(57)【要約】【課題】構造性発色特性と超撥水性特性との両方を兼ね備えた逆オパール構造を有する装飾材料を提供すること。【解決手段】本発明に係る逆オパール構造を有する装飾材料は、同じ直径の球状空間を周期的に多層に配列してなる逆オパール構造体を備え、前記球状空間の直径を、該逆オパール構造体のストップバンドが可視光領域に入る寸法にし、前記逆オパール構造体の表面をフッ素コーティングして成ることを特徴とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じ直径の球状空間を周期的に多層に配列してなる逆オパール構造体を備え、前記球状空間の直径を、該逆オパール構造体のストップバンドが可視光領域に入る寸法にし、
前記逆オパール構造体の表面を疎水性物質でコーティングして成る
ことを特徴とする逆オパール構造を有する装飾材料。
【請求項２】
前記疎水性物質がフッ素化合物である
ことを特徴とする請求項１に記載の装飾材料。
【請求項３】
前記フッ素コーティングが、フルオロアルキルシランを用いて行われる
ことを特徴とする請求項１に記載の装飾材料。
【請求項４】
前記球状空間の直径が、１５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲である
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の装飾材料。
【請求項５】
同じ直径の球状空間を周期的に多層に配列してなる逆オパール構造体を備え、
前記逆オパール構造体を疎水性物質で形成すると共に、
前記球状空間の直径を、該逆オパール構造体のストップバンドが可視光領域に入る寸法にした
ことを特徴とする逆オパール構造を有する装飾材料。
【請求項６】
逆オパール構造体のストップバンドが可視光領域に入る寸法の直径を有する同じ粒径の微粒子を周期配列したオパール構造体を生成し、
前記オパール構造体の各粒子間に、前記粒子と異なる物質を充填した後、
前記粒子を除去して同じ球形の球状空間が周期配列された逆オパール構造体を生成し、
前記逆オパール構造体の表面を疎水性物質でコーティングする
ことを特徴とする逆オパール構造を有する装飾材料の製造方法。
【請求項７】
逆オパール構造体のストップバンドが可視光領域に入る寸法の直径を有する同じ粒径の微粒子と、
粒径が少なくとも前記微粒子の粒径の１５％以下で、かつ同じ粒径の超微粒子と
を脱イオン化した溶液中に混合し、
前記溶液に、ガラス基板を浸し、
前記ガラス基板を溶液から一定の速度で引き上げてガラス基板の表面に微粒子が周期的に多層に配列され、かつ、各微粒子間に前記超微粒子が入り込んだ周期配列層を形成し、
前記周期配列層から、前記微粒子を除去して逆オパール構造体を生成し、
前記逆オパール構造体の表面を疎水性物質でコーティングする
ことを特徴とする逆オパール構造を有する装飾材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造性発色と超撥水性の両方の特性を兼ね備えた新規な装飾材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生物学のマイクロ構造の研究は、生物模倣技術における最も重要な研究の一つである。
マイクロ構造は、発色やセルフクリーニング等のように生物において重要な役割を果たしている。例えば、モルフォ蝶の魅力的な青色は、マイクロ周期構造を有する鱗片から生じる。この種の色は、通常、構造性発色と呼ばれ、保護色又は警告色として動物に見ることができる。現在、構造色の研究は生物学から光学にまで及んでおり、構造性発色を模倣して装飾材料として応用することが研究されている。
マイクロ構造のもう一つの特徴は、セルフクリーニングにある。典型的な例は、ロータス（蓮）である。ロータスの葉の表面は超撥水性であり、水滴がはじかれて全く付着しない。この現象はロータス効果（ｌｏｔｕｓ　ｅｆｆｅｃｔ）と呼ばれ、葉表面（ｌｅａｆ　ｓｕｒｆａｃｅ）の微細な凹凸によりもたらされるものであることが知られている。このような超撥水性効果は、装飾としての応用にも有益である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
