金属系粒子集合体制造技术

本发明专利技术提供一种金属系粒子集合体和具备其的光学元件。所述金属系粒子集合体为30个以上的金属系粒子相互隔开并二维配置而成的金属系粒子集合体，其中，该金属系粒子的平均粒径为200～1600nm的范围内，平均高度为55～500nm的范围内，以平均粒径相对于平均高度之比定义的纵横比为1～8的范围内，在从相对于该金属系粒子集合体表面的法线方向照射入射光时从距离该入射光30°的角度处散射的光的散射光谱中，当将峰强度最大的峰的最大波长处的散射强度设为S1，将包含硫酸钡层的参照系的所述峰的散射强度设为S0时，散射强度比S1/S0为0.15以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属系粒子集合体
本专利技术涉及对发光元件(有机EL(电致发光)元件、无机EL元件、无机LED(发光二极管)元件等)的发光效率提高、光电转换元件(太阳能电池元件)的转换效率提高等有用的等离子体激元材料(电浆材料(PlasmonicMaterial))即金属系粒子集合体。
技术介绍
以往已知，在将金属粒子微细化至纳米尺寸时，显现了大体积状态下所观察不到的功能，其中期待应用的是“局域等离子体激元(LocalizedPlasmon)共振”。等离子体激元是指金属纳米结构体中自由电子的集体振动所产生的自由电子的压缩波。近年来，处理上述等离子体激元的
被称为“等离激元光子学(plasmonics)”，在受到极大关注的同时，进行了活跃的研究，该研究包括目的在于利用了金属纳米粒子的局域等离子体激元共振现象的发光元件的发光效率提高、光电转换元件(太阳能电池元件)的转换效率提高的研究。例如日本特开2007-139540号公报(专利文献1)、日本特开平08-271431号公报(专利文献2)和国际公开第2005/033335号(专利文献3)中公开了利用局域等离子体激元共振现象增强荧光的技术。此外，T.FukuuraandM.Kawasaki，“LongRangeEnhancementofMolecularFluorescencebyCloselyPackedSubmicro-scaleAgIslands”，e-JournalofSurfaceScienceandNanotechnology，2009，7，653(非专利文献1)中示出了关于基于银纳米粒子的局域等离子体激元共振的研究。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2007-139540号公报专利文献2：日本特开平08-271431号公报专利文献3：国际公开第2005/033335号非专利文献非专利文献1：T.FukuuraandM.Kawasaki，“LongRangeEnhancementofMolecularFluorescencebyCloselyPackedSubmicro-scaleAgIslands”，e-JournalofSurfaceScienceandNanotechnology，2009，7，653
技术实现思路
专利技术要解决的问题利用了金属纳米粒子的局域等离子体激元共振现象的以往的发光增强中存在如下的技术问题。即，金属纳米粒子带来的发光增强作用的主要因素中存在如下两个因素：1)在金属纳米粒子中产生局域等离子体激元使得粒子附近的电场增强(第1因素)以及2)由于来自被激发的分子的能量转移，金属纳米粒子中自由电子的振动模式被激发，由此在金属纳米粒子中产生被激发的分子的发光性比发光性偶极更大的诱导偶极，由此发光量子效率自身增加(第2因素)。为了在金属纳米粒子中有效产生更大的主要因素即第2因素中的发光性诱导偶极，需要使金属纳米粒子与被激发的分子(荧光物质等)的距离在不产生电子的直接转移即德克斯特(Dexter)机理的能量转移的范围，即，在表现出福斯特机理的能量转移的范围内(1nm～10nm)。这是因为发光性诱导偶极的产生基于福斯特的能量转移的理论(参照上述非专利文献1)。通常，在上述1nm～10nm的范围内，金属纳米粒子与被激发的分子的距离越近，越容易产生发光性诱导偶极，发光增强效果越高，另一方面，若使上述距离变大，则局域等离子体激元共振变得不会有效影响，从而发光增强效果逐渐变弱，若超过表现出福斯特机理的能量转移的范围(通常是在10nm左右以上的距离时)，则几乎无法得到发光增强效果。在上述专利文献1～3中记载的发光增强方法中，为了得到有效的发光增强效果，也将有效的金属纳米粒子与被激发的分子之间的距离设为10nm以下。可见，对于以往的使用了金属纳米粒子的局域等离子体激元共振来说，本质上的技术问题是其作用范围被限定在距离金属纳米粒子表面10nm以下这一极窄的范围内。这一技术问题必然会带来如下的问题：在将金属纳米粒子带来的局域等离子体激元共振用于发光元件、光电转换元件等而试图提高发光效率、转换效率的尝试中，几乎看不到提高效果。