formed by using a compound represented by the following general formula (2), method for manufacturing a microstructure according to claim 2 or 3.
[Wherein, Z ′ represents a liquid crystalline mesogenic chain, E represents a silyl group, thiol group, disulfide group or phosphonic acid group having an alkoxy group or a chlorine atom as a substituent bonded to a silicon atom, and D represents an ester. A bond, a urethane bond, a urea bond, an ether bond or an alkylene group is represented, p ′ represents an integer of 4 to 30, and r represents an integer of 1 to 30. ]
前記電解処理が、定電位法、定電流法またはパルス法により行われる請求項1〜4のいずれか一項に記載の微細構造体の製造方法。 The method for manufacturing a microstructure according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrolytic treatment is performed by a constant potential method, a constant current method, or a pulse method. 前記電解処理が、パルス法により行われ、The electrolytic treatment is performed by a pulse method,
前記酸化電圧を印加する時間が0.1秒以上10秒以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の微細構造体の製造方法。The manufacturing method of the microstructure according to any one of claims 1 to 5, wherein a time for applying the oxidation voltage is 0.1 second or more and 10 seconds or less.
前記両親媒性ブロック共重合体が、下記一般式(1)で表される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の微細構造体の製造方法。
[式中、Aは親水性高分子鎖を表し、Zは液晶性メソゲン鎖を表し、Bはハロゲン原子を表し、Rは水素原子またはアルキル基を表し、pは4〜30の整数を表し、qは5〜500の整数を表し、Rは水素原子又はアルキル基を表し、Rはメチル基を表す。]
The manufacturing method of the microstructure according to any one of claims 1 to 6, wherein the amphiphilic block copolymer is represented by the following general formula (1).
[In the formula, A represents a hydrophilic polymer chain, Z represents a liquid crystalline mesogenic chain, B represents a halogen atom, R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group, and p represents an integer of 4 to 30. , Q represents an integer of 5 to 500, R 2 represents a hydrogen atom or an alkyl group, and R 3 represents a methyl group. ]
前記一般式(1)中のZが、下記一般式(z1)で表される、請求項に記載の微細構造体の製造方法。
−X−(R−Y)−R …(z1)
[式中、XおよびYはそれぞれ独立に、置換基を有していてもよい2価の炭化水素環式基又は複素環式基を表し、Rは単結合、−CHCH−、−CHO−、−OCH−、−C(=O)O−、−OC(=O)−、−C≡C−、−CH=CH−、−CF=CF−、−(CH−、−CHCHCHO−、−OCHCHCH−、−CH=CH−CHCH−、−CHCH−CH=CH−、−N=N−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−CH=CH−CO−または−CO−CH=CH−を表し、Rは水素原子、ハロゲン、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基、メルカプト基、ニトロ基またはアミノ基を表し、mは1〜4の整数を表す。]
The manufacturing method of the microstructure according to claim 7 , wherein Z in the general formula (1) is represented by the following general formula (z1).
-X- (R 4 -Y) m -R 5 ... (z1)
[Wherein, X and Y each independently represent a divalent hydrocarbon cyclic group or a heterocyclic group which may have a substituent, and R 4 represents a single bond, —CH 2 CH 2 —, —CH 2 O—, —OCH 2 —, —C (═O) O—, —OC (═O) —, —C≡C—, —CH═CH—, —CF═CF—, — (CH 2 ) 4 -, - CH 2 CH 2 CH 2 O -, - OCH 2 CH 2 CH 2 -, - CH = CH-CH 2 CH 2 -, - CH 2 CH 2 -CH = CH -, - N = N- , —CH═CH—COO—, —OCO—CH═CH—, —CH═CH—CO— or —CO—CH═CH—, wherein R 5 represents a hydrogen atom, a halogen, an alkyl group, an alkoxy group, cyano Represents a group, a mercapto group, a nitro group or an amino group, and m represents an integer of 1 to 4. ]
前記導電性基板が、表面にスズ酸化物もしくはインジウム−スズ酸化物を成膜したガラス基板、金基板、シリコン基板、または表面にインジウム−スズ酸化物もしくは金を成膜したフレキシブル基板である、請求項1〜のいずれか一項に記載の微細構造体の製造方法。 The conductive substrate is a glass substrate, a gold substrate, a silicon substrate having a film of tin oxide or indium-tin oxide formed on a surface thereof, or a flexible substrate having a film of indium-tin oxide or gold formed on a surface thereof. Item 9. The method for producing a microstructure according to any one of Items 1 to 8 . 前記電解析出処理工程の後、さらに、前記両親媒性ブロック共重合体膜のみを除去する膜除去工程を有する、請求項1〜のいずれか一項に記載の微細構造体の製造方法。 The method for producing a microstructure according to any one of claims 1 to 9 , further comprising a film removal step of removing only the amphiphilic block copolymer film after the electrolytic deposition treatment step. 前記膜除去工程を、前記両親媒性ブロック共重合体膜を溶媒で溶解させる方法、前記両親媒性ブロック共重合体膜に真空紫外光を照射し分解する方法、前記両親媒性ブロック共重合体膜に電子線を照射し分解する方法、前記両親媒性ブロック共重合体膜に反応性イオンを照射しエッチングする方法、または前記両親媒性ブロック共重合体膜に450℃以上の高温処理を行うことにより熱分解する方法により行う、請求項10に記載の微細構造体の製造方法。 The film removal step includes a method of dissolving the amphiphilic block copolymer film with a solvent, a method of decomposing the amphiphilic block copolymer film by irradiation with vacuum ultraviolet light, and the amphiphilic block copolymer. A method in which the film is irradiated with an electron beam for decomposition, a method in which the amphiphilic block copolymer film is irradiated with reactive ions and etching, or a process at a high temperature of 450 ° C. or higher is performed on the amphiphilic block copolymer film. The method for producing a microstructure according to claim 10 , wherein the method is performed by thermal decomposition. 請求項1〜のいずれか一項に記載の微細構造体の製造方法により導電性基板上にて微細構造体を製造して、前記導電性基板上に前記微細構造体が形成され、前記微細構造体が、前記両親媒性ブロック共重合体膜中に配置されている複合体を得る複合体の製造方法A fine structure is manufactured on a conductive substrate by the method for manufacturing a fine structure according to any one of claims 1 to 9 , and the fine structure is formed on the conductive substrate. The manufacturing method of the composite_body | complex which obtains the composite_body | complex in which the structure is arrange | positioned in the said amphiphilic block copolymer membrane. 請求項10または11に記載の微細構造体の製造方法により導電性基板上にて微細構造体を製造して、前記導電性基板上に前記微細構造体が形成された複合体を得る複合体の製造方法A composite body obtained by manufacturing a microstructure body on a conductive substrate by the method for manufacturing a microstructure body according to claim 10 or 11 to obtain a composite body in which the microstructure body is formed on the conductive substrate . Manufacturing method .
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