JP2003192489A - Method of producing artificial crystal body and artificial crystal body produced by the method - Google Patents
Method of producing artificial crystal body and artificial crystal body produced by the methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は微粒子を用いた人工
結晶体の製造技術に関し、特に誘電率の異なる２種類以
上の媒質を周期的に組み合わせたフォトニック結晶や光
学素子などに応用することが可能な人工結晶体の製造方
法および該方法によって製造された人工結晶体に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for producing an artificial crystal body using fine particles, and in particular, it can be applied to a photonic crystal or an optical element in which two or more kinds of media having different dielectric constants are periodically combined. It relates to a possible method for producing an artificial crystal and an artificial crystal produced by the method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、材料を微粒子化することにより、
バルク形状では得られなかった種々の特性が得られるこ
とが判明したことに加え、微粒子を形状や粒径などを精
度良く形成する方法による研究成果が発表され、その応
用面も積極的に研究されている。2. Description of the Related Art In recent years, by atomizing materials,
In addition to discovering that various properties that could not be obtained with the bulk shape were obtained, the research results by the method of forming the shape and particle size of the fine particles were announced, and the application side was actively studied. ing.
【０００３】当然、微粒子材料を微粒子そのままの形態
で利用する提案も行われているが、さらに微粒子の特性
を活かすために、微粒子を規則正しく配列し、その結果
得られる性能を利用する応用研究も盛んである。Naturally, proposals have been made to use fine particle materials in the form of fine particles as they are, but in order to further utilize the characteristics of fine particles, fine particles are regularly arranged, and applied research utilizing the resulting performance is also active. Is.
【０００４】微粒子を用いて規則的に配列を行ったり、
人工結晶体を製造することに関する技術としては以下に
示すようなものが開示されている。
（１）特許第２８２８３７４号公報
本公報に開示された発明は、微粒子の液状分散媒体を基
板表面に展開して液体薄膜を形成し、液厚を粒子径サイ
ズと同等かそれより小さくし、液が蒸発する際の横方向
に働く表面張力により微粒子を２次元で凝集させて配列
を行う技術である。Regular arrangement using fine particles,
The following techniques have been disclosed as techniques relating to the production of artificial crystals. (1) Japanese Patent No. 2828374 SUMMARY OF THE INVENTION The invention disclosed in this publication is to spread a liquid dispersion medium of fine particles on the surface of a substrate to form a liquid thin film, and make the liquid thickness equal to or smaller than the particle diameter size. Is a technique for aggregating fine particles in a two-dimensional manner by the surface tension acting in the lateral direction when the vapor is evaporated.
【０００５】（２）特開２０００−２３３９９８号公報
本公報に開示された発明は、コロイド結晶からなるテン
プレートを電解液内に配置し、その上に格子材料を電気
化学的に形成し、最終的にはコロイド結晶からなるテン
プレートをエッチングなどにより除去するものである。
本公報に開示された発明は、格子材料を電気化学的に形
成するために、装置が大掛かりになる上に、エッチング
を必要とするなど、プロセス時間も長くかかるという欠
点を有している。(2) Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-233998 According to the invention disclosed in this publication, a template made of colloidal crystals is placed in an electrolytic solution, and a lattice material is electrochemically formed on the template, and finally a template is formed. In some cases, the template made of colloidal crystals is removed by etching or the like.
The invention disclosed in this publication has a drawback in that the apparatus is large in size for electrochemically forming the lattice material, and in addition, it requires a long etching process such as etching.
【０００６】（３）特許第２６９３８４４号公報
本公報に開示された発明は、コロイド溶液を平行な面間
の比較的狭い間隙に挿入し、コロイド粒子のブラウン運
動の振動数より大きく、振幅が平行な２面間の間隙とほ
ぼ同じになるようにステッピングモーターと直線並進装
置を利用して制御して、コロイド結晶を得るものであ
る。(3) Japanese Patent No. 2693844 SUMMARY OF THE INVENTION The invention disclosed in this publication inserts a colloidal solution into a relatively narrow gap between parallel planes, has a frequency larger than the Brownian motion frequency of colloidal particles, and an amplitude parallel to each other. The colloidal crystal is obtained by controlling by using a stepping motor and a linear translation device so that the gap between the two surfaces is almost the same.
【０００７】（４）また、狭い空隙を持つ2枚の支持体
を用いて、微粒子を配列させる手法を紹介した文献とし
て、ワシントン大学の Prof. Younan Xia らによる「Se
lf-Assembly of Monodispersed Spherical Colloids in
to Complex Aggregates with Well-Defined Sizes, Sha
pes, and Structures 」 (ADVANCED MATERIALS 2001,1
3,No.4, pp267-271)がある。(4) In addition, as a document introducing a method for arranging fine particles by using two supports having narrow gaps, Prof. Younan Xia et al. Of Washington University, "Se
lf-Assembly of Monodispersed Spherical Colloids in
to Complex Aggregates with Well-Defined Sizes, Sha
pes, and Structures '' (ADVANCED MATERIALS 2001,1
3, No. 4, pp 267-271).
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例は次のような問題点を有している。上記特許第２８
３８３７４号公報は、得られる微粒子の配列は2次元で
あり、その結果応用できる分野も限られ、例えば今後光
通信分野などで期待されるフォトニック結晶に必要な３
次元構造を得ることは不可能である。However, the above-mentioned conventional example has the following problems. Patent No. 28 above
In the 38374 publication, the arrangement of the obtained fine particles is two-dimensional, and as a result, the applicable fields are also limited.
It is impossible to obtain a dimensional structure.
【０００９】また、特開２０００−２３３９９８号公報
に示されている技術は、格子材料を電気化学的に形成す
るために、装置が大掛かりになる上に、エッチングを必
要とするなど、プロセス時間も長くかかるという欠点を
有している。In addition, the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-233998 requires a large-scale device for electrochemically forming the lattice material and requires etching, which requires a long process time. It has the drawback of taking a long time.
【００１０】また、上記特許第２６９３８４４号公報に
示されている技術は、仕掛けが大掛かりになる上に、コ
ロイド粒子のブラウン運動を把握しなければならないな
どの技術的課題が大きく、実施するには非常に制御が困
難な技術である。Further, the technique disclosed in the above-mentioned Japanese Patent No. 2693844 has a large technical problem, and in addition, it has a large technical problem that the Brownian motion of the colloidal particles must be grasped. It is a technology that is extremely difficult to control.
【００１１】さらに上記ADVANCED MATERIALS （2001,1
3,No.4, pp267-271）に公開されたものは、30μm程度の
狭い空隙を持つように2枚の支持体を保持し、文献の図
から判断するとわずかに傾斜させて、下方となる支持体
に、フォトレジストをパターニングして穴を形成する。
その後、狭い空隙に上から微粒子を含む液を流し、前記
の穴に物理的にトラップしてパターニングして形成した
穴にしたがった規則的配列を行うものである。Further, the above-mentioned ADVANCED MATERIALS (2001, 1
3, No. 4, pp267-271) holds two supports so as to have a narrow gap of about 30 μm, and tilts slightly, judging from the figure in the literature, and goes downward. Photoresist is patterned in the support to form holes.
After that, a liquid containing fine particles is caused to flow into the narrow voids from above, and the liquid is physically trapped in the holes to perform regular arrangement according to the holes formed by patterning.
【００１２】この技術は、狭い空隙を持つように2枚の
支持体を傾斜させるという意味では、上述する本発明に
類似しているように見えるが、その実態はフォトレジス
トをパターニングするという複雑なプロセスを必要とす
ることに加え、本発明で得られるような3次元に規則正
しく配列した人工結晶体を得るものではなく、本発明
と、目的、構成、および微粒子配列のメカニズムが全く
異なるものである。This technique appears to be similar to the invention described above in the sense that the two supports are tilted so that there is a narrow gap, but the reality is the complexity of patterning photoresist. In addition to requiring a process, it does not obtain a three-dimensionally ordered artificial crystal body as obtained in the present invention, and the present invention is completely different in purpose, constitution, and mechanism of fine particle arrangement. .
