JP2014094983A - 発光性複合材料および発光体ナノ結晶 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光性複合材料は、光透過性樹脂と、光透過性樹脂中に分散している平均粒径が100nm以下の希土類錯体ポリマーからなる発光体ナノ結晶とを含む。希土類錯体ポリマーは、複数の三価の希土類イオンおよび複数のホスフィンオキシド多座配位子を含み、かつ前記ホスフィンオキシド多座配位子が複数の前記希土類イオンに配位することで形成された架橋構造を含む。
【選択図】図1
Description
[1]光透過性樹脂と、前記光透過性樹脂中に分散している、平均粒径が100nm以下の希土類錯体ポリマーからなる発光体ナノ結晶と、を含み、前記希土類錯体ポリマーは、複数の三価の希土類イオンおよび複数のホスフィンオキシド多座配位子を含み、かつ前記ホスフィンオキシド多座配位子が複数の前記希土類イオンに配位することで形成された架橋構造を含む、発光性複合材料。
[2]前記発光体ナノ結晶は、前記希土類の錯体を含むミセルの分散液と、前記ホスフィンオキシド多座配位子を含むミセルの分散液とを混合することにより得られたものである、[1]に記載の発光性複合材料。
[3]前記発光体ナノ結晶は、前記希土類錯体ポリマーの熱分解温度に耐えうる界面活性剤でその表面が被覆されている、[2]に記載の発光性複合材料。
[4]前記ホスフィンオキシド多座配位子は、下記式(1)で表される構造を有するホスフィンオキシド二座配位子である、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の発光性複合材料。
[5]前記希土類イオンに、下記式(2)で表される配位子がさらに配位している、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の発光性複合材料。
[6]前記R11は、下記式(3a)で表される基、下記式(3b)で表される基、下記式(3c)で表される基または下記式(3d)で表される基である、[4]または[5]に記載の発光性複合材料。
[7]1つの前記希土類イオンは、当該希土類イオンに対してそれぞれ1つの部位で配位している複数の前記ホスフィンオキシド多座配位子と、当該希土類イオンに対してそれぞれ2つの部位で配位している複数の前記式(2)で表される配位子とにより、8配位以上の配位数となる配位構造を形成している、[5]または[6]に記載の発光性複合材料。
[8]希土類錯体ポリマーからなる発光体ナノ結晶であって、前記希土類錯体ポリマーは、複数の三価の希土類イオンおよび複数のホスフィンオキシド多座配位子を含み、かつ前記ホスフィンオキシド多座配位子が複数の前記希土類イオンに配位することで形成された架橋構造を含み、その平均粒径は、100nm以下である、発光体ナノ結晶。
[9]前記希土類錯体ポリマーの熱分解温度に耐えうる界面活性剤でその表面が被覆されている、[8]に記載の発光体ナノ結晶。
光透過性樹脂は、発光体ナノ結晶を分散させるためのマトリックスである。光透過性樹脂の種類は、所望の波長の光を透過させうるものであれば特に限定されない。光透過性樹脂の例には、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、尿素樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリルスルホン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂などが含まれる。
発光体ナノ結晶は、耐熱性に優れる希土類錯体ポリマーからなる、平均粒径が100nm以下の粒子である。前述のとおり、発光体ナノ結晶は、光透過性樹脂中に分散している。なお、後述するように、発光体ナノ結晶は、界面活性剤でその表面が被覆されていてもよい。
(1)錯体ミセル分散液の調製
まず、Eu(III)イオンの原料である酢酸ユーロピウムに、上記式(2)で表される配位子の原料である1,1,1,5,5−へキサフルオロ−2,4−ペンタンジオンを混合して、トリス(ヘキサフルオロアセチルアセトナト)ユーロピウム(III)を調製した。トリス(ヘキサフルオロアセチルアセトナト)ユーロピウム(III)10mgをジエチルエーテル0.2mLに溶解させて、錯体のジエチルエーテル溶液を調製した。また、水溶性の界面活性剤であるn−オクチルトリメチルアンモニウムブロミド(TMOA)0.5gを純水10mLに溶解させて、界面活性剤の水溶液を調製した。前述の界面活性剤の水溶液に、前述の錯体のジエチルエーテル溶液を加え、混合した。得られた混合液を振とうすることで、錯体を含むミセルが水中に分散した、錯体ミセル分散液を得た。
100mLの三口フラスコをフレームドライして、内部をArで置換した。この三口フラスコに、1.9g(6.0mmol)の4,4’−ジブロモビフェニルおよび30mLのテトラヒドロフランを入れ、液体窒素/エタノールで約−80℃に冷却した。この溶液に、9.3mL(15mmol)の1.6Mのn−ブチルリチウムヘキサン溶液をシリンジでゆっくり添加した。この添加は、約15分かけて行い、この問、黄色の析出物が生成した。この溶液を−10℃で3時間攪拌した。次に、溶液を再び−80℃に冷却した後、2.7mL(15mmol)のジクロロフェニルホスファイドを滴下し、14時間攪拌しながら徐々に室温に戻した。その後、反応を止め、酢酸エチルで抽出を行った。得られた溶液を飽和食塩水で3回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、エバポレータで溶媒を留去した。得られた粗生成物を、アセトンおよびエタノールで複数回洗浄することにより精製し、白色の粉末を得た。
1H−NMR(270MHz,CDCI3,25℃)δ7.67−7.80(m、16H;P−C6H5,C6H4)ppm.
ESI−Mass(m/z)=555.2[M+H]+.
