(57)【要約】  半導体液晶組成物と、そのような組成物の製造方法とを開示する。本発明の１つの実施態様は、溶媒と、該溶媒に入っている半導体粒子とを含有している液晶組成物に向けられている。該溶媒及びそれら半導体粒子は、該液晶組成物中に有効な量で存在して、液晶相を形成する。
2005515273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）溶媒と、
（ｂ）前記溶媒中の半導体ナノ粒子と
を含有している液晶組成物であって、前記溶媒と前記半導体ナノ粒子とが、前記液晶組成物中に有効な量で存在して、液晶相を形成している、上記液晶組成物。
【請求項２】
半導体ナノ粒子が、棒状ナノ粒子を含有している、請求項１に記載の液晶組成物。
【請求項３】
半導体ナノ粒子が、約２より大きいアスペクト比を有している、請求項１に記載の液晶組成物。
【請求項４】
半導体ナノ粒子が、III-Ｖ族化合物半導体を含有している、請求項１に記載の液晶組成物。
【請求項５】
半導体ナノ粒子が、II-VI族化合物半導体を含有している、請求項１に記載の液晶組成物。
【請求項６】
溶媒が、有機溶媒を含有している、請求項１に記載の液晶組成物。
【請求項７】
半導体ナノ粒子が、両親媒性分子によって機能的にされている、請求項１に記載の液晶組成物。
【請求項８】
半導体ナノ粒子の各々が、１より大きいアスペクト比を有している、請求項１に記載の液晶組成物。
【請求項９】
半導体ナノ粒子の各々が、化合物半導体を含有している、請求項１に記載の液晶組成物。
【請求項１０】
半導体ナノ粒子が、ＣｄＳｅを含有している、請求項１に記載の液晶組成物。
【請求項１１】
請求項１に記載の液晶組成物を含んでなるデバイス。
【請求項１２】
デバイスが、偏光発光ダイオード又は太陽電池である、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
請求項１に記載の液晶組成物を含んでなる液晶ディスプレイ。
【請求項１４】
（ａ）溶媒と、
（ｂ）前記溶媒中の半導体ナノ粒子と
を含有している液晶組成物であって、前記半導体ナノ粒子の各々が、棒状又は円板状であり、且つ、約２：１より大きいか又は１：２より小さいアスペクト比を有しており、しかも、前記液晶組成物中の前記半導体ナノ粒子が半導体を含有している、上記液晶組成物。
【請求項１５】
溶媒が非極性溶媒である、請求項１４に記載の液晶組成物。
【請求項１６】
半導体ナノ粒子が棒状である、請求項１４に記載の液晶組成物。
【請求項１７】
請求項１４に記載の液晶組成物を含んでなるデバイス。
【請求項１８】
デバイスが、偏光発光ダイオード又は太陽電池である、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
請求項１４に記載の液晶組成物を含んでなる液晶ディスプレイ。
【請求項２０】
液晶組成物を形成する方法において、
（ａ）半導体ナノ粒子を形成する工程と、
（ｂ）前記半導体ナノ粒子と溶媒を混合して、混合物を形成する工程と、
（ｃ）前記混合物中に液晶相を形成する工程と
を包含する、上記方法。
【請求項２１】
半導体ナノ粒子が棒状である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
半導体ナノ粒子を形成する工程は、少なくとも２種類の異なる界面活性剤を含有する加熱溶液の中に化合物半導体前駆体を導入する段階を包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
半導体ナノ粒子を形成する工程は、少なくとも２種類の異なる界面活性剤を含有する加熱溶液の中に化合物半導体前駆体を導入する段階を包含し、しかも、該化合物半導体前駆体は、II-VI族元素、III-Ｖ族元素、又はIV族元素を含有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
半導体ナノ粒子は半導体を含有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
半導体ナノ粒子と溶媒を混合する工程は、前記半導体ナノ粒子を前記溶媒に添加する段階を包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
混合物から液晶相を形成する工程は、前記混合物中の溶媒の量を調整して、前記液晶相を形成する段階を包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
溶媒は非極性溶媒である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
半導体ナノ粒子がIV族半導体を含有している、請求項１に記載の液晶組成物。
【請求項２９】
半導体ナノ粒子が円板状である、請求項１に記載の液晶組成物。
【請求項３０】
デバイスが、発光ダイオードである、請求項１１に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（米国政府の支持に関する言及）
本発明は、協約Ｎｏ．ＤＥ−ＡＣ０３−７６ＳＦ０００９８に基づく米国エネルギー省の下、政府の支持を得て、空軍科学研究局（Ｆ４９６２０−９８−１−０２４３）によって行なった。米国政府は、本発明に関し一定の権利を有する。
（関連出願に関する相互参照）
本出願は、２００２年７月１２日に出願された米国仮特許出願第６０／３９５，０６４号、及び２００１年１０月２４日に出願された同第６０／３４６，２５３号の出願日に関する利益を主張する。これらの特許出願明細書はそっくりそのまま、全ての目的のために、言及することによって、本明細書に組み入れる。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
