JPS63171671A - Manufacture of large area-two-dimensional arranged article of tightly packaged colloidal particle - Google Patents

Manufacture of large area-two-dimensional arranged article of tightly packaged colloidal particle

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JPS63171671A
JPS63171671A JP23993087A JP23993087A JPS63171671A JP S63171671 A JPS63171671 A JP S63171671A JP 23993087 A JP23993087 A JP 23993087A JP 23993087 A JP23993087 A JP 23993087A JP S63171671 A JPS63171671 A JP S63171671A
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particles
liquid
coating
support
colloidal
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JP23993087A
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ジョン ヘンリー ダンズミュアー
ハリー ウィリアム デックマン
ジェイムズ アレクサンダー マッケンリー
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ExxonMobil Technology and Engineering Co
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Exxon Research and Engineering Co
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、密にバックされたコロイド粒子からなる、面
積の大きい2次元配置物の製法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for producing large-area two-dimensional arrangements of closely backed colloidal particles.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

固体表面に、正確に規則性のあるコロイド粒子を被覆す
ることは、科学技術の多くの分野において有用である。
Coating solid surfaces with precisely ordered colloidal particles is useful in many fields of science and technology.

ランダムに配置されたコロイド粒子被覆は、干渉および
反射防止膜(アイラー(I 1er)、米国特許第3.
485,658号)として、また融合ターゲット(fu
sion targets)のタンバ一層(tampe
r 1ayer) (バイア 7− (Peiffer
)  とデック7 :/ (Deckman)の米国特
許第4.404.255号〕として、有用であることが
示されている。表面に被覆されたコロイド粒子の規則性
のある配置物は、回折格子、光学的記録媒体あるいは干
渉層として有用である。ランダムなコロイド粒子と規則
性のあるコロイド粒子の単分子層の厚みを有する配置物
は、精密に制御された表面構造を製造するための平版マ
スクとして有用であることがわかっている〔デックマ’
J (Decknan)とダンスミュア(Dunsmu
ir)の米国特許第4,407.695号〕。コロイド
粒子単分子層から平版的に製造された表面構造は、従来
の平版技術では製造が困難な、大面積上に均一の大きさ
をもった微細構造を含みうる。均一の大きさをもった、
大面積の表面構造の用途としては、選択的太陽熱吸収体
(フレイブヘッド(craighead)らの米国特許
第4.284,689号)、光学格子および光学的に強
化された太陽電池(デックマン(Deckman)  
らの米国特許第4.497,974号)がある。本発明
は欠陥のない、密にバックされたコロイド粒子被覆の製
法に関する。
Randomly arranged colloidal particle coatings are known as interference and antireflection coatings (Iler, U.S. Pat.
No. 485,658) and as a fusion target (fu
sion targets)'s tampe
r 1ayer) (Bahia 7- (Peiffer)
) and Deck7:/ (Deckman, U.S. Pat. No. 4,404,255) have been shown to be useful. Regular arrangements of colloidal particles coated on a surface are useful as diffraction gratings, optical recording media or interference layers. Monolayer-thick arrangements of random and ordered colloidal particles have been found to be useful as lithographic masks for producing precisely controlled surface structures [Deckma'
J (Decknan) and Dunsmuir (Dunsmu)
ir) U.S. Pat. No. 4,407.695]. Surface structures produced lithographically from monolayers of colloidal particles can include microstructures of uniform size over large areas that are difficult to produce with conventional lithographic techniques. with uniform size,
Applications of large area surface structures include selective solar absorbers (U.S. Pat. No. 4,284,689 to Craighead et al.), optical gratings, and optically enhanced solar cells (Deckman et al.).
No. 4,497,974). The present invention relates to a method for producing defect-free, densely backed colloidal particle coatings.

支持体に、特定のタイプの、ランダム配置のコロイド粒
子の単分子層厚みのものを被覆する技術はよく知られて
いる。このような被覆は、ランダムコロイド被覆と呼ば
れ、これをつくる方法は、アイラーの米国特許第3.4
85.658号、アイラー、ジャーナル・オブ・コロイ
ド・アンド・インターフェース・サイエンx (Jou
rnal of Co11oidand Interf
ace 5Cience) 21.569−594(1
966);アイラー、ジャーナル・オブ・ジ・アメリカ
ン・セラミック・ソサエティ(Journalof t
he American Ceramic 5ocie
ty) 47 (4)、194−198 (1964)
;マーシャルとキッチナー(marshall and
 kitchener)、ジャーナル−オブ・コロイド
・アンド・インターフェース・サイエンス 22.34
2−351(1966);およびパイファーとデックマ
ンの米国特許第4.315.958号に記載されている
。これらの被覆技術は、静電引力を利用して、支持体上
にコロイド粒子のランダム配置を沈着するものである。
Techniques for coating a support with a monolayer thickness of randomly arranged colloidal particles of a particular type are well known. Such coatings are called random colloidal coatings, and the method for making them is described in U.S. Patent No. 3.4 of Eyler.
85.658, Eyler, Journal of Colloid and Interface Science
rnal of Co11oid and Interf
ace 5 Science) 21.569-594 (1
966); Eyler, Journal of the American Ceramic Society
he American Ceramic 5ocie
ty) 47 (4), 194-198 (1964)
; marshall and kitchener
Kitchener), Journal of Colloid and Interface Science 22.34
2-351 (1966); and Peifer and Deckman, US Pat. No. 4,315,958. These coating techniques utilize electrostatic attraction to deposit random arrangements of colloidal particles onto a support.

コロイド粒子が静電的に支持体に引きつけられると、コ
ロイド粒子が表面に衝突した場所に付着する。支持体の
電荷と反対の表面電荷がコロイド粒子に誘導されるため
に、静電引力が発生する。この種類のコロイド単分子層
においては、粒子はランダムに配置され、大部分の粒子
と粒子の間に空間が存在することになる。ランダムコロ
イド被覆中の粒子間の空間の例を第1図と第2図に示す
When colloidal particles are electrostatically attracted to a support, they stick where they impact the surface. Electrostatic attraction occurs because a surface charge opposite to that of the support is induced on the colloidal particles. In this type of colloidal monolayer, the particles are randomly arranged and there are spaces between most of the particles. Examples of interparticle spaces in random colloid coatings are shown in FIGS. 1 and 2.

第1図は、ランダムコロイド被覆中の単−分散球状ラテ
ックス粒子の排列を示す電子顕微鏡写真である。この顕
微鏡写真においては、粒子間の空間がはっきりと認めら
れる。第2図は、ランダムコロイド被覆中の2μmのポ
リスチレンラテックス粒子の排列を示す電子顕微鏡写真
である。ランダムコロイド被覆中の粒子間の空間は、被
覆される表面に拡散し、静電的に付着して単分子層に形
成することができるような粒子の数に制限があるために
生じる。ランダム配置物は、支持体の表面とコロイド粒
子が反対符号の電荷をもつようなpH条件のゾル中に、
支持体を浸漬することによりつくられる。コロイド粒子
はこのゾル中を拡散して支持体に到達し、そこで反対の
電荷が相互に作用しあって粒子を支持体に静電的に結合
する。被覆されるべき表面が、一定密度の被覆量でコロ
イド粒子により被覆されると(これは、被覆方法の詳細
によって変化する)、残存する未被覆表面は、隣接する
付着粒子の存在によって静電的に遮蔽され、表面に向か
って拡散してくる他の粒子は、反癩を受け、ゾル中に戻
される。
FIG. 1 is an electron micrograph showing the arrangement of monodisperse spherical latex particles in a random colloidal coating. In this micrograph, the spaces between the particles are clearly visible. FIG. 2 is an electron micrograph showing the arrangement of 2 μm polystyrene latex particles in a random colloidal coating. The interparticle spacing in random colloidal coatings arises because of the limited number of particles that can diffuse and electrostatically adhere to the surface being coated to form a monolayer. Randomly arranged particles are placed in a sol with pH conditions such that the surface of the support and the colloidal particles have charges of opposite signs.
It is made by dipping the support. The colloidal particles diffuse through this sol and reach the support, where opposite charges interact to electrostatically bind the particles to the support. Once the surface to be coated has been coated with colloidal particles at a certain density of coverage (this varies depending on the details of the coating method), the remaining uncoated surface is electrostatically charged by the presence of adjacent deposited particles. Other particles that are shielded by the sol and diffuse toward the surface undergo repulsion and are returned to the sol.