元素分析:(C36H28O2P2の計算値):C,77.97;H,5.09%、(実測値):C,77.49;H,5.20%
ビーカー内に(1)で調製した錯体ミセル分散液を入れ、錯体ミセル分散液を攪拌しながら、(2)で調製した配位子ミセル分散液をビーカー内に滴下した。滴下を完了した後も60分間攪拌を行った。攪拌を終えてから約24時間経過した後、遠心分離により溶液中の発光体ナノ結晶を回収した。
IR(KBr):1653(st、C=O)、1255−1145(st、C−F)、1127(st、P=O)cm−1.
ESI−Mass(m/z)=1120.08[Eu(hfa)2(dpbp)]+、2447.15[Eu2(hfa)5(dpbp)2]+.
(1)粒径分布
発光体ナノ結晶の分散液をガラス板上に滴下し、乾燥させた後、走査型電子顕微鏡を用いてガラス板上の発光体ナノ結晶を観察した。図1は、発光体ナノ結晶のSEM像である。図1Aは、倍率20000倍のSEM像であり、図1Bは、倍率40000倍のSEM像である。これらの画像から、粒径に幅があるものの発光体ナノ結晶の存在を確認することができる。
発光体ナノ結晶について、固体状態の拡散反射吸収スペクトルを測定した。その結果、hfa配位子によるπ−π*遷移に基づく310nmの吸収と、Eu(III)の7F0−5D2遷移に基づく465nmの小さな吸収が観察された。
発光体ナノ結晶について、TG−DTAによる熱重量分析を行った。その結果、発光体ナノ結晶を構成する希土類錯体ポリマー([Eu(hfa)3(dpbp)]2)の熱分解温度は308℃であり、発光体ナノ結晶が優れた耐熱性を有していることがわかった。
まず、発光体ナノ結晶について、発光寿命(tobs、単位:ms)を測定した。具体的には、発光体ナノ結晶の発光を、Nd:YAGレーザー(INDI−50;スペクトラ・フィジックス社、半値幅:5ns、中心波長:1064nm)の第3高調波(355nm)を励起光源とし、光電子増倍管(R5108;浜松ホトニクス株式会社、応答時間≦1.1ns)を用いて測定した。そして、Nd:YAGレーザーの応答をオシロスコープ(TDS3052;ソニー・テクトロニックス株式会社、500MHz)によりモニターし、減衰プロファイルの対数プロットの傾きから、発光体ナノ結晶の発光寿命を算出した。その結果、発光体ナノ結晶の発光寿命(tobs)は、0.85±0.014msであった。
τrad=1/kr …(a)
tobs=1/(kr+knr) …(b)
FLn=kr/(kr+knr) …(c)
1/τrad=AMD,0n3(Itot/IMD) …(d)
knr=1/tobs−1/τrad …(e)
これらの結果から、本実施例で調製した発光体ナノ結晶は、平均粒径が小さく、かつ蛍光特性および耐熱性に優れていることがわかる。
1.で調製した発光体ナノ結晶0.001gをトルエン1.6mLに分散させて、発光体ナノ結晶の分散液を調製した。この分散液にアクリルポリマー0.45gを加え、攪拌して、アクリルポリマーを溶解させた。予め準備しておいて型に得られた溶液を流し込み、トルエンを自然蒸発させることで、発光性複合材料を調製した。
Claims (9)
- 光透過性樹脂と、
前記光透過性樹脂中に分散している、平均粒径が100nm以下の希土類錯体ポリマーからなる発光体ナノ結晶と、
を含み、
前記希土類錯体ポリマーは、複数の三価の希土類イオンおよび複数のホスフィンオキシド多座配位子を含み、かつ前記ホスフィンオキシド多座配位子が複数の前記希土類イオンに配位することで形成された架橋構造を含む、
発光性複合材料。 - 前記発光体ナノ結晶は、前記希土類の錯体を含むミセルの分散液と、前記ホスフィンオキシド多座配位子を含むミセルの分散液とを混合することにより得られたものである、請求項1に記載の発光性複合材料。
- 前記発光体ナノ結晶は、前記希土類錯体ポリマーの熱分解温度に耐えうる界面活性剤でその表面が被覆されている、請求項2に記載の発光性複合材料。
- 前記ホスフィンオキシド多座配位子は、下記式(1)で表される構造を有するホスフィンオキシド二座配位子である、請求項1に記載の発光性複合材料。
- 前記希土類イオンに、下記式(2)で表される配位子がさらに配位している、請求項1に記載の発光性複合材料。
- 前記R11は、下記式(3a)で表される基、下記式(3b)で表される基、下記式(3c)で表される基または下記式(3d)で表される基である、請求項4に記載の発光性複合材料。
- 1つの前記希土類イオンは、当該希土類イオンに対してそれぞれ1つの部位で配位している複数の前記ホスフィンオキシド多座配位子と、当該希土類イオンに対してそれぞれ2つの部位で配位している複数の前記式(2)で表される配位子とにより、8配位以上の配位数となる配位構造を形成している、請求項5に記載の発光性複合材料。
- 希土類錯体ポリマーからなる発光体ナノ結晶であって、
前記希土類錯体ポリマーは、複数の三価の希土類イオンおよび複数のホスフィンオキシド多座配位子を含み、かつ前記ホスフィンオキシド多座配位子が複数の前記希土類イオンに配位することで形成された架橋構造を含み、
その平均粒径は、100nm以下である、
発光体ナノ結晶。 - 前記希土類錯体ポリマーの熱分解温度に耐えうる界面活性剤でその表面が被覆されている、請求項8に記載の発光体ナノ結晶。
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