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粒子位置の制御方法およびその制御方法を用いた粒子膜の製造方法および粒子膜

国内特許コード P03A000602
整理番号 ID5004
掲載日 2003年11月18日
出願番号 特願2000-352766
公開番号 特開2002-153738
登録番号 特許第3418731号
出願日 平成12年11月20日(2000.11.20)
公開日 平成14年5月28日(2002.5.28)
登録日 平成15年4月18日(2003.4.18)
発明者
  • 中林 誠一郎
出願人
  • 学校法人埼玉大学
発明の名称 粒子位置の制御方法およびその制御方法を用いた粒子膜の製造方法および粒子膜
発明の概要 鉛直方向に磁場を作用させ、磁場の強度および方向を変えて粒子の見かけの重力および浮力を制御する方法を提供するとともに、ナノメータ域の粒子を二次元に集積させた粒子膜を製造することが可能な粒子膜の製造方法および該方法により製造される粒子膜を提供する。粒子を分散させた溶媒に磁場を加え、磁場の強度および方向により溶媒における粒子位置を制御する粒子位置の制御方法を用いるとともに、粒子を分散させた溶媒を基板上に塗布し、磁場の強度および方向により溶媒の液面に対する粒子位置を制御する粒子位置の制御方法を用いて溶媒を蒸発させ、粒子を二次元に集積させることを特徴とする粒子膜の製造方法を用いる。
従来技術、競合技術の概要 従来、粒子を二次元に集積させて粒子膜を製造する方法として、移流集積法が用いられている。図1を用いて、移流集積法による粒子膜の製造方法を説明する。図1(a)は、基板1上に塗布された溶媒3を蒸発させているところを示した図である。有機溶媒または有機溶媒と無機溶媒との混合溶液などといった溶媒2に、粒子3を分散させた溶液が基板1に滴下するなどして塗布されている。また、基板1を図示しない加熱装置または減圧装置などに入れ、基板1上に塗布された溶媒2を蒸発させている。溶媒2の蒸発速度は、図示しない加熱装置の温度または減圧装置の圧力を調節することによって行われる。また、図示しない加熱装置または減圧装置を用いないで、自然蒸発により溶媒2を蒸発させることもでき、また容器に蓋をするなどして溶媒2の蒸発速度を減少させて行うこともできる。図1(b)は、溶媒2の蒸発が進み、粒子3が溶媒1の界面4から現れてきたところを示す図である。溶媒2と雰囲気を取り巻く気体5との界面4は、粒子3の存在によって変形され、変形により増大した界面エネルギーが最小となるように粒子3が移流する。溶媒2の蒸発が進むと、図1(b)に示すように粒子3が溶媒2から界面4を分断して突き出し、溶媒2と、雰囲気を取り巻く気体5とにより形成される界面4において作用する横毛管力により、粒子3が集積するように移流すると考えられている。図1(c)は、粒子3が二次元に集積した粒子膜を示す図である。溶媒2の蒸発速度を制御して図1(b)に示す溶媒2の蒸発を行うと、溶媒2と、雰囲気を取り巻く気体5との界面4に横毛管力が作用し、粒子3が移流して二次元的に集積される。集積した粒子3から溶媒2がすべて蒸発すると、図1(c)に示す粒子膜が形成される。上述した移流集積法における粒子位置は、溶媒の蒸発速度の制御により、横毛管力といった粒子の水平方向への制御が行われている。移流集積法では、この溶媒の蒸発速度を制御することにより、マイクロメータ域までの粒子径の粒子を二次元に集積させた粒子膜が製造されている。粒子に対して鉛直方向に作用する力については、重力と、溶媒中において粒子が排除する体積により見かけ重量を軽くするように作用する浮力とがある。しかしながら、重力および浮力は、粒子の質量および密度によって一義的に定まるため、移流集積法では鉛直方向に作用する力を制御することはできず、従って液面に対する鉛直方向の粒子位置を制御することができなかった。また、鉛直方向の粒子位置を制御することができないため、マイクロメータ域以下の、例えばナノメータ域といった粒子径を持つ粒子を二次元に集積させて粒子膜を製造することはできなかった。また、反磁性物体に対して強磁場を加えることにより、物体を浮上させる、いわゆる磁気アルキメデス浮上が知られている(たとえば、東京大学工学部北沢ら、「磁気アルキメデス浮上法を利用した反・常磁性物質の磁気浮上」、SNMS’98(Symposium on New Magneto-Science’98)Proceeding of The Second MeetingNov.25-27 ’98 Japan p27-31)。しかしながら、これまでの磁気アルキメデス浮上は、木片や生物などを水中または空気中において浮上させるといった現象を観測するのみに適用されているのが現状である。