【００１３】また、液相からの微粒子配列に関する解説
論文として、「液相における微粒子合成と配列構造形
成」と題して、セラミックス誌（2001 Ｎｏ.5 pp358-
360）に東京大学の大久保助教授らが執筆した中に、
「３次元微粒子配列結晶の典型例は、１年もの時間をか
けてシリカ球をゆっくり沈降させて作製した人工オパー
ルである。・・・」という解説がある。Further, as a commentary paper on the arrangement of fine particles from the liquid phase, entitled "Synthesis of Fine Particles and Formation of Array Structure in Liquid Phase", Ceramics Journal (2001 No. 5 pp358-
360) was written by Associate Professor Okubo of the University of Tokyo,
There is a comment that "a typical example of a three-dimensional fine particle array crystal is an artificial opal produced by slowly sedimenting silica spheres over a period of one year ...."
【００１４】以上述べたように、規則正しい人工結晶体
または微粒子の配列体を得るためには、これまでの技術
では、非現実的な長時間を必要としたり、システムやプ
ロセスが複雑にならざるを得ず、制御すべき条件も多
く、再現性や制御性に大きな課題があった。As described above, in order to obtain a regular artificial crystal body or an array of fine particles, the conventional techniques require an unrealistically long time and require complicated systems and processes. There were many conditions to be controlled, and there were major problems in reproducibility and controllability.
【００１５】本願発明（請求項１〜１２）は、微粒子を
用いて人工結晶体を製造することに関する技術であり、
特に簡単な装置で、低コストで、制御する条件やエネル
ギーも必要とせず、複雑なものも必要とせず、かつ再現
性よく人工結晶体を製造することが可能な技術を提供す
ることを目的としている。さらには、一般的に、SlowSe
dimentation 法などのように数ヶ月から一年ぐらいかか
るとされている３次元の人工結晶体をごく短時間で高品
質のものが得られる技術を提供することを目的としてい
る。The present invention (claims 1 to 12) is a technique relating to the production of an artificial crystal body using fine particles,
The purpose of the present invention is to provide a technique capable of producing an artificial crystal body with good reproducibility, with a particularly simple device, at low cost, without requiring control conditions and energy, without requiring complicated things. There is. Moreover, in general, SlowSe
It is intended to provide a technique for obtaining a high-quality three-dimensional artificial crystal body that takes several months to a year, such as the dimentation method, in a very short time.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、
（１）請求項１記載の発明は、略平板状の２枚の支持体
の間に空隙を有し、少なくとも一箇所に開口部を有する
容器を用いた人工結晶体の製造方法であって、前記空隙
にコロイド溶液を導入し、前記容器全体を前記開口部が
上方かつ前記２枚の支持体で形成される平面の垂直方向
と異なる方向に力が加わるように前記容器を保持した状
態で前記容器内に導入されたコロイド溶液の溶液成分を
蒸発させて人工結晶体を製造することを特徴としてい
る。In order to achieve the above object, the present invention provides: (1) The invention according to claim 1 has a space between two substantially flat plate-shaped supports, and at least A method of manufacturing an artificial crystal body using a container having an opening in one place, wherein a colloidal solution is introduced into the void, and the entire container is formed with the opening above and the two supports. The artificial crystal is manufactured by evaporating the solution component of the colloid solution introduced into the container while holding the container so that a force is applied in a direction different from the direction perpendicular to the plane.
【００１７】（２）請求項２記載の発明は、前記２枚の
支持体の前記コロイド溶液に接する面が全体として略平
行であることを特徴としている。
（３）請求項３記載の発明は、前記コロイド溶液の溶液
成分を蒸発させる際に、その蒸発速度の制御を行うこと
を特徴としている。(2) The invention according to claim 2 is characterized in that the surfaces of the two supports contacting the colloidal solution are substantially parallel to each other as a whole. (3) The invention according to claim 3 is characterized in that when the solution component of the colloidal solution is evaporated, the evaporation rate thereof is controlled.
【００１８】（４）請求項４記載の発明は、前記蒸発速
度の制御は、温度および／または湿度の制御によって行
うことを特徴としている。
（５）請求項５記載の発明は、前記蒸発速度の制御は、
前記開口部の面積を変えることによって行うことを特徴
としている。(4) The invention according to claim 4 is characterized in that the evaporation rate is controlled by controlling temperature and / or humidity. (5) In the invention according to claim 5, the evaporation rate is controlled by
It is characterized in that it is performed by changing the area of the opening.
【００１９】（６）請求項６記載の発明は、前記コロイ
ド溶液を構成する粒子が、シリカ、アルミナ、酸化チタ
ン、酸化ジルコニウム、五酸化タンタル、Pb(Zr,Ti)
O３、酸化ガドリニウム、酸化イットリウム、またはポ
リスチレンのうちのひとつであることを特徴としてい
る。(6) In the invention according to claim 6, the particles constituting the colloidal solution are silica, alumina, titanium oxide, zirconium oxide, tantalum pentoxide, Pb (Zr, Ti).
It is characterized by being one of O 3 , gadolinium oxide, yttrium oxide, or polystyrene.
【００２０】（７）請求項７記載の発明は、前記のコロ
イド溶液を構成する粒子による人工結晶体の形成後、前
記容器内に前記コロイド溶液を構成する粒子と異なる第
二の物質を含む溶液を導入し、固化することを特徴とし
ている。
（８）請求項８記載の発明は、前記容器内に前記第二の
物質を含む溶液を導入し、固化した後に、前記コロイド
溶液を構成する粒子を除去することを特徴としている。(7) The invention according to claim 7 is a solution containing a second substance different from the particles forming the colloidal solution in the container after the artificial crystal body is formed by the particles forming the colloidal solution. It is characterized by introducing and solidifying. (8) The invention according to claim 8 is characterized in that a solution containing the second substance is introduced into the container and is solidified, and then the particles constituting the colloidal solution are removed.
【００２１】（９）請求項９記載の発明は、前記のコロ
イド溶液を構成する粒子を除去した後に、前記容器内に
前記第二の物質と異なる第三の物質を含む溶液を導入、
固化することを特徴としている。
（１０）請求項１０記載の発明は、前記第二の物質を除
去することを特徴としている。(9) According to a ninth aspect of the invention, after removing the particles constituting the colloidal solution, a solution containing a third substance different from the second substance is introduced into the container.
It is characterized by solidifying. (10) The invention according to claim 10 is characterized in that the second substance is removed.
【００２２】（１１）請求項１１記載の発明は、前記微
粒子を分散させるコロイド液の液性を、分散している微
粒子に応じて制御することを特徴としている。
（１２）請求項１２記載の発明は、請求項１から１１の
何れか１項に記載の製造方法を用いて製造したことを特
徴とする人工結晶体である。
これにより所期の目的、特に非常にシンプルで、かつエ
ネルギーも特に必要とせず容易に高品質の人工結晶体を
得ることが可能になる。(11) The invention according to claim 11 is characterized in that the liquidity of the colloidal liquid in which the fine particles are dispersed is controlled according to the dispersed fine particles. (12) The invention according to claim 12 is an artificial crystal body manufactured by using the manufacturing method according to any one of claims 1 to 11. As a result, it becomes possible to easily obtain a high-quality artificial crystal, which has a desired purpose, particularly very simple and does not particularly require energy.
【００２３】[0023]
【発明の実施の形態】本発明の構成、及び動作について
図を用いて以下に説明する。図１は、本発明によって人
工結晶体が得られるプロセスを模式的に示した断面図で
ある。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The configuration and operation of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a process for obtaining an artificial crystal body according to the present invention.
