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複合材中空粒子およびその製造方法、蛍光材料 NEW

国内特許コード P170014024
整理番号 (S2013-1444-N0)
掲載日 2017年4月10日
出願番号 特願2015-540568
登録番号 特許第6083003号
出願日 平成26年10月3日(2014.10.3)
登録日 平成29年2月3日(2017.2.3)
国際出願番号 JP2014076536
国際公開番号 WO2015050243
国際出願日 平成26年10月3日(2014.10.3)
国際公開日 平成27年4月9日(2015.4.9)
優先権データ
  • 特願2013-207983 (2013.10.3) JP
  • 特願2014-129753 (2014.6.25) JP
発明者
  • 藤 正督
  • 石野 尊拡
  • 白井 孝
  • 高井 千加
出願人
  • 国立大学法人 名古屋工業大学
発明の名称 複合材中空粒子およびその製造方法、蛍光材料 NEW
発明の概要 シリカ中空粒子と蛍光体粒子とを複合させた複合材中空粒子、および、室温付近の温度下でかつ直接、シリカ中空粒子のシリカ殻の表面に蛍光体粒子を担持させることができる複合材中空粒子の製造方法を提供する。
本発明の複合材中空粒子は、シリカ殻からなるシリカ中空粒子と、シリカ殻の外表面と内表面の少なくとも一方に担持された亜鉛含有結晶粒子とを備える。本発明の複合材中空粒子の製造方法は、第1工程と、第2工程と、第3工程とを順に行うことで、複合材中空粒子を得る。第1工程では、細孔を有するシリカ殻からなるシリカ中空粒子と、亜鉛源を含む亜鉛源含有溶液と、アルカリ源を含むアルカリ含有混合液とを用意する。第2工程では、シリカ中空粒子に亜鉛源含有溶液を含浸させた後、濾過して粒子を得る。第3工程では、アルカリ含有混合液と、第2工程で得られた粒子とを混合および撹拌する。
従来技術、競合技術の概要

中空粒子は低密度、高比表面積、物質内包能等、中実粒子と異なる種々の特徴を有することから、軽量材、断熱材、光学材、医療分野等の幅広い分野で応用されている。近年、特に粒子径50~100nm程度の中空粒子、そのなかでもシリカの中空粒子の研究開発が活発になされている。シリカ自体が透明性を有すること、粒子径が可視光波長以下であること、さらに内部が空洞であり、光の吸収が少ないため、高光透過性を有する。また個々の粒子内部が空洞のため、空気とシリカ殻との界面の面積が増加することに加えて、多数粒子の凝集内部に粒子界面があるため、光の散乱が起こりやく、優れた光透過性と光散乱性を併せて有する。このようなシリカ中空粒子およびその製造方法については、例えば、特許文献1に開示されている。


蛍光体粒子として、酸化亜鉛(ZnO)微粒子が知られている。酸化亜鉛微粒子の発光メカニズムは諸説あるが、酸化亜鉛のウルツ鉱型結晶中の酸素欠陥に起因していると説明されることが多い。特に粒子径により蛍光強度あるいは蛍光ピーク波長が変わると言われている。


酸化亜鉛微粒子の製造方法については、特許文献2に開示され、カルボン酸亜鉛塩とアルコールとの混合液を、アンモニアを含有及び/又は発生する物質と混合及び/又は接触させて、その混合液を加水分解して酸化亜鉛超微粒子を生成し、その後、アンモニアを留去することにより、実質的にアルカリを含有しない酸化亜鉛超微粒子ができるとしている。


一方、特許文献3には、亜鉛化合物のエタノール又は水等の溶液を用いて、シリカゲル等のシリカ系無機多孔質体の細孔内に亜鉛イオン又は亜鉛化合物を導入し、酸化雰囲気下で加熱焼成して、多孔質体の細孔内に酸化亜鉛微粒子を内包させる技術を開示している。

産業上の利用分野

本発明は、シリカ殻からなる中空粒子と蛍光体粒子とを複合させた複合材中空粒子およびその製造方法、その複合材中空粒子を用いた蛍光材料に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
シリカ殻からなるシリカ中空粒子と、
前記シリカ殻の外表面と内表面の少なくとも一方に担持された亜鉛含有結晶粒子とを備え、
前記シリカ中空粒子の平均粒子径は30~2000nmであり、
前記亜鉛含有結晶粒子の平均粒子径は1~20nmであり、
前記亜鉛含有結晶粒子は、CuKα線によるX線回折パターンにおいて、θ=(9°、18°、27°、36°)の度群、2θ=(10°、15°、17°、20°、21°、25°、28°、32°、36°)の度群および2θ=(32°、34°、38°)の度群のいずれか1つ以上の角度群に回折ピークを有する、シリカと亜鉛含有結晶の複合材で構成された複合材中空粒子。

