JPH0762105A - Fullerene-organosilane copolymer - Google Patents

Fullerene-organosilane copolymer

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JPH0762105A
JPH0762105A JP21200893A JP21200893A JPH0762105A JP H0762105 A JPH0762105 A JP H0762105A JP 21200893 A JP21200893 A JP 21200893A JP 21200893 A JP21200893 A JP 21200893A JP H0762105 A JPH0762105 A JP H0762105A
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JP
Japan
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fullerene
organosilane
copolymer
compound
film
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Application number
JP21200893A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiro Hiraoka
俊郎 平岡
Yoshihiko Nakano
義彦 中野
Shinji Murai
伸次 村井
Shuji Hayase
修二 早瀬
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To allow patterning with fullerene's optical functions by producing the title compound, soluble in THF, processable into films, and having the structure of a copolymer of a fullerene and a specific organosilane compound, the optical functions being exhibited by photosensitivity of the film. CONSTITUTION:A fullerene, such as C60 or C70, and an alkali metal are treated with ultrasonic waves after being dispersed in tetrahydrofuran to be mixed with each other, or treated by constant-potential electrolysis with an electrolyte and platinum electrodes, the electrolyte consisting of methylene chloride as the supporting salt, (C4H9)4NPF6 as the solvent and fullerene, to produce a fullerene anion. A divalent fullerene is preferable. The most preferable fullerene to alkali ratio is 1/2 mol/mol for the former method, and the most preferable potential for the latter method is intermediate between the divalent and trivalent redox potentials. This solution is polymerized with a dihaloorganosilane compound added dropwise, which compound has hydrocarbon groups directly bonded to Si and an Si to hydrocarbon ratio of 1/2, to produce a fullerene-organosilane copolymer represented by the formula wherein R1 represents a fullerene group; R2 and R3 represent each a hydrocarbon group; and n is preferably 1 to 20.

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、フラーレン−オルガノ
シラン共重合体に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a fullerene-organosilane copolymer.

【0002】[0002]

【従来の技術】C60に代表されるフラーレンは、その特
殊な電子系に起因する光学的、電気的性質などを備える
ことから、近年新たな機能性材料として注目されつつあ
り、例えばその光学的、電気的性質などに異なる物性を
有するパターンに形成できれば、光導波路や半導体回路
などへの応用が期待できる。
2. Description of the Related Art Fullerenes represented by C 60 have been attracting attention as new functional materials in recent years because they have optical and electrical properties due to their special electronic system. If it can be formed into a pattern having different physical properties such as electrical properties, it can be expected to be applied to an optical waveguide or a semiconductor circuit.

【0003】しかしながらフラーレン類は、良好な可溶
性を示す溶媒としては主にトルエンなどの非極性溶媒に
限られる。またフラーレン類は、粉体として存在するた
めに、成膜法が蒸着法などに限定され、成膜性などに問
題があった。
However, fullerenes are mainly limited to non-polar solvents such as toluene as a solvent showing good solubility. Further, since fullerenes exist as powders, the film forming method is limited to the vapor deposition method and the like, and there is a problem in film forming property.

【0004】この問題を解決するために、下記化学式
(6)に示すような反復単位を有するフラーレン含有ポ
リマー、すなわち側鎖にフラーレン骨格を持つポリアミ
ドが合成されており(J.Am.Chem.Soc.1992,114,10656-10
657)、このようなポリマーでは成膜性が改善されてい
る。しかし上述したようなフラーレンの機能を十分に発
揮させる光学素子、電気素子などを実現するには、さら
に得られた膜を所望の形状にパターニングすることなど
により、光学的、電気的性質などの面で物性の異なるパ
ターンを形成する必要がある。このような観点によれば
前記ポリアミドを用いて形成された膜においては、物性
の異なるパターンを形成することは困難なため、いまだ
フラーレンの機能を十分に発揮させる光学素子、電気素
子などを実現するには不十分であった。
In order to solve this problem, a fullerene-containing polymer having a repeating unit represented by the following chemical formula (6), that is, a polyamide having a fullerene skeleton in its side chain has been synthesized (J. Am. Chem. Soc). .1992,114,10656-10
657), such a polymer has improved film forming properties. However, in order to realize an optical element, an electric element, or the like that fully exerts the function of the fullerene as described above, it is necessary to pattern the obtained film into a desired shape to obtain optical and electric properties. It is necessary to form patterns with different physical properties. From such a viewpoint, in a film formed using the polyamide, it is difficult to form patterns having different physical properties, and therefore, an optical element, an electric element, or the like that fully exerts the function of fullerene is realized. Was not enough for.

【0005】[0005]

【化1】 [Chemical 1]

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のフラーレン含有ポリマーにおいては、成膜性は良好で
あるものの、成膜後得られた膜について物性の異なるパ
ターンを形成することは困難なため、いまだフラーレン
の機能を十分に発揮させる光学素子、電気素子などを実
現するには不十分なものであった。本発明では、このよ
うな問題を解決し、フラーレン含有ポリマーを用いて得
られる膜を簡易な工程で物性の異なるパターンを形成す
ることができる感光性のフラーレン−オルガノシラン共
重合体を提供することを目的とする。
As described above, in the conventional fullerene-containing polymer, although the film forming property is good, it is difficult to form a pattern having different physical properties on the film obtained after the film formation. Therefore, it is still insufficient to realize an optical element, an electric element, or the like that fully exerts the function of fullerene. The present invention solves such problems and provides a photosensitive fullerene-organosilane copolymer capable of forming a pattern having different physical properties in a film obtained by using a fullerene-containing polymer in a simple process. With the goal.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、ケ
イ素原子と、このケイ素原子に直接結合した置換または
非置換の炭化水素基を有し、これらのケイ素原子/炭化
水素基比が1/2であるオルガノシラン化合物と、フラ
ーレンとの共重合構造を有することを特徴とするフラー
レン−オルガノシラン共重合体である。
The present invention has a silicon atom and a substituted or unsubstituted hydrocarbon group directly bonded to the silicon atom, and the silicon atom / hydrocarbon group ratio is 1 / It is a fullerene-organosilane copolymer having a copolymer structure of the organosilane compound of 2 and fullerene.

