JP5120909B2 - コロイド結晶ゲルを製造する方法、コロイド結晶ゲル、および、光学素子 - Google Patents
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Description
ここに、「ストップバンド幅の制御」とは、コロイド結晶ゲルのストップバンド幅を任意に変化させることを意味する。
図1は、本発明のコロイド結晶ゲルの製造工程を示す図である。
工程ごとに説明する。
工程S110:コロイド結晶を提供する。コロイド結晶の作製には、任意の公知の方法が用いられ得る。例えば、脱塩法(イオン交換樹脂などにより不純物塩を除去する方法)および濃縮法(溶媒の蒸発や遠心分離などにより粒子濃度を上昇させる方法)であるが、これらに限定されない。コロイド結晶は、溶媒と周期的に空間配列された粒子とを含む。
粒子は、コロイド粒子とも呼ばれ、平均粒径が50nm〜1000nmのものが採用され得る。粒子は、好ましくは、シリカ粒子、ポリスチレン粒子、および、ポリメチルメタクリレート粒子からなる群から選択され得るが、これらに限定されない。コロイド結晶の分散媒は水または水性溶媒である。水性溶媒とは、水溶性化合物の水溶液である。具体的には、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム等の水溶性塩や、エタノールやエチレングリコール等のアルコールであり得るが、これらに限定されない。
過スペクトルは、図2(B)の点線に示される。ここで、広がりW0がほとんどないとは
、図2(B)の点線に示されるように、光を不透過にする波長範囲(不透過帯)が、Bragg反射する光の波長の中心波長の5%未満であることをさす。
る領域、すなわち、異なる面間隔を有する領域を有している。これにより、図2(A)の実線に示されるように、例えば、所定の面間隔値を中心に一定の広がりWを持った正規分布の面間隔分布が得られる。広がりW0とWとは、関係W0<Wを満たす。
図3は、本発明によるコロイド結晶ゲルを用いたフィルタシステムの模式図である。
フィルタシステム300は、光源部310とフィルタ部340とを含む。
なお、図3の例では、コロイド結晶ゲル350それぞれは、光の入射方向に対して垂直な方向に並んでいるが、コロイド結晶ゲル350は、光の入射方向に対して平行な方向に一列になるように並べてもよい。
光源320が発した光は、集光手段330を介して光源部310から出射される。次いで、光は、フィルタ部320のうち所望の波長帯を不透過にするコロイド結晶ゲル350に入射される。フィルタ部320を通過した光は、所望の波長帯が除去され、波長を選択することができる。本発明によるコロイド結晶ゲル350によれば、従来に比べて広い広がりを有する波長を不透過にすることができるので、従来のフィルタシステムを小型化することができる。また、フィルタ部320のコロイド結晶ゲル350が、光の入射方向に対して平行な方向に一列に並んでいる場合、ユーザは、所望の狭帯域の波長を有する光を
取り出すこともできる。
≦T(時間)≦50、T:保持時間)と称する。
Ex1-50についてのみ示される。透過スペクトルの結果から、ディップ幅の保持時間依存性を図6に、ディップ幅の光照射時間依存性を図7に示し詳述する。
実施例1において照射時間を3時間とした以外は同様であるため、説明を省略する。各保持時間で得られた試料をPr3-T(0≦T(時間)≦50、T:保持時間)と称する。
得られた試料の透過スペクトルを実施例1と同様に測定した。結果を図4、図6および図7に示し詳述する。
Pr3-50の試料に実施例1と同様に白色光を照射し、その特定波長に対する透過強度をイメージ化した。結果を図5に示し詳述する。
同様の照射強度で3時間さらなる光照射を行った。それ以外の操作は実施例1と同様であるため、説明を省略する。試料をさらに合計50時間まで保持した。得られた試料をEx1-7-3-T'(0≦T’(時間)≦43、T’:合計保持時間)と称する。実施例1と同様に、透過スペクトル測定を行った。透過スペクトルの結果から、ディップ幅の保持時間依存性を図6に示し詳述する。
図4(A)に示されるように、1時間光照射後、保持時間Tが長くなるにつれて、明瞭なディップ幅(不透過帯)の広がりが見られた。詳細には、ディップ幅は、光照射前に見られた840nmを中心として、短波長側および長波長側の両方に広がっていった。ディップ幅は、0<T(時間)≦30まで広がり続け、T>30はほぼ一定となった。
11]方向に生じているためであり、セル中のゲルの膨潤は等方的に生じないことを意味する。
30までディップ幅に広がりが見られたが、T>30を超えるとディップ幅は飽和した。Ex1-Tの飽和ディップ幅は、117nmであった。一方、Pr3-Tのディップ幅は、保持時間にかかわらず一定であった。Pr3-Tの飽和ディップ幅は、47nmであった。
310 光源部
320 光源
330 光学系
340 フィルタ部
350 コロイド結晶ゲル
Claims (17)
- コロイド結晶ゲルを製造する方法であって、
