(57)【要約】【課題】アスペクト比の再現性が良い金ナノロッドを提供する。【解決手段】長軸が２００ｎｍ以下であってアスペクト比が１より大きいロッド状の金粒子（金ナノロッド）であり、２ｗｔ％以上〜１０ｗｔ％以下の銀を含有することを特徴とし、例えば、電気化学的還元法において、還元された金の２ｗｔ％以上〜１０ｗｔ％以下の銀イオンを水溶性の銀化合物として添加した溶液を用いて電解合成することによって製造される金ナノロッドであり、金ナノロッドのアスペクト比を精度よく制御することができ、アスペクト比の再現性に優れた金ナノロッドを得ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長軸が２００ｎｍ以下であってアスペクト比が１より大きいロッド状の金粒子（以下、金ナノロッドと云う）であり、２ｗｔ％以上〜１０ｗｔ％以下の銀を含有することを特徴とする金ナノロッド。
【請求項２】
金ナノロッドを電気化学的還元法によって合成する際に、還元された金の２ｗｔ％以上〜１０ｗｔ％以下の銀イオンを水溶性の銀化合物として添加した溶液を用いて請求項１の金ナノロッドを合成することを特徴とする銀含有金ナノロッドの製造方法。
【請求項３】
請求項２の製造方法において、溶液中の銀イオン量によって金ナノロッドのアスペクト比および金ナノロッドと球状金微粒子の生成割合を制御する銀含有金ナノロッドの製造方法。
【請求項４】
銀化合物として硝酸銀を使用し、合成前の溶液中の硝酸銀濃度を１μＭ以上〜１０μＭ以下に調整し、さらに電解合成中に硝酸銀を少量ずつ溶液に補充する請求項２または３の製造方法。
【請求項５】
電解合成中に１０ｍＭ以上〜１００ｍＭ以下の硝酸銀を５０μｌ／ｍｉｎ以上〜１００μｌ／ｍｉｎ以下の割合で溶液に補充する請求項２、３または４の製造方法。
【請求項６】
電解槽内に陰極と金板の陽極を有する電解装置において、電解槽の溶液に硝酸銀溶液を少量づつ添加する手段が設けられていることを特徴とする金ナノロッド製造用電解装置。
【請求項７】
電解槽の陽極と陰極の間から溶液を汲み上げて、硝酸銀溶液の添加手段側に供給する手段を有する請求項６の製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載する金ナノロッド、分散剤、分散媒、およびバインダー（樹脂）を含有することを特徴とする金ナノロッド含有組成物。
【請求項９】
金ナノロッドの含有量（組成物中の固形分換算量）が０．１ｗｔ％〜９５ｗｔ％である請求項８に記載する金ナノロッド含有組成物。
【請求項１０】
分散剤が窒素原子および／またはイオウ原子を含有する請求項８または９に記載する金ナノロッド含有組成物。
【請求項１１】
請求項８から１０の何れかに記載する組成物によって形成した金ナノロッドが分散した塗膜を表面に有することを特徴とする金ナノロッド含有基材。
【請求項１２】
請求項１に記載する金ナノロッドまたは請求項８から１０の何れかに記載する金ナノロッド含有組成物を練り込んだことを特徴とする金ナノロッド含有基材。
【請求項１３】
基材が透明なガラスまたはプラスチックである請求項１１または１２に記載する基材。
【請求項１４】
請求項１に記載する金ナノロッドを、分散剤の存在下で分散媒に分散させ、この分散液をバインダー（樹脂）と混合することを特徴とする金ナノロッド含有組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は可視・近赤外光の特定波長に対する選択的吸収機能を有する金ナノロッドとその組成物に関する。より詳しくは、４００〜２０００ｎｍの可視・近赤外光域の特定波長に対して優れた選択的吸収機能を有し、かつアスペクト比の再現性に優れた金ナノロッドとこれを含有する組成物およびその用途等に関する。
【０００２】
【背景技術】
金属の微粒子に光を照射するとプラズモン吸収と呼ばれる共鳴吸収現象が生じる。この吸収現象は金属の種類と形状によって吸収波長域が異なる。例えば、球状の金微粒子が水に分散した金コロイドは５３０ｎｍ付近に吸収域を持つが、微粒子の形状を短軸１０ｎｍのロッド状にすると、ロッドの短軸に起因する５３０ｎｍ付近の吸収の他に、ロッドの長軸に起因する長波長側の吸収を有することが知られている（非特許文献１）。