【0008】以下、本発明を詳細に説明する。本発明に
おけるフラーレン−オルガノシラン共重合体は、より具
体的には下記一般式(1)で示される反復単位を有する
ポリマーである。
The present invention will be described in detail below. The fullerene-organosilane copolymer in the present invention is more specifically a polymer having a repeating unit represented by the following general formula (1).

【0009】[0009]

【化2】 [Chemical 2]

【0010】このフラーレン−オルガノシラン共重合体
は、例えばフラーレン類のアニオンを生成し、フラーレ
ン類のアニオンとケイ素原子と結合したCl,Br,I
などのハロゲン原子を有するジハロオルガノシラン化合
物とを重合反応させることによって得ることができる。
This fullerene-organosilane copolymer produces, for example, anions of fullerenes, and Cl, Br, I in which the anions of fullerenes and silicon atoms are bonded.
Can be obtained by polymerizing a dihaloorganosilane compound having a halogen atom such as

【0011】前記フラーレン類としてはC60、C70、C
72等フラーレンであれば特に限定されずこれらは1種ま
たは2種以上を混合して用いることができる。前記フラ
ーレン類のアニオンは、超音波処理を用いる方法と定電
位分解を行う方法と2種の方法によって生成することが
可能である。
The above-mentioned fullerenes include C 60 , C 70 and C
There is no particular limitation as long as it is 72 fullerenes, and these may be used alone or in admixture of two or more. The fullerene anions can be produced by two methods, that is, a method using ultrasonic treatment and a method of performing potentiolytic decomposition.

【0012】まず、超音波処理を用いる方法において
は、THF(テトラヒドロフラン)の溶媒中にフラーレ
ン類とアルカリ金属とを分散混合させた後、超音波処理
を反応温度−90〜200℃で0.5時間以上行うこと
によって、さらに好ましくは0〜50℃で2時間以上行
うことによって前記フラーレン類のアニオンが生成され
る。
First, in the method using ultrasonic treatment, fullerene and an alkali metal are dispersed and mixed in a solvent of THF (tetrahydrofuran), and then ultrasonic treatment is carried out at a reaction temperature of −90 to 200 ° C. for 0.5. The anion of the fullerene is generated by performing the treatment for not less than an hour, more preferably at 0 to 50 ° C. for not less than 2 hours.

【0013】また直鎖状のフラーレン−オルガノシラン
共重合体を合成することを考慮すると、二価のフラーレ
ン類のアニオンを生成することが好ましい。このため、
フラーレンとアルカリ金属の配合比はモル比で1:0.
8〜30であることが好ましく、さらに収率を考慮する
と1:1.8〜4、最も好ましくは1:2の割合であ
る。また、反応時間についても、使用するアルカリ金属
の粒径に応じて適宜設定することが好ましい。
Considering synthesizing a linear fullerene-organosilane copolymer, it is preferable to generate anions of divalent fullerenes. For this reason,
The molar ratio of fullerene to alkali metal is 1: 0.
The ratio is preferably 8 to 30, more preferably 1: 1.8 to 4, and most preferably 1: 2 in consideration of the yield. Also, the reaction time is preferably set appropriately according to the particle size of the alkali metal used.

【0014】一方、定電位分解を行う方法においては、
フラーレン類および支持塩を溶媒中に溶かした電解液を
定電位分解する事によって還元側の電極付近でフラーレ
ン類のアニオンが生成される。この時の支持塩として
は、定電位分解を行うときの電解電位において不活性で
あり、フラーレンのアニオンと反応せず、さらに前記電
解液に必要な導電性を与え得るに十分な量が前記溶媒に
溶解し得る化合物が用いられる。
On the other hand, in the method of performing potentiostatic decomposition,
Anions of fullerenes are generated near the electrode on the reduction side by subjecting the electrolytic solution obtained by dissolving the fullerenes and the supporting salt in a solvent to potentiostatic decomposition. As the supporting salt at this time, it is inactive at the electrolysis potential when performing potentiostatic decomposition, does not react with the anions of fullerenes, and an amount sufficient to give the necessary conductivity to the electrolytic solution is the solvent. A compound soluble in water is used.

【0015】また前記溶媒としては、フラーレンおよび
フラーレンのアニオンをある程度溶解するものである必
要がある。定電位電解に用いられる電極については特に
制限されないが、還元側の電極としては、反応した電極
が前記電解液中に不純物として混合するのを防ぐため
に、前記定電位において反応しにくい導電性物質を用い
ることが好ましい。一方酸化側の電極については、電解
反応を活性化させるためにたとえばアルミニウムなどの
反応性電極を用いることが望ましい。また酸化側で生成
される不純物がフラーレン類のアニオンと混合されない
ために、グラスフィルターなどで酸化側と還元側とを区
切ってもよい。前記支持塩、溶媒、還元側の電極として
は、具体的には下記のような組み合わせが好ましい。
The solvent must be one that dissolves fullerenes and fullerene anions to some extent. The electrode used in the constant potential electrolysis is not particularly limited, but as the reduction-side electrode, a conductive substance that is difficult to react at the constant potential is used to prevent the reacted electrode from mixing as an impurity in the electrolytic solution. It is preferable to use. On the other hand, for the electrode on the oxidation side, it is desirable to use a reactive electrode such as aluminum in order to activate the electrolytic reaction. Further, since the impurities generated on the oxidation side are not mixed with the anions of the fullerenes, the oxidation side and the reduction side may be separated by a glass filter or the like. Specifically, the following combinations are preferable as the supporting salt, the solvent, and the reducing-side electrode.

