(57)【要約】【課題】耐熱性を向上させるとともにナノ粒子の機能性を十分に発揮させることができる機能性材料の構造体及びその製造方法を提供する。【解決手段】ナノ粒子を含有する機能性材料の構造体であって、ナノ粒子は無機ガラスで被覆されており、無機ガラスは、アミノ基を有する有機分子によって修飾されたナノ粒子の表面に、無機ガラスの原料となる金属アルコキシドを配位子交換させ、加水分解によって縮合させて形成されたことを特徴とする。従来の有機物よりも配位力の弱いアミン部位を表面修飾基として用いているため、無機ガラスの原料となるＳｉ−アルコキシドと該表面修飾基との交換が容易となり、結果、ナノ粒子を凝集させることなく無機ガラス内へ均一に分散させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ粒子を含有する機能性材料の構造体であって、
前記ナノ粒子は無機ガラスで被覆されており、
前記無機ガラスは、アミノ基を有する有機分子によって修飾された前記ナノ粒子の表面に、前記無機ガラスの原料となる金属アルコキシドを配位子交換させ、加水分解によって縮合させて形成されたこと
を特徴とする機能性材料の構造体。
【請求項２】
前記アミノ基を有する有機分子は、炭素数１〜２２までの直鎖又は分岐鎖アルキルを１〜３個有するアミンである請求項１に記載の機能性材料の構造体。
【請求項３】
前記ナノ粒子は、Ｅｕ（ＩＩ）化合物ナノ粒子である請求項１又は２に記載の機能性材料の構造体。
【請求項４】
ナノ粒子を含有する機能性材料の構造体であって、
前記ナノ粒子は無機ガラスで被覆されており、
前記無機ガラスは、前記ナノ粒子に関連した機能を発揮する金属イオンを有する金属酸化物を含むこと
を特徴とする機能性材料の構造体。
【請求項５】
前記機能性材料は、発光体、磁性材料又は光磁気材料である請求項１〜４の何れか一項に記載の機能性材料の構造体。
【請求項６】
ナノ粒子を含有する機能性材料の構造体の製造方法であって、
溶媒内においてアミノ基を有する有機分子によって前記ナノ粒子の表面を修飾する表面修飾ステップと、
前記溶媒に無機ガラスの原料となる金属アルコキシドを混入して加水分解によって縮合させて前記ナノ粒子の表面を前記無機ガラスで被覆する被覆ステップと、
を備える機能性材料の構造体の製造方法。
【請求項７】
前記被覆ステップにおいて、前記溶媒に金属イオンを含む錯体をさらに混入して加水分解を行う請求項６に記載の機能性材料の構造体の製造方法。
【請求項８】
ナノ粒子を含有する機能性材料の構造体の製造方法であって、
前記ナノ粒子、金属イオンの錯体、及び無機ガラスの原料となる金属アルコキシドを溶媒へ混入して加水分解によって縮合させて、前記金属イオンが添加された前記無機ガラスで前記ナノ粒子の表面を被覆する被覆ステップを備える機能性材料の構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能性材料の構造体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、超小型光アイソレータを半導体レーザに装着することにより高速で大容量の通信を実現している。光通信波長帯（１．３μｍ，１．５５μｍ）に対応する超小型光アイソレータの材料として、Ｂｉ−置換ガーネットが知られている（例えば特許文献１参照。）。特許文献１では、Ｂｉ−置換ガーネット薄膜の内部にＡｕ、Ａｌ、Ａｇ等のナノ粒子を複合化させることで、金属ナノ粒子の表面プラズモン共鳴により、金属ナノ粒子に誘起される電気分極が大きくなり、これによってＢｉ−置換ガーネットの磁気光学効果を増大させている。
【０００３】
