JPH10121042A - 封入シリカ微粒子 - Google Patents
封入シリカ微粒子Info
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- JPH10121042A JPH10121042A JP9269736A JP26973697A JPH10121042A JP H10121042 A JPH10121042 A JP H10121042A JP 9269736 A JP9269736 A JP 9269736A JP 26973697 A JP26973697 A JP 26973697A JP H10121042 A JPH10121042 A JP H10121042A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 コーティング・マトリックスに発光シリカ微
粒子を封入することである。 【解決手段】 硬化性シリコーンを使用して、三次元の
ウェブ状構造を有する多孔質発光シリカ微粒子を封入す
る。その封入はシリカ微粒子を保護し、それらの発光作
用を保存し、被膜として使用できる。その組成物を使用
して、ガラスやシリコン・ウェーハのような基板上にキ
ャストし、それを硬化することによって製品を調製す
る。微粒子をデポジットする前に基板上にマスクを使用
し、シリコーン・マトリックスを硬化することによって
特別な作用効果を得ることができる。
粒子を封入することである。 【解決手段】 硬化性シリコーンを使用して、三次元の
ウェブ状構造を有する多孔質発光シリカ微粒子を封入す
る。その封入はシリカ微粒子を保護し、それらの発光作
用を保存し、被膜として使用できる。その組成物を使用
して、ガラスやシリコン・ウェーハのような基板上にキ
ャストし、それを硬化することによって製品を調製す
る。微粒子をデポジットする前に基板上にマスクを使用
し、シリコーン・マトリックスを硬化することによって
特別な作用効果を得ることができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は被覆マトリックスに発光
(ホトルミネセンス)シリカ微粒子を封入することに関
する。
(ホトルミネセンス)シリカ微粒子を封入することに関
する。
【0002】
【従来の技術】米国特許第5,580,655号に、三
次元ウェブ状微粒子の形態構造を有する新しい形態のシ
リカが記載されている。その材料は、紫外光で励起され
た時に強い可視発光を示す低密度粉末として製造され
る。
次元ウェブ状微粒子の形態構造を有する新しい形態のシ
リカが記載されている。その材料は、紫外光で励起され
た時に強い可視発光を示す低密度粉末として製造され
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発光作
用の有用な用途に対して、シリカ微粒子の粉末形態が都
合がよくない。この問題を解決するために、我々は、こ
れらのシリカ微粒子が硬化性シリコーン組成物に封入で
きること、そしてシリカ微粒子構造物の発光特性を失う
ことなく、その混合物を基板(即ち、ガラスやシリコン
ウェーハ)上の被膜としてキャストできることを示し
た。かかる被膜は、軟質X−線を可視光に転化させる光
増幅器、又はビーム位置決め用UV光線の検出器に有用
である。
用の有用な用途に対して、シリカ微粒子の粉末形態が都
合がよくない。この問題を解決するために、我々は、こ
れらのシリカ微粒子が硬化性シリコーン組成物に封入で
きること、そしてシリカ微粒子構造物の発光特性を失う
ことなく、その混合物を基板(即ち、ガラスやシリコン
ウェーハ)上の被膜としてキャストできることを示し
た。かかる被膜は、軟質X−線を可視光に転化させる光
増幅器、又はビーム位置決め用UV光線の検出器に有用
である。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、ホトルミネセ
ンス特性を失うことなくシリカ微小粒子の凝集構造体を
封入する硬化性シリコーン組成物に関する。それらのシ
リカ微粒子(ナノパ−ティクル)は5〜50ナノメータ
(nm)の直径を有し、凝集構造物は300〜460m
2 /g(ブルナウアー‐エメット‐テーラー窒素吸着
法、即ちBET法)以上の表面積を有し、そのホトルミ
ネセンスの発光スペクトルは380〜540nmの間に
ピークを示す。
ンス特性を失うことなくシリカ微小粒子の凝集構造体を
封入する硬化性シリコーン組成物に関する。それらのシ
リカ微粒子(ナノパ−ティクル)は5〜50ナノメータ
(nm)の直径を有し、凝集構造物は300〜460m
2 /g(ブルナウアー‐エメット‐テーラー窒素吸着
法、即ちBET法)以上の表面積を有し、そのホトルミ
ネセンスの発光スペクトルは380〜540nmの間に
ピークを示す。
【0005】また、本発明は、ガラスやシリコン・ウェ
ーハのような基板上にキャストして硬化させた上記組成
物である製品に関する。そのガラス基板およびシリコン
・ウェ−ハは、微粒子及び硬化性シリコーンをデポジッ
トさせる前にマスクすることもできる。さらに、その組
成物は鋳型にキャストし、硬化して取り出すこともでき
る。
ーハのような基板上にキャストして硬化させた上記組成
物である製品に関する。そのガラス基板およびシリコン
・ウェ−ハは、微粒子及び硬化性シリコーンをデポジッ
トさせる前にマスクすることもできる。さらに、その組