無機ナノ結晶は、先端の新しいタイプの高分子と見ることができる。保護性界面活性剤の単層でナノ結晶を被包する方法が開発された［Ｍ．Ｌ．ステイガーウォルト(Steigerwald)等：Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１１０，３０４６（１９８８）；Ｇ．シュミット(Schmid)：Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．，９２，１７０９（１９９２）］ので、ナノ結晶は、プラスチックのエレクトロニクスの中で有効成分として組み立てられており［Ｖ．コルビン(Colvin)，Ｍ．シュランプ(Schlamp)，Ａ．Ｐ．アリビスアトス(Alivisatos)：Ｎａｔｕｒｅ，３７０，３５４（１９９４）；Ｂ．Ｏ．ダボウシ(Dabbousi)，Ｍ．Ｇ．ボーエンディ(Bawendi)，Ｏ．オノツカ(Onotsuka)，Ｍ．Ｆ．ルーブナー(Rubner)：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６６，３１６（１９９８）；及び、Ｗ．Ｕ．ホイン(Huynh)，Ｘ．ペン(Peng)，Ａ．Ｐ．アリビスアトス：Ａｄｖ．Ｍａｔ．，１１，９２３（１９９９）］、また、それらナノ結晶を組み合わせて二量体、三量体［Ｃ．Ｊ．ロウェス(Loweth)，Ｗ．Ｂ．コールドウェル(Caldwell)，Ｘ．ペン，Ａ．Ｐ．アリビスアトス，Ｐ．Ｇ．(Schultz)：Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．，Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎｇｌ．，３８，１８０８（１９９９）］、及びナノ結晶の結晶［Ｃ．Ｂ．マーレイ(Murray)，Ｃ．Ｒ．カガン(Kagan)，Ｍ．Ｇ．ボーエンディ：Ｓｃｉｅｎｃｅ，２７０，１３３５（１９９５）；Ｃ．Ａ．マーキン(Mirkin)，Ｒ．Ｌ．レツィンジャ(Letsinger)，Ｒ．Ｃ．ムキック(Mucic)，Ｊ．Ｊ．ストーホッフ(Storhoff)：Ｎａｔｕｒｅ，３８２，６０７（１９９６）］が造られてきた。各々の場合、それらナノ結晶は、集成体(assembly)の観点から、従来のポリマーとして又は生物学的高分子として取り扱われている。このことによって、広範囲に渡る化学的な高分子集成技術を、多種多様の範囲の光学特性、電気特性及び磁気特性を有する無機固体に拡張することが可能となる［Ａ．Ｐ．アリビスアトス：Ｓｃｉｅｎｃｅ，２７１，９３３（１９９６）］。
【０００３】
幾つかの有機高分子の１つの注目すべき特性は、それら有機高分子が棒様形状を有する場合、該有機高分子が液晶相を形成する傾向があることである［Ｊ．Ｃ．ホートン(Horton)，Ａ．Ｍ．ドナルド(Donald)，Ａ．ヒル(Hill)：Ｎａｔｕｒｅ，３４６，４４（１９９０）；及び、Ｔ．Ｅ．スティゼレッカ(Stizelecka)，Ｍ．Ｗ．デビッドソン(Davidson)，Ｒ．Ｌ．リル(Rill)：Ｎａｔｕｒｅ，３３１，４５７（１９８８）］。現在、有機液晶は広く使用されているが、無機液晶に対する関心が高まっている。現行の無機液晶には、ギブサイト［Ａｌ（ＯＨ）３］及びベーマイト［ＡｌＯ（ＯＨ）］から造られるナノ粒子が包含される［Ｊ．-Ｃ．Ｐ．ガブリエル(Gabriel)，Ｐ．デビッドソン(Davidson)：Ａｄｖ．Ｍａｔ．，１２，９（２０００）；及び、Ａ．Ｓ．ソニン(Sonin)：Ｊ．Ｍａｔ．Ｃｈｅｍ．，８，２５５７（１９９８）］。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の液晶組成物は、改善することができるであろう。例えば、ギブサイト又はベーマイトのナノ粒子を含有している液晶組成物は、光学的特性や電気的特性が悪く、従って、ギブサイト又はベーマイトを含有する液晶組成物の潜在的用途は非常に制限される。改善された無機液晶組成物がデバイスに用いることができるように、それら無機液晶組成物に、関心のある光学特性、電子特性を持つ成分を与えることは望ましいと思われる。本発明の実施態様は、上記の問題だけでなく、個別的にも集合的にも、他の問題にも向けられている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（発明の概要）
本発明の実施態様には、無機液晶組成物、これら無機液晶組成物の製造方法、及びこれら無機液晶組成物を含んでなるデバイスが包含される。
本発明の１つの実施態様は、（ａ）溶媒と、（ｂ）前記溶媒に入っている半導体ナノ粒子とを含有している液晶組成物であって、前記溶媒と前記半導体ナノ粒子とが、前記液晶組成物中に有効な量で存在して、液晶相を形成している、上記液晶組成物に向けられている。
本発明のもう１つの実施態様は、（ａ）溶媒と、（ｂ）前記溶媒に入っている半導体ナノ粒子とを含有している液晶組成物であって、前記半導体ナノ粒子の各々が、棒状又は円板状であり、且つ、約２：１より大きいか又は約１：２より小さいアスペクト比を有しており、しかも、前記液晶組成物中の前記半導体ナノ粒子が半導体を含有している、上記液晶組成物に向けられている。
本発明のもう１つの実施態様は、液晶組成物を形成する方法において、（ａ）半導体ナノ粒子を形成する工程と、（ｂ）前記半導体ナノ粒子と溶媒を混合して、混合物を形成する工程と、（ｃ）前記混合物中に液晶相を形成する工程とを包含する、上記形成方法に向けられている。
本発明のこれらの実施態様及び他の実施態様は、以下に更に詳しく記述する。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
（詳細な記述）
Ｉ．液晶組成物
本発明の実施態様は、溶媒と、該溶媒に入っている半導体ナノ粒子とを含有している液晶組成物を包含する。該液晶組成物が液晶相を示すことができるように、該溶媒と該半導体ナノ粒子とは、該液晶組成物中に有効な量で存在している。
本明細書で使用する「液晶相」は、液相と結晶相の中間にある相を含む。液晶相において、実質的に全てのナノ粒子の配向は相互に関連しており（即ち、各々の個々のナノ粒子配向は、隣接するナノ粒子の配向に影響を受け、また、影響を与え）；しかも、その相互作用は、大規模な範囲（例えば、１μｍ以上）に及ぶので、それらナノ粒子は、局部的環境（例えば、容器壁の上の非均一性、汚れ）等によって乱されない限り、大規模な範囲に渡って均一に配向する。より重要なことであるが、液晶における配向の相互関係によって、電界、磁界、又は前処理済み表面の助けをかりて、ナノ粒子の配向を制御することができ、そのため、配向を切り換えることができ、つまり局部的環境（例えば、汚れ）の有害反応を減少させることができる。このことは、溶解しているナノ粒子の配向がランダムである同位体相と異なっている。
【０００７】
半導体ナノ粒子は、適切な形態及び適切な形状であれば、如何なる形態及び如何なる形状を有していてもよい。例えば、半導体ナノ粒子は、棒（例えば、一軸棒）、円板、又はリボンの形態であってもよい。「ナノ粒子」は、結晶質、非晶質、又はそれらのいずれかの組み合わせであって、約１００ｎｍ未満の少なくとも１つの寸法を有する粒子を指すことがある。「ナノ結晶粒子」は、約１００ｎｍ未満の少なくとも１つの寸法を有する結晶粒子を指すことがある。