ところで、ＥｕＯをはじめとするＥｕ（ＩＩ）化合物（ユーロピウムカルコゲナイド）は、７つの不対ｆ電子を有するＥｕ（ＩＩ）がｆ−ｄ遷移に起因する強い光吸収及び発光を示すこと、及び強磁性を示すことから、その光磁気特性が注目されており、光アイソレータ材料としての利用が期待されている。その特性の中でも特に、磁場をかけることにより光の偏光面が回転するファラデー効果が注目されている（例えば、特許文献２,３参照。）。特許文献２,３では、ＥｕＯのナノ結晶が、量子サイズ効果によって光磁気特性を室温で発現させることを示唆している。
【０００４】
ここで、ナノ粒子の表面は活性となっているため、表面修飾を行わなければ凝集・分散してしまい、上述した機能性を失う。このため、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）等の有機樹脂内にナノ粒子を分散させた構造体が知られている。また、ＣｄＳｅ／ＺｎＳナノ結晶粒子を無機ガラスでコーティングする方法が開示されている（例えば非特許文献１参照）。この方法ではＣｄＳｅ／ＺｎＳナノ結晶粒子の表面修飾にホスフィンオキシド（Ｐ＝Ｏ）を用い、その後Ｓｉ−アルコキシドでナノ結晶粒子の表面を修飾することにより、ＳｉＯ２のコーティングを実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２６８８６２号公報
【特許文献２】特開２００１−３５４４１７号公報
【特許文献３】特開２００４−３５４９２７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ping Yang et al., Chem. Commun., 2010,46, 4595
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
有機樹脂を母体とする機能性材料の構造体は、有機樹脂の融点が低いため熱安定性に劣る。このため、非特許文献１に記載の方法を用いて無機ガラスを母体とすることが考えられる。しかしながら、非特許文献１に記載の方法にあっては、表面修飾基として配位力の強いホスフィンオキシドを用いているため、無機ガラスの原料となるＳｉ−アルコキシドの配位阻害を引き起こすおそれがあり、その結果としてナノ粒子が凝集し、無機ガラス内にナノ粒子が均一に分散しない場合がある。よって、構造体として構成した場合に、ナノ粒子の機能性が十分に発揮されないおそれがある。
【０００８】
本技術分野では、耐熱性を向上させるとともにナノ粒子の機能性を十分に発揮させることができる機能性材料の構造体及びその製造方法が望まれている。また、耐熱性だけでなくナノ粒子の機能性を向上させることが可能な機能性材料の構造体が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、従来の有機物よりも配位力の弱いアミノ基を有する配位子を用いてナノ粒子の表面修飾を行うことにより、有機樹脂よりも高い耐熱性を有する無機ガラス内へナノ粒子を均一に分散させることができることを見出した。
【００１０】
すなわち本発明に係る機能性材料の構造体は、ナノ粒子を含有する機能性材料の構造体であって、ナノ粒子は無機ガラスで被覆されており、無機ガラスは、アミノ基を有する有機分子によって修飾されたナノ粒子の表面に、無機ガラスの原料となる金属アルコキシドを配位子交換させ、加水分解によって縮合させて形成されたことを特徴とする。
【００１１】
この構造体は、従来の有機物よりも配位力の弱いアミン部位を表面修飾基として用いているため、無機ガラスの原料となるＳｉ−アルコキシドと該表面修飾基との交換が容易となり、結果、ナノ粒子を凝集させることなく無機ガラス内へ均一に分散させることができる。このため、構造体の耐熱性を向上させるとともにナノ粒子の機能性を十分に発揮させることができる。
【００１２】
ここで、アミノ基を有する有機分子は、炭素数１〜２２までの直鎖又は分岐鎖アルキルを１〜３個有するアミンであってもよい。
【００１３】