成物は鋳型にキャストし、硬化して取り出すこともでき
る。
【0006】本発明のこれら及び他の特徴並びに目的は
詳細な説明から明白となるであろう。
詳細な説明から明白となるであろう。
【0007】
【実施例】図1は、被封入シリカ微粒子構造体の合成に
使用する上向熱拡散霧箱の機能を示す略図である。
使用する上向熱拡散霧箱の機能を示す略図である。
【0008】硬化性シリコーン組成物は本発明によりシ
リカ微粒子の封入に使用される。そのシリコーン組成物
の一例は、(A)1分子当たり少なくとも2個のSi−
結合基(2〜8の炭素原子またはヒドロキシル基を含有
するオレフィン炭化水素基)を含有する線状オルガノポ
リシロキサン成分;(B)1分子当たり少なくとも2個
のSi−結合水素原子を含有する線状オルガノポリシロ
キサン成分;(C)室温でSi−結合オレフィン炭化水
素基及び/又はヒドロキシル基及びSi−結合水素原間
の反応を促進させるのに十分な量の白金含有触媒;及び
任意に、(D)室温での反応を抑制するのに十分である
が高温での反応を防止するのに不充分な量の炭化水素オ
キシアルキルマレエートを混合することによって生成す
る熱硬化性液体シリコーン組成物である。かかるシリコ
ーン組成物米国特許第4,562,096号に記載され
ている。
リカ微粒子の封入に使用される。そのシリコーン組成物
の一例は、(A)1分子当たり少なくとも2個のSi−
結合基(2〜8の炭素原子またはヒドロキシル基を含有
するオレフィン炭化水素基)を含有する線状オルガノポ
リシロキサン成分;(B)1分子当たり少なくとも2個
のSi−結合水素原子を含有する線状オルガノポリシロ
キサン成分;(C)室温でSi−結合オレフィン炭化水
素基及び/又はヒドロキシル基及びSi−結合水素原間
の反応を促進させるのに十分な量の白金含有触媒;及び
任意に、(D)室温での反応を抑制するのに十分である
が高温での反応を防止するのに不充分な量の炭化水素オ
キシアルキルマレエートを混合することによって生成す
る熱硬化性液体シリコーン組成物である。かかるシリコ
ーン組成物米国特許第4,562,096号に記載され
ている。
【0009】本発明によりシリカ微粒子の封入に使用で
きる硬化性シリコーン組成物の別の例は、熱硬化性シリ
コーン組成物である。CH3SiO3/2単位、(CH
3)2SiO2/2単位、C6H5SiO3/2単位、
及び(C6H5)2SiO2 /2単位が25:19:3
7:19のモル比から成り、0.5〜3.0重量%のヒ
ドロキシル含量を有するヒドロキシル官能オルガノシロ
キサン樹脂共重合体の溶媒溶液が最適である。
きる硬化性シリコーン組成物の別の例は、熱硬化性シリ
コーン組成物である。CH3SiO3/2単位、(CH
3)2SiO2/2単位、C6H5SiO3/2単位、
及び(C6H5)2SiO2 /2単位が25:19:3
7:19のモル比から成り、0.5〜3.0重量%のヒ
ドロキシル含量を有するヒドロキシル官能オルガノシロ
キサン樹脂共重合体の溶媒溶液が最適である。
【0010】使用できる特定の熱硬化性シリコーン樹脂
の一つは、CH3SiO3/2単位、(CH3)2Si
O2/2単位、C6H5SiO3/2単位、及び(C6
H5)2SiO2/2単位が25:19:37:19の
モル比から成り、0.5重量%のヒドロキシル含量を有
するヒドロキシル官能オルガノシロキサン樹脂共重合体
の50重量%固体分を含有するキシレン:トルエンが
1:1の溶液である。
の一つは、CH3SiO3/2単位、(CH3)2Si
O2/2単位、C6H5SiO3/2単位、及び(C6
H5)2SiO2/2単位が25:19:37:19の
モル比から成り、0.5重量%のヒドロキシル含量を有
するヒドロキシル官能オルガノシロキサン樹脂共重合体
の50重量%固体分を含有するキシレン:トルエンが
1:1の溶液である。
【0011】使用できる別の特定の熱硬化性シリコーン
樹脂は、CH3SiO3/2単位、(CH3)2SiO
2/2単位、C6H5SiO3/2単位、及び(C6H
5)2SiO2/2単位が5:19:37:19のモル
比から成り、3.0重量%のヒドロキシル含量を有する
ヒドロキシル官能オルガノシロキサン樹脂共重合体の6
0重量%固体分を含有するトルエン溶液である。
樹脂は、CH3SiO3/2単位、(CH3)2SiO
2/2単位、C6H5SiO3/2単位、及び(C6H
5)2SiO2/2単位が5:19:37:19のモル
比から成り、3.0重量%のヒドロキシル含量を有する
ヒドロキシル官能オルガノシロキサン樹脂共重合体の6
0重量%固体分を含有するトルエン溶液である。
【0012】使用できる第3の特定の熱硬化性シリコー
ン樹脂は、(CH3)2SiO2/ 2単位、C6H5S
iO3/2単位、及び(C6H5)2SiO2/2単
位、CH3SiO3/2単位、(CH3)2SiO
2/2単位、C6H5SiO3/2単位、及び(C6H
5)2SiO2/2単位のモル比が25:19:37:
19のヒドロキシル含量を有するヒドロキシル官能オル
ガノシロキサン樹脂共重合体の50重量%固体分を含有
するキシレン溶液である。
ン樹脂は、(CH3)2SiO2/ 2単位、C6H5S
iO3/2単位、及び(C6H5)2SiO2/2単
位、CH3SiO3/2単位、(CH3)2SiO
2/2単位、C6H5SiO3/2単位、及び(C6H
5)2SiO2/2単位のモル比が25:19:37:
19のヒドロキシル含量を有するヒドロキシル官能オル