本発明で使用する半導体ナノ粒子は通常、高いアスペクト比を有している。幾つかの具体例において、ナノ粒子は、１より大きいアスペクト比、２より大きいアスペクト比、又は４より大きいアスペクト比を有している。幾つかの特定の実施態様において、それら半導体ナノ粒子のアスペクト比は、約１から約１００まで様々である場合がある。それら半導体ナノ粒子は、約１〜約１００ｎｍの幅と、約１〜約１００ｎｍの長さとを有することがある。幾つかの実施態様において、組成物中のナノ粒子の少なくとも約５０％又は少なくとも約８０％が、１つ以上のそのような特性を有することがある。
【０００８】
それら半導体ナノ粒子の分布は、狭い場合がある。例えば、液晶組成物中の半導体ナノ粒子の分布は、粒子幅が約５％、１０％又は２０％であり、粒子長さが約５％、１０％、２０％又は３０％である場合がある。５％幅分布とは通常、棒の６８％が平均幅値の９５％〜１０５％の直径を有することをいう。１０％長さ分布とは通常、それら棒の６８％が平均幅値の９０％〜１１０％の直径を有することをいう。
【０００９】
半導体ナノ粒子の光学的性質は、それら粒子の直径及び長さによって決まることがある［Ｌ．−Ｓ．リー(Li)，Ｊ．フー(Hu)，Ｗ．ヤング(Yang)，Ａ．Ｐ．アリビスタオス(Alivistaos)：Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．，１，３４９（２００１）を参照］。半導体ナノ粒子によって生じる光ルミネセンスの波長は、粒径を変えることにより、可視域を超えて調整することができ、また、偏光度は、アスペクト比を変えることによって制御することができる。従って、半導体ナノ粒子の粒径を調節することによって、液晶組成物は種々の色（即ち、種々の波長の光）を発することができる。例えば、液晶組成物中の半導体ナノ粒子が、約３ｎｍ幅であり、約５ｎｍ長さである場合、該液晶組成物は緑の光を生じることができる。液晶組成物中の半導体ナノ粒子が、約３ｎｍ幅であり、約６０ｎｍ長さである場合、該液晶組成物はオレンジの光を生じることができる。液晶組成物中の半導体ナノ粒子が、約４ｎｍ幅であり、約６ｎｍ長さである場合、該液晶組成物は赤の光を生じることができる。従って、本発明の実施態様において、液晶組成物の光学的性質は、該液晶組成物中のナノ粒子の粒径を調節することによって「調整する」ことができる。また、本発明の実施態様における半導体ナノ粒子は調節されるので、調節された半導体ナノ粒子によって生じるいずれの光も偏光させることができる。従って、本発明の実施態様は、偏光源として使用することができる。
【００１０】
半導体ナノ粒子は、適切な半導体物質であれば如何なる物でもよい。適切な半導体には、例えば、化合物半導体が包含される。適切な化合物半導体には、II-VI族の半導体化合物（例えば、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＣａＳ、ＣａＳｅ、ＣａＴｅ、ＳｒＳ、ＳｒＳｅ、ＳｒＴｅ、ＢａＳ、ＢａＳｅ、ＢａＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、及びＨｇＴｅ）が包含される。他の適切な化合物半導体には、III-Ｖ族の半導体（例えば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ-Ｐ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、及びＡｌＳｂ）が包含される。ある条件下では、IV族の半導体（例えば、ゲルマニウム又はケイ素）を使用することができるかも知れない。
【００１１】
液晶組成物には、適切な溶媒であれば如何なるものも使用することができる。該溶媒には、有機溶媒が包含されることがある。該溶媒には、例えば、飽和又は不飽和の環状炭化水素（若しくは直鎖）状炭化水素であって、単独のもの又は他の分子と組み合さったものが包含されることがある。該溶媒には、ヘキサン、ベンゼン、トルエン、シクロヘキサン、オクタン又はデカンが少なくとも１つ包含されるのが好ましい。適切な溶媒の他の例には、クロロホルム又はトリブチルホスフィン、トリオクチルホスフィン、任意のアルキルホスフィン、又はアルキル鎖と上記官能基との任意の混合物が包含される。該溶媒は、極性、非極性、両親媒性、両疎媒性(amphiphobic)、疎水性、親水性、溶媒変性、界面活性ベース、等である場合がある。
本発明の他の実施態様において、他の溶媒を使用することができる。例えば、界面活性剤を使用し、且つ、半導体ナノ粒子を（例えば、シリカシェルで）被覆する場合、極性溶媒（例えば、水、アセトン、及びアルコール）を使用することができる。
【００１２】
半導体ナノ粒子は溶媒の有効量と組み合わせて、液晶相を有する液晶組成物を形成することができる。幾つかの具体例において、半導体ナノ粒子の与えられた体積と一緒に使用する溶媒の近似体積を決定するための目安として、次の方程式：
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（式中、ＡＲは、半導体ナノ粒子の平均アスペクト比であり；ＶＮＣは、半導体ナノ粒子の体積であり；ＶＳＯＬＵＴＩＯＮは、溶液の体積である）を使用することができる。概略的には、Ｌ．オンサーガー(Onsager)：Ａｎｎ．［Ｎ．Ｙ．］Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．，第５１巻，第６２７頁（１９４９）を参照。もちろん、［溶液］に対する［半導体ナノ粒子］の体積比は、これよりも小さいか又は大きいことがある。［溶液］に対する［半導体ナノ粒子］の体積比は、使用するナノ粒子の寸法及び形状、並びに使用する溶媒の特性によって決まる。幾つかの実施態様において、半導体ナノ粒子の特性と溶媒とは、経験的に決定することができる。
【００１３】
幾つかの実施態様において、半導体ナノ粒子は、両親媒性分子で被覆することができる。例えば、ＣｄＳｅナノ結晶棒（又は他の半導体ナノ粒子）は、有機分子（例えば、アルキルホスフィン、アルキルホスフィンオキシド、及びアルキルリン酸）で被覆することができる。そのような分子によって、有機溶媒中のそれらナノ粒子は、うまく分離して分散し得る状態に維持される。これら被覆された半導体ナノ粒子は恐らく、界面活性剤混合物中における半導体前駆体の製造したままの生成物であるかもしれない。界面活性剤混合物を使用して半導体ナノ粒子を形成する方法は、以下に記述する。
他の実施態様において、半導体ナノ粒子は、両親媒性分子で被覆する必要がない。例えば、幾つかの実施態様において、両親媒性分子で被覆されている半導体ナノ粒子、又は両親媒性分子で被覆されていない半導体ナノ粒子は、別の界面活性剤（又は、界面活性剤の組み合わせ）と一緒に溶媒に添加することができる。