【0016】[0016]

【表1】 [Table 1]

【0017】電解電位については前記電解液に用いられ
る溶媒および支持塩によって異なるが、前述したように
二価のフラーレン類のアニオンが望まれることから、二
価の酸化還元電位よりも低く、三価の酸化還元電位より
も高いことが望ましい。
The electrolytic potential varies depending on the solvent and supporting salt used in the electrolytic solution, but as described above, since the anion of the divalent fullerene is desired, it is lower than the divalent redox potential and is trivalent. It is desirable to be higher than the redox potential of.

【0018】このように本発明においては、これらの方
法によってフラーレンのアニオンが通常溶液中で生成さ
れる。また前記ジハロオルガノシラン化合物としては、
ケイ素原子が上述したようなハロゲン原子以外に、置換
または非置換の炭化水素基と結合しているものであれ
ば、ケイ素原子の数などは特に制限されない。しかしな
がら前記ジハロオルガノシラン化合物が重合度の高いポ
リマーであると、合成されるフラーレン−オルガノシラ
ン共重合体におけるフラーレンの特性が低下する恐れが
あるため、主鎖中のSiの数は好ましくは1個以上30
個以下、さらに好ましくは1個以上20個以下である。
As described above, in the present invention, anions of fullerenes are usually produced in a solution by these methods. Further, as the dihaloorganosilane compound,
The number of silicon atoms and the like are not particularly limited as long as the silicon atom is bonded to a substituted or unsubstituted hydrocarbon group in addition to the halogen atom as described above. However, when the dihaloorganosilane compound is a polymer having a high degree of polymerization, the fullerene-organosilane copolymer to be synthesized may have poor fullerene properties. Therefore, the number of Si in the main chain is preferably 1 or less. 30 or more
The number is less than or equal to 1, more preferably 1 or more and 20 or less.

【0019】前記炭化水素基としては、炭素数6〜14
のアリール基または炭素数1〜4のアルキル基などが好
ましい。これは、前記炭化水素基の分子量が大きくなる
と、立体障害が生じ合成されるフラーレン−オルガノシ
ラン共重合体の重合度が、十分に上がらなくなる恐れが
あるためである。
The hydrocarbon group has 6 to 14 carbon atoms.
The aryl group or the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is preferable. This is because if the molecular weight of the hydrocarbon group becomes large, steric hindrance may occur and the degree of polymerization of the synthesized fullerene-organosilane copolymer may not be sufficiently increased.

【0020】なお複数個のケイ素原子を有するジハロオ
リゴシランは、例えば1,3−ジクロロ−1,1,2,
2,3,3−ヘキサアルキルトリシランの場合、ジクロ
ロジアルキルシランと2当量のフェニルジアルキルシリ
ルリチウムを反応させて1,3−ジフェニル−1,1,
2,2,3,3−ヘキサアルキルトリシランを合成した
後に、適当な酸触媒によってフェニル基をクロロ基と置
換することによって得ることができる。さらに、前記ジ
クロロジアルキルシランの代わりに、得られた1,3−
ジクロロ−1,1,2,2,3,3−ヘキサアルキルト
リシランを用いることによって1,5−ジクロロ−1,
1,2,2,3,3,4,4,5,5−オクトアルキル
ペンタシランを得ることができる。このようにして所望
のジハロオルガノシラン化合物を得ることができる。ま
た本発明ではこのようなジハロオルガノシラン化合物を
1種または2種以上混合して用いることができる。
The dihalooligosilane having a plurality of silicon atoms is, for example, 1,3-dichloro-1,1,2,
In the case of 2,3,3-hexaalkyltrisilane, 1,3-diphenyl-1,1, is obtained by reacting dichlorodialkylsilane with 2 equivalents of phenyldialkylsilyllithium.
It can be obtained by synthesizing 2,2,3,3-hexaalkyltrisilane and then substituting the phenyl group with the chloro group by a suitable acid catalyst. Further, instead of the dichlorodialkylsilane, the obtained 1,3-
By using dichloro-1,1,2,2,3,3-hexaalkyltrisilane, 1,5-dichloro-1,
1,2,2,3,3,4,4,5,5-octalkylpentasilane can be obtained. In this way, the desired dihaloorganosilane compound can be obtained. Further, in the present invention, such dihaloorganosilane compounds may be used alone or in combination of two or more.

【0021】本発明では、前述したようにして得られた
フラーレン類のアニオンを含む溶液に、前記ジハロオル
ガノシラン化合物の溶液を滴下することによって重合反
応が起こり、本発明のフラーレン−オルガノシラン共重
合体が合成される。この時のフラーレンとジハロオルガ
ノシラン化合物の配合比は、モル比で1:0.5〜2.
0さらには1:0.8〜1.2最も好ましくは1:1で
ある。これは、配合比が極端に異なると、合成されるフ
ラーレン−オルガノシラン共重合体の重合度が十分に上
がらない恐れがあるからである。
In the present invention, the solution of the dihaloorganosilane compound is added dropwise to the solution containing the anion of the fullerene obtained as described above to cause a polymerization reaction, and the fullerene-organosilane compound of the present invention is added. A polymer is synthesized. At this time, the compounding ratio of the fullerene and the dihaloorganosilane compound is 1: 0.5 to 2.
0 or even 1: 0.8 to 1.2, most preferably 1: 1. This is because if the compounding ratio is extremely different, the degree of polymerization of the fullerene-organosilane copolymer to be synthesized may not be sufficiently increased.