規則性のコロイド粒子配列の形成方法は、デックマン及
びダンスムーアの米国特許 第4.407,695号(1983年)に開示されてい
る。この方法においては、コロイド粒子の規則的な配列
は、スピン被覆により形成される。この粒子の規則性は
、過剰の被覆材料を密にパックされた微結晶状の配置を
形成するように排除している間に、ゾルが高剪断速度で
支持体を横切るように流動するために生じる。このコロ
イドは支持体を湿らせなければならず、スピン速度は最
適の状態にされなければならない。スピン速度があまり
にも遅い場合には、多層被覆が形成され、一方、最終の
スピン速度があまりにも早い場合には単分子層被覆に空
隙が形成する。ゾルのレオロジーや、粒子濃度、基質表
面化学、支持体とコロイドとの間の電荷差のような他の
ファクターを、各粒子サイズに対して最適にしなければ
ならない。これらのファクターを最適にする系統的な方
法においては、現在は明らかでない被覆方法の動力学を
詳細に理解する必要がある。0.3〜1.0μmのサイ
ズの範囲をこえた球体に対しては、被覆方法を最適にす
ることは大変に難しい。粒子配列における不完全性には
、点欠陥、転位、及び粒界がある。単機結晶に見られる
サブミクロンの球体の最大数は105であり、典型的な
粒子は50〜1000の球体を含む。第3図はスピン被
覆した単一分散ポリスチレンラテックス粒子の微結晶性
配列を示す電子顕微鏡写真である。第3図は、0.49
7±0、 OO6μmの球体の微結晶性の配列で均一に
被覆された7、62cm(3インチ)珪素ウエーノへ一
部分におけるバッキング欠陥を示す。この被覆は、界面
活性剤で洗浄したウェーハーに15重量%の固体を含む
ポリスチレンラテックス〔ダウ・ダイアグノスティクス
(now Diagnostics)社製 ロツ)NC
LIA27〕を溢れさせ、次に340Orpmで乾燥す
るまでスピンすることにより形成した。
A method for forming ordered colloidal particle arrays is disclosed in Deckman and Dunsmoor, US Pat. No. 4,407,695 (1983). In this method, a regular array of colloidal particles is formed by spin coating. This particle regularity allows the sol to flow across the support at high shear rates while eliminating excess coating material to form a tightly packed microcrystalline arrangement. arise. This colloid must moisten the support and the spin speed must be optimized. If the spin rate is too slow, a multilayer coating will form, whereas if the final spin rate is too high, voids will form in the monolayer coating. Sol rheology and other factors such as particle concentration, substrate surface chemistry, and charge differential between support and colloid must be optimized for each particle size. A systematic approach to optimizing these factors requires a detailed understanding of the dynamics of the coating process, which is currently not clear. For spheres beyond the size range of 0.3 to 1.0 μm, it is very difficult to optimize the coating method. Imperfections in grain alignment include point defects, dislocations, and grain boundaries. The maximum number of submicron spheres found in a single crystal is 105, with typical particles containing 50 to 1000 spheres. FIG. 3 is an electron micrograph showing the microcrystalline arrangement of spin-coated monodisperse polystyrene latex particles. Figure 3 shows 0.49
Figure 3 shows a backing defect in a section of 7,62 cm (3 inch) silicon waeno uniformly coated with a microcrystalline array of 7±0, OO 6 μm spheres. The coating was applied to a surfactant-cleaned wafer using polystyrene latex (Dow Diagnostics) containing 15% solids by weight.
LIA27] and then spun at 340 rpm until dry.

本発明は、規則性の又はランダムなコロイド被覆のいず
れとも明らかに異なる第三のクラスのコロイド粒子配置
物の製法に関するものである。これらの相違点の最も注
目すべき点は、調整と、ランダム被覆において見られる
粒子間の空間の除去と、単一の被覆技術を使用してラン
ダム又は配列された被覆のいずれも形成することのでき
る能力とである。
The present invention relates to a method for making a third class of colloidal particle arrangements that is distinctly different from either regular or random colloidal coatings. The most notable of these differences is the adjustment and elimination of interparticle spaces found in random coatings and the ability to form either random or ordered coatings using a single coating technique. It is the ability to do.

本発明は、支持体上にコロイド粒子の密にパックされた
被覆を形成する方法を包含する。この方法は液体−ガス
(空気かも知れない)界面で粒子の単分子層を形成し、
液表面上の粒子の単分子層を圧縮し、その液表面から支
持体に粒子の圧縮された層を移し、その支持体を乾燥す
る工程を含む。
The present invention includes a method of forming a densely packed coating of colloidal particles on a support. This method forms a monolayer of particles at the liquid-gas (maybe air) interface,
It involves compressing a monomolecular layer of particles on a liquid surface, transferring the compressed layer of particles from the liquid surface to a support, and drying the support.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、支持体上にコロイド粒子のぴったりパックさ
れた被覆物を製造する方法を含む。該方法は、コロイド
粒子間に介在する空間を除去する。
The present invention includes a method of making a tightly packed coating of colloidal particles on a support. The method eliminates intervening spaces between colloidal particles.

これら介在する空間は、これら空間を絞り出すように液
体表面上のランダムコロイド層を圧縮することによって
除去される。該絞り出し法は以下の工程を含む。
These intervening spaces are removed by compressing the random colloid layer on the liquid surface to squeeze out these spaces. The squeezing method includes the following steps.

(1)液体表面上にコロイド粒子の単分子層を形成する
工程、 (2)物理的又は化学的手段により液体表面上のランダ
ムコロイド被覆物を圧縮する工程、(3)圧縮した単分
子層被覆物を液体表面から皿支持体上又は新たな支持体
上のいずれかに移す工程、 (4)支持体上の圧縮層を乾燥する工程。
(1) forming a monolayer of colloidal particles on the liquid surface; (2) compressing the random colloidal coating on the liquid surface by physical or chemical means; (3) compressed monolayer coating. transferring the material from the liquid surface to either the dish support or a new support; (4) drying the compressed layer on the support.

