(57)【要約】【課題】  簡便にコロイダルシリカ微粒子の配列構造を得ることができるシリカ微粒子配列物の作製方法を提供する。【解決手段】  燐原子に結合した複数のＯＨ基を有する化合物によってその表面を分子修飾されたガラスからなる基体に、コロイダルシリカを接触させることを特徴とするシリカ微粒子配列物の作製方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燐原子に結合した複数のＯＨ基を有する化合物によってその表面を分子修飾されたガラスからなる基体に、コロイダルシリカを接触させることを特徴とするシリカ微粒子配列物の作製方法。
【請求項２】
ガラスがアルミノシリケートガラスであることを特徴とする請求項１記載のシリカ微粒子配列物の作製方法。
【請求項３】
コロイダルシリカ接触後の基体の表面をコロイダルシリカ粒子同士の付着力より強く、燐原子に結合した複数のＯＨ基を有する化合物とコロイダルシリカの結合力よりは弱い洗浄力の洗浄を行って、コロイダルシリカ粒子同士の付着を引き剥がすことを特徴とする請求項１または２記載のシリカ微粒子配列物の作製方法。
【請求項４】
シリカ粒子配列物が、コロイダルシリカの単分子層からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のシリカ微粒子配列物の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリカ微粒子配列物の作製方法に関する。微小粒子の配列物は、フォトニック材料として注目されている。また、垂直磁気記録媒体等の素子に用いられる微小な細孔構造を有する構造体製造のためのスタンパ(転写鋳型)としても有用である。
【背景技術】
【０００２】
微小な粒子を基体表面に配列させる方法としては、ガラスやシリコン等の基板に、複数の官能基を含む架橋性化合物を介してガラス、シリカなどからなる微粒子を結合してマイクロアレイを形成する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。ここには、アミノ基、エポキシ基、カルボキシ基等の官能基を多数有する重合体で覆い、架橋性化合物で架橋させている。微粒子は官能基により基板の特定のアドレスに結合し、かつ、微粒子は特定の目的の存在物に結合することによりマイクロアレイを作成している。
【０００３】
また、光波長程度の直径を有した粒子に第１官能基を結合させて第１官能基修飾粒子を形成し、また、光波長程度の直径を有した粒子に第２官能基を結合させて第２官能基修飾粒子を形成し、基板表面に第１官能基を配した自己組織膜を形成し、官能基間の化学結合を利用して自己組織膜に第２官能基修飾粒子を結合させて粒子層Ａを形成し、ついで粒子層Ａの上に第１官能基修飾粒子を結合させて粒子層Ｂを形成し、これらの粒子層Ａと粒子層Ｂを次々と積層して光波長程度の格子定数を有する結晶体を形成するフォトニック結晶の製造方法の提案がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
また、二酸化珪素（シリカ）からなる球形コロイド粒子が自己集合してなるコロイド結晶を基板表面に圧密して基板表面にコロイド結晶パターンからなるフォトニック結晶を形成した後、所定の屈折率を有する材料を溶浸し、次いで、コロイド粒子を除いて反転型フォトニック結晶を形成するフォトニック結晶の合成方法の提案もある（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５１７５８９号公報
【特許文献２】特開２００２−３４１１６１号公報
【特許文献３】特表２００４−５１１８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、官能基を多数有する重合体で基板表面をコーティングするか、基板をこのような重合体のフィルムで覆い、基板表面に高濃度の官能基を導入している。次いで、この官能基と反応できる架橋性化合物で架橋させ、例えば、官能基数をさらに増加させている。この官能基を介して、微粒子を基板の特定位置に結合している。すなわち、特定の官能基を有する重合体を合成したり、その重合体でフィルムを作製する必要があり、微粒子配列体を作成する下準備に多大な手間を要するという問題がある。
