JPH0826476B2

JPH0826476B2 - 有機薄膜の製造方法

Info

Publication number: JPH0826476B2
Application number: JP14795988A
Authority: JP
Inventors: 哲夫佐治; 勝義星野; 清一郎横山
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1988-06-17
Filing date: 1988-06-17
Publication date: 1996-03-13
Anticipated expiration: 2011-03-13
Also published as: JPH01316492A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は有機薄膜の製造方法に関し、詳しくは特定の
ミセル化剤を用いると共に電気化学的手法を講じること
により、電子材料，コーティング材料等に利用しうる有
機薄膜を効率よく製造する方法に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕

従来から、色素等の有機薄膜を製造する方法として、
真空蒸着法，熱CVD法，プラズマCVD法，超高真空（イオ
ンビーム，分子線エピタキシ−）法,LB膜法，キャスト
法などが知られている。

しかしながら、これらの方法、特にキャスト法では色
素等の材料を有機溶媒に溶解させたりあるいは加熱する
などの操作を必要とするため、水に不溶性の物質を薄膜
化することはむずかしく、複雑な操作を伴うなどの問題
があった。

本発明者らは、先般、特定のミセル化剤を利用して有
機薄膜を製造する所謂ミセル電解法を開発することに成
功した（化学と工業，41,194,1988）。

しかし、上記の方法で有機薄膜を製造するにあたっ
て、通常の有機化合物粒子、例えば色素の結晶を用いる
と、多量の色素が必要であるとともに、可溶化するため
に長い時間を必要とし、しかも、操作条件の調節に細心
の注意を払わないと、得られる薄膜が粗面化して光散乱
を起こし、不均一なものとなるなど実用上様々な問題が
あることが判明した。

そこで、本発明者らは上記従来のミセル電解法の欠点
を解消し、有機物質の可溶化時間を短縮するとともに、
簡単な操作で均一かつ平滑な薄膜を製造する方法を開発
すべく鋭意研究を重ねた。

〔課題を解決するための手段〕

その結果、薄膜原料である疎水性有機物質として平均
粒径が10μｍ以下の微粒子を用いることによって、上記
目的を達成できることを見出した。

本発明はかかる知見に基いて完成したものである。す
なわち本発明は、平均粒径が10μｍ以下の疎水性有機物
質を、水性媒体中でフェロセン誘導体よりなるミセル化
剤にて可溶化し、得られるミセル溶液を電解して電極上
に前記疎水性有機物質の薄膜を形成することを特徴とす
る有機薄膜の製造方法を提供するものである。

本発明の方法は、第１図に示す如き原理にしたがって
進行し、電極（陽極）上に有機薄膜が形成される。つま
り、水に必要に応じて支持電解質等を加えて電気伝導度
を調節した水性媒体に、フェロセン誘導体１よりなるミ
セル化剤と疎水性有機物質の微粒子を加えて充分に混合
撹拌して分散させると、該疎水性有機物質２を内部にと
り込んだミセル３が形成され、これを電解処理するとミ
セル３が陽極５に引き寄せられて陽極上でミセル中のフ
ェロセン誘導体が電子e^-を失い（フェロセン中のFe²⁺が
Fe³⁺に酸化される）、それとともにミセルが崩壊して内
部の疎水性有機物質２が陽極５上に析出して薄膜を形成
する。一方、酸化されたフェロセン誘導体４は陰極６に
引き寄せられて電子e^-を受け取り、再びミセルを形成す
る。

このようなミセルの形成と崩壊が繰返される過程で、
疎水性有機物質２の粒子が陽極上に析出して薄膜状のも
のとなり、目的とする有機薄膜が形成されるのである。

本発明の方法で用いるミセル化剤は、フェロセン誘導
体よりなるものである。ここでフェロセン誘導体として
は各種のものがあるが、大きく分けて下記の（１），
（２）および（３）の三種をあげることができる。