ガノシロキサン樹脂共重合体の50重量%固体分を含有
するキシレン溶液である。
【0013】使用できる他の熱硬化性シリコーン樹脂
は、SiO4/2単位、1以上のR3SiO1/2単
位、R2SiO2/2単位、及びRSiO3/2単位を
樹脂共重合体の数平均分子量が1、200〜10,00
0ダルトンであるようなモル比で含有するオルガノシロ
キサン樹脂共重合体である。Rは炭素原子数が1〜6の
アルキル基;フェニル、トリル、およびキシリルのよう
なアリール基;ビニルおよびアリルのようなアルケニル
基;又はトリフルオロプロピル基にすることができる。
は、SiO4/2単位、1以上のR3SiO1/2単
位、R2SiO2/2単位、及びRSiO3/2単位を
樹脂共重合体の数平均分子量が1、200〜10,00
0ダルトンであるようなモル比で含有するオルガノシロ
キサン樹脂共重合体である。Rは炭素原子数が1〜6の
アルキル基;フェニル、トリル、およびキシリルのよう
なアリール基;ビニルおよびアリルのようなアルケニル
基;又はトリフルオロプロピル基にすることができる。
【0014】次は、使用できるかかる共重合体の3つの
特定例である。
特定例である。
【0015】1.トリオルガノシロキシ単位R3SiO
1/2とSiO4/2単位のモル比が0.7の有機溶媒
可溶性(即ち、ベンゼンが望ましい)樹脂共重合体。R
は上記の意味を有する。この樹脂は、ケイ酸塩基準液を
使用してゲル浸透クロマトグラフィーに基づく数平均分
子量が5,000ダルトンである。トリオルガノシロキ
シ単位は、トリメチルシロキシ単位およびジメチルビニ
ルシロキシ単位であり、その樹脂は1.4〜2.2重量
%のSi−結合ビニル基を含む。
1/2とSiO4/2単位のモル比が0.7の有機溶媒
可溶性(即ち、ベンゼンが望ましい)樹脂共重合体。R
は上記の意味を有する。この樹脂は、ケイ酸塩基準液を
使用してゲル浸透クロマトグラフィーに基づく数平均分
子量が5,000ダルトンである。トリオルガノシロキ
シ単位は、トリメチルシロキシ単位およびジメチルビニ
ルシロキシ単位であり、その樹脂は1.4〜2.2重量
%のSi−結合ビニル基を含む。
【0016】2.(i)R3SiO1/2単位およびS
iO4/2単位を有するシラノール含有樹脂質共重合体
シロキサンと;式RmHnSiO(4−m−n)/2を
有する有機水素ポリシロキサン(mおよびnは正の整数
で4以下の和を有し、望ましくは1.9〜2.1);お
よび有機溶液の酸性均質混合体を生成し、(ii)その
混合体を加熱して実質的に全ての有機溶媒を除去するこ
とによって調製した樹脂質共重合体。Rは上記定義の意
味を有する、Rはベータフェニルエチル及びベ−タフェ
ニルプロピルのようなアリールアルキル基;又はシクロ
ペンチル、シクロヘキシル及びシクロヘキセニルのよう
な脂環式基にすることもできる。
iO4/2単位を有するシラノール含有樹脂質共重合体
シロキサンと;式RmHnSiO(4−m−n)/2を
有する有機水素ポリシロキサン(mおよびnは正の整数
で4以下の和を有し、望ましくは1.9〜2.1);お
よび有機溶液の酸性均質混合体を生成し、(ii)その
混合体を加熱して実質的に全ての有機溶媒を除去するこ
とによって調製した樹脂質共重合体。Rは上記定義の意
味を有する、Rはベータフェニルエチル及びベ−タフェ
ニルプロピルのようなアリールアルキル基;又はシクロ
ペンチル、シクロヘキシル及びシクロヘキセニルのよう
な脂環式基にすることもできる。
【0017】3.R3SiO1/2単位およびSiO
4/2単位を数平均分子量が1,200〜10,00ダ
ルトンであるようなモル比で含有するシロキサン樹脂共
重合体。そのモル比は0.7:1.0そして数平均分子
量は5、000が望ましい。Rは前に定義されている。
その樹脂は2.5重量%のケイ素に結合したOH基を含
有する。樹脂はR2SiO2/2単位及びRSiO
3/2単位を含有することもできる。
4/2単位を数平均分子量が1,200〜10,00ダ
ルトンであるようなモル比で含有するシロキサン樹脂共
重合体。そのモル比は0.7:1.0そして数平均分子
量は5、000が望ましい。Rは前に定義されている。
その樹脂は2.5重量%のケイ素に結合したOH基を含
有する。樹脂はR2SiO2/2単位及びRSiO
3/2単位を含有することもできる。
【0018】かかる熱硬化性シリコーン樹脂は多数の特
許、例えば、米国特許第2,504,388号;2,6
76,182号;2,706,190号;3,079,
281号;及び4,322,518号に詳細に記載され
ている。
許、例えば、米国特許第2,504,388号;2,6
76,182号;2,706,190号;3,079,
281号;及び4,322,518号に詳細に記載され
ている。
【0019】本発明によりシリカ微粒子の封入に使用で
きる硬化性シリコーン組成物の別の例は、熱硬化性シリ
コーンゴムである。かかる組成物は典型的に硬化剤の存
在下で加熱した時に硬化、即ち架橋するシリコーンゴム
から成る。硬化剤は、例えば、米国特許第3,344,
104号に記載されているような過酸化ベンゾイルや過
酸化2,4−ジクロロヘンゾイルのような有機過酸化
物;硫黄;又は尿素、シアノグアニジン、アルデヒド及
びケトンのような種々の有機化合物にすることができ
る。一般に、シリコーンゴムは、架橋によって高粘性状
態から高弾性状態に転化される高分子量線状ポリジオル
ガノシロキサンである。かかる熱硬化性シリコーンゴム
