JPH08239580A - 金属粒子とポリマーとからなる組成物 - Google Patents

金属粒子とポリマーとからなる組成物

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JPH08239580A
JPH08239580A JP1675196A JP1675196A JPH08239580A JP H08239580 A JPH08239580 A JP H08239580A JP 1675196 A JP1675196 A JP 1675196A JP 1675196 A JP1675196 A JP 1675196A JP H08239580 A JPH08239580 A JP H08239580A
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polymer
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JP1675196A
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Herbert Dr Fisch
フィッシュ ヘルベルト
Karl-Heinz Haas
ハース カール−ハインツ
Anton Esser
エッサー アントン
Wolfgang Dr Schrof
シュローフ ヴォルフガング
Josef Dr Wuensch
ヴュンシュ ヨーゼフ
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    • G02F1/355Non-linear optics characterised by the materials used
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    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
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    • C08K3/02Elements
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属粒子とポリマーとからなる組成物の提
供。 【解決手段】 この組成物は、主成分として、(A)
数平均値として算定して、100nmより小さい平均直
径を有する金属粒子、(B) ビニルアセタート、ビニ
ルアミン、ビニルイミダゾール、ビニルピロリドン、ア
クリルアミド、アクリルイミドまたはこれらの混合物を
基礎とするポリマーおよび(C) 非線形光学的特性を
有するポリマーまたはそのモノマーまたはオリゴマー前
駆体またはこれらの混合物を含有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主成分として、 (A) 数平均値として算定して、100nmより小さ
い平均直径を有する金属粒子、 (B) ビニルアセタート、ビニルアミン、ビニルイミ
ダゾール、ビニルピロリドン、アクリルアミド、アクリ
ルイミドまたはこれらの混合物を基礎とするポリマーお
よび (C) 非線形光学的特性を有するポリマーまたはその
モノマーまたはオリゴマー前駆体またはこれらの混合物
を含有する組成物に関する。さらに、本発明はこの組成
物の製造方法ならびにその用途に関する。
【0002】
【従来の技術】77Kまで冷却した反応器の壁に金蒸気
とアセチレンガスを共に縮合させることにより、ポリジ
アセチレン中に金クラスターを形成することはすでに公
知である(J.Am.Chem.Soc.1991(1
13)7758参照)。
【0003】さらにWO 90/11890から、金属
核と、ガラス、ポリスチレンまたは非線形光学的ポリマ
ー、例えばポリジアセチレン、ポリベンゾチアゾールか
ら成る層とからナノ粒度粒子(Nanopartike
l)を形成することも公知である。この文献によれば、
ナノ粒度粒子は「ビームエピタキシー」、「化学的蒸
着」、紡糸、被覆または蒸発により得られる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、非線
形光学的ポリマーと、ナノメートル粒度範囲の金属粒子