発明者等は、上記したマイクロ構造の持つ構造性発色や超撥水性に関する特徴に着目し、両方の特性を兼ね備えた装飾材料について研究を重ねた結果、逆オパール構造を持った膜で構造色発色及び超撥水性の両方の特性が得られることが分かり本発明を発明するに至った。
本発明は、構造性発色特性と超撥水性特性との両方を兼ね備えた逆オパール構造を有する装飾材料を提供することを目的としている。また、本発明は、同時に、前記装飾材料の製造方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る逆オパール構造を有する装飾材料は、同じ直径の球状空間を周期的に多層に配列してなる逆オパール構造体を備え、前記球状空間の直径を、該逆オパール構造体のストップバンドが可視光領域に入る寸法にし、前記逆オパール構造体の表面をフッ素コーティングして成ることを特徴とする。
前記球状空間の直径は、好ましくは、１５０　ｎｍ〜１０００　ｎｍの範囲であり得る。
また、本発明に係る逆オパール構造を有する装飾材料の製造方法は、逆オパール構造体のストップバンドが可視光領域に入る寸法の直径を有する同じ粒径の微粒子を周期配列したオパール構造体を生成し、前記オパール構造体の各粒子間に、前記粒子と異なる物質を充填した後、前記粒子を除去して同じ球形の球状空間が周期配列された逆オパール構造体を生成し、前記逆オパール構造体の表面をフッ素でコーティングすることを特徴とする。
さらに、本発明に係る逆オパール構造を有する装飾材料の別の製造方法は、逆オパール構造体のストップバンドが可視光領域に入る寸法の直径を有する同じ粒径の微粒子と、粒径が少なくとも前記微粒子の粒径の１５％以下で、かつ同じ粒径の超微粒子とを脱イオン化した溶液中に混合し、前記溶液に、ガラス基板を浸し、前記ガラス基板を溶液から一定の速度で引き上げてガラス基板の表面に微粒子が周期的に多層に配列され、かつ、各微粒子間に前記超微粒子が入り込んだ周期配列層を形成し、前記周期配列層から、前記微粒子を除去して逆オパール構造体を生成し、前記逆オパール構造体の表面をフッ素でコーティングすることを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示した実施例を参照して本発明に係る逆オパール構造を有する装飾材料（以下、単に装飾材料と称する。）及びその製造方法について説明していく。
【０００６】
始めに本発明に係る装飾材料の原理について説明する。
図１は本発明に係る装飾材料の構造を説明するための概略図である。
図面に示すように、逆オパール構造体は、同径の球状空間が周期的に配列された構造体であり、光の伝播に関してストップバンドを生じさせる。このストップバンドは、球状空間の径の大きさに応じて変動するので、ストップバンドが可視領域に入るように球状空間の径を設定すると、ストップバンド帯域に対応する周波数の光が反射され逆オパール構造体に色が現われる。
このストップバンドが可視領域に入る球状空間の径は、１５０　ｎｍ〜１０００　ｎｍと非常に小さく、これにより、逆オパール構造体からマクロ構造を持った構造性発色が得られることになる。
この色は、球状空間の径の大きさを調整するだけで青色から赤色まで変化させることができる。
一方、構造性発色が得られるように構成された逆オパール構造体は、上記したように、径がナノ単位の球状空間が周期的に配列されることになり、かつ、構造上、図１に示すように、その表面層の球状空間は外方に向けて開放されているので、表面に超微細なナノ単位の凹凸が形成されることになる。
表面に微細な凹凸がある場合、その表面が疎水性であればロータス効果により超撥水性が得られ、その表面が親水性であれば超親水性の特性が得られることが知られている。
従って、逆オパール構造体の表面を疎水性物質でコーティングしてコーティング膜を形成するか（図１参照）、又は逆オパール構造体自体を疎水性材料で形成することにより、前記した構造性発色に加えて、超撥水性の特性を持った装飾材料が得られることになる。