組成物は技術的に周知であって米国特許第3,344,
104号を含む種々の特許並びにシリコーン化学の標準
教科書(標題:Chemistryand Techn
ology of Silicones. Walte
rNoll,Academic Press,In
c.,New York,(1968),Pages
386−395)に記載されている。
きる硬化性シリコーン組成物の別の例は、熱硬化性シリ
コーンゴムである。かかる組成物は典型的に硬化剤の存
在下で加熱した時に硬化、即ち架橋するシリコーンゴム
から成る。硬化剤は、例えば、米国特許第3,344,
104号に記載されているような過酸化ベンゾイルや過
酸化2,4−ジクロロヘンゾイルのような有機過酸化
物;硫黄;又は尿素、シアノグアニジン、アルデヒド及
びケトンのような種々の有機化合物にすることができ
る。一般に、シリコーンゴムは、架橋によって高粘性状
態から高弾性状態に転化される高分子量線状ポリジオル
ガノシロキサンである。かかる熱硬化性シリコーンゴム
組成物は技術的に周知であって米国特許第3,344,
104号を含む種々の特許並びにシリコーン化学の標準
教科書(標題:Chemistryand Techn
ology of Silicones. Walte
rNoll,Academic Press,In
c.,New York,(1968),Pages
386−395)に記載されている。
【0020】本発明によりシリカ微粒子の封入に使用で
きる硬化性シリコーン組成物の別の例は、室温熱硬化性
シリコーンエラストマーである。かかる組成物は典型的
にポリオルガノシロキサン、充てん剤、架橋剤及び硬化
用触媒を含有する。その組成物は水分にさらすことによ
って硬化する。そして練歯磨の粘性を有する。それはチ
キソトロピーで非垂れ性であって、硬化されるまでその
場所にとどまる。
きる硬化性シリコーン組成物の別の例は、室温熱硬化性
シリコーンエラストマーである。かかる組成物は典型的
にポリオルガノシロキサン、充てん剤、架橋剤及び硬化
用触媒を含有する。その組成物は水分にさらすことによ
って硬化する。そして練歯磨の粘性を有する。それはチ
キソトロピーで非垂れ性であって、硬化されるまでその
場所にとどまる。
【0021】シリコーンエラストマーは、所定の重量及
び体積比の種々の配合剤を混合することによって作られ
る。室温熱硬化性シリコーンエラストマー(RTV)用
のポリジオルガノシロキサンはシラノール又は他の適当
な加水分解性基で末端封鎖されている。これらのポリジ
オルガノシロキサンは、典型的に25℃で測定して1,
000cSt(10−3m2/s)以上、望ましくは
1,000〜100,000cSt(0.1m2/s)
の動粘性を有する。
び体積比の種々の配合剤を混合することによって作られ
る。室温熱硬化性シリコーンエラストマー(RTV)用
のポリジオルガノシロキサンはシラノール又は他の適当
な加水分解性基で末端封鎖されている。これらのポリジ
オルガノシロキサンは、典型的に25℃で測定して1,
000cSt(10−3m2/s)以上、望ましくは
1,000〜100,000cSt(0.1m2/s)
の動粘性を有する。
【0022】本発明に有用な充てん剤は小粒子のシリ
カ、即ちヒュームドシリカ及び一官能価のM単位R3S
iO1/2及び四官能価のQ単位SiO4/2を含有す
るシリコーン樹脂である。
カ、即ちヒュームドシリカ及び一官能価のM単位R3S
iO1/2及び四官能価のQ単位SiO4/2を含有す
るシリコーン樹脂である。
【0023】架橋剤は一般にシラン又はシランの部分加
水分解生成物である。これらのシランはアセトキシシラ
ン、アルコキシシラン、ケトキシモシラン、アミノシラ
ン及びアミドシランを含む。架橋用シランは1分子当た
り3〜4個の加水分解性基を有するが、部分加水分解生
成物は3個以上の加水分解性基を有する。
水分解生成物である。これらのシランはアセトキシシラ
ン、アルコキシシラン、ケトキシモシラン、アミノシラ
ン及びアミドシランを含む。架橋用シランは1分子当た
り3〜4個の加水分解性基を有するが、部分加水分解生
成物は3個以上の加水分解性基を有する。
【0024】架橋剤の外に、組成物は連鎖延長剤を含む
ことができる、それはシランであるが1分子当たり2個
だけの加水分解性基を有する。ポリジオルガノシロキサ
ン末端の加水分解性基はしばしばシラン架橋剤の基と同
一であるが、同一混合体に異なる種類の加水分解性基の
混合体が存在できる。
ことができる、それはシランであるが1分子当たり2個
だけの加水分解性基を有する。ポリジオルガノシロキサ
ン末端の加水分解性基はしばしばシラン架橋剤の基と同
一であるが、同一混合体に異なる種類の加水分解性基の
混合体が存在できる。
【0025】混合物を硬化する触媒は架橋剤の種類に左
右され、金属カルボキシレート、アルキルオルトチタネ
ート、チタネート・キレート、ジルコニウムアルコキシ
ド及びキレートのような化合物を含む。
右され、金属カルボキシレート、アルキルオルトチタネ
ート、チタネート・キレート、ジルコニウムアルコキシ
ド及びキレートのような化合物を含む。
【0026】かかる室温熱硬化性シリコーンエラストマ
ー組成物は技術的に周知であって、米国特許第2,83
3,742号;2,843,555号;2,902,4
67号;2,934,519号及び2,999,077
号を含む多数の特許、並びにシリコーン化学の標準教科
書(標題:Chemistry and Techno