ナノ粒子は、Ｅｕ（ＩＩ）化合物ナノ粒子であってもよい。これにより光磁気特性に優れた機能性材料の構造体を構成することができる。
【００１４】
さらに、本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、有機樹脂よりも高い耐熱性を有する無機ガラスを母体とする際に、無機ガラス自体にナノ粒子と関連性のある機能性を付与することで、ナノ粒子の機能性を向上させることができることを見出した。
【００１５】
すなわち本発明に係る機能性材料の構造体は、ナノ粒子を含有する機能性材料の構造体であって、ナノ粒子は無機ガラスで被覆されており、無機ガラスは、ナノ粒子に関連した機能を発揮する金属イオンを有する金属酸化物を含むことを特徴とする。
【００１６】
この構造体は、母体として有機樹脂よりも高い耐熱性を有する無機ガラスを用いるため、耐熱性を向上させることができる。さらに、無機ガラスは、ナノ粒子に関連した機能を発揮する金属イオンを有する金属酸化物を含むため、ナノ粒子自体が有する機能と、無機ガラスに付与された機能との相乗効果によって、ナノ粒子の機能性を向上させることが可能となる。
【００１７】
さらに、上述した機能性材料の構造体を発光体、磁性材料又は光磁気材料として用いてもよい。
【００１８】
また、本発明に係る機能性材料の構造体の製造方法は、ナノ粒子を含有する機能性材料の構造体の製造方法であって、溶媒内においてアミノ基を有する有機分子によってナノ粒子の表面を修飾する表面修飾ステップと、溶媒に無機ガラスの原料となる金属アルコキシドを混入して加水分解によって縮合させてナノ粒子の表面を無機ガラスで被覆する被覆ステップと、を備える。ここで、被覆ステップにおいて、溶媒に金属イオンを含む錯体をさらに混入して加水分解を行ってもよい。
【００１９】
また、本発明に係る機能性材料の構造体の製造方法は、ナノ粒子を含有する機能性材料の構造体の製造方法であって、ナノ粒子、金属イオンの錯体、及び無機ガラスの原料となる金属アルコキシドを溶媒へ混入して加水分解によって縮合させて、金属イオンが添加された無機ガラスでナノ粒子の表面を被覆する被覆ステップを備える。
【００２０】
本発明に係る機能性材料の構造体の製造方法によれば、上述した機能性材料の構造体を製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
耐熱性を向上させるとともにナノ粒子の機能性を十分に発揮させることができる機能性材料の構造体及びその製造方法が提供される。また、耐熱性だけでなくナノ粒子の機能性を向上させることが可能な構造体及びその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ＥｕＳナノ結晶粒子の製造工程を示す概要図である。
【図２】機能性材料の構造体の製造工程を示す概要図である。
【図３】ＥｕＳナノ結晶粒子の表面修飾基の交換を説明する概要図である。
【図４】ソルゲル法の概要を示す反応式である。
【図５】Ｘ線回折パターンである。（ａ）がＥｕＳナノ結晶粒子の回折パターン、（ｂ）が無機ガラスの回折パターン、（ｃ）が無機ガラス内にＥｕＳナノ結晶粒子を分散させた構造体の回折パターンである。
【図６】ＥｕＳナノ結晶粒子のＴＥＭ画像である。
【図７】ＥｕＳナノ結晶粒子の粒度分布である。
【図８】無機ガラスのＴＥＭ画像である。右上の図は、干渉パターンである。
【図９】無機ガラス内にＥｕＳナノ結晶粒子を分散させた構造体のＴＥＭ画像である。右上の左側の画像がＥｕＳナノ結晶粒子の干渉パターンであり、右側の画像が無機ガラスの干渉パターンである。
【図１０】機能性材料の構造体の他の製造工程を示す概要図である。
【図１１】従来の光アイソレータの概略構成図である。