【０００７】
次に、本発明に係る装飾材料の製造方法について説明していく。
本発明に係る装飾材料を構成する逆オパール構造体は、従来から行われているように、始めに、基板上に一定の径の粒子を周期配列したオパール構造膜を形成し、次いで、オパール構造膜の各粒子間に、前記粒子とは異なる物質を超微粒子又はその他の形態で充填した後、粒子を焼却又は化学的手法により除去することにより形成してもよいが、発明者等は、逆オパール構造体をより簡単で安価に製造するために、粒子と超微粒子とを予め溶液中に溶解しておき、その溶液を使って逆オパール構造体を製造する方法を研究した。
図２は、６８０ｎｍのポリスチレン粒子を溶解した溶液中に、ガラス基板を浸して一定速度で基板を引き上げることによりガラス基板上にオパール構造を持ったポリスチレン微粒子膜を形成した時のポリスチレン微粒子膜の電子顕微鏡写真である。図面に示すように、１種類のポリスチレン粒子を溶解した溶液を用いて粒子膜を形成すると、粒子は周期的に配列される。
図３は、６８０ｎｍのポリスチレン粒子と５８０ｎｍのシリカ粒子とを混合して溶解した溶液を用いてガラス基板上に形成した粒子膜の電子顕微鏡写真であり、図４は、６８０ｎｍのポリスチレン粒子と２３０ｎｍのシリカ粒子とを混合して溶解した溶液を用いてガラス基板上に形成した粒子膜の電子顕微鏡写真である。これらの図３及び図４に示すように、２種類の粒径の異なる粒子を混合した溶液を用いて粒子膜を形成しようとすると、粒子が周期的に配列されない。
図５は、６８０ｎｍのポリスチレン粒子と４８ｎｍのシリカ粒子とを混合して溶解した溶液を用いてガラス基板上に形成した粒子膜の電子顕微鏡写真である。この図５に示すように、２種類の粒子の粒径の比率を大きくすると、粒径の大きいポリスチレン粒子が周期的に配列され、ポリスチレン粒子間に形成される隙間に粒径の小さいシリカ粒子が入り込み、結果として、逆オパール構造体の基礎となる粒子膜を形成できることがわかる。尚、シリカ粒子が４８ｎｍと小さいために図５にはシリカ粒子は現われていないが、ポリスチレン粒子が周期的に配列されていることからみて、ポリスチレン粒子間にシリカ粒子が入り込んでいることは明らかである。
発明者等は、上記した２種類の粒子の粒径の比率の関係を研究し、小さい粒子の粒径の大きい粒子の粒径に対する比率が０．１５より小さければ大きい粒子が周期的に並び、各粒子間に小さい粒子が入り込む逆オパール構造体の基礎となる粒子膜を形成できることを確認した。これは、周期的に並んだ大きな粒子間に形成される空隙の最も小さい直径が、大きい粒子の径の０．１５倍になることによるものである。
【０００８】
次に、後者の製造方法（粒子と超微粒子とを予め溶液中に溶解しておき、その溶液を使って逆オパール構造体を製造する方法）を用いて実際に逆オパール構造体を形成し、該逆オパール構造体を用いて本発明にかかる装飾材料を形成した実施例について説明する。
始めに、粒径が数百マイクロメータのポリスチレン粒子と、粒径が６ｎｍのシリカ粒子とを各々２％及び０．３％の濃度で溶解した懸濁液を用意し、該懸濁液にガラス基板を浸し、該ガラス基板を０．４μｍ／ｓで引き上げた。
次いで、粒子膜が形成されたガラス基板を雰囲気内で乾燥し、その後、４５０℃で焼却してポリスチレンを除去して逆オパール構造体を形成した。
上記した製造方法により製造した逆オパール構造体の上面電子顕微鏡写真及び断面電子顕微鏡写真を図６及び図７に示す。また、該逆オパール構造体をオートマチックフォースマイクロスコープ（ａｔｏｍｉｃ　ｆｏｒｃｅ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ　：ＡＦＭ）を用いて観察した図を図８に示す。