工程〔1〕は、コロイド層をメニスカスの位置で支持体
から取り上げ、かつ液体表面上に浮かべるように、単分
子層の厚いコロイド被覆物を被覆した支持体を液体界面
を通して徐々に浸漬することにより達成することができ
る。この方法の模式化した代表例を第4図に示す。支持
体が液体界面9を通過するときに、コロイド層が水メニ
スカスにより支持体から取り上げられ、液体界面9にお
いて閉じ込められる。工程(1)は、第1液体と不混和
性の第2液体中に懸濁したコロイド粒子を含む液滴を液
体表面上に散開することによっても達成することができ
る。第2液体は、該液体が蒸発して液体界面に閉じ込め
られたコロイド層を残すように選ばれなければならない
In step [1], the support coated with a thick monomolecular layer of colloid is gradually immersed through the liquid interface so that the colloid layer is picked up from the support at the meniscus position and floats on the liquid surface. can be achieved. A representative schematic example of this method is shown in FIG. As the support passes through the liquid interface 9, the colloidal layer is picked up from the support by the water meniscus and becomes trapped at the liquid interface 9. Step (1) can also be accomplished by spreading droplets containing colloidal particles suspended in a second liquid that is immiscible with the first liquid onto the liquid surface. The second liquid must be chosen such that it evaporates leaving a colloidal layer trapped at the liquid interface.

好ましい態様において、工程(1)に用いられる液体α
Qは水である。水空気界面でのコロイド粒子の最も効率
的な閉じ込めは、該粒子表面を疎水性にしたときに生じ
る。水と疎水性粒子表面との間の接触角は、コロイド粒
子の非常に安定な閉じ込めを与える。疎水性コロイド粒
子表面は、粒子表面をシリル化剤、疎水性末端を有する
アミン及び池の機能化付与剤で処理することにより形成
することができる。例えばZK−5ゼオライトのミクロ
ンサイズのコロイド粒子は、それらをヘキサメチレンジ
シラザン(HMDS)又はn−ベンジルトリメチル−ア
ンモニウムハイドロキサイド(40%メタノール溶液)
で洗うことにより調製することができる。過剰の洗浄剤
は、濾過、遠心分離又はデカンテーションのような物理
的分離法により除去することができる。該処理は、化学
結合した分子の単分子層により機能化されたゼオライト
粒子を与える。
In a preferred embodiment, the liquid α used in step (1)
Q is water. The most efficient confinement of colloidal particles at the water-air interface occurs when the particle surface is made hydrophobic. The contact angle between water and the hydrophobic particle surface provides very stable confinement of colloidal particles. Hydrophobic colloid particle surfaces can be formed by treating the particle surface with a silylating agent, a hydrophobically terminated amine, and a hydrofunctionalizing agent. For example, micron-sized colloidal particles of ZK-5 zeolite can be prepared using hexamethylene disilazane (HMDS) or n-benzyltrimethyl-ammonium hydroxide (40% methanol solution).
It can be prepared by washing with Excess detergent can be removed by physical separation methods such as filtration, centrifugation or decantation. The treatment provides zeolite particles functionalized by a monolayer of chemically bonded molecules.

閉じ込められたコロイド粒子単分子層は、性質の点でラ
ングミュア−プロジェット′(Langmuir−Bl
odgett) 7 イルム〔例えばに、 B、プロジ
ェット(Blodgett)及び1.ラングミニア(L
angmuir 。
Confined colloidal particle monolayers are similar in nature to Langmuir-Bl.
7 illum [for example, B, Blodgett and 1. Langminia (L)
angmuir.

フィズ、レブ、  (Phys、Rev、)  51 
 (1973)964;に、B、 ブロジs”)ト(B
lodgett) 、米国特許第2.220,860号
、1940;G、G。
Phys, Rev, (Phys, Rev,) 51
(1973) 964;
G. G. Rodgett), U.S. Pat. No. 2,220,860, 1940;

ロバーツ(Roberts)、P、S、ビンセット(V
incett)、W、A、バーo −(Barlaw)
 、フイズ、チクノル。
Roberts, P.S., Vincetto (V.
incett), W, A, bar o - (Barlaw)
, Huiz, Chikunor.

(Phys、Technol、)  12 (1981
) 69参照〕とは相当に異なる。ラングミュア−プロ
ジェットフィルムは、両親媒性分子の少なくとも1層を
有するように調製される。空気/水界面での分子の閉じ
込めは、該分子が疎水性及び親水性末端の両者を有する
ために生じる。本発明で述べられているコロイド粒子は
、粒子の反対側又は近隣のどちらにも疎水性及び親水性
特性の両者を有さないので、両親媒性ではない。空気/
水界面でのコロイド粒子の閉じ込めは、表面張力のよう
な力のために生じるCP、  ビニランスキー(Pie
ranski) 、フイズ、シブ。レター(Phys、
 Rev、Lett)旦(1980)569参照〕。こ
の閉じ込めは、水界面をつなぐ疎水性及び親水性末端を
有することに依存しないために、両親媒性分子のための
ものとは基本的に相違する。
(Phys, Technol,) 12 (1981
) 69]. Langmuir-Prodgett films are prepared with at least one layer of amphiphilic molecules. Entrapment of molecules at the air/water interface occurs because the molecules have both hydrophobic and hydrophilic ends. The colloidal particles described in this invention are not amphiphilic as they do not have both hydrophobic and hydrophilic properties either on opposite sides of the particles or in the vicinity. air/
Confinement of colloidal particles at the water interface is caused by forces such as surface tension, CP, and Vinilanski (Pie et al.
ranski), Huiz, Shiv. Letter (Phys,
Rev. Lett) Dan (1980) 569]. This confinement is fundamentally different from that for amphiphilic molecules because it does not depend on having hydrophobic and hydrophilic ends connecting the water interface.

第2工程は、機械的に、すなわち液面上の可動のバリヤ
ーにより又は化学的に、すなわち液面に沈着したピスト
ン油を用いて、液状の支持体上の単分子層被覆が広がる
ことができる面積(thearea availabl
e to)を縮小して達成される。ピストン油の分子又
は期間的バリヤーによりコロイド粒子上に力が加えられ
単分子層が圧縮される。ピストン油を用いた場合は、ピ
ストン油の散開(spread ing)が、ピストン
油層7の表面張力のため妨害される。ピストン油として
使用できる物には、ラウリル硫酸ナトリウム等の界面活
性剤及び油類が含まれる。ピストン油層の表面張力はコ
ロイド粒子が液面9上で自由に浮遊しないように圧縮す
るのに十分でなければならない。ランダムコロイド層が
ピストン油層により圧縮されると、原フィルムのランダ
ム性(randam nature)は保存される傾向
がある。液面9上に該粒子を移した後にピストン油層を
加えることにより、又は該粒子を液面上に移す前にピス
トン層7を散開することにより、液面上で単分子層を圧
縮することができる。
In the second step, the monolayer coating on the liquid support can be spread mechanically, i.e. by a movable barrier above the liquid surface, or chemically, i.e. with piston oil deposited on the liquid surface. area (thearea available)
This is achieved by reducing e to). The molecules of piston oil or the temporary barrier exert a force on the colloidal particles, compressing the monolayer. If piston oil is used, the spreading of the piston oil is hindered due to the surface tension of the piston oil layer 7. Items that can be used as piston oil include surfactants such as sodium lauryl sulfate and oils. The surface tension of the piston oil layer must be sufficient to compress the colloidal particles so that they do not float freely on the liquid surface 9. When the random colloid layer is compressed by the piston oil layer, the random nature of the original film tends to be preserved. The monolayer can be compressed on the liquid surface by adding a layer of piston oil after transferring the particles onto the liquid surface 9 or by spreading out the piston layer 7 before transferring the particles onto the liquid surface. can.

第4図は、ランダムコロイド被覆物3の概略図を示し、
該ランダムコロイド被覆物は被覆3が支持体1から押し
流される前に散開したピストン油層7により圧縮される
(5)。この場合、工程l及び2は同時に達成される。
FIG. 4 shows a schematic diagram of the random colloid coating 3,
The random colloidal coating is compressed by the spread piston oil layer 7 before the coating 3 is swept away from the support 1 (5). In this case steps 1 and 2 are accomplished simultaneously.