【図１２】熱重量測定の測定結果のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図中の寸法比率は必ずしも説明中のものとは一致していない。
【００２４】
（第１実施形態）
（ナノ結晶粒子を含有する機能性材料の構造体）
本実施形態に係る機能性材料の構造体は、ナノ結晶粒子を含有する機能性材料の構造体である。ナノ結晶粒子は、例えば平均粒径が約３ｎｍ〜３００ｎｍ、より好ましくは３ｎｍ〜５０ｎｍの結晶性のナノ粒子であり、光磁気機能や蛍光発光機能といった機能性を有する粒子である。ナノ粒子は、無機化合物からなり、例えば半導体、金属、酸化物、窒化物、酸窒化物からなる。光磁気機能を発揮するナノ結晶粒子の材料としては、例えば希土類金属化合物や遷移金属化合物が用いられ、ここではＥｕ（ＩＩ）化合物が用いられる。Ｅｕ（ＩＩ）化合物としては、例えば、ＥｕＯ，ＥｕＳ，ＥｕＳｅ又はＥｕＴｅのユーロピウムカルコゲナイドが用いられる。蛍光発光機能を発揮するナノ結晶粒子の材料としては、例えば希土類金属化合物が用いられ、ここではＣｄＳｅ又はＣｄＴｅが用いられる。なお、ナノ結晶粒子は後述するアミンによって表面修飾され、その後、機能性材料の構造体の母体に分散される。機能性材料の構造体の母体は、後述するソルゲル法により形成された無機ガラス（ＳｉＯ２）が用いられる。すなわち、機能性材料の構造体は、ナノ結晶粒子が無機ガラス内に分散されたグラニュラー構造とされている。
【００２５】
上述した構造体は、無機ガラスでナノ結晶粒子をコーティングした構造体となるため、有機樹脂でナノ結晶粒子をコーティングした構造体に比べて高い耐熱性を有する。このため、高温（例えば４００℃以上）においてもグラニュラー構造を維持することができる。また、ナノ結晶粒子は、量子サイズ効果により、材料に由来する機能を一層発揮することができる。例えば、光磁気機能を発揮するナノ結晶粒子を例に説明すると、Ｅｕ（ＩＩ）化合物をナノ粒子とすることで、量子サイズ効果により、紫外域から赤外域にかけての広い範囲でのファラデー効果を室温で示すことができる。このため、広い波長領域に対応した光学素子等として用いることが可能となる。さらに、ナノ結晶粒子と無機ガラスとの複合体を形成することができるため、機能性を有するナノ結晶粒子のバルク化を実現することが可能となる。
【００２６】
（機能性材料の構造体の製造方法）
本実施形態に係る機能性材料の構造体の製造方法について説明する。なお、以下では説明理解の容易性を考慮し、ナノ結晶粒子としてＥｕＳ（流化ユーロピウム）を用いた場合を説明する。
【００２７】
最初に、ＥｕＳナノ結晶の合成原料であるＥｕ（ＩＩＩ）カルバミド錯体：［Ｅｕ（ＰＰｈ４）（Ｓ２ＣＮＥｔ２）］を用意する。
【００２８】
次に、図１に示すように、Ｅｕ（ＩＩＩ）カルバミド錯体を溶媒に分散させる。溶媒として例えばオレイルアミンが用いられる。その後、得られた溶液を加熱する。加熱条件は例えば１４０℃で１０分間である。その後、窒素雰囲気下でさらに高温で加熱する。加熱条件は例えば３００℃で６時間である。このように熱還元反応によってＥｕＳナノ結晶粒子が得られる。
【００２９】
次に、図２に示すように、ＥｕＳナノ結晶粒子をトルエン溶媒に分散させる。そして、溶媒内にアミンを混入し、ＥｕＳナノ結晶粒子にアミノ基を配位させる。ここでは、配位子としてアルキルアミンが用いられる。なお、アミン（アミノ基を有する有機化合物）は、炭素数１〜２２までの直鎖又は分岐鎖アルキルを１〜３個有するアミンである。例えば、以下の一般式で表される。
【化１】
2013116969.tif 000003
ここでＲ１，Ｒ２及びＲ３は、同一または異なる直鎖および分子の炭素数１〜２２の脂肪族基、芳香族基又はヘテロ環基を持ち、骨格にヒドロキシル基（ＯＨ）、又は、カルボキシル基（ＣＯＯＨ）等のガルボニル基（Ｃ＝Ｏ）を含む有機分子である。ここでは一例としてオレイルアミンが用いられる。これによりＥｕＳナノ結晶粒子の表面がアミノ基によって修飾される（表面修飾ステップ）。なお、ＥｕＳナノ結晶粒子をトルエン溶媒に分散させることなく、直接アミンに混入してもよい。