【００２４】すなわち、図１（ａ）は上部支持体（10
1）と下部支持体（102）がスペーサー（103）で規定さ
れたごく狭い空隙（例えば、典型的には８０μｍ〜３６
０μｍ間隔）をもって保持されて一つの系を形成してい
る。説明を容易にするために、これ以降この系を「ギャ
ップモジュール」と記述する。このギャップモジュール
がある角度に傾斜され保持されている様子を示したもの
であり、そのごく狭い空隙に微粒子（105）を含むコロ
イド溶液（104）が導入された直後の様子を示してい
る。このように、コロイド溶液（104）が導入された直
後は、毛細管現象により、ごく狭い空隙全体にコロイド
溶液（104）が広がる現象が確認できている。That is, FIG. 1A shows an upper support (10
1) and the lower support (102) have a very narrow space defined by the spacer (103) (for example, typically 80 μm to 36 μm).
They are held at intervals of 0 μm) to form one system. For ease of explanation, this system will be referred to as "gap module" hereinafter. This figure shows a state in which the gap module is inclined and held at an angle, and shows a state immediately after the colloidal solution (104) containing the fine particles (105) is introduced into the very narrow void. As described above, immediately after the colloidal solution (104) is introduced, it is confirmed that the colloidal solution (104) spreads in the entire narrow space due to the capillary phenomenon.
【００２５】次に、図１（ｂ）はコロイド溶液（104）
導入から、数時間経過した様子を示している。このよう
に、時間の経過とともに、重力の作用を受け、微粒子
（105）はごくゆっくりと下方に沈降していき、ごく狭
い空隙の上部は、ほとんど透明な溶液成分のみで占めら
れるようになる。このとき微粒子（105）は下方に沈降
するものの、お互いの斥力のために、その力のつりあう
位置に落ち着くこととなり、ここでコロイド結晶を形成
する。Next, FIG. 1 (b) shows a colloidal solution (104).
It shows a few hours after the introduction. Thus, with the passage of time, under the influence of gravity, the fine particles (105) settle down downward very slowly, and the upper part of the very narrow void is occupied only by the almost transparent solution component. At this time, the fine particles (105) settle downward, but due to the repulsive force of each other, they settle in a position where the forces balance each other, and a colloidal crystal is formed here.
【００２６】また、このコロイド結晶の形成には、上部
および下部の支持体も重要な役割を果たしている。つま
り、上部および下部の支持体にガラスを用いた場合を考
えると、溶液がたとえば水であった場合には、上部およ
び下部の支持体も表面に負の電荷をもつこととなり、微
粒子との相互作用で、高品質のコロイド結晶を形成する
のに貢献する。本発明は、この現象を利用することによ
り実現したものである。The upper and lower supports also play an important role in the formation of this colloidal crystal. In other words, considering the case where glass is used for the upper and lower supports, when the solution is, for example, water, the upper and lower supports also have a negative charge on the surface, and the mutual interaction with the fine particles. In action, it contributes to the formation of high quality colloidal crystals. The present invention is realized by utilizing this phenomenon.
【００２７】このようにこのギャップモジュール全体を
傾斜して保持しているところが本発明の最大の特徴であ
る。つまり、コロイド溶液の特性、たとえばコロイド粒
子の材質、比重、溶媒の粘性、比重などに応じて、ギャ
ップモジュールを傾斜させる角度という非常に制御しや
すいパラメーターを制御すれば、再現性などが非常に優
れた技術を容易に得ることができる発明である。The greatest feature of the present invention is that the entire gap module is held in an inclined manner in this manner. In other words, depending on the characteristics of the colloidal solution, such as the material of the colloidal particles, the specific gravity, the viscosity of the solvent, the specific gravity, etc., the reproducibility will be extremely excellent if the angle of the gap module, which is very easy to control, is controlled. It is an invention that can easily obtain the above technology.
【００２８】上部支持体（101）と下部支持体（102）で
規定された空隙を狭くすることにより、上部支持体およ
び下部支持体のコロイド溶液と接する面によって人工結
晶体の結晶方向を決めることができる。By narrowing the gap defined by the upper support (101) and the lower support (102), the crystallographic direction of the artificial crystal is determined by the surfaces of the upper support and the lower support which come into contact with the colloidal solution. You can
【００２９】さらに大きな特徴は、ギャップモジュール
全体を傾斜して重力の作用を利用しているために、ごく
狭い空隙の寸法が許す限りの厚さの人工結晶体が自然に
得られる。言い換えれば、ごく狭い空隙の寸法を所望の
ものに設定すれば、所望の厚さの良好な人工結晶体が自
由に得られるという特徴も併せ持つものである。なお、
実施例では力として重力を用いているが、その他の力、
例えば遠心力を用いる方法も可能であることはいうまで
もない。ギャップモジュール全体を傾斜して重力の作用
を利用している例を示すが、より一般的にいえば、ギャ
ップモジュール全体を開口部が上方かつ２枚の支持体で
形成される平面の垂直方向と異なる方向に力が加わるよ
うに容器を保持した状態でギャップモジュール内のコロ
イド溶液の溶液成分を蒸発させるようにすればよい。A further major feature is that the entire gap module is tilted and the action of gravity is utilized, so that an artificial crystal body having a thickness as much as the size of a very small void allows is naturally obtained. In other words, if the size of the extremely narrow void is set to a desired value, an artificial crystal having a desired thickness and a good quality can be freely obtained. In addition,
Although gravity is used as the force in the embodiment, other forces,
Needless to say, a method using centrifugal force is also possible. An example is shown in which the entire gap module is tilted to utilize the action of gravity, but more generally, the entire gap module is arranged in a direction perpendicular to a plane in which the opening is upward and formed by two supports. The solution components of the colloidal solution in the gap module may be evaporated while the container is held so that force is applied in different directions.
【００３０】また、本発明により得られた人工結晶体
は、従来技術に比較して、ギャップ寸法を制御すること
により、数百層もの三次元構造が容易にかつ、非常に安
定な形で得られる人工結晶体となるために、光学的応用
などを考慮した場合でも、取り扱いが容易で、十分な厚
さを有する人工結晶体となる点も大きな特徴である。Further, the artificial crystal obtained by the present invention can easily obtain a three-dimensional structure of several hundred layers in a very stable form by controlling the gap size, as compared with the prior art. Since it is an artificial crystal body that can be obtained, it is also a major feature that the artificial crystal body is easy to handle and has a sufficient thickness even in consideration of optical applications.
【００３１】それに対し、このギャップモジュールを傾
斜させずに、略水平に保持する場合にどうなるかという
ことについて説明する。この場合は、たしかにどの微粒
子も重力の作用は受けるが、横方向の移動は、微粒子の
持つブラウン運動と斥力のバランスのみとなってしまう
ために、長距離を移動して欠陥を修復する力はどこから
も与えられないこととなる。その結果、非常に欠陥の多
い人工結晶体となってしまう場合がある。比較例とし
て、本発明におけるギャップモジュールを傾斜させるこ
となく水平にした場合に得られた人工結晶体の走査型電
子顕微鏡（以下SEMと記述する）で観察した結果を、図
６（ａ）〜（ｃ）に示す。On the other hand, what happens when the gap module is held substantially horizontally without being tilted will be described. In this case, it is true that all particles are affected by gravity, but the lateral movement is only the balance between the Brownian motion and the repulsive force of the particles, so the force to move a long distance to repair the defect is It will not be given from anywhere. As a result, the artificial crystal may have very many defects. As a comparative example, the results obtained by observing with a scanning electron microscope (hereinafter referred to as SEM) of an artificial crystal body obtained when the gap module according to the present invention is made horizontal without tilting are shown in FIGS. It is shown in c).
