JPH0832743B2 - 分子配向性薄膜の製造方法 - Google Patents

分子配向性薄膜の製造方法

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JPH0832743B2
JPH0832743B2 JP62191753A JP19175387A JPH0832743B2 JP H0832743 B2 JPH0832743 B2 JP H0832743B2 JP 62191753 A JP62191753 A JP 62191753A JP 19175387 A JP19175387 A JP 19175387A JP H0832743 B2 JPH0832743 B2 JP H0832743B2
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polydiacetylene
diacetylene
diacetylene monomer
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達郎 金武
隆 小嶋
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Description

【発明の詳細な説明】 (3-1)産業上の利用分野 本発明はエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス
分野において、非線形光学デバイス,クロミズムデバイ
ス,光電変換デバイスなどに使用される分子配向性薄膜
に関する。
(3-2)従来の技術 ジアセチレン化合物は、熱,光あるいはγ線などによ
り結晶性ポリマーを生成する極めて特異な物質として知
られ、導電性材料,クロミズム材料,光電変換材料,非
線形光学材料等として期待されている。例えば、非線形
光学効果により10-12秒程度の超高速スウイッチ現象が
予測され、今後の光情報処理システムにおいて、有望視
されている。
これらの分野,特に非線形光学分野に応用する上で、
良好な結晶性を有する薄膜の形状に加工することが重要
である。良好な結晶性薄膜,即ち、分子配向性薄膜は光
導波路としても活用可能であり、多様な応用展開が拡が
る。
特開昭59-62608には、ジアセチレン化合物の溶液又は
懸濁液から基板上へのスプレー法又はスピンナー法,あ
るいはジアセチレン化合物の基板上への真空蒸着法で作
成したジアセチレンモノマー薄膜を重合させることによ
り薄膜を製造する方法が記載されている。
しかし、通常、ジアセチレン化合物をこれ等の方法に
よって得た薄膜の結晶性は極めて悪い。例えば、クラッ
ク,ドメイン構造,スタッキング不良,平面の平坦性の
悪さなど欠陥が多い。
この点を改良し、単結晶薄膜を作成する方法がMacrom
olecules,18,2341-2344(1985)に報告されている。ジ
アセチレン化合物を融点以上に加熱し、剪断力を印加す
ることにより配向させ結晶化させる方法である。しか
し、ジアセチレン化合物は昇温することにより熱重合す
る場合もあり、剪断配向化が不完全になり結晶性が向上
しない等の欠点を有する。
一方、疎水基と親水基とを有するジアセチレン化合物
をラングミアーブロジェット法にて累積し、薄膜を形成
する方法も多数報告されている。しかし、かかる方法に
よって得られる薄膜もドメイン構造を有するなどの欠点
があり結晶性は良好でない。
また、透明性基板上のポリジアセチレンキャスト膜を
ラビング処理して主鎖を配向させ、薄膜を形成する方法
がDie Makromolekulare Chemie:Rapid Communications,
5,77-81(1984)に報告されている。しかし、かかる方
法は、可溶性ポリジアセチレンに限定されること、非常
に薄い膜厚のみ可能で、膜厚に限界があることなどの欠
点を有し、結晶性も向上しない。
(3-3)発明の目的 本発明は、ポリジアセチレンの主鎖を特定方向に優先
的に配向化し得て、非線形光学デバイス等のエレクトロ
ニクス,オプトエレクトロニクス分野のデバイスに適す
るポリジアセチレン系分子配向性薄膜の製造方法を提供
することを目的とする。
(3-4)発明の概要 本発明者らは鋭意技術的検討を行った結果、基板上
に、ジアセチレンモノマー層を作製したのちシリコンク
ロス等によってラビング処理し次いで重合するプロセス