【００３０】
次に、金属アルコキシド及びＨ２Ｏを溶媒に混入する。金属アルコキシドとしては、例えば無機ガラスの原料となるＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４（オルトケイ酸テトラエチル：ＴＥＯＳ）が用いられる。なお、金属アルコキシドは、ＴＥＯＳに限られるものではなく、オルトケイ酸テトラメチル（ＴＭＯＳ）等を用いてもよい。図３に示すように、ＥｕＳナノ結晶粒子の表面修飾基は、アミノ基からＳｉを含むアルコキシドに配位子交換する。アミノ基のナノ結晶粒子への配位力は、従来、表面修飾基として用いられているチオール基（Ｓ−Ｈ）やホスフィンオキシド（Ｐ＝Ｏ）に比べて弱いため、金属アルコキシド分子との配位子交換が阻害されることなく容易に行われる。従って、ナノ結晶粒子が凝集せずに溶媒内に分散し、分散された状態が保たれたままナノ結晶粒子の表面が金属アルコキシドによって覆われる。そしてソルゲル法によりナノ結晶粒子を無機ガラス内に閉じ込める。例えば、図４に示す加水分解及び縮重合反応によって、上述した溶媒をコロイド溶液とし、さらに反応を促進させることにより流動性を失ったゲルを形成し、このゲルを熱処理することにより、ＥｕＳナノ結晶粒子を有する無機ガラスを形成する（被覆ステップ）。
【００３１】
上述した製造方法によれば、金属アルコキシドをナノ結晶粒子へ容易に配位させることができる。これにより、ナノ結晶粒子を凝集させることなく、無機ガラス内に均一に分散させることができる。また、表面修飾基として酸やアルカリを用いないため、ナノ結晶粒子にダメージを与えることを回避することが可能となる。また、ホスフィンオキシド（Ｐ＝Ｏ）等の酸素を含む表面修飾基を用いた場合には、非酸化物系のナノ結晶が酸化するおそれがあるが、アミン系の配位子を用いることによりナノ結晶粒子の酸化の影響を排除することができる。
【００３２】
（構造評価）
上記製造方法で得られたＥｕＳナノ結晶粒子を有する構造体の構造評価を以下に示す。Ｘ線回折（ＸＲＤ：X‐ray  diffraction）及び透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission  Electron  Microscope）で構造を評価した。また、比較のために、図１に示す製造方法により得られたＥｕＳナノ結晶粒子、及び、ソルゲル法で作成された無機ガラスを評価した。
【００３３】
図５は、ＸＲＤ回折パターンであり、（ａ）が図１に示す製造方法により得られたＥｕＳナノ結晶粒子、（ｂ）がソルゲル法で作成された無機ガラス、（ｃ）が上記製造方法で得られた構造体である。（ａ）に示すように、ＮａＣｌ構造の結晶化されたＥｕＳが確認された。また、（ｂ）に示すようにソルゲル法により形成された無機ガラスはアモルファス状態であることが確認された。また、（ｃ）に示すように、機能性材料の構造体のＸＲＤ回折パターンは、（ａ）に示すＥｕＳナノ結晶粒子の回折パターンと、（ｂ）に示す無機ガラスの回折パターンを足し合わせた回折パターンとなった。すなわち、無機ガラス内にＥｕＳナノ結晶粒子が含まれていることが確認された。
【００３４】
図６は、図５の（ａ）に示すＥｕＳナノ結晶粒子のＴＥＭ画像である。図６に示すように、ナノ粒子が形成されていることが確認された。図７は、ＴＥＭ画像から求めた粒度分布である。図６，７に示すように、平均粒径が約２２ｎｍであることが確認された。
【００３５】
図８は、図５の（ｂ）に示す無機ガラスのＴＥＭ画像である。右上に示す画像は干渉パターンである。図８に示すように、無機ガラスはアモルファスとなっていることが確認された。