【０００７】
特許文献２では、例えばシランカップリング材等を用いて、第１官能基を結合させた第１官能基修飾粒子と、第２官能基を結合させた第２官能基修飾粒子を準備し、基板表面に第１の官能基からなる自己組織膜を形成し、この自己組織膜と第１官能基修飾粒子を結合させ、次いで、第２官能基修飾粒子をこれに結合させる。さらにこの上に第１官能基修飾粒子と第２官能基修飾粒子を交互に積層してフォトニック結晶を得ている。すなわち、基板表面全面にＯＨ基を導入し、その基板を例えばオクタデシルトリクロロシランで処理して、自己組織膜を形成する工程、自己組織膜の所定表面にＯＨ基などの第１の官能基を導入する工程、粒子に第１官能基を導入する工程、他の粒子に第２官能基を導入する工程等が必要であり、やはり多大な手間を要する。
【０００８】
特許文献３では、コロイド粒子を所定のパターンで基板表面に塗布し、コロイド粒子を自己集合させてコロイド結晶を形成させた後、コロイド粒子にネッキングをもたらすことにより圧密化する。次いで所定の屈折率の材料を溶浸した後、コロイド粒子を取り除いて反転型のコロイド結晶パターンを形成するという複雑な工程で形成している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明はコロイダルシリカ微粒子の配列構造を従来に比べて、より簡便に得る方法を提供することを目的とする。
【００１０】
すなわち、本発明のシリカ微粒子配列物の作成方法は燐原子に結合した複数のＯＨ基を有する化合物によってその表面を分子修飾されたガラスからなる基体に、コロイダルシリカを接触させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡便にコロイダルシリカ微粒子の配列構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明において、燐原子に結合した複数のＯＨ基を有する化合物とは、分子内にＰ-ＯＨ（Ｐ：燐、Ｏ：酸素、Ｈ：水素）を複数有する分子であり、燐酸（Ｈ３ＰＯ４）、ポリ燐酸（Ｈｎ＋２ＰｎＯ３ｎ＋１）、ホスホン酸（Ｈ３ＰＯ３）、ホスホン酸基を有する化合物（Ｒ−（Ｈ２ＰＯ３）ｎ、Ｒ：アルキル基、アリール基またはアラルキル基））を挙げることができる。Ｐ−ＯＨはガラス表面のシラノール（Ｓｉ−ＯＨ）と結合を形成することが知られている。また、アルミノシリケートガラスのアルミニウムと強い結合を形成する。
【００１３】
このことから、本発明においては、基体としてアルミノシリケートガラスを用いることが好ましい。
【００１４】
アルミノシリケートガラス基体表面を燐原子に結合した複数のＯＨ基を有する化合物によって分子修飾する方法としては、この化合物の水溶液にアルミノシリケートガラス基体を浸漬する方法を採用することができる。
【００１５】
基体の浸漬により水溶液中の化合物が基体表面に結合する。この化合物はガラスと結合できる官能基を２個以上有するから、その官能基のうち１個あるいは複数個が基体に結合していても残りの官能基は基体と結合していない状態で存在する。
【００１６】
燐原子に結合した複数のＯＨ基を有する化合物の水溶液の化合物濃度は特に限定されるものではないが、０．５〜３重量％のものを用いることができる。
【００１７】
浸漬終了後は適当な溶媒で十分に洗浄し、基体と結合していない化合物を除去してこの化合物で分子修飾した基体を得る。洗浄溶媒としては水が好ましく用いられる。分子修飾した基体の模式図を図１ａに示す。図１ａに示すように、この化合物（以下、修飾分子という）２は官能基の一部で基体１と結合し、修飾分子２には基体１と結合していない官能基３が残っている。図１ａはその状態を模式的に示した図である。
【００１８】
次いで、この分子修飾した基体にコロイダルシリカを付着させる。コロイダルシリカの付着は、適当な分散媒に分散させたコロイダルシリカ懸濁液に、この分子修飾した基体を浸漬することで行うことができる。
【００１９】
この分散媒としては、例えば、アルカリ水溶液を挙げることができる。
【００２０】