図６及び図７の電子顕微鏡写真に示すように、上記した製造方法により製造した逆オパール構造体は、ポリスチレン粒子を除去することによって現われる球状空間が周期的に配列していることがわかる。また、図８に示すように、この逆オパール構造体は、その表面層に位置する球状空間の上方が開放しており、球状空間が６つの山型部分で囲まれていることがわかる。この山型部分の大きさは製造時に使用する径の大きい粒子の粒径によって決まるが、例えば、粒径が２８８ｎｍのポリスチレン粒子を用いた場合の山の中間部分の幅は１００ｎｍという非常に小さいものになり、その結果、逆オパール構造体の表面には超微細な凹凸が形成されることになる。
上記したように形成した逆オパール構造体の表面に熱ＣＶＤ法を用いて、疎水性のフルオロアルキルシランを堆積させ、表面をコーティングすることにより装飾材料を完成させた。
【０００９】
図９は、上記した方法と同様の方法でガラス基板の表面をフルオロアルキルシランでコーティングし、そのガラス基板の表面に水滴を垂らした時の水滴の状態を示す図であり、
図１０は、上記した装飾材料の表面に水滴を垂らした時の水滴の状態を示す図である。
図面から、ガラス基板をコーティングしたものは完全には水滴をはじいていないのに対して、装飾材料は水滴を完全にはじいていることが分かり、これにより、装飾材料が、逆オパール構造体が備えている構造性発色に加えて、超撥水性特性を持っていることが確認できる。
【００１０】
以上説明した実施例では、逆オパール構造体を形成した後に、その表面を疎水性物質でコーティングすることが超撥水性を得る例を挙げて本発明に係る装飾材料を説明しているが、この製造方法は本実施例に限定されることなく、例えば、逆オパール構造体自体を始めから疎水性物質で形成してもよいことは勿論である。このように逆オパール構造体を疎水性物質で形成することにより、コーティング行程が不要になるので、より簡単に装飾材料を製造することができるようになる。
また、上記した実施例では、逆オパール構造体の表面に、フルオロアルキルシランをコーティングした例を挙げているが、逆オパール構造体の表面をコーティングする物質は本実施例に限定されることなく疎水性物質であれば任意の物質でよい。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る逆オパール構造を有する装飾材料は、同じ直径の球状空間を周期的に多層に配列してなる逆オパール構造体を備え、前記球状空間の直径を、該逆オパール構造体のストップバンドが可視光領域に入る寸法にし、前記逆オパール構造体の表面を疎水性物質でコーティングして成るので、マクロ構造を持った構造性発色が得られると共に、ハスの葉のような超撥水性を持つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る装飾材料の構造を説明するための概略図である。
【図２】６８０ｎｍのポリスチレン粒子を溶解した溶液を用いて形成した粒子膜の電子顕微鏡写真、
【図３】６８０ｎｍのポリスチレン粒子と５８０ｎｍのシリカ粒子とを混合して溶解した溶液を用いてガラス基板上に形成した粒子膜の電子顕微鏡写真、
【図４】６８０ｎｍのポリスチレン粒子と２３０ｎｍのシリカ粒子とを混合して溶解した溶液を用いてガラス基板上に形成した粒子膜の電子顕微鏡写真、
【図５】６８０ｎｍのポリスチレン粒子と４８ｎｍのシリカ粒子とを混合して溶解した溶液を用いてガラス基板上に形成した粒子膜の電子顕微鏡写真である。
【図６】粒子と超微粒子とを予め溶液中に溶解しておき、その溶液を使って逆オパール構造体を製造する方法で製造した逆オパール構造体を上面から撮影した電子顕微鏡写真である。
【図７】図６の逆オパール構造体の断面を撮影した電子顕微鏡写真である。
【図８】図６の逆オパール構造体をオートマチックフォースマイクロスコープ（ＡＦＭ）を用いて観察した図である。
【図９】ガラス基板をコーティングしたものに水滴を垂らした時の水滴の状態を示す写真である。
【図１０】本発明に係る装飾材料に水滴を垂らした時の水滴の状態を示す写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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