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(In Japanese)コロイド共晶、コロイド共晶固化体、及びそれらの製造方法

Patent code P170014676
File No. (S2015-0212-N0)
Posted date Nov 21, 2017
Application number P2016-563635
Date of filing Dec 2, 2015
International application number JP2015083862
International publication number WO2016093121
Date of international filing Dec 2, 2015
Date of international publication Jun 16, 2016
Priority data
  • P2014-252527 (Dec 12, 2014) JP
Inventor
  • (In Japanese)山中 淳平
  • (In Japanese)豊玉 彰子
  • (In Japanese)奥薗 透
  • (In Japanese)宇田 聡
  • (In Japanese)野澤 純
Applicant
  • (In Japanese)公立大学法人名古屋市立大学
Title (In Japanese)コロイド共晶、コロイド共晶固化体、及びそれらの製造方法
Abstract (In Japanese)
【課題】
 格子定数の異なる複数種類のコロイド結晶が共存する集合体である「コロイド共晶」、それを固化したコロイド共晶固化体、及びそれらの製造方法を提供する。
【解決手段】
 本発明のコロイド共晶は粒径の異なる2種以上の実質的に単分散のコロイド粒子からなるコロイド結晶が混在する。このコロイド共晶は、粒径の異なる2種以上のコロイド粒子と、該コロイド粒子(各コロイド粒子の粒子径の変動係数は20%未満)に実質的に吸着しない高分子を溶解する分散媒に分散されたコロイド分散液を準備(分散液準備工程)、このコロイド分散液を静置する(共析工程)ことにより得ることができる。
【選択図】
 図1
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

コロイドとは、数nmから数μmの大きさを有する分散相(コロイド粒子など)が分散媒中に分散している系をいう。コロイド中のコロイド粒子は、ある特殊な条件が揃うと規則正しく並んだ秩序構造を形成することがあり、これをコロイド結晶と呼んでいる。

コロイド結晶は、通常の結晶と同様に、格子面間隔に応じた電磁波をBragg回折する。その回折波長は、製造条件(粒子濃度、粒径、粒子あるいは媒体の屈折率など)を選ぶことで可視光領域に設定できる。このため、フォトニック材料をはじめとする光学素子などへの応用展開が、国の内外で現在盛んに検討されている。現在、光学材料製造法の主流は、多層薄膜法およびリソグラフィー法である。これらの手法によれば周期精度に優れたコロイド結晶を製造することができるが、前者では1次元、後者では1または2次元周期構造しか得られない。

コロイド結晶には3つのタイプが存在する。
第一は、粒子間に剛体球反発のみが働く剛体球系におけるコロイド結晶である。このコロイド結晶化はエントロピーのみに依存し、具体的なパラメータは粒子濃度のみである。巨視的な球を限られた空間に詰め込んでいくと、規則配列する現象に似ており、結晶化した際の粒子体積分率は約0.5(濃度=50体積%)以上である。このとき、粒子同士が接触していなくても結晶化が生じる。
第二はオパール結晶であり、粒子同士接触し充填した結晶構造の総称である。このときの体積分率は、結晶構造により異なるが、例えば体心立方格子で0.68、面心立方格子では0.74程度である。
第三は荷電型コロイド結晶であり、荷電したコロイド粒子の分散系(荷電コロイド系)において、粒子間に働く静電相互作用により形成される。静電相互作用は長距離におよぶため、粒子濃度の低い(粒子間の距離の長い)、粒子体積分率が約0.001程度でも結晶が生成し得る。

コロイド粒子間に特別な相互作用が無いコロイド系において、粒径の揃った粒子を用いると、コロイド粒子は沈降し集合して規則正しく配列し、最密充填されたオパール型コロイド結晶が得られるという報告がある(特許文献1)。しかし、このオパール型コロイド結晶では、格子定数が一種類のコロイド結晶の集合体しか得られておらず、単分散のコロイド粒子からなるコロイド結晶が2種以上混在するコロイド共晶について報告された例はない。