【０００３】
また上記文献には、金板を陽極とし、白金板を陰極に用いた電気化学的還元法によって金ナノロッドを製造する方法が記載されているが、この製造方法において、金ナノロッドの成長を促進するために用い電極板の他に銀板を電解液に浸漬して用いることが知られており、この銀板の浸漬面積を変えることによってロッドの長さが影響を受けることが報告されている。しかし、銀の溶出量や溶出速度は銀板の表面状態によって左右されるために上記浸漬面積を調整しても銀溶出量を十分に調整することができず、従って、この手法によってロッドの長さを制御することは難しい。
【非特許文献１】Ｌａｎｇｍｕｉｒ、１９９９年、１５号、７０１〜７０９頁（Ｓ−Ｓ．Ｃｈａｎｇ  ｅｔ  ａｌ）アメリカ化学協会発行
【０００４】
【発明の開示】
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、電気化学的還元法による金ナノロッドの製造方法において、電解液に銀板を浸漬する手法よりも精度良く金ナノロッドのアスペクト比を調整することができ、かつ合成される金ナノロッドのアスペクト比の再現性に優れた金ナノロッドとその製造方法を提供する。
【０００５】
〔課題を解決する手段〕
本発明は以下の構成からなる金ナノロッドとその製造方法および用途が提供される。
（１）長軸が２００ｎｍ以下であってアスペクト比が１より大きいロッド状の金粒子（金ナノロッド）であり、２ｗｔ％以上〜１０ｗｔ％以下の銀を含有することを特徴とする金ナノロッド。
（２）金ナノロッドを電気化学的還元法によって合成する際に、還元された金の２ｗｔ％以上〜１０ｗｔ％以下の銀イオンを水溶性の銀化合物として添加した溶液を用いて上記（１）の金ナノロッドを合成することを特徴とする銀含有金ナノロッドの製造方法。
（３）上記（２）の製造方法において、溶液中の銀イオン量によって金ナノロッドのアスペクト比および金ナノロッドと球状金微粒子の生成割合を制御する銀含有金ナノロッドの製造方法。
（４）銀化合物として硝酸銀を使用し、合成前の溶液中の硝酸銀濃度を１μＭ以上〜１０μＭ以下に調整し、さらに電解合成中に硝酸銀を少量ずつ溶液に補充する上記（２）または（３）の製造方法。
（５）電解合成中に１０ｍＭ以上〜１００ｍＭ以下の硝酸銀を５０μｌ／ｍｉｎ以上〜１００μｌ／ｍｉｎ以下の割合で溶液に補充する上記（２）、（３）または（４）の製造方法。
（６）電解槽内に陰極と金板の陽極を有する電解装置において、電解槽の溶液に硝酸銀溶液を少量づつ添加する手段が設けられていることを特徴とする金ナノロッド製造用電解装置。
（７）電解槽の陽極と陰極の間から溶液を汲み上げて、硝酸銀溶液の添加手段側に供給する手段を有する上記（６）の製造方法。
（８）上記（１）に記載する金ナノロッド、分散剤、分散媒、およびバインダー（樹脂）を含有することを特徴とする金ナノロッド含有組成物。
（９）金ナノロッドの含有量（組成物中の固形分換算量）が０．１ｗｔ％〜９５ｗｔ％である上記（８）に記載する金ナノロッド含有組成物。
（１０）分散剤が窒素原子および／またはイオウ原子を含有する上記（８）または（９）に記載する金ナノロッド含有組成物。
（１１）上記（８）から（１０）の何れかに記載する組成物によって形成した金ナノロッドが分散した塗膜を表面に有することを特徴とする金ナノロッド含有基材。
（１２）上記（１）に記載する金ナノロッドまたは上記（８）から（１０）の何れかに記載する金ナノロッド含有組成物を練り込んだことを特徴とする金ナノロッド含有基材。
（１３）基材が透明なガラスまたはプラスチックである上記（１１）または（１２）に記載する基材。
（１４）上記（１）に記載する金ナノロッドを、分散剤の存在下で分散媒に分散させ、この分散液をバインダー（樹脂）と混合することを特徴とする金ナノロッド含有組成物の製造方法。
【０００６】
〔発明の効果〕