まず（１）炭素数４〜16（好ましくは８〜14）の主鎖
を有するアンモニウム型（好ましくは第四級アンモニウ
ム型）のカチオン性界面活性剤にフェロセン化合物（フ
ェロセンあるいはフェロセンに適当な置換基（アルキル
基，アセチル基など）が結合したもの）が結合したもの
があげられる。ここで主鎖の炭素数が少ないものでは、
ミセルを形成せずまた多すぎるものでは、水に溶解しな
くなるという不都合がある。

この界面活性剤にフェロセン化合物が結合する態様は
様々であり、大別して界面活性剤の主鎖の末端に結合し
たもの、主鎖の途中に直接あるいはアルキル基を介して
結合したもの、主鎖中に組み込まれたものなどの態様が
あげられる。

このようなアンモニウム型のフェロセン誘導体として
は、一般式（式中、R¹，R²はそれぞれ水素または炭素数１〜４（但
し、後述の整数ｍを超えない）のアルキル基を示し、Z,
Z′はそれぞれ水素または置換基（メチル基，エチル
基，メトキシ基あるいはカルボメトキシ基など）を示
し、Ｘはハロゲンを示す。また、m,nはｍ≧0,n≧０であ
りかつ４≦ｍ＋ｎ≦16を満たす整数を示す。），一般式（式中、R¹，R²,X,Z,Z′は前記と同じ（但し、R¹，R²の
炭素数は後述の整数ｈを超えない。）である。また、h,
j,kはｈ≧0,j≧0,k≧１でありかつ３≦ｈ＋ｊ＋ｋ≦15
を満たす整数を示し、ｐは０≦ｐ≦ｋ−１を満たす整数
を示す。），一般式（式中、R¹，R²,X,Y,Z,Z′は前記と同じ（但し、R¹，R²
の炭素数は後述の整数ｒを超えない。）である。また、
r,s,tはｒ≧0,s≧0,t≧１でありかつ４≦ｒ＋ｓ＋ｔ≦1
6を満たす整数を示す。）あるいは一般式（式中、R¹，R²,X,Y,Z,Z′,r,s,tは前記と同じであ
る。）で表わされるものがあげられる。

このミセル化剤としてのフェロセン誘導体の具体例を
示せば、式式式などがあげられる。

次に、（２）他のタイプのフェロセン誘導体として
は、一般式で表わされるエーテル型のフェロセン誘導体があげられ
る。ここで、ａは２〜18の整数を示し、またｂは2.0〜5
0.0の実数である。ａは上述の如く２〜18の整数である
から、環員炭素原子とＹとの間にエチレン基，プロピレ
ン基等の炭素数２〜18のアルキレン基が介在したものと
なる。また、ｂは2.0〜50.0の間の整数のみならず、こ
れらを含む実数を意味するが、これはフェロセン誘導体
を構成するオキシエチレン基（−CH₂CH₂O−）の繰返し
数の平均値を示すものである。さらに、上記一般式中の
Ｙは、酸素（−Ｏ−）あるいはオキシカルボニル基を示し、Z,Z′はそれぞれ前述の如く水素あるいは置換
基を示す。

これらのエーテル型のフェロセン誘導体は、特願昭62
−212718号明細書（特公平６−33298号公報、特開平６
−93497号公報）に記載された方法等によって製造する
ことができる。

さらに、（３）他のタイプのフェロセン誘導体として
は、一般式で表わされるピリジニウム型フェロセン誘導体をあげる
ことができる。この式中、Z,Z′,Xは前記と同じであ
り、R³は炭素数１〜４のアルキル基，炭素数１〜４のア
ルコキシ基、炭素数１〜５のカルボアルコキシ基，水酸
基，カルボキシル基，スルホン酸基などを示し、またC_e
H_2eは炭素数１〜16の直鎖または分岐鎖アルキレン基を
示す。このC_eH_2eは具体的には、テトラメチレン基，ペ
ンタメチレン基，オクタメチレン基，ウンデカメチレン
基，ドデカメチレン基，ヘキサデカメチレン基等のポリ
メチレン基(CH₂)_eをはじめとする直鎖アルキレン基、あ
るいは２−メチルウンデカメチレン基,4−エチルウンデ
カメチレン基などの分岐鎖アルキレン基をあげることが
できる。

