JPH05254884A - Fine particle-dispersed glass for nonlinear optical material and its production - Google Patents

Fine particle-dispersed glass for nonlinear optical material and its production

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JPH05254884A
JPH05254884A JP4089684A JP8968492A JPH05254884A JP H05254884 A JPH05254884 A JP H05254884A JP 4089684 A JP4089684 A JP 4089684A JP 8968492 A JP8968492 A JP 8968492A JP H05254884 A JPH05254884 A JP H05254884A
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Abstract

PURPOSE:To obtain the subject dispersion glass having excellent composition and precision of particle diameter by adding a given metal to a sol solution having a composition corresponding to glass matrix, wetting the solution, drying and vitrifying. CONSTITUTION:A metal constituting a metal oxide (e.g. In2O3, SnO2, Sb2O3 or ZnO) having 1-20nm average particle diameter and 2-5ev band gap is prepared. The metal is added to a sol solution having a composition corresponding to a glass matrix. Then the sol solution is made into a wet gel, further a dry gel and then vitrified. Or the metal is added to the wet gel or the dry gel instead of blending the sol solution with the metal and vitrified.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

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

【0002】[0002]

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

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

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

【0005】例えば、特開平3−187952号公報に
は、ゾル−ゲル法によるガラスマトリクスにCdS、C
dSe等カルコゲン元素(S、Se、Te)を成分とす
るII−VI化合物半導体や、CuCl等の化合物半導体の
微結晶を析出させたガラス材料が記載されている。しか
し、これら化合物半導体の微結晶を析出させるには、ガ
ラスマトリックスの組成に応じたゾル溶液中に化合物半
導体の成分である金属元素を溶解してゲル化し、この後
カルコゲン元素の含むガス、例えばH2 S、H2 Se
や、塩素含有ガス、例えばHClと接触させたり、カル
コゲン系やClと反応をさせる。このため、製造に際し
て毒性の強いガスを用いるため、製造管理に労力および
複雑な設備を要するとともに、反応の制御も難しく、安
定に多量の化合物半導体を含有させたり、その微結晶の
粒度をシャープかつ安定に保つことが難しい。
For example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-187952, CdS and C are added to a glass matrix formed by a sol-gel method.
It describes a II-VI compound semiconductor containing a chalcogen element (S, Se, Te) such as dSe, or a glass material obtained by depositing fine crystals of a compound semiconductor such as CuCl. However, in order to precipitate fine crystals of these compound semiconductors, a metal element that is a component of the compound semiconductor is dissolved and gelated in a sol solution according to the composition of the glass matrix, and then a gas containing a chalcogen element, for example, H 2 2 S, H 2 Se
Alternatively, it is brought into contact with a chlorine-containing gas such as HCl or reacted with a chalcogen-based gas or Cl. Therefore, since a highly toxic gas is used in manufacturing, labor and complicated equipment are required for manufacturing control, the reaction is difficult to control, a large amount of compound semiconductor is stably contained, and the grain size of the microcrystals is sharp and sharp. It is difficult to keep stable.

【0006】[0006]

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

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
(1)〜(5)の本発明により達成される。
These objects are achieved by the present invention described in (1) to (5) below.

【0008】(1)ガラスマトリックス中に、2〜5eV
のバンドギャップをもつ金属酸化物の平均粒径1〜20
nmの微粒子を含む非線形光学材料用微粒子分散ガラス。
(1) 2-5 eV in glass matrix
Average particle size of metal oxide having band gap of 1 to 20
Fine particle-dispersed glass for nonlinear optical materials containing fine particles of nm.

【0009】(2)前記微粒子が0.1〜15モル%含
有される上記(1)の非線形光学材料用微粒子分散ガラ
ス。
(2) The fine particle-dispersed glass for nonlinear optical material according to the above (1), wherein the fine particles are contained in an amount of 0.1 to 15 mol%.