とを基礎とし、一方において製造が容易であり、他方に
おいて確実に高い非線形光学的磁化率を有する、新規組
成物を開発することであった。
【0005】
【課題を解決するための手段】この課題は、本明細書冒
頭に定義した組成物により解決される。
【0006】成分A 成分Aとして、この組成物は、平均粒径(数平均値)が
100nmより小さい金属粒子を含有する。70nm、
ことに50nmより小さい平均粒径(数平均値)を有す
る金属粒子を含有するものは有利である。一般的には、
金属粒子は8〜30nmの平均粒径(数平均値)を有す
るが、この平均粒径はこれを僅かに、例えば3nmまで
下廻っていてもよい。
【0007】金属粒子の粒度分布は一般的に極めて狭
い。単分散性もしくは近単分散性金属粒子(annae
hernd monodisperse Metall
partikel)は有利である。
【0008】金属としては原則としてあらゆる金属が使
用されるが、ことに遷移金属が有利である。ことに好ま
しいのは周期律表(1985年JUPAC)の8から1
1族の遷移金属である。これに属するものとして、こと
に鉄、レニウム、イリジウム、パラジウム、白金、銀、
金が挙げられる。当然のことであるが、本発明組成物は
相違する金属の混合物も含有し得る。
【0009】金属粒子は例えば金属塩を還元して酸化度
が零の金属とすることにより得られる。特に、還元は溶
液中で実施されるので、金属粒子を製造するためのこと
に溶解性の金属塩を使用する。可溶性硝酸塩、ハロゲン
化物、酢酸塩が有利であり、ことに好ましいのは硝酸
塩、塩化物である。適当な金属塩の例は、AgNO3
HAuCl4、H2PtCl2、RhCl3、PdCl2
ある。また相違する金属塩の混合物を使用して、合金状
金属粒子を得ることも可能である。特に好ましいのは銀
の塩または金の塩である。
【0010】溶剤としては、例えば水、アルコール、例
えばメタノール、エタノール、n−プロパノール、i−
プロパノール、n−ブタノール、i−ブタノール、アミ
ノアルコールであるが、エタノールがことに好ましく、
また相違する溶剤の混合物、ことに水とエタノールとの
混合物が有利に使用される。
【0011】還元は化学的にもまた光化学的にも行うこ
とができる。有機還元剤と同様に無機還元剤も適する。
ホルムアルデヒド、クエン酸ナトリウム、ヒドラジンま
たは尿素が適当な還元剤の例である。
【0012】還元はことに光化学的方法で行うのが有利
である。これは一般的に金属塩溶液に高エネルギー放射
線、ことに紫外線を放射して行われる。有効な高エネル
ギー放射線は、選定された狭い波長範囲、例えば特定波
長または広い波長範囲をも包含しうる。放射線源として
は、例えば水銀蒸気ランプまたはことに市販の紫外線ラ
ンプを使用することができる。波長範囲が300〜40
0nm、ことに320〜380nmの光線が放射され
る。放射時間は、ことに溶液濃度により相違するが、還
元は原則的に0.5〜5時間の放射時間後に終了する。
【0013】還元は一般的に室温で行われるが、若干低
温、例えば10℃まで、または若干高温、例えば40℃
までの温度でも行われ得る。原則として還元は酸もしく
は塩基を添加することなく行われる。
【0014】本発明組成物は一般的に1〜20重量%の
金属粒子を含有するが、2〜18重量%、ことに5〜1
5重量%の金属粒子を含有する組成物がことに好まし
い。
【0015】成分B 組成物はさらに他の成分として、ビニルアセタート、ビ
ニルアミン、ビニルイミダゾールまたはビニルピロリド
ンを基礎とするポリマーを含有する。そのほかに、アク
リルアミド類、例えばアクリルアミドまたはアルキルア
クリルアミド、有利にはメタクリルアミドを基礎とする
ポリマーも使用される。同様に、アクリルイミド類、例
えばアクリルイミド、アルキルアクリルイミド、有利に
はメタクリルイミドを基礎とするポリマーも組成分Bと
して使用され得る。
【0016】組成物中に、統計的(statistis
che)共重合体またはブロック共重合体、並びに相違
するポリマーBの混合物が含有されていてもよい。こと
に好ましいのは、ポリビニルピロリドンであり、並びに
N−ビニルピロリドン、N−ビニルイミダゾールおよび
ビニルアセタートから選択されるモノマーを基礎とする
共重合体である。ことにN−ビニルピロリドンおよび