【0022】また重合反応させた後、残留している反応
活性部位にキャップをすることが望ましい。このとき反
応活性部位を一箇所持つトリメチルクロロシランなどを
用いればよい。
After the polymerization reaction, it is desirable to cap the remaining reaction active site. At this time, trimethylchlorosilane having one reaction active site may be used.

【0023】この後合成されたフラーレン−オルガノシ
ラン共重合体を含む溶液について、前述したような超音
波処理を用いた場合はアルカリ金属などの不要物を濾別
し、定電位電解をおこなった場合は溶媒を留去し、トル
エンなどの得られたポリマーを溶解することのできる溶
媒によって抽出する。次いで濾液または抽出液を減圧下
で濃縮し、この濃縮液を再沈させ、沈澱物を濾別した後
真空下で乾燥することにより、前記一般式(1)で示さ
れる反復単位を有し、フラーレンとオルガノシランが交
互に結合した本発明のフラーレン−オルガノシラン共重
合体を得ることができる。
When the solution containing the fullerene-organosilane copolymer synthesized after this is subjected to ultrasonic treatment as described above, unnecessary substances such as alkali metals are filtered out, and potentiostatic electrolysis is performed. Is distilled off the solvent and extracted with a solvent capable of dissolving the obtained polymer such as toluene. Then, the filtrate or extract is concentrated under reduced pressure, the concentrated solution is reprecipitated, and the precipitate is filtered off and dried under vacuum to have the repeating unit represented by the general formula (1), The fullerene-organosilane copolymer of the present invention in which fullerene and organosilane are alternately bonded can be obtained.

【0024】本発明のフラーレン−オルガノシラン共重
合体の好ましい分子量としては、1,500 20,000,000さら
に5,000 200,000 であることがより好ましい。これは分
子量が小さいとポリマーとしての特性が十分に発揮でき
ず、また分子量が大きすぎると溶媒に対する可溶性が低
下する恐れがあるためである。
The preferred molecular weight of the fullerene-organosilane copolymer of the present invention is preferably 1,500 20,000,000, more preferably 5,000 200,000. This is because if the molecular weight is small, the properties as a polymer cannot be sufficiently exhibited, and if the molecular weight is too large, the solubility in a solvent may decrease.

【0025】このような本発明のフラーレン−オルガノ
シラン共重合体はTHFなどに対する可溶性が高く、ま
たTHF溶液として基板などに塗布し乾燥させることに
よって、容易に成膜できる。
The fullerene-organosilane copolymer of the present invention has a high solubility in THF and the like, and can be easily formed into a film by applying it as a THF solution to a substrate and drying it.

【0026】さらに本発明のフラーレン−オルガノシラ
ン共重合体は、主鎖にケイ素原子を有するために感光性
樹脂としての機能を持つ。したがって前述したように基
板上に成膜した後に露光器等によって露光することで、
物性の異なる所望のパターンを形成することが可能にな
る。すなわち本発明のフラーレンオルガノシラン共重合
体組成膜後、所望のパターンを有するマスクを介して露
光すると、露光部においてオルガノシラン骨格が酸化さ
れ、オルガノシロキサン骨格が生成されるため、例えば
電気伝導度や、屈折率などについて物性の異なるパター
ンを形成でき、フラーレンの持つ光学的機能などを発揮
する光ファイバーや光コンピューターなどの実現が十分
期待される。
Further, the fullerene-organosilane copolymer of the present invention has a function as a photosensitive resin because it has a silicon atom in the main chain. Therefore, as described above, by forming a film on the substrate and then exposing it with an exposure device,
It becomes possible to form desired patterns having different physical properties. That is, after the fullerene organosilane copolymer composition film of the present invention, when exposed through a mask having a desired pattern, the organosilane skeleton is oxidized in the exposed portion to generate an organosiloxane skeleton, and thus, for example, electric conductivity or It is fully expected to realize optical fibers and optical computers that can form patterns with different physical properties such as refractive index and that exhibit the optical functions of fullerenes.

【0027】[0027]

【実施例】【Example】

実施例1 金属リチウム12mgをTHF10ml中に分散させ分
散液を調製し、この分散液にC60500mgを加え、空
気中、15℃の雰囲気で5時間超音波処理した。
Example 1 12 mg of metallic lithium was dispersed in 10 ml of THF to prepare a dispersion liquid, 500 mg of C 60 was added to the dispersion liquid, and ultrasonic treatment was performed in the atmosphere at 15 ° C. for 5 hours.

【0028】この超音波処理した分散液に1,2−ジク
ロロ−1,2−ジメチル−1,2−ジフェニルジシラン
125mgをTHF3mlに溶解させた溶液を滴下し、
さらに10時間反応させた。続いてトリメチルクロロシ
ラン0.3gを添加しさらに1時間反応させた。
A solution prepared by dissolving 125 mg of 1,2-dichloro-1,2-dimethyl-1,2-diphenyldisilane in 3 ml of THF was added dropwise to the ultrasonically treated dispersion liquid,
The reaction was continued for 10 hours. Subsequently, 0.3 g of trimethylchlorosilane was added and the reaction was continued for another 1 hour.