を一回以上実行することにより、ポリジアセチレン主鎖
を配向させることを特徴とするポリジアセチレン系分子
配向性薄膜の製造法を完成させたものである。
(3-5)発明の具体的説明 以下、ジアセチレンモノマー,分子配向性薄膜製造の
プロセス,配向性評価の方法について、順を追って述べ
る。
〔3-5-1 ジアセチレンモノマー〕 本発明に用いるジアセチレンモノマーは共役ジアセチ
レン結合を有する化合物の総称であって、その各種誘導
体を含む。
好ましいジアセチレンモノマーは、カルボン酸,スル
ホン酸などの酸類の残基及びこれらのエステル,アミ
ド,又は塩類の残基,あるいはアルコール類の残基及び
これらのカルボン酸,スルホン酸,スルフィン酸,イソ
シアン酸又はカルバミン酸等とのエステル類の残基,炭
化水素基,複素環化合物基,フェニル基を側鎖に有する
ジアセチレンモノマーである。例えば一般式が次のよう
に表されるジアセチレンモノマーを用いることができ
る。
CH3(CH2)m-1‐C≡C-C≡C-(CH2)nCOOH (m=n又はm≠n) RHNOCO(CH2)m‐C≡C-C≡C-(CH2)nOCONHR (m=n又はm≠n) RSO2O(CH2)m‐C≡C-C≡C-(CH2)nOSO2R (置換基Rは特に限定するものではない。m=n又はm
≠n) また、一般式R-C≡C-C≡C-RにおいてRが次式で表さ
れるジアセチレンモノマーを用いることができる。
より好ましくは、次式で表されるジアセチレンモノマ
ーを用いる。
CH3(CH2)m-1‐C≡C-C≡C-(CH2)nCOOH (m=n又はm≠n) 〔3-5-2 分子配向性薄膜の製造〕 本発明における分子配向性薄膜の製造は、前述のジア
セチレンモノマーを用い、通常次の5段階のプロセスに
より行なわれる。
(第1段階) 第1段階のプロセスは、基板上にジアセチレン層を作
製するものである。基板としては、ガラス,セラミック
ス,プラスチック,金属,単結晶等が用いられる。ガラ
スとしては、石英ガラス,高珪酸ガラス,硼珪酸ガラ
ス,ソーダガラス,バイコール,パイレックス等が用い
られる。セラミックスとしては、アルミナ,ステアタイ
ト,フォルステライト,ベリリア,スピネル等が用いら
れる。プラスチックとしては、ポリエチレン,エチレン
・酢酸ビニル共重合体,ポリプロピレン,ポリエチレン
テレフタレート,ポリテトラフロロエチレン,ポリ弗化
ビニリデン,ポリ弗化ビニル,弗化エチレン・弗化ビニ
リデン共重合体,ポリ塩化ビニル,ポリ塩化ビニリデ
ン,ポリアクリロニトリル,ポリスチレン,アセタール
樹脂,ポリカーボネート,ポリアミド,フェノール樹
脂,メラミン樹脂,スチレン・アクリロニトリル共重合
体,アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合
体,ポリフェニレンオキサイド,ポリスルホン等が用い
られる。
金属としては、銀,アルミニウム,金,ベリリウム,
コバルト,クロム,銅,鉄,イリジウム,マグネシウ
ム,モリブデン,ニッケル,鉛,パラジウム,白金,レ
ニウム,ロジウム,アンチモン,錫,タンタル,チタ
ン,タングステン,亜鉛,ジルコニウム等の純金属の
他、黄銅,青銅,モネル,アルミニウム合金,ステンレ
ス鋼,マグネシウム合金,エリンバー,インコネル等の
合金も用いられる。
単結晶基板としては、ダイヤモンド,グラファイト,
シリコン,ゲルマニウム,岩塩,塩化カリウム,弗化リ
チウム,ガリウム砒素,インジウム砒素,インジウムア
ンチモン,ガリウム燐等が用いられる。
基板上にジアセチレンモノマー層を作製する方法とし
ては、抵抗加熱真空蒸着法,ホットウォール法,レーザ
ー蒸着法,分子線蒸着法,イオン同時照射蒸着法,スパ
ッタリング法,イオンビーム蒸着法,イオンプレーティ
ング法,クラスタイオンビーム法等のドライプロセスに
よるものと、ジアセチレンモノマーの溶液,又は懸濁液
を用いたディップ法,スプレー法,スピンナー法,キャ
スト法等のウェットプロセスによるものが主に使用でき
る。
これらの方法により基板上に作製されるアセチレンモ
ノマー層の膜厚は、20Å以上5000Å以下,好ましくは50
Å以上3000Å以下である。
(第2段階) 第2段階のプロセスは第1段階のプロセスで作製され
たジアセチレンモノマー層にラビング処理を施すもので
ある。ラビング処理とは、布などにより、基板表面を一