ビニルアセタートを基礎とするポリマーは有利である。
【0017】これらポリマーは自体公知であって、一般
的に20000〜1500000、ことに40000〜
1200000の分子量(重量平均値)を有する。この
ようなポリマーの製造方法も同様に自体公知であるか、
もしくはこのポリマーを自体公知の方法で製造すること
ができるので、ここでは、関連文献を参照するのみとす
る。
【0018】組成物中における成分Bの割合は、一般的
に79.9〜95重量%であるが、有利な組成物は、8
1.8〜92重量%、ことに84.6〜90重量%のポ
リマーBを含有する。
【0019】成分C 本発明による組成物は、成分Cとして、非線形光学的特
性を有するポリマーまたはモノマーまたはこのポリマー
のオリゴマー前駆体を含有する。組成分Cとして、本発
明組成物はこれらポリマー、モノマー、オリゴマーの混
合物を含有していてもよい。
【0020】本発明組成物におけるその割合は原則的に
0.1〜5重量%であるが、組成分Cは0.2〜3重量
%、ことに0.4〜2.5重量%の量で含有されるのが
好ましい。
【0021】有利なポリマーCには、一般式(I):
【0022】
【化1】
【0023】の繰返し単位を含有するポリエチレンから
得られるポリエンが属する。式中、Rは、一般式:
【0024】
【化2】
【0025】のアミノカルバマート基(II)、チオカ
ルボナート基(III)、キサントゲナート基(I
V)、スルホキシド基(V)、スルホン酸エステル基
(VI)、セレンオキシド基(VII)、ピリジニウム
基(VIII)、金属アルコラート基(IX)または酸
基(X)を意味する。
【0026】R、Rおよび R1〜R7は、互いに独
立して、同じかまたは異なるものであってよく、C1
50−、好ましくはC1〜C20−、ことにC1〜C10−ア
ルキル基を意味する。これは直鎖状であっても分枝鎖状
であってもよいが、その際、直鎖アルキル基が好まし
い。適当なアルキル基としてはメチル、エチル、n−プ
ロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、t−
ブチルが好ましい。このほかにR、Rおよび R1
〜R7は、C3〜C50−シクロアルキル基を表してもよ
い。有利にはC4〜C10−シクロアルキル基を表し、こ
とに好ましいのはシクロペンチル、シクロヘキシル、シ
クロヘプチルである。 R、RおよびR1〜R7は、
さらにC6〜C18−アリール基、ことにフェニル基また
はC4〜C18−ヘテロアリール基、ことにチオフェン−
またはピロール基を意味する。前記したアルキル−、シ
クロアルキル−、アリール−および ヘテロアリール基
は、それぞれ1個以上の置換基を有していてもよい。
【0027】Rおよび Rは、水素、アリルまたは
フェニルを意味するのが好ましく、ことにRとR
共に水素を意味するのが好ましい。R1とR2はそれぞれ
1〜C10−アルキル基を、R3〜R7はC1〜C10−アル
キル基、フェニル並びに置換フェニル基を意味するのが
好ましい。
【0028】R8および R10は同じかまたは異なって
いてもよく、互いに独立して、C1〜C50−アルキル−
および C3〜C50−シクロアルキル基の群から選択さ
れる。適当なR8の例として、炭素原子数1〜20、こ
とに1〜10の直鎖アルキル基、有利にはメチル、エチ
ル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブ
チル、t−ブチルが挙げられる。好ましいのはシクロア
ルキルとして、C4〜C10−、ことにC5〜C7−シクロ
アルキル基、例えばシクロペンチル、シクロヘキシル、
シクロヘプチルが挙げられる。
【0029】R9は、C1〜C50−アルキル基またはC6
〜C18−アリール基を意味する。有利な基R9はフェニ
ルまたはC1〜C20、特にC1〜C10−アルキル基であ
る。これらは直鎖状でも分枝鎖状でもよいが、ことに前
者が好ましい。適当なアルキル基は、メチル、エチル、
n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチ
ル、t−ブチルである。
【0030】Xはハロゲン、例えば塩素、臭素またはヨ
ウ素、Mは2価もしくは3価の金属原子、ことにマグネ
シウム、亜鉛あるいはアルミニウムを意味し、変数nは