【００３２】図６（ａ）は、SEMによる１００倍のギャ
ップモジュール水平保持の場合の観察図であり、人工結
晶体が形成された部分と形成されない部分ができたり、
厚さに不均一が生じることを示している。また、図６
（ｂ）および（ｃ）は、SEMによる１００００倍のギャ
ップモジュール水平保持の場合の観察図であり、図６
（ｂ）は人工結晶体が比較的厚い部分を示し、図６
（ｃ）は人工結晶体が比較的薄い部分を示している。FIG. 6 (a) is an observation view in the case of 100 times gap module horizontal holding by SEM. Some parts have artificial crystal bodies and some have no.
It shows that non-uniformity occurs in the thickness. In addition, FIG.
6B and 6C are observation views in the case of horizontally holding a gap module of 10000 times by SEM, and FIG.
6B shows a portion where the artificial crystal is relatively thick, and FIG.
(C) shows a portion where the artificial crystal is relatively thin.
【００３３】このように、水平保持の場合には規則性も
不十分であるという問題以外にも、大きな欠陥＝微粒子
の存在しない領域や、堆積層数のばらつきなどの大きな
問題点が発生し、完全な人工結晶体を得ることは非常に
困難であることがわかる。As described above, in addition to the problem that the regularity is insufficient in the case of horizontal holding, major problems such as a large defect = a region where no fine particles exist and a variation in the number of deposited layers occur. It turns out that it is very difficult to obtain a perfect artificial crystal.
【００３４】本発明における最終プロセスについて説明
する。図１（ｂ）のごとく欠陥の無いコロイド結晶が形
成された後は、上方の開口部から、非常にゆっくりと溶
液成分が蒸発していくことになる。当然、ここまでのプ
ロセスでも、溶液成分の蒸発は行われているが、形成さ
れたコロイド結晶を破壊することなく完全に溶液成分が
蒸発できる系であることが、本発明のもう一つの大きな
特徴である。The final process in the present invention will be described. After the defect-free colloidal crystal is formed as shown in FIG. 1B, the solution component evaporates very slowly from the upper opening. Of course, even in the processes up to this point, the evaporation of the solution component has been carried out, but another major feature of the present invention is that the solution component can be completely evaporated without destroying the formed colloidal crystals. Is.
【００３５】しかも、コロイド溶液（104）の導入量に
もよるが、数十μｌの導入量の場合には、数日で乾燥が
完了してしまう。これは、従来のSlow Sedimentation
法などのように１年以上かかる手法とは比較にならない
速さで欠陥の無い人工結晶体が得られる非常に特徴のあ
る技術である。Moreover, depending on the amount of the colloidal solution (104) introduced, when the amount introduced is several tens μl, the drying is completed in a few days. This is the traditional Slow Sedimentation
This is a very distinctive technology that can obtain a defect-free artificial crystal body at a speed that is not comparable to the method that takes more than one year, such as the method.
【００３６】その様子を模式的に示したものが、図１
（ｃ）である。この図からも解るように、狭い空隙を形
成する上部支持体１０２と下部支持体１０２の間の空隙
を埋め尽くすように人工結晶体が形成される。FIG. 1 is a schematic representation of this situation.
It is (c). As can be seen from this figure, the artificial crystal body is formed so as to fill the void between the upper support 102 and the lower support 102 that forms a narrow void.
【００３７】ここでギャップモジュールの構成例を図２
を用いて説明する。ギャップモジュールを形成するのに
必要なものは、上部支持体（201）、下部支持体（20
1）、スペーサー（203）、およびこれらを一体化する固
定手段（図示せず）である。それぞれの材質は、どのよ
うなプロセスを行うかによって適宜選択できるものであ
り、基本的に本発明においてはなんら制約は無い。Here, a configuration example of the gap module is shown in FIG.
Will be explained. All that is needed to form the gap module is the upper support (201) and the lower support (20).
1), a spacer (203), and a fixing means (not shown) that integrates them. Each material can be appropriately selected depending on what kind of process is performed, and basically there is no restriction in the present invention.
【００３８】図２（ａ）は、スペーサー（203）そのも
のの一辺を開放とした形態を示しており、コロイド溶液
はここから導入される。また、溶液成分の非常にゆっく
りとした蒸発も、ここから行われる。図２（ｂ）ではス
ペーサーは開放されている部分が無く、上部支持体（20
1）に小さな穴をあけた形態を示している。当然のこと
ながら、ギャップモジュールはこの図に示したものに限
定されるわけではなく、本発明の要件を満たすものであ
れば、これ以外の形態でも本発明は実現できる。FIG. 2A shows a form in which one side of the spacer (203) itself is open, and the colloidal solution is introduced from here. Also from here is a very slow evaporation of the solution components. In Fig. 2 (b), the spacer has no open portion, and the upper support (20
1) shows a form with a small hole. As a matter of course, the gap module is not limited to the one shown in this figure, and the present invention can be implemented in other forms as long as it satisfies the requirements of the present invention.
【００３９】さらに本発明の大きな特徴は、ごく狭い空
隙の中で人工結晶体が形成されるために、人工結晶体形
成後もギャップモジュール全体をそのままの状態にし、
そこに種々の溶液材料を導入できることにある。つま
り、ごく狭い空隙であるがために毛細管現象を利用で
き、たとえば、金属酸化物のゾル液を導入し、焼成する
ことによって、人工結晶体の隙間および周りをコロイド
溶液から形成された人工結晶体とは異なる第二の物質で
満たすことができ、複合結晶体を容易に得ることができ
る。Further, the great feature of the present invention is that since the artificial crystal body is formed in a very narrow space, the entire gap module is left as it is after the artificial crystal body is formed.
It is possible to introduce various solution materials there. In other words, it is possible to use the capillary phenomenon because it is a very narrow void. For example, by introducing a sol solution of a metal oxide and firing it, an artificial crystal body formed from a colloidal solution around and around the artificial crystal body It can be filled with a second substance different from, and a composite crystal can be easily obtained.
【００４０】また、さらに、上記のプロセスに加え、最
初の人工結晶体のみを溶解するような溶液、たとえば、
最初の人工結晶体がポリスチレン微粒子で形成されてい
るならば、有機溶媒を導入する。またはシリカの場合に
はフッ酸を導入する、などの工程を行うことにより、最
初の人工結晶体のみが溶解されて、いわゆるインバース
オパール法が非常に容易に行えるという特徴を有してい
る。In addition to the above process, a solution that dissolves only the first artificial crystal, for example,
If the first artificial crystal is formed of polystyrene fine particles, an organic solvent is introduced. Alternatively, in the case of silica, by performing a step of introducing hydrofluoric acid or the like, only the first artificial crystal body is dissolved, so that the so-called inverse opal method can be very easily performed.
【００４１】以上述べたことのさらに発展させた形とし
て、最初の人工結晶体が溶解、除去された空間を前記第
二の物質とは異なる第三の物質を含む溶液を導入するこ
とにより、形状はそのままに、最初の人工結晶体の材質
を第三の物質に置換するということも可能である。As a further developed form of the above, by introducing a solution containing a third substance different from the second substance into the space where the first artificial crystal is dissolved and removed, It is also possible to replace the material of the first artificial crystal body with the third substance while maintaining the above.
【００４２】さらに本発明は、高規則性の人工結晶体
を、コロイド溶液という溶液系を用いることにより実現
することを特徴のひとつとしている、すなわち、乾燥状
態では、凝集しやすくなる超微粒子であっても、溶液系
という状態の利点を最大限に利用し分散性を向上させる
ことにより凝集を防ぎ、ｐHの制御、例えば添加するイ
オン種を適切に選択、制御することにより、溶液中での
等電点の作用を利用することができる。その結果、高規
則性の人工結晶体が得られるものである。Further, one of the features of the present invention is to realize a highly ordered artificial crystal body by using a solution system called a colloid solution, that is, ultrafine particles which easily aggregate in a dry state. However, by maximizing the advantages of the solution system and improving the dispersibility to prevent aggregation, the pH can be controlled, for example, by appropriately selecting and controlling the ionic species to be added, etc. The action of the electric point can be used. As a result, a highly ordered artificial crystal is obtained.