【００１４】
それらナノ粒子の表面に両親媒性分子を結合させることは、例えば、非極性溶媒を含有する液状媒体の中に、それらを分散させるための１つの方法である。それらナノ粒子の表面を、例えば、アルキルアミン、アルキルチオール、カルボン酸官能基、等で処理することも可能である。半導体ナノ粒子を被覆してそれら粒子を水に溶かすためには恐らく、所望により、高分子電解質物質又は酸化物物質（例えば、シリカ）を使用することができるかもしれない。
【００１５】
（II．液晶組成物の形成方法）
本発明の具体例による液晶組成物は、適切な方法であれば如何なる方法で造ってもよい。先ず、半導体ナノ粒子を合成する。次いで、合成された半導体ナノ粒子は溶媒と混合して、混合物を形成する。次いで、該混合物から液晶相を造ることができる。これらの工程は、以下に詳述する。
【００１６】
Ａ．半導体ナノ粒子の形成
半導体ナノ粒子は、適切な方法であれば如何なる方法で造ってもよい。高アスペクト比の半導体ナノ粒子を形成するための適切な方法は、例えば、Ｊ．フー，Ｌ．−Ｓ．リー，Ｗ．ヤング，Ｌ．マンナ(Manna)，Ｌ．−Ｗ．ワング(Wang)，Ａ．Ｐ．アリビスアトス(Alivisatos)：Ｓｃｉｅｎｃｅ，２９２，２０６０（２００１）；並びに、米国特許第６，２２５，１９８号及び同米国特許第６，３０６，７３６号公報；に見出だすことができる。これら参考文献は全て、言及することによって、全ての目的のためにそっくりそのまま本明細書に組み入れる。
異方性を有する形状の化合物半導体ナノ粒子を形成する方法は、高アスペクト比の半導体ナノ粒子（例えば、棒様又は円板様のナノ結晶ナノ粒子）の成長を促進することのできる界面活性剤混合物と、半導体ナノ前駆体の溶液とを混合する工程を包含することがある。米国特許第６,２２５,１９８号公報及び同第６，３０６，７３６号公報に説明されているように、半導体ナノ結晶ナノ粒子の形状は、それらを造るのに使用される界面活性剤の比を調整することによって制御することができる。
【００１７】
幾つかの実施態様において、形作られた半導体ナノ結晶を合成するのに使用する前駆体には、II族、III族、Ｖ族及び／又はVI族の前駆体が包含される。例えば、本発明の実施態様において、II−VI族の化合物半導体を含有する半導体ナノ粒子は、前駆体を含有するII族金属を有する前駆体を含有する少なくとも１種の前駆体と、VI族元素を含有する少なくとも１種の前駆体の反応生成物；又は、II族とVI族の両方の元素を含有する前駆体の反応生成物；である場合がある。本発明の他の実施態様において、III−Ｖ族の化合物半導体を含有する半導体ナノ粒子は、III族元素を含有する少なくとも１種の前駆体と、Ｖ族元素を含有する少なくとも１種の前駆体の反応生成物；又は、III族とＶ族の両方の元素を含有する前駆体の反応生成物；である場合がある。
【００１８】
III−Ｖ族の半導体ナノ粒子を合成する場合、Ｇａ(III)塩、Ｉｎ(III)塩、又はＡｌ(III)塩（例えば、ハロゲン化物、若しくは対応する金属の炭素１〜６個のトリアルキル）のようなIII族元素の前駆体は、液相中、高温で、ヒ素源、リン源、又はアンチモン源（例えば、アルシン、ホスフィン若しくはスチビン；アルキルアルシン、アルキルホスフィン若しくはアルキルスチビン；又は、アルキルシリルアルシン、アルキルシリルホスフィン若しくはアルキルシリルスチビン）と直接反応させることができる。典型的な金属源には、ＧａＣｌ３、ＧａＢｒ３、ＧａＩ３、ＩｎＣｌ３、ＩｎＢｒ３、ＡｌＣｌ３、Ｇａ（Ｍｅ）３、Ｇａ（Ｅｔ）３、Ｇａ（Ｂｕ）３、等が包含される。典型的なヒ素源、リン源及びセレン源には、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＳｅＨ３、ＡｓＨ２（炭素１〜６個のアルキル）、Ａｓ（１〜４個の炭素のアルキル）３、Ｐ（１〜４個の炭素のアルキル）３、Ａｓ［Ｓｉ（炭素１〜６個のアルキル）３］３、Ｐ［Ｓｉ（炭素１〜６個のアルキル）３］３、Ｓｅ［Ｓｉ（炭素１〜４個のアルキル）３］３、等が包含される。
【００１９】
II−VI族の半導体ナノ粒子を合成する場合、それらナノ粒子は、II族元素（例えば、Ｚｎ、Ｃｄ若しくはＨｇ）を含有する少なくとも１種の前駆体と、VI族元素（例えば、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ若しくはＴｅ）を含有する少なくとも１種の前駆体とを含有する反応生成物；又は、II族元素（例えば、Ｚｎ、Ｃｄ若しくはＨｇ）とVI族元素（例えば、Ｓ、Ｓｅ若しくはＴｅ）の両方を含有する前駆体を有する反応生成物；であってもよい。当業者は、適切な前駆体を選定して、適切な化合物前駆体を形成することができる。例えば、Ｃｄ（ＣＨ３）及びＳｅは、それぞれII族元素及びVI族元素を含有する前駆体であって、ＣｄＳｅナノ粒子を形成するのに使用することのできる該前駆体の例である。
本発明の実施態様において、半導体ナノ粒子を造るのに界面活性剤の混合物を使用するのが好ましい。該界面活性剤混合物は、２種以上の非反応性有機界面活性剤の高沸点液状混合物である場合がある。該非反応性有機界面活性剤の混合物は、高アスペクト比の半導体ナノ粒子の成長を促進させることができる。
【００２０】
該界面活性剤混合物は十分に高い沸点を有しているので、II族元素の前駆体とVI族元素の前駆体の間、又はIII族元素の前駆体とＶ族元素の前駆体の間に反応が起こって、所望の半導体ナノ結晶を形成することができる。例えば、幾つかの具体例において、該界面活性剤混合物は、約２００℃〜約４００℃の間の沸点を有することがある。
該界面活性剤混合物は、適切な数の異なる界面活性剤であれば如何なるものを含有していてもよい。例えば、該界面活性剤混合物は、第１の有機界面活性剤、第２の有機界面活性剤、及び任意的な第３の有機界面活性剤を含有することがある。上述したように、該界面活性剤混合物は、結晶成長温度まで加熱することができる場合があり、また、高アスペクト比の半導体ナノ結晶の成長を促進させることができる。
【００２１】
界面活性剤混合物中の第１の有機界面活性剤は、そのような結晶成長温度に耐えることのできるリン含有界面活性剤を含有することができる。例示の、そのような第１のリン含有液状界面活性剤には、炭素３〜１８個のトリアルキルホスフィン（例えば、トリブチルホスフィン）、又は炭素３〜１８個のトリアルキルホスフィンオキシド（例えば、トリオクチルホスフィンオキシド、即ち「ＴＯＰＯ」）のような液状界面活性剤が包含される。