【００３６】
図９は、図５の（ｃ）に示す機能性材料の構造体のＴＥＭ画像である。ＴＥＭ画像で示されるように、母体内に粒子が分散されたグラニュラー構造が確認された。また、図９右上の左側の画像が粒子へ電子ビームを当てて得られた干渉パターンである。この干渉パターンにより結晶化されたＥｕＳナノ粒子が確認された。また、図９右上の右側の画像が粒子を取り囲む母体へ電子ビームを当てて得られた干渉パターンである。この干渉パターンにより母体となるＳｉＯ２はアモルファスであることが確認された。
【００３７】
（第２実施形態）
（ナノ結晶粒子を含有する機能性材料の構造体）
本実施形態に係る機能性材料の構造体は、第１実施形態に係る機能性材料の構造体とほぼ同様に構成され、ナノ結晶粒子に関連した機能を発揮する金属イオンを有する金属酸化物を無機ガラスが含む点が相違する。以下では第１実施形態と重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００３８】
本実施形態に係る機能性材料の構造体は、ナノ結晶粒子に関連した機能を発揮する金属イオンを有する金属酸化物が母体となる無機ガラスに添加されている。例えば、光磁気機能を発揮するナノ結晶粒子を無機ガラスで覆う場合には、ファラデー効果を奏するＴｂ３＋、Ｄｙ３＋、Ｅｕ２＋等の金属イオンが添加され、金属酸化物を形成している。また、蛍光発光機能を発揮するナノ結晶粒子を無機ガラスで覆う場合には、蛍光発光効果を奏する金属イオンが添加され、金属酸化物を形成している。金属イオンとしては、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｂ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒの２価あるいは３価のイオンから選択される。その他の構成は第１実施形態に係る機能性材料の構造体と同様である。なお、ナノ結晶粒子はアミン（例えばアルキルアミン）によって表面修飾されて、その後、機能性材料の構造体の母体に分散されてもよいし、従来の表面修飾基によって表面修飾され、その後、機能性材料の構造体の母体に分散されてもよい。
【００３９】
上述した構造体は、無機ガラスでナノ結晶粒子をコーティングした構造体となるため、有機樹脂でナノ結晶粒子をコーティングした構造体に比べて高い耐熱性を有する。このため、高温（例えば４００℃以上）においてもグラニュラー構造を保持することができる。また、ナノ結晶粒子は、量子サイズ効果により、材料に由来する機能を一層発揮することができる。例えば、光磁気機能を例に説明すると、Ｅｕ（ＩＩ）化合物をナノ粒子とすることで、量子サイズ効果により、紫外域から赤外域にかけての広い範囲でのファラデー効果を室温で示すことができる。このため、広い波長領域に対応した光学素子等として用いることができる。さらに、ナノ結晶粒子と無機ガラスとの複合体を形成することができるため、機能性を有するナノ結晶粒子のバルク化を実現することができる。また、ナノ結晶粒子を覆うガラス自体に機能性が付与されているため、相乗効果により、ナノ結晶粒子自体の機能性を向上させることができる。
【００４０】
（機能性材料の構造体の製造方法）
本実施形態に係る機能性材料の構造体の製造方法について説明する。なお、以下では説明理解の容易性を考慮し、ナノ結晶粒子としてＥｕＳ（流化ユーロピウム）を用いた場合を説明する。
【００４１】
最初に、ＥｕＳナノ結晶の合成原料であるＥｕ（ＩＩＩ）カルバミド錯体：［Ｅｕ（ＰＰｈ４）（Ｓ２ＣＮＥｔ２）］を用意する。そして、図１に示すようにＥｕＳナノ結晶粒子を得る。
【００４２】