本発明に係る金ナノロッドの製造方法は、電解液に銀板を浸漬する手法とは異なり、あらかじめ合成用の溶液に銀イオンを含有させ、さらに電解合成の途中で銀イオンを補充するので、金ナノロッドのアスペクト比を精度よく制御することができ、従って、アスペクト比の再現性に優れた金ナノロッドを得ることができる。
【０００７】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明の金ナノロッドは、長軸が２００ｎｍ以下であってアスペクト比が１より大きいロッド状の金粒子（金ナノロッド）であり、２ｗｔ％以上〜１０ｗｔ％以下の銀を含有することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の金ナノロッドは２００ｎｍ以下の長軸によって吸収される波長を意図したものである。上記範囲内の銀を含有することによって、アスペクト比の再現性に優れた金ナノロッドを得ることができる。銀の含有量が２ｗｔ％未満、あるいは１０ｗｔ％を上回ると球状粒子の割合が多くなるので好ましくない。
【０００９】
上記金ナノロッドは電解化学的還元法によって製造することができる。電気化学的還元法は、例えば、電解槽に陽極（金板）および陰極（ステンレス板等）を配設した電解装置を用い、カチオン系界面活性剤を含む水溶液中で陽極の金板から金イオンを電解溶出させ、陰極で還元して金ナノロッドを合成する方法である。この電気化学的還元法によって金ナノロッドを合成する際に、還元された金の２ｗｔ％以上〜１０ｗｔ％以下の銀イオンを水溶性の銀化合物として添加した溶液を用いて電解を行うことによって、上記含有量の銀を含むアスペクト比の再現性に優れた金ナノロッドを得ることができる。
【００１０】
また、銀の含有量が上記範囲内であるとき、銀の含有量が多くなるほど金ナノロッドの長軸が長くなる。従って、電解化学的還元法による金ナノロッドの製造法おいて、溶液中の銀イオン量を上記範囲内で調整することによって金ナノロッドのアスペクト比を制御することができ、長軸に基づく吸収波長を調整することができる。
【００１１】
具体的には、実施例に示すように、例えば、金および銀の合計量に対する銀の重量比が４ｗｔ％のときに７５０μｍの波長吸収ピークを有する場合、銀の重量比を６ｗｔ％、８ｗｔ％に増加すると、ロッドの長軸が長くなるので吸収波長ピークは８００μｍ、８３０μｍに変化する。
【００１２】
金ナノロッドの上記製造方法において、溶液に導入する銀イオン源となる水溶性銀化合物としては硝酸銀を使用すると良い。合成前の溶液中の硝酸銀濃度を１μＭ以上〜１０μＭ以下に調整し、電解合成中に硝酸銀を少量ずつ補充するのが好ましい。電解合成中に補充する硝酸銀の量は、濃度１０ｍＭ以上〜１００ｍＭ以下のものを５０μｌ／ｍｉｎ以上〜１００μｌ／ｍｉｎ以下の割合で補充すると良い。合成前の溶液中の硝酸銀濃度および電解合成中に補充する硝酸銀の量がそれぞれ上記範囲を外れると金ナノロッドが生成せず、球状金微粒子になる。
【００１３】
上記製造方法に適する本発明の金ナノロッド製造用電解装置を図１に示す。この電解装置は、電解槽内に陰極と金板の陽極を有する電解装置であって、電解槽の溶液に硝酸銀溶液を少量づつ添加する手段が設けられていることを特徴とし、好ましくは、さらに電解槽の陽極と陰極の間から溶液を汲み上げて、硝酸銀溶液の添加手段側に供給する手段を有するものである。
【００１４】
具体的には、図示するように、超音波装置１０の上に電解槽（反応槽）１１が設置されており、電解槽１１のなかに金板の陽極１２と、ステンレス（ＳＵＳ３０４）板の陰極１３が設けられている。さらに陰極１３の側方には硝酸銀溶液を少量づつ添加する手段１４、例えばマイクロシリングポンプが設けられている。さらに電解槽の陽極１２と陰極１３の間から溶液を汲み上げて、硝酸銀溶液の添加手段側に供給する管路１５とポンプ１６とからなる送液手段が設けられている。
【００１５】
管路１５およびポンプ１６によって、陽極１２と陰極１３の間から金イオンを含む溶液を汲み上げて、陰極側方に設けた硝酸銀溶液添加手段側に供給することによって電解槽の合成用溶液を攪拌する。さらに、硝酸銀溶液の滴下手段１４を通じて硝酸銀溶液を少量づつ滴下すると共に陽極と陰極に通電を開始する。