液面に移動した単分子層5は、また、機械的バリヤーに
よっても圧縮することができる。第7.8.9及び10
図には、液面上に閉じこめられたコロイド単分子層の機
械的バリヤーによる圧縮を示す。第7図に示すように、
コロイド単分子層は、ピストン油で被覆されていない液
面に移動されなければならない。ランダムコロイド被覆
物33を含む支持体31を物理的バリヤー37の間に浸
漬し、液面39上に自由に散開するコロイド粒子の単分
子層35を残す。第8図に示すように、バリヤーの1つ
にそって又は液体の溜め38の底に置いた、支持体31
は取り除くことができる。液体の溜めの底の支持体は、
物理的バリヤーの周囲から容易に取り除くことができる
。第9図に示すようにバリヤーを動かして上記単分子層
35を圧縮できる。第10図に示すように圧縮層は、固
体の支持体41上に移動し、該支持体を、液面下より取
り出す。機械的バリヤー37による圧縮速度を調整する
ことにより、示すマー球が並ぶ(organize)た
めのより長い時間が得られ、より高度の規則性を有する
石が得られる。
The monolayer 5 transferred to the liquid surface can also be compressed by a mechanical barrier. 7.8.9 and 10
The figure shows the compression of a colloidal monolayer confined above a liquid surface by a mechanical barrier. As shown in Figure 7,
The colloidal monolayer must be transferred to the liquid surface not covered by piston oil. A support 31 containing a random colloidal coating 33 is immersed between physical barriers 37, leaving a monolayer 35 of colloidal particles freely spread over the liquid surface 39. A support 31 placed along one of the barriers or at the bottom of a liquid reservoir 38, as shown in FIG.
can be removed. The support at the bottom of the liquid reservoir is
Can be easily removed from around the physical barrier. The monolayer 35 can be compressed by moving the barrier as shown in FIG. As shown in FIG. 10, the compressed layer is moved onto a solid support 41, and the support is removed from below the liquid surface. By adjusting the compression rate by the mechanical barrier 37, more time is obtained for the shown marspheres to organize, resulting in a stone with a higher degree of regularity.

このような圧縮方法は、ラングミュア−ブロジsット膜
(Langmuir−Blodgett Coatin
g)のための界面活性剤分子の層を作るために以前用い
られた。(例えば、K、B、 ブロン1 ”/ト(Bl
odget)及び1.ラングミュア−(Langmui
r)フィジカルレビ−−(Phys、Rev、)  5
1  (1937)  ; K、  B。
Such a compression method is based on the Langmuir-Blodgett Coatin.
Previously used to create a layer of surfactant molecules for g). (For example, K, B, Bron1"/t (Bl
) and 1. Langmuir
r) Physical Rev--(Phys, Rev,) 5
1 (1937); K, B.

プロジェット、米国特許第2,220,860号194
0年;G、G、Oバー7 (Roberts)、P、S
、  ビンセット (Vincett)、W、A、バー
ロー(Barlow)、フィズ チクo ル(Phys
、 Technol、)を見よ。)彼らが巨大な分子の
凝集体く例えば、コロイド粒子)をこの方法により圧縮
して安定なフィルムとする用法には先例がなかった。
Projet, U.S. Pat. No. 2,220,860, 194
Year 0; G, G, O bar 7 (Roberts), P, S
, Vincett, W.A., Barlow, Phys.
, Technol, ). ) Their use of this method to compress large molecular aggregates (e.g., colloidal particles) into stable films was unprecedented.

ピストンオイルを単分子ラングミュアー−プロジェット
層の圧縮に使用する場合には、圧縮される分子と同じ大
きさのピストンオイルを使用する。
When piston oil is used to compress a monomolecular Langmuir-Prodgett layer, the piston oil is of the same size as the molecules being compressed.

又、圧縮された分子間に分子の大きさの孔のみが存在す
るように分子種を圧縮する。コロイドの圧縮については
、ピストンオイル中の分子は、コロイドの粒子直径の1
万分の1程度に小さくすることができる。さらに、該粒
子はその直径方向で接触することができるが、液体と接
触する粒子のベースは、10.000人程変能れてスペ
ースをおくことができる。
Also, the molecular species are compressed so that only pores of molecular size exist between the compressed molecules. For colloid compression, the molecules in the piston oil are
It can be made about 1/10,000 times smaller. Furthermore, although the particles can be in contact along their diameter, the base of the particles in contact with the liquid can be spaced apart by as much as 10,000.

第3工程は、液相中にある原支持体又は新しい支持体を
表面のすぐ下に置き、液体の界面から支持体の表面に圧
縮した層が移動するように支持体を取り出すことによっ
て行う。これを模式化したものを第5図と第1O図に示
す。第5図は、液体10から取り出した支持体11上に
液体表面9から圧縮したコロイド状単分子層を移動して
、支持体表面上に圧縮したコロイド状単分子層3を形成
させることを示す。第101!lは、液体表面39の下
から取り出した支持体41に移動される圧縮した単分子
層36を示す。画定する物理的バリヤー37の外側の液
体表面下に支持体41を降ろすことによって支持体41
を導入することができる。
The third step is carried out by placing the original support or new support in the liquid phase just below the surface and removing the support such that the compressed layer moves from the interface of the liquid to the surface of the support. A schematic representation of this is shown in FIG. 5 and FIG. 1O. FIG. 5 shows transferring the compressed colloidal monolayer from the liquid surface 9 onto a support 11 taken out of the liquid 10 to form a compressed colloidal monolayer 3 on the support surface. . 101st! 1 shows the compressed monolayer 36 transferred from below the liquid surface 39 to the support 41 . support 41 by lowering it below the surface of the liquid outside of the physical barrier 37 that defines it.
can be introduced.

第4工程は支持体17と圧縮した単分子層13との間に
捕捉された残留水を蒸発させることによって行われる。
The fourth step is carried out by evaporating the residual water trapped between the support 17 and the compressed monolayer 13.

圧縮されたランダム層は現に支持体に緊密に接触15し
ている。この工程の図を第6図に示す。層が第5図に示
すように移動する場合に、第6図は支持体11とコロイ
ド単分子13との間に液体層17が捕捉されて残ってい
る状態を示す。液体17が蒸発して圧縮されたコロイド
状コーティング15が残る場合のコーティング中の変化
が示されている。
The compressed random layer is now in intimate contact 15 with the support. A diagram of this process is shown in FIG. When the layer moves as shown in FIG. 5, FIG. 6 shows a state in which a liquid layer 17 remains trapped between the support 11 and the colloid monomolecules 13. The changes during coating are shown as the liquid 17 evaporates leaving a compressed colloidal coating 15.

この方法で形成された単分子層は、局部的にぴったりと
パックされた構造を示しうるちのである。
Monolayers formed in this way can exhibit locally tightly packed structures.