次に、図１０に示すように、ＥｕＳナノ結晶粒子、ＴＥＯＳ、Ｈ２Ｏ及びＴｂ３＋の錯体を溶媒に分散させる。溶媒としてはアルキルアミンが用いられる。ここでは一例としてオレイルアミンを用いている。なお、無機ガラスに機能性を持たせるという観点からすれば、溶媒はアルキルアミンに限られるものではなく、公知の溶媒を用いてもよい。そしてソルゲル法によりナノ結晶粒子を無機ガラス内に閉じ込める。すなわち、図４に示す加水分解及び縮重合反応によって、上述した溶媒をコロイド溶液とし、さらに反応を促進させることにより流動性を失ったゲルを形成し、このゲルを熱処理することにより、ＥｕＳナノ結晶粒子を有する無機ガラスを形成する（被覆ステップ）。このとき、無機ガラスは、Ｔｂ３＋の酸化物（金属酸化物）が添加された状態で形成される。
【００４３】
上述した製造方法によれば、母体となる無機ガラス自体に機能性を付与することができるため、ナノ結晶粒子と母体との相乗効果を奏することが可能となる。このように、ナノ結晶粒子を保護する無機ガラス自体に機能性を付与することができるので、相乗効果を含めた複合的な物質設計が可能となる。
【００４４】
（光磁気材料）
上述したＥｕ（ＩＩ）化合物を含む機能性材料の構造体は、大きなファラデー効果を奏するため、光磁気材料として応用することができる。例えば、戻り光を防止するために光通信などで用いられている光アイソレータなどへの適用が考えられる。図１１は、従来から用いられている光アイソレータの概略構成図である。図１１に示すように、光アイソレータは、ファラデー回転子１０が偏光子１１と検光子１２の間に置かれ、ファラデー回転子１０に磁場を印加する永久磁石１３に挟まれた構造となっている。光アイソレータでは、光ファイバ１４ａから導入された順方向の光は偏光子１１により直線偏光にされた後、ファラデー回転子１０により偏光面が回転した光が検光子１２を通過して光ファイバ１４ｂに導入される。一方、逆方向の光（戻り光）は検光子１２により直線偏光にされ、ファラデー回転子１０によりその偏光面が回転するが、回転後の光は偏光子１１とは偏光面が一致しないため光は偏光子１１を通過できず、戻り光がそこで遮断されるようになっている。ファラデー回転子１０として、従来はガーネット結晶製のもの等を用いていた。上述したＥｕ（ＩＩ）化合物を含む機能性材料の構造体を用いてファラデー回転子１０を形成した場合であっても、ガーネット結晶製のファラデー回転子１０と同様の偏光面回転効果を得ることができる。このため、家庭用の短距離通信用光アイソレータを安価に作製することが可能である。
【００４５】
現在市販されている光アイソレータは、近赤外領域にのみ対応するものであるが、上述したＥｕ（ＩＩ）化合物を含む機能性材料の構造体を用いてファラデー回転子１０を形成した光アイソレータは紫外及び可視領域にも対応するものであって、近い将来多波長通信が行われるようになった場合にも使用することができる。
【００４６】
また、上述したＥｕ（ＩＩ）化合物を含む機能性材料の構造体は、磁気光学効果を利用した光スイッチに適用可能である。例えば、光スイッチのファラデー回転素子として採用することができる。
【００４７】
さらに、上述したＥｕ（ＩＩ）化合物を含む機能性材料の構造体は、光照射により磁化率が変化することから、光を用いて制御することが可能な装置への応用が期待できる。例えば、図１１の構成においてＥｕ（ＩＩ）化合物を含む機能性材料の構造体をファラデー回転子１０に採用するとともに、当該ファラデー回転子１０へ光照射を行うことが可能なレーザ光源等の光源を用意することで、以下の２つの応用例が挙げられる。第１に、永久磁石でのファラデー回転が所望の回転まで不足しているときに、ファラデー回転子１０へ光を照射して不足した分の回転を補うように制御する手法である。この手法を用いることで、磁石付きの光アイソレータの構成で光照射して所望の光波長の光アイソレータを実現することができる。第２に、例えば図１１の磁石付き光アイソレータの構成において、光ファイバ１４ａから二つの波長の光が出力される構成としておき、光を照射しない場合は、磁石付き光アイソレータでＡ波長の光アイソレータとし、光を照射する場合は、磁石付き光アイソレータでＢ波長（例えばＡ＋α）の光アイソレータとする手法である。この手法を用いることで、磁石付きの光アイソレータの構成で、光照射して２つの波長の光アイソレータを実現することができる。