多成分系コロイドからコロイド結晶を析出させた例として、非特許文献1には、金微粒子と金ナノロッドを分級したという報告がされているが、前述したコロイド共晶は得られていない。すなわち、この文献では金微粒子と金ナノロッドの混合コロイドから金微粒子のみがコロイド結晶が形成され、その結晶粒界に金ナノロッドが集合することは報告されているが、金ナノロッドのコロイド結晶と金微粒子のコロイド結晶とが混合したコロイド共晶が形成されたわけではない。

なお、最近、格子定数の異なる複数種類のオパール型コロイド結晶が分散媒中で共存する現象が見出されている(非特許文献2)。しかしながら、このコロイド結晶系は、複数種類のオパール型コロイド結晶が同じ比重の分散媒中に浮遊した状態であり、固定された位置で混在する集合体ではない。このため、ブラウン運動によってコロイド結晶の光軸の方向が変化するおそれがあり、フォトニック材料をはじめとする光学素子などへ応用は困難である。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、単分散のコロイド粒子からなるオパール型のコロイド結晶が2種以上固定された位置で混在する集合体(以下本明細書では「コロイド共晶」という)、それを固化したコロイド共晶固化体、及びそれらの製造方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
粒子径の変動係数が20%未満のコロイド粒子からなるオパール型のコロイド結晶が2種以上、固定された位置で混在しているコロイド共晶。

【請求項2】
 
前記コロイド結晶の格子面は同一平面に配向している請求項1のコロイド共晶。

【請求項3】
 
前記コロイド結晶は高分子コロイド粒子からなる請求項1又は2に記載のコロイド共晶。

【請求項4】
 
前記高分子コロイド粒子はポリスチレンからなる請求項3に記載のコロイド共晶。

【請求項5】
 
前記コロイド粒子の平均粒子径は1nm以上50μm以下である請求項1乃至4のいずれか1項に記載のコロイド共晶。

【請求項6】
 
前記コロイド結晶はシリカ粒子からなる請求項1、2及び5のいずれか1項に記載のコロイド共晶。

【請求項7】
 
請求項1乃至6のいずれか1項に記載のコロイド共晶が固化剤によって固化されているコロイド共晶固化体。

【請求項8】
 
粒径の異なる2種以上のコロイド粒子が高分子を溶解する分散媒に分散されており、各コロイド粒子の粒子径の変動係数は20%未満であり、該分散媒の比重は該コロイド粒子の比重よりも小さいコロイド分散液を準備する分散液準備工程と、
該コロイド分散液を静置することにより、格子定数の異なる2種以上のオパール型のコロイド結晶を共析させる共析工程と、を備えることを特徴とするコロイド共晶の製造方法。

【請求項9】
 
前記コロイド結晶は高分子の粒子からなる請求項8のコロイド共晶の製造方法。

【請求項10】
 
前記コロイド結晶はポリスチレン粒子からなる請求項8又は9に記載のコロイド共晶の製造方法。

【請求項11】
 
前記コロイド結晶はシリカ粒子からなる請求項7に記載のコロイド共晶の製造方法。

【請求項12】
 
前記コロイド粒子の平均粒子径は1nm以上50μm以下である請求項8乃至11のいずれか1項に記載のコロイド共晶の製造方法。

【請求項13】
 
前記コロイド分散液に対する前記コロイド粒子の体積分率は0.001以上0.1以下である請求項8乃至12のいずれか1項に記載のコロイド共晶の製造方法。

【請求項14】
 
粒径の異なる2種以上のコロイド粒子が高分子と光硬化性樹脂とを溶解する分散媒に分散されており、各コロイド粒子の粒子径の変動係数は20%未満であり、該分散媒の比重は該コロイド粒子の比重よりも小さいコロイド分散液を準備する分散液準備工程と、
該コロイド分散液を静置することにより、格子定数の異なる2種以上のオパール型のコロイド結晶を共析させる共析工程と、
該共析工程で形成されたコロイド共晶に光を照射して固化する光照射工程と、
を備えることを特徴とするコロイド共晶固化体の製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2016563635thum.jpg
State of application right Published
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