【００４３】この点についてさらに詳細に説明する。一
般に、例えば金属酸化物からなる微粒子を水中に浸漬す
ると、微粒子は正または負の電荷を持ち、電界が存在す
ると対向する電場を有する方向へ移動する。この現象が
電気泳動現象である。この電気泳動現象によって、微粒
子の水中における荷電すなわち界面電位（ゼータ電位）
の存在を知ることができる。This point will be described in more detail. Generally, when fine particles made of, for example, a metal oxide are immersed in water, the fine particles have a positive or negative charge and move in a direction having an opposing electric field in the presence of an electric field. This phenomenon is an electrophoretic phenomenon. Due to this electrophoretic phenomenon, the fine particles are charged in water, that is, the interfacial potential (zeta potential).
Can know the existence of.
【００４４】この界面電位は微粒子-水系のｐＨによっ
て大きく変化する。一般に横軸に水系のｐＨを、縦軸に
界面電位をとると、界面電位は水系のｐＨによって変化
し、界面電位「0」を切る点の水系のｐＨを「等電点」
と定義される。この現象から、一般的に金属酸化物微粒
子表面の界面電位は、酸性側では正、アルカリ側では負
の極性を取る。しかし、この等電点は材料によって大き
く異なり、例えば、コロイダルシリカでは「2.0」、α-
アルミナでは「9.0」という値が紹介されている。This interfacial potential greatly changes depending on the pH of the fine particle-water system. Generally, when the horizontal axis is the pH of an aqueous system and the vertical axis is the interfacial potential, the interfacial potential changes according to the pH of the aqueous system, and the pH of the aqueous system at the point where the interfacial potential "0" is cut is the "isoelectric point".
Is defined as From this phenomenon, generally, the interfacial potential on the surface of the metal oxide fine particles has a positive polarity on the acidic side and a negative polarity on the alkaline side. However, this isoelectric point varies greatly depending on the material. For example, colloidal silica is "2.0", α-
A value of "9.0" is introduced for alumina.
【００４５】つまり、等電点から離れるほど界面電位が
大きくなり、酸性側にいくほど界面電位の値は正の大き
い方に向かい、また逆に、アルカリ側にいくほど界面電
位の値は負の大きい方に向かう。これはｐＨで制御する
ことができるものである。ｐＨの制御は、酸やアルカリ
の添加で、制御性よくコントロールできるものである。
本発明では、この現象を積極的に利用し、微粒子の凝集
を防ぎながら、人工結晶体が得られることが可能となる
点が大きな特徴である。以上述べたように、等電点の概
念を利用できない乾式のプロセスとは根本的に異なるも
のである。That is, the interfacial potential increases as the distance from the isoelectric point increases, the interfacial potential value increases toward the positive side toward the acid side, and conversely, the interfacial potential value decreases toward the alkali side. Head towards the larger one. This can be controlled by pH. The pH can be controlled with good controllability by adding an acid or an alkali.
A major feature of the present invention is that it is possible to obtain an artificial crystal body while positively utilizing this phenomenon and preventing aggregation of fine particles. As mentioned above, it is fundamentally different from the dry process in which the concept of isoelectric point cannot be used.
【００４６】以上述べたように、本発明は、ごく狭い空
隙を有するギャップモジュールを、種々のプロセスを通
してそのまま使用することができるという非常に大きな
特徴を有しており、応用面も広範囲に広がるものであ
る。そして、所望のプロセスが終了した時点で、必要に
応じて２枚の支持体から人工結晶体を取り出せば、所望
の人工結晶体が得られるものである。As described above, the present invention has a very great feature that the gap module having an extremely narrow void can be used as it is through various processes, and its application is widespread. Is. Then, when the desired process is completed, if desired, the artificial crystals are taken out from the two supports, whereby the desired artificial crystals are obtained.
【００４７】以下に実施例を用いて更に詳細に説明す
る。
（実施例１）
密閉性容器の形成
本実施例では、支持体としてスライドガラス（26mm×76
mm、厚さ0.8mm〜1.0mm）を用いた。洗浄は、アセトン超
音波洗浄を15分行った。狭い空隙を作るためのスペーサ
ーとして、ニトフロンテープ（厚さ 80μm）を「コの
字型」に切り出したものを用いた。A more detailed description will be given below with reference to examples. (Example 1) Formation of airtight container In this example, a slide glass (26 mm x 76 mm) was used as a support.
mm, thickness 0.8 mm to 1.0 mm). The cleaning was performed by ultrasonic cleaning with acetone for 15 minutes. Nitoflon tape (thickness: 80 μm) cut out in a “U” shape was used as a spacer to create a narrow gap.
【００４８】このテープを前述の洗浄済みスライドガラ
スの一方に「コの字型」の開口部が白スライドガラスの
端部と一致するように貼り付けた。このときテープとス
ライドガラスの間に空気の入らないように注意する必要
がある。ニトフロンテープがスペーサーとなるよう、２
枚のスライドガラスを合わせ、クリップではさんで固定
し一体化した。これがギャップモジュールと称している
ものである。This tape was attached to one of the above-mentioned washed slide glasses so that the opening of "U-shape" was aligned with the end of the white slide glass. At this time, it is necessary to take care so that air does not enter between the tape and the slide glass. 2 so that the Nitoflon tape becomes a spacer
The slide glass pieces were put together and fixed with a clip to be integrated. This is what is called a gap module.
【００４９】コロイド溶液の調整
本実施例で用いたコロイド溶液は、 シリカ濃度40.5wt
％のものを、純水で希釈して、20wt％に調整したものを
用いた。このコロイダルシリカの平均粒径は450nmであ
る。Preparation of Colloidal Solution The colloidal solution used in this example had a silica concentration of 40.5 wt.
% Was used by diluting with 20% by weight of pure water. The average particle size of this colloidal silica is 450 nm.
【００５０】コロイド溶液の導入
で形成したギャップモジュールを開口部が上になるよ
うに10度傾斜して保持した。その開口部から、で調整
したコロイダルシリカをマイクロピペットを用いて30μ
ｌ静かに導入した。The gap module formed by the introduction of the colloidal solution was held at an angle of 10 ° with the opening facing upward. From the opening, colloidal silica prepared in step 30μ using a micropipette
l introduced quietly.
【００５１】乾燥工程
本実施例では、一般の実験室で乾燥を行ったところ、二
日間で乾燥が完了し、目視では白い微粒子の集積体が得
られた。Drying Step In this example, when drying was carried out in a general laboratory, the drying was completed in two days, and an aggregate of white fine particles was visually obtained.
【００５２】評価観察
ギャップモジュールのクリップをはずし、2枚のスライ
ドガラスをはがして、一方のスライドガラスに付着して
いる集積体をSEMで観察した。観察した個所を図３に示
す。破断面のエッジ部を観察して得られたSEM写真を図
４（ａ）に、また、破断面を観察して得られたSEM写真
を図４（ｂ）に示す。これらの結果から、シリカ粒子が
面心立方（fcc）構造で規則正しく配列した人工結晶体
が得られていることが確認された。Evaluation Observation The clip of the gap module was removed, the two slide glasses were peeled off, and the aggregate adhering to one slide glass was observed by SEM. The observed points are shown in FIG. An SEM photograph obtained by observing the edge portion of the fracture surface is shown in FIG. 4 (a), and an SEM photograph obtained by observing the fracture surface is shown in FIG. 4 (b). From these results, it was confirmed that an artificial crystal body in which silica particles were regularly arranged in a face-centered cubic (fcc) structure was obtained.
【００５３】（実施例２）
密閉性容器の形成
本実施例では、実施例１と同様にスライドガラスとニト
フロンテープで形成したギャップモジュールを使用し
た。(Example 2) Formation of airtight container In this example, a gap module made of slide glass and nitoflon tape was used as in Example 1.