該界面活性剤混合物は、第２の有機界面活性剤を含有することがある。第２の有機界面活性剤は、結晶成長温度まで加熱することができる場合があり、また、高アスペクト比の半導体ナノ粒子の成長を促進させることができる場合がある。棒様形状の半導体ナノ粒子の成長を促進させることができる第２の液状界面活性剤は、そのような結晶成長温度に耐えることのできるリン含有界面活性剤を含有するのが好ましいことがある。
【００２２】
第２の有機界面活性剤は、例えば、ホスホン酸及びホスフィン酸のような、リンを含有する有機置換酸又は酸性塩の界面活性剤を含有してもよい。適切なホスフィン酸には、一般式  Ｒ'ＲＸＨ（１−Ｘ）ＰＯＯＨ  ［式中、Ｒ及びＲ'は、同一又は相違する、例えばアルキル基又はアリール基のような、炭素３〜１８個（但し、好ましくは炭素６〜１０個）の有機基であり；また、Ｘは０〜１である）を有するモノホスフィン酸及びジホスフィン酸が包含されることがある。幾つかの具体例において、第２の有機界面活性剤は、炭素６〜１０個のアルキルホスホン酸（例えば、ヘキシルホスホン酸）を含有する。界面活性剤混合物中の第２の有機界面活性剤の純度は、少なくとも９５重量％である場合がある。
該界面活性剤混合物には任意的に、任意的な第３の界面活性剤を添加することができる。該界面活性剤混合物中では、第１及び第２の界面活性剤（例えば、ＴＯＰＯ及びヘキシルホスホン酸）と一緒に、例えば、テトラデシルホスホン酸を包含する第３の界面活性剤を使用することができる。テトラデシルホスホン酸の代替物として、他のアルキルホスホン酸を使用することができるかもしれない。
【００２３】
半導体ナノ結晶の寸法と形状の両方を制御する反応において、それら界面活性剤がどのように作用を及ぼすかについて、理論によって結び付ける意図はないが、界面活性剤混合物中の界面活性剤の１種以上が前駆体の１種以上と結合するか又は関連して、半導体結晶の初期成長を遅らせ、このようにして、巨大結晶というよりはむしろ、所望のナノ粒子の形成又は成長が起こるものと思われる。また、該界面活性剤混合物中の第２の界面活性剤（及び、もし存在すれば、恐らく第３の界面活性剤）は、成長している微結晶のある面に更に結合して、成長している微結晶の形状をも制御し、また、このことは該界面活性剤混合物中の第２の界面活性剤の濃度によって決まるものと思われる。
上記のことを念頭に置けば、界面活性剤混合物中に、一定の重量％より多い第２の界面活性剤が存在することによって、高アスペクト比の半導体ナノ粒子（例えば、ナノ棒）の形成と成長とが生じることになる。従って、例えば、界面活性剤混合物中の第１の界面活性剤として、トリオクチルホスフィンオキシド（ＴＯＰＯ）を使用し、且つ、第２の界面活性剤として、ヘキシルホスホン酸を使用する場合、該界面活性剤混合物中のヘキシルホスフィン酸の濃度が５重量％（１０．９１モル％）、１０重量％（２０．５４モル％）、及び２０重量％（３７モル％）であり、残部がＴＯＰＯを含有していれば、棒様形状の半導体ナノ結晶が再現性よく生成される。
【００２４】
従って、拡大された三次元の、二軸の非常に小さい寸法を有するナノ結晶（即ち、非常に小さい断面積の棒）を成長させるためには、界面活性剤混合物中で、一層大きい濃度の第２の界面活性剤を使用することができる。高アスペクト比の半導体ナノ結晶ナノ粒子を形成するのに必要な界面活性剤の正確な濃度は、使用する特定の第１及び第２の界面活性剤（及び、存在する場合は、第３の界面活性剤）と、使用している特定の前駆体とによって決まることがある。界面活性剤の各々の混合物に対して、諸界面活性剤の濃度は、経験的に決定することができる。
溶解した諸前駆体の初期導入を行なう間、それら前駆体の溶液は煮沸されている界面活性剤混合物の中に注入することができ、一方、該界面活性剤混合物は第１の温度に維持し、そうすることによって、種結晶の核形成が瞬時に生じることとなる。この温度は、例えば、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）のナノ結晶が、ＴＯＰＯとヘキシルホスホン酸の界面活性剤混合物の中で形成されている時、約３６０℃である場合がある。この一層高い第１の温度で結晶成長を開始することは、巨大結晶ではなくそれら前駆体のナノ結晶の選択的成長にとって好ましいが、既に形成された種結晶の成長の方が選択されて、そのような種結晶の連続した核形成が抑制されることは、同程度に好ましい。
【００２５】
前駆体の溶液は、例えば室温で、好ましくは低温溶液として注入することができるため、界面活性剤の高沸点混合物の温度は、その注入の後直ちに、ナノ結晶が成長している間一定に保持されている一層低い値の第２の温度に低下する。この温度は、例えば、ＴＯＰＯとヘキシルホスホン酸の界面活性剤混合物の中で、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）の半導体ナノ結晶が形成されている時、初期温度が２８０℃〜３６０℃の範囲であるならば、約２５０℃〜約３００℃の範囲であることがある。
次いで、その後のナノ結晶の成長は、温度が、ナノ結晶の成長が起こる温度よりも低い温度まで更に低下することによって停止する。この温度は前駆体毎に異なっていることがあり、また、結晶成長の時間を正確に制御することが望ましいため、結晶成長の停止段階は、好都合にも、その温度を、例えば、熱源として用いた加熱マントルを取り除くことによって、周囲温度又は更に低い温度（例えば、約２５℃以下の温度）まで急激に低下させることによって成し遂げることができる。該溶液が気流を用いて冷却されるならば、その温度は更に急激に低下させることができる。
【００２６】
それら前駆体は、界面活性剤混合物と相溶性の有機液体であれば如何なるものにも溶解させることができる。有機液体の例には、トリアルキルホスフィン（例えば、トリブチルホスフィン）を包含する極性有機溶媒が包含される。幾つかの具体例において、それら前駆体は、同一の溶媒に溶解することもあり、又は別々に溶解して２種類の溶液を形成することもある。
溶解した前駆体を含有している１種以上の溶液は、結晶成長温度よりも低い温度（周囲温度以下であることが好都合である）に維持することが可能であり、一方、該界面活性剤混合物は第１の（核形成）温度に加熱する。それら前駆体を含有している１種以上の溶液は、次いで、それら前駆体を第１の核形成温度まで急激に加熱するため、例えばニードル又は加圧済みノズルを通して、速い速度で該界面活性剤混合物の中に注入する。煮沸されている液状媒体の中のそれら前駆体の濃度は、最初、該液状媒体中に前駆体溶液の初期注入を行なう時、約０．１８Ｍである場合がある。
【００２７】