logy of Silicones, Walter
Noll,Academic Press,In
c.,New York,(1968),Pages
386−395)に記載されている。
ー組成物は技術的に周知であって、米国特許第2,83
3,742号;2,843,555号;2,902,4
67号;2,934,519号及び2,999,077
号を含む多数の特許、並びにシリコーン化学の標準教科
書(標題:Chemistry and Techno
logy of Silicones, Walter
Noll,Academic Press,In
c.,New York,(1968),Pages
386−395)に記載されている。
【0027】シリカ微粒子は酸素含有雰囲気で元素ケイ
素ターゲットのレーザ融蝕によって得られる。その形態
は、高表面積で開口三次元網状構造に凝集した粒径が1
0〜20nmの凝集微粒子からなる。
素ターゲットのレーザ融蝕によって得られる。その形態
は、高表面積で開口三次元網状構造に凝集した粒径が1
0〜20nmの凝集微粒子からなる。
【0028】それらのシリカ微粒子は、紫外線照射で青
いホトルミネセンスを示す。それらの微粒子は表面積が
380〜460m2/gで粒径が10〜20nm、そし
て422nm(2.94eV)と467nm(2.65
eV)にピークを示す発光スペクトルを有する。
いホトルミネセンスを示す。それらの微粒子は表面積が
380〜460m2/gで粒径が10〜20nm、そし
て422nm(2.94eV)と467nm(2.65
eV)にピークを示す発光スペクトルを有する。
【0029】発光ウェブ状微粒子シリカは、改良した上
向き熱拡散霧箱内で元素ケイ素のレーザ気化と気相から
の凝集を組合わせることによって得られる。ケイ素蒸気
は、不活性キャリヤーガスと酸素のような反応体ガスの
共存下で元素ケイ素ターゲットのパルス・レーザ気化に
よって発生される。シリカ微粒子はその霧箱内の冷板上
に析出する。
向き熱拡散霧箱内で元素ケイ素のレーザ気化と気相から
の凝集を組合わせることによって得られる。ケイ素蒸気
は、不活性キャリヤーガスと酸素のような反応体ガスの
共存下で元素ケイ素ターゲットのパルス・レーザ気化に
よって発生される。シリカ微粒子はその霧箱内の冷板上
に析出する。
【0030】ウェブ状シリカ微粒子は、この方法に従っ
て室の下部に元素ケイ素を配置し、酸素含有不活性ガス
の共存下でそのケイ素をパルスレーザにかけることによ
って製造する。パルスレーザ融蝕の結果、その室内にケ
イ素蒸気が発生する。ケイ素原子とクラスターは室に存
在する酸素と反応して気相酸化ケイ素分子を生成する。
気相酸化ケイ素分子とクラスターはキャリヤーガスで冷
却されて、室の上部の冷板上に凝縮するケイ素微粒子を
形成する。
て室の下部に元素ケイ素を配置し、酸素含有不活性ガス
の共存下でそのケイ素をパルスレーザにかけることによ
って製造する。パルスレーザ融蝕の結果、その室内にケ
イ素蒸気が発生する。ケイ素原子とクラスターは室に存
在する酸素と反応して気相酸化ケイ素分子を生成する。
気相酸化ケイ素分子とクラスターはキャリヤーガスで冷
却されて、室の上部の冷板上に凝縮するケイ素微粒子を
形成する。
【0031】これら微粒子の表面積は、その合成に用い
る実験パラメータ−に依存する。BET法によって38
0〜460m2/gの値が測定された。比表面積を決定
するこの標準法は多くの教科書(例えば、Journa
l of the American Chemica
l Society,Volume 60,Page3
09,(1938)に記載されている。商的ヒュームド
シリカの最大表面積は僅かに300m2/g(BET
法)値と公称粒径7nmを有する。
る実験パラメータ−に依存する。BET法によって38
0〜460m2/gの値が測定された。比表面積を決定
するこの標準法は多くの教科書(例えば、Journa
l of the American Chemica
l Society,Volume 60,Page3
09,(1938)に記載されている。商的ヒュームド
シリカの最大表面積は僅かに300m2/g(BET
法)値と公称粒径7nmを有する。
【0032】次の実施例はこの発光シリカ微粒子製造法
を説明する。
を説明する。
【0033】実施例1 シリカ微粒子の製造 シリカ微粒子の製造は上向き熱拡散霧箱を使用する。そ
の霧箱の操作原理、その設計及び構造は、文献(The
Journal of ChemicalPhysi
cs,Vol.52,No.9,May 1,197
0,p.4733−4748)に詳細に記載されてい
る。
の霧箱の操作原理、その設計及び構造は、文献(The
Journal of ChemicalPhysi
cs,Vol.52,No.9,May 1,197
0,p.4733−4748)に詳細に記載されてい
る。
【0034】その標準霧箱を改良してシリカ微粒子の合
成に適応させた、我々の改良霧箱を図1に示す。図1に
示すように、円形ガラスリングによって分離される2枚
の水平円形ステンレス鋼板によって真空室が形成され
る。ケイ素棒(図1参照)がタ−ゲットであって、それ
は下板近くに取り付ける。真空室は純粋なヘリウムやア
ルゴンのような不活性キャリヤーガスを充てんする。不
活性キャリヤーガスは反応体ガスとして既知濃度の酸素
を含有するが、窒化物生成用のN2又はNH3及び炭化
物生成用のCH4又はC2H4のような他の反応体ガス