これらのピリジニウム型フェロセン誘導体は、特願昭
63−52696号明細書（特開平１−226894号公報）に記載
された方法等によって製造することができる。

本発明の方法で用いるミセル化剤としては、上述した
（１），（２）あるいは（３）のフェロセン誘導体が好
適に用いられる。

本発明の方法では、まず水性媒体中に上記のフェロセ
ン誘導体よりなるミセル化剤，支持塩ならびに平均粒径
が10μｍ以下の疎水性有機物質を入れて、超音波，ホモ
ジナイザーあるいは撹拌機等により充分に分散させてミ
セルを形成せしめ、その後必要に応じて過剰の該疎水性
有機物質を除去し、得られたミセル溶液を静置したまま
あるいは若干の撹拌を加えながら上述の電極を用いて電
解処理する。また、電解処理中に疎水性有機物質をミセ
ル溶液に補充添加してもよく、あるいは陽極近傍のミセ
ル溶液を系外へ抜き出し、抜き出したミセル溶液に疎水
性有機物質を加えて充分に混合撹拌し、しかる後にこの
液を陰極近傍へ戻す循環回路を併設してもよい。この際
の疎水性有機物質の濃度は、限界ミセル濃度以上、具体
的には約１μＭ以上であればよい。また電解条件は、各
種状況に応じて適宜選定すればよいが、通常は液温０〜
70℃，好ましくは20〜30℃、電圧0.03〜1.5V、好ましく
は0.1〜0.5Vとし、電流密度10mA/cm²以下、好ましくは5
0〜300μA/cm²とする。

この電解処理を行うと、第１図に示す如き反応が進行
する。これをフェロセン誘導体中のFeイオンの挙動に着
目すると、陽極ではフェロセンのFe²⁺がFe³⁺となって、
ミセルが崩壊し、疎水性有機物質の粒子（300〜700Å程
度）が陽極上に析出する。一方、陰極では陽極で酸化さ
れたFe³⁺がFe²⁺に還元されてもとのミセルに戻るので、
繰返し同じ溶液で製膜操作を行うことができる。

このような電解処理により、陽極上には所望する疎水
性有機物質の300〜700Å程度の粒子による薄膜が形成さ
れる。

上記本発明の方法で用いる支持塩（支持電解質）は、
水性媒体の電気伝導度を調節するために必要に応じて加
えるものである。この支持塩の添加量は、可溶化してい
る疎水性有機物質の析出を妨げない範囲であればよく、
通常は上記ミセル化剤の０〜300倍程度の濃度、好まし
くは10〜200倍程度の濃度を目安とする。この支持塩を
加えずに電解を行うこともできるが、この場合支持塩を
含まない純度の高い薄膜が得られる。また、支持塩を用
いる場合、その支持塩の種類は、ミセルの形成や電極へ
の前記疎水性有機物質の析出が妨げることなく、水性媒
体の電気伝導度を調節しうるものであれば特に制限はな
い。

具体的には、一般広く支持塩として用いられている硫
酸塩（リチウム，カリウム，ナトリウム，ルビジウム，
アルミニウムなどの塩），酢酸塩（リチウム，カリウ
ム，ナトリウム，ルビジウム，ベリリウム，マグネシウ
ム，カルシウム，ストロンチウム，バリウム，アルミニ
ウムなどの塩），ハロゲン化物塩（リチウム，カリウ
ム，ナトリウム，ルビジウム，カルシウム，マグネシウ
ム，アルミニウムなどの塩），水溶性酸化物塩（リチウ
ム，カリウム，ナトリウム，ルビジウム，カルシウム，
マグネシウム，アルミニウムなどの塩）が好適である。