【0029】反応終了後、未反応のリチウムおよび塩化
リチウムなどの不要物を濾別し、濾液を減圧下で濃縮し
た。次にこの濃縮液をメタノール中に注ぎ生成したポリ
マーを沈澱させ、次いで沈澱物を濾別した後真空下で乾
燥し、下記化学式(2)で示される反復単位を有する本
発明のフラーレン−オルガノシラン共重合体を得た(収
率3%、平均分子量 10,000)。なお、得られた
ポリマーのIRおよびNMRスペクトルのピークを以下
に示す。
After the reaction was completed, unreacted lithium and unnecessary substances such as lithium chloride were filtered off, and the filtrate was concentrated under reduced pressure. Next, this concentrated solution is poured into methanol to precipitate the formed polymer, and then the precipitate is filtered off and dried under vacuum to obtain the fullerene-organosilane of the present invention having a repeating unit represented by the following chemical formula (2). A copolymer was obtained (yield 3%, average molecular weight 10,000). The peaks of the IR and NMR spectra of the obtained polymer are shown below.

【0030】[0030]

【化3】 IR (KBr,cm-1)2965(m),2869
(m),1432(s),1282(w),700
(m),572(m),522(m) 1H NMR(270 MHz,C66 ) δ −
0.3−1.2(b),6.5−7.8(b) 次に、得られたフラ−レン−オルガノシラン共重合体を
THFに溶解し1重量%THF溶液を調製し、この溶液
を硝子基板上に回転速度1500rpm にて回転塗布し、膜厚
50nmのフラーレン−オルガノシラン共重合体の膜を
成膜した。
[Chemical 3] IR (KBr, cm -1 ) 2965 (m), 2869
(M), 1432 (s), 1282 (w), 700
(M), 572 (m), 522 (m) 1H NMR (270 MHz, C 6 D 6 ) δ −
0.3-1.2 (b), 6.5-7.8 (b) Next, the obtained fullerene-organosilane copolymer was dissolved in THF to prepare a 1 wt% THF solution, This solution was spin-coated on a glass substrate at a rotation speed of 1500 rpm to form a film of fullerene-organosilane copolymer having a film thickness of 50 nm.

【0031】このフラーレン−オルガノシラン共重合体
の膜に、出力7mW/cm2 の高圧水銀ランプを用い1
時間露光を行ったところ、露光部の赤外吸収スペクトル
は、未露光部と比較して1100cm-1付近の吸収が増
大しており、露光によってオルガノシラン骨格が酸化さ
れ、オルガノシロキサン骨格が生成したことが判った。
さらに露光部、未露光部それぞれの屈折率を測定した結
果、未露光部では1.59、露光部では1.31と物性
の異なるパターンが形成されており、例えば光導波路な
どに適応可能であることが確認できた。
A high pressure mercury lamp with an output of 7 mW / cm 2 was used for the film of this fullerene-organosilane copolymer.
As a result of time exposure, the infrared absorption spectrum of the exposed part showed an increase in absorption at around 1100 cm −1 compared to the unexposed part, and the organosilane skeleton was oxidized by the exposure to form an organosiloxane skeleton. I knew that.
Further, as a result of measuring the refractive index of each of the exposed portion and the unexposed portion, a pattern having different physical properties is formed, such as 1.59 in the unexposed portion and 1.31 in the exposed portion, which is applicable to, for example, an optical waveguide. I was able to confirm that.

【0032】さらにこのパターンを形成した後、トルエ
ンで洗浄することにより未露光部が溶解除去され、所望
の形状にパターニングを行うことができた。得られたパ
ターン形状を顕微鏡によって観察したところ、100μ
mのラインおよびスペースが解像されており十分な解像
度を有していた。
Further, after the formation of this pattern, the unexposed portion was dissolved and removed by washing with toluene, and it was possible to perform patterning into a desired shape. When the obtained pattern shape was observed with a microscope, it was 100 μm.
m lines and spaces were resolved and had sufficient resolution.

【0033】これは、ポリシランにおいて、ケイ素の側
鎖がフェニル基およびメチル基のポリシランが光照射に
より架橋するように、本発明のフラーレン−オルガノシ
ラン共重合体においても、ケイ素の側鎖がフェニル基お
よびメチル基の場合光照射により架橋するため、上記の
ように露光部のみがトルエンに不溶化するものと思われ
る。
This is because the polysilane has a phenyl group and a methyl group in the side chain of silicon so that the polysilane having a phenyl group and a methyl group is crosslinked by light irradiation in the fullerene-organosilane copolymer of the present invention. Also, in the case of a methyl group, since it is cross-linked by irradiation with light, it is considered that only the exposed portion becomes insoluble in toluene as described above.

【0034】またパターン形成とは別に、本実施例のフ
ラーレン−オルガノシラン共重合体について加圧成形機
によって厚さ0.1mmのペレットを形成した。このペ
レットを室温、圧力450torrで5時間、AsF5
蒸気に曝した後、上下に電極を金蒸着し、絶縁試験法ハ
ンドブック(電気学会編)に記載された方法に準じて電
気伝導度を測定した。その結果、5×10-6s・cm-1
の導電性を示し、上述したようにして得られた所望の形
状を有するパターンを例えば半導体回路などに十分応用
できることが判った。
Separately from the pattern formation, pellets having a thickness of 0.1 mm were formed from the fullerene-organosilane copolymer of this example by a pressure molding machine. The pellets were washed with AsF 5 at room temperature and a pressure of 450 torr for 5 hours.
After exposure to steam, gold was vapor-deposited on the upper and lower electrodes, and the electrical conductivity was measured according to the method described in the Handbook of Insulation Test Method (ed. As a result, 5 × 10 −6 s · cm −1
It has been found that the pattern having the desired shape obtained by the above-mentioned method and having the desired shape can be sufficiently applied to, for example, a semiconductor circuit.