【００５４】コロイド溶液の調整
本実施例で用いたコロイド溶液は、実施例１とはシリカ
粒子の粒径の異なるシリカを用いた。このコロイダルシ
リカの平均粒径は310nmである。実施例１と同様に純水
で希釈して、シリカ濃度45wt％のものを16wt％に調整し
たものを用いた。Preparation of Colloidal Solution As the colloidal solution used in this example, silica having a silica particle size different from that of Example 1 was used. The average particle size of this colloidal silica is 310 nm. As in Example 1, diluted with pure water and adjusted to have a silica concentration of 45 wt% to 16 wt% was used.
【００５５】コロイド溶液の導入
で形成したギャップモジュールを開口部が上になるよ
うに10度傾斜して保持した。その開口部から、で調整
したコロイダルシリカをマイクロピペットを用いて30μ
ｌ静かに導入した。The gap module formed by introducing the colloidal solution was held at an angle of 10 ° with the opening facing upward. From the opening, colloidal silica prepared in step 30μ using a micropipette
l introduced quietly.
【００５６】乾燥工程
本実施例では、一般の実験室で乾燥を行ったところ、二
日間で乾燥が完了し、目視では白い微粒子の集積体が得
られた。Drying Step In this example, when drying was performed in a general laboratory, the drying was completed in two days, and an aggregate of white fine particles was visually obtained.
【００５７】評価観察
ギャップモジュールのクリップをはずし、２枚のスライ
ドガラスをはがして、一方のスライドガラスに付着して
いる集積体をSEMで観察した。観察した個所は前述の図
３と同様である。破断面のエッジ部を観察して得られた
SEM写真を図５（ａ）に、また、破断面を観察して得ら
れたSEM写真を図５（ｂ）に示す。図５（ａ），（ｂ）
には、ギャップモジュールを水平に保持して結晶化させ
た図６（ａ），（ｂ）に比較して大幅に規則正しく配列
された人工結晶体が示されている。これらの結果から、
実施例１の場合とシリカの粒子径が異なったコロイド溶
液を用いても、シリカ粒子が面心立方（fcc）構造で規
則正しく配列した人工結晶体が得られていることが確認
された。Evaluation Observation The clip of the gap module was removed, the two slide glasses were peeled off, and the aggregate adhering to one slide glass was observed by SEM. The observed points are the same as those shown in FIG. Obtained by observing the edge of the fracture surface
An SEM photograph is shown in FIG. 5 (a), and an SEM photograph obtained by observing the fracture surface is shown in FIG. 5 (b). 5 (a), (b)
6 shows an artificial crystal body in which the gap module is held horizontally to be crystallized and which is arranged in a substantially regular manner as compared with FIGS. 6A and 6B. From these results,
It was confirmed that even if a colloidal solution having a silica particle size different from that in Example 1 was used, an artificial crystal body in which silica particles were regularly arranged in a face-centered cubic (fcc) structure was obtained.
【００５８】（実施例３）
密閉性容器の形成
本実施例では、実施例１と同様にスライドガラスとニト
フロンテープで形成したギャップモジュールを使用し
た。(Example 3) Formation of airtight container In this example, a gap module made of slide glass and nitoflon tape was used as in Example 1.
【００５９】コロイド溶液の調整
本実施例で用いたコロイド溶液は、実施例１とは異な
り、純水100ｍｌにアルミナ微粒子（平均粒径＝約390n
m）を５mg液中に分散させ、更に液性を酸性に制御する
ために、塩酸（35.0-37.0％）を200μｌ添加した。分散
液のｐＨは「2.55」であった。Preparation of Colloidal Solution The colloidal solution used in this example is different from that of Example 1 in that 100 ml of pure water has alumina fine particles (average particle size = about 390 n).
m) was dispersed in 5 mg liquid, and 200 μl of hydrochloric acid (35.0-37.0%) was added to control the liquid property to be acidic. The pH of the dispersion was "2.55".
【００６０】このようにする理由は、以下のことによ
る。つまり、アルミナ微粒子の等電点は一般的に「9.
0」といわれているので、純水のように、中性（ｐＨ＝
7.0）の溶液では界面電位がそれほど大きくはない。従
って、アルミナ微粒子を制御性良くマイグレーションさ
せるには、液性を酸性側にして、界面電位を大きくする
ことが有効である。本発明のごとく、溶液系を用いるこ
とにより、液性も制御が可能となり、幅広い材料への応
用が可能となるものである。The reason for doing this is as follows. That is, the isoelectric point of alumina fine particles is generally `` 9.
Since it is said to be "0", it is neutral (pH =
In the solution of 7.0), the interfacial potential is not so large. Therefore, in order to migrate the alumina fine particles with good controllability, it is effective to make the liquidity acidic and increase the interfacial potential. By using a solution system as in the present invention, it is possible to control the liquidity and to apply it to a wide range of materials.
【００６１】コロイド溶液の導入
で形成したギャップモジュールを開口部が上になるよ
うに20度傾斜して保持した。その開口部から、で調整
したアルミナのコロイド溶液をマイクロピペットを用い
て40μｌ静かに導入した。The gap module formed by introducing the colloidal solution was held at an angle of 20 ° with the opening facing upward. From the opening, 40 μl of the alumina colloidal solution prepared in was gently introduced using a micropipette.
【００６２】乾燥工程
本実施例では、一般の実験室で乾燥を行ったところ、二
日間で乾燥が完了し、目視では白い微粒子の集積体が得
られた。Drying Step In this example, when drying was carried out in a general laboratory, the drying was completed in two days, and an aggregate of white fine particles was visually obtained.
【００６３】評価観察
ギャップモジュールのクリップをはずし、２枚のスライ
ドガラスをはがして、一方のスライドガラスに付着して
いる集積体をSEMで観察した結果からアルミナ粒子が面
心立方（fcc）構造で規則正しく配列した人工結晶体が
得られていることが確認された。Evaluation Observation Gap module was removed from the clip, two slide glasses were peeled off, and the aggregate adhering to one slide glass was observed by SEM. From the results, the alumina particles had a face-centered cubic (fcc) structure. It was confirmed that an artificial crystal body with regular arrangement was obtained.
【００６４】（実施例４）
密閉性容器の形成
本実施例では、実施例１とは異なり、スペーサーとし
て、厚さ150μmの薄板ガラスを切り出したものを用いて
形成したギャップモジュールを使用した。(Example 4) Formation of airtight container In this example, unlike in Example 1, a gap module formed by using a thin glass plate having a thickness of 150 μm cut out was used as a spacer.
【００６５】コロイド溶液の調整
本実施例で用いたコロイド溶液は、 シリカ濃度40.5wt
％のものを、純水で希釈して、20wt％に調整したものを
用いた。このコロイダルシリカの平均粒径は450nmであ
る。Preparation of Colloidal Solution The colloidal solution used in this example had a silica concentration of 40.5 wt.
% Was used by diluting with 20% by weight of pure water. The average particle size of this colloidal silica is 450 nm.
【００６６】コロイド溶液の導入
で形成したギャップモジュールを開口部が上になるよ
うに10度傾斜して保持した。その開口部から、で調整
したコロイダルシリカをマイクロピペットを用いて30μ
ｌ静かに導入した。The gap module formed by introducing the colloidal solution was held at an angle of 10 ° with the opening facing upward. From the opening, colloidal silica prepared in step 30μ using a micropipette
l introduced quietly.
【００６７】乾燥工程
本実施例では、60℃の恒温槽内で乾燥を行ったところ、
ほぼ２４時間で乾燥が完了し、目視では白い微粒子の集
積体が得られた。Drying Step In this example, when drying was performed in a constant temperature bath at 60 ° C.,
Drying was completed in about 24 hours, and an aggregate of white fine particles was visually obtained.