【００４８】
また、Ｅｕ（ＩＩ）化合物が有する、反射光の偏光方向が回転するカー効果を利用して、データの書き込み及び読み出し可能な光磁気ディスクなどの記録メディア等を、上述したＥｕ（ＩＩ）化合物を含む機能性材料の構造体を用いて作製することができる。例えば光磁気ディスクにおいては、ディスク表面上の記録面を、ナノ結晶粒子を含有する機能性材料の構造体によって形成し、磁化方向が反転するほどは強くない磁界を磁化方向と逆の方向に加えた状態で、レーザ光を集光照射して温度を上昇させると、レーザ光が照射された部分のみ磁化方向が反転し、データが書き込まれた状態となる。また、再生の際は、書き込み光よりも弱いレーザ光を記録面に当て、ポーラーカー効果を利用して反射光のカー回転角の差を検出する。つまり、カー回転角の差を、偏光子を用いて光の強度変化として検出することにより、記録された信号を読み出すことができる。
【００４９】
また、上述した例では、光磁気材料について用いる例を説明したが、発光体又は磁性材料として採用してもよい。
【実施例】
【００５０】
（耐熱性試験）
以下、無機ガラスを母体とする作用効果を確認すべく、耐熱性の試験を行った。
（実施例）
図２に示す製造方法で機能性材料の構造体を作成した。重量を１５ｍｇとした。
（比較例１）
アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）をクロロホルムに溶解し、ＰＭＭＡ含有溶液にＥｕＳナノ結晶粒子を分散させて凝固させた。重量を１５ｍｇとした。
（比較例２）
図１に示す製造方法でＥｕＳナノ結晶粒子を作成した。重量を１５ｍｇとした。
【００５１】
実施例及び比較例１，２について、熱重量測定（ＴＧ−ＤＴＡ）により、重量の温度依存性を測定した。測定結果を図１２に示す。図１２の横軸は測定温度（℃）、縦軸は重量［ｍｇ］である。（ａ）は、比較例２の重量変化であり、ＥｕＳナノ結晶粒子そのものの重量変化である。（ａ）に示すように、ＥｕＳナノ結晶粒子については無機材料であるため重量変化がないことが確認された。（ｃ）は、比較例１の重量変化であり、ＥｕＳナノ結晶粒子をアクリル樹脂内部に分散させた構造体の重量変化である。（ｃ）に示すように、アクリル樹脂を母体とした場合には、温度を上昇させとともに重量が減り、３００℃付近において重量が急激に減少することが確認された。これは、アクリル樹脂が温度上昇とともに溶解し、３００℃付近において蒸発したためである。（ｂ）は、実施例の重量変化であり、ＥｕＳナノ結晶粒子を無機ガラス内部に分散させた構造体の重量変化である。（ｂ）に示すように、１００℃付近で重量が若干減少するものの、その後安定した重量を維持し、７００℃を超えても全く重量変化がないことが確認された。なお、１００℃付近の重量変化は、ソルゲル法により形成された無機ガラスに残留した水分が蒸発したためである。以上、アクリル樹脂を母体とする場合に比べて、無機ガラスを母体とすることにより耐熱性が向上することが確認された。
【符号の説明】
【００５２】
１０…ファラデー回転子、１１…偏光子、１２…検光子、１３…永久磁石、１４…光ファイバ、１５…レーザ光源、１６…誘電ミラー。
【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７】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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