第11図及び第12図は、本方法で得られるぴったりと
パックされたランダムな構造のものを示す、電子顕微鏡
写真である。単一コロイド粒子が入るのに十分な大きさ
の空隙は、一般に第11図及び第12図に示された被覆
物には存在しない。第11図及び第12図中の局部的規
則性の差異は、単分子層が圧縮された方法によるもので
ある。圧縮に先たつ最初のコロイド状単分子層のランダ
ム構造のために、いくらかの空隙(通常、チリ又は他の
不純物を伴う。)が、圧縮されたフィルム中に存在する
。しかしながら、使用可能な表面部位の98%より大き
い表面被覆面積が、通常得られる。ランダムコロイド被
覆物において、被覆されるべき表面に拡散させ、付着さ
せることので舎る粒子数の限界から、多数の空隙が生じ
る。被覆されるべき表面が、コロイド被覆プロセスの細
目によって変化するコロイド粒子被覆面積の所与の密度
を達成した後、残る未被覆表面は、表面に拡散している
他の粒子がゾル中に反醗されるように、隣接して付着し
た粒子の存在によって静電遮蔽されている。これらの空
隙は、液の表面で圧縮された単分子層から形成された被
覆物によって除去される。
Figures 11 and 12 are electron micrographs showing the tightly packed random structures obtained with this method. Voids large enough to accommodate a single colloidal particle are generally not present in the coatings shown in FIGS. 11 and 12. The difference in local regularity in Figures 11 and 12 is due to the way the monolayer was compressed. Due to the random structure of the initial colloidal monolayer prior to compression, some voids (usually accompanied by dust or other impurities) are present in the compressed film. However, surface coverage of greater than 98% of the available surface area is typically obtained. In random colloidal coatings, a large number of voids arise due to the limited number of particles that can be dispersed and deposited onto the surface to be coated. After the surface to be coated has achieved a given density of colloidal particle coverage area, which varies depending on the particulars of the colloidal coating process, the remaining uncoated surface will react with other particles diffused on the surface into the sol. As shown, electrostatic shielding is caused by the presence of adjacent adhering particles. These voids are eliminated by a coating formed from a monolayer compressed at the surface of the liquid.

第11図及び第12図は、本発明を用いて得られるぴっ
たりとパックされた構造のいくつかのものを示している
。これらの構造は、ランダムなぴったりとしたバッキン
グ物から、よく境界の定められた、周期的、局部的な配
列にいたる種々の形態で存在する。
Figures 11 and 12 illustrate some of the close-packed structures that can be obtained using the present invention. These structures exist in a variety of forms, from random tight backings to well-defined, periodic, localized arrays.

単一コロイド粒子が入るのに十分な大きさの空隙は、一
般に被覆物中には存在しない。
There are generally no voids in the coating large enough to accommodate a single colloidal particle.

本発明は次の付加物利点を有する。The present invention has the following additional advantages.

(1)液体表面上のコロイド粒子層は最終支持体上に正
確に成形した沈着層を生成してパターン化される事がで
き; (2)多層は工程1〜4を順番に繰返すことによって支
持体上に形成することができ; (3)支持体はぴったりパックされた単分子層を生成す
るように高速度でスピンさせる必要のないようにし; (4)非水湿潤物質のようなコロイド方法によって、容
易に被覆できない支持体は、この方法によって密にパッ
クされたコロイドで被覆することができ: (5)被覆される面積は非常に大きくすることができ、
また装置サイズによってのみ制限され;(6)  コロ
イドが単一分散であるという要件は容易に緩和すること
ができる。有意の多分散性のコロイド粒子のぴったりパ
ックされた被覆は、この方法によって生成することがで
きる。
(1) The colloidal particle layer on the liquid surface can be patterned, producing a precisely shaped deposited layer on the final support; (2) Multilayers can be supported by repeating steps 1-4 in sequence. (3) the support does not need to be spun at high speeds to produce tightly packed monolayers; (4) colloidal methods such as non-aqueous wetting materials; Supports that are not easily coated can be coated with tightly packed colloids by this method: (5) The area covered can be very large;
It is also limited only by device size; (6) the requirement that the colloid be monodisperse can be easily relaxed. Tightly packed coatings of colloidal particles of significant polydispersity can be produced by this method.

本発明によれば1.コロイド粒子の単分子層より成る被
覆は液体表面にコロイド粒子を懸濁せしめることによっ
て形成される。コロイド粒子の単分子層は安定して液体
表面に閉じこめられ、液体表面上に圧縮されると、フィ
ルムは重合体の薄いフィルムを思い起すような弾力性を
獲得する。液体表面におけるコロイド粒子層の安定性に
より、粒子は一般に大量の液体(buekliquid
)に導入されない。最終フィルムに欠陥を導入するのを
避けるために、大量の液体における粒子の濃度は1%(
容量)より少ないことが好ましい。さらに好ましい態様
では、大量の液体における粒子の濃度は10−3%(容
量)以下である。
According to the present invention: 1. A coating consisting of a monolayer of colloidal particles is formed by suspending the colloidal particles on the surface of a liquid. A monolayer of colloidal particles is stably confined to the liquid surface, and when compressed onto the liquid surface, the film acquires an elasticity reminiscent of a thin film of a polymer. Due to the stability of the colloidal particle layer at the liquid surface, the particles generally
) is not introduced. To avoid introducing defects in the final film, the concentration of particles in the bulk liquid is 1% (
(capacity) is preferably smaller. In a more preferred embodiment, the concentration of particles in the bulk liquid is less than or equal to 10-3% (by volume).

コロイド粒子は液体表面上に既定のパターン化したラン
ダムなコロイド被覆を移すか、又は液体表面上で圧縮せ
るコロイド層をダイシング(dicing)することに
よって液体表面上でパターンを分類することができる。
Colloidal particles can be patterned on a liquid surface by transferring a predetermined patterned random colloidal coating onto the liquid surface or by dicing a compressible colloid layer on the liquid surface.

ランダムのコロイド被覆に既定パターンをつけるには、
パターンはコロイドに反対の表面電荷を与え、沈着され
る。パターンが被覆される支持体はコロイドと同じ信号
の表面電荷を獲得しなければならない。前述の表面電荷
はコロイドの表面化学によた創生された、水に懸濁され
るコロイドでは、ヒドロキシル化−水素化平衡に依存す
る(米国特許第3.485,658号並びにJ、Co1
1oidal andInterface 5cien
ce 、 21.569〜594(1966)参照)、
粒子を誘引するために沈着するフィルムのパターン化は
J、 L、Vossen 及ヒW、Kern編”Th1
n Film Proeesses ”  (Acad
emicPress、 New York  l 97
8)に記載されているような石版加工技術を使用して実
施することができる。
To add a predefined pattern to a random colloidal coating,
The pattern gives the colloid an opposite surface charge and is deposited. The support on which the pattern is coated must acquire a surface charge of the same signal as the colloid. The aforementioned surface charge is created by the surface chemistry of the colloid, which, for colloids suspended in water, depends on the hydroxylation-hydrogenation equilibrium (U.S. Pat. No. 3,485,658 and J. Co.
1oidal and Interface 5cien
ce, 21.569-594 (1966)),
Patterning of deposited films to attract particles is discussed in J. L. Vossen and W. Kern (Eds.), Th1.
n Film Proesses” (Acad
emicPress, New York l 97
It can be carried out using lithographic processing techniques such as those described in 8).

最も多く適用される最も都合のよいコロイド粒子は重合
体の球、例えばポリスチレン、ポリジビニル−ベンゼン
、及びポリビニル−トルエンである。このような球は通
常懸濁重合か乳化重合のいずれかによって製造され、便
宜上200人乃至25ミクロンの範囲の大きさに製作さ
れる。これらの粒子の被覆は液体に浸漬される任意の大
きさの支持体上に製作される。これらの粒子の多層被覆
は被覆方法に包含される4つの基本的工程を順番に繰返
すことによって作成できる: (1)コロイド粒子の単分子層の液体表面上への移動、
(2)単分子層の圧縮、(3)圧縮層の支持体上への移
動及び(4)圧縮層の支持体上での乾燥。
The most convenient colloidal particles that are most frequently applied are polymeric spheres such as polystyrene, polydivinyl-benzene, and polyvinyl-toluene. Such spheres are usually manufactured by either suspension or emulsion polymerization and are conveniently fabricated in sizes ranging from 200 to 25 microns. Coatings of these particles are fabricated on supports of any size that are immersed in a liquid. Multilayer coatings of these particles can be created by sequentially repeating the four basic steps involved in the coating method: (1) transfer of a monolayer of colloidal particles onto the liquid surface;
(2) Compression of the monolayer; (3) transfer of the compressed layer onto the support; and (4) drying of the compressed layer on the support.