も使用できる。
成に適応させた、我々の改良霧箱を図1に示す。図1に
示すように、円形ガラスリングによって分離される2枚
の水平円形ステンレス鋼板によって真空室が形成され
る。ケイ素棒(図1参照)がタ−ゲットであって、それ
は下板近くに取り付ける。真空室は純粋なヘリウムやア
ルゴンのような不活性キャリヤーガスを充てんする。不
活性キャリヤーガスは反応体ガスとして既知濃度の酸素
を含有するが、窒化物生成用のN2又はNH3及び炭化
物生成用のCH4又はC2H4のような他の反応体ガス
も使用できる。
【0035】ケイ素ターゲット及び下板は冷板より高い
温度に維持する。冷板は、冷却液入口及び出口管路を介
して液体窒素を循環させることによって−80℃以下に
冷却する。下板と冷板間の温度勾配が、高圧条件(即
ち、1×103トール(133kPa))下でアルゴン
及びクリプトンを添加することによって促進される定常
対流を提供する。ケイ素蒸気は、イットリウム・ガーネ
ット−ネオジウム)Nd:YAG)レーザ)(15−3
0mJ/パルス)の第二調波を使用するパルス・レーザ
で発生される。ミラーはNd:YAGレーザをターゲッ
トのシリコン棒に反射させるために使用する。レーザの
気化によって1014ケイ素原子/パルス(2×18
−8)以上が放出される。ケイ素原子及びクラスターは
酸素と反応して気相の酸化ケイ素分子とクラスターを生
成する。クラスターは不活性キャリヤーガスと衝突し、
衝突のエネルギー損失によって冷却をもたらす。800
トール(106.4kpa)の全圧下でケイ素と酸化物
のクラスターは、気化ターゲットの数百ミクロン以内で
環境ガスの熱エネルギーに近づく。未反応ケイ素クラス
ター及び低揮発性酸化ケイ素は対流によって真空室の上
冷板の近くの核形成ゾーンに運ばれ、そこでシリカ微粒
子を形成する。ニクロム加熱線(即ち60%ニッケル、
24%鉄、16%クロム及び0.1%炭素を含有する合
金)ガラスリングの回りに巻いて、水の凝縮を防止し冷
板と下板間の一定温度勾配を保つのに十分な熱を供給す
る。粒子は核形成ゾーンに形成して、10Hzで2−6
時間の間に冷板上に凝縮する。次に真空室を室温にし
て、それらの粒子を環境雰囲気下で収集する。典型的
に、冷板上以外の真空室には粒子は見られない。ガラス
スライド及び金属ウェーハを冷板に取り付けて、走査電
子顕微鏡写真(SEM)、透過電子顕微鏡写真(TE
M)、フーリエ変換赤外分光法(FTIR)、BETお
よび発光(PL)スペクトル分析法によって蒸着シリカ
微粒子の形態を検査および分析するために使用する。
温度に維持する。冷板は、冷却液入口及び出口管路を介
して液体窒素を循環させることによって−80℃以下に
冷却する。下板と冷板間の温度勾配が、高圧条件(即
ち、1×103トール(133kPa))下でアルゴン
及びクリプトンを添加することによって促進される定常
対流を提供する。ケイ素蒸気は、イットリウム・ガーネ
ット−ネオジウム)Nd:YAG)レーザ)(15−3
0mJ/パルス)の第二調波を使用するパルス・レーザ
で発生される。ミラーはNd:YAGレーザをターゲッ
トのシリコン棒に反射させるために使用する。レーザの
気化によって1014ケイ素原子/パルス(2×18
−8)以上が放出される。ケイ素原子及びクラスターは
酸素と反応して気相の酸化ケイ素分子とクラスターを生
成する。クラスターは不活性キャリヤーガスと衝突し、
衝突のエネルギー損失によって冷却をもたらす。800
トール(106.4kpa)の全圧下でケイ素と酸化物
のクラスターは、気化ターゲットの数百ミクロン以内で
環境ガスの熱エネルギーに近づく。未反応ケイ素クラス
ター及び低揮発性酸化ケイ素は対流によって真空室の上
冷板の近くの核形成ゾーンに運ばれ、そこでシリカ微粒
子を形成する。ニクロム加熱線(即ち60%ニッケル、
24%鉄、16%クロム及び0.1%炭素を含有する合
金)ガラスリングの回りに巻いて、水の凝縮を防止し冷
板と下板間の一定温度勾配を保つのに十分な熱を供給す
る。粒子は核形成ゾーンに形成して、10Hzで2−6
時間の間に冷板上に凝縮する。次に真空室を室温にし
て、それらの粒子を環境雰囲気下で収集する。典型的
に、冷板上以外の真空室には粒子は見られない。ガラス
スライド及び金属ウェーハを冷板に取り付けて、走査電
子顕微鏡写真(SEM)、透過電子顕微鏡写真(TE
M)、フーリエ変換赤外分光法(FTIR)、BETお
よび発光(PL)スペクトル分析法によって蒸着シリカ
微粒子の形態を検査および分析するために使用する。
【0036】この装置で製造したシリカ微粒子はその微
細構造が3次元的でウエブ状である。それは300m2
/g以上、望ましくは300〜460m2/g、最適に
は380〜460m2/gのBET表面積を有する。3
80−540nm、望ましくは400−470nm
(2.5eV−3.1eV間の光子エネルギー)にピー
クを示す発光スペクトルを有する。その粒径は5−50
nm、望ましくは10−2−nmで有る。
細構造が3次元的でウエブ状である。それは300m2
/g以上、望ましくは300〜460m2/g、最適に
は380〜460m2/gのBET表面積を有する。3
80−540nm、望ましくは400−470nm
(2.5eV−3.1eV間の光子エネルギー)にピー
クを示す発光スペクトルを有する。その粒径は5−50
nm、望ましくは10−2−nmで有る。
【0037】図1に示した装置、この装置の使用法およ