【００６８】第二の物質の導入
までの工程で、シリカの人工結晶体が得られた後に、
ギャップモジュールはそのままの状態で、第二の物質の
導入を行った。第二の物質として酸化チタンを採用し
た。そのために用いた材料は、高純度化学社製 酸化チ
タン用ゾル液 「Ti-0３-P」 3wt％ を40μｌ導入
し、300度で３０分間乾燥させ、700度で焼成した。After the artificial crystal of silica is obtained in the steps up to the introduction of the second substance,
The second substance was introduced while leaving the gap module as it was. Titanium oxide was adopted as the second substance. As a material used for this purpose, 40 μl of 3 wt% of sol liquid “Ti-0 3 -P” for titanium oxide manufactured by Kojundo Chemical Co., Ltd. was introduced, dried at 300 ° C. for 30 minutes, and calcined at 700 ° C.
【００６９】評価観察
ギャップモジュールのクリップをはずし、2枚のスライ
ドガラスをはがして、一方のスライドガラスに付着して
いる集積体の断面を出してSEMで観察した。その結果、
シリカの人工結晶体の隙間や周りを酸化チタンが取り囲
んでいるという複合人工結晶体ができていることが確認
された。Evaluation Observation The clip of the gap module was removed, the two slide glasses were peeled off, and the cross section of the aggregate adhering to one slide glass was taken out and observed by SEM. as a result,
It was confirmed that a composite artificial crystal body was formed in which titanium oxide surrounds the gaps and surroundings of the silica artificial crystal body.
【００７０】（実施例５）
複合人工結晶体の形成まで
本実施例では、実施例４で行った工程、すなわち、シリ
カの人工結晶体の隙間や周りを酸化チタンが取り囲んで
いるという複合人工結晶体ができているところまで工程
を進め、その後に、以下の工程を行った。(Example 5) Until the formation of the composite artificial crystal, in this example, the steps performed in Example 4, that is, the composite artificial crystal in which titanium oxide surrounds the gaps and the circumference of the silica artificial crystal is used. The process was advanced to the point where the body was completed, and then the following process was performed.
【００７１】シリカ粒子の除去
複合人工結晶体ができているギャップモジュールに20％
フッ酸を50μｌ導入し、シリカ粒子のみの除去を行っ
た。効率よくシリカ粒子のエッチング、除去を行うため
に、軽く振動を与えて、反応を促進した。この工程で、
若干スライドガラスも溶解し曇りが生じたが、実質的な
問題は起こらなかった。Removal of silica particles 20% for gap module made of composite artificial crystal
50 μl of hydrofluoric acid was introduced to remove only silica particles. In order to efficiently etch and remove the silica particles, light vibration was applied to promote the reaction. In this process,
The slide glass also slightly melted and clouded, but no substantial problem occurred.
【００７２】評価観察
ギャップモジュールのクリップをはずし、２枚のスライ
ドガラスをはがして、一方のスライドガラスに付着して
いる集積体の断面をSEMで観察した。その結果、シリカ
粒子が存在していた領域が完全に空洞になり、酸化チタ
ンのみが残っているいわゆるインバースオパール法が実
現されていることが確認された。Evaluation Observation The clip of the gap module was removed, the two slide glasses were peeled off, and the cross section of the aggregate adhering to one slide glass was observed by SEM. As a result, it was confirmed that the so-called inverse opal method in which the region where the silica particles were present was completely hollow and only titanium oxide remained was realized.
【００７３】（実施例６）
樹脂の導入
実施例５において、インバースオパール法により、最初
にシリカ粒子が占めていた領域が完全に空洞になること
が確認されたので、本実施例では、実施例５と同様の
までの工程を行った後に、樹脂を導入することを試み
た。使用した樹脂は、液状エポキシ樹脂であり、これを
ギャップモジュールに30μｌ導入し、200度で熱硬化さ
せた。Example 6 Introducing Resin In Example 5, it was confirmed by the inverse opal method that the region initially occupied by the silica particles became completely hollow. After carrying out the steps up to and including 5, the resin was introduced. The resin used was a liquid epoxy resin, 30 μl of which was introduced into the gap module and thermoset at 200 ° C.
【００７４】評価観察
ギャップモジュールのクリップをはずし、２枚のスライ
ドガラスをはがして、一方のスライドガラスに付着して
いる集積体の断面をSEMで観察した。その結果、シリカ
粒子が存在していた領域にエポキシ樹脂が充填され、最
初のシリカ粒子から、材料の置換が行われたことが確認
できた。Evaluation Observation The clip of the gap module was removed, the two slide glasses were peeled off, and the cross section of the aggregate adhering to one slide glass was observed by SEM. As a result, it was confirmed that the region where the silica particles were present was filled with the epoxy resin and the material was replaced from the first silica particles.
【００７５】[0075]
【発明の効果】(1) 請求項１に対応する作用効果
請求項１によれば、非常に簡便なプロセスおよび省エネ
ルギープロセスで微粒子を用いた人工結晶体を制御性よ
く形成することができる。EFFECTS OF THE INVENTION (1) Action and Effect Corresponding to Claim 1 According to claim 1, an artificial crystal body using fine particles can be formed with good controllability by a very simple process and an energy saving process.
【００７６】(2)請求項２に対応する作用効果
請求項２によれば、均一な人工結晶体を得ることができ
る。(2) Operation and effect corresponding to claim 2 According to claim 2, a uniform artificial crystal can be obtained.
【００７７】(3) 請求項３に対応する作用効果
請求項３によれば、非常に高規則性、高品質の人工結晶
体を得ることができる。(3) Action and Effect Corresponding to Claim 3 According to claim 3, it is possible to obtain an artificial crystal body of extremely high regularity and high quality.
【００７８】(4) 請求項４に対応する作用効果
請求項４によれば、非常に条件を制御しやすく容易に高
品質の人工結晶体を得ることができる。(4) Action and Effect Corresponding to Claim 4 According to claim 4, it is very easy to control the conditions and a high quality artificial crystal can be easily obtained.
【００７９】(5)請求項５に対応する作用効果
請求項５によれば、非常に条件を制御しやすく容易に高
品質の人工結晶体を得ることができる。(5) Action and Effect Corresponding to Claim 5 According to claim 5, the conditions can be controlled very easily and a high quality artificial crystal can be easily obtained.
【００８０】(6) 請求項６に対応する作用効果
請求項６によれば、球状粒子が入手しやすく、取り扱い
が容易であるため、安全に高品質の人工結晶体を得るこ
とができる。(6) Function and Effect Corresponding to Claim 6 According to claim 6, spherical particles are easily available and easy to handle, so that a high quality artificial crystal can be safely obtained.
【００８１】(7)請求項７に対応する作用効果
請求項７によれば、屈折率制御などの特性制御が容易に
行える。(7) Action and effect corresponding to claim 7 According to claim 7, characteristic control such as refractive index control can be easily performed.
【００８２】(8)請求項８に対応する作用効果
請求項８によれば、いわゆるインバースオパール法が容
易に行える。(8) Action and effect corresponding to claim 8 According to claim 8, the so-called inverse opal method can be easily performed.
【００８３】(9) 請求項９に対応する作用効果
請求項９によれば、材料の置換が容易に行え、応用分野
が大きく広がる。(9) Function and Effect Corresponding to Claim 9 According to claim 9, the material can be easily replaced, and the field of application is greatly expanded.
【００８４】(10) 請求項１０に対応する作用効果
請求項１０によれば、インバースオパール法に加えて材
料の置換が容易に行えると同時に屈折率制御などの特性
制御が容易に行える。(10) Operation and Effect Corresponding to Claim 10 According to claim 10, in addition to the inverse opal method, material replacement can be easily performed, and at the same time, characteristic control such as refractive index control can be easily performed.
【００８５】(11) 請求項１１に対応する作用効果
請求項１１によれば、材料選択の自由度が飛躍的に向上
するとともに、品質も向上する。
(12)請求項１２に対応する作用効果
請求項１２によれば、高品質の人工結晶体を得ることが
できる。(11) Action and Effect Corresponding to Claim 11 According to claim 11, the degree of freedom in material selection is dramatically improved and the quality is also improved. (12) Action and effect corresponding to claim 12 According to claim 12, a high quality artificial crystal can be obtained.