本発明の実施の態様を下記実施例において詳細に説明す
る。
Embodiments of the present invention will be explained in detail in the following examples.

例  1 粒径0.5ミクロンの球状ポリスチレン粒子の群のラン
ダムなコロイド状被覆物から、水と空気との界面のとこ
ろで圧縮された層が形成された。ランダムなコロイド状
被覆物は、米国特許第3.485.658号、(アイラ
)に開示されている方法を用いて平らなガラス支持体上
に形成された。詳細には、平らなガラス支持体を、固体
分1%のアルミナゾル(粒径100人)中へpH5にお
いてまず浸漬し、蒸留脱イオン水ですすぎ、N2気流中
で乾燥する。次にアルミナ被覆ガラスを、球状粒子群の
10〜30重量%を含むポリマーコロイド中にpH=5
において浸漬する。次いでこの支持体を蒸留脱イオン水
ですすいでからN2気流中で乾燥する。本例の方法は濃
密の度合が低い球状ポリマー粒子群のランダムな被覆物
を与える。
Example 1 A compressed layer was formed at the water-air interface from a random colloidal coating of groups of spherical polystyrene particles of 0.5 micron size. Random colloidal coatings were formed on flat glass supports using the method disclosed in US Pat. No. 3,485,658 (Ira). In detail, a flat glass support is first immersed in a 1% solids alumina sol (particle size 100) at pH 5, rinsed with distilled deionized water and dried in a stream of N2. The alumina-coated glass was then placed in a polymer colloid containing 10-30% by weight of spherical particles at pH=5.
Soak in water. The support is then rinsed with distilled deionized water and dried in a stream of N2. The method of this example provides a random coating of spherical polymer particles with a low degree of density.

ランダムコロイド被覆物をガラス支持体から水の表面へ
移すために、この支持体をゆっくりと(1cm/秒)水
の表面へ移す。支持体と水面との角度はおよそ30°で
あった。この層を能率よく移すためにコロイド層の生成
後間もなくこのコロイド層を浸漬することが好ましく、
この場合にコロイド被覆物生成後30分間を経過してか
ら、このランダムコロイド被覆物を浸漬した。ランダム
コロイド被覆物中に不純物が存在すると、水面上に移さ
れた単分子層は屡々圧縮される傾向があった。この圧縮
は不純物による“ピストン油”効果にもとづく。この層
を充分に縮ませるために、ランダムコロイド被覆物が支
持体から浮上した後に水面へ一滴の界面活性剤(ラウリ
ル硫酸ナトリウム)を添加した。第5図に模式的に示し
たように〜水の界面の下から水不溶性ガラス表面を取出
すことによって圧縮された層を水不溶性ガラス表面へ移
した。縮まった単分子層と支持体表面との間に水層が捕
捉されて残る。この水層を空気中での水の蒸発によって
除くと支持体表面と接触して圧縮単分子層が残留する。
To transfer the random colloid coating from the glass support to the water surface, the support is slowly (1 cm/sec) transferred to the water surface. The angle between the support and the water surface was approximately 30°. In order to transfer this layer efficiently, it is preferable to immerse this colloid layer soon after the formation of the colloid layer.
In this case, the random colloid coating was immersed 30 minutes after the colloid coating was formed. When impurities were present in the random colloid coating, the monolayer transferred onto the water surface often tended to become compressed. This compression is based on the "piston oil" effect of impurities. In order to sufficiently shrink this layer, a drop of surfactant (sodium lauryl sulfate) was added to the water surface after the random colloid coating had lifted off the support. The compacted layer was transferred to the water-insoluble glass surface by removing the water-insoluble glass surface from below the ~water interface as shown schematically in FIG. A water layer remains trapped between the shrunken monolayer and the support surface. This aqueous layer is removed by evaporation of water in air, leaving a compressed monolayer in contact with the support surface.

この被覆物は直接に使用し得るし、あるいは型板として
更に被覆を行わせるために、又はエツチング法例えば真
空蒸発又はプラズマ若しくはイオンビーム被覆法に供す
るために使用し得る。
This coating can be used directly or as a template for further coating or for subjecting to etching methods such as vacuum evaporation or plasma or ion beam coating methods.

劃−」よ 例1に記載の方法を用いて0.5ミクロンの球状ポリス
チレン粒子群のランダムコロイド被覆物をガラス支持体
上に形成させた。この被覆物を、第4図に模式的に示す
ようにピストン油の層で予備被覆した水面の上へ移した
。ピストン油層はラウリル硫酸ナトリウムの作用をする
ように選択された。
A random colloidal coating of 0.5 micron spherical polystyrene particles was formed on a glass support using the method described in Example 1. This coating was transferred onto a water surface pre-coated with a layer of piston oil as shown schematically in FIG. The piston oil layer was selected to act as sodium lauryl sulfate.

側二」− 第13図の電子顕微鏡写真に示された支持体は、その半
分がランダムコロイド被覆物で被覆され、他の半分が圧
縮単分子層で被覆されているがこれは下記諸工程によっ
て製造された: (1)  例1記載の方法を用いてガラス支持体の全表
面にわたり0.5ミクロンポリスチレン粒子群のランダ
ムコロイド被覆物を形成させる。
Side 2 - The support shown in the electron micrograph of Figure 13 is coated on one half with a random colloidal coating and on the other half with a compressed monolayer by the following steps. Produced: (1) A random colloidal coating of 0.5 micron polystyrene particles is formed over the entire surface of a glass support using the method described in Example 1.

(2)  ピストン油として作用するラウリル硫酸ナト
リウムを用いて水面を予備被覆する。
(2) Precoating the water surface with sodium lauryl sulfate, which acts as a piston oil.

(3)第4図に示すように水の界面を通過させて支持体
の半分を浸漬する。
(3) Immerse half of the support by passing water through the interface as shown in FIG.

(4)支持体を水から引上げる。この場合に支持体表面
には圧縮単分子層が載置されている。
(4) Lift the support out of the water. In this case, a compressed monolayer is applied to the surface of the support.

(5)圧縮単分子層を乾燥することにより、浸漬された
支持体の半分の上に圧縮被覆物が形成される。
(5) Drying the compressed monolayer forms a compressed coating on the soaked support half.

第12図はランダムコロイド被覆物と圧縮被覆物との界
面を示す電子顕微鏡写真である。ランダムコロイド被覆
物は図の左半部上で個々の粒子の群として示され、圧縮
被覆物層は図の右半部上で粒子群の固体のマットして示
されている。粒子と粒子との間の空間が圧縮されている
ので圧縮された被覆物の中の個々の粒子は分離(res
olνe)され難い。
FIG. 12 is an electron micrograph showing the interface between the random colloid coating and the compressed coating. The random colloidal coating is shown as a group of individual particles on the left half of the figure, and the compressed coating layer is shown as a solid mat of particles on the right half of the figure. Since the spaces between the particles are compressed, the individual particles within the compressed coating are separated (res.
olνe) is difficult to do.