【0010】(3)前記ガラスマトリックスに応じた組
成のゾル溶液に、前記金属酸化物を構成する金属を含有
させ、これをウェットゲルとし、さらにドライゲルと
し、次いでガラス化して上記(1)または(2)の非線
形光学材料用微粒子分散ガラスを得る非線形光学材料用
微粒子分散ガラスの製造方法。
(3) A sol solution having a composition corresponding to the glass matrix is made to contain a metal constituting the metal oxide, which is used as a wet gel and further as a dry gel, and then vitrified to obtain the above (1) or (). 2) A method for producing fine particle-dispersed glass for nonlinear optical materials, which obtains fine particle-dispersed glass for nonlinear optical materials.

【0011】(4)前記ガラスマトリックスに応じた組
成のゾル溶液をゲル化してウェットゲルとし、このウェ
ットゲル中に前記金属酸化物を構成する金属を含有さ
せ、これをドライゲルとしたのちガラス化して上記
(1)または(2)のいずれかの非線形光学材料用微粒
子分散ガラスを得る非線形光学材料用微粒子分散ガラス
の製造方法。
(4) A sol solution having a composition corresponding to the glass matrix is gelled to obtain a wet gel, the metal constituting the metal oxide is contained in the wet gel, and this is made into a dry gel and then vitrified. A method for producing a fine particle dispersed glass for a nonlinear optical material, which obtains the fine particle dispersed glass for a nonlinear optical material according to any one of (1) and (2) above.

【0012】(5)前記ガラスマトリックスに応じた組
成のゾル溶液からドライゲルを得、このドライゲル中に
前記金属酸化物を構成する金属を含有させ、これをガラ
ス化して上記(1)または(2)のいずれかの非線形光
学材料用微粒子分散ガラスを得る非線形光学材料用微粒
子分散ガラスの製造方法。
(5) A dry gel is obtained from a sol solution having a composition corresponding to the glass matrix, and the metal constituting the metal oxide is contained in the dry gel and vitrified to obtain the above (1) or (2). 1. A method for producing fine particle-dispersed glass for nonlinear optical materials, comprising obtaining the fine particle-dispersed glass for nonlinear optical materials according to

【0013】[0013]

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

【0014】[0014]

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

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

【0016】このような金属酸化物としては、In、S
n、Sb、Zn、Ti、Baの酸化物、例えばIn2
3 、SnO2 、Sb25 、ZnO、TiO2 等、ある
いはこれらの複合酸化物(In231-x (SnO
2x (0<x≦0.1)、(SnO21-x (Sb2
5X (0<x≦0.1)、BaTiO3 等を挙げる
ことができる。これらのうちでは、特に酸化イリジウム
In23 あるいはインジウム−スズ複合酸化物In2
3 −SnO2 とりわけ(In231-x (SnO
2x (0<x≦0.1)は製造が容易であり好まし
い。
Examples of such metal oxides include In and S
An oxide of n, Sb, Zn, Ti, Ba, such as In 2 O
3 , SnO 2 , Sb 2 O 5 , ZnO, TiO 2, etc., or their composite oxide (In 2 O 3 ) 1-x (SnO
2 ) x (0 <x ≦ 0.1), (SnO 2 ) 1-x (Sb 2
O 5 ) X (0 <x ≦ 0.1), BaTiO 3 and the like can be mentioned. Among these, iridium oxide In 2 O 3 or indium-tin composite oxide In 2 is particularly preferable.
O 3 -SnO 2 especially (In 2 O 3) 1- x (SnO
2 ) x (0 <x ≦ 0.1) is preferable because it is easy to manufacture.