方向に摩擦することである。ラビングする布としては、
シリコン繊維,テフロン繊維,木綿糸等で作製されたも
のを使用できるが、好ましくはシリコン繊維製の布(シ
リコンクロス)であり、かかる布を用いて、基板表面を
一方向のみに、特に、一方にのみ摩擦するのがよい。
なお、ラビング処理は、これに先立つジアセチレンモ
ノマー層の作製に前記のウェットプロセスを用いた場合
には、通常、溶媒等の液体が揮散した後に行なう。
(第3段階) 第3段階のプロセスは、第2段階のプロセスで得られ
たラビング処理済のジアセチレンモノマー薄膜を重合、
殊に、固相重合するものである。重合法としては、紫外
線、X線、γ線等の照射、及び加熱、加圧であり、好ま
しくは、紫外線、X線、γ線等の照射である。
本発明においては、ポリジアセチレン系分子配向性薄
膜は、叙上の第1乃至第3段階のプロセスによって製造
することもできるが、通常は、更に次の第4乃至第5段
階のプロセスを追行することによって、積層された薄膜
として製造するのがよい。
(第4段階) 第4段階のプロセスは、以上の第1乃至第3段階のプ
ロセスで得られたポリジアセチレン薄膜の上に、さらに
ジアセチレンモノマーを積層するものである。積層化
は、第1段階で既に述べたプロセスのうち、特に、ドラ
イプロセスを用いるのが好適である。即ち、本発明にお
いて、ポリジアセチレン薄膜の上に、さらにポリジアセ
チレン層を形成するためには、ジアセチレンモノマー
を、該薄膜の上に、前記ドライプロセス、特に、蒸着法
によって行うのが好ましい。この時に使用するジアセチ
レンモノマーは、第1段階で使用したジアセチレンモノ
マーに限らない。この段階での膜厚は20Å以上50μm以
下、好ましくは100Å以上5μm以下である。
(第5段階) 第5段階のプロセスは、第4段階のプロセスで積層し
たジアセチレンモノマーを、前記第2段階と同様のラビ
ング処理を施したのちに重合させるものである。
この第5段階におけるラビング処理においては、基板
上にジアセチレンモノマー層を作製した後に摩擦した方
向と同一の方向に、また、殊に同一の向きに、摩擦する
とよい。また、重合法は第3段階で用いた方法と同様で
ある。
以上、本発明における5段階の各プロセスについて述
べたが、本発明は、第1、2、3段階のプロセスを実行
し、通常は、さらに第4、5段階のプロセスを1回以上
実行することによりポリジアセチレン系分子配向性薄膜
を得るものである。
なお、第5段階のプロセスを1回以上実行して重合を
行う場合に、少くとも1回のラビング処理、殊に、最終
のラビング処理を敢えて行なわないものとすることがで
きる。このときには、一般に、積層された当該ポリジア
セチレン層は厚く形成される。
本発明によるポリジアセチレン系分子配向性薄膜の製
造は、叙上のプロセスの実行によって満足されるもので
ある。
最終的な膜厚は50Å以上800μm以下、好ましくは100
Å以上500μm以下である。
本発明においては、ジアセチレンモノマー層をラビン
グ処理したのちに重合を行なわしめ、好ましくは、さら
に該重合によるポリジアセチレン薄膜上に再びポリジア
セチレン層を作製せしめる。
本発明においては、ラビング処理を施したことからポ
リジアセチレン自身が配向する。また、さらに重ねてジ
アセチレンモノマーを蒸着させたときは、該ポリジアセ
チレン自身が配向剤としての役割を果して、蒸着された
ジアセチレンモノマーがエピタキシャル的に成長し、重
合することにより主鎖が特定方向に配向し、かつ、結晶
性が高い薄膜が得られる。また、本発明によると容易に
数十cm2以上の面積で、配向性,結晶性ともに高い薄膜
が得られる。この時、ポリジアセチレンの主鎖は、薄膜
全体にわたり、ラビング方向と垂直方向に均一に配向
し、ドメイン構造をとらない。さらに、本発明は、配向
性,結晶性を保持しつつ積層することにより膜厚を制御
することができる。
なお、本発明によるポリジアセチレン系分子配向性薄
膜には、未重合ジアセチレンモノマー,或いは光増感
剤,色素等をドーパントとして含有させることも可能で
ある。
〔3-5-3 配向性評価〕 本発明における分子配向性薄膜の配向性評価は以下に
述べる二色性定数により評価する。
二色性定数Rdは、τaを吸収軸透過率,τtを透過軸透
過率として次式により定義する。
Rd=log(1/τa)/log(1/τt) 即ち、吸収軸と透過軸における光学密度の比をとる。