5〜1010を、好ましくは10〜50000、ことに1
0〜10000の整数を意味する。また変数pは2かま
たは3である。
【0031】一般式Iの単位のほかに、ポリエチレンは
他の単位を含有していてもよく、ことにエチレン、プロ
ピレン、イソプレン、ブタジエン、ビニル芳香族モノマ
ー、例えばビニルアルコール、ビニルアセタート、ビニ
ルピロリドン、スチレンまたはアクリル酸から誘導され
るモノマー、例えばメチルメタクリレートもしくはアク
リルニトリルが挙げられる。その際、これらは統計的に
分布されていてもよいが、ポリエチレンはブロック共重
合体であってもよい。
【0032】式Iの単位は、原則的に50〜100モル
%、好ましくは60〜90モル%、ことに70〜80モ
ル%の割合でポリエチレン中に含有される。
【0033】式中のRが前述したように一般式(I
I)、(III)、(IV)、(VI)、(VII
I)、(IX)または(X)の基を意味するポリエチレ
ンは、例えばポリビニルアルコールと、以下の一般式
(XI)で表わされる塩あるいは一般式(XII)で表
わされる金属アルキルもしくは金属アリールとを反応さ
せることにより得られる。
【0034】
【化3】
【0035】ただし式中のYは、ナトリウムまたはカリ
ウムのようなアルカリ金属のイオンまたはアンモニウ
ム、アルミニウム有機化合物もしくは亜鉛有機化合物の
ような無機または有機カチオンを意味する。このような
アミノカルバマート、チオカルボナート、キサントゲナ
ート、スルホナート酸エステルまたはピリジニウム塩も
しくは金属アルキルまたは金属アリールは公知化合物で
あるか、または公知方法により得られる。変数pは前述
したように2または3を表わす。
【0036】Rが
【0037】
【化4】
【0038】を意味するポリエチレンは、例えば対応す
るビニルスルホキシドまたはビニルセレンオキシドのア
ニオン重合もしくはラジカル重合により得られる。
【0039】ポリエンCは、成分AおよびBの不存在下
にポリエチレンから得ることができるが、有利には成分
AおよびBの存在下に製造される。
【0040】そのほかの好ましいポリマーCは、一般式
(XI):
【0041】
【化5】
【0042】のものである。
【0043】末端基R11およびR12は、互いに同じかま
たは異なっていてよい。R11およびR12は、水素または
6〜C22−アリール、ことにフェニルを意味するが、
更にC5〜C10−ヘテロアリール基、例えばピリジルま
たはチエニルを意味してもよい。R11およびR12はまた
4〜C30−シクロアルキル基、例えばシクロペンチ
ル、シクロヘキシル、シクロドデシルを意味してもよ
い。R11、R12はさらにC4〜C30−シクロアルケニ
ル、例えばシクロヘキセニルまたはシクロオクテニルで
あってもよい。R11、R12はことにC6〜C10−シクロ
アルケノン、例えばシクロヘキセノン、シクロヘプテノ
ン、シクロオクテノン、シクロデセノン、シクロドデセ
ノンを意味するのが好ましい。
【0044】前基の基は置換されていてもよく、また1
個以上の置換基を有していてもよい。この置換基として
は、C1〜C30−アルキル基、例えばメチル、エチル、
n−プロピル、i−ブチル、ネオペンチル、またはC2
〜C30−アルケニル基、例えばエテニル、n−1−ペン
テニル、n−4−オクテニル、n−9,12−ドカサジ
エニルまたは10−エイコセニルが挙げられる。適当な
置換基は、またC1〜C30−アルコキシ基、例えばメト
キシ、エトキシ、n−ブトキシまたはn−デシルオキシ
である。同様にC4〜C30−シクロアルキル、例えばシ
クロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、なら
びにC4〜C30−シクロアルケニル基、例えばシクロペ
ンテニル、シクロヘキセニル、シクロオクテニルも置換
基として適当である。さらに、C6〜C18−アリール
基、例えばフェニル、ビフェニルまたはナフチルもこの
置換基として挙げられる。さらにハロゲン原子、例えば
塩素、臭素、ならびに官能基、例えば−OH、−COO
H、−CHO、−COOR15、CN、−NH2、−NH
16、−NR1718およびNO2もこの置換基として挙
げられる。置換された基R11、R12の例は、
【0045】
【化6】
