JP6091417B2 - 金属ナノ粒子を用いた呈色膜および呈色方法 - Google Patents
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Description
金属反射面を有する下地層と、
前記金属反射面上に形成され、略均一な粒径を有する金属ナノ粒子が規則的に平面状に配列された少なくとも一層以上の金属ナノ粒子層と、を有し、
前記金属ナノ粒子層は、前記金属ナノ粒子の本来の色とは異なる色に呈色していることを特徴とする。
また、前記金属ナノ粒子は、絶縁体で覆われていてもよい。
さらに前記絶縁体は、有機脂肪酸、有機アミン、アルカンチオール置換体のいずれかであってもよい。
前記金属反射面が疎水性であってもよい。
金属反射面の上に略均一な粒径を有する金属ナノ粒子を平面状に規則的に配列させて、前記金属ナノ粒子本来の色とは異なる所望の色に呈色する金属ナノ粒子層を形成することを特徴とする。
また、前記金属ナノ粒子は、絶縁体で覆われていてもよい。
さらに前記絶縁体は、有機脂肪酸や有機アミン、アルカンチオール置換体のいずれかであってもよい。
金属反射面に疎水処理を施してもよい。
前記金属ナノ粒子を有機溶媒中に分散させ、
前記金属ナノ粒子を含む前記有機溶媒を水面上に展開させ、
前記有機溶媒を揮発させて、前記金属ナノ粒子を二次元方向に自己組織化させて二次元結晶膜を形成し、
水面上に形成された前記金属ナノ粒子の前記二次元結晶膜に前記金属反射面を接触させて転写し、前記金属ナノ粒子層を前記金属反射面の上に形成してもよい。
図1は、本発明の実施形態に係る呈色膜2を示す概略断面図である。呈色膜2は、呈色させたい対象物1の上に設けられている。対象物1としては、樹脂製品や金属製品などを挙げることができ、特に材質を選ばない。呈色膜2は、対象物1の上に設けられた金属製の下地層3と、金属ナノ粒子層4とを有する。
上述のような呈色膜2は、次のようにして形成することができる。
まず、呈色させたい対象物1に下地層3を形成する。金属製の下地層3を形成するために、蒸着やスパッタ、めっきなど公知の技術を利用できる。さらに、下地層3の上面に反射面処理を施して反射面を形成する。なお、対象物1そのものが金属反射面を備えている場合には、対象物1に別途下地層3を設ける必要は無い。
さらにこの有機酸金属塩の有機酸部分をアルカンチオール化合物と置換することで、アルカンチオールが外周に結合した粒径の揃った金属ナノ粒子が得られる。この場合、チオール置換体が絶縁体52となる(金属核51を銀で構成した例として、特許文献1を参照)。
このようにして構成される呈色膜2は、現時点では判明していない点もあるが、次のようにして呈色するものと考えられている。
図5は、呈色膜2の断面模式図である。この呈色膜2に外部から光L1が照射されると、金属ナノ粒子5の周りには局在プラズモン10が励起される。呈色膜2の金属ナノ粒子層4においては、金属ナノ粒子5が平面状に規則的に配列されている。これにより、二次元方向に隣接している個々の金属ナノ粒子5で励起された局在プラズモン10は面方向(図5の左右方向)に相互に結合し、単独の金属ナノ粒子5よりも長波長の光を吸収する。
金属ナノ粒子5の金属核51からなる金属核層Aは、局在プラズモン10が励起される波長においてのみ極めて大きな実効誘電率を有する。すなわち金属核層Aは、狭い波長域において波長によって屈折率が大きく変化するメタマテリアル的性質を有する。一方、金属反射面3aと金属核層Aとの間の空間B、ならびに上下方向に隣接する各金属核層A間の空間Cは、屈折率の小さな絶縁体52(および空間Bにおいては金属反射面3aを疎水処理した時に形成された疎水層)で占められている。
なお、図6では、金属ナノ粒子層4の層数を変えることで呈色膜2の色を変えられることを確認できたが、呈色膜2の色は他の方法によっても調節することができる。例えば、下地層3の材料、金属ナノ粒子5の粒径、金属ナノ粒子5の粒子間距離D、金属ナノ粒子5の金属核51の金属種、などを適宜選択することにより、所望の色を得ることができる。また、金属ナノ粒子5の金属核51として互いに異なる金属を複数種類採用し、異種金属が混在された金属ナノ粒子層4を形成してもよい。さらに、下地層3の材料と金属ナノ粒子5の金属核51の金属種の組み合わせを変えても呈色膜2の色を変更できる。これにより、呈色膜2の色のバリエーションを拡げることができる。
Claims (7)
- 金属反射面を有する下地層と、
前記金属反射面上に形成され、均一な粒径を有し絶縁体で覆われている金属ナノ粒子が規則的に平面状に配列された少なくとも一層以上の金属ナノ粒子層と、を有し、
前記金属反射面上に形成された前記金属ナノ粒子層が、その吸収波長のピークが石英基板上に前記下地層を介さずに設けられた金属ナノ粒子層の吸収波長のピークとは異なるように呈色していることを特徴とする呈色膜。 - 前記絶縁体は、有機脂肪酸、有機アミン、アルカンチオール置換体のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の呈色膜。
- 前記金属反射面は疎水性であることを特徴とする請求項1または2に記載の呈色膜。
- 金属反射面の上に均一な粒径を有する絶縁体で覆われている金属ナノ粒子を平面状に規則的に配列させて、前記金属反射面上に形成された前記金属ナノ粒子層が、その吸収波長のピークが石英基板上に前記下地層を介さずに設けられた金属ナノ粒子層の吸収波長のピークとは異なるように呈色する金属ナノ粒子層を形成することを特徴とする呈色方法。
- 前記絶縁体は、有機酸、有機アミン、アルカンチオール置換体のいずれかであることを特徴とする請求項4に記載の呈色方法。
- 前記金属反射面に疎水処理を施すことを特徴とする請求項4または5に記載の呈色方法。
- 金属ナノ粒子を有機溶媒中に分散させ、
前記金属ナノ粒子を含む前記有機溶媒を水面上に展開させ、
前記有機溶媒を揮発させて、前記金属ナノ粒子を二次元方向に自己組織化させて二次元結晶膜を形成し、
水面上に形成された前記金属ナノ粒子の前記二次元結晶膜に前記金属反射面を接触させて転写し、前記金属ナノ粒子層を前記金属反射面の上に形成することを特徴とする請求項4から6のいずれか一項に記載の呈色方法。
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