前駆体の組み合わせを含有する溶液を、加熱した界面活性剤混合物の中に注入する工程を記述しているが、本発明の他の実施態様においては、それら異なる前駆体は、それら自体の別々の溶液の中に存在するかもしれないし、また、これらの異なる溶液は別々に、加熱した界面活性剤混合物の中に注入されるかもしれない。例えば、ＣｄＳｅナノ粒子を形成する場合、ＣｄＳｅナノ棒を生成するために、Ｃｄ前駆体の溶液とＳｅ前駆体の溶液とは、別々に且つ逐次的に熱界面活性剤混合物の中に注入することができる。
半導体ナノ結晶を成長させるための反応の時間は、使用する半導体前駆体の種類；結晶が成長している液状媒体を構成する界面活性剤混合物の組成及び温度；並びに、該界面活性剤混合物中のそれら前駆体の濃度だけでなく；該半導体ナノ結晶の所望のアスペクト比；によって変わることがある。例えば、約３００℃の温度に維持されている液状媒体を用い、０．１８Ｍの前駆体濃度で、１５ｎｍの平均長さと５のアスペクト比とを有するＣｄＳｅ半導体のナノ棒を成長させる場合、所望の半導体ナノ結晶は、約３００秒〜約６００秒の時間で成長させることができる。
【００２８】
それら半導体ナノ結晶が形成した後、該半導体ナノ結晶は、それらを形成するのに使用した液状媒体から分離する。幾つかの実施態様において、それら半導体ナノ粒子を含有している液状媒体に、メタノール又はアセトンのような溶媒を添加して、それら半導体ナノ粒子を沈降させる。例えば、ＣｄＳｅナノ棒は通常、メタノール又はアセトンのような極性溶媒に溶けない。該溶液から半導体ナノ粒子を沈降させる適切な溶媒であれば、如何なるものを添加してもよい。
半導体ナノ粒子が沈降した後、それら沈降した半導体ナノ粒子は、その溶液の残部から分離する。幾つかの実施態様において、半導体ナノ粒子を他の溶液成分から分離するために、遠心分離工程を使用することができる。遠心分離工程の結果、それらナノ粒子から上澄み液を分離することができる。それらナノ粒子は、次いで、沈殿物として適切に貯蔵するか、又は真空で乾燥させることができる。
【００２９】
半導体ナノ粒子を造るのに用いる液状媒体からそれら粒子を分離した後、液晶組成物のための幾つかの異なる溶媒の混合物又は適切な溶媒を選定する。該溶媒には、飽和又は不飽和の環状炭化水素であって、単独のもの又は他の分子と組み合わせたものが包含されることがある。好ましくは、ヘキサン、トルエン、シクロヘキサン、オクタン又はデカンのような炭化水素を使用することができるかも知れない。それら半導体ナノ粒子は、溶媒と組み合わせて、液晶組成物を形成することができる。
［半導体ナノ粒子］に対する［溶媒］の適切な体積比は、いずれかの適切な方法で達成することができる。例えば、適切な溶媒濃度が達成されるまで、溶媒をそれらナノ粒子に添加することができる。他の幾つかの実施態様において、それらナノ粒子と溶媒とを含有している溶液を生成することができ；また、ナノ粒子の濃度が、液晶相を有する液晶組成物を形成するのに十分になるまで、該溶液中の溶媒の量を減少させることができる。液晶相を有する液晶組成物を形成するための溶媒と半導体ナノ粒子とを含有する組成物から溶媒を除去するために、例えば、吹き込み工程(blowing)又は加熱工程を用いることができるかもしれない。
それら半導体ナノ粒子は、外部の補助によって制御することができる。整列用の補助は、それら半導体ナノ粒子を整列させるのに使用することのできる電場又は磁場を生じることのできる補助を備えていることがある。更に他の実施態様において、液晶組成物中の半導体ナノ結晶ナノ粒子を自動的に整列させる予備処理した表面に、該半導体ナノ結晶ナノ粒子を接触させることによって、該半導体ナノ結晶ナノ粒子を整列させることが可能である。そのような予備処理した表面及び整列方法は、有機液晶デバイスの技術の当業者には知られている。
【００３０】
本発明の実施態様は、液晶ディスプレイ、発光ダイオード（例えば、偏光発光ダイオード）、光電池デバイス又は太陽電池を包含する適切な最終用途であればいかなる多くのものにも使用することができる。それら実施態様はまた、イメージコンバータを造るための光学デバイス；電気光学的若しくは磁気光学的スイッチ；眼鏡レンズ；又は他の可変トランスミッション対象物；等としても使用することができる。それら液晶組成物はまた、偏光源の中で使用することができるかもしれない。なぜなら、それら半導体ナノ結晶は、配列させることができるからである。液晶ディスプレイ、発光ダイオード等のデバイスの電子部品は、当該技術において知られており、本明細書で詳細に記述する必要はない。
【実施例】
【００３１】
ＣｄＳｅナノ棒を形成したが、これは、種々のアスペクト比を有し、優れた単分散性を有するＣｄＳｅナノ棒を多量に（〜１００ｍｇ）合成することができたからである［フー(Hu)，Ｌ．−Ｓ．リー，Ｗ．ヤング，Ｌ．マンナ，Ｌ．−Ｗ．ワング，Ａ．Ｐ．アリビスタオス：Ｓｃｉｅｎｃｅ，２９２，２０６０（２００１）］。それらＣｄＳｅナノ棒は、熱界面活性剤混合物(hot surfactant mixture)中で、ＣｄとＳｅとの有機金属前駆体を熱分解することによって造られた。該界面活性剤の組成を変化させることによって、様々な幅と長さとを有するＣｄＳｅナノ結晶を合成した。それらＣｄＳｅナノ結晶は、Ｊ．フー，Ｌ．−Ｓ．リー，Ｗ．ヤング，Ｌ．マンナ，Ｌ．−Ｗ．ワング，Ａ．Ｐ．アリビスアトス：Ｓｃｉｅｎｃｅ，２９２，２０６０（２００１）における特定の手順を用いて形成した。
形成したナノ粒子のアスペクト比は、１から１５まで変化した。幅は３ｎｍから７ｎｍまで変化し、長さは３ｎｍから７０ｎｍまで変化した。分布は、幅が５％であり、長さが１０％であった。上記したように、５％幅の分布とは通常、それら棒の６８％が平均幅値の９５％〜１０５％の直径を有することをいう。１０％長さ分布とは通常、それら棒の６８％が平均幅値の９０％〜１１０％の直径を有することをいう。
【００３２】
ＣｄＳｅナノ棒を形成した後、それらＣｄＳｅナノ棒は、それらを形成するのに使用した溶媒から分離した。次いで、それらナノ棒を含有している溶液に液体を添加して、それらナノ棒を沈降させた。ナノ棒を沈降した後、それらの沈降したナノ棒は、遠心分離工程によって、該溶液の残部から分離された。遠心分離工程の後、それらナノ棒から上澄み液を分離した。
それらＣｄＳｅナノ棒はシクロヘキサンと組み合わせて、液晶組成物を形成した。この実施例において、シクロヘキサンの重量％が該組成物の１０重量％となるように、ＣｄＳｅナノ棒はシクロヘキサンと組み合わせた。
【００３３】
図１に、試料の透過型電子顕微鏡写真を示す。これらの顕微鏡写真は、生成したナノ棒の範囲と質とを例示する。それらＣｄＳｅナノ棒は、両親媒性分子を用いて機能的なものにしたので、極性官能基がナノ結晶の表面に結合して、長いアルキル鎖が外に向かうようにした。それらアルキル鎖は、有機溶媒中で高い溶解度を有するナノ棒を与えた。