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

【0018】本発明の微粒子分散ガラスのガラスマトリ
ックスについては、特に制限はないが、SiO2 を主成
分とし、副成分として少なくともZrO2 、TiO2
Al23 、GeO2 、Na2 O、K2 O、Li2 O、
MgO、ZnO、CaO、PbO、BaO、B23
25 、SrOおよびLa23 からなる群から選択
される少なくとも1種の酸化物を含むものであることが
好ましい。この場合、各成分の割合は、任意である。こ
のような場合、後述のゾル−ゲル法によって本発明のガ
ラスを作製するときには、これらのうち、SiO2 を8
5〜100モル%、特に90〜100モル%含有するも
のであることが好ましい。
The glass matrix of the fine particle-dispersed glass of the present invention is not particularly limited, but SiO 2 as a main component and at least ZrO 2 , TiO 2 as a minor component,
Al 2 O 3 , GeO 2 , Na 2 O, K 2 O, Li 2 O,
MgO, ZnO, CaO, PbO, BaO, B 2 O 3 ,
It preferably contains at least one oxide selected from the group consisting of P 2 O 5 , SrO and La 2 O 3 . In this case, the ratio of each component is arbitrary. In such a case, when the glass of the present invention is produced by the sol-gel method described below, among these, SiO 2
It is preferable that the content is 5 to 100 mol%, particularly 90 to 100 mol%.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

【0034】[0034]

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

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

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

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

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

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

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

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

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

【0043】[0043]

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

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

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

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

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

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガラスマトリックス中に、2〜5eVのバ
ンドギャップをもつ金属酸化物の平均粒径1〜20nmの
微粒子を含む非線形光学材料用微粒子分散ガラス。
1. A fine particle-dispersed glass for a nonlinear optical material, which comprises fine particles having an average particle diameter of 1 to 20 nm of a metal oxide having a band gap of 2 to 5 eV in a glass matrix.
【請求項2】 前記微粒子が0.1〜15モル%含有さ
れる請求項1の非線形光学材料用微粒子分散ガラス。
2. The fine particle-dispersed glass for nonlinear optical material according to claim 1, wherein the fine particles are contained in an amount of 0.1 to 15 mol%.
【請求項3】 前記ガラスマトリックスに応じた組成の
ゾル溶液に、前記金属酸化物を構成する金属を含有さ
せ、これをウェットゲルとし、さらにドライゲルとし、
次いでガラス化して請求項1または2の非線形光学材料
用微粒子分散ガラスを得る非線形光学材料用微粒子分散
ガラスの製造方法。
3. A sol solution having a composition corresponding to the glass matrix is made to contain a metal constituting the metal oxide, which is used as a wet gel and further as a dry gel,
Next, a method for producing a fine particle-dispersed glass for a nonlinear optical material, which is vitrified to obtain the fine particle-dispersed glass for a nonlinear optical material according to claim 1.
【請求項4】 前記ガラスマトリックスに応じた組成の
ゾル溶液をゲル化してウェットゲルとし、このウェット
ゲル中に前記金属酸化物を構成する金属を含有させ、こ
れをドライゲルとしたのちガラス化して請求項1または
2のいずれかの非線形光学材料用微粒子分散ガラスを得
る非線形光学材料用微粒子分散ガラスの製造方法。
4. A sol solution having a composition corresponding to the glass matrix is gelled to obtain a wet gel, the metal constituting the metal oxide is contained in the wet gel, and this is made into a dry gel and then vitrified. Item 1. A method for producing a fine particle-dispersed glass for a nonlinear optical material, which is capable of obtaining the fine particle-dispersed glass for a nonlinear optical material according to item 1 or 2.
【請求項5】 前記ガラスマトリックスに応じた組成の
ゾル溶液からドライゲルを得、このドライゲル中に前記
金属酸化物を構成する金属を含有させ、これをガラス化
して請求項1または2のいずれかの非線形光学材料用微
粒子分散ガラスを得る非線形光学材料用微粒子分散ガラ
スの製造方法。
5. A dry gel is obtained from a sol solution having a composition corresponding to the glass matrix, and the dry gel is made to contain a metal constituting the metal oxide and vitrified to obtain a dry gel. A method for producing a fine particle-dispersed glass for a nonlinear optical material for obtaining a fine particle-dispersed glass for a nonlinear optical material.
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