即，发光元件、光电转换元件等通常具有厚度为数十nm或其以上的活性层(例如发光元件的发光层、光电转换元件的光吸收层)，假设即便可将金属纳米粒子与活性层接近或者使其存在于内部来配置，局域等离子体激元共振带来的直接的增强效果仅在活性层的极小一部分得到。本专利技术是鉴于上述技术问题而完成的，其目的在于，提供显示极强的等离子体激元共振且等离子体激元共振的作用范围扩大至非常长的距离的新型的等离子体激元材料(plasmonicsmaterial)。解决问题的手段在上述专利文献1(段落0010～0011)中，理论上说明了局域等离子体激元共振带来的发光增强与金属纳米粒子粒径的关系，据此，在使用粒径为约500nm的球状的银粒子时，理论上发光效率大致为1，但实际上这样的银粒子几乎不显示发光增强作用。推测这样的大型银粒子几乎不显示发光增强作用是因为银粒子中的表面自由电子非常多，因此难以产生通常的纳米粒子(粒径较小的纳米粒子)中见到的偶极型的局域等离子体激元。但是，认为如果大型纳米粒子内含的极多数表面自由电子能够有效作为等离子体激元激发，则可飞跃性提高等离子体激元带来的增强效果。本专利技术人进行了深入研究，结果发现，根据将具有规定形状的规定数目以上的大型金属系粒子相互隔开并二维配置而成的显示规定光散射特性的金属系粒子集合体，不仅表现出极强的等离子体激元共振，还可显著扩大等离子体激元共振的作用范围(等离子体激元带来的增强效果所达到的范围)。即，本专利技术包括如下的技术方案。[1]一种金属系粒子集合体，其为30个以上的金属系粒子相互隔开并二维配置而成的金属系粒子集合体，其中，所述金属系粒子的平均粒径为200～1600nm的范围内，平均高度为55～500nm的范围内，以所述平均粒径相对于所述平均高度之比定义的纵横比为1～8的范围内，在从相对于所述金属系粒子集合体表面的法线方向照射入射光时从距离所述入射光30°的角度处散射的光的散射光谱中，当将峰强度最大的峰的最大波长处的散射强度设为S1，将包含硫酸钡层的参照系的所述峰的散射强度设为S0时，散射强度比S1/S0为0.15以上。[2]根据[1]所述的金属系粒子集合体，其中，所述金属系粒子为所述纵横比超过1的扁平状的粒子。[3]根据[1]或[2]所述的金属系粒子集合体，其中，所述金属系粒子包含银。[4]根据[1]～[3]中任意一项所述的金属系粒子集合体，其中，所述金属系粒子和与其相邻的金属系粒子之间是非导电性的。[5]一种金属系粒子集合体膜层叠基板，其具有：基板和层叠在所述基板上的包含[1]～[4]中任意一项所述的金属系粒子集合体的膜。[6]根据[5]中记载的金属系粒子集合体膜层叠基板，其中，在可见光区域的吸收光谱中，最长波长侧的峰在350～550nm的范围内具有最大波长。[7]根据[5]或[6]中记载的金属系粒子集合体膜层叠基板，其中，在可见光区域的吸收光谱中，最长波长侧的峰的最大波长下的吸光度为1以上。[8]根据[5]～[7]中任意一项中记载的金属系粒子集合体膜层叠基板，其还具有覆盖构成所述膜的各金属系粒子的表面的绝缘层。[9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属系粒子集合体，其为30个以上的金属系粒子相互隔开并二维配置而成的金属系粒子集合体，其中，所述金属系粒子的平均粒径为200～1600nm的范围内，平均高度为55～500nm的范围内，以所述平均粒径相对于所述平均高度之比定义的纵横比为1～8的范围内，在从相对于所述金属系粒子集合体表面的法线方向照射入射光时从距离所述入射光30°的角度处散射的光的散射光谱中，当将以峰强度最大的峰的最大波长处的散射强度设为S1，将包含硫酸钡层的参照系的所述峰的散射强度设为S0时，散射强度比S1/S0为0.15以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.09.18 JP 2012-2044931.一种金属系粒子集合体，其为30个以上的金属系粒子相互隔开并二维配置而成的金属系粒子集合体，其中，所述金属系粒子的平均粒径为200～1600nm的范围内，平均高度为55～500nm的范围内，以所述平均粒径相对于所述平均高度之比定义的纵横比为1～8的范围内，在从相对于所述金属系粒子集合体表面的法线方向照射入射光时从距离所述入射光30°的角度处散射的光的散射光谱中，当将以峰强度最大的峰的最大波长处的散射强度设为S1，将包含硫酸钡层的参照系的所述峰的散射强度设为S0时，散射强度比S1/S0为0.15以上。2.根据权利要求1所述的金属系粒子集合体，其中，所述金属系粒子为所述纵横比超过1的扁平状的粒子。3.根据权利要求1或2所述的金属系粒子集合体，其中，所述金属系粒子包含银。4.根据权利要求1或2所述的金属系粒子集合体，其中，所述金属系粒子和与其相邻的金属系粒子之间是...

【专利技术属性】
技术研发人员：福浦知浩，
申请(专利权)人：住友化学株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP