JP2002104842A - Glass composition containing ultra-fine particle of semiconductor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体超微粒子を均
一に分散したガラス組成物に関する。本発明のガラス組
成物が含有する半導体超微粒子は、発光帯の半値幅の狭
い発光能や高い屈折率といった特徴を有する。従って本
発明のガラス組成物はかかる特徴を保持するので、薄膜
状あるいはファイバー状成形体とした場合には、光導波
路、あるいはディスプレイや照明器具等の発光体といっ
た光学用途に利用可能である。The present invention relates to a glass composition in which ultrafine semiconductor particles are uniformly dispersed. The semiconductor ultrafine particles contained in the glass composition of the present invention have characteristics such as a light emitting ability with a narrow half bandwidth of a light emitting band and a high refractive index. Therefore, since the glass composition of the present invention retains such characteristics, when it is formed into a thin film or a fibrous molded product, it can be used for optical applications such as an optical waveguide or a luminous body such as a display or a lighting fixture.
【0002】[0002]
【従来の技術】石英ガラスに代表される無機ガラスは、
様々な光機能物質を分散した機能性光学ガラスを与え
る。しかも、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、あるい
は芳香族ポリカーボネート樹脂に代表される非晶性樹脂
に比べて、耐熱性や耐溶剤性に優れる、あるいは低い線
膨張係数等の優れた特徴を持っている。しかし、かかる
ガラスの成形には一般に高温での溶融が必要であるた
め、例えば薄膜状成形体を得る場合の生産性に劣るとい
う短所がある。2. Description of the Related Art Inorganic glass represented by quartz glass includes:
A functional optical glass in which various optical functional materials are dispersed is provided. Moreover, as compared with amorphous resins represented by styrene resins, acrylic resins, or aromatic polycarbonate resins, they have excellent characteristics such as excellent heat resistance and solvent resistance, or a low coefficient of linear expansion. . However, since such glass molding generally requires melting at a high temperature, there is a disadvantage in that, for example, productivity in obtaining a thin film-shaped molded body is poor.
【0003】かかる短所を改良し、しかも光機能性有機
物を分散可能とする金属元素−酸素結合を主体とするガ
ラスの合成法として、いわゆるゾル−ゲル法と呼ばれる
金属アルコキシドの加水分解縮合反応が知られている。
かかるゾル−ゲル法で一般的な金属アルコキシドはアル
コキシシラン類である。そして、該ゾル−ゲル法の原料
溶液、あるいは流動性を失わない程度にオリゴマー化を
進めた原料溶液を所望の基板に塗布し、次いでガラス化
することにより、温和な条件で容易に薄膜状成形体を得
ることができる。[0003] As a method for synthesizing a glass mainly containing a metal element-oxygen bond which can disperse a photofunctional organic substance while improving such disadvantages, there is known a so-called sol-gel method for hydrolytic condensation of metal alkoxide. Have been.
Commonly used metal alkoxides in the sol-gel method are alkoxysilanes. Then, the raw material solution of the sol-gel method or the raw material solution which has been subjected to oligomerization to such an extent that fluidity is not lost is applied to a desired substrate and then vitrified to easily form a thin film under mild conditions. You can get the body.
【0004】一方、半導体超微粒子は、その主体である
半導体結晶の量子効果による吸発光特性を有するため、
新しい光機能材料としての産業上の利用が期待されてい
る。かかる性質を有する超微粒子は、コロイド粒子、ナ
ノ結晶(Nanocrystal)、ナノ粒子(Nan
oparticle)、あるいは量子ドット(Quan
tum dot)等とも呼称される場合がある。特にホ
スフィンオキシド類等の有機配位子を結合した半導体超
微粒子の優れた発光特性が、例えばJ.E.B.Kat
ariら;J.Phys.Chem.,98巻,410
9−4117(1994)に報告されている。しかし、
このような従来の有機配位子を結合した半導体超微粒子
を前記のゾル−ゲル法原料溶液に溶解しようとしても、
該原料溶液が通常含水アルコール溶液であるため十分な
溶解度を得られず、しかもガラス化したガラス組成物は
濁ったものとなるので、光学用途には適用困難であっ
た。On the other hand, semiconductor ultrafine particles have absorption / emission characteristics due to the quantum effect of a semiconductor crystal as a main component thereof.
Industrial application as a new optical functional material is expected. Ultrafine particles having such properties include colloid particles, nanocrystals, and nanoparticle (Nancrystal).
Optics, or Quantum Dots (Quan)
Tum dot) or the like. In particular, the excellent light emitting characteristics of semiconductor ultrafine particles having an organic ligand such as phosphine oxides bonded thereto are described in, for example, E. FIG. B. Kat
ari et al; Phys. Chem. , 98, 410
9-4117 (1994). But,
Even if it is attempted to dissolve such conventional semiconductor ultrafine particles bound with an organic ligand in the sol-gel method raw material solution,
Since the raw material solution is usually a hydroalcoholic solution, sufficient solubility cannot be obtained, and the vitrified glass composition becomes cloudy, so that it has been difficult to apply it to optical applications.
【0005】米国特許5990479号(1999)に
は、例えばCdSeを主体とする半導体ナノ結晶表面
に、3−メルカプトプロピルトリメトキシシランのよう
な半導体結晶表面に配位性のアルコキシシラン類をまず
作用させ、次いでトリメトキシシリルプロピル尿素やア
ミノプロピルトリメトキシシラン等の親水性や生物学的
相互作用の付与に有用な官能基(以下バイオ官能基と称
する)を持つアルコキシシラン類をアルカリ性条件で作
用させることにより、半導体結晶表面における前記のゾ
ル−ゲル法反応を進行させてかかるバイオ官能基を導入
する方法が例示されている。しかし、この技術の目的は
ゾル−ゲル法により該バイオ官能基の半導体ナノ結晶表
面への導入にあるため、ゾル−ゲル法によるガラスマト
リクスの生成をむしろ積極的に回避すべく該バイオ官能
基を持つシラン類の反応濃度を含水メタノール中0.1
〜0.01体積%と極めて希薄なものとしている。従っ
て、ここに開示された技術では、半導体超微粒子が分散
したガラス組成物の調製は事実上不可能であった。In US Pat. No. 5,990,479 (1999), for example, a coordinating alkoxysilane such as 3-mercaptopropyltrimethoxysilane is first allowed to act on the surface of a semiconductor nanocrystal mainly composed of CdSe. Then, an alkoxysilane having a functional group useful for imparting hydrophilicity or biological interaction (hereinafter referred to as a biofunctional group) such as trimethoxysilylpropylurea or aminopropyltrimethoxysilane is allowed to act under alkaline conditions. Discloses a method of introducing the biofunctional group by promoting the sol-gel reaction on the semiconductor crystal surface. However, since the purpose of this technique is to introduce the biofunctional group onto the surface of the semiconductor nanocrystal by the sol-gel method, the biofunctional group is formed to avoid the formation of a glass matrix by the sol-gel method. The reaction concentration of silanes in water-containing methanol is 0.1
It is assumed to be extremely dilute to about 0.01% by volume. Therefore, with the technology disclosed herein, it was practically impossible to prepare a glass composition in which semiconductor ultrafine particles were dispersed.
【0006】更に、イオンインプランテーション法と呼
ばれる、半導体原料をガラスマトリクスに吸収させて半
導体超微粒子を該マトリクス中で形成させる方法が、例
えばA.Meldrumら;Mater. Res. So
c. Symp. Proc.,536巻,317−322
(1999)において知られている。しかし、この方法
ではあらかじめ成形された石英ガラス等のガラスマトリ
クスの表面から半導体原料のイオンを注入するので、表
面からの深さ方向での半導体超微粒子の存在濃度やその
粒径の制御に限界があった。Further, a method called an ion implantation method in which a semiconductor material is absorbed into a glass matrix to form semiconductor ultrafine particles in the matrix is disclosed in, for example, A.I. Meldrum et al .; Mater. Res. So
c. Symp. Proc., 536, 317-322.
(1999). However, in this method, the ions of the semiconductor raw material are implanted from the surface of a glass matrix such as quartz glass formed in advance, so that there is a limit in controlling the concentration of the semiconductor ultrafine particles in the depth direction from the surface and the control of the particle size. there were.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みてなされたものであり、その目的は、半導体超微粒子
が非晶性マトリクスに均一に分散しており、しかも、温
和な条件で成形されるガラス組成物とその成形体を提供
することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to form semiconductor ultrafine particles uniformly in an amorphous matrix and to form them under mild conditions. And a molded product thereof.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明者は上記の目的を
達成すべく、ゾル−ゲル法によるガラス合成、及びゾル
−ゲル法反応系に溶解性を有する半導体超微粒子につい
て鋭意検討を重ねた結果、特にトリエチレングリコール
モノメチルエーテル等のポリエチレングリコール残基を
含有する有機配位子を結合した半導体超微粒子の使用に
より、極めて均一性の高い半導体超微粒子の分散を非晶
性マトリクス中で達成することを見いだし、本発明に到
達した。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present inventors have made intensive studies on glass synthesis by a sol-gel method and on ultrafine semiconductor particles having solubility in a sol-gel reaction system. As a result, the use of semiconductor ultrafine particles combined with an organic ligand containing a polyethylene glycol residue, such as triethylene glycol monomethyl ether, achieves highly uniform dispersion of semiconductor ultrafine particles in an amorphous matrix. This has led to the present invention.
【0009】即ち本発明の第1の要旨は、金属元素−酸
素結合を主体とする非晶性マトリクスに半導体超微粒子
が均一に分散しており、空気中での加熱減量が10〜8
0重量%であることを特徴とするガラス組成物、に存す
る。また本発明の第2の要旨は、有機配位子を結合した
半導体超微粒子の共存下アルコキシシラン類を主体とす
る金属アルコキシドの加水分解縮合反応を行う工程を含
む前記ガラス組成物の製造方法、に存する。That is, a first gist of the present invention is that ultrafine semiconductor particles are uniformly dispersed in an amorphous matrix mainly composed of a metal element and an oxygen bond, and the heat loss in air is 10 to 8%.
0% by weight of the glass composition. Further, a second gist of the present invention is a method for producing the glass composition, comprising a step of performing a hydrolysis-condensation reaction of a metal alkoxide mainly composed of alkoxysilanes in the presence of semiconductor ultrafine particles bonded with an organic ligand, Exists.
【0010】本発明の第3の要旨は、前記のガラス組成
物の薄膜状あるいはファイバー状成形体、に存する。更
に本発明の第4の要旨は、前記いずれかの成形体を使用
した光導波路、に存する。A third aspect of the present invention resides in a thin-film or fiber-shaped molded product of the above-mentioned glass composition. Further, a fourth gist of the present invention resides in an optical waveguide using any one of the molded bodies.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】[ガラス組成物]本発明のガラス
組成物は、金属元素−酸素結合を主体とする非晶性マト
リクスに後述する半導体超微粒子が均一に分散している
ものであり、空気中での加熱減量が10〜80重量%で
あることを特徴とする。ここで言う金属元素−酸素結合
を主体とする非晶性マトリクスとは、最も典型的にはシ
リカ(SiO2)を主体とする組成として例示される。
本発明における「非晶性」とは、エックス線散乱測定
(XRD)により秩序構造による回折ピークを明確に示
さない構造を意味する。本発明における「マトリクス」
とは、半導体超微粒子等の分散相を含有する連続相を意
味する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION [Glass Composition] The glass composition of the present invention is obtained by uniformly dispersing semiconductor ultrafine particles to be described later in an amorphous matrix mainly composed of a metal element-oxygen bond. The heating loss in air is 10 to 80% by weight. The non-crystalline matrix mainly composed of a metal element-oxygen bond is exemplified most typically as a composition mainly composed of silica (SiO 2 ).
“Amorphous” in the present invention means a structure that does not clearly show a diffraction peak due to an ordered structure by X-ray scattering measurement (XRD). "Matrix" in the present invention
Means a continuous phase containing a dispersed phase such as semiconductor ultrafine particles.
【0012】前記の「金属元素−酸素結合を主体とす
る」という表現は、該非晶性マトリクスを構成する全化
学結合の最大割合が金属元素−酸素結合であることを意
味し、この金属元素−酸素結合の割合は通常30〜95
%、好ましくは40〜90%、更に好ましくは50〜8
5%、最も好ましくは55〜80%とする。この割合が
40%に満たないとガラス組成物の機械的強度や線膨張
係数が極端に低下する場合があり、逆に95%を超える
とガラス組成物の成形体としての均質性が低下する場合
がある。The expression "mainly composed of a metal element and an oxygen bond" means that the maximum proportion of all the chemical bonds constituting the amorphous matrix is a metal element-oxygen bond. Oxygen bond ratio is usually 30 to 95
%, Preferably 40 to 90%, more preferably 50 to 8%
5%, most preferably 55-80%. If the ratio is less than 40%, the mechanical strength and the coefficient of linear expansion of the glass composition may be extremely reduced. There is.
【0013】本発明のガラス組成物は前記の非晶性マト
リクス中に半導体超微粒子を均一に分散して含有する。
ここで言う均一な分散の条件とは、ガラス組成物の任意
の場所における下記2種の実測物性の振れ幅のいずれか
を満たす状態を意味し、かかる2種の実測物性の振れ幅
とは、1つは屈折率nd 25(25℃においてナトリウム
D線を光源として測定される屈折率であり例えばAST
M D542規格に則り測定される)が±0.05以内
(この変動幅は好ましくは0.03以内、最も好ましく
は0.01以内である)であること、もう1つは1mm
の厚さに比例計算換算した吸光度(波長は任意に選択さ
れる)が±0.1以内(この変動幅は好ましくは0.0
5以内、最も好ましくは0.01以内である)であるこ
と、である。本発明のガラス組成物の均一な分散状態で
は、透過型電子顕微鏡(TEM)による観察において、
含有されている半導体超微粒子の主体である後述する半
導体結晶の凝集が通常観察されず、もちろん目視による
凝集や濁りも観察されない。The glass composition of the present invention contains semiconductor ultrafine particles uniformly dispersed in the amorphous matrix.
The condition of uniform dispersion as referred to herein means a state in which any of the following two kinds of measured physical property fluctuation ranges in an arbitrary place of the glass composition is satisfied, and the two kinds of measured physical property fluctuation ranges are: One is a refractive index n d 25 (a refractive index measured at 25 ° C. using a sodium D line as a light source; for example, AST
(Measured in accordance with the MD542 standard) is within ± 0.05 (the fluctuation range is preferably within 0.03, most preferably within 0.01), and the other is 1 mm
Absorbance (wavelength is arbitrarily selected) calculated in proportion to the thickness of the sample is within ± 0.1.
5 or less, and most preferably 0.01 or less). In a uniform dispersion state of the glass composition of the present invention, when observed by a transmission electron microscope (TEM),
Aggregation of the semiconductor crystal, which will be described later, which is the main component of the semiconductor ultrafine particles contained therein is not usually observed, and of course, neither aggregation nor turbidity is visually observed.
【0014】前記の空気中での加熱減量とは、具体的に
は30℃から550〜600℃の範囲に昇温した場合の
加熱減量を意味する。ここで言う加熱減量は、例えば空
気流通下での熱重量分析(TG)により測定される熱減
量であり、かかる加熱は、例えば10mg程度の試料に
対して30℃から550〜600℃の範囲に毎分5〜2
0℃程度の昇温速度で昇温し、550〜600℃の範囲
で90分以上保温して行えば通常十分な再現性のある加
熱減量測定値を与える。かかる熱減量は、残存溶媒、非
晶性マトリクス中のアルコキシ基等の有機構造や水酸
基、あるいは半導体超微粒子が含有する有機配位子等の
有機構造が、蒸発、熱分解、あるいは縮合反応によるア
ルコキシ基の脱離等により失われることに起因すると考
えられる。かかる加熱減量はガラス組成物の弾性率増加
及び線膨張係数低下の点では小さいほど好ましいが、1
0重量%に満たないとガラス組成物の成形体としての均
質性が低下する場合がある。一方、ガラス組成物に適度
な靱性(耐衝撃性や可撓性)を持たせたい場合にはその
弾性率をむしろ適正な範囲に制御することが好ましい。
かかる弾性率の制御は、例えば後述するゾル−ゲル法に
よる本発明のガラス組成物の製造方法において、マトリ
クス原料である金属アルコキシドとしてアルキル基やフ
ェニル基等の非加水分解性の置換基を有するものを使用
したり、あるいは加水分解縮合反応の進行度を制御する
ことで通常行われる。従って、該加熱減量の好適な範囲
は目的により変動するが、例えば後述する薄膜状あるい
はファイバー状成形体として利用する場合、好ましくは
15〜70重量%、更に好ましくは20〜60重量%、
最も好ましくは25〜55重量%程度とする。The above-mentioned loss on heating in air specifically means the loss on heating when the temperature is raised from 30 ° C. to 550 to 600 ° C. The heating loss here is a heating loss measured by, for example, thermogravimetric analysis (TG) under air flow. Such heating is performed, for example, in a range of 30 ° C. to 550 to 600 ° C. for a sample of about 10 mg. 5 to 2 per minute
If the temperature is raised at a temperature rising rate of about 0 ° C. and the temperature is kept in the range of 550 to 600 ° C. for 90 minutes or more, a measured value of weight loss with sufficient reproducibility is usually given. Such a heat loss is caused by the residual solvent, the organic structure such as an alkoxy group in an amorphous matrix or a hydroxyl group, or the organic structure such as an organic ligand contained in the semiconductor ultrafine particles being evaporated, thermally decomposed, or condensed. This is considered to be caused by loss due to elimination of the group. Such a heating loss is preferably as small as possible in terms of an increase in the elastic modulus of the glass composition and a decrease in the coefficient of linear expansion.
If the amount is less than 0% by weight, the homogeneity of the glass composition as a molded article may be reduced. On the other hand, when it is desired to provide the glass composition with appropriate toughness (impact resistance and flexibility), it is preferable to control the elastic modulus to an appropriate range.
Such control of the elastic modulus can be performed, for example, in a method for producing a glass composition of the present invention by a sol-gel method described below, in which a metal alkoxide which is a matrix material has a non-hydrolyzable substituent such as an alkyl group or a phenyl group. Or by controlling the degree of progress of the hydrolysis-condensation reaction. Therefore, the suitable range of the heating loss varies depending on the purpose. For example, when it is used as a thin film or a fibrous formed body as described below, it is preferably 15 to 70% by weight, more preferably 20 to 60% by weight,
Most preferably, it is about 25 to 55% by weight.
【0015】[ガラス組成物の物性]本発明のガラス組
成物は、好ましくは可視領域の任意の波長における透明
性を有する。本発明のガラス組成物の前記の屈折率nd
25は通常1.5〜2.7程度の範囲となるが、高屈折率
化を目的とする場合は該屈折率の下限は好ましくは1.
55、更に好ましくは1.6、最も好ましくは1.7と
し、機械的物性や成形性のバランスを考えると該屈折率
の上限は好ましくは2.5、更に好ましくは2.4、最
も好ましくは2.3とする。かかる屈折率は、後述する
半導体超微粒子の含量や非晶性マトリクスの構成組成に
より制御される。後述する半導体超微粒子は本発明のガ
ラス組成物に高い屈折率を付与する働きを通常有し、そ
の主たる要因は該半導体超微粒子を構成する半導体結晶
がガラス組成物中の空間を占有し、その高い屈折率が寄
与する効果にある。[Physical Properties of Glass Composition] The glass composition of the present invention preferably has transparency at any wavelength in the visible region. The above refractive index n d of the glass composition of the present invention.
25 is usually in the range of about 1.5 to 2.7, but for the purpose of increasing the refractive index, the lower limit of the refractive index is preferably 1.
55, more preferably 1.6, most preferably 1.7, and considering the balance of mechanical properties and moldability, the upper limit of the refractive index is preferably 2.5, more preferably 2.4, most preferably 2.4. 2.3. The refractive index is controlled by the content of the semiconductor ultrafine particles described later and the composition of the amorphous matrix. The semiconductor ultrafine particles described below usually have a function of imparting a high refractive index to the glass composition of the present invention, and the main factor is that the semiconductor crystal constituting the semiconductor ultrafine particles occupies a space in the glass composition, There is an effect that a high refractive index contributes.
【0016】十分な高屈折率化効果のためには、本発明
のガラス組成物には半導体超微粒子をその主体である半
導体結晶として通常5体積%以上、好ましくは10体積
%以上、更に好ましくは15体積%以上、最も好ましく
は20体積%以上含有せしめ、一方、ガラス組成物の機
械的物性や成形性あるいは比重の点ではこの含有量は通
常70体積%以下、好ましくは60体積%以下、更に好
ましくは50体積%以下、最も好ましくは40体積%以
下とする。かかる半導体結晶含量の定量は、透過型電子
顕微鏡(TEM)による半導体結晶像の観察(粒径の
他、EDX等の技法による像の元素分析情報も得られ
る)により可能であり、さらに、与えられたガラス組成
物の蛍光エックス線分析等の各種発光分析、あるいは該
ガラス組成物を強アルカリ水やフッ化水素酸等の適当な
液体に溶解しての元素分析等の任意の元素分析により求
まる含有半導体組成の含有重量と該半導体組成の結晶比
重とからも概算可能である。In order to obtain a sufficient effect of increasing the refractive index, the glass composition of the present invention contains 5% by volume or more, preferably 10% by volume or more, and more preferably 10% by volume or more of semiconductor ultra-fine particles as the main semiconductor crystal. 15% by volume or more, most preferably 20% by volume or more, while the content is usually 70% by volume or less, preferably 60% by volume or less, in terms of mechanical properties, moldability or specific gravity of the glass composition. Preferably it is 50% by volume or less, most preferably 40% by volume or less. Such quantification of the semiconductor crystal content is possible by observing a semiconductor crystal image by a transmission electron microscope (TEM) (information on elemental analysis of an image by a technique such as EDX is also obtained in addition to the particle size). Semiconductors determined by any elemental analysis such as various emission analysis such as fluorescence X-ray analysis of the glass composition obtained or by dissolving the glass composition in a suitable liquid such as strong alkaline water or hydrofluoric acid. It can be estimated from the content weight of the composition and the crystal specific gravity of the semiconductor composition.
【0017】本発明のガラス組成物の透明性は、含有す
る半導体超微粒子の吸収波長領域を外れた可視領域波長
での光線透過率が光路長3mmの比例換算で、通常は7
0%以上、好ましくは80%以上、更に好ましくは85
%以上、最も好ましくは90%以上であるのが望まし
い。かかる測定は、例えばASTM D−1003(3
mm厚)規格での試験により行われる。ここでいう可視
領域とは、400〜650nmの波長領域を意味する。
但し、後述するように、本発明のガラス組成物の有する
可視領域波長における透明性によらない性質、例えば、
エックス線やガンマ線等の高エネルギー電磁波、電子線
や中性子線等の素粒子線、α線等の低分子線を遮蔽する
性質等を利用する場合にはかかる透明性を必要としない
場合もある。The transparency of the glass composition of the present invention is determined by the fact that the light transmittance at a wavelength in the visible region outside the absorption wavelength region of the ultrafine semiconductor particles contained is usually 7 in terms of a proportional conversion of an optical path length of 3 mm.
0% or more, preferably 80% or more, more preferably 85% or more.
%, Most preferably 90% or more. Such a measurement can be performed, for example, using ASTM D-1003 (3
(mm thickness). Here, the visible region means a wavelength region of 400 to 650 nm.
However, as described below, properties not depending on the transparency in the visible region wavelength of the glass composition of the present invention, for example,
When utilizing the property of shielding high energy electromagnetic waves such as X-rays and gamma rays, elementary rays such as electron beams and neutron rays, and low molecular rays such as α rays, such transparency may not be required.
【0018】本発明のガラス組成物は、含有する半導体
超微粒子を構成する半導体結晶の量子効果による光吸収
又は発光(以下、吸発光と称する)能により、該半導体
結晶の粒径に応じた吸発光波長の制御性を有する発光性
ガラス組成物としての機能を有する場合がある。かかる
吸発光能を付与する該半導体結晶の組成に制限はない
が、特に好適な半導体結晶組成は後述するII−VI族化合
物半導体あるいはIII−V族化合物半導体である。The glass composition of the present invention has a light absorption or light emission (hereinafter, referred to as absorption and emission) ability by a quantum effect of a semiconductor crystal constituting semiconductor ultrafine particles contained therein, and the absorption according to the particle diameter of the semiconductor crystal. In some cases, the composition has a function as a luminescent glass composition having a controllable emission wavelength. There is no particular limitation on the composition of the semiconductor crystal imparting such light-absorbing ability, but a particularly preferable semiconductor crystal composition is a II-VI compound semiconductor or a III-V compound semiconductor described later.
【0019】本発明のガラス組成物に、任意の添加剤、
例えば酸化防止剤、熱安定剤、あるいは光安定剤等の安
定剤類、ガラス繊維、ガラスビーズ、マイカ、タルク、
カオリン、粘土鉱物、炭素繊維、カーボンブラック、黒
鉛、金属繊維、金属粉等のフィラー類、帯電防止剤、可
塑剤、紫外線吸収剤等の添加剤類、顔料や染料等の着色
剤類等必要に応じて任意の添加物を混合することも可能
である。An optional additive may be added to the glass composition of the present invention.
For example, antioxidants, heat stabilizers, or stabilizers such as light stabilizers, glass fibers, glass beads, mica, talc,
Fillers such as kaolin, clay minerals, carbon fibers, carbon black, graphite, metal fibers, metal powders, additives such as antistatic agents, plasticizers, ultraviolet absorbers, and coloring agents such as pigments and dyes are required. It is also possible to mix optional additives accordingly.
【0020】[非晶性マトリクスの構成組成]前記の非
晶性マトリクスの主体を構成する金属元素−酸素結合の
具体例を対応する金属酸化物の組成式として示すと、酸
化リチウム(Li2O)、酸化ナトリウム(Na2O)、
酸化カリウム(K2O)、酸化ルビジウム(Rb2O)、
酸化セシウム(Cs2O)等のアルカリ金属酸化物、酸
化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(Ca
O)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化バリウム
(BaO)等のアルカリ土類金属酸化物、酸化ホウ素
(B2O3)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化珪素
(SiO2)、酸化リン(P2O5)、酸化チタン(Ti
O2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ガリウム(Ga
2O3)、酸化ゲルマニウム(GeO2)、酸化ジルコニ
ウム(ZrO2)、酸化カドミウム(CdO)、酸化テ
ルル(TeO2)、酸化バリウム(BaO)、酸化タン
グステン(WO3)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化
鉛(PbO)、酸化ビスマス(Bi2O3)等の2価〜6
価元素の酸化物等が例示され、これらの金属元素の一部
をランタノイド陽イオンで置換することも可能である。
これらのうち好適なのはB2O3、Al2O3、SiO2、
P2O5、TiO2、GeO2、ZrO2等の3価〜5価元
素の酸化物であり、中でも酸化アルミニウムAl2O3、
SiO2、TiO2、ZrO2等は後述するゾル−ゲル法
により好適に形成され、特にSiO2とTiO2が最適で
ある。The metal element Configuration composition of the amorphous matrix] constituting subject of the amorphous matrix - if a specific example of the oxygen bond as the composition formula of the corresponding metal oxides, lithium oxide (Li 2 O ), Sodium oxide (Na 2 O),
Potassium oxide (K 2 O), rubidium oxide (Rb 2 O),
Alkali metal oxides such as cesium oxide (Cs 2 O), magnesium oxide (MgO), calcium oxide (Ca
O), alkaline earth metal oxides such as strontium oxide (SrO) and barium oxide (BaO), boron oxide (B 2 O 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), phosphorus oxide (P 2 O 5 ), titanium oxide (Ti
O 2 ), zinc oxide (ZnO), gallium oxide (Ga
2 O 3 ), germanium oxide (GeO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), cadmium oxide (CdO), tellurium oxide (TeO 2 ), barium oxide (BaO), tungsten oxide (WO 3 ), tantalum oxide (Ta 2) O 5), lead oxide (PbO), bismuth oxide (Bi 2 O 3) 2-valent, etc. 6
Examples thereof include oxides of valent elements, and a part of these metal elements can be replaced with lanthanoid cations.
Of these, preferred are B 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 ,
Oxides of trivalent to pentavalent elements such as P 2 O 5 , TiO 2 , GeO 2 , and ZrO 2 , among which aluminum oxide Al 2 O 3 ,
SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2, and the like are suitably formed by a sol-gel method described later, and particularly, SiO 2 and TiO 2 are optimal.
【0021】前記の非晶性マトリクスは、かかる金属酸
化物組成以外の無機ガラス組成を含有していても構わ
ず、具体的には、フッ化リチウム(LiF)、フッ化ナ
トリウム(NaF)、フッ化カリウム(KF)、フッ化
ルビジウム(RbF)、フッ化セシウム(CsF)等の
アルカリ金属フッ化物、フッ化ベリリウム(Be
F2)、フッ化マグネウム(MgF2)、フッ化アルミニ
ウム(AlF3)、フッ化カルシウム(CaF2)、フッ
化スカンジウム(ScF3)、フッ化マンガン(Mn
F 2)、フッ化鉄(FeF2、FeF3)フッ化コバルト
(CoF2)、フッ化ニッケル(NiF2)、フッ化亜鉛
(ZnF2)、フッ化ガリウム(GaF3)、フッ化スト
ロンチウム(SrF2)、フッ化イットリウム(Y
F3)、フッ化ジルコニウム(ZrF4)、フッ化カドミ
ウム(CdF2)、フッ化インジウム(InF3)、フッ
化バリウム(BaF2)、フッ化ランタン(LaF3)、
フッ化ネオジム(NdF3)、フッ化イッテルビウム
(YbF3)、フッ化鉛(PbF2)、フッ化トリウム
(ThF4)等の2価〜4価元素のフッ化物、ガリウム
(Ga)やゲルマニウム(Ge)、リン(P)、砒素
(As)、アンチモン(Sb)等の周期表第15族元
素、硫黄(S)、セレン(Se)、テルル(Te)等の
周期表第16族元素等が挙げられる。The above-mentioned amorphous matrix is composed of such a metal acid.
May contain an inorganic glass composition other than the oxide composition
Specifically, lithium fluoride (LiF), sodium fluoride
Thorium (NaF), potassium fluoride (KF), fluoride
Such as rubidium (RbF) and cesium fluoride (CsF)
Alkali metal fluoride, beryllium fluoride (Be
FTwo), Magnesium fluoride (MgFTwo), Aluminum fluoride
Um (AlFThree), Calcium fluoride (CaFTwo)
Scandium (ScF)Three), Manganese fluoride (Mn)
F Two), Iron fluoride (FeFTwo, FeFThree) Cobalt fluoride
(CoFTwo), Nickel fluoride (NiFTwo), Zinc fluoride
(ZnFTwo), Gallium fluoride (GaFThree), Fluoride strike
Ronium (SrFTwo), Yttrium fluoride (Y
FThree), Zirconium fluoride (ZrFFour), Cadmium fluoride
Um (CdFTwo), Indium fluoride (InFThree)
Barium (BaF)Two), Lanthanum fluoride (LaFThree),
Neodymium fluoride (NdFThree), Ytterbium fluoride
(YbFThree), Lead fluoride (PbFTwo), Thorium fluoride
(ThFFour), Etc., fluorides of divalent to tetravalent elements, gallium
(Ga), germanium (Ge), phosphorus (P), arsenic
(As), antimony (Sb), etc.
Element, sulfur (S), selenium (Se), tellurium (Te), etc.
Examples include elements of Group 16 of the periodic table.
【0022】これら無機ガラス原料組成の任意の組み合
わせにより非常に幅広い無機ガラス組成が知られており
本発明のガラス組成物の非晶性マトリクスの構成組成と
して使用可能であるが、例えば、TeO2−BaO−Z
nO、TeO2−WO3−Ta2O5、TeO2−WO3−B
i2O3、TeO2−BaO−PbO、CaO−Al
2O3、CaO−Al2O3−BaO、CaO−Al2O3−
Na2O、CaO−Al2O3−K2O、CaO−Al2O3
−SiO2、PbO−Bi2O3−BaO、PbO−Bi2
O3−ZnO、PbO−Bi2O3、PbO−Bi2O3−
BaO−ZnO、PbO−Bi2O3−CdO−Al
2O3、PbO−Bi2O3−GeO2、PbO−Bi2O3
−GeO2−Tl2O、BaO−PbO−Bi2O3、Ba
O−PbO−Bi2O 3−ZnO、Bi2O3−Ga2O3−
PbO、Bi2O3−Ga2O3−CdO、Bi2O3−Ga
2O3−(Pb,Cd)O等の酸化物ガラス系、ZrF4
−BaF2、ZrF4−ThF4、ZrF4−BaF2−N
aF、ZrF4−BaF2−ThF4、ZrF4−BaF2
−LaF3、ZrF4−BaF2−MFn−AlF3(但し
ここでMFn はLiF、NaF、CaF2、Y、F3、G
aF3、LaF3、NdF3、ThF4等を表す)、ZrF
4−BaF2−LaF3−AlF3−NaF(通称ZBLA
N)等のフッ化ジルコニウムガラス系、AlF3−Pb
F2−SrF2−MgF2、AlF3−BaF2−YF3−T
hF4、AlF3−YF3−BaF2−CaF2、AlF3−
CdF2−LiF−PbF2等のフッ化アルミニウムガラ
ス系、PbF2−MF2−XF3、AF−MF2−XF
3(但しここでAはアルカリ金属、MとXは独立に鉄、
コバルト、ニッケル等の遷移金属をそれぞれ表す)、I
nF3−BaF2−YF3等のトリフルオライドガラス
系、As−S、Ge−S、Ge−P−S、As−Se、
As−Ge−Se、Ge−Se、Ge−As−Se、L
a−Ga−Ge−Se、Ge−Sb−Se、Ge−Se
−Te、As−Ge−Se−Te、As−Se−Te等
のカルコゲナイドガラス系、TeCl4、TeBr4、T
eI4等のカルコハライドガラス系、窒化ホウ素(B
N)ガラス等が挙げられる。Any combination of these inorganic glass raw material compositions
A very wide range of inorganic glass compositions is known
Constituent composition of the amorphous matrix of the glass composition of the present invention and
Can be used, for example, TeOTwo-BaO-Z
nO, TeOTwo-WOThree-TaTwoOFive, TeOTwo-WOThree-B
iTwoOThree, TeOTwo-BaO-PbO, CaO-Al
TwoOThree, CaO-AlTwoOThree-BaO, CaO-AlTwoOThree−
NaTwoO, CaO-AlTwoOThree-KTwoO, CaO-AlTwoOThree
-SiOTwo, PbO-BiTwoOThree-BaO, PbO-BiTwo
OThree-ZnO, PbO-BiTwoOThree, PbO-BiTwoOThree−
BaO-ZnO, PbO-BiTwoOThree-CdO-Al
TwoOThree, PbO-BiTwoOThree-GeOTwo, PbO-BiTwoOThree
-GeOTwo−TlTwoO, BaO-PbO-BiTwoOThree, Ba
O-PbO-BiTwoO Three-ZnO, BiTwoOThree-GaTwoOThree−
PbO, BiTwoOThree-GaTwoOThree-CdO, BiTwoOThree-Ga
TwoOThree-Oxide glass such as (Pb, Cd) O, ZrFFour
-BaFTwo, ZrFFour-ThFFour, ZrFFour-BaFTwo-N
aF, ZrFFour-BaFTwo-ThFFour, ZrFFour-BaFTwo
-LaFThree, ZrFFour-BaFTwo-MFn-AlFThree(However,
Here, MFn is LiF, NaF, CaFTwo, Y, FThree, G
aFThree, LaFThree, NdFThree, ThFFourEtc.), ZrF
Four-BaFTwo-LaFThree-AlFThree-NaF (commonly known as ZBLA)
Zirconium fluoride glass such as N), AlFThree-Pb
FTwo-SrFTwo-MgFTwo, AlFThree-BaFTwo-YFThree-T
hFFour, AlFThree-YFThree-BaFTwo-CaFTwo, AlFThree−
CdFTwo-LiF-PbFTwoAluminum fluoride glass such as
System, PbFTwo-MFTwo-XFThree, AF-MFTwo-XF
Three(Where A is an alkali metal, M and X are independently iron,
Transition metals such as cobalt and nickel), I
nFThree-BaFTwo-YFThreeTrifluoride glass etc.
System, As-S, Ge-S, Ge-PS, As-Se,
As-Ge-Se, Ge-Se, Ge-As-Se, L
a-Ga-Ge-Se, Ge-Sb-Se, Ge-Se
-Te, As-Ge-Se-Te, As-Se-Te, etc.
Chalcogenide glass system, TeClFour, TeBrFour, T
eIFourSuch as chalcohalide glass, boron nitride (B
N) glass and the like.
【0023】前記で例示した任意の無機ガラス組成に、
Er3+、Pr3+、Eu3+、Tb3+等のランタノイド陽イ
オンを含有せしめると、かかるランタノイド陽イオンと
本発明のガラス組成物が含有する半導体超微粒子とのエ
ネルギーの授受による有用な吸発光が得られる場合があ
る。 [半導体超微粒子]本発明のガラス組成物の構成成分で
ある半導体超微粒子は、後述するような半導体結晶を主
体とし、通常有機配位子を該半導体結晶の表面に結合す
るものである。In any of the inorganic glass compositions exemplified above,
When lanthanoid cations such as Er 3+ , Pr 3+ , Eu 3+ , and Tb 3+ are contained, useful energy can be transferred by transferring energy between the lanthanoid cation and the semiconductor ultrafine particles contained in the glass composition of the present invention. Absorption and emission may be obtained in some cases. [Semiconductor ultrafine particles] The semiconductor ultrafine particles, which are components of the glass composition of the present invention, are mainly composed of a semiconductor crystal as described below, and usually bind an organic ligand to the surface of the semiconductor crystal.
【0024】該半導体結晶は、半導体単結晶、複数半導
体結晶組成が相分離した混晶、相分離の観察されない混
合半導体結晶のいずれでも構わず、後述するコア−シェ
ル構造をとっていても構わない。かかる半導体結晶の粒
径は、重量平均粒径として通常0.5〜20nm、吸発
光能等の電磁気学的特性の点で好ましくは1〜15n
m、更に好ましくは2〜12nm、最も好ましくは2〜
10nmとする。半導体結晶の量子効果による吸発光特
性はかかる粒径により制御され、これはガラス組成物の
透過型電子顕微鏡(TEM)による観察で通常決定可能
である。半導体結晶が含有する元素の原子番号が小さく
電子線によるコントラストが得にくい場合には、組成物
の光散乱や中性子散乱測定により見積もることができ
る。The semiconductor crystal may be either a semiconductor single crystal, a mixed crystal in which a plurality of semiconductor crystal compositions are phase-separated, or a mixed semiconductor crystal in which phase separation is not observed, and may have a core-shell structure described later. . The particle size of such a semiconductor crystal is usually 0.5 to 20 nm as a weight average particle size, and preferably 1 to 15 n in terms of electromagnetic characteristics such as light-absorbing and emitting ability.
m, more preferably 2 to 12 nm, most preferably 2 to
It is set to 10 nm. The absorption and emission characteristics of the semiconductor crystal due to the quantum effect are controlled by such a particle size, which can usually be determined by observing the glass composition with a transmission electron microscope (TEM). When the atomic number of an element contained in a semiconductor crystal is small and it is difficult to obtain a contrast by an electron beam, it can be estimated by light scattering or neutron scattering measurement of the composition.
【0025】該半導体結晶の粒径分布に制限はないが、
半導体結晶の量子効果による発光特性を利用する場合、
かかる分布を変えることで必要とする発光波長幅を変化
させることができる。なお、かかる波長幅を狭くする必
要がある場合には該粒径分布を狭くするが、通常、標準
偏差として±40%以内、好ましくは±30%以内、更
に好ましくは±20%以内、最も好ましくは±10%以
内とする。この標準偏差の範囲を超えた粒径分布の場
合、量子効果による発光帯波長幅を狭くする目的を十分
に達成することが困難となる。Although there is no limitation on the particle size distribution of the semiconductor crystal,
In the case of utilizing the light emission characteristics due to the quantum effect of a semiconductor crystal,
By changing the distribution, the required emission wavelength width can be changed. In the case where the wavelength width needs to be narrowed, the particle size distribution is narrowed, but the standard deviation is usually within ± 40%, preferably within ± 30%, more preferably within ± 20%, and most preferably. Is within ± 10%. In the case of a particle size distribution exceeding the standard deviation range, it is difficult to sufficiently achieve the purpose of narrowing the emission band wavelength width due to the quantum effect.
【0026】本発明のガラス組成物は、複数種の半導体
超微粒子を含有していても構わず、あるいは同種の半導
体結晶からなる半導体超微粒子でも、例えば2山分布等
その粒径分布を任意に変化させて構わない。本発明の樹
脂組成物が含有する半導体超微粒子は、前記のラジカル
共重合されたリン原子含有配位子以外の任意の配位子を
結合していても構わない。The glass composition of the present invention may contain a plurality of types of semiconductor ultrafine particles, or even if the semiconductor ultrafine particles made of the same type of semiconductor crystal have a particle size distribution such as a two-peak distribution, arbitrarily. You can change it. The semiconductor ultrafine particles contained in the resin composition of the present invention may be bonded with any ligand other than the above-mentioned radically copolymerized phosphorus atom-containing ligand.
【0027】[半導体結晶の組成]前記の半導体超微粒
子に含まれる半導体結晶の組成に特に制限はないが、具
体的な組成例としては、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、
錫等の周期表第14族元素の単体、リン(黒リン)等の
周期表第15族元素の単体、セレン、テルル等の周期表
第16族元素の単体、炭化ケイ素(SiC)等の複数の
周期表第14族元素からなる化合物、酸化錫(IV)(S
nO2)、硫化錫(II,IV)(Sn(II)Sn(IV)S3)、
硫化錫(IV)(SnS2)、硫化錫(II)(SnS)、
セレン化錫(II)(SnSe)、テルル化錫(II)(S
nTe)、硫化鉛(II)(PbS)、セレン化鉛(II)
(PbSe)、テルル化鉛(II)(PbTe)等の周期
表第14族元素と周期表第16族元素との化合物、窒化
ホウ素(BN)、リン化ホウ素(BP)、砒化ホウ素
(BAs)、窒化アルミニウム(AlN)、リン化アル
ミニウム(AlP)、砒化アルミニウム(AlAs)、
アンチモン化アルミニウム(AlSb)、窒化ガリウム
(GaN)、リン化ガリウム(GaP)、砒化ガリウム
(GaAs)、アンチモン化ガリウム(GaSb)、窒
化インジウム(InN)、リン化インジウム(In
P)、砒化インジウム(InAs)、アンチモン化イン
ジウム(InSb)等の周期表第13族元素と周期表第
15族元素との化合物(あるいはIII−V族化合物半導
体)、硫化アルミニウム(Al2S3)、セレン化アルミ
ニウム(Al2Se3)、硫化ガリウム(Ga2S3)、セ
レン化ガリウム(Ga2Se3)、テルル化ガリウム(G
a2Te3)、酸化インジウム(In 2O3)、硫化インジ
ウム(In2S3)、セレン化インジウム(In2S
e3)、テルル化インジウム(In2Te3)等の周期表
第13族元素と周期表第16族元素との化合物、塩化タ
リウム(I)(TlCl)、臭化タリウム(I)(Tl
Br)、ヨウ化タリウム(I)(TlI)等の周期表第
13族元素と周期表第17族元素との化合物、酸化亜鉛
(ZnO)、硫化亜鉛(ZnS)、セレン化亜鉛(Zn
Se)、テルル化亜鉛(ZnTe)、酸化カドミウム
(CdO)、硫化カドミウム(CdS)、セレン化カド
ミウム(CdSe)、テルル化カドミウム(CdT
e)、硫化水銀(HgS)、セレン化水銀(HgS
e)、テルル化水銀(HgTe)等の周期表第12族元
素と周期表第16族元素との化合物(あるいはII−VI族
化合物半導体)、硫化砒素(III)(As2S3)、セレ
ン化砒素(III)(As2Se3)、テルル化砒素(III)
(As2Te3)、硫化アンチモン(III)(Sb
2S3)、セレン化アンチモン(III)(Sb2Se3)、
テルル化アンチモン(III)(Sb2Te3)、硫化ビス
マス(III)(Bi2S3)、セレン化ビスマス(III)
(Bi2Se3)、テルル化ビスマス(III)(Bi2Te
3)等の周期表第15族元素と周期表第16族元素との
化合物、酸化銅(I)(Cu2O)、セレン化銅(I)
(Cu2Se)等の周期表第11族元素と周期表第16
族元素との化合物、塩化銅(I)(CuCl)、臭化銅
(I)(CuBr)、ヨウ化銅(I)(CuI)、塩化
銀(AgCl)、臭化銀(AgBr)等の周期表第11
族元素と周期表第17族元素との化合物、酸化ニッケル
(II)(NiO)等の周期表第10族元素と周期表第1
6族元素との化合物、酸化コバルト(II)(CoO)、
硫化コバルト(II)(CoS)等の周期表第9族元素と
周期表第16族元素との化合物、四酸化三鉄(Fe
3O4)、硫化鉄(II)(FeS)等の周期表第8族元素
と周期表第16族元素との化合物、酸化マンガン(II)
(MnO)等の周期表第7族元素と周期表第16族元素
との化合物、硫化モリブデン(IV)(MoS2)、酸化
タングステン(IV)(WO2)等の周期表第6族元素と
周期表第16族元素との化合物、酸化バナジウム(II)
(VO)、酸化バナジウム(IV)(VO 2)、酸化タン
タル(V)(Ta2O5)等の周期表第5族元素と周期表
第16族元素との化合物、酸化チタン(TiO2、Ti2
O5、Ti2O3、Ti5O9等)等の周期表第4族元素と
周期表第16族元素との化合物、硫化マグネシウム(M
gS)、セレン化マグネシウム(MgSe)等の周期表
第2族元素と周期表第16族元素との化合物、酸化カド
ミウム(II)クロム(III)(CdCr2O4)、セレン
化カドミウム(II)クロム(III)(CdCr2S
e4)、硫化銅(II)クロム(III)(CuCr2S4)、
セレン化水銀(II)クロム(III)(HgCr2Se4)
等のカルコゲンスピネル類、バリウムチタネート(Ba
TiO3)等が挙げられる。なお、G.Schmid
ら;Adv.Mater.,4巻,494頁(199
1)に報告されている(BN)75(BF2)15F15や、
D.Fenskeら;Angew.Chem.Int.
Ed.Engl.,29巻,1452頁(1990)に
報告されているCu146Se73(トリエチルホスフィ
ン)22のように構造の確定されている半導体クラスター
も同様に例示される。[Composition of semiconductor crystal] The above semiconductor ultrafine particles
There is no particular limitation on the composition of the semiconductor crystal contained in the semiconductor.
Examples of physical compositions include carbon, silicon, germanium,
Simple substance of element of group 14 of the periodic table such as tin, phosphorus (black phosphorus)
Periodic Table of the Periodic Elements of Group 15 Elements, Selenium, Tellurium, etc.
A simple substance of group 16 elements, and a plurality of elements such as silicon carbide (SiC)
A compound composed of an element of Group 14 of the periodic table, tin (IV) oxide (S
nOTwo), Tin sulfide (II, IV) (Sn (II) Sn (IV) SThree),
Tin (IV) sulfide (SnSTwo), Tin (II) sulfide (SnS),
Tin (II) selenide (SnSe), Tin (II) telluride (S
nTe), lead (II) sulfide (PbS), lead (II) selenide
(PbSe), lead (II) telluride (PbTe), etc.
Compound of group 14 element and periodic table group 16 element, nitriding
Boron (BN), boron phosphide (BP), boron arsenide
(BAs), Aluminum nitride (AlN), Al phosphide
Minium (AlP), aluminum arsenide (AlAs),
Aluminum antimonide (AlSb), gallium nitride
(GaN), gallium phosphide (GaP), gallium arsenide
(GaAs), gallium antimonide (GaSb), nitrogen
Indium phosphide (InN), Indium phosphide (InN)
P), indium arsenide (InAs), indium antimonide
Group 13 elements such as indium (InSb) and Periodic Table
Compounds with Group 15 elements (or III-V compounds)
Body), aluminum sulfide (AlTwoSThree), Aluminum selenide
Ni (AlTwoSeThree), Gallium sulfide (GaTwoSThree),
Gallium lenide (GaTwoSeThree), Gallium telluride (G
aTwoTeThree), Indium oxide (In) TwoOThree), Sulfide
Um (InTwoSThree), Indium selenide (In)TwoS
eThree), Indium telluride (In)TwoTeThree) And other periodic tables
Compounds of Group 13 elements and Group 16 elements of the periodic table;
Lithium (I) (TlCl), thallium (I) bromide (Tl
Br), thallium (I) iodide (TlI), etc.
Compound of group 13 element and group 17 element of the periodic table, zinc oxide
(ZnO), zinc sulfide (ZnS), zinc selenide (Zn
Se), zinc telluride (ZnTe), cadmium oxide
(CdO), cadmium sulfide (CdS), cadmium selenide
CdSe, Cadmium Telluride (CdT)
e), mercury sulfide (HgS), mercury selenide (HgS)
e), mercury telluride (HgTe), etc.
Compound of element and element of group 16 of the periodic table (or group II-VI
Compound semiconductor), arsenic sulfide (III) (AsTwoSThree), Sele
Arsenic (III) (AsTwoSeThree), Arsenic (III) telluride
(AsTwoTeThree), Antimony (III) sulfide (Sb
TwoSThree), Antimony (III) selenide (SbTwoSeThree),
Antimony (III) telluride (SbTwoTeThree), Bis sulfide
Trout (III) (BiTwoSThree), Bismuth (III) selenide
(BiTwoSeThree), Bismuth (III) telluride (Bi)TwoTe
Three) And other elements of the Periodic Table Group 16 and the Periodic Table Group 16
Compound, copper (I) oxide (CuTwoO), copper (I) selenide
(CuTwoSe) and other elements of Periodic Table 11 and Periodic Table 16
Compounds with group III elements, copper (I) chloride (CuCl), copper bromide
(I) (CuBr), copper (I) iodide (CuI), chloride
Periodic Table 11 of silver (AgCl), silver bromide (AgBr), etc.
Compound of group 17 element and group 17 element of the periodic table, nickel oxide
(II) Periodic Table Group 10 elements such as (NiO) and Periodic Table 1
Compounds with Group 6 elements, cobalt (II) oxide (CoO),
Group 9 elements of the periodic table such as cobalt (II) sulfide (CoS)
Compounds with Group 16 elements of the periodic table, triiron tetroxide (Fe
ThreeOFour), Periodic table group 8 elements such as iron (II) (FeS)
Of manganese with Group 16 element of the periodic table, manganese oxide (II)
(MnO) and other Group 7 elements of the Periodic Table and Group 16 elements
With molybdenum (IV) sulfide (MoSTwo), Oxidation
Tungsten (IV) (WOTwo) And other elements of Group 6 of the periodic table
Compound with Group 16 element of the periodic table, vanadium (II) oxide
(VO), vanadium (IV) oxide (VO Two), Tan oxide
Tal (V) (TaTwoOFive) And other periodic table elements
Compounds with Group 16 elements, titanium oxide (TiO 2Two, TiTwo
OFive, TiTwoOThree, TiFiveO9And other elements of the Periodic Table 4
Compound with Group 16 element of the periodic table, magnesium sulfide (M
gS), periodic table of magnesium selenide (MgSe), etc.
Compound of group 2 element and group 16 element of the periodic table, cadmium oxide
Medium (II) Chromium (III) (CdCrTwoOFour),selenium
Cadmium (II) chromium (III) (CdCrTwoS
eFour), Copper (II) chromium (III) (CuCr)TwoSFour),
Mercury (II) selenide chromium (III) (HgCrTwoSeFour)
Such as chalcogen spinels, barium titanate (Ba)
TiOThree) And the like. G. Schmid
Adv. Mater. , 4, p. 494 (199
Reported in 1) (BN)75(BFTwo)FifteenFFifteenAnd
D. Fenske et al .; Angew. Chem. Int.
Ed. Engl. 29, 1452 (1990).
Reported Cu146Se73(Triethyl phosphite
N)twenty twoSemiconductor cluster with a fixed structure like
Are similarly exemplified.
【0028】これらのうち、高屈折率性や発光能の点で
好ましく、かつ後述する半導体超微粒子の製造方法に適
した実用的に重要なものを組成式で示すと、例えばSn
S2、SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbS
e、PbTe等の周期表第14族元素と周期表第16族
元素との化合物、GaN、GaP、GaAs、GaS
b、InN、InP、InAs、InSb等のIII−V
族化合物半導体、Ga2O3、Ga2S3、Ga2Se3、G
a2Te3、In2O3、In2S3、In2Se3、In 2T
e3等の周期表第13族元素と周期表第16族元素との
化合物、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、Cd
O、CdS、CdSe、CdTe、HgO、HgS、H
gSe、HgTe等のII−VI族化合物半導体、As
2O3、As2S3、As 2Se3、As2Te3、Sb2O3、
Sb2S3、Sb2Se3、Sb2Te3、Bi2O3、Bi2
S3、Bi2Se3、Bi2Te3等の周期表第15族元素
と周期表第16族元素との化合物、MgS、MgSe等
の周期表第2族元素と周期表第16族元素との化合物で
あり、中でも、GaN、GaP、InN、InP、Ga
2O3、Ga 2S3、In2O3、In2S3、ZnO、Zn
S、CdO、CdS等は毒性の高い陰性元素を含まない
ので耐環境汚染性や生物への安全性の点で好ましく、こ
の観点でZnO及びZnSは更に好ましく、高屈折率、
安全性、原料の経済性等の点でZnSは最も好ましい。
また、CdSeとZnSeは発光の安定性の点で非常に
好ましい。Of these, in terms of high refractive index and luminous power,
Preferred and suitable for the method for producing semiconductor ultrafine particles described below
The practically important ones represented by the composition formula are, for example, Sn
STwo, SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbS
e, PbTe, and other periodic table group 14 elements and periodic table group 16
Compound with element, GaN, GaP, GaAs, GaS
III-V such as b, InN, InP, InAs, InSb, etc.
Group compound semiconductor, GaTwoOThree, GaTwoSThree, GaTwoSeThree, G
aTwoTeThree, InTwoOThree, InTwoSThree, InTwoSeThree, In TwoT
eThreeOf group 13 elements of the periodic table and group 16 elements of the periodic table
Compound, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, Cd
O, CdS, CdSe, CdTe, HgO, HgS, H
II-VI compound semiconductors such as gSe and HgTe, As
TwoOThree, AsTwoSThree, As TwoSeThree, AsTwoTeThree, SbTwoOThree,
SbTwoSThree, SbTwoSeThree, SbTwoTeThree, BiTwoOThree, BiTwo
SThree, BiTwoSeThree, BiTwoTeThreeGroup 15 elements of the periodic table
And compounds of Group 16 elements of the periodic table, MgS, MgSe, etc.
Compound of Group 2 of the periodic table and Group 16 of the periodic table
Yes, among them, GaN, GaP, InN, InP, Ga
TwoOThree, Ga TwoSThree, InTwoOThree, InTwoSThree, ZnO, Zn
S, CdO, CdS, etc. do not contain highly toxic negative elements
Therefore, it is preferable in terms of environmental pollution resistance and safety to organisms.
From the viewpoint of, ZnO and ZnS are more preferable, high refractive index,
ZnS is most preferable in terms of safety, economy of raw materials, and the like.
In addition, CdSe and ZnSe are extremely stable in terms of light emission stability.
preferable.
【0029】本発明に用いられる半導体超微粒子の主体
である半導体結晶は、例えばA.R.Kortanら;
J.Am.Chem.Soc.,112巻,1327頁
(1990)あるいは米国特許5985173号公報
(1999)に報告されているように、その半導体結晶
の発光特性を改良する目的で内核(コア)と外殻(シェ
ル)からなるいわゆるコア−シェル構造とすると、該コ
アを成す半導体結晶の量子効果による発光能が改良され
る場合があるので、本発明のガラス組成物をかかる発光
能を生かす用途に使用するのに好適な場合がある。この
場合、コアの半導体結晶構造よりもバンドギャップエネ
ルギーの大きな半導体結晶構造をシェルとして起用する
ことにより、該コア結晶の発光効率を減衰させる表面準
位や結晶格子欠陥準位等を経由するエネルギー損失を防
ぐことが可能な場合がある。かかるシェルに好適に用い
られる半導体結晶構造としては、コア半導体結晶のバン
ドギャップエネルギーにもよるが、バルク状態のバンド
ギャップが温度300Kにおいて2.0電子ボルト以上
であるもの、例えば窒化ホウ素(BN)、砒化ホウ素
(BAs)、窒化ガリウム(GaN)やリン化ガリウム
(GaP)等の周期表第13族元素と周期表第15族元
素との化合物(III−V族化合物半導体)、酸化亜鉛
(ZnO)、硫化亜鉛(ZnS)、セレン化亜鉛(Zn
Se)、テルル化亜鉛(ZnTe)、酸化カドミウム
(CdO)、硫化カドミウム(CdS)等の周期表第1
2族元素と周期表第16族元素との化合物(II−VI族化
合物半導体)、硫化マグネシウム(MgS)、セレン化
マグネシウム(MgSe)等の周期表第2族元素と周期
表第16族元素との化合物等が好適に用いられる。これ
らのうちより好ましいシェルとなる半導体結晶組成は、
BN、BAs、GaN等のIII−V族化合物半導体、Z
nO、ZnS、ZnSe、CdS等のII−VI族化合物半
導体、MgS、MgSe等の周期表第2族元素と周期表
第16族元素との化合物等のバルク状態のバンドギャッ
プが温度300Kにおいて2.3電子ボルト以上のもの
であり、最も好ましいのはBN、BAs、GaN、Zn
O、ZnS、ZnSe、MgS、MgSe等のバルク状
態のバンドギャップが温度300Kにおいて2.5電子
ボルト以上のものである。The semiconductor crystal which is the main component of the semiconductor ultrafine particles used in the present invention is, for example, A.I. R. Kortan et al .;
J. Am. Chem. Soc. 112, p. 1327 (1990) or U.S. Pat. No. 5,985,173 (1999), a so-called semiconductor comprising a core and an outer shell for the purpose of improving the emission characteristics of the semiconductor crystal. When the core-shell structure is used, the light emitting ability due to the quantum effect of the semiconductor crystal forming the core may be improved in some cases, so that the glass composition of the present invention is preferably used for applications utilizing the light emitting ability. is there. In this case, a semiconductor crystal structure having a larger band gap energy than the semiconductor crystal structure of the core is used as a shell, so that energy loss via a surface level or a crystal lattice defect level that attenuates the luminous efficiency of the core crystal is achieved. In some cases can be prevented. A semiconductor crystal structure suitably used for such a shell has a bandgap in a bulk state of 2.0 electron volts or more at a temperature of 300 K, such as boron nitride (BN), depending on the bandgap energy of the core semiconductor crystal. , Boron arsenide (BAs), gallium nitride (GaN), gallium phosphide (GaP) and other compounds of the periodic table group 13 and the periodic table group 15 (III-V compound semiconductors), zinc oxide (ZnO) ), Zinc sulfide (ZnS), zinc selenide (ZnS)
Se), zinc telluride (ZnTe), cadmium oxide (CdO), cadmium sulfide (CdS), etc.
A compound of a group 2 element and a group 16 element of the periodic table (II-VI compound semiconductor), magnesium sulfide (MgS), magnesium selenide (MgSe), etc .; And the like are preferably used. Among these, a semiconductor crystal composition that is a more preferable shell is:
III-V compound semiconductor such as BN, BAs, GaN, Z
1. The band gap of a bulk state of a II-VI compound semiconductor such as nO, ZnS, ZnSe, and CdS, and a compound of a group 2 element and a group 16 element of the periodic table such as MgS and MgSe at a temperature of 300 K is 2. 3 eV or more, most preferably BN, BAs, GaN, Zn
The band gap of a bulk state of O, ZnS, ZnSe, MgS, MgSe, etc. is 2.5 eV or more at a temperature of 300K.
【0030】本発明のガラス組成物に用いられる半導体
超微粒子は、半導体表面の有する光触媒作用により、そ
の表面に近接する有機配位子等の有機物の分解や変質等
の光劣化反応を引き起こす場合がある。かかる光劣化反
応はガラス組成物の耐光性を低下する原因となる。かか
る光触媒作用は該半導体超微粒子の主体である半導体結
晶の吸光に起因するので、光学用途に本発明のガラス組
成物を応用する場合、その用途における光源の波長領域
での光吸収能を持たない半導体結晶組成の選択が好まし
い場合がある。従って、可視や近紫外波長領域を使用す
る通常の光学装置への応用の場合、本発明のガラス組成
物に含有せしめる半導体超微粒子の吸光スペクトルの長
波長端の波長を、通常450nm以下、可視領域での無
色性の点で好ましくは400nm以下、更に好ましくは
360nm以下、最も好ましくは330nm以下とす
る。この目的で好ましい半導体結晶種はZnOやZnS
であり、中でもZnSが特に好適である。The semiconductor ultrafine particles used in the glass composition of the present invention may cause a photodegradation reaction such as decomposition or alteration of an organic substance such as an organic ligand close to the surface by a photocatalytic action of the semiconductor surface. is there. Such a photodegradation reaction causes a decrease in light resistance of the glass composition. Since such photocatalysis is caused by the absorption of semiconductor crystals, which are the main components of the semiconductor ultrafine particles, when the glass composition of the present invention is applied to optical applications, it does not have a light absorbing ability in a wavelength region of a light source in the application. Selection of the semiconductor crystal composition may be preferred. Therefore, in the case of application to a normal optical device using a visible or near-ultraviolet wavelength region, the wavelength at the long wavelength end of the absorption spectrum of the semiconductor ultrafine particles to be contained in the glass composition of the present invention is usually 450 nm or less, the visible region. In view of the colorlessness in the above, the thickness is preferably 400 nm or less, more preferably 360 nm or less, and most preferably 330 nm or less. Preferred semiconductor crystal seeds for this purpose are ZnO and ZnS
And ZnS is particularly preferable.
【0031】前記で例示した任意の半導体結晶組成に
は、必要に応じて微量のドープ物質(故意に添加する不
純物の意味)として例えばAl、Mn、Cu、Zn、A
g、Cl、Ce、Eu、Tb、Er等の元素を加えても
構わない。かかるドープ物質の添加により半導体結晶の
発光特性が大きく向上する場合がある。かかるドープ物
質の添加により好ましい効果を示す半導体結晶種として
ZnOやZnSが挙げられ、中でもZnSがこの点でも
特に好適である。特に好ましいドープ系として、前記の
米国特許5985173号にも記載のようにMn2+をド
ープしたZnSが例示される。In any of the semiconductor crystal compositions exemplified above, if necessary, for example, Al, Mn, Cu, Zn, A
Elements such as g, Cl, Ce, Eu, Tb, and Er may be added. The addition of such a doping substance may greatly improve the light emitting characteristics of the semiconductor crystal. Examples of semiconductor crystal seeds that exhibit a favorable effect by the addition of such a doping substance include ZnO and ZnS, and ZnS is particularly preferable in this respect. A particularly preferred doping system is ZnS doped with Mn 2+ as described in the aforementioned US Pat. No. 5,985,173.
【0032】本発明のガラス組成物は、非常に良好に分
散した凝集していない半導体結晶を含有するので、かか
る半導体結晶の量子効果による吸発光が非線形性を有す
る場合があり、かかる場合は非線形光学材料としても有
用である。 [有機配位子]前記の半導体超微粒子がその主体である
半導体結晶表面に通常結合している有機配位子は、該半
導体結晶の吸発光能等の望ましい物性を外界からの悪影
響から遮蔽する効果を有し、しかも本発明のガラス組成
物の非晶性マトリクスへの相溶性を有するものであるこ
とが望ましい。かかる有機配位子は、後述する配位官能
基を有しこれにより該半導体結晶表面に結合する。Since the glass composition of the present invention contains a very well dispersed and non-aggregated semiconductor crystal, the absorption and emission of the semiconductor crystal due to the quantum effect may have nonlinearity. It is also useful as an optical material. [Organic ligand] The organic ligand in which the semiconductor ultrafine particles are usually bonded to the surface of the semiconductor crystal, which is the main component thereof, shields desirable physical properties of the semiconductor crystal, such as light absorption and emission properties, from adverse effects from the outside. It is desirable that the glass composition has an effect and has compatibility with the amorphous matrix of the glass composition of the present invention. Such an organic ligand has a coordination functional group to be described later, and thereby binds to the semiconductor crystal surface.
【0033】かかる有機配位子中の配位官能基として、
通常周期表第15又は16族元素を含有する官能基を用
いる。その具体例としては、1級アミノ基(−N
H2)、2級アミノ基(−NHR;但しRはメチル基、
エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基等の炭素
数6以下の炭化水素基である;以下同様)、3級アミノ
基(−NR1R2;但しR1及びR2は独立にメチル基、エ
チル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基等の炭素数
6以下の炭化水素基である;以下同様)、ニトリル基や
イソシアネート基等の含窒素多重結合を有する官能基、
ピリジン環やトリアジン環等の含窒素芳香環等の窒素含
有官能基、1級ホスフィン基(−PH2)、2級ホスフ
ィン基(−PHR)、3級ホスフィン基(−PR
1R2)、1級ホスフィンオキシド基(−PH2=O)、
2級ホスフィンオキシド基(−PHR=O)、3級ホス
フィンオキシド基(−PR1R2=O)、1級ホスフィン
セレニド基(−PH2=Se)、2級ホスフィンセレニ
ド基(−PHR=Se)、3級ホスフィンセレニド基
(−PR1R2=Se)等のリン含有官能基等の周期表第
15族元素を含有する官能基、水酸基(−OH)、メチ
ルエーテル基(−OCH3)、フェニルエーテル基(−
OC6H5)、カルボキシル基(−COOH)等の酸素含
有官能基、メルカプト基(別称はチオール基;−S
H)、メチルスルフィド基(−SCH3)、エチルスル
フィド基(−SCH2CH3)、フェニルスルフィド基
(−SC6H5)、メチルジスルフィド基(−S−S−C
H3)、フェニルジスルフィド基(−S−S−C
6H5)、チオ酸基(−COSH)、ジチオ酸基(−CS
SH)、キサントゲン酸基、キサンテート基、イソチオ
シアネート基、チオカルバメート基、チオフェン環等の
硫黄含有官能基、同様に−SeH、−SeCH3、−S
eC6H5等のセレン含有官能基、同様に−TeH、−T
eCH3、−TeC6H 5等のテルル含有官能基等の周期
表第16族元素を含有する官能基等が例示される。これ
らのうち好ましく利用されるのは、ピリジン環等の窒素
含有官能基、3級ホスフィン基、3級ホスフィンオキシ
ド基、3級ホスフィンセレニド基等のリン含有官能基等
の周期表第15族元素を含有する官能基、メルカプト
基、メチルスルフィド基等の硫黄含有官能基等の周期表
第16族元素を含有する官能基であり、中でも3級ホス
フィン基、3級ホスフィンオキシド基等のリン含有官能
基、あるいはメルカプト基等の硫黄含有官能基等は更に
好ましく用いられ、3級ホスフィンオキシド基とメルカ
プト基は最も好ましく用いられる。As a coordination functional group in such an organic ligand,
Normally use a functional group containing a Group 15 or 16 element in the periodic table
I have. As a specific example, a primary amino group (—N
HTwo) A secondary amino group (-NHR; wherein R is a methyl group,
Carbon such as ethyl group, propyl group, butyl group and phenyl group
A hydrocarbon group of the number 6 or less; the same applies hereinafter), tertiary amino
Group (-NR1RTwo; However, R1And RTwoIs independently a methyl group,
Carbon number of tyl group, propyl group, butyl group, phenyl group, etc.
6 or less; the same applies to the following), a nitrile group,
A functional group having a nitrogen-containing multiple bond such as an isocyanate group,
Nitrogen-containing nitrogen-containing aromatic rings such as pyridine and triazine rings
Functional group, primary phosphine group (-PHTwo) Secondary phosph
Infin group (-PHR), Tertiary phosphine group (-PR
1RTwo) Primary phosphine oxide group (-PHTwo= O),
Secondary phosphine oxide group (-PHR = O), tertiary phosphine
Fin oxide group (-PR1RTwo= 0) primary phosphine
Selenide group (-PHTwo= Se) Secondary phosphine seleni
Group (-PHR = Se), tertiary phosphine selenide group
(-PR1RTwo= Periodic table of phosphorus-containing functional groups such as Se)
Functional group containing group 15 element, hydroxyl group (-OH), methyl
Ruether group (-OCHThree), Phenyl ether group (-
OC6HFive), Carboxyl group (-COOH)
Functional group, mercapto group (also called thiol group; -S
H), a methylsulfide group (-SCHThree), Ethylsul
Fido group (-SCHTwoCHThree), Phenyl sulfide group
(-SC6HFive), Methyl disulfide group (—S—S—C
HThree), A phenyl disulfide group (—S—S—C
6HFive), Thioacid group (—COSH), dithioacid group (—CS
SH), xanthate group, xanthate group, isothio
Cyanate group, thiocarbamate group, thiophene ring, etc.
Sulfur-containing functional groups, similarly -SeH, -SeCHThree, -S
eC6HFiveSelenium-containing functional groups such as -TeH, -T
eCHThree, -TeC6H FivePeriod of tellurium-containing functional groups such as
Examples include functional groups containing Group 16 elements. this
Among them, nitrogen is preferably used such as a pyridine ring.
Containing functional group, tertiary phosphine group, tertiary phosphineoxy
And tertiary phosphine selenide groups and other phosphorus-containing functional groups
Functional groups containing elements of group 15 of the periodic table, mercapto
Periodic Table of Sulfur-Containing Functional Groups such as Groups and Methyl Sulfides
A functional group containing a Group 16 element,
Phosphorus-containing functionalities such as fin groups and tertiary phosphine oxide groups
Group or a sulfur-containing functional group such as a mercapto group
Preferably used, tertiary phosphine oxide groups and merka
The ptto group is most preferably used.
【0034】半導体ナノ結晶に代表される半導体結晶に
対する有機配位子の具体的な配位化学構造は十分に解明
されていないが、本発明に用いられる半導体超微粒子の
表面においては前記に例示した配位官能基は必ずしもそ
のままの構造を保持していなくても良い。例えば、メル
カプト基(SH)の場合、半導体結晶終端に存在する金
属元素M(例えばII-VI化合物半導体における亜鉛やカ
ドミウム、III-V化合物半導体におけるガリウムやイン
ジウム等)との共有結合を形成した構造(例えばS−M
なる構造)への変化、ホスフィンオキシド基(P=O)
の場合、金属元素Mとの共有結合を形成した構造(例え
ばP−O−Mなる構造)への変化等も考えられる。Although the specific coordination chemical structure of an organic ligand for a semiconductor crystal typified by a semiconductor nanocrystal has not been sufficiently elucidated, the surface of the semiconductor ultrafine particles used in the present invention is exemplified above. The coordinating functional group does not necessarily have to keep the same structure. For example, in the case of a mercapto group (SH), a structure in which a covalent bond is formed with a metal element M (for example, zinc or cadmium in a II-VI compound semiconductor, gallium or indium in a III-V compound semiconductor) existing at the terminal of a semiconductor crystal. (For example, SM
Phosphine oxide group (P = O)
In the case of, a change to a structure in which a covalent bond with the metal element M is formed (for example, a structure of POM) may be considered.
【0035】[有機配位子の好適な構造]前記の有機配
位子は、半導体超微粒子の主体である半導体結晶の吸発
光能等の望ましい物性を外界からの悪影響から遮蔽する
効果(以下「遮蔽効果」と呼ぶ)を有し、しかも本発明
のガラス組成物の非晶性マトリクスへの相溶性(以下
「マトリクス相溶性」と呼ぶ)を有するものであること
が望ましい。[Preferred Structure of Organic Ligands] The above-mentioned organic ligands have an effect of shielding desirable physical properties such as a light-absorbing / emitting ability of a semiconductor crystal, which is a main component of semiconductor ultrafine particles, from an adverse influence from the outside (hereinafter referred to as “the organic ligand”). It is desirable that the glass composition of the present invention has compatibility with an amorphous matrix (hereinafter, referred to as “matrix compatibility”).
【0036】前記の遮蔽効果の点では、該有機配位子は
炭素数6以上のメチレン基連鎖を含有するものであるこ
とが好ましく、特に後述するゾル−ゲル法による本発明
のガラス組成物の製造方法のような含水系の外界(場合
によっては酸性やアルカリ性を示す)に半導体超微粒子
が置かれる場合にその効果を顕著に発揮する。これは、
かかる含水系(特に酸性系)においては例えばプロトン
酸による該半導体結晶表面からの遷移金属元素の溶出等
の化学変化を受けやすいが、炭素数6以上のメチレン基
連鎖を有する有機配位子が該半導体結晶表面に結合して
いると、その疎水性により一種の疎水障壁を形成し、
水、メタノール、あるいはエタノール等のプロトン性溶
媒分子やプロトン酸等が該半導体結晶表面に接近するこ
とを妨げる、といった機構によるものと推測される。か
かる炭素数6以上のメチレン基連鎖を有する有機配位子
の使用により、具体的には、半導体超微粒子の発光能の
保持、あるいは安定化の効果が見られる場合が多い。こ
のメチレン基連鎖の炭素数は通常6〜20、好ましくは
8〜16、最も好ましくは9〜12程度とする。From the viewpoint of the above-mentioned shielding effect, the organic ligand preferably has a methylene group chain having 6 or more carbon atoms. When the semiconductor ultrafine particles are placed in the external environment (in some cases, acidic or alkaline) of a water-containing system as in a production method, the effect is remarkably exhibited. this is,
In such a water-containing system (particularly in an acidic system), a chemical change such as elution of a transition metal element from the surface of the semiconductor crystal due to a protonic acid is liable to occur, but an organic ligand having a methylene group chain having 6 or more carbon atoms is used. When bonded to the semiconductor crystal surface, it forms a kind of hydrophobic barrier due to its hydrophobicity,
This is presumed to be due to a mechanism of preventing a protic solvent molecule such as water, methanol, or ethanol, or a protonic acid from approaching the semiconductor crystal surface. By using such an organic ligand having a methylene group chain having 6 or more carbon atoms, specifically, an effect of retaining or stabilizing the luminous ability of the semiconductor ultrafine particles is often observed. The number of carbon atoms in this methylene group chain is usually about 6 to 20, preferably about 8 to 16, and most preferably about 9 to 12.
【0037】前記のマトリクス相溶性の点では、該有機
配位子はポリエチレングリコール(以下PEGと略記)
残基を含有するものであることが好ましく、特に後述す
るゾル−ゲル法による本発明のガラス組成物の製造方法
(通常含水低級アルコール溶媒系)においてその効果を
顕著に発揮する。これはPEG鎖の含水低級アルコール
溶媒系への溶解性のみならず、前記の無機ガラス非晶マ
トリクス(例えばSiO2)への優れた相溶性によるも
のと推定される。かかるPEG残基は、下記一般式
(2)で表される残基である。In terms of the above matrix compatibility, the organic ligand is polyethylene glycol (hereinafter abbreviated as PEG).
It is preferably a compound containing a residue, and the effect is particularly remarkable in the method for producing the glass composition of the present invention (usually a water-containing lower alcohol solvent system) by a sol-gel method described later. This is presumed to be due not only to the solubility of the PEG chain in the water-containing lower alcohol solvent system, but also to the excellent compatibility with the above-mentioned inorganic glass amorphous matrix (for example, SiO 2 ). Such a PEG residue is a residue represented by the following general formula (2).
【0038】[0038]
【化2】−(CH2CH2O)n−R (2) 但し一般式(2)において、Rは水素原子、炭素数1〜
7のアルキル基、及び炭素数10以下のアリール基から
なる群から任意に選択される構造を、nは50以下の自
然数をそれぞれ表す。## STR2 ##-(CH 2 CH 2 O) n —R (2) In the general formula (2), R is a hydrogen atom and has 1 to 1 carbon atoms.
A structure arbitrarily selected from the group consisting of an alkyl group having 7 carbon atoms and an aryl group having 10 or less carbon atoms, and n represents a natural number of 50 or less.
【0039】一般式(2)におけるRとして水素原子が
好適に使用されるが、アルキル基の具体例としては、メ
チル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、
n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、n
−ペンチル基、シクロペンチル基、n−ヘキシル基、シ
クロヘキシル基、ベンジル基等が挙げられ、親水性の点
で好ましくはメチル基、エチル基、n−プロピル基、イ
ソプロピル基等の炭素数3以下のアルキル基が、最も好
ましくはメチル基が使用される。該Rに使用されるアリ
ール基の具体例としては、フェニル基、トルイル基(モ
ノメチルフェニル基)、ジメチルフェニル基、エチルフ
ェニル基、イソプロピルフェニル基、4−tert−ブ
チルフェニル基、ピリジル基、モノメチルピリジル基、
ジメチルピリジル基等が挙げられ、親水性の点で好まし
くはフェニル基あるいはピリジル基が使用される。A hydrogen atom is preferably used as R in the general formula (2). Specific examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group,
n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, n
-A pentyl group, a cyclopentyl group, an n-hexyl group, a cyclohexyl group, a benzyl group and the like, and preferably alkyl having 3 or less carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group and an isopropyl group in terms of hydrophilicity. Groups are used, most preferably methyl groups. Specific examples of the aryl group used for R include a phenyl group, a toluyl group (monomethylphenyl group), a dimethylphenyl group, an ethylphenyl group, an isopropylphenyl group, a 4-tert-butylphenyl group, a pyridyl group, and a monomethylpyridyl group. Group,
Examples thereof include a dimethylpyridyl group, and a phenyl group or a pyridyl group is preferably used in terms of hydrophilicity.
【0040】一般式(2)における自然数nは、好まし
くは40以下、より好ましくは30以下、更に好ましく
は20以下、最も好ましくは10以下である。該nの数
値が大き過ぎるとガラス組成物中のPEG残基含量が必
要以上に大きくなり、剛性等の機械的強度の低下や線膨
張係数の増大等の好ましくない影響が出る場合がある。
但し逆にかかるnの数値の制御によるガラス組成物の機
械的物性制御(例えば弾性率制御による剛性と靱性のバ
ランス)が可能である、とも言える。一般式(2)の好
ましい構造として、通常、エチレングリコール残基(n
=2)やトリエチレングリコール残基(n=3)が挙げ
られ、非晶性マトリクスとの相溶性の点で更に好ましい
のはトリエチレングリコール残基であり、化学的安定性
の点で最も好ましいのはRがメチル基であるトリエチレ
ングリコールモノメチルエーテル(以下MTEGと略
記)残基である。The natural number n in the general formula (2) is preferably 40 or less, more preferably 30 or less, further preferably 20 or less, and most preferably 10 or less. If the value of n is too large, the content of PEG residues in the glass composition becomes unnecessarily large, and undesired effects such as a decrease in mechanical strength such as rigidity and an increase in coefficient of linear expansion may occur.
However, conversely, it can be said that mechanical property control (for example, balance between rigidity and toughness by elastic modulus control) of the glass composition is possible by controlling the numerical value of n. As a preferable structure of the general formula (2), an ethylene glycol residue (n
= 2) and a triethylene glycol residue (n = 3). More preferred in terms of compatibility with an amorphous matrix is a triethylene glycol residue, which is most preferred in terms of chemical stability. Is a triethylene glycol monomethyl ether (hereinafter abbreviated as MTEG) residue in which R is a methyl group.
【0041】前記の遮蔽効果とマトリクス相溶性、及び
化学合成の容易性から本発明に非常に好ましく使用され
る有機配位子として、下記一般式(1)で表されるω−
メルカプト脂肪酸のMTEGエステルが挙げられる。As an organic ligand that is very preferably used in the present invention in view of the above-mentioned shielding effect, matrix compatibility, and ease of chemical synthesis, ω- represented by the following general formula (1):
MTEG esters of mercapto fatty acids are mentioned.
【0042】[0042]
【化3】 HS(CH2)nCOO(CH2CH2O)3CH3 (1) 但し一般式(1)においてnは炭素数6以上11以下の
自然数を表す。特に好ましい具体的化合物としては、前
記一般式(1)においてn=10に相当する11−メル
カプトウンデカン酸MTEGエステルが例示される。な
お、かかるMTEGエステルの末端メチル基が水素原子
となった化合物も同様に好適である。Embedded image HS (CH 2 ) n COO (CH 2 CH 2 O) 3 CH 3 (1) In the general formula (1), n represents a natural number having 6 to 11 carbon atoms. As a particularly preferred specific compound, 11-mercaptoundecanoic acid MTEG ester corresponding to n = 10 in the general formula (1) is exemplified. A compound in which the terminal methyl group of the MTEG ester is a hydrogen atom is also suitable.
【0043】前記一般式(1)のMTEGエステルは、
例えば、11−メルカプトウンデカン酸等のω−メルカ
プト脂肪酸と過剰当量のMTEGとを硫酸やp−トルエ
ンスルホン酸等の酸触媒存在下脱水エステル化させる方
法(必要に応じ加熱や減圧脱水を施し平衡反応を加速す
る)やMTEGを過剰当量用いるエステル交換法等によ
り合成される。The MTEG ester of the general formula (1) is
For example, a method of subjecting an ω-mercapto fatty acid such as 11-mercaptoundecanoic acid and an excess equivalent of MTEG to dehydration esterification in the presence of an acid catalyst such as sulfuric acid or p-toluenesulfonic acid (equilibration reaction by heating or dehydration under reduced pressure if necessary) Is accelerated) or transesterification using MTEG in an excess equivalent.
【0044】なお、前記のPEG残基の代わりに、プロ
ピレンオキシド等の任意のアルキレンオキシドをエチレ
ンオキシドと共重合して得られるポリアルキレングリコ
ール残基を使用しても同様の効果が得られる場合がある
が、通常PEG残基が最良である。 [半導体結晶の製造方法]前記の半導体結晶は、従来行
われている下記の半導体結晶の製造方法等、任意の方法
を使用して構わない。 (a)分子ビームエピタキシー法あるいはCVD法等の
高真空プロセス。この方法により組成が高度に制御され
た高純度の半導体超微粒子が得られるが、ホスフィンや
アルシン等の有毒気体を原料とする場合があり、且つ高
価な製造装置を要するので生産性の点で産業上の利用に
制限がある。 (b)原料水溶液を非極性有機溶媒中の逆ミセルとして
存在させ該逆ミセル相中にて結晶成長させる方法(以
下、逆ミセル法と呼ぶ)であり、例えばB.S.Zou
ら;Int.J.Quant.Chem.,72巻,4
39(1999)に報告されている方法である。汎用的
な反応釜において公知の逆ミセル安定化技術が利用で
き、比較的安価かつ化学的に安定な塩を原料とすること
ができ、しかも水の沸点を超えない比較的低温で行われ
るため工業生産に適した方法である。但し、下記のホッ
トソープ法の場合に比べて発光特性に劣る場合がある。 (c)熱分解性原料を高温の液相有機媒体に注入して結
晶成長させる方法(以下、ホットソープ法と呼ぶ)であ
り、例えば前記のC.B.Murrayら著の文献に報
告されている方法である。逆ミセル法に比べて粒径分布
と純度に優れた半導体結晶が得られ、生成物は発光特性
に優れ有機溶剤に通常可溶である特徴がある。ホットソ
ープ法における液相での結晶成長の過程の反応速度を望
ましく制御する目的で、半導体構成元素に適切な配位力
のある配位性有機化合物が液相成分(溶媒と配位子を兼
ねる)として選択される。かかる配位性有機化合物の例
としては、トリブチルホスフィン、トリヘキシルホスフ
ィン、トリオクチルホスフィン等のトリアルキルホスフ
ィン類、トリブチルホスフィンオキシド、トリヘキシル
ホスフィンオキシド、トリオクチルホスフィンオキシ
ド、トリデシルホスフィンオキシド等のトリアルキルホ
スフィンオキシド類、オクチルアミン、デシルアミン、
ドデシルアミン、テトラデシルアミン、ヘキサデシルア
ミン、オクタデシルアミン等のω−アミノアルカン類、
ジメチルスルホキシドやジブチルスルホキシド等のジア
ルキルスルホキシド類等が挙げられる。これらのうち、
トリブチルホスフィンオキシドやトリオクチルホスフィ
ンオキシド等のトリアルキルホスフィンオキシド類やド
デシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミ
ン等の炭素数12以上のω−アミノアルカン類等が好適
であり、中でもトリオクチルホスフィンオキシド等のト
リアルキルホスフィンオキシド類、及びヘキサデシルア
ミン等の炭素数16以上のω−アミノアルカン類は最適
である。 (d)前記のホットソープ法と類似の半導体結晶成長を
伴う溶液反応であるが、酸塩基反応を駆動力として比較
的低い温度で行う方法が古くから知られている(例えば
P.A.Jackson;J.Cryst.Growt
h,3−4巻,395頁(1968)等)。最近では
D.Diazら;J.Phys.Chem.B,103
巻,9854頁(1999)には、カドミウム(II)の
カルボン酸塩と硫化ナトリウムとを原料としジメチルス
ルホキシド(DMSO)を溶媒とした硫化カドミウム
(CdS)ナノ結晶の合成が例示される。The same effect may be obtained by using a polyalkylene glycol residue obtained by copolymerizing an arbitrary alkylene oxide such as propylene oxide with ethylene oxide instead of the PEG residue. However, PEG residues are usually best. [Manufacturing Method of Semiconductor Crystal] The semiconductor crystal may be formed by an arbitrary method such as a conventional semiconductor crystal manufacturing method described below. (A) High vacuum process such as molecular beam epitaxy or CVD. By this method, high-purity semiconductor ultrafine particles whose composition is highly controlled can be obtained, but toxic gases such as phosphine and arsine may be used as raw materials, and expensive production equipment is required. There are restrictions on the above usage. (B) A method in which a raw material aqueous solution is present as reverse micelles in a nonpolar organic solvent and crystals are grown in the reverse micelle phase (hereinafter referred to as reverse micelle method). S. Zou
Int. J. Quant. Chem. , 72, 4
39 (1999). A well-known reverse micelle stabilization technique can be used in a general-purpose reactor, relatively inexpensive and chemically stable salts can be used as raw materials, and the reaction is performed at a relatively low temperature that does not exceed the boiling point of water. It is a suitable method for production. However, the light emission characteristics may be inferior to those of the following hot soap method. (C) A method of injecting a thermally decomposable raw material into a high-temperature liquid-phase organic medium to grow crystals (hereinafter referred to as a hot soap method). B. This is a method reported in a document by Murray et al. As compared with the reverse micelle method, a semiconductor crystal having excellent particle size distribution and purity can be obtained, and the product has excellent light emission characteristics and is generally soluble in an organic solvent. For the purpose of desirably controlling the reaction rate during the crystal growth process in the liquid phase in the hot soap method, a coordinating organic compound having an appropriate coordinating power for a semiconductor constituent element is used as a liquid phase component (also serves as a solvent and a ligand). ). Examples of such coordinating organic compounds include trialkyl phosphines such as tributyl phosphine, trihexyl phosphine, and trioctyl phosphine, and trialkyl phosphines such as tributyl phosphine oxide, trihexyl phosphine oxide, trioctyl phosphine oxide, and tridecyl phosphine oxide. Phosphine oxides, octylamine, decylamine,
Ω-aminoalkanes such as dodecylamine, tetradecylamine, hexadecylamine, octadecylamine,
And dialkyl sulfoxides such as dimethyl sulfoxide and dibutyl sulfoxide. Of these,
Trialkyl phosphine oxides such as tributyl phosphine oxide and trioctyl phosphine oxide, and ω-aminoalkanes having 12 or more carbon atoms such as dodecylamine, hexadecylamine, and octadecylamine are preferable, among which trioctyl phosphine oxide and the like are preferable. Most preferred are trialkylphosphine oxides and ω-aminoalkanes having 16 or more carbon atoms, such as hexadecylamine. (D) A solution reaction involving semiconductor crystal growth similar to the hot soap method described above, but a method in which an acid-base reaction is performed at a relatively low temperature as a driving force has been known for a long time (for example, PA Jackson). J. Cryst. Growth
h, 3-4, 395 (1968)). Recently, Diaz et al .; Phys. Chem. B, 103
Vol., Page 9854 (1999) illustrates the synthesis of cadmium sulfide (CdS) nanocrystals using cadmium (II) carboxylate and sodium sulfide as raw materials and dimethyl sulfoxide (DMSO) as a solvent.
【0045】かかる液相製造方法に使用可能な半導体原
料物質としては、周期表第2〜15族から選ばれる陽性
元素を含有する物質と、周期表第15〜17族から選ば
れる陰性元素を含有する物質が挙げられる。なお周期表
第15族元素は、例えば理化学辞典(第4版、岩波書
店、1987年)に記載の硫化ビスマスやテルル化ビス
マスのように3価の陽性元素としても半導体を構成する
ことが知られている。The semiconductor raw materials usable in the liquid phase production method include a substance containing a positive element selected from Groups 2 to 15 of the periodic table and a negative element selected from Groups 15 to 17 of the periodic table. Substances. It is known that the Group 15 element of the periodic table also constitutes a semiconductor as a trivalent positive element, for example, bismuth sulfide or bismuth telluride described in the Dictionary of Physical and Chemical Sciences (4th edition, Iwanami Shoten, 1987). ing.
【0046】半導体原料物質が複数種ある場合、これら
をあらかじめ混合しておいても良く、あるいはこれらを
それぞれ単独で反応液相に注入しても良い。これら原料
は、適当な希釈溶媒を用いて溶液にして使用しても構わ
ない。 [所望の有機配位子の半導体結晶表面への結合]前記に
例示したような任意の製造方法で得られる半導体結晶
に、前記の好ましい有機配位子(以下単に「有機配位
子」と呼ぶ)を結合させる好適な方法を例示する。 (a)配位子交換反応による方法 前記のホットソープ法等で合成される有機溶媒可溶性の
半導体超微粒子をトルエン、塩化メチレン、あるいはピ
リジン等の比較的弱配位性の有機溶媒に溶解し、所望の
有機配位子(好ましくはホスフィンオキシド基やメルカ
プト基等の強配位性官能基を有するもの)を加えて行
う。これにより、添加した有機配位子がもともと存在し
ていた配位子を置換する配位子交換が進行するが、所望
の有機配位子を残すにはこれら配位子の配位力を調整す
る必要がある。ピリジンを溶媒に使用すると、ピリジン
は弱いながら配位力のある溶媒分子なのでまずこれによ
る配位子交換が進行し、次いで添加された所望の有機配
位子による配位子交換が進行して好適な場合がある。 (b)有機配位子のホットソープ法反応液相への添加 前記のホットソープ法の反応液相に所望の有機配位子を
添加する方法である。かかる方法に好適な有機配位子
は、ホスフィン基やホスフィンオキシド基、あるいはメ
ルカプト基のような強配位性官能基を有する有機配位子
であり、特にホスフィンオキシド基を有するものが最適
である。ホットソープ法反応液相への配位性の有機配位
子の添加は、好ましくは該ホットソープ法反応の後期に
行われる。この理由は、所望の大きさの半導体結晶を生
成せしめた後で、その表面に配位性の有機配位子を配位
させるためである。所望の有機配位子の添加の時期は、
所望の吸発光能等により決まる半導体結晶の粒径に応じ
て選ばれる。 (c)有機配位子の逆ミセル法反応液相への添加 前記の逆ミセル法の反応液相に所望の有機配位子を添加
する方法である。かかる方法に好適な有機配位子は、ホ
スフィン基やホスフィンオキシド基を有するもの、ある
いはメルカプト基のような強配位性官能基を有する有機
配位子であり、特に親水性を有する前記のPEG残基を
有する有機配位子が最適である。When there are a plurality of semiconductor raw materials, these may be mixed in advance, or may be individually injected into the reaction liquid phase. These raw materials may be used as a solution using an appropriate diluting solvent. [Binding of Desired Organic Ligand to Semiconductor Crystal Surface] A semiconductor crystal obtained by any of the manufacturing methods exemplified above is added to the preferred organic ligand (hereinafter simply referred to as “organic ligand”). ) Is exemplified. (A) Method by Ligand Exchange Reaction The organic solvent-soluble semiconductor ultrafine particles synthesized by the hot soap method or the like are dissolved in a relatively weakly coordinating organic solvent such as toluene, methylene chloride, or pyridine. The reaction is performed by adding a desired organic ligand (preferably having a strongly coordinating functional group such as a phosphine oxide group or a mercapto group). As a result, ligand exchange in which the added organic ligand replaces the originally existing ligand proceeds, but the coordination force of these ligands is adjusted to leave the desired organic ligand. There is a need to. When pyridine is used as a solvent, pyridine is a weak but coordinating solvent molecule, so that ligand exchange proceeds first, and then ligand exchange by the added desired organic ligand proceeds. It may be. (B) Addition of organic ligand to reaction liquid phase of hot soap method This is a method of adding a desired organic ligand to the reaction liquid phase of the hot soap method. Organic ligands suitable for such a method are organic ligands having a strongly coordinating functional group such as a phosphine group, a phosphine oxide group, or a mercapto group, and particularly those having a phosphine oxide group are optimal. . The addition of the coordinating organic ligand to the reaction liquid phase of the hot soap method is preferably carried out at a later stage of the hot soap method reaction. The reason is that after a semiconductor crystal having a desired size is generated, a coordinating organic ligand is coordinated on the surface thereof. The timing of the addition of the desired organic ligand is
The choice is made according to the particle size of the semiconductor crystal determined by the desired absorption / emission ability. (C) Addition of organic ligand to reaction liquid phase of reverse micelle method This is a method of adding a desired organic ligand to the reaction liquid phase of the reverse micelle method. Organic ligands suitable for such a method are those having a phosphine group or a phosphine oxide group, or organic ligands having a strongly coordinating functional group such as a mercapto group, and especially the PEG having hydrophilicity. Organic ligands with residues are optimal.
【0047】[ガラス組成物の製造方法]本発明のガラ
ス組成物の製造方法に制限はないが、前記のゾル−ゲル
法が好適に用いられる。詳しくは、ゾル−ゲル法の原料
溶液に前記の半導体超微粒子をあらかじめ添加する方法
である。具体的には、半導体超微粒子を金属アルコキシ
ドを主体とする溶液に混合して原料溶液を得る第1工
程、及び該原料溶液中の金属アルコキシド等の加水分解
縮合反応を行う第2工程、の2つ工程を少なくとも含む
方法である。[Method for Producing Glass Composition] The method for producing the glass composition of the present invention is not limited, but the above-mentioned sol-gel method is preferably used. More specifically, this is a method in which the semiconductor ultrafine particles are added in advance to a raw material solution of a sol-gel method. Specifically, a first step of obtaining a raw material solution by mixing semiconductor ultrafine particles with a solution mainly composed of a metal alkoxide, and a second step of performing a hydrolytic condensation reaction of a metal alkoxide or the like in the raw material solution. This is a method including at least one step.
【0048】前記の第1工程は、半導体超微粒子と非晶
性マトリクス原料との混合工程である。該非晶性マトリ
クス原料は、加水分解反応と縮合反応により酸素原子や
窒素原子を介した前記の各種無機ガラス組成を生成する
化合物であり、その構造に特に制限はないが、具体的に
は一般式(3)で示される金属アルコキシドが例示され
る。The first step is a step of mixing the ultrafine semiconductor particles and the amorphous matrix raw material. The amorphous matrix raw material is a compound that forms the above-mentioned various inorganic glass compositions via an oxygen atom or a nitrogen atom by a hydrolysis reaction and a condensation reaction, and the structure thereof is not particularly limited. The metal alkoxide represented by (3) is exemplified.
【0049】[0049]
【化4】MRmZn (3) 但し上記一般式(3)において、Mは金属原子を、Rは
炭素数6以下のアルコキシ基を、Zは水素原子、水酸
基、あるいは炭素数10以下のアルキル基又はアリール
基のいずれかを、それぞれ表す。またm+nは金属原子
Mの原子価数に等しい自然数であり、mは自然数を、n
は零以上の整数をそれぞれ表す。Embedded image MR m Z n (3) where the above general formula (3), M is a metal atom, R represents an alkoxy group having 6 or less carbon atoms, Z is a hydrogen atom, a hydroxyl group or having 10 or less carbon, Represents either an alkyl group or an aryl group, respectively. M + n is a natural number equal to the valence number of the metal atom M, m is a natural number, n
Represents an integer of zero or more.
【0050】一般式(3)で示される金属アルコキシド
の具体例を好適な例であるアルコキシシラン類により以
下説明する。即ち、テトラメトキシシラン、テトラエト
キシシラン(通称TEOS)、テトラ−n−プロピルオ
キシシラン、テトライソプロピルオキシシラン、テトラ
−n−ブトキシシラン等のテトラアルコキシシラン類、
メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラ
ン、メチルトリ−n−プロピルオキシシラン、エチルト
リエトキシシラン、シクロヘキシルトリエトキシシラン
等のモノアルキルトリアルコキシシラン類、フェニルト
リエトキシシラン、ナフチルトリエトキシシラン、4−
クロロフェニルトリエトキシシラン、4−シアノフェニ
ルトリエトキシシラン、4−アミノフェニルトリエトキ
シシラン、4−ニトロフェニルトリエトキシシラン、4
−メチルフェニルトリエトキシシラン、4−ヒドロキシ
フェニルトリエトキシシラン等のモノアリールトリアル
コキシシラン類、フェノキシトリエトキシシラン、ナフ
チルオキシトリエトキシシラン、4−クロロフェニルオ
キシトリエトキシシラン、4−シアノフェニルトリオキ
シエトキシシラン、4−アミノフェニルオキシトリエト
キシシラン、4−ニトロフェニルオキシトリエトキシシ
ラン、4−メチルフェニルオキシトリエトキシシラン、
4−ヒドロキシフェニルオキシトリエトキシシラン等の
モノアリールオキシトリアルコキシシラン類、モノヒド
ロキシトリメトキシシラン、モノヒドロキシトリエトキ
シシラン、モノヒドロキシトリ−n−プロピルオキシシ
ラン等のモノヒドロキシトリアルコキシシラン類、ジメ
チルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジ
メチルジ−n−プロピルオキシシラン、メチル(エチ
ル)ジエトキシシラン、メチル(シクロヘキシル)ジエ
トキシシラン等のジアルキルジアルコキシシラン類、メ
チル(フェニル)ジエトキシシラン等のモノアルキルモ
ノアリールジアルコキシシラン類、ジフェニルジエトキ
シシラン等のジアリールジアルコキシシラン類、ジヒド
ロキシジメトキシシラン、ジヒドロキシジエトキシシラ
ン等のジヒドロキシジアルコキシシラン類、メチル(ヒ
ドロキシ)ジメトキシシラン等のモノアルキルモノヒド
ロキシジアルコキシシラン類、フェニル(ヒドロキシ)
ジメトキシシラン等のモノアリールモノヒドロキシジア
ルコキシシラン類、トリメチルメトキシシラン、トリメ
チルエトキシシラン、ジメチル(エチル)エトキシシラ
ン、ジメチル(シクロヘキシル)エトキシシラン等のト
リアルキルモノアルコキシシラン類、ジメチル(フェニ
ル)エトキシシラン等のジアルキルモノアリールモノア
ルコキシシラン類、メチル(ジフェニル)エトキシシラ
ン等のモノアルキルジアリールモノアルコキシシラン
類、トリヒドロキシメトキシシラン、トリヒドロキシエ
トキシシラン等のトリヒドロキシモノアルコキシシラン
類、及びテトラメトキシシランの2〜5量体等の前記の
アルコキシシラン類のオリゴマー等が挙げられる。Specific examples of the metal alkoxide represented by the general formula (3) will be described below using preferred examples of alkoxysilanes. That is, tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane (commonly known as TEOS), tetra-n-propyloxysilane, tetraisopropyloxysilane, and tetra-n-butoxysilane;
Monoalkyl trialkoxysilanes such as methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltri-n-propyloxysilane, ethyltriethoxysilane, cyclohexyltriethoxysilane, phenyltriethoxysilane, naphthyltriethoxysilane, 4-
Chlorophenyltriethoxysilane, 4-cyanophenyltriethoxysilane, 4-aminophenyltriethoxysilane, 4-nitrophenyltriethoxysilane, 4
Monoaryl trialkoxysilanes such as -methylphenyltriethoxysilane, 4-hydroxyphenyltriethoxysilane, phenoxytriethoxysilane, naphthyloxytriethoxysilane, 4-chlorophenyloxytriethoxysilane, 4-cyanophenyltrioxyethoxysilane , 4-aminophenyloxytriethoxysilane, 4-nitrophenyloxytriethoxysilane, 4-methylphenyloxytriethoxysilane,
Monoaryloxy trialkoxysilanes such as 4-hydroxyphenyloxytriethoxysilane, monohydroxytrialkoxysilanes such as monohydroxytrimethoxysilane, monohydroxytriethoxysilane, monohydroxytri-n-propyloxysilane, dimethyldimethoxy Dialkyl dialkoxy silanes such as silane, dimethyl diethoxy silane, dimethyl di-n-propyloxy silane, methyl (ethyl) diethoxy silane, methyl (cyclohexyl) diethoxy silane, and monoalkyl mono such as methyl (phenyl) diethoxy silane Aryl dialkoxy silanes, diaryl dialkoxy silanes such as diphenyl diethoxy silane, dihydroxy dimethoxy silane, dihydroxy such as dihydroxy diethoxy silane Alkoxysilanes, methyl (hydroxymethyl) monoalkyl monohydroxy dialkoxysilane such as dimethoxysilane, phenyl (hydroxy)
Monoarylmonohydroxydialkoxysilanes such as dimethoxysilane, trialkylmonoalkoxysilanes such as trimethylmethoxysilane, trimethylethoxysilane, dimethyl (ethyl) ethoxysilane, dimethyl (cyclohexyl) ethoxysilane, and dimethyl (phenyl) ethoxysilane Dialkylmonoarylmonoalkoxysilanes, monoalkyldiarylmonoalkoxysilanes such as methyl (diphenyl) ethoxysilane, trihydroxymonoalkoxysilanes such as trihydroxymethoxysilane and trihydroxyethoxysilane and tetramethoxysilane Oligomers of the above-mentioned alkoxysilanes such as pentamers and the like can be mentioned.
【0051】一般式(3)で表される金属アルコキシド
を様々な金属元素Mについて更に例示すると、ジエトキ
シベリリウム、トリエトキシホウ素、ジエトキシマグネ
シウム、トリエトキシアルミニウム、テトラエトキシチ
タン、テトラ−n−ブトキシチタン、ジエトキシ亜鉛、
トリエトキシガリウム、テトラエトキシゲルマニウム、
テトラエトキシジルコニウム、ジエトキシカドミウム、
トリエトキシインジウム、ジエトキシ鉛、テトラメトキ
シ鉛等が挙げられる。Further examples of the metal alkoxide represented by the general formula (3) for various metal elements M include diethoxyberyllium, triethoxyboron, diethoxymagnesium, triethoxyaluminum, tetraethoxytitanium, tetra-n-butoxy. Titanium, diethoxy zinc,
Triethoxygallium, tetraethoxygermanium,
Tetraethoxyzirconium, diethoxycadmium,
Triethoxyindium, diethoxy lead, tetramethoxy lead and the like can be mentioned.
【0052】これら金属アルコキシド類には、以下に例
示する金属ハロゲン化物を併用しても構わない。即ち、
ハロゲノシラン類として、テトラクロロシラン等のテト
ラハロゲノシラン類、メチルトリクロロシラン等のモノ
アルキルトリハロゲノシラン類、フェニルトリクロロシ
ラン等のモノアリールトリハロゲノシラン類、メトキシ
トリクロロシラン等のモノアルコキシトリハロゲノシラ
ン類、ジメチルジクロロシラン等のジアルキルジハロゲ
ノシラン類、メチル(フェニル)ジクロロシラン等のモ
ノアルキルモノアリールジハロゲノシラン類、ジフェニ
ルジクロロシラン等のジアリールジハロゲノシラン類、
ジエトキシジクロロシラン等のジアルコキシジハロゲノ
シラン類、メチル(エトキシ)ジクロロシラン等のモノ
アルキルモノアルコキシジクロロシラン類、フェニル
(エトキシ)ジクロロシラン等のモノアリールモノエト
キシジクロロシラン類、トリメチルクロロシラン等のト
リアルキルモノハロゲノシラン類、ジメチル(フェニ
ル)クロロシラン等のジアルキルモノアリールモノハロ
ゲノシラン類、メチル(ジフェニル)クロロシラン等の
モノアルキルジアリールモノハロゲノシラン類、トリエ
トキシクロロシラン等のトリエトキシモノハロゲノシラ
ン類、及びテトラクロロシランの2〜5量体等の前記の
ハロゲノシラン類のオリゴマー等が挙げられる。シラン
類以外の金属ハロゲン化物として、前記の半導体原料物
質となる陽性元素含有物質の例における各種ハロゲン化
物がここでも例示される。かかる金属ハロゲン化物は、
少量の金属元素を非晶性マトリクスの分子鎖に含有させ
たい場合に特に好適に使用される。These metal alkoxides may be used in combination with the following metal halides. That is,
As halogenosilanes, tetrahalogenosilanes such as tetrachlorosilane, monoalkyltrihalogenosilanes such as methyltrichlorosilane, monoaryltrihalogenosilanes such as phenyltrichlorosilane, monoalkoxytrihalogenosilanes such as methoxytrichlorosilane, Dialkyldihalogenosilanes such as dimethyldichlorosilane, monoalkylmonoaryldihalogenosilanes such as methyl (phenyl) dichlorosilane, diaryldihalogenosilanes such as diphenyldichlorosilane,
Trialkoxydihalogenosilanes such as diethoxydichlorosilane, monoalkylmonoalkoxydichlorosilanes such as methyl (ethoxy) dichlorosilane, monoarylmonoethoxydichlorosilanes such as phenyl (ethoxy) dichlorosilane, and trimethylchlorosilane Alkyl monohalogenosilanes, dialkyl monoaryl monohalogenosilanes such as dimethyl (phenyl) chlorosilane, monoalkyl diaryl monohalogenosilanes such as methyl (diphenyl) chlorosilane, triethoxy monohalogenosilanes such as triethoxychlorosilane, and tetra Oligomers of the above-mentioned halogenosilanes such as dimer to pentamer of chlorosilane and the like can be mentioned. As the metal halides other than the silanes, various halides in the example of the positive element-containing substance serving as the semiconductor raw material described above are also exemplified. Such metal halides are
It is particularly preferably used when a small amount of metal element is to be contained in the molecular chains of the amorphous matrix.
【0053】また、ヘキサメチルジシラザン等、ケイ素
に代表される各種陽性元素が窒素原子と結合した化合物
も非晶性マトリクス原料として使用できる。これら例示
された非晶性マトリクス原料の中でも、テトラメトキシ
シラン、テトラエトキシシラン等のテトラアルコキシシ
ラン類、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキ
シシラン、n−ブチルトリエトキシシラン等のモノアル
キルトリアルコキシシラン類、トリエトキシアルミニウ
ム等のトリアルコキシアルミニウム類、テトラエトキシ
チタン等のテトラアルコキシチタン類、テトラクロロシ
ラン等のテトラハロゲノシラン類、トリクロロアルミニ
ウム等のトリハロゲノアルミニウム類、テトラクロロチ
タン等のテトラハロゲノチタン類等が好適に使用され、
更に好適にはテトラメトキシシラン、テトラエトキシシ
ラン等のテトラアルコキシシラン類、トリエトキシアル
ミニウム等のトリアルコキシアルミニウム類、テトラク
ロロシラン等のテトラハロゲノシラン類が、最も好適に
はテトラエトキシシラン等のテトラアルコキシシラン類
が使用される。なお、これら例示された非晶性マトリク
ス原料のうち任意の複数を任意の組成で併用しても良
い。Compounds in which various positive elements represented by silicon, such as hexamethyldisilazane, are bonded to nitrogen atoms can also be used as a raw material for an amorphous matrix. Among these exemplified amorphous matrix raw materials, tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane and tetraethoxysilane, and monoalkyl trialkoxysilanes such as methyltriethoxysilane, ethyltriethoxysilane and n-butyltriethoxysilane , Trialkoxyaluminums such as triethoxyaluminum, tetraalkoxytitaniums such as tetraethoxytitanium, tetrahalogenosilanes such as tetrachlorosilane, trihalogenoaluminums such as trichloroaluminum, and tetrahalogenotitaniums such as tetrachlorotitanium. Preferably used,
More preferably, tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane and tetraethoxysilane, trialkoxyaluminums such as triethoxyaluminum, tetrahalogenosilanes such as tetrachlorosilane, and most preferably tetraalkoxysilane such as tetraethoxysilane Kind is used. Note that any of these exemplified amorphous matrix raw materials may be used in combination with an arbitrary composition.
【0054】前記の第1工程において前記の非晶性マト
リクス原料は、メタノール、エタノール、n−プロパノ
ール、イソプロピルアルコール、n−ブタノール、イソ
ブチルアルコール、t−ブチルアルコール等の低級アル
コール類、エチレングリコールやグリセリン等の多価グ
リコール類、アセトンやメチルエチルケトン等の低級ケ
トン類、テトラヒドロフランや1,4−ジオキサン等の
環状エーテル類、ジエチルエーテル、メチルセロソル
ブ、エチルセロソルブ等の脂肪族直鎖エーテル類、アセ
トニトリルやアクリロニトリル等のニトリル類、酢酸メ
チルや酢酸エチル等の低級脂肪酸のエステル類、N,N
−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミ
ド(通称DMF)、N−メチルピロリドン(通称NM
P)等の非プロトン性アミド系溶媒、ジメチルスルホキ
シド(通称DMSO)等のスルホキシド類等等の水溶性
溶剤(適量の水を含む)に溶解され、ここに前記の半導
体超微粒子を混合する。かかる混合の順序と時間に制限
はなく、適宜攪拌を加えても構わない。また、混合容器
内を窒素やアルゴン等の不活性気体雰囲気としても構わ
ない。かかる混合における温度は、溶液が凝結しない限
りにおいて制限はないが、通常−50〜100℃、好ま
しくは0〜70℃、最も好ましくは20〜50℃程度の
範囲とし、例えば沸騰を避けるために適宜加圧しても構
わない。これらの水溶性溶剤は後の工程で通常除去する
ので、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イ
ソプロピルアルコール、アセトン、テトラヒドロフラン
等の比較的沸点の低いものが好適であり、非晶性マトリ
クス原料溶解性の点でメタノール、エタノール、n−プ
ロパノール、イソプロピルアルコール等の低級アルコー
ル類が更に好ましく、最も好ましいのはエタノールであ
る。In the first step, the amorphous matrix raw material includes lower alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropyl alcohol, n-butanol, isobutyl alcohol and t-butyl alcohol, ethylene glycol and glycerin. , Lower ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 1,4-dioxane, aliphatic linear ethers such as diethyl ether, methyl cellosolve and ethyl cellosolve, acetonitrile and acrylonitrile and the like. Nitriles, esters of lower fatty acids such as methyl acetate and ethyl acetate, N, N
-Dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide (commonly known as DMF), N-methylpyrrolidone (commonly known as NM
P) and a water-soluble solvent (including an appropriate amount of water) such as sulfoxides such as dimethyl sulfoxide (DMSO), and the semiconductor ultrafine particles are mixed therein. There is no limitation on the order and time of the mixing, and stirring may be appropriately added. Further, the inside of the mixing container may be an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. The temperature in the mixing is not limited as long as the solution does not condense, but is usually in the range of -50 to 100 ° C, preferably 0 to 70 ° C, and most preferably about 20 to 50 ° C. Pressure may be applied. Since these water-soluble solvents are usually removed in a later step, those having a relatively low boiling point such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropyl alcohol, acetone, and tetrahydrofuran are preferable, and the solubility of the amorphous matrix raw material is low. From the viewpoint, lower alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol and isopropyl alcohol are more preferable, and ethanol is most preferable.
【0055】該第1工程における半導体超微粒子の非晶
性マトリクス原料に対する混合比は、前記した本発明の
ガラス組成物中の半導体結晶含量に応じて調整される。
前記の水溶性溶剤に含有させる水は第2工程における加
水分解縮合反応に必須であり、水の添加量は前記の非晶
性マトリクス原料の反応性基(アルコキシ基やハロゲン
原子)の総モル数に対して、通常0.1〜1000当
量、加水分解反応性と非晶性マトリクス原料等の溶解性
の点で好ましくは0.5〜500当量、更に好ましくは
0.8〜100当量、最も好ましくは1〜50当量程度
とする。また、該第1工程で得る原料溶液における非晶
性マトリクス原料の濃度は、後述する薄膜状あるいはフ
ァイバー状成形体の製造等における反応溶液の塗布性や
ゾル−ゲル法反応の速度に応じて調整されるが、通常
0.01〜50重量%、好ましくは0.1〜30重量
%、最も好ましくは1〜20重量%程度とする。The mixing ratio of the semiconductor ultrafine particles to the amorphous matrix raw material in the first step is adjusted according to the content of the semiconductor crystals in the glass composition of the present invention described above.
The water contained in the water-soluble solvent is essential for the hydrolysis-condensation reaction in the second step, and the amount of water added is the total number of moles of the reactive groups (alkoxy groups and halogen atoms) of the amorphous matrix material. To 0.1 to 1000 equivalents, preferably 0.5 to 500 equivalents, more preferably 0.8 to 100 equivalents, most preferably, in terms of hydrolysis reactivity and solubility of the amorphous matrix raw material and the like. Is about 1 to 50 equivalents. Further, the concentration of the amorphous matrix raw material in the raw material solution obtained in the first step is adjusted according to the applicability of the reaction solution and the rate of the sol-gel reaction in the production of a thin film or fibrous molded article described later. However, it is usually about 0.01 to 50% by weight, preferably about 0.1 to 30% by weight, and most preferably about 1 to 20% by weight.
【0056】前記の第2工程は、該非晶性マトリクス原
料の加水分解縮合反応工程であり、通常、酸触媒(例え
ば、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸等の鉱酸、蟻酸、酢酸、
トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸等の
有機酸、酸性イオン交換樹脂等)又は塩基触媒(例え
ば、アンモニア、1級アミン類、2級アミン類、3級ア
ミン類、ピリジン等の含窒素芳香族化合物、塩基性イオ
ン交換樹脂、水酸化ナトリウム等の水酸化物、炭酸カリ
ウム等の炭酸塩、酢酸ナトリウム等のカルボン酸塩等)
を加え、次いで加水分解及び縮合反応を進行させて行
う。かかる触媒の添加量は、所望の反応速度により変動
するがプロトン酸あるいはプロトン塩基の当量として通
常0.001〜1000ミリ当量/L、反応速度と半導
体超微粒子の安定性の点で好ましくは0.01〜100
ミリ当量/L、最も好ましくは0.005〜50ミリ当
量/L程度とする。複数種の該触媒を併用しても構わな
い。該第2工程の反応には適宜攪拌を加えても構わず、
また反応容器内を窒素やアルゴン等の不活性気体雰囲気
としても構わない。The second step is a hydrolysis-condensation reaction step of the amorphous matrix material, and is usually carried out with an acid catalyst (for example, a mineral acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, formic acid, acetic acid, etc.).
Organic acids such as trifluoroacetic acid and trifluoromethanesulfonic acid, acidic ion exchange resins and the like; or base catalysts (eg, ammonia, primary amines, secondary amines, tertiary amines, nitrogen-containing aromatic compounds such as pyridine) , Basic ion exchange resins, hydroxides such as sodium hydroxide, carbonates such as potassium carbonate, carboxylate salts such as sodium acetate, etc.)
And then the hydrolysis and condensation reactions are allowed to proceed. The amount of the catalyst added varies depending on the desired reaction rate, but is usually 0.001 to 1000 meq / L as the equivalent of a protonic acid or a proton base, and is preferably 0.1 to 1 in terms of the reaction rate and the stability of the semiconductor ultrafine particles. 01-100
It is set to about milliequivalent / L, most preferably about 0.005 to 50 milliequivalent / L. A plurality of such catalysts may be used in combination. The reaction in the second step may be appropriately stirred.
The inside of the reaction vessel may be an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon.
【0057】該第2工程の非晶性マトリクス原料の加水
分解縮合反応の温度については、反応液が凝結しない限
りにおいて制限はないが、一般に高いほど該反応速度が
大きくなるので、該反応の温度は通常−20〜150
℃、好ましくは10〜100℃、最も好ましくは30〜
80℃程度の範囲とし、例えば沸騰を避けるために適宜
加圧しても構わない。かかる反応温度は、反応の進行度
に応じて適宜変化させても構わず、例えば反応初期は1
0〜40℃程度の比較的低温とし、非晶性マトリクスの
高分子鎖が形成され増粘するにつれて50〜100℃程
度の比較的高温とするのが好ましい場合もある。また、
後述する薄膜状あるいはファイバー状成形体の製造等に
当たり、前記の水溶性溶剤等を除去すべく、該反応の後
期に該溶剤の沸点以上の高温としても構わない。The temperature of the hydrolysis-condensation reaction of the amorphous matrix raw material in the second step is not limited as long as the reaction mixture does not condense. Is usually -20 to 150
° C, preferably from 10 to 100 ° C, most preferably from 30 to 100 ° C.
The temperature may be in the range of about 80 ° C., and may be appropriately pressurized, for example, to avoid boiling. The reaction temperature may be appropriately changed according to the degree of progress of the reaction.
In some cases, it is preferable to use a relatively low temperature of about 0 to 40 ° C. and a relatively high temperature of about 50 to 100 ° C. as the polymer chains of the amorphous matrix are formed and thickened. Also,
In the production of a thin film or fibrous shaped body described below, the temperature may be higher than the boiling point of the solvent at a later stage of the reaction in order to remove the water-soluble solvent.
【0058】通常、該第2工程の反応により非晶性マト
リクス分子鎖の高分子量化が進行すると急激に反応液の
流動性が低下するので、反応器からの生成物の抜き出し
が困難となる場合があるので、該第2工程の反応時間を
制御する必要がある。通常、該反応液全体に及ぶゲル化
が起きる前に反応液を反応器から抜き出し、後述する薄
膜状あるいはファイバー状成形体等の形状に成形する工
程に移る。前記の触媒添加からかかる抜き出しまでの反
応時間に制限はないが、通常10分〜720時間、反応
の進行度と生産性の点から好ましくは0.5〜360時
間、最も好ましくは1〜180時間程度とする。Usually, when the molecular weight of the amorphous matrix is increased to a high molecular weight by the reaction in the second step, the fluidity of the reaction solution is rapidly decreased, and it is difficult to extract the product from the reactor. Therefore, it is necessary to control the reaction time of the second step. Usually, the reaction solution is withdrawn from the reactor before gelation of the entire reaction solution occurs, and the process proceeds to a step of forming a thin film or a fiber-shaped molded body, which will be described later. The reaction time from the addition of the catalyst to the extraction is not limited, but is usually from 10 minutes to 720 hours, preferably from 0.5 to 360 hours, most preferably from 1 to 180 hours from the viewpoint of the progress of the reaction and the productivity. Degree.
【0059】前記のゾル−ゲル法による本発明のガラス
組成物の製造において、複数種の原料溶液の混合、複数
種の加水分解縮合反応液の混合、加水分解縮合反応が進
行した反応液への任意の原料溶液の追加、加水分解縮合
反応が進行した反応液への半導体超微粒子の添加等、必
要構成要件の任意の組み合わせにより改良を行っても構
わない。In the production of the glass composition of the present invention by the above-mentioned sol-gel method, a mixture of plural kinds of raw material solutions, a mixture of plural kinds of hydrolytic condensation reaction liquids, Improvements may be made by any combination of necessary components such as addition of an arbitrary raw material solution, addition of semiconductor ultrafine particles to the reaction solution in which the hydrolysis and condensation reaction has progressed, and the like.
【0060】[ガラス組成物の用途]本発明のガラス組
成物は、通常20nm以下に分散した半導体結晶を含有
するので、透過光波長の1/10程度の空間距離での密
度揺らぎに起因するレイリー散乱が極度に低減された材
料であるので、高い光線透過率を必要とする後述の各種
光学用途に好適に使用される。特に、高屈折率、あるい
は吸発光能等の特徴を利用して薄膜状あるいはフィアバ
ー状成形体として好適に使用される。[Applications of Glass Composition] The glass composition of the present invention usually contains semiconductor crystals dispersed to 20 nm or less. Since the material has extremely reduced scattering, it is suitably used for various optical applications described below that require high light transmittance. In particular, it is suitably used as a thin-film or fire-bar-shaped molded product by utilizing features such as a high refractive index and an ability to absorb and emit light.
【0061】薄膜状成形体としては、具体的には、薄膜
導波路や光増幅器等の光導波路、ディスプレイの発光
体、反射防止や光線吸収等の被覆層等が例示される。こ
れらのうち、高屈折率が好適に利用されるのは薄膜導波
路やディスプレイの反射防止被覆層等であり、発光能が
利用されるのは光増幅器やディスプレイの発光体であ
り、吸光能が利用されるのは紫外線等の光線吸収被覆層
(ディスプレイや眼鏡等のレンズに使用される)であ
る。フィアバー状成形体としては、光ファイバーや光増
幅器等の光導波路が例示される。この他、本発明のガラ
ス組成物を光屈折部材、具体的には、レンズやプリズム
等の材料として使用可能である。Specific examples of the thin film-shaped molded body include an optical waveguide such as a thin film waveguide and an optical amplifier, a luminous body of a display, and a coating layer such as an antireflection or light absorption. Of these, the high refractive index is preferably used for a thin film waveguide or an antireflection coating layer of a display, and the luminous ability is used for an optical amplifier or a luminous body of a display. What is used is a light-absorbing coating layer for ultraviolet rays or the like (used for lenses of displays and glasses). An optical waveguide such as an optical fiber or an optical amplifier is exemplified as the fiber-shaped molded body. In addition, the glass composition of the present invention can be used as a light refraction member, specifically, a material for a lens, a prism, and the like.
【0062】更に、半導体結晶は通常原子番号の高い元
素を高濃度で含むので、エックス線やガンマ線等の紫外
線以上の高エネルギー電磁波、電子線や中性子線等の素
粒子線、あるいはα線のような低分子線を吸収あるいは
散乱する能力が高い。従って、本発明のガラス組成物
は、前記の高エネルギー電磁波、素粒子線、あるいは低
分子線を遮蔽する建材等の成形体として利用可能であ
る。この場合、該ガラス組成物は必ずしも目視透明性を
備える必要はない。Further, since a semiconductor crystal usually contains a high concentration of an element having a high atomic number, a high-energy electromagnetic wave such as an ultraviolet ray such as an X-ray or a gamma ray, an elementary particle beam such as an electron beam or a neutron beam, or an α-ray. High ability to absorb or scatter low molecular beam. Therefore, the glass composition of the present invention can be used as a molded product such as a building material that shields the high-energy electromagnetic wave, elementary particle beam, or low-molecular beam. In this case, the glass composition does not necessarily need to have visual transparency.
【0063】本発明のガラス組成物は、石英ガラス等の
汎用無機ガラスに比較的近い線膨張係数、あるいはかか
る無機ガラスとの良好な接着性を有し、しかも前記のゾ
ル−ゲル法反応液の塗布成形性を有するので、有用なガ
ラス製品コーティング材料として使用される。 [薄膜状成形体]前記の薄膜状成形体を得る方法に特に
制限はないが、好ましいのは前記のゾル−ゲル法反応に
よる本発明のガラス組成物の製造方法における反応液あ
るいは原料溶液の塗布成形であり、通常、かかる液体を
基材に塗布し、ガラス組成物の非晶性マトリクスを所望
の程度に高分子量化し、かかる高分子量化の途中あるい
は後で溶媒等の揮発成分を加熱や減圧により除去して行
われる。かかる塗布法に用いられる基材には特に制限は
ないが、例えば、金属、金属酸化物、セラッミックス、
化合物半導体、石英、シリカガラス等の無機物質、及び
各種ポリマーや紙などの有機物質、あるいは有機液体や
水銀等の液体表面を使用することができる。中でも、金
属、金属酸化物、セラッミックス、石英、シリカガラス
等などの無機物質を用いるのが得られる薄膜の安定性の
点で好ましい。基材への塗布方法としては、スピンコー
ティング法、ディップコーティング法、ウェッティング
フィルム法、スプレーコーティング法、ダイコーティン
グ法等の一般的な方法を用いることができる。The glass composition of the present invention has a coefficient of linear expansion relatively close to that of general-purpose inorganic glass such as quartz glass, or has good adhesiveness with such inorganic glass. Since it has application moldability, it is used as a useful glassware coating material. [Thin-film shaped body] The method for obtaining the thin-film shaped body is not particularly limited, but is preferably applied to the reaction solution or the raw material solution in the method for producing a glass composition of the present invention by the sol-gel method reaction. Usually, such a liquid is applied to a substrate, the amorphous matrix of the glass composition is polymerized to a desired degree, and a volatile component such as a solvent is heated or depressurized during or after the polymerization. To remove. There is no particular limitation on the substrate used in such a coating method, for example, metal, metal oxide, ceramics,
Inorganic substances such as compound semiconductors, quartz and silica glass, organic substances such as various polymers and paper, or liquid surfaces such as organic liquids and mercury can be used. Among them, it is preferable to use an inorganic substance such as a metal, a metal oxide, ceramics, quartz, and silica glass from the viewpoint of the stability of the obtained thin film. As a method for applying to the substrate, a general method such as a spin coating method, a dip coating method, a wetting film method, a spray coating method, and a die coating method can be used.
【0064】このようにして得られる薄膜状成形体の膜
厚、大きさ、形状、面の性質(例えば平面、球面、曲
面、凹面、凸面、多孔質の面、平滑性、あるいは厚さの
分布等の属性)には特に制限はないが、例えば膜厚は、
通常、1〜100,000nm、好ましくは1〜10,
000nm、より好ましくは1〜1,000nm程度で
ある。The film thickness, size, shape, and surface properties (eg, flat, spherical, curved, concave, convex, porous surface, smoothness, or thickness distribution) of the thin-film molded article thus obtained Is not particularly limited, for example, the film thickness is
Usually, 1 to 100,000 nm, preferably 1 to 10,
000 nm, more preferably about 1 to 1,000 nm.
【0065】[ファイバー状成形体]前記のファイバー
状成形体を得る方法に特に制限はないが、好ましいのは
前記のゾル−ゲル法反応による本発明のガラス組成物の
製造方法における反応液の紡糸成形であり、かかる反応
液は紡糸可能な粘度やゾル溶液弾性を持つ程度に該反応
を進行させておくことが必要である。[Fibrous Molded Article] The method for obtaining the above-mentioned fibrous molded article is not particularly limited, but the spinning of the reaction solution in the method for producing the glass composition of the present invention by the above-mentioned sol-gel reaction is preferred. It is molding, and it is necessary that such a reaction solution is allowed to advance the reaction to such an extent that it has a spinnable viscosity and sol solution elasticity.
【0066】かかる紡糸工程の途中あるいは後で溶媒等
の揮発成分を加熱や減圧により除去する。該紡糸工程で
得られるファイバー状成形体の表面に、必要に応じて合
成樹脂溶液や別のゾル−ゲル法反応液等を塗布して表面
コーティングを行っても構わない。このようにして得ら
れるファイバー状成形体の太さ、太さ分布、あるいは断
面形状には特に制限はないが、例えば太さは、通常0.
1〜10,000μm、好ましくは1〜1,000μ
m、より好ましくは5〜500μm程度である。During or after the spinning step, volatile components such as a solvent are removed by heating or reducing the pressure. The surface of the fibrous formed body obtained in the spinning step may be coated with a synthetic resin solution or another sol-gel method reaction solution as necessary. There are no particular restrictions on the thickness, thickness distribution, or cross-sectional shape of the fibrous formed body thus obtained.
1 to 10,000 μm, preferably 1 to 1,000 μm
m, more preferably about 5 to 500 μm.
【0067】[0067]
【実施例】以下に実施例により本発明の具体的態様を更
に詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限
り、これらの実施例によって限定されるものではない。
なお、原料試薬は、特に記載がない限り、Aldric
h社製のものを精製を加えず使用した。但し、精製トル
エンは、濃硫酸、水、飽和重曹水、更に水の順序で洗浄
後、無水硫酸マグネシウムで乾燥次いで濾紙で濾過し、
五酸化二リン(P2O5)から蒸留して得、精製塩化メチ
レンは五酸化二リン(P2O5)で乾燥した後、ここから
大気圧にて直接蒸留して得た。また、半導体超微粒子の
合成例に用いたメタノールとn−ブタノールは、ともに
Aldrich社から供給される無水グレード(99.
8%)を使用した。EXAMPLES Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples unless it exceeds the gist thereof.
The raw material reagents are Aldric unless otherwise specified.
The product of Company h was used without purification. However, the purified toluene was washed with concentrated sulfuric acid, water, saturated aqueous sodium hydrogen carbonate, and water in that order, dried over anhydrous magnesium sulfate, and then filtered through filter paper.
Obtained by distillation from diphosphorus pentaoxide (P 2 O 5), dried with purified methylene chloride phosphorus pentoxide (P 2 O 5), was obtained by direct distillation at atmospheric pressure from here. In addition, methanol and n-butanol used in the synthesis example of the semiconductor ultrafine particles were both anhydrous grade (99.
8%).
【0068】[測定装置と条件等] (1)赤外吸収スペクトル(FT−IR):日本分光工
業社製FT/IR−8000型FT−IR。23℃にて
測定した。 (2)X線回折(XRD)スペクトル:リガク(株)製
RINT1500(X線源:銅Kα線、波長1.541
8Å)。23℃にて測定した。 (3)透過型電子顕微鏡(TEM)観察:日立製作所
(株)製H−9000UHR型透過電子顕微鏡(加速電
圧300kV、観察時の真空度約7.6×10-9Tor
r)にて行った。 (4)光励起発光(PL)スペクトル:日立製作所
(株)製F−2500型分光蛍光光度計にて、スキャン
スピード60nm/分、励起側スリット5nm、蛍光側
スリット5nm、フォトマル電圧400Vの条件で、光
路長1cmの石英製セルを用いて測定した。 (5)熱重量分析(TG):セイコーインスツルメンツ
(株)製TG/DTA320を使用し、アルミニウム製
パンに試料を10mg程度のせ、200mL/分の空気
気流中、30℃から550℃設定(試料台直下の実測温
度は562〜563℃となる)まで毎分20℃の速度で
昇温し、設定温度に達してから該設定温度で120分保
温した場合の重量と初期重量から加熱減量を算出した。[Measurement Apparatus and Conditions, etc.] (1) Infrared absorption spectrum (FT-IR): FT / IR-8000 type FT-IR manufactured by JASCO Corporation. Measured at 23 ° C. (2) X-ray diffraction (XRD) spectrum: RINT 1500 manufactured by Rigaku Corporation (X-ray source: copper Kα ray, wavelength 1.541)
8Å). Measured at 23 ° C. (3) Transmission electron microscope (TEM) observation: H-9000UHR transmission electron microscope manufactured by Hitachi, Ltd. (acceleration voltage: 300 kV, degree of vacuum during observation: about 7.6 × 10 −9 Torr)
r). (4) Photoexcitation light emission (PL) spectrum: F-2500 type spectrofluorimeter manufactured by Hitachi, Ltd., scan speed 60 nm / min, excitation side slit 5 nm, fluorescence side slit 5 nm, photomultiplier voltage 400 V The measurement was performed using a quartz cell having an optical path length of 1 cm. (5) Thermogravimetric analysis (TG): Using TG / DTA320 manufactured by Seiko Instruments Inc., place about 10 mg of a sample in an aluminum pan, and set at 30 ° C. to 550 ° C. in an air stream of 200 mL / min. The measured temperature immediately below was 562 to 563 ° C.) at a rate of 20 ° C. per minute, and after reaching the set temperature, the heating loss was calculated from the weight when the sample was kept at the set temperature for 120 minutes and the initial weight. .
【0069】合成例1[11−メルカプトウンデカン酸
MTEGエステルの合成] 11−メルカプトウンデカン酸(1.70g)と東京化
成(株)から供給されたトリエチレングリコールモノメ
チルエーテル(以下MTEGと略記:50mL)、及び
濃硫酸(国産化学(株);5滴)を乾燥窒素雰囲気のフ
ラスコ内に混合し、60℃で攪拌しながら30mmHg
以下の圧力での減圧脱水を延べ約36時間行った。反応
液を大量の氷水に攪拌しながら徐々に加えて得た析出物
をn−ヘキサン/酢酸エチル(5/1容量比)混合溶媒
で抽出し、この有機相を飽和重曹水、次いで水で洗浄
し、硫酸ナトリウム上で乾燥後濾過して濃縮した。この
生成物は、IRスペクトルにおいて1730cm-1にエ
ステル基、及び2870cm -1のピークと2820cm
-1の肩を含む3050〜2650にかけてのブロードな
領域にTEGMME由来の炭化水素構造にそれぞれ帰属
される吸収帯を与えたことから、11−メルカプトウン
デカン酸MTEGエステル(以下11−MTEGと略
記)の生成を確認した。Synthesis Example 1 [11-Mercaptoundecanoic acid
Synthesis of MTEG ester] 11-mercaptoundecanoic acid (1.70 g) and Tokyo Chemical
Triethylene glycol monomer supplied by Seisei Co., Ltd.
Tyl ether (hereinafter abbreviated as MTEG: 50 mL), and
Add concentrated sulfuric acid (Kokusan Chemical Co., Ltd .; 5 drops) to a dry nitrogen atmosphere.
Mix in Lasco, 30mmHg while stirring at 60 ° C
The dehydration under reduced pressure at the following pressure was performed for a total of about 36 hours. reaction
A precipitate obtained by gradually adding the liquid to a large amount of ice water with stirring
Is mixed solvent of n-hexane / ethyl acetate (5/1 volume ratio)
And wash the organic phase with saturated aqueous sodium bicarbonate and then water
The extract was dried over sodium sulfate, filtered and concentrated. this
The product is 1730 cm in the IR spectrum-1To d
Stell group, and 2870cm -1Peak and 2820cm
-1Broad from 3050 to 2650 including shoulder
Assigned to TEGMME-derived hydrocarbon structures
11-mercaptoun
Decanoic acid MTEG ester (hereinafter abbreviated as 11-MTEG)
Generation) was confirmed.
【0070】合成例2[CdSe超微粒子の合成] 空冷式のリービッヒ還流管と反応温度調節のための熱電
対を装着した無色透明のパイレックスガラス製3口フラ
スコにトリオクチルホスフィンオキシド(以下TOPO
と略記;4g)を入れ、マグネチックスターラーで攪拌
しながら乾燥アルゴンガス雰囲気で360℃に加熱し
た。別途、乾燥窒素雰囲気のグローブボックス内で、セ
レン(単体の黒色粉末;0.1g)をトリブチルホスフ
ィン(以下TBPと略記;6.014g)に溶解した液
体に更にジメチルカドミウム(Strem Chemi
cal社;97%;0.216g)を混合溶解した原料
溶液Aを、ゴム栓(Aldrich社から供給されるセ
プタム)で封をしアルミニウム箔ですき間なく包んで遮
光したガラス瓶中に調製した。この原料溶液Aの一部
(2.0mL)を、前記のTOPOの入ったフラスコに
注射器で一気に注入し、この時点を反応の開始時刻とし
た。反応開始20分後に熱源を除去し約50℃に冷却さ
れた時点で精製トルエン(2mL)を注射器で加えて希
釈し、メタノール(10mL)を注入して不溶物を生じ
させた。この不溶物を遠心分離(3000rpm)し、
デカンテーションにより上澄み液を除去して分離し、室
温にて約14時間真空乾燥して固形粉体を得た。Synthesis Example 2 [Synthesis of CdSe Ultrafine Particles] Trioctylphosphine oxide (hereinafter referred to as TOPO) was placed in a colorless and transparent Pyrex glass three-necked flask equipped with an air-cooled Liebig reflux tube and a thermocouple for controlling the reaction temperature.
4 g) and heated to 360 ° C. in a dry argon gas atmosphere while stirring with a magnetic stirrer. Separately, in a glove box in a dry nitrogen atmosphere, dimethyl cadmium (Strem Chemi) is further added to a liquid in which selenium (simple black powder; 0.1 g) is dissolved in tributylphosphine (hereinafter abbreviated as TBP; 6.014 g).
Cal .; 97%; 0.216 g) was mixed and dissolved to prepare a glass bottle which was sealed with a rubber stopper (septum supplied from Aldrich), wrapped tightly with aluminum foil, and shielded from light. A part (2.0 mL) of the raw material solution A was injected into the flask containing the TOPO at once with a syringe, and this time was regarded as the reaction start time. Twenty minutes after the start of the reaction, the heat source was removed, and when cooled to about 50 ° C., purified toluene (2 mL) was added with a syringe to dilute the mixture, and methanol (10 mL) was injected to generate insolubles. This insoluble material is centrifuged (3000 rpm),
The supernatant was removed by decantation and separated, followed by vacuum drying at room temperature for about 14 hours to obtain a solid powder.
【0071】この固形粉体のXRDスペクトルにおい
て、Wurtzite型CdSe結晶の002面及び1
10面に帰属される回折ピークを観測したことからCd
Seナノ結晶の生成を確認した。また、このCdSeナ
ノ結晶の平均粒径は、TEM観察によれば約4nmであ
った。このCdSeナノ結晶は、精製トルエン溶液にお
いて、366nm波長の励起光を照射すると赤色の発光
帯(ピーク波長595nm、半値幅43nm)を与え
た。In the XRD spectrum of this solid powder, the 002 face and the 1st face of Wurtzite type CdSe crystal
From the observation of diffraction peaks belonging to 10 planes, Cd
Generation of Se nanocrystals was confirmed. The average particle size of the CdSe nanocrystals was about 4 nm according to TEM observation. This CdSe nanocrystal gave a red emission band (peak wavelength: 595 nm, half width: 43 nm) when irradiated with excitation light having a wavelength of 366 nm in a purified toluene solution.