【0046】である。ことに置換されたシクロヘキセノ
ン基が好ましい。
【0047】末端基R11、R12はさらに官能基−CH
O、−COOH、−COOR19を意味し、さらにまた下
式の不飽和アルデヒド−、酸−、エステル基を意味す
る。
【0048】
【化7】
【0049】この式中R13およびR14は、互いに同じか
または異なっていてよく、それぞれ水素、C1〜C10
アルキル、例えばメチル、エチル、n−プロピル、n−
ブチルまたはi−ブチル、C1〜C30−アルコキシ、例
えばメトキシ、エトキシ、n−ブトキシまたはi−ブト
キシを意味する。このR13およびR14は、−SH、−S
SH、−NH2、−NR2122を意味するか、R13、R
14はことに水素、メチル、プロピル、イソプロピルを意
味するのが好ましい。
【0050】R15〜R22は互いに同じかまたは異なって
いてよく、それぞれC1〜C30−アルキル、例えばメチ
ル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、t−ブチ
ル、C2〜C30−アルケニル、例えばエテニル、プロペ
ニル、n−1−ペンテニルまたはn−1−オクニテルを
意味し、R15〜R22はさらにC4〜C30−シクロアルキ
ル、例えばシクロペンチル、シクロヘキシル、シクロオ
クチル、あるいはC4〜C30−シクロアルケニル、例え
ばシクロヘキセニル、シクロオクテニルを意味する。同
様に、R15〜R22は、C6〜C18−アリール、例えばフ
ェニルまたはナフチルを意味してもよい。
【0051】nは3〜10、ことに3〜8の整数を意味
する。
【0052】本発明におけるポリエンの製造は、基本的
に種々の合成原則により行われ得る。これを得るための
特定の一方法は、イリド化合物をカルボニル化合物と反
応させるカルボニルオレフィン化法である。この例は、
ウィティッヒ反応またはウィティッヒ類似反応、例えば
ホルナーによる変法である。
【0053】本発明組成物は、第1工程において、溶剤
およびこの溶剤に溶解されたポリマーBの存在下に、金
属塩Aを前述したように還元させ、次いで還元混合物を
噴霧乾燥して製造され得る。
【0054】この噴霧乾燥は、還元混合物を不活性ガス
中に噴霧させることにより行われ得る。噴霧処理温度
は、溶液が噴霧に適する粘度となるように選定される
か、または溶液中の固体含有分を、特定の噴霧温度にお
いて、溶液が適当な粘度を有するように選定され得る
が、この後者の方法が好ましい。溶液は一般的に室温で
噴霧される。
【0055】噴霧させるためには、圧力ノズル、空気圧
式噴霧装置、回転噴霧装置、超音波噴霧装置を使用する
ことができるが、マルチエレメントノズル(Mehrs
toffduesen)の使用がことに有利である。
【0056】噴霧後、液滴を乾燥室、例えば公知の構造
を有する噴霧塔(例えばK.Masters:Spra
y Drying Handbook,Leonhar
dHill Books,ロンドン,1972参照)で
乾燥することができる。溶剤蒸発に必要な熱は、不活性
乾燥ガスにより塔頂に供給される。この乾燥ガスとして
は、ことに窒素が適当であるが、二酸化炭素のような他
のガスも使用され得る。乾燥塔頂部におけるガス温度
は、溶剤蒸発温度より高いのが好ましく、一般的に10
0℃以上、ことに110℃〜120℃の範囲が好まし
い。
【0057】乾燥ガスは、液滴および場合により噴霧助
剤と共に乾燥塔内を流過し、塔排出口において乾燥物と
共に吸引排出される。塔排出口におけるガス温度は、粉
末状乾燥物中の所望残留溶剤含有量に応じて異なる。
【0058】乾燥物は、一般的に10〜100μmの平
均粒度(数平均)、好ましくは15〜75μmを有す
る。ことに平均粒度は20〜50μmである。
【0059】第2工程において、この乾燥物をポリマー
Cと混合することができる。あるいはまたこの乾燥物を
ポリマーCの前駆体と混合し、次いで乾燥物の存在下に
ポリマーCを形成することも出来る。乾燥物と成分Cと
は、同じ溶剤中で混合するのが好ましい。溶剤として
は、例えばクロロホルム、メチレンクロリドまたはN−
メチルピロリドンが適当であるが、クロロホルムがこと
に好ましい。溶剤は次いで再び除去される。
【0060】本発明組成物は、被覆、フィルム、シート
(Folien)、成形体の製造に適しており、高い光