【0035】実施例2 過塩素酸テトラブチルアンモニウム620mgを塩化メ
チレン30mlに溶解した溶液にC6030mgを加え、
還元側にグラッシーカーボン、酸化側にアルミニウムを
電極として用いて、−1.2V(二価の酸化還元電位よ
りも低く、三価の酸化還元電位よりも高い電圧)で7時
間定電位電解した。なおこの時両電極間を、グラスフィ
ルターで区切った。
Example 2 30 mg of C 60 was added to a solution of 620 mg of tetrabutylammonium perchlorate dissolved in 30 ml of methylene chloride,
Using glassy carbon on the reducing side and aluminum on the oxidizing side as electrodes, electrolysis was performed at -1.2 V (voltage lower than divalent redox potential and higher than trivalent redox potential) for 7 hours. At this time, both electrodes were separated by a glass filter.

【0036】電解後、得られた電解液に1,2−ジクロ
ロ−1,1,2,2−テトラブチルジシラン10mgを
THF1mlに溶解した溶液を滴下し、15℃で5時間
反応させた後トルエンで抽出した。この抽出液を減圧下
で濃縮し、濃縮液をエタノール中に注ぎ、合成されたフ
ラーレン−オルガノシラン共重合体を沈澱させ、沈澱物
を濾別した後真空下で乾燥し、下記化学式(3)で示さ
れる反復単位を有する本発明のフラーレン−オルガノシ
ラン共重合体を得た(収率3%、平均分子量15,00
0)。なお、得られたポリマーのIRおよびNMRスペ
クトルのピークを以下に示す。
After electrolysis, a solution prepared by dissolving 10 mg of 1,2-dichloro-1,1,2,2-tetrabutyldisilane in 1 ml of THF was added dropwise to the obtained electrolytic solution, and the mixture was reacted at 15 ° C. for 5 hours and then toluene was added. It was extracted with. The extract was concentrated under reduced pressure, the concentrate was poured into ethanol to precipitate the synthesized fullerene-organosilane copolymer, the precipitate was filtered off and dried under vacuum, and the chemical formula (3) below was used. A fullerene-organosilane copolymer of the present invention having a repeating unit represented by the following formula was obtained (yield 3%, average molecular weight 15,000).
0). The peaks of the IR and NMR spectra of the obtained polymer are shown below.

【0037】[0037]

【化4】 IR (KBr,cm-1) 2935(s),2870
(s),1430(m),1244(s),856
(s),572(s),522(m)1 HNMR(270 MHz,C66 ) δ 0.6
−1.1(b),1.2−1.6(b) 次に、得られたフラ−レン−オルガノシラン共重合体を
THFに溶解し1重量%THF溶液を調製し、この溶液
を硝子基板上に回転速度1500rpm にて回転塗布し、膜厚
50nmのフラーレン−オルガノシラン共重合体の膜を
成膜した。
[Chemical 4] IR (KBr, cm -1 ) 2935 (s), 2870
(S), 1430 (m), 1244 (s), 856
(S), 572 (s), 522 (m) 1 HNMR (270 MHz, C 6 D 6 ) δ 0.6
-1.1 (b), 1.2-1.6 (b) Next, the obtained fullerene-organosilane copolymer was dissolved in THF to prepare a 1 wt% THF solution, and this solution was A glass substrate was spin-coated at a rotation speed of 1500 rpm to form a fullerene-organosilane copolymer film having a film thickness of 50 nm.

【0038】さらにこのフラーレン−オルガノシラン共
重合体の膜に、出力7mW/cmの高圧水銀ランプを
用い1時間露光を行ったところ、露光部の赤外吸収スペ
クトルは、未露光部と比較して1100cm−1付近の
吸収が増大しており、露光によってオルガノシラン骨格
が酸化され、オルガノシロキサン骨格が生成したことが
判った。さらに露光部、未露光部それぞれの屈折率を測
定した結果、未露光部では1.57、露光部では1.3
5であり、実施例1と同様に物性の異なるパターンが形
成されていることが確認できた。
Further, the fullerene-organosilane copolymer film was exposed to light for 1 hour using a high pressure mercury lamp having an output of 7 mW / cm 2 , and the infrared absorption spectrum of the exposed part was compared with that of the unexposed part. It was found that the absorption around 1100 cm −1 was increased, and that the organosilane skeleton was oxidized by exposure to form an organosiloxane skeleton. Further, as a result of measuring the refractive index of each of the exposed portion and the unexposed portion, 1.57 in the unexposed portion and 1.3 in the exposed portion.
5, it was confirmed that patterns having different physical properties were formed as in Example 1.

【0039】実施例3 実施例1と同様に金属リチウム12mgをTHF10m
l中に分散させ分散液を調製し、この分散液にC6050
0mgを加え、空気中、15℃の雰囲気で5時間超音波
処理した。
Example 3 As in Example 1, 12 mg of metallic lithium was added to 10 m of THF.
1 to prepare a dispersion liquid, and to this dispersion liquid, C 60 50
0 mg was added, and the mixture was sonicated in the atmosphere at 15 ° C. for 5 hours.

【0040】この超音波処理した分散液に1,2−ジク
ロロ−1,1,2,2−テトラブチルジシラン130m
gをTHF3mlに溶解させた溶液を滴下し、さらに1
0時間反応させた。続いてトリメチルクロロシラン0.
3gを添加し、さらに1時間反応させた。
130 m of 1,2-dichloro-1,1,2,2-tetrabutyldisilane was added to this ultrasonically treated dispersion.
a solution prepared by dissolving 3 g of THF in 3 ml of THF was added dropwise, and further 1
The reaction was allowed for 0 hours. Then trimethylchlorosilane 0.
3g was added and it was made to react for 1 hour.