【００３４】
それらＣｄＳｅナノ棒の液晶相が形成したことは、直交偏光子を備えた光学顕微鏡で、ナノ棒の溶液の複屈折を調べることによって証明した。４０．０ｎｍの長さと４．０ｎｍの幅とを有するＣｄＳｅナノ棒の溶液（シクロヘキサン中、１０重量％）は、毛細管の中に密封した。その溶液自体は、そのような低濃度では等方性であった。その溶液を顕微鏡に載せた時、入射光により生じた熱によって、焦点スポットで溶媒が徐々に蒸発し、該溶液は一層濃縮されて、複屈折の液晶相が形成された。該液晶相の異方性屈折率によって、透過光の偏光が変わり、ミクロン規模の明暗パターンが生じる。毛細管は密封されており、光のみが該毛細管内部の溶媒の分布を変化させるので、該溶液の局所濃度は、入射光の強度を変えることによって変化させることができた。蒸発速度は制御することができ、液晶相の漸進的変化は可逆的にモニタリングすることができた。
【００３５】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、２つの異なる段階で観察した複屈折パターンを示す。等方性液体は完全消光を示し、これらナノ棒を合成するのに使用した界面活性剤混合物の濃縮溶液からパターンは全く観察されない。透過光の強度によって、それらナノ棒の配向が明らかにされる。
図２（ａ）は、液晶相の核形成を示している。等方性液体の濃度が増大するにつれて、等方性液体から、小さい（約２μｍ）複屈折の液滴及び大きい（約１０〜２０μｍ）複屈折の液滴［タクトイド(tactoids)］が現われる。それらＣｄＳｅナノ結晶のバンドギャップのために、その溶液は赤に着色された。それら液滴は、等方性媒体よりも一層大きい光学密度を有しているので、本発明者等は、これらの液滴は一層大きい濃度のナノ棒を含有しているものと結論した。それら液滴を通過する透過光の強度の変動は、各々の液滴の内部にそれらナノ棒が整列していることを示す。それらパターンは通常、二極性であるが、幾つかの一層高いモードも観察された。僅かに延伸された非球状の液滴によって、それらナノ棒は各々の液滴の内部で配向しているというもう１つの明らかな指摘が提供された。この歪み(distortion)は、表面張力と異方性弾性の間の平衡によるものであって（Ｊ．Ｄ．ベルナル(Bernal)，Ｉ．フランクチェン(Frankuchen)：Ｊ．Ｇｅｎ．Ｐｈｙｓｉｏｌ．，２５，１１１（１９４１））、前者は球状表面に有利であり、後者は円筒状の一軸表面に有利である。この効果は、より大きな液滴よりもより小さな液滴において、更に明らかである。
【００３６】
それら液晶相が十分に成長してしまうや否や、新たなセットのパターンが観察された。図２（ｂ）は、後の段階で形成されたシュリーレン構造(Schlieren structure)を示す。黒っぽく糸のようなブラシが幾つかの特異点(singular point)から突き出ているのが観察された。ナノ粒子の整列方向が十分に限定されない位置として、特異点（回位(disclinations)）が確認された。黒っぽいブラシ(dark brushes)は、いずれかの偏光子に平行に整列しているナノ粒子に起因した。該試料を回転させたとき、これら特異点は固定されたままであったが、黒っぽいブラシはそれらの周りを移動した。毛細管の一方の端部を持ち上げた時、それらパターンは流れて容易に変形し、複屈折相が流動性であることを示唆した。類似の観察結果は、「コロイド状ベーマイト棒の懸濁液」（Ｐ．Ａ．ブイニング(Buining)，Ｈ．Ｎ．Ｗ．レッカーカーカ(Lekkerkerker)：Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，９７，１１５１０（１９９３））にも記述されている。
【００３７】
ＣｄＳｅナノ棒溶液で、安定な液晶相を形成することが可能であることを実証するために、３．８ｎｍの直径と４９．０ｎｍの長さとを有するナノ棒を、過剰の無水シクロヘキサンに溶解した。幾らかの溶媒は、窒素で吹き飛ばした。図３（ａ）〜図３（ｄ）は、偏光光学顕微鏡を用いて、ＣｄＳｅナノ棒を約８８重量％（約５０体積％）含有する溶液から撮った幾つかの画像を示す。図３（ａ）は、液晶の液滴と等方性相の混合物としての溶液であって、均質化後１日目のものを示す。完全な相分離には数ヶ月かかったかもしれないが、２週間後、液晶相の大きいドメインを目測で認識することができた。図３（ｂ）は、それら液滴が成長して合体した後に得られた、液晶相と等方性相の間の境界面の画像を示す。シュリーレン構造も見られる。その溶液を約８０重量％（約３８体積％）に希釈すると、該液晶ドメインは消失し、該溶液は等方性になった。該溶液を振盪すると、流動複屈折(flow birefringence)が生じ、静止すると、この流動複屈折は徐々に消滅する。この濃度は、硬質の球面円柱で行なわれた数値研究［Ｓ−Ｄ．リー：Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．，８７，４９７２（１９８７）］から予想される臨界濃度よりも大きく、たとえ、表面を覆っている配位子により生じる有効体積の変化を考慮したとしてもそうである（表面の分子は、直径と長さの両方を１．１ｎｍだけ増大させると仮定すると、１０のアスペクト比を有する硬質棒に、２７体積％の臨界濃度が与えられる）（Ｓ−Ｄ．リー：Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．，８７，４９７２（１９８７）を参照）。
【００３８】
図３（ｃ）及び図３（ｄ）は、ネマチック相のシュリーレン構造特性と共に観察される幾つかの欠陥を示す。図３（ｃ）は、１／２の強度を有する回位を示す。回位の強度は、それを突出させている黒っぽいブラシの数の１／４であると規定される。図３（ｄ）において、約１の強度を有する回位を確認することができる。約１の強度を有する回位は、１／２の強度を有するものよりも頻繁に観察されることはなく、ときどき、光による僅かな加熱でも、それら回位をアニーリングによって消失させることができる。液晶相中に回位が形成されるためには、弾性エネルギーが必要であり（Ｓ．チャンドラセカール(Chandrasekhar)：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ，ユニバーシティ・プレス(the University Press)，ケンブリッジ，１９９２）、しかも、関与するエネルギーは強度と共に増大するので、本発明者等は、ＣｄＳｅナノ棒の寸法が大きく剛性が大きいことから予想されるように、液晶相中のＣｄＳｅナノ棒が、正常な有機液晶分子と比べて、遥かに大きい弾性定数を有するものと結論した。