び得られたシリカ微粒子で実施する種々の分析は全て米
国特許第5,580,655号に記載されている。次の
実施例は実施例1に従って製造したシリカ微粒子の封入
を説明する。
び得られたシリカ微粒子で実施する種々の分析は全て米
国特許第5,580,655号に記載されている。次の
実施例は実施例1に従って製造したシリカ微粒子の封入
を説明する。
【0038】実施例2 フェニルメチルシリコーン樹脂に発光(PL)ウェブ状
シリカの分散 実施例1で記載したレーザ融蝕によって得られたシリカ
微粒子を熱硬化性シリコーン樹脂に分散させた。その樹
脂は、CH3SiO3/2単位、(CH3)2SiO
2/2単位、C6H5SiO3/2単位、及び(C6H
5)2SiO2/ 2単位が25:19:37:19のモ
ル比のヒドロキシル官能オルガノシロキサン樹脂共重合
体の固体分50重量%含有するキシレン溶液の形態であ
った。シリコン樹脂に分散したシリカ微粒子の濃度は1
0mlに0.1gであった。低剪断混合でも優れた分散
が得られた。シリカ微粒子の大きな凝集体は見られなか
った。その分散体をシリコンウェーハ上にキャストし、
そのキャストウェーハを160℃の硬化用炉に10分間
入れた。これらの条件下で、フェニルメチルシリコ−ン
樹脂はシリコンウェーハの上に透明樹脂に硬化した。シ
リカ微粒子はシリコーン樹脂中に埋没され、シリカ微粒
子は肉眼でかろうじて見えるだけであった。シリコーン
樹脂に埋没されたシリカ微粒子は、充てんシリコーン樹
脂を377nmの波長でパルスN2レーザから放射され
る紫外線下に置いた時に強い発光応答を示した。
シリカの分散 実施例1で記載したレーザ融蝕によって得られたシリカ
微粒子を熱硬化性シリコーン樹脂に分散させた。その樹
脂は、CH3SiO3/2単位、(CH3)2SiO
2/2単位、C6H5SiO3/2単位、及び(C6H
5)2SiO2/ 2単位が25:19:37:19のモ
ル比のヒドロキシル官能オルガノシロキサン樹脂共重合
体の固体分50重量%含有するキシレン溶液の形態であ
った。シリコン樹脂に分散したシリカ微粒子の濃度は1
0mlに0.1gであった。低剪断混合でも優れた分散
が得られた。シリカ微粒子の大きな凝集体は見られなか
った。その分散体をシリコンウェーハ上にキャストし、
そのキャストウェーハを160℃の硬化用炉に10分間
入れた。これらの条件下で、フェニルメチルシリコ−ン
樹脂はシリコンウェーハの上に透明樹脂に硬化した。シ
リカ微粒子はシリコーン樹脂中に埋没され、シリカ微粒
子は肉眼でかろうじて見えるだけであった。シリコーン
樹脂に埋没されたシリカ微粒子は、充てんシリコーン樹
脂を377nmの波長でパルスN2レーザから放射され
る紫外線下に置いた時に強い発光応答を示した。
【0039】実施例3 シリコンウェーハとフェニルメチルシリコーン樹脂間に
PLシリカ微粒子の取り込み 実施例1で記載した融蝕て得たシリカ微粒子0.1gを
シリコーンウェーハの上に広げて、実施例2で使用した
樹脂溶液で被覆した。そのウェーハを160℃の炉に入
れることによってその溶液を樹脂に硬化させた。シリカ
微粒子は、シリコンウェーハとフェニルメチルシリコー
ン樹脂間の層に取り込まれた。シリコーン樹脂に埋没さ
れたシリカ微粒子は、充てんシリコーン樹脂を377n
mの波長をもったUV光源でパルスN2レーザから放射
される紫外線下に置いた時に強い発光応答を示した。
PLシリカ微粒子の取り込み 実施例1で記載した融蝕て得たシリカ微粒子0.1gを
シリコーンウェーハの上に広げて、実施例2で使用した
樹脂溶液で被覆した。そのウェーハを160℃の炉に入
れることによってその溶液を樹脂に硬化させた。シリカ
微粒子は、シリコンウェーハとフェニルメチルシリコー
ン樹脂間の層に取り込まれた。シリコーン樹脂に埋没さ
れたシリカ微粒子は、充てんシリコーン樹脂を377n
mの波長をもったUV光源でパルスN2レーザから放射
される紫外線下に置いた時に強い発光応答を示した。
【0040】実施例4 別のタイプの熱硬化性シリコーン組成物を使用して実施
例2と実施例3を反復した。この実施例に使用した熱硬
化性シリコーン組成物はジメチルシロキサンとメチルヘ
キセニルシロキサンの共集合体、白金触媒およびマレエ
ート抑制剤を含有した。前記のように、このタイプの硬
化性シリコーン組成物は米国特許第4,562,096
号に詳細に記載されている。実施例2と3に記載のよう
にこのシリコーンマトリックスにシリカ微粒子を埋没さ
せた、それらの微粒子は377nmの波長をもったUV
光を照射した時にそれらの発光性質を維持した。
例2と実施例3を反復した。この実施例に使用した熱硬
化性シリコーン組成物はジメチルシロキサンとメチルヘ
キセニルシロキサンの共集合体、白金触媒およびマレエ
ート抑制剤を含有した。前記のように、このタイプの硬
化性シリコーン組成物は米国特許第4,562,096
号に詳細に記載されている。実施例2と3に記載のよう
にこのシリコーンマトリックスにシリカ微粒子を埋没さ
せた、それらの微粒子は377nmの波長をもったUV
光を照射した時にそれらの発光性質を維持した。
【0041】実施例5 複雑な形状および形態の設計 文字DCCの形にマスクを作った。それらの文字は、ス
テンシルをシリコンウェーハ上に置いた時にそれらの文
字の形に露出表面を残したステンシルにカットした。ス
テンシルを付着したウェーハは、レーザ融蝕真空室内の
−80〜120℃に維持した図1の冷板上に装着した。