【0041】反応終了後、未反応のリチウムおよび塩化
リチウムなどの不要物を濾別し、濾液を減圧下で濃縮し
た。次にこの濃縮液をエタノール中に注ぎ生成したポリ
マーを沈澱させ、次いで沈澱物を濾別した後真空下で乾
燥し、上記化学式(3)で示される反復単位を有する本
発明のフラーレン−オルガノシラン共重合体を得た(収
率7%、平均分子量 11,000)。なお、得られた
ポリマーのIRおよびNMRスペクトルのピークを以下
に示す。 IR (KBr,cm-1)2935(s),2870
(s),1244(s),856(s),572
(s),522(m) 1H NMR(270 MHz,C66 ) δ 0.
1(s),0.6−1.1(b),1.2−1.6
(b) 次に、得られたフラ−レン−オルガノシラン共重合体を
THFに溶解し1%トルエン溶液を調製し、この溶液を
硝子基板上に回転速度1500rpm にて回転塗布し、膜厚5
0nmのフラーレン−オルガノシラン共重合体の膜を成
膜した。
After completion of the reaction, unreacted lithium and unnecessary substances such as lithium chloride were filtered off, and the filtrate was concentrated under reduced pressure. Next, this concentrated solution is poured into ethanol to precipitate the produced polymer, and the precipitate is filtered off and dried under vacuum to obtain the fullerene-organosilane of the present invention having the repeating unit represented by the above chemical formula (3). A copolymer was obtained (yield 7%, average molecular weight 11,000). The peaks of the IR and NMR spectra of the obtained polymer are shown below. IR (KBr, cm -1 ) 2935 (s), 2870
(S), 1244 (s), 856 (s), 572
(S), 522 (m) 1H NMR (270 MHz, C 6 D 6 ) δ 0.
1 (s), 0.6-1.1 (b), 1.2-1.6
(B) Next, the obtained fullerene-organosilane copolymer was dissolved in THF to prepare a 1% toluene solution, and this solution was spin-coated on a glass substrate at a rotation speed of 1500 rpm to give a film thickness of 5
A 0 nm fullerene-organosilane copolymer film was deposited.

【0042】さらにこのフラーレン−オルガノシラン共
重合体の膜に、出力7mW/cm2の高圧水銀ランプを
用い1時間露光を行ったところ、露光部の赤外吸収スペ
クトルは、未露光部と比較して1100cm-1付近の吸
収が増大しており、露光によってオルガノシラン骨格が
酸化され、オルガノシロキサン骨格が生成したことが判
った。さらに露光部、未露光部それぞれの屈折率を測定
した結果、未露光部では1.57、露光部では1.35
であり、実施例1と同様に物性の異なるパターンが形成
されていることが確認できた。
Further, the fullerene-organosilane copolymer film was exposed to light for 1 hour using a high pressure mercury lamp having an output of 7 mW / cm 2 , and the infrared absorption spectrum of the exposed part was compared with that of the unexposed part. It was found that the absorption around 1100 cm −1 was increased, and the organosilane skeleton was oxidized by the exposure to form an organosiloxane skeleton. Further, as a result of measuring the refractive index of each of the exposed portion and the unexposed portion, 1.57 in the unexposed portion and 1.35 in the exposed portion.
It was confirmed that a pattern having different physical properties was formed as in Example 1.

【0043】また1,2−ジクロロ−1,1,2,2−
テトラブチルジシラン130mgの代わりに、1,3−
ジクロロ−1,1,2,2,3,3−ヘキサブチルトリ
シラン160mgを用いた以外は全く同様にして、下記
化学式(4)で示される反復単位を有する本発明のフラ
ーレン−オルガノシラン共重合体を得た(収率3%、平
均分子量 1,2000)。なお、得られたポリマーの
IRおよびNMRスペクトルのピークを以下に示す。
1,2-dichloro-1,1,2,2-
Instead of 130 mg of tetrabutyldisilane, 1,3-
Except for using 160 mg of dichloro-1,1,2,2,3,3-hexabutyltrisilane, the fullerene-organosilane copolymerization of the present invention having the repeating unit represented by the following chemical formula (4) was performed in exactly the same manner. A coalescence was obtained (yield 3%, average molecular weight 1,2000). The peaks of the IR and NMR spectra of the obtained polymer are shown below.

【0044】[0044]

【化5】 1H NMR (KBr,cm-1)2935(s),2
865(s),1428(m),1250(s),85
7(s),,572(s),522(m) 1H NMR(270 MHz,C66 ) δ 0.
1(s),0.5−1.2(b),1.2−1.8
(b) 実施例4 実施例1と同様に金属リチウム12mgをTHF10m
l中に分散させ分散液を調製し、この分散液にC6050
0mgを加え、空気中、15℃の雰囲気で5時間超音波
処理した。
[Chemical 5] 1H NMR (KBr, cm −1 ) 2935 (s), 2
865 (s), 1428 (m), 1250 (s), 85
7 (s), 572 (s), 522 (m) 1H NMR (270 MHz, C 6 D 6 ) δ 0.
1 (s), 0.5-1.2 (b), 1.2-1.8
(B) Example 4 In the same manner as in Example 1, 12 mg of metallic lithium was added to 10 m of THF.
1 to prepare a dispersion liquid, and to this dispersion liquid, C 60 50
0 mg was added, and the mixture was sonicated in the atmosphere at 15 ° C. for 5 hours.