別−土 例1の方法を順次に繰返すことによって10層の厚味を
もつ単分子層の被覆物を製造した。第1の圧縮単分子層
被覆物が生成された直後にポリマー粒子群とガラス支持
体との間の付着を改善するために支持体を加熱処理した
。50℃、15分間加熱処理したがこの50℃の温度は
粒子球体が溶融し流動する温度以下のものである。例1
の諸工程の反復により順次的な単分子層(複数)が構築
された。
A monolayer coating having a thickness of 10 layers was produced by sequentially repeating the method of Example 1. Immediately after the first compressed monolayer coating was produced, the support was heat treated to improve adhesion between the polymer particles and the glass support. Heat treatment was carried out at 50°C for 15 minutes, but this temperature of 50°C is below the temperature at which the particle spheres melt and flow. Example 1
Sequential monolayers were built up by repeating the steps.

実施例5 物理的なバリヤーによって圧縮された単分子層から、圧
縮されたコロイド被覆をつくった。つぎの手順によって
この物理的に圧縮された層をつくった。
Example 5 A compressed colloidal coating was made from a monolayer compressed by a physical barrier. This physically compressed layer was created by the following steps.

(1)ポリスチレン球体とヘキサンの懸濁液から水の表
面上に2ミクロンの球状のポリスチレン粒子の単分子層
を散開する。ヘキサンは水に不溶であり、液滴が空気−
水界面に置かれる場合、水の表面上に浮いて散開する。
(1) Spread a monomolecular layer of spherical polystyrene particles of 2 microns on the surface of water from a suspension of polystyrene spheres and hexane. Hexane is insoluble in water and the droplets are air-
When placed at a water interface, they float and spread out on the surface of the water.

ヘキサン液滴中に置かれたポリスチレン球体は実質上溶
解せず、ヘキサンによって水の表面を横切って運ばれる
であろう。ヘキサンを蒸発する場合、ポリスチレン球体
の単分子層が水の表面上に残る。
A polystyrene sphere placed in a hexane droplet will not substantially dissolve and will be carried across the surface of the water by the hexane. When hexane is evaporated, a monolayer of polystyrene spheres remains on the surface of the water.

ポリスチレンの水性ゾルを遠心分離し、水をデカンテー
ションによって除き、ヘキサン中に粒子を再懸濁させる
ことによって、ヘキサンを基体とするゾルをつ(った。
A hexane-based sol was prepared by centrifuging the polystyrene aqueous sol, decanting the water, and resuspending the particles in hexane.

ヘキサンゾル中の粒子の濃度は約1%固体であった。ヘ
キサンゾルをつくっている5分間内に液滴が水の表面上
に拡がった。ヘキサンの蒸発後、分散単分子層が水の表
面上に生成した。
The concentration of particles in the hexane sol was approximately 1% solids. Within 5 minutes of making the hexane sol, droplets spread on the surface of the water. After evaporation of hexane, a dispersed monolayer formed on the surface of the water.

(2)第9図に示すようなやり方で、層を−まとめにし
て押しやる物理的なバリヤーとして作用する2本のテフ
ロン棒によって、この分散層を圧縮した。
(2) The dispersed layer was compressed in the manner shown in FIG. 9 with two Teflon rods acting as physical barriers to force the layers together.

(3)  この圧縮された層を第10図に示す手法に用
いてガラス基体に移した。
(3) This compressed layer was transferred to a glass substrate using the technique shown in FIG.

(4)  このガラス基体上の被覆を蒸発してガラス上
によく密着した被覆を残した。
(4) The coating on the glass substrate was evaporated leaving a well-adhered coating on the glass.

実施例6 つぎの手法を用いてゼオライトタイプZK−5の単分子
層をつくった。
Example 6 A monolayer of zeolite type ZK-5 was prepared using the following procedure.

(1)約0.3gの乾燥ZK−5ゼオライトの粒子を2
0ccのペンタンと混合した。この混合物に約0.5c
cのへキサメチルジシラザン(HMDS)を加えた。つ
ぎにこの混合物を30分にわたり超音波によって攪拌し
た。
(1) Approximately 0.3 g of dry ZK-5 zeolite particles
Mixed with 0 cc of pentane. Approximately 0.5c to this mixture
Hexamethyldisilazane (HMDS) of c was added. This mixture was then stirred ultrasonically for 30 minutes.

(2)ベトリ皿を蒸留水で満たし、工程1でつくった混
合物を表面に満願した。ペンタンおよびHMDSを蒸発
させ、空気−水界面に捕捉されたZK−5ゼオライト結
晶の単分子層を残した。
(2) A bedding dish was filled with distilled water, and the mixture prepared in step 1 was poured onto the surface. The pentane and HMDS were evaporated leaving a monolayer of ZK-5 zeolite crystals trapped at the air-water interface.

(3)移される筈であったこの単分子層をその上に有す
るガラス基体を非イオン性洗浄剤(トリトンX−100
)で清浄にし、蒸留水ですすいだ。
(3) Clean the glass substrate with this monolayer on it, which was to be transferred, using a nonionic cleaning agent (Triton X-100).
) and rinsed with distilled water.

(4)  水の表面上のゼオライト単分子層を非イオン
性界面活性剤(トリトンX−100)の若水溶液(20
0ppn+ )で圧縮した。ベトリ皿の端に液滴を置く
ことによって界面活性剤の溶液を適用した。液滴が水の
表面と接触すると直ちに単分子層の圧縮が起った。
(4) A zeolite monolayer on the water surface was coated with a young aqueous solution of a nonionic surfactant (Triton X-100) (20
0ppn+). A solution of surfactant was applied by placing a drop on the edge of the bird dish. Compression of the monolayer occurred as soon as the droplet contacted the water surface.