【００１６】
陽極と陰極に通電すると、陽極の金板から金イオンが溶出し、陰極で還元される。陰極２の表面で還元された金イオンはクラスターを形成し、このクラスターが次第に成長する。この電解時に超音波を照射することによって陽極から金イオンが溶出し易くなり、また陰極２からクラスターが剥離し易くなる。さらに、溶液中の界面活性剤と共に溶液中の銀イオンおよび陰極側に添加される銀イオンによって、金イオンの軸方向の成長が促されて金ナノロッドが効果的に生成されると考えられる。
【００１７】
以上のようにして製造される本発明の金ナノロッドは、アスペクト比の再現性が良く、従って、アスペクト比が揃った金ナノロッドを得ることができるので、特定波長に対する吸収ピークの立ち上がりがシャープであり、周辺の波長に対する影響が少なく高い吸収効果を得ることができる。
【００１８】
本発明の上記金ナノロッドは分散剤、分散媒、およびバインダー（樹脂）と共に配合した組成物として利用することができる。この組成物中の金ナノロッド含有量（組成物中の固形分換算量）は例えば０．１ｗｔ％〜９５ｗｔ％が適当である。また、分散剤は窒素原子および／またはイオウ原子を含有するものが好ましい。窒素原子およびイオウ原子は金ナノロッドに対して親和性を有するので、良好な分散効果を得ることができる。この組成物は、例えば、上記金ナノロッドを分散剤の存在下で分散媒に分散させ、この分散液をバインダー（樹脂）と混合することによって得ることができる。
【００１９】
上記金ナノロッド含有組成物によって金ナノロッド含有塗料を得ることができる。また、この塗料を用いて金ナノロッドが分散した塗膜を表面に有する金ナノロッド含有基材を得ることができる。さらに、上記金ナノロッド含有組成物を樹脂やガラス、またはコンクリートに練り込んだ金ナノロッド含有基材を得ることができる。この基材が透明なガラスまたはプラスチックであるものは透明基材として各種材料に利用することができる。
【００２０】
本発明の金ナノロッドを含む組成物は、例えば塗料や塗膜などの形態で利用することができ、可視光および近赤外光域の特定波長に対する光学フィルターや波長吸収材などに用いることができる。また電磁波遮蔽材としても用いることができる。この他に本発明の金ナノロッドは良く揃った形状と寸法を有するので、各種の材料に有利に利用することができる。
【００２１】
【実施例】
〔実施例１〜３〕
水１リットルに界面活性剤およびアセトン、シクロヘキサノンを加えて表１に示す組成の電解液を調製し、これに表２に示す銀濃度になるように、硝酸銀水溶液を８０μＬ／ｍｉｎの割合で添加しながら、アノードを金板、カソードをステンレス板（ＳＵＳ３０４板）とし、５０ｍＡで定電流電解を行った。この結果を表２に示した。
本発明の実施例１〜３では、銀の含有量に応じてロッド長軸に基づく吸収ピークＩＩが長波長側に変化しており、銀の含有量によって長軸長さを制御できることがわかる。また、実施例１〜３は吸収ピークの強度比が大きく、各々の吸収波長に対するアスペクト比のロッド粒子が多いことがわかる。一方、比較例１では吸収ピークＩＩの位置がロッドの短軸に起因する吸収ピークＩに近く、６５０ｎｍよりも長波長側の波長を吸収できない。また、比較例２ではロッドの長軸に起因する吸収ピークがなく、長波長側の波長を吸収できない。
【００２２】
〔実施例４、５〕
銀の含有量を一定（８ｗｔ％）にし、実施例１〜３と同様にして金ナノロッドを合成し、その波長吸収ピークを測定した。この結果を表２にまとめて示した。実施例３と共に実施例４と実施例５の波長吸収ピークＩ、ＩＩは何れもほぼ同一であり、再現性よく金ナノロッドを製造することができる。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電解装置の断面模式図
【符号の説明】１０−超音波装置、１１−電解槽、１２−陽極、１３−陰極、１４−硝酸銀添加手段、１５−管路、１６−ポンプ
【図１】
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