【請求項2】
前記複合材から放出される蛍光のピーク波長が500~600nmである請求項1に記載の複合材中空粒子。

【請求項3】
前記シリカ殻は細孔を有し、前記細孔の平均細孔径が2nm以下である請求項1または2に記載の複合材中空粒子。

【請求項4】
前記亜鉛含有結晶粒子は、前記シリカ殻の外表面と内表面のうち少なくとも内表面に担持されている請求項1ないしのいずれか1つに記載の複合材中空粒子。

【請求項5】
シリカ殻からなるシリカ中空粒子と、
前記シリカ殻の外表面と内表面の少なくとも一方に担持された亜鉛含有結晶粒子とを備え、
前記シリカ中空粒子の平均粒子径は30~2000nmであり、
前記亜鉛含有結晶粒子の平均粒子径は1~20nmであり、
前記亜鉛含有結晶粒子は、CuKα線によるX線回折パターンにおいて、2θ=(32°、35°、36°)の第1角度群、2θ=(9°、18°、27°、36°)の第2角度群、2θ=(10°、15°、17°、20°、21°、25°、28°、32°、36°)の第3角度群および2θ=(32°、34°、38°)の第4角度群のいずれか1つ以上の角度群に回折ピークを有する、シリカと亜鉛含有結晶の複合材で構成された複合材中空粒子の製造方法であって、
細孔を有するシリカ殻からなり、平均粒子径が30~2000nmであるシリカ中空粒子と、亜鉛源を水または有機溶媒に溶解した亜鉛源含有溶液と、アルカリ源と溶媒とを混合させたアルカリ含有混合液とを用意する第1工程と、
前記シリカ中空粒子に前記亜鉛源含有溶液と前記アルカリ含有混合液の一方の液体を含浸させて、前記一方の液体が前記細孔から前記シリカ中空粒子の内部に入り込んだ粒子を得る第2工程と、
前記亜鉛源含有溶液と前記アルカリ含有混合液の他方の液体と、前記第2工程で得られた粒子とを混合および撹拌して、前記亜鉛源と前記アルカリ源を反応させて前記シリカ殻の外表面と内表面の少なくとも一方に亜鉛含有結晶粒子を生成する第3工程とを行うことで、前記複合材中空粒子を得る複合材中空粒子の製造方法。

【請求項6】
前記第3工程の混合および撹拌を20~40℃の温度下で行う請求項に記載の複合材中空粒子の製造方法。

【請求項7】
前記シリカ中空粒子として、平均細孔径が2nm以下である細孔を有する前記シリカ殻からなるものを用いる請求項またはに記載の複合材中空粒子の製造方法。

【請求項8】
前記亜鉛源含有溶液の亜鉛源として、無水酢酸亜鉛、硝酸亜鉛、塩化亜鉛、硫化亜鉛および硫酸亜鉛のいずれか1つ以上のものを用いる請求項ないしのいずれか1つに記載の複合材中空粒子の製造方法。

【請求項9】
前記アルカリ含有混合液のアルカリ源として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムおよびアンモニアのいずれか1つ以上のものを用い、前記アルカリ含有混合液の溶媒として、エタノール、2-プロパノール、アセトン、エチレングリコール、ジグライムおよび水のいずれか1つ以上のものを用いる請求項ないしのいずれか1つに記載の複合材中空粒子の製造方法。

【請求項10】
前記アルカリ含有混合液のアルカリ源および溶媒として、水酸化ナトリウムおよびエタノールを用いるとともに、エタノール中に含まれる水酸化ナトリウムの量を5g/L~50g/Lとし、
前記第3工程の混合および撹拌の時間を1分~120分とする請求項ないしのいずれか1つに記載の複合材中空粒子の製造方法。

【請求項11】
シリカと亜鉛含有結晶の複合材で構成された複合材中空粒子を用いた蛍光材料であって
前記複合材中空粒子は、
シリカ殻からなるシリカ中空粒子と、
前記シリカ殻の外表面と内表面の少なくとも一方に担持された亜鉛含有結晶粒子とを備え、
前記シリカ中空粒子の平均粒子径は30~2000nmであり、
前記亜鉛含有結晶粒子の平均粒子径は1~20nmであり、
前記亜鉛含有結晶粒子は、CuKα線によるX線回折パターンにおいて、2θ=(32°、35°、36°)の第1角度群、2θ=(9°、18°、27°、36°)の第2角度群、2θ=(10°、15°、17°、20°、21°、25°、28°、32°、36°)の第3角度群および2θ=(32°、34°、38°)の第4角度群のいずれか1つ以上の角度群に回折ピークを有する蛍光材料。

【請求項12】
請求項11に記載の蛍光材料を用いた導光板式フラットパネル照明。

【請求項13】
請求項11に記載の蛍光材料を内包した発光ダイオード照明。

【請求項14】
光を照射する光源と、
前記光源から照射された光によって発光する蛍光体とを備え、
前記光源の光と前記蛍光体が発光した光の両方を照射する照明装置であって、
前記蛍光体は、請求項11に記載の蛍光材料で構成されていることを特徴とする照明装置。

【請求項15】
前記光源は、青色発光ダイオードであることを特徴とする請求項14に記載の照明装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
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出願権利状態 登録
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