(5)圧縮された層は空気−水界面から、工程3でつく
ったガラススライド上に上げられた。加熱ランプを使用
してこのスライドから過剰の水を乾燥すると、密着した
ゼオライト単分子層のフィルムが残った。
(5) The compressed layer was lifted from the air-water interface onto the glass slide made in step 3. Excess water was dried from the slide using a heat lamp, leaving a film of a coherent zeolite monolayer.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、ランダムコロイド被覆中に単一分散した球状
ラテックス粒子の配列を示す電子顕微鏡写真である。 粒子間の間隔は顕微鏡写真から明白である。 第2図はランダムコロイド被覆中の2μmポリスチレン
ラテックス粒子の配列を示す顕微鏡写真である。 第3図はスピン被覆された単一分散したポリスチレンラ
テックス粒子の微結晶配列を示す電子顕微鏡写真である
。 第4図は、支持体から界面活性剤を用いて被覆された液
体表面上へ移動するときの、ランダムコロイド被覆の圧
縮を示す、“ピストンオイル”が界面活性剤層の作用に
より液体表面上のコロイド粒子の散開を妨げるので圧縮
された単分子層が形成される。 第5図は、液体から引き出された支持体上へ液体表面か
ら圧縮されたコロイド単分子層が移動するのを示す概略
図であり、支持体表面上に圧縮されたコロイド単分子層
が形成されることを示す。 第6図は支持体とコロイド単分子層との間に閉じ込めら
れ、存在している液体層を示しており、この層は第5図
に示すように移動されたときのものである。液体が蒸発
するときの被覆中の変化が圧縮されたコロイド被覆を残
すことを示す。 第7図は、支持体から液体表面へ移動されるランダムコ
ロ−イド被覆を示す。このコロイド粒子は物理的バリヤ
ーの間で自由に散開することができる。 第8図は、液体層めの底に残っている支持体を用いて、
完全に移動されたコロイド層を示す。支持体は、次の工
程の前にバリヤーの外へ取り出すことにより除去できる
。 第9図は、液体表面のコロイド単分子層を示す。 それは、物理的バリヤーの移動によって圧縮され、その
ため圧縮された単分子層を形成する。 第10図は、液体表面下から取り出された支持体に移さ
れ、圧縮された単分子層を示す。 この支持体は画定されている物理的バリヤーの外側の、
液体表面下へその支持体を下げることによりより導入す
ることができる。 第11図は、本発明の方法により得られる、ぴったりパ
ックされたコロイド粒子の規則正しい構造を示す、電子
顕微鏡写真である。 第12図は、本発明の方法により得られる、ぴったりパ
ックされたコロイド粒子の別の構造を示す電子顕微鏡写
真である。 第13図は、ランダムコロイド被覆と圧縮された単分子
層との両者の境界を含む電子顕微鏡写真である。 17in+ FIG、1 層    1τ二 FIG  2 FIG、3 FiGi3 FIG、 4 FIG、5 FIG、 6 FIG、 7 FIG、 9 FIG、10 FiG、、t2      ・
FIG. 1 is an electron micrograph showing an array of monodispersed spherical latex particles in a random colloidal coating. The spacing between particles is evident from the micrograph. FIG. 2 is a micrograph showing the arrangement of 2 μm polystyrene latex particles in a random colloidal coating. FIG. 3 is an electron micrograph showing the microcrystalline arrangement of spin-coated monodisperse polystyrene latex particles. Figure 4 shows the compression of a random colloidal coating as it moves from a support onto a liquid surface coated with a surfactant. This prevents the colloidal particles from spreading out, so that a compressed monolayer is formed. FIG. 5 is a schematic diagram showing the transfer of a compressed colloidal monolayer from the liquid surface onto a support that has been pulled out of the liquid, forming a compressed colloidal monolayer on the support surface. to show that FIG. 6 shows the liquid layer trapped and present between the support and the colloidal monolayer when this layer is transferred as shown in FIG. The changes in the coating as the liquid evaporates leave behind a compacted colloidal coating. Figure 7 shows a random colloid coating transferred from a support to a liquid surface. The colloidal particles are free to spread out between the physical barriers. Figure 8 shows that using the support remaining at the bottom of the liquid layer,
Showing a completely displaced colloid layer. The support can be removed by removing it from the barrier before the next step. FIG. 9 shows a colloidal monolayer on the surface of a liquid. It is compressed by the movement of the physical barrier, thus forming a compressed monolayer. Figure 10 shows the monolayer removed from below the liquid surface, transferred to a support, and compressed. This support is outside the defined physical barrier.
More can be introduced by lowering the support below the surface of the liquid. FIG. 11 is an electron micrograph showing the ordered structure of tightly packed colloidal particles obtained by the method of the invention. FIG. 12 is an electron micrograph showing another structure of tightly packed colloidal particles obtained by the method of the invention. FIG. 13 is an electron micrograph containing the interface of both a random colloidal coating and a compacted monolayer. 17in+ FIG, 1 layer 1τ2 FIG 2 FIG, 3 FiGi3 FIG, 4 FIG, 5 FIG, 6 FIG, 7 FIG, 9 FIG, 10 FiG, t2 ・

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)(a)第1の液体−ガス界面において非両親媒性
コロイド粒子の単分子層を形成し、 (b)該第1液体表面上の該非両親媒性コロイド粒子の
該単分子層を圧縮し、 (c)該第1液体表面から支持体上に圧縮層を取り出し
、かつ (d)該支持体を乾燥すること、 からなる、支持体上に非両親媒性コロイド粒子の、ぴっ
たりとパックされた被覆を作る方法。
(1) (a) forming a monolayer of non-amphiphilic colloid particles at a first liquid-gas interface; (b) forming a monolayer of non-amphiphilic colloid particles on the surface of the first liquid; (c) removing a compressed layer from the first liquid surface onto a support; and (d) drying the support. How to make packed sheathing.
(2)単分子層形成工程は、空隙を有するランダムコロ
イド被覆が第1液体−ガス界面において閉じこめられる
ように、該被覆を第1液体に浸漬することからなる特許
請求の範囲第(1)項記載の被覆を作る方法。
(2) The monomolecular layer forming step comprises immersing the voided random colloid coating in the first liquid such that the coating is confined at the first liquid-gas interface. How to make the described coating.
(3)単分子層形成工程は、第1液体上に第2液体を置
き、(ただし、該第2液体は第1液体と不混和性かつ粒
子の懸濁物を含有している)、かつ第2液体と懸濁物を
第1液体の表面に散開することからなる特許請求の範囲
第(1)項記載の被覆を作る方法。
(3) The monomolecular layer forming step includes placing a second liquid on the first liquid (provided that the second liquid is immiscible with the first liquid and contains a suspension of particles), and A method of making a coating according to claim 1, comprising spreading a second liquid and a suspension on the surface of the first liquid.
(4)圧縮工程は、粒子間に介在する空間を除くように
、粒子層に対し機械的バリヤーを動かすことからなる特
許請求の範囲第(1)項に記載の被覆を作る方法。
4. A method of making a coating as claimed in claim 1, wherein the compaction step comprises moving a mechanical barrier against the layer of particles so as to eliminate the intervening spaces between the particles.
(5)圧縮工程は、ピストン油を第1の液体−ガス界面
に散開し粒子間に介在する空間を圧縮するよう該界面上
にピストン油を沈着することからなる特許請求の範囲第
(1)項に記載の被覆を作る方法。
(5) The compression step comprises spreading the piston oil onto the first liquid-gas interface and depositing the piston oil onto the interface so as to compress the intervening spaces between the particles. Method of making the coating described in Section.
(6)形成工程及び圧縮工程が単一工程からなる特許請
求の範囲第(1)項に記載の被覆を作る方法。
(6) A method of making a coating according to claim (1), wherein the forming step and the compressing step are a single step.
(7)圧縮工程が、単分子層粒子の既定パターンを作る
ことからなる特許請求の範囲第(1)項に記載の被覆を
作る方法。
7. A method of making a coating according to claim 1, wherein the compaction step comprises creating a predetermined pattern of monolayer particles.
(8)コロイド粒子が単一分散体であることからなる特
許請求の範囲第(1)項に記載の被覆を作る方法。
(8) A method of making a coating according to claim (1), wherein the colloidal particles are a single dispersion.
(9)第1の液体が水であることからなる特許請求の範
囲第(1)項に記載の被覆を作る方法。
(9) A method of making a coating according to claim (1), wherein the first liquid is water.
(10)コロイド粒子が0.1〜5μmである特許請求
の範囲第(1)項に記載の被覆を作る方法。
(10) A method for making a coating according to claim (1), wherein the colloidal particles have a size of 0.1 to 5 μm.
(11)コロイド粒子が高分子量体である特許請求の範
囲第(1)項に記載の被覆を作る方法。
(11) A method for producing a coating according to claim (1), wherein the colloidal particles are high molecular weight particles.
(12)支持体が水でぬれていないことからなる特許請
求の範囲第(1)項に記載の被覆を作る方法。
(12) A method of making a coating according to claim (1), wherein the support is not wetted with water.
JP23993087A 1986-09-24 1987-09-24 Manufacture of large area-two-dimensional arranged article of tightly packaged colloidal particle Pending JPS63171671A (en)

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