コロイド結晶を提供する工程であって、前記コロイド結晶は、溶媒とモノマーと架橋剤と光重合開始剤と周期的に空間配列された粒子とを含む、工程と、
前記コロイド結晶に光を照射する工程であって、前記光の照射条件は、臨界照射条件を満たさない、かつ、前記コロイド結晶内のゲル化を不均一にする、工程と、
前記コロイド結晶内に面間隔の異なる複数の領域を生成させ、前記コロイド結晶の透過スペクトルの不透過帯の変化がなくなるまで、前記コロイド結晶を保持する工程と
を包含する、方法。 - 前記粒子は、ポリスチレン粒子、シリカ粒子、および、ポリメチルメタクリレート粒子からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記モノマーは、N−メチロールアクリルアミド、または、アクリルアミドである、請求項1に記載の方法。
- 前記提供する工程は、不活性ガスでバブリングを行う工程を包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記提供する工程は、キャピラリーセルを用いて前記コロイド結晶を流動させる工程を包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記光を照射する工程は、発光ダイオードを用いる、請求項1に記載の方法。
- 前記保持する工程において、前記複数の領域における前記面間隔のそれぞれは、前記コロイド結晶が提供されたセルの壁面に垂直な方向に拡大および縮小する、請求項1に記載の方法。
- コロイド結晶ゲルを製造する方法であって、
コロイド結晶を提供する工程であって、前記コロイド結晶は、溶媒とモノマーと架橋剤と光重合開始剤と周期的に空間配列された粒子とを含む、工程と、
前記コロイド結晶に光を照射する工程であって、前記光の照射条件は、臨界照射条件を満たさない、かつ、前記コロイド結晶内のゲル化を不均一にする、工程と、
前記コロイド結晶を保持する工程であって、前記コロイド結晶内に面間隔の異なる複数の領域を生成させ、前記コロイド結晶の透過スペクトルの不透過帯の変化がなくなる前に保持を中止する、工程と
前記保持する工程後に前記コロイド結晶にさらなる光を照射する工程であって、前記光を照射する工程における光照射条件と、前記さらなる光を照射する工程における光照射条件との合計光照射条件は、少なくとも前記臨界照射条件を満たす、工程と
を包含する、方法。 - コロイド結晶ゲルを製造する方法によって得られるBragg反射の波長を広げるコロイド結晶ゲルであって、前記方法は、
コロイド結晶を提供する工程であって、前記コロイド結晶は、溶媒とモノマーと架橋剤と光重合開始剤と周期的に空間配列された粒子とを含む、工程と、
前記コロイド結晶に光を照射する工程であって、前記光の照射条件は、臨界照射条件を満たさない、かつ、前記コロイド結晶内のゲル化を不均一にする、工程と、
前記コロイド結晶内に面間隔の異なる複数の領域を生成させ、前記コロイド結晶の透過スペクトルの不透過帯の変化がなくなるまで、前記コロイド結晶を保持する工程と
を包含する、
前記コロイド結晶ゲルは、前記面間隔の異なる複数の領域を有する、コロイド結晶ゲル。 - 前記粒子は、ポリスチレン粒子、シリカ粒子、および、ポリメチルメタクリレート粒子からなる群から選択される、請求項9に記載のコロイド結晶ゲル。
- 前記モノマーは、N−メチロールアクリルアミド、または、アクリルアミドである、請求項9に記載のコロイド結晶ゲル。
- 前記提供する工程は、不活性ガスでバブリングを行う工程を包含する、請求項9に記載のコロイド結晶ゲル。
- 前記提供する工程は、キャピラリーセルを用いて前記コロイド結晶を流動させる工程を包含する、請求項9に記載のコロイド結晶ゲル。
- 前記光を照射する工程は、発光ダイオードを用いる、請求項9に記載のコロイド結晶ゲル。
- 前記保持するにおいて、前記複数の領域における前記面間隔のそれぞれは、前記コロイド結晶が提供されたセルの壁面に垂直な方向に拡大および縮小する、請求項9に記載のコロイド結晶ゲル。
- コロイド結晶ゲルを製造する方法によって得られるBragg反射の波長を広げるコロイド結晶ゲルであって、前記方法は、
コロイド結晶を提供する工程であって、前記コロイド結晶は、溶媒とモノマーと架橋剤と光重合開始剤と周期的に空間配列された粒子とを含む、工程と、
前記コロイド結晶に光を照射する工程であって、前記光の照射条件は、臨界照射条件を満たさない、かつ、前記コロイド結晶内のゲル化を不均一にする、工程と、
前記コロイド結晶を保持する工程であって、前記コロイド結晶内に面間隔の異なる複数の領域を生成させ、前記コロイド結晶の透過スペクトルの不透過帯の変化がなくなる前に保持を中止する、工程と
前記保持する工程後に前記コロイド結晶にさらなる光を照射する工程であって、前記光を照射する工程における光照射条件と、前記さらなる光を照射する工程における光照射条件との合計光照射条件は、少なくとも前記臨界照射条件を満たす、工程と
を包含する、コロイド結晶ゲル。 - 請求項9〜16に記載のコロイド結晶ゲルを用いた光学素子。
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