また、本発明の方法で用いる電極は、フェロセンの酸
化電位（＋0.15V対飽和甘コウ電極）より貴な金属もし
くは導電体であればよい。具体的にはITO（酸化インジ
ウムと酸化スズとの混合酸化物），白金，金，銀，グラ
シーカーボン，導電性金属酸化物，有機ポリマー導電体
などがあげられる。

本発明の方法において、有機薄膜の製造原料である疎
水性有機物質は、平均粒径が10μｍ以下、好ましくは１
μｍ以下の微粒子が用いられる。ここで、平均粒径が10
μｍを超えるものでは、得られる有機薄膜が平滑かつ均
一なものとならず、またミセル化剤で可溶化するのに時
間がかかると同時に、可溶化しない疎水性有機物質が多
量に残存するなど様々な問題が生ずる。

本発明の方法において使用可能な上記疎水性有機物質
としては、各種のものがあるが、例えばフタロシアニ
ン，フタロシアニンの金属錯体およびこれらの誘導体、
ナフタロシアニン，ナフタロシアニンの金属錯体および
これらの誘導体、ポルフィリン，ポルフィリンの金属錯
体およびこれらの誘導体などの光メモリー用色素や有機
色素をはじめ1,1′−ジヘプチル−4,4′−ビピリジニウ
ムジブロマイド,1,1′−ジドデシル−4,4′−ビピリジ
ニウムジブロマイドなどのエレクトロクロミック材料、
６−ニトロ−1,3,3−トリメチルスピロー（２′Ｈ−
１′−ベンゾピラン−2,2′−インドリン（（通称スピ
ロピラン）などの感光材料（フォトクロミック材料）や
光センサー材料,p−アゾキシアニソールなどの液晶表示
用色素、更に「カラーケミカル事典」株式会社シーエム
シー,1988年３月28日発行の第542〜717頁に列挙されて
いるエレクトロニクス用色素，記録用色素，環境クロミ
ズム用色素，写真用色素，エネルギー用色素，バイオメ
ディカル用色素，食品・化粧用色素，染料，顔料，特殊
着色用色素のうちの疎水性の化合物などがあげられる。
また、7,7,8,8−テトラシアノキノンジメタン（TCNQ）
とテトラチアフルバレン（TTF）との1:1錯体などの有機
導電材料やガスセンサー材料，ペンタエリスリトールジ
アクリレートんなどの光硬化性塗料，ステアリン酸など
の絶縁材料,1−フェニルアゾ−２−ナフトールなどのジ
アゾタイプの感光材料や塗料等をあげることができる。
さらには、水に不溶性のポリマー、例えばポリカーボネ
ート，ポリスチレン，ポリエチレン，ポリプロピレン，
ポリアミド，ポリフェニレンサルファイド（PPS），ポ
リフェニレンオキサイド（PPO），ポリアクリロニトリ
ル（PAN）などの汎用ポリマー、またポリフェニレン，
ポリピロール，ポリアニリン，ポリチオフェン，アセチ
ルセルロース，ポリビニルアセテート，ポリビニルブチ
ラールをはじめ、各種各様のポリマー（ポリビニルピリ
ジンなど）あるいはコポリマー（メタクリル酸メチルと
メタクリル酸とのコポリマーなど）をあげることができ
る。

〔実施例〕

次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。

実施例１〜35 所定量の水にミセル化剤を2mMとなるように加え、こ
れに所定粒径の疎水性有機物質を加えて超音波で10分間
攪拌した後、得られたミセル溶液を2000rpmで１時間遠
心分離を行った。この上澄み液の可視吸収スペクトルを
第２〜９図（印Ａ）に示す（実施例5,6,11,15,18,19,2
5,26）。このことから、これらの疎水性有機物質がミセ
ル溶液に可溶化することが確認された。