分子間相互作用の異方性は、液晶の形成に重要な役割を果たす。液晶の配向現象は、外部の場、流れ、及び前処理された表面に敏感であり（Ｓ．チャンドラセカール：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ，ユニバーシティ・プレス，ケンブリッジ，１９９２）、従って、ＣｄＳｅナノ棒の液晶相は、それらの配向を大規模に配列させて操作するための方法を与える。それらは、整調が可能で直線的な偏光光ルミネセンスだけでなく、異方性の非線形光学特性を有している（Ｌ．ブルス(Brus)：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ａ５３，４６５（１９９１））ので、ＣｄＳｅナノ棒の液晶相は、電気光学的デバイスにおける機能的要素（例えば、偏光発光ダイオード、フラットパネルディスプレイ、及び電気光学的変調器）として使用することができる。
【００３９】
該液晶相中のそれらナノ棒は、協同現象(cooperative phenomena)であって、例えば、外部の磁場若しくは電場を用いるか又は表面との相互作用によって、それらナノ棒を整列させるために利用することのできる方法を与える該現象を示す。これらの溶液の液晶特性を実証するために、広角度Ｘ線回折技術及び小角度Ｘ線回折技術の組み合せを使用した。図４（ａ）及び図４（ｂ）はそれぞれ、厚さ３００μｍの毛細管に入れたネマチック溶液からの広角度Ｘ線回折（図４（ａ））、及び小角度Ｘ線散乱パターン（図４（ｂ））を示す。これらの棒は、約６０ｎｍの長さと、３．０ｎｍの幅とを有している。図４（ａ）と図４（ｂ）の両方において、毛細管は垂直のままであった。図４（ａ）における垂直位の鋭いアークは、個々のナノ棒の内部のＣｄＳｅ結晶格子の（００２）平面に起因する。該アークの高い強度と鮮鋭度とは、それらＣｄＳｅナノ棒の細長い形状によって決定される。そのパターンの異方性によって、それらナノ棒の長い軸の巨視的整列が実証される。終始一貫して、図４（ｂ）におけるエカトリアル方向の拡散アークは、それらナノ棒の横方向距離に対応しており、また、それは、短軸もまた整列していることを示唆している。同時に、それらパターンは、それらＣｄＳｅナノ棒が該毛細管の軸方向に沿って選択的に整列していることを実証する。この選択的整列は、該毛細管の曲面に起因するものと考えられる。それらナノ棒の約７０％が、該毛細管の軸から２０ｏ以内に配向しているものと推定することができる。
【００４０】
上記の特許明細書、特許出願明細書及び刊行物は全て、言及することによって、あらゆる目的のために、そっくりそのまま本明細書に組み入れる。
本明細書及び特許請求の範囲で使用してきた用語及び表現は、説明のための言葉として使用したものであり、限定するために使用したものではない。表示し、記述した諸特徴と同等のもの又はそれらの一部を、そのような用語及び表現を使用することによって排除する意図は全くない。また、本発明の特許請求の範囲内で、種々の一部変更を行なうことは可能であることは認識される。更に、本発明のいずれかの実施態様のいずれか１つ以上の特徴は、本発明の特許請求の範囲から逸脱することなく、本発明のいずれかの他の実施態様のいずれか１つ以上の他の特徴と組み合わせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｆ）は、ＣｄＳｅナノ棒の透過型電子顕微鏡写真を示す。図１（ａ）〜図１（ｃ）は、幅が約３．２ｎｍであり、長さがそれぞれ約１１ｎｍ、約２０ｎｍ及び約４０ｎｍであるナノ結晶を示す。図１（ｄ）〜１（ｆ）は、幅が約４．２ｎｍであり、長さがそれぞれ約１１ｎｍ、約２０ｎｍ及び約４０ｎｍであるナノ結晶を示す。
【図２】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、溶媒を蒸発させている間、偏光光学顕微鏡を用いて観察した複屈折を示す。図２（ａ）は、溶媒の蒸発に伴なって等方性相から形成された液滴（タクトイド）を示す。図２（ｂ）は、後の段階におけるシュリーレン・テクスチャ(Schlieren texture)を示す。バックグラウンドは、ＣｄＳｅナノ結晶の吸収スペクトルに起因して、赤であった。スケールバーは２０μｍである。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｄ）は、ＣｄＳｅナノ結晶の濃縮溶液中の液晶相の、偏光光学顕微鏡による画像を示す。これらの画像において、等方性相は暗く見える。画像の明るい領域は全て、液晶相に相当し、暗線は回位（即ち、それらナノ棒の配向が偏光子のいずれかに平行である領域）に相当する。図３（ａ）は、等方性相と混合した液晶相の液滴を示す。図３（ｂ）は、大きい液晶の液滴（右側）と等方性相（左側）の間の境界面を示す。図３（ｃ）及び図３（ｄ）はそれぞれ、１／２の強度の回位（図３（ｃ））及び１の強度の回位（図３（ｄ））を示す。矢印は回位を示す。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）はそれぞれ、厚さ３００μｍの毛細管に入れたＣｄＳｅナノ棒の同一ネマチック溶液の広角度Ｘ線回折、及び小角度Ｘ線散乱を示す。それらの図は、これらのナノ棒が、毛細管の軸に沿って、選択的に整列していることを示す。両方の測定において、毛細管は垂直に保持されている。図４（ａ）は、広角度Ｘ線回折パターンを示す。垂直の鋭い強いアークは、ウルツ鉱型ＣｄＳｅ格子の（００２）平面に対応している。ほぼ同じ半径に、（１００）平面及び（１０１）平面に対応する弱いアークをも確認することができるが、これらのナノ棒の横方向寸法(lateral dimension)が小さいために、これら弱いアークは、遥かに多く拡散している。図４（ｂ）は、小角度Ｘ線散乱を示す。エカトリアルのＱ（約１．５ｎｍ−１）での２つの拡散アークは、ネマチック相中の棒の間の横方向間隔に相当する。縦方向に相当するアークは、解析されていない。
【図１】
2005515273.tif 000004
【図２（ａ）】
2005515273.tif 000005
【図２（ｂ）】
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【図３】
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2005515273.tif 000009
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【国際調査報告】
2005515273.tif 000013