学的非線形性において秀れている。
【0061】
【実施例】例1 3gのポリビニルピロリドン(平均分子量Mn=360
000g/モル、Mw=1.3×106g/モル、例え
ばBASF社のKollidon K90)と525m
gの硝酸銀を、23℃で25gの水に溶解させ、1.1
7mgの水素化硼素ナトリウムを添加し、褐色還元混合
物が得られ、2時間後に反応を停止させた。
【0062】この還元混合物の紫外線スペクトルは、4
20nmで、典型的なAg吸収バンドを示した。
【0063】この還元混合物を、実験室噴霧乾燥装置
(Buechi社)において、塔頂温度150℃、毎時
800リットルの窒素ガス流下に乾燥させた。生成物を
サイクロン中においてガス流から分離し、受け器中に捕
集した。黒色の微細で易流動性の粉末が得られた。
【0064】この噴霧乾燥粉末0.556gと、0.5
56gのC60−アスタキサンチンとを、25℃で1時間
にわたり27.2gのCHCl3中に溶解させた。
【0065】得られた溶液をミカサ(Mikasa)社
のスピンコータにより石英ガラス基板上に施こして厚さ
212nmの層厚とした。溶液の塗布は静止基板(ruhe
ndeSubstrat)上に行われ、次いで上澄み溶液(ueberst
ehende Loesung)を30秒間にわたり遠心分離により除
去した。被覆工程における回転速度は3000rpmで
あった。
【0066】例2 1.33gのHAuAl4・3H2Oと6gのポリビニル
ピロリドン(平均分子量Mw=360000g/モル、
および Mn=1.3×106g/モルにより特徴付け
られる、例えばバスフ社のKollidon K90)
とを、54gのH2O中に溶解させた。25℃において
3.52g(4.19モル)のナトリウムシトラートを
添加して還元処理した。42時間にわたる反応により赤
褐色の還元混合物が得られた。
【0067】この還元混合物の紫外線スペクトルは52
0nmで典型的な金吸収バンドを示した。
【0068】還元混合物をBuechi社の実験室噴霧
乾燥装置において、148℃の塔頂温度、毎時490リ
ットルの窒素ガス流下に乾燥して、淡紫色の、微細、易
流動性粉末を得た。
【0069】0.77gの噴霧乾燥粉末および0.07
7gのC60−アスタキサンチンを、25℃において2時
間にわたり24.5gのクロロホルムに溶解させた。
【0070】得られた溶液をミカサ社のスピンコータに
より石英ガラス基板上に施こして、厚さ264nmの層
を形成した。溶液の塗布は静止基板上に行われ、上澄み
溶液を30秒間にわたり、遠心分離により除去した。被
覆工程における回転速度は3500rpmであった。
【0071】比較例 0.056gのC60−アスタキサンチンを、25℃にお
いて1時間にわたり27.2gのCHCl3に溶解さ
せ、この溶液を実施例1と同様にガラス基板上にスピン
コータにより塗布した。層厚は、138nmであった。
【0072】
【表1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アントン エッサー 茨城県つくば市梅園2丁目32番地1 梅園 ガーデン ディー−2アール (72)発明者 ヴォルフガング シュローフ ドイツ連邦共和国 ノイライニンゲン イ ン デン シェルメンエッケルン 38 (72)発明者 ヨーゼフ ヴュンシュ ドイツ連邦共和国 シファーシュタット グライヴィッツァーシュトラーセ 4

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主成分として、 (A) 数平均値として算定して、100nmより小さ
    い平均直径を有する金属粒子、 (B) ビニルアセタート、ビニルアミン、ビニルイミ
    ダゾール、ビニルピロリドン、アクリルアミド、アクリ
    ルイミドまたはこれらの混合物を基礎とするポリマーお
    よび (C) 非線形光学的特性を有するポリマーまたはその
    モノマーまたはオリゴマー前駆体またはこれらの混合物
    を含有する組成物。
JP1675196A 1995-02-01 1996-02-01 金属粒子とポリマーとからなる組成物 Withdrawn JPH08239580A (ja)

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