次に、このミセル溶液に、所定の支持電解質を加えて
電解質を調製し、陽極をITO又はGC（グラシーカーボ
ン）とし、陰極を白金、参照電極を飽和甘コウ電極とし
て、温度25℃，印加電圧0.5Vの条件で所定の通電量とな
るように定電位電解を行った。

その結果、用いた疎水性有機物質の薄膜が陽極上に形
成された。この陽極上の薄膜の可視吸収スペクトルを第
２〜９図（印Ｂ）に示す（実施例5,6,11,15,18,19,25,2
6）。第２〜９図の印Ａと印Ｂの吸収ピークがそれぞれ
一致することにより、陽極上の薄膜は用いた疎水性有機
物質からなるものであることが確認された。

なお、薄膜の厚さは、紫外線吸収（UV）スペクトルに
より測定した。また、薄膜の走査型電子顕微鏡（SEM）
写真（日本電子（株）製,JSM−T220使用）を第10,11図
に示す（実施例15,21）。

以上の操作の条件および結果を第１表に示す。

で表わされる化合物〔発明の効果〕叙上の如く本発明の方法によれば、各種の疎水性有機
物質の薄膜を、有機溶剤を使用することなく、室温程度
の温度にて効率よく製造することができる。しかも、形
成される薄膜を大面積化することも、また膜厚を調節す
ることも容易である。そのうえ、平滑かつ均一な薄膜が
得られる。

したがって、本発明の方法は各種製品の塗装や着色を
はじめ、光導電体材料，エレクトロクロミック，光メモ
リー，電力機器材料，表示デバイス材料等の電子材料、
さらには感光材料，絶縁材料，修飾電極，などの製造に
幅広くかつ有効に利用される。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の方法の原理を模式的に示す説明図、第
２図は実施例５で得られた上澄み液の可視吸収スペクト
ル（印Ａ）及び形成された薄膜の可視吸収スペクトル
（印Ｂ）、第３図は実施例６で得られた上澄み液の可視
吸収スペクトル（印Ａ）及び形成された薄膜の可視吸収
スペクトル（印Ｂ）、第４図は実施例11で得られた上澄
み液の可視吸収スペクトル（印Ａ）及び形成された薄膜
の可視吸収スペクトル（印Ｂ）、第５図は実施例15で得
られた上澄み液の可視吸収スペクトル（印Ａ）及び形成
された薄膜の可視吸収スペクトル（印Ｂ）、第６図は実
施例18で得られた上澄み液の可視吸収スペクトル（印
Ａ）及び形成された薄膜の可視吸収スペクトル（印
Ｂ）、第７図は実施例19で得られた上澄み液の可視吸収
スペクトル（印Ａ）及び形成された薄膜の可視吸収スペ
クトル（印Ｂ）、第８図は実施例25で得られた上澄み液
の可視吸収スペクトル（印Ａ）及び形成された薄膜の可
視吸収スペクトル（印Ｂ）、第９図は実施例26で得られ
た上澄み液の可視吸収スペクトル（印Ａ）及び形成され
た薄膜の可視吸収スペクトル（印Ｂ）、第10図は実施例
15で形成された薄膜の表面構造を示すSEM写真（倍率200
00倍）、第11図は実施例21で形成された薄膜の表面構造
を示すSEM写真（倍率1000倍）をそれぞれ示す。なお、第１図中、１はフェロセン誘導体,2は疎水性有機
物質,3はミセル,4は酸化されたフェロセン誘導体,5は陽
極,6は陰極を示し、Fcはフェロセン，e^-は電子を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒径が10μｍ以下の疎水性有機物質
を、水性媒体中でフェロセン誘導体よりなるミセル化剤
にて可溶化し、得られるミセル溶液を電解して電極上に
前記疎水性有機物質の薄膜を形成することを特徴とする
有機薄膜の製造方法。