【0045】この超音波処理した分散液に1,2−ジク
ロロ−1,1,2−トリブチル−2−フェニルジシラン
140mgをTHF3mlに溶解させた溶液を滴下し、
さらに10時間反応させた。続いてトリメチルクロロシ
ラン0.3gを添加し、さらに1時間反応させた。
A solution prepared by dissolving 140 mg of 1,2-dichloro-1,1,2-tributyl-2-phenyldisilane in 3 ml of THF was added dropwise to this ultrasonically treated dispersion liquid,
The reaction was continued for 10 hours. Subsequently, 0.3 g of trimethylchlorosilane was added, and the reaction was further performed for 1 hour.

【0046】反応終了後、未反応のリチウムおよび塩化
リチウムなどの不要物を濾別し、濾液を減圧下で濃縮し
た。次にこの濃縮液をメタノール中に注ぎ生成したポリ
マーを沈澱させ、次いで沈澱物を濾別した後真空下で乾
燥し、下記化学式(5)で示される反復単位を有する本
発明のフラーレン−オルガノシラン共重合体を得た(収
率5%、平均分子量 11,000)。なお、得られた
ポリマーのIRおよびNMRスペクトルのピークを以下
に示す。
After completion of the reaction, unreacted lithium and unnecessary substances such as lithium chloride were filtered off, and the filtrate was concentrated under reduced pressure. Next, this concentrated solution is poured into methanol to precipitate the formed polymer, and the precipitate is filtered off and dried under vacuum to obtain the fullerene-organosilane of the present invention having a repeating unit represented by the following chemical formula (5). A copolymer was obtained (yield 5%, average molecular weight 11,000). The peaks of the IR and NMR spectra of the obtained polymer are shown below.

【0047】[0047]

【化6】 1H NMR (KBr,cm-1)3060(m),3
040(m),2950(s),2925(s),14
20(s),1244(s),734(m),700
(s),572(s),522(m) 1H NMR(270 MHz,C66 ) δ −
0.3−1.2(b),6.5−7.8(b) 次に、得られたフラ−レン−オルガノシラン共重合体を
THFに溶解し1%トルエン溶液を調製し、この溶液を
硝子基板上に回転速度1500rpm にて回転塗布し、膜厚5
0nmのフラーレン−オルガノシラン共重合体の膜を成
膜した。
[Chemical 6] 1H NMR (KBr, cm −1 ) 3060 (m), 3
040 (m), 2950 (s), 2925 (s), 14
20 (s), 1244 (s), 734 (m), 700
(S), 572 (s), 522 (m) 1H NMR (270 MHz, C 6 D 6 ) δ −
0.3-1.2 (b), 6.5-7.8 (b) Next, the obtained fullerene-organosilane copolymer was dissolved in THF to prepare a 1% toluene solution. The solution was spin-coated on a glass substrate at a rotation speed of 1500 rpm to give a film thickness of 5
A 0 nm fullerene-organosilane copolymer film was deposited.

【0048】さらにこのフラーレン−オルガノシラン共
重合体の膜に、出力7mW/cm2の高圧水銀ランプを
用い1時間露光を行ったところ、露光部の赤外吸収スペ
クトルは、未露光部と比較して1100cm-1付近の吸
収が増大しており、露光によってオルガノシラン骨格が
酸化され、オルガノシロキサン骨格が生成したことが判
った。さらに露光部、未露光部それぞれの屈折率を測定
した結果、未露光部では1.60、露光部では1.31
であり、実施例1と同様に物性の異なるパターンが形成
されていることが確認できた。
Further, the fullerene-organosilane copolymer film was exposed to light for 1 hour using a high pressure mercury lamp with an output of 7 mW / cm 2 , and the infrared absorption spectrum of the exposed part was compared with that of the unexposed part. It was found that the absorption around 1100 cm −1 was increased, and the organosilane skeleton was oxidized by the exposure to form an organosiloxane skeleton. Further, as a result of measuring the refractive index of each of the exposed portion and the unexposed portion, 1.60 in the unexposed portion and 1.31 in the exposed portion.
It was confirmed that a pattern having different physical properties was formed as in Example 1.

【0049】[0049]

【発明の効果】上述したように、本発明のフラーレン−
オルガノシラン共重合体は感光性を有するために、得ら
れる膜について、簡易な工程で物性の異なる所望の膜パ
ターンを形成することが可能である。
As described above, the fullerene of the present invention
Since the organosilane copolymer has photosensitivity, it is possible to form desired film patterns having different physical properties on the obtained film by a simple process.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早瀬 修二 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Shuji Hayase 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Incorporated Toshiba Research and Development Center

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ケイ素原子と、このケイ素原子に直接結
合した置換または非置換の炭化水素基を有し、これらの
ケイ素原子/炭化水素基比が1/2であるオルガノシラ
ン化合物と、フラーレンとの共重合構造を有することを
特徴とするフラーレン−オルガノシラン共重合体。
1. An organosilane compound having a silicon atom and a substituted or unsubstituted hydrocarbon group directly bonded to the silicon atom, wherein the silicon atom / hydrocarbon group ratio is 1/2, and fullerene. A fullerene-organosilane copolymer having a copolymer structure of
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008081845A1 (en) * 2006-12-27 2008-07-10 Frontier Carbon Corporation Fullerene film using fullerene derivative as raw material, fullerene polymer and their production methods
CN114015118A (en) * 2021-11-13 2022-02-08 安徽江淮汽车集团股份有限公司 Preparation method of wear-resistant filler and polyolefin

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