産業上の利用分野 磁場の強度および方向により溶媒に分散させた粒子位置を制御する方法、磁場の強度および方向により粒子の位置を制御して粒子を二次元に集積させた粒子膜の製造方法、および粒子膜
特許請求の範囲 【請求項1】 粒子を分散させた溶媒に磁場を加え、前記磁場の強度および方向を変えることにより前記溶媒の液面に対する粒子位置を制御する、粒子位置の制御方法。
【請求項2】 前記粒子は、反磁性体粒子または常磁性体粒子または強磁性体粒子である、請求項1に記載の粒子位置の制御方法。
【請求項3】 前記磁場は、磁束密度が0.5~20Tである、請求項1または2に記載の粒子位置の制御方法。
【請求項4】 前記粒子は、1~100nmの粒子径である、請求項1~3のいずれか1項に記載の粒子位置の制御方法。
【請求項5】 前記粒子は、硫黄を含む有機化合物により保護されたコロイド粒子である、請求項1~4のいずれか1項に記載の粒子位置の制御方法。
【請求項6】 粒子を溶媒に分散させ、前記粒子を分散させた溶媒を基板上に塗布し、磁場の強度および方向を変えることにより前記溶媒の液面に対する粒子位置を制御するとともに前記溶媒の蒸発速度を制御して該溶媒を蒸発させ、前記粒子を二次元に集積させることを特徴とする、粒子膜の製造方法。
【請求項7】 前記粒子は、反磁性体粒子または常磁性体粒子または強磁性体粒子である、請求項6に記載の粒子膜の製造方法。
【請求項8】 前記磁場は、磁束密度が0.5~20Tである、請求項6または7に記載の粒子膜の製造方法。
【請求項9】 前記粒子は、1~100nmの粒子径である、請求項6~8のいずれか1項に記載の粒子膜の製造方法。
【請求項10】 前記粒子は、硫黄を含む有機化合物により保護されたコロイド粒子である、請求項6~9のいずれか1項に記載の粒子膜の製造方法。
【請求項11】 前記硫黄を含む有機化合物は、炭素数2~20のアルキルチオールである、請求項10に記載の粒子膜の製造方法。
【請求項12】 前記粒子は、Ag、Au、Cu、Pb、Zn、Sn、Bi、Pt、Ti、Pd、Cr、Mn、Al、Fe、Co、Niを含む群から選択される金属のコロイド粒子である、請求項6~9のいずれか1項に記載の粒子膜の製造方法。
【請求項13】 粒子を溶媒に分散させ、前記粒子を分散させた溶媒を基板上に塗布し、磁場の強度および方向を変えることにより前記溶媒の液面に対する粒子位置を制御するとともに前記溶媒の蒸発速度を制御して該溶媒を蒸発させ、前記粒子を二次元に集積させた、粒子膜。
【請求項14】 前記粒子は、反磁性体粒子または常磁性体粒子または強磁性体粒子である、請求項13に記載の粒子膜。
【請求項15】 前記粒子膜の膜厚は、1~100nmである、請求項13または14に記載の粒子膜。
【請求項16】 前記粒子は、硫黄を含む有機化合物により保護されたコロイド粒子である、請求項13~15のいずれか1項に記載の粒子膜。
【請求項17】 前記硫黄を含む有機化合物は、炭素数2~20のアルキルチオールである、請求項16に記載の粒子膜。
【請求項18】 前記粒子は、Ag、Au、Cu、Pb、Zn、Sn、Bi、Pt、Ti、Pd、Cr、Mn、Al、Fe、Co、Niを含む群から選択される金属のコロイド粒子である、請求項13~15のいずれか1項に記載の粒子膜。
産業区分
  • 混合分離
  • 加工
  • 表面処理
  • 処理操作
  • 磁性材料
  • 電子部品
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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