【0072】合成例3[ZnSシェルを有するCdSe
ナノ結晶を主体とする半導体超微粒子の合成] B.O.Dabbousiら;J.Phys.Che
m.B,101巻,9463頁(1997)に記載の方
法に準じて行った。これを以下説明する。乾燥アルゴン
ガス雰囲気の褐色ガラス製の3口フラスコ中にTOPO
(15g)を入れ、減圧下130〜150℃での溶融状
態で約2時間攪拌した。この間、残留する空気や水分を
置換する目的で、乾燥アルゴンガスにより大気圧に復圧
する操作を数回行った。温度設定を100℃として約1
時間後、合成例2で得たCdSeナノ結晶の固形粉体
(0.094g)のトリオクチルホスフィン(1.5
g、以下TOPと略記)溶液を加えて、CdSeナノ結
晶を含む透明溶液を得た。これを100℃の減圧下で更
に約80分間攪拌後、温度を180℃に設定して乾燥ア
ルゴンガスで大気圧に復圧した。別途、乾燥窒素雰囲気
のグローブボックス内で、ジエチル亜鉛の1N濃度n−
ヘキサン溶液(1.34mL;1.34ミリモル)とビ
ス(トリメチルシリル)スルフィド(0.239g;
1.34ミリモル)とをTOP(9mL)に溶解した原
料溶液Bを、合成例2で使用のセプタムで封をしアルミ
ニウム箔ですき間なく包んで遮光したガラス瓶中に調製
した。この原料溶液Bを、注射器により、前記の180
℃のCdSeナノ結晶を含む透明溶液に20分間かけて
滴下し、90℃に降温後約1時間攪拌を継続した。室温
で約14時間静置した後、再び90℃で3時間加熱攪拌
した。熱源を除去し、n−ブタノール(8mL)を反応
液に加えて室温まで冷却して、透明な赤色溶液を得た。Synthesis Example 3 [CdSe having ZnS shell]
Synthesis of semiconductor ultrafine particles mainly composed of nanocrystals] B. O. Dabbousi et al .; Phys. Che
m. B, 101, 9463 (1997). This will be described below. TOPO in a brown glass three-necked flask in a dry argon gas atmosphere
(15 g) was added, and the mixture was stirred under reduced pressure at a temperature of 130 to 150 ° C. in a molten state for about 2 hours. During this time, an operation of returning to atmospheric pressure with dry argon gas was performed several times in order to replace the remaining air and moisture. Approx. 1 with the temperature set to 100 ° C
After a lapse of time, the solid powder of CdSe nanocrystals obtained in Synthesis Example 2 (0.094 g) of trioctylphosphine (1.5
g, hereinafter abbreviated as TOP) solution to obtain a transparent solution containing CdSe nanocrystals. This was further stirred for about 80 minutes under reduced pressure of 100 ° C., and then the temperature was set to 180 ° C. and the pressure was restored to the atmospheric pressure with dry argon gas. Separately, in a dry nitrogen atmosphere glove box, 1N concentration of diethyl zinc n-
Hexane solution (1.34 mL; 1.34 mmol) and bis (trimethylsilyl) sulfide (0.239 g;
1.34 mmol) in TOP (9 mL) was prepared in a glass bottle sealed with a septum used in Synthesis Example 2, wrapped tightly with aluminum foil, and shielded from light. This raw material solution B was mixed with the above 180
The solution was dropped into a transparent solution containing CdSe nanocrystals at 20 ° C. over 20 minutes. After the temperature was lowered to 90 ° C., stirring was continued for about 1 hour. After allowing to stand at room temperature for about 14 hours, the mixture was again heated and stirred at 90 ° C. for 3 hours. The heat source was removed and n-butanol (8 mL) was added to the reaction and cooled to room temperature to give a clear red solution.
【0073】この赤色溶液には、原料のビス(トリメチ
ルシリル)スルフィド等の硫黄化合物の臭気はなく、代
わりにセレン特有のニラ様臭気があった。合成例2で得
たCdSeナノ結晶の溶液にはこのようなセレン臭はな
かったので、該CdSeナノ結晶表面での意図した硫化
物生成反応の進行とともに、該ナノ結晶表面における硫
黄原子によるセレン原子の置換反応等何らかの機構によ
るセレンの遊離があったものと推測され、前記文献記載
同様にZnSシェルを有するCdSeナノ結晶を主体と
する半導体超微粒子が生成したものと考えられた(以下
これをCdSe/ZnS−TOPOと略記する)。This red solution did not have the odor of the sulfur compound such as bis (trimethylsilyl) sulfide as the raw material, but instead had the leek-like odor peculiar to selenium. Since the solution of the CdSe nanocrystal obtained in Synthesis Example 2 did not have such selenium odor, the selenium atom due to the sulfur atom on the nanocrystal surface was increased with the progress of the intended sulfide generation reaction on the CdSe nanocrystal surface. It is presumed that selenium was liberated by some mechanism such as the substitution reaction of selenium, and it was considered that semiconductor ultrafine particles mainly composed of CdSe nanocrystals having a ZnS shell were generated as described in the above-mentioned literature (hereinafter referred to as CdSe). / ZnS-TOPO).
【0074】この赤色溶液の一部(8mL)を、乾燥窒
素気流下、室温でメタノール(16mL)中に滴下し2
0分間攪拌を継続する沈殿操作により赤色不溶物を得
た。この赤色不溶物を合成例2同様に遠心分離及びデカ
ンテーションにより分離し、精製トルエン(14mL)
に再溶解した。この再溶解トルエン溶液を用いて、再び
同様の沈殿操作、遠心分離、及びデカンテーションの一
連の精製操作を行って固体生成物を得た。この固体生成
物は、1mLの精製メタノールと振り混ぜて洗浄後、デ
カンテーションで分離した。この固体生成物は透明赤色
の精製トルエン溶液を与え、ここに468nm波長の励
起光を照射するとオレンジ色の発光帯(ピーク波長59
7nm、半値幅41nm)を与えた。この発光は同程度
の溶液濃度において、合成例2で得たCdSeナノ結晶
の場合よりも明らかに発光強度が大きかったことから、
ZnSシェルを有するCdSeナノ結晶に変換され、表
面準位等を経由する非発光過程の寄与が抑制されたもの
と考えられた。A part (8 mL) of this red solution was added dropwise to methanol (16 mL) at room temperature under a stream of dry nitrogen to obtain a solution.
A red insoluble substance was obtained by a precipitation operation in which stirring was continued for 0 minutes. This red insoluble matter was separated by centrifugation and decantation in the same manner as in Synthesis Example 2, and purified toluene (14 mL)
Was re-dissolved. Using this re-dissolved toluene solution, a similar series of purification operations including precipitation, centrifugation, and decantation was performed again to obtain a solid product. This solid product was washed by shaking with 1 mL of purified methanol, and then separated by decantation. This solid product gives a clear red purified toluene solution, which is irradiated with excitation light having a wavelength of 468 nm to emit an orange emission band (having a peak wavelength of 59 nm).
7 nm, half width at 41 nm). This luminescence was apparently higher in luminescence intensity than in the case of the CdSe nanocrystal obtained in Synthesis Example 2 at the same solution concentration.
It was considered that the conversion to the CdSe nanocrystal having a ZnS shell and the contribution of the non-light emitting process via the surface state and the like were suppressed.
【0075】合成例4[11−MTEGを配位子として
含有する半導体超微粒子の合成] 合成例3で得たCdSe/ZnS−TOPO(約0.5
g)を、アルミニウム箔で隙間なく包んで遮光したガラ
ス容器内で乾燥窒素雰囲気下、精製塩化メチレン(6m
L)に溶解した。これを室温で攪拌しながら合成例1で
得た11−MTEG(0.4g)を加えて得た均一溶液
を、室温遮光条件で約18時間放置した。反応液を濃縮
後エタノール(8mL)を加えて攪拌しながら大気圧で
の加熱還流を15分間行ったところ、均一なエタノール
溶液が得られた。合成例3で得たCdSe/ZnS−T
OPOはエタノールに実質的に不溶性なので、その有機
配位子の主体と考えられるTOPOが11−MTEGに
より置換されたためエタノール可溶性となったものと結
論した。以下、このエタノール溶液をCdSe/ZnS
−MTEG溶液と称する。この溶液は、合成例3で得た
CdSe/ZnS−TOPO同様の発光能を示した。Synthesis Example 4 [Synthesis of Ultrafine Semiconductor Particles Containing 11-MTEG as Ligand] CdSe / ZnS-TOPO obtained in Synthesis Example 3 (about 0.5
g) in a glass container protected from light by wrapping it in an aluminum foil without any gap under a dry nitrogen atmosphere under a purified methylene chloride (6 m
L). While stirring the mixture at room temperature, a homogeneous solution obtained by adding 11-MTEG (0.4 g) obtained in Synthesis Example 1 was left under light-shielding conditions at room temperature for about 18 hours. After the reaction solution was concentrated, ethanol (8 mL) was added, and the mixture was heated and refluxed at atmospheric pressure for 15 minutes while stirring, whereby a uniform ethanol solution was obtained. CdSe / ZnS-T obtained in Synthesis Example 3
Since OPO is substantially insoluble in ethanol, it was concluded that TOPO, which is considered to be the main constituent of the organic ligand, was replaced by 11-MTEG, and thus became ethanol-soluble. Hereinafter, this ethanol solution is referred to as CdSe / ZnS
-Referred to as MTEG solution. This solution exhibited the same luminous ability as CdSe / ZnS-TOPO obtained in Synthesis Example 3.
【0076】実施例1[ガラス組成物の調製] 合成例4で得たCdSe/ZnS−MTEG溶液(0.
5mL)、エタノール(2mL)、テトラエトキシシラ
ン(0.307g、2.13ミリモル)、及び水(0.
2g、11ミリモル)を室温大気下で混合して均一な溶
液とし、ここに0.02規定濃度の希塩酸(0.064
g)を加えて振り混ぜて均一な溶液を得た。この溶液を
1週間室温で遮光密栓放置したが増粘は見られなかった
ので、次いで大気下開放条件で60℃で延べ21時間加
熱したところ徐々に増粘し最終的に赤色透明なガラス状
固体を得た。このガラス組成物は、合成例3で得たCd
Se/ZnS−TOPO同様の発光能を示した。このガ
ラス組成物の空気中での加熱減量は、前記のTG測定条
件の結果から算出すると34重量%であった。Example 1 [Preparation of glass composition] The CdSe / ZnS-MTEG solution obtained in Synthesis Example 4 (0.
5 mL), ethanol (2 mL), tetraethoxysilane (0.307 g, 2.13 mmol), and water (0.1 mL).
2 g, 11 mmol) at room temperature in the atmosphere to form a homogeneous solution.
g) was added and shaken to obtain a uniform solution. This solution was left sealed for 1 week at room temperature in a light-tight stopper, but no thickening was observed. Then, the solution was heated at 60 ° C. for a total of 21 hours under open conditions in the atmosphere, and gradually thickened, and finally a red transparent glassy solid I got The Cd obtained in Synthesis Example 3
It showed the same luminous ability as Se / ZnS-TOPO. The loss on heating of this glass composition in air was 34% by weight, calculated from the results of the TG measurement conditions described above.
【0077】実施例2[ガラス組成物の薄膜状成形体] 実施例1の操作において、1週間室温での遮光密栓放置
を行わずに反応液の大気下開放条件60℃での加熱を直
ちに行い、増粘が顕著となる時点で清浄な石英板上に塗
布し、大気下60℃での加熱を継続する。その結果、合
成例3で得たCdSe/ZnS−TOPO同様の発光能
を示す赤色透明の薄膜状成形体を得る。この薄膜状成形
体の表面に汎用水銀灯(消費電力9ワット)が発する3
65nm波長の紫外線を照射すると、該薄膜状成形体の
表面や裏面からだけでなく端面からも高輝度のオレンジ
色の発光が観察される。従って、かかる薄膜状成形体
は、ディスプレイや照明器具等の発光体、あるいは光導
波路として有用である。Example 2 [Thin Film Form of Glass Composition] In the operation of Example 1, the reaction liquid was immediately heated at 60 ° C. under the condition of opening to the atmosphere in the air without leaving the light-tight stopper at room temperature for one week. When the thickening becomes remarkable, it is applied on a clean quartz plate, and heating at 60 ° C. in the atmosphere is continued. As a result, a red-transparent thin-film molded product having the same luminous ability as that of CdSe / ZnS-TOPO obtained in Synthesis Example 3 is obtained. A general-purpose mercury lamp (power consumption 9 watts) is emitted on the surface of this thin film-shaped molded product 3
When ultraviolet light having a wavelength of 65 nm is irradiated, high-luminance orange light emission is observed not only from the front and back surfaces of the thin film-shaped molded product but also from the end surfaces. Therefore, such a thin film-shaped molded article is useful as a light-emitting body for a display or a lighting fixture, or as an optical waveguide.
【0078】実施例3[ガラス組成物のファイバー状成
形体] 実施例2の反応液の増粘が進行しゲル状を呈し始めると
ころで直径約1mmの吸い込み口を有するガラスピペッ
トで吸いながら延伸すると、ファイバー状を保ったゲル
を得るので大気下60℃での加熱を継続する。その結
果、合成例3で得たCdSe/ZnS−TOPO同様の
発光能を示す赤色透明のファイバー状成形体を得る。こ
のファイバー状成形体に実施例2で使用した紫外線を照
射すると、該ファイバー状成形体の端面から高輝度のオ
レンジ色の発光が観察される。従って、かかるファイバ
ー状成形体は光導波路として有用である。かかるファイ
バー状成形体の一方の端面から窒素レーザーパルス(波
長337nm、パルス幅5ナノ秒、周波数10Hz)を
入射すると、高輝度のオレンジ色発光パルスがもう一方
の端面から観測される。レーザー光としてNd:YAG
レーザーの2次高調波パルス(波長532nm、パルス
幅5ナノ秒、周波数10Hz)を入射すると、同様に高
輝度のオレンジ色発光パルスがもう一方の端面から観測
される。従って、かかるファイバー状成形体は光導波路
として有用であり、しかも含有する半導体超微粒子の吸
発光特性に応じて幅広い波長領域での発光や光伝送に利
用されるものである。また、汎用の石英ガラスに比べて
高い屈折率を有するファイバーなので、光ファイバーの
コア部として有用である。Example 3 [Fiber-like molded product of glass composition] At the point where the thickening of the reaction solution of Example 2 progresses and it starts to show a gel state, the reaction solution is stretched while sucking with a glass pipette having a suction port of about 1 mm in diameter. Heating at 60 ° C. in the atmosphere is continued to obtain a gel keeping the fiber shape. As a result, a red and transparent fibrous molded product having the same luminous ability as that of CdSe / ZnS-TOPO obtained in Synthesis Example 3 is obtained. When the fibrous formed body is irradiated with the ultraviolet light used in Example 2, high-brightness orange light emission is observed from the end face of the fibrous formed body. Therefore, such a fiber-shaped molded article is useful as an optical waveguide. When a nitrogen laser pulse (wavelength: 337 nm, pulse width: 5 nanoseconds, frequency: 10 Hz) is incident on one end face of such a fibrous formed body, a high-brightness orange emission pulse is observed from the other end face. Nd: YAG as laser light
When a laser second harmonic pulse (wavelength 532 nm, pulse width 5 nanoseconds, frequency 10 Hz) is incident, a high-luminance orange light-emitting pulse is similarly observed from the other end face. Therefore, such a fiber-shaped molded product is useful as an optical waveguide, and is used for light emission and light transmission in a wide wavelength range according to the absorption / emission characteristics of the ultrafine semiconductor particles contained therein. Further, since the fiber has a higher refractive index than general-purpose quartz glass, it is useful as a core of an optical fiber.
【0079】[0079]
【発明の効果】本発明の提供する半導体超微粒子を均一
に分散したガラス組成物は、吸発光能、高い屈折率、優
れた透明性等の特徴を有し、しかもゾル−ゲル法反応等
の溶液反応で製造されるのでかかる溶液の塗布や紡糸に
より容易に成形可能である。従ってこれを薄膜状やファ
イバー状の成形体とすると、ディスプレイや照明器具等
の発光体、あるいは光導波路等の光学部材の材料として
利用される。The glass composition provided by the present invention, in which semiconductor ultrafine particles are uniformly dispersed, has characteristics such as light-absorbing ability, high refractive index, and excellent transparency. Since it is produced by a solution reaction, it can be easily formed by applying or spinning such a solution. Accordingly, when this is formed into a thin film or fiber shaped molded body, it is used as a material for a light emitting body such as a display or a lighting fixture, or a material for an optical member such as an optical waveguide.
【0080】本発明のガラス組成物は、石英ガラス等の
汎用無機ガラスに比較的近い線膨張係数、あるいはかか
る無機ガラスとの良好な接着性を有するので、有用なガ
ラス製品コーティング材料として使用される。本発明の
ガラス組成物は、エックス線やガンマ線等の高エネルギ
ー電磁波、電子線や中性子線等の素粒子線、あるいはα
線等の低分子線を遮蔽する効果があるので、かかる放射
線を遮蔽するコート材としても利用される。The glass composition of the present invention has a coefficient of linear expansion relatively close to that of general-purpose inorganic glass such as quartz glass, or has good adhesion to such inorganic glass, and is therefore used as a useful glass product coating material. . Glass composition of the present invention, high energy electromagnetic waves such as X-rays and gamma rays, elementary particles such as electron beams and neutron beams, or α
Since it has the effect of shielding low molecular beams such as radiation, it is also used as a coating material for shielding such radiation.
Claims (12)
マトリクスに半導体超微粒子が均一に分散しており、空
気中での加熱減量が10〜80重量%であることを特徴
とするガラス組成物。1. A glass characterized in that semiconductor ultrafine particles are uniformly dispersed in an amorphous matrix mainly composed of a metal element-oxygen bond, and a loss on heating in air is 10 to 80% by weight. Composition.
主体とするものである請求項1に記載のガラス組成物。2. The glass composition according to claim 1, wherein the amorphous matrix is mainly composed of silicon-oxygen bonds.
なるものである請求項1又は2に記載のガラス組成物。3. The glass composition according to claim 1, wherein the semiconductor ultrafine particles are formed by bonding an organic ligand.
チオール類である請求項3に記載のガラス組成物。4. The glass composition according to claim 3, wherein the organic ligand is a phosphine oxide or a thiol.
連鎖を含有するものである請求項3又は4に記載のガラ
ス組成物。5. The glass composition according to claim 3, wherein the organic ligand has a methylene group chain having 6 or more carbon atoms.
基を含有するものである請求項3〜5のいずれかに記載
のガラス組成物。6. The glass composition according to claim 3, wherein the organic ligand contains a polyethylene glycol residue.
るものである請求項6に記載のガラス組成物。 【化1】 HS(CH2)nCOO(CH2CH2O)3CH3 (1) (但し一般式(1)においてnは炭素数6〜11の自然
数を表す。)7. The glass composition according to claim 6, wherein the organic ligand is represented by the following general formula (1). Embedded image HS (CH 2 ) n COO (CH 2 CH 2 O) 3 CH 3 (1) (However, in the general formula (1), n represents a natural number having 6 to 11 carbon atoms.)
含有する半導体結晶を主体とするものである請求項1〜
7のいずれかに記載のガラス組成物。8. The semiconductor ultrafine particles mainly comprising a semiconductor crystal containing zinc or cadmium.
8. The glass composition according to any one of 7.
共存下、アルコキシシラン類を主体とする金属アルコキ
シドの加水分解縮合反応を行う工程を含むことを特徴と
する請求項1〜8のいずれかに記載のガラス組成物の製
造方法。9. The method according to claim 1, further comprising a step of performing a hydrolysis-condensation reaction of a metal alkoxide mainly composed of alkoxysilanes in the presence of semiconductor ultrafine particles having an organic ligand bonded thereto. A method for producing a glass composition according to any one of the above.
ス組成物の薄膜状成形体。10. A thin film-shaped molded article of the glass composition according to claim 1.
ス組成物のファイバー状成形体。11. A fibrous molded article of the glass composition according to claim 1.
使用した光導波路。12. An optical waveguide using the molded product according to claim 10.
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