ただし、吸収軸とはポリジアセチレン主鎖の配向した方
向であり、ラビング方向に対して垂直であり、基板に平
行である。透過軸とは、吸収軸と垂直の方向,即ち、ラ
ビング方向と一致し、基板に平行である。
測定は、直線偏光を薄膜に垂直入射して行う。偏光方
向を吸収軸に一致させ吸収軸透過率τaを得、透過軸に
一致させ透過軸透過率τtを得る。
本発明におけるポリジアセチレン系分子配向性薄膜で
は、その可視光領域吸収スペクトルにおいて、特徴的な
吸収ピークが2つ存在する。即ち、アセチレン型と呼ば
れる青色のポリジアセチレンに関しては1.9eV付近及び
2.1eV付近に存在するもので、それぞれポリジアセチレ
ン主鎖のπ‐π*励起子およびそのフォノンサイドバン
ドに由来する。
ブタトリエン型と呼ばれる赤色のポリジアセチレンに
関しては、2.3eV付近及び2.5eV付近に存在するもので、
アセチレン型と同様、それぞれ、ポリジアセチレン主鎖
のπ‐π*励起子及びそのフォノンサイドバンドに由来
する。
本発明では、π‐π*励起子に由来するアセチレン型
に関しては1.9eV付近,ブタトリエン型に関しては2.3eV
付近の吸収ピーク位置での吸収軸透過率τa,透過軸透
過率τtを用い、二色性定数Rdを求め、配向性の評価を
行う。
本発明におけるポリジアセチレン系分子配向性薄膜で
は、二色性定数は2以上である。
〔3-6〕実施例 ジアセチレンモノマー(以下(12,8)と略す。)とし
て次式で表されるものを用いた。
R1‐C≡C-C≡C-R2 ただしR1=CH3(CH2)11 R2=(CH2)8COOH (12,8)モノマーを洗浄したガラス基板上に真空蒸着
法にて蒸着し、厚さ600Åのジアセチレンモノマー層を
作製した。シリコンクロスを用いて、得られたモノマー
薄膜層の表面を、一方向に、かつ一方に繰り返し摩擦す
ることによってラビング処理を行った後、超高圧水銀灯
(200W)から発生する紫外線を照射し、固相重合させ
(12,8)のポリマー薄膜を得た。
その上に(12,8)モノマーを真空蒸着法により5000Å
積層した。再び超高圧水銀灯から発生する紫外線にて固
相重合させ(12,8)ポリマーの薄膜を得た。薄膜は40cm
2であり、膜厚は5400Åであった。
第1図に(12,8)ポリマー薄膜の直線偏光を用いた吸
収スペクトルを示す。図中の は直線偏光方向を表し、 はラビング方向を表す。従って、 はラビング方向に平行な直線偏光を薄膜に垂直に入射す
ることを意味し、 はラビング方向に垂直な直線偏光を薄膜に垂直に入射す
ることを意味する。
この図より、(12,8)ポリマー主鎖の配向方向はラビ
ング方向と垂直方向になることが判明した。また、この
偏光特性には薄膜内の位置依存性が見られないことか
ら、薄膜全体にわたり、同一方向に主鎖が配向している
ことが判明した。1.9eV及び2.1eV付近の吸収(A,A′)
は、(12,8)ポリマー主鎖のπ‐π*励起子及びそのフ
ォノンサイドバンドに由来するものであるが、特に吸収
ピークの幅が狭く、ピークの分離もよく結晶性が高いこ
とが判明した。さらに、π‐π*励起子に由来する1.9eV
付近の吸収ピーク位置における二色性定数は2.1である
ことが判明した。
【図面の簡単な説明】
図1は実施例で得られた吸収スペクトル図を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に、ジアセチレンモノマー層を作製
    したのちシリコンクロス等によってラビング処理し次い
    で重合するプロセスを一回以上実行することにより、ポ
    リジアセチレン主鎖を配向させることを特徴とするポリ
    ジアセチレン系分子配向性薄膜の製造方法。
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JP2008235435A (ja) * 2007-03-19 2008-10-02 Ricoh Co Ltd π共役ポリマーの一軸配向膜の製造方法
KR101641665B1 (ko) * 2013-01-18 2016-07-21 한양대학교 산학협력단 수변색 폴리다이아세틸렌 복합체 조성물, 이를 이용한 수변색 박막필름 및 이의 용도

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