ケイ素棒ターゲットからシリカ微粒子が生成してウェー
ハ/マスクのアセンブリ上に直接蒸着した。実施例1に
記載した条件に類似の条件、即ち300mJレーザで全
圧800トール(200トール酸素と600トールアル
ゴンの雰囲気)を採用した。シリカ微粒子を生成させて
2時間蒸着させた。2時間の終わりにウェーハ/マスク
・アセンブリと共に冷板を徐々に室温にもってきて、マ
スクをウェーハから除去した。そのウェーハに実施例4
で使用した熱硬化性シリコーン組成物をコーティング
し、ウェーハの表面上に上着したシリカ微粒子を埋め込
んだ。共重合体を実施例2と3で実施したように硬質被
膜に硬化させた。ウェーハの表面のシリカ微粒子によっ
て被覆された領域は、377nmの波長のUV光で照射
された時マスクの形の発光を示した。
テンシルをシリコンウェーハ上に置いた時にそれらの文
字の形に露出表面を残したステンシルにカットした。ス
テンシルを付着したウェーハは、レーザ融蝕真空室内の
−80〜120℃に維持した図1の冷板上に装着した。
ケイ素棒ターゲットからシリカ微粒子が生成してウェー
ハ/マスクのアセンブリ上に直接蒸着した。実施例1に
記載した条件に類似の条件、即ち300mJレーザで全
圧800トール(200トール酸素と600トールアル
ゴンの雰囲気)を採用した。シリカ微粒子を生成させて
2時間蒸着させた。2時間の終わりにウェーハ/マスク
・アセンブリと共に冷板を徐々に室温にもってきて、マ
スクをウェーハから除去した。そのウェーハに実施例4
で使用した熱硬化性シリコーン組成物をコーティング
し、ウェーハの表面上に上着したシリカ微粒子を埋め込
んだ。共重合体を実施例2と3で実施したように硬質被
膜に硬化させた。ウェーハの表面のシリカ微粒子によっ
て被覆された領域は、377nmの波長のUV光で照射
された時マスクの形の発光を示した。
【0042】実施例6 PLシリカ微粒子封入の利点 シリカ微粒子をアセトンのような極性媒質に分散させた
時にシリカ微粒子からの発光全体が消光した。しかしな
がら、実施例2−5に記載したように分散媒質又は封入
マトリックスとしてシリコーン樹脂又は熱硬化性共重合
体を使用した場合には、消光は生じなかった。
時にシリカ微粒子からの発光全体が消光した。しかしな
がら、実施例2−5に記載したように分散媒質又は封入
マトリックスとしてシリコーン樹脂又は熱硬化性共重合
体を使用した場合には、消光は生じなかった。
【図1】被封入シリカ微粒子構造体の合成に使用する上
向熱拡散霧箱の機能を示す略図である。
向熱拡散霧箱の機能を示す略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C09K 11/08 C09K 11/08 H // C09D 183/07 C09D 183/07
Claims (3)
- 【請求項1】 直径が5〜50nm、BETの表面積が
300〜460m2/g、発光スペクトルのピークが3
80〜540nmである凝集シリカ微粒子の三次元のウ
ェブ状構造を有する多孔質材料を封入する硬化性シリコ
ーンから成ることを特徴とする組成物。 - 【請求項2】 多孔質材料を封入する硬化性シリコーン
が、(A)1分子当たり少なくとも2個のSi−結合基
を含有し2〜8の炭素原子またはヒドロキシル基を含有
するオレフィン炭化水素基てある実質的に線状のオルガ
ノポリシロキサン成分;(B)1分子当たり少なくとも
2個のSi−結合水素原子を含有する線状オルガノポリ
シロキサン成分;および(C)室温でSi−結合オレフ
ィン炭化水素基及び/又はヒドロキシル基とSi−結合
水素原子間の反応を促進させるのに十分な量の白金含有
触媒を混合することによって生成される熱硬化性シリコ
ーンであることを特徴とする請求項1記載の組成物。 - 【請求項3】 多孔質材料を封入する硬化性シリコーン
が、熱硬化性シリコーン樹脂であることを特徴とする請
求項2記載の組成物。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/725,044 US5891548A (en) | 1996-10-03 | 1996-10-03 | Encapsulated silica nanoparticles |
US08/725044 | 1996-10-03 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10121042A true JPH10121042A (ja) | 1998-05-12 |
Family
ID=24912924
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9269736A Withdrawn JPH10121042A (ja) | 1996-10-03 | 1997-10-02 | 封入シリカ微粒子 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5891548A (ja) |
EP (1) | EP0834468B1 (ja) |
JP (1) | JPH10121042A (ja) |
DE (1) | DE69701120T2 (ja) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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