この浸漬により、基体に結合した修飾分子は、燐原子に結合したＯＨ基のうち、基体と未結合の基でコロイダルシリカと結合する。
【００２１】
修飾分子として、燐原子に結合した複数のＯＨ基を有する化合物を用いているので、基体表面と修飾分子の結合、コロイダルシリカと修飾分子の結合がともにコロイダルシリカ同士の付着力よりも強くなっている。
【００２２】
したがって、基体引き上げ時やブラウン運動によりコロイダルシリカが基体表面に接触するとコロイダルシリカと修飾分子が強く結合し、基板から離脱しなくなるので基体表面はコロイダルシリカで敷き詰められてゆき、図１ｂに示すように最密充填に近い配列構造を呈する。すなわち、基体１の表面に最も近いコロイダルシリカ粒子４ａはその表面のＳｉ-ＯＨが修飾分子２のガラスと結合していない官能基と反応して結合している。さらにその外側にはコロイダルシリカ同士の付着力により付着したコロイダルシリカ粒子４ｂの層がある。
【００２３】
そこで、コロイダルシリカ粒子同士の付着力より強く、燐原子に結合した複数のＯＨ基を有する化合物とコロイダルシリカの結合力よりは弱い洗浄力の洗浄を行って、上層のコロイダルシリカ同士の付着のみを引き剥がせば、図１ｃに示すようなコロイダルシリカ粒子４ａの２次元配列構造が得られる。このコロイダルシリカ粒子４ａの２次元配列構造は、単分子層を形成していることが好ましい。
【００２４】
このコロイダルシリカ粒子同士の付着力より強く、燐原子に結合した複数のＯＨ基を有する化合物とコロイダルシリカの結合力よりは弱い洗浄力の洗浄としては、周波数８００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ程度のメガソニック洗浄などを挙げることができる。
【００２５】
基体の所定部分以外をマスキングして燐原子に結合した複数のＯＨ基を有する化合物の水溶液に浸漬すると、所定の部分のみ分子修飾し、これを上述のようにコロイダルシリカ分散液に浸漬して超音波洗浄すると、所定部分のみにコロイダルシリカが２次元配列した基体が得られる。
【実施例】
【００２６】
以下に実施例を用いて本発明をさらに説明する。
【００２７】
実施例１
５ｃｍ□のアルミノシリケートガラスを４５℃の１％燐酸水溶液中に３０分浸漬した。浸漬後、水で十分に洗浄してガラスに結合していない燐酸を除去した。
次に、ｐＨ９の水酸化ナトリウム水溶液に粒径１００ｎｍのコロイダルシリカを粒子濃度０．５重量％となるように懸濁させた懸濁液に燐酸処理後のアルミノシリケートガラスを３０分間浸漬して引き上げた後、ガラスが乾燥しないうちにｐＨ１２、５０℃の水酸化カリウム水溶液に浸漬してメガソニック洗浄を行った。さらに、水で十分に洗浄した。走査型顕微鏡による表面及び断面の観察を行ったところ、図１ｃに示すようなガラス表面にコロイダルシリカが２次元に配列した構造のものが得られたことがわかった。
【００２８】
実施例２
４５度の１％燐酸水溶液の代わりに１％ホスホン酸水溶液を用いた以外は実施例１と同様にした。この場合も、実施例１と同様に図１ｃに示すようなガラス表面にコロイダルシリカが２次元に配列した構造のものが得られた。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の方法により得られるガラス表面にコロイダルシリカが２次元に配列した構造物は、微小な細孔構造を有するポーラスアルミナ製造用のスタンパとして有用である。
【００３０】
また、このコロイダルシリカが２次元に配列した構造物を所定のパターンで形成すると、フォトニック結晶として機能させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】シリカ微粒子配列物の作製方法の実施形態を示す図である。（ａ）ガラス基体表面がガラス結合可能な修飾分子で修飾された状態を示す図である。（ｂ）分子修飾した基体にコロイダルシリカを付着させた状態を示す図である。（ｃ）修飾分子により基体表面に結合したコロイダルシリカ粒子の２次元配列構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１：ガラス基体
２：修飾分子
３：官能基
４ａ、４ｂ：コロイダルシリカ粒子
【図１】
2006347816.tif 000003