【図１】本発明によって人工結晶体が得られるプロセス
を模式的に示した断面図である。FIG. 1 is a sectional view schematically showing a process for obtaining an artificial crystal body according to the present invention.
【図２】ギャップモジュールの構成例を説明する図であ
る。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a gap module.
【図３】観察個所を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing observation points.
【図４】破断面のエッジ部と破断面を観察して得られた
SEM写真を示す図である（実施例１）。FIG. 4 was obtained by observing the edge of the fracture surface and the fracture surface.
It is a figure which shows a SEM photograph (Example 1).
【図５】破断面のエッジ部と破断面を観察して得られた
SEM写真を示す図である（実施例２）。FIG. 5: Obtained by observing the edge of the fracture surface and the fracture surface
It is a figure which shows a SEM photograph (Example 2).
【図６】ギャップモジュールを傾斜させることなく水平
にした場合に得られた人工結晶体のSEMで観察した結果
を示す図である。FIG. 6 is a view showing a result of SEM observation of an artificial crystal body obtained when the gap module is made horizontal without being tilted.
１０１，２０１：上部支持体、１０２，２０２：下部支
持体、１０３，２０３：スペーサー、１０４：コロイド
溶液、１０５：微粒子、１０６：コロイド結晶、１０
７：人工結晶体、２００：ギャップモジュール、２０
４：開口部。101, 201: upper support, 102, 202: lower support, 103, 203: spacer, 104: colloid solution, 105: fine particles, 106: colloidal crystal, 10
7: Artificial crystal, 200: Gap module, 20
4: Opening part.
Claims (12)
し、少なくとも一箇所に開口部を有する容器を用いた人
工結晶体の製造方法であって、前記空隙にコロイド溶液
を導入し、前記容器全体を前記開口部が上方かつ前記２
枚の支持体で形成される平面の垂直方向と異なる方向に
力が加わるように前記容器を保持した状態で前記容器内
に導入されたコロイド溶液の溶液成分を蒸発させて人工
結晶体を製造することを特徴とする人工結晶体の製造方
法。1. A method for producing an artificial crystal body using a container having a space between two substantially flat plate-shaped supports and having an opening at at least one location, wherein a colloidal solution is placed in the space. Introduce the entire container so that the opening is above and
An artificial crystal body is manufactured by evaporating a solution component of a colloid solution introduced into the container while holding the container so that a force is applied in a direction different from a direction perpendicular to a plane formed by a single support. A method for producing an artificial crystal body, which comprises:
接する面が全体として略平行であることを特徴とする請
求項１に記載の人工結晶体の製造方法。2. The method for producing an artificial crystal body according to claim 1, wherein the surfaces of the two supports which come into contact with the colloidal solution are substantially parallel to each other as a whole.
る際に、その蒸発速度の制御を行うことを特徴とする請
求項１または２に記載の人工結晶体の製造方法。3. The method for producing an artificial crystal body according to claim 1, wherein the evaporation rate is controlled when the solution component of the colloidal solution is evaporated.
たは湿度の制御によって行うことを特徴とする請求項３
に記載の人工結晶体の製造方法。4. The evaporation rate is controlled by controlling temperature and / or humidity.
The method for producing an artificial crystal as described in 1.
積を変えることによって行うことを特徴とする請求項３
に記載の人工結晶体の製造方法。5. The control of the evaporation rate is performed by changing the area of the opening.
The method for producing an artificial crystal as described in 1.
リカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、五酸
化タンタル、Pb(Zr,Ti)O３、酸化ガドリニウム、酸化イ
ットリウム、またはポリスチレンのうちのひとつである
ことを特徴とする請求項１から６の何れか1項に記載の
人工結晶体の製造方法。6. The particles constituting the colloidal solution are one of silica, alumina, titanium oxide, zirconium oxide, tantalum pentoxide, Pb (Zr, Ti) O 3 , gadolinium oxide, yttrium oxide, or polystyrene. It exists, The manufacturing method of the artificial crystal body of any one of Claim 1 to 6 characterized by the above-mentioned.
る人工結晶体の形成後、前記容器内に前記コロイド溶液
を構成する粒子と異なる第二の物質を含む溶液を導入
し、固化することを特徴とする請求項１から６の何れか
１項に記載の人工結晶体の製造方法。7. After the artificial crystal body is formed by the particles forming the colloid solution, a solution containing a second substance different from the particles forming the colloid solution is introduced into the container and solidified. The method for producing an artificial crystal body according to any one of claims 1 to 6.
を導入し、固化した後に、前記コロイド溶液を構成する
粒子を除去することを特徴とする請求項７に記載の人工
結晶体の製造方法。8. The artificial crystal body according to claim 7, wherein the solution containing the second substance is introduced into the container and solidified, and then the particles constituting the colloid solution are removed. Production method.
去した後に、前記容器内に前記第二の物質と異なる第三
の物質を含む溶液を導入、固化することを特徴とする請
求項８に記載の人工結晶体の製造方法。9. The solution containing a third substance different from the second substance is introduced into the container and solidified after removing the particles constituting the colloidal solution. A method for producing the described artificial crystal body.
とする請求項９に記載の人工結晶体の製造方法。10. The method for producing an artificial crystal body according to claim 9, wherein the second substance is removed.
液性を、分散している微粒子に応じて制御することを特
徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の人工結
晶体の製造方法。11. The artificial crystal body according to claim 1, wherein the liquidity of the colloidal liquid in which the fine particles are dispersed is controlled according to the dispersed fine particles. Method.
の人工結晶体の製造方法を用いて製造したことを特徴と
する人工結晶体。12. An artificial crystal body manufactured by using the method for manufacturing an artificial crystal body according to any one of claims 1 to 11.
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Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP2006251709A (en) * | 2005-03-14 | 2006-09-21 | Ricoh Co Ltd | Image forming apparatus |
| JP2006343375A (en) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Refractive index control method of photonic crystal |
| JP2007033593A (en) * | 2005-07-25 | 2007-02-08 | Ricoh Co Ltd | Periodical structure, method for fabricating the same, and optical element using the periodical structure |
| JP2007272217A (en) * | 2006-03-08 | 2007-10-18 | Hokkaido Univ | Method for manufacturing three-dimensional photonic crystal |
| JP2008509429A (en) * | 2004-08-05 | 2008-03-27 | フォルシュングスツェントルム カールスルーエ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Method for producing photonic crystal made of high refractive index material |
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008509429A (en) * | 2004-08-05 | 2008-03-27 | フォルシュングスツェントルム カールスルーエ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Method for producing photonic crystal made of high refractive index material |
| JP4801068B2 (en) * | 2004-08-05 | 2011-10-26 | フォルシュングスツェントルム カールスルーエ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Method for producing photonic crystal made of high refractive index material |
| JP2006251709A (en) * | 2005-03-14 | 2006-09-21 | Ricoh Co Ltd | Image forming apparatus |
| JP4584746B2 (en) * | 2005-03-14 | 2010-11-24 | 株式会社リコー | Image forming apparatus |
| JP2006343375A (en) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Refractive index control method of photonic crystal |
| JP4671028B2 (en) * | 2005-06-07 | 2011-04-13 | 株式会社豊田中央研究所 | Photonic crystal refractive index control method |
| JP2007033593A (en) * | 2005-07-25 | 2007-02-08 | Ricoh Co Ltd | Periodical structure, method for fabricating the same, and optical element using the periodical structure |
| JP4697866B2 (en) * | 2005-07-25 | 2011-06-08 | 株式会社リコー | Periodic structure, manufacturing method thereof, and optical element using the periodic structure |
| JP2007272217A (en) * | 2006-03-08 | 2007-10-18 | Hokkaido Univ | Method for manufacturing three-dimensional photonic crystal |
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