キャップ分子が表面に結合しているナノ粒子用分散剤、これを用いたナノ粒子を分散させる方法、及びこれを含むナノ粒子含有薄膜
【課題】キャップ分子が表面に結合しているナノ粒子を、エポキシド基を含む高分子基質内に分散させるためのナノ粒子用分散剤、これを用いたナノ粒子を分散させる方法、及びこれを含むナノ粒子含有薄膜の提供。
【解決手段】下記化学式１：
（Ａは、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルキル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルケニル基、等からなる群から選択され、Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ独立して、水素原子またはメチル基であり、Ｒ５は、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＯＨ、−ＮＨ２、カルボキシル基またはその塩、スルホン酸基またはその塩、及びリン酸基またはその塩、からなる群から選択され、ｎは２〜４５の整数である）で表される、キャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤を提供する。
【解決手段】下記化学式１：
（Ａは、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルキル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルケニル基、等からなる群から選択され、Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ独立して、水素原子またはメチル基であり、Ｒ５は、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＯＨ、−ＮＨ２、カルボキシル基またはその塩、スルホン酸基またはその塩、及びリン酸基またはその塩、からなる群から選択され、ｎは２〜４５の整数である）で表される、キャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤、これを用いたナノ粒子の分散方法、及びこれを含むナノ粒子含有薄膜に関する。より詳しくは、ナノ粒子に表面結合しているキャップ分子に親和的な疎水性部分と、エポキシド基と構造的に類似なエチレングリコール誘導体の親水性部分とからなり、ナノ粒子表面のキャップ分子の間に挿入する方法によってナノ粒子の表面をエポキシド基と親和的にすることにより、エポキシド基を含む高分子基質内におけるナノ粒子の分散性を向上させるナノ粒子用分散剤、これを用いたナノ粒子の分散方法、及びこれを含むナノ粒子含有薄膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
量子ドット（ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ）は、量子閉じ込め（ｑｕａｎｔｕｍ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）効果を示すナノサイズの半導体物質であって、優れた物理的、化学的及び電気的特性により、各種電気、光学素子に用いられている。
【０００３】
特に、半導体ナノ粒子は、サイズ調節によって制御可能な光学的特性を有するため、近年光学素子分野で多くの注目を浴びてきた。ナノ粒子が適切な光学的特性の基質内でよく分散している場合、安定で硬いフィルム（薄膜）の形態でこれを含む発光素子は、均一で高い発光効率を示す。
【０００４】
ところが、ナノ粒子は、粒子間の凝集力が非常に大きいため、凝集体を形成する傾向があり、その場合、それ自体の優れた特性が十分発揮できないという問題点がある。よって、最近は、ナノ粒子の発光素子分野における応用性をより拡大させるために、様々な高分子基質内で、ナノ粒子の高い分散度を見出すことが重要な課題となっている。
【０００５】
このような高分子基質のうち、エポキシド基を含むエポキシ樹脂は、硬化の際に大きく収縮せず、光学的に透明な固体を形成する特性を有するため、カプセル化技術（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）及び光学素子分野で有用な物質として期待されている。
【０００６】
ところが、エポキシ樹脂は、比較的高い粘度をもっており、一般的なナノ粒子の製造方法である化学的湿式方法によって合成されたナノ粒子の場合、その表面に結合しているキャップ分子の鎖が短くかつエポキシド基と親和的な官能基を持っていないため、ナノ粒子をエポキシ樹脂に溶解及び分散させることが容易ではないという問題点がある。
【０００７】
したがって、発光素子の光学特性を向上させるためには、高濃度のナノ粒子が、エポキシ樹脂のようなエポキシド基を含む高分子基質内で、凝集または沈殿することなくよく分散できるように、長鎖とエポキシド基に親和的な官能基を持つ新しいタイプの分散剤が求められる。
【０００８】
従来のナノ粒子の分散性を向上させるための方法として、ナノ粒子の表面に結合しているキャップ分子を、使用しようとする溶媒または高分子基質に親和的な官能基で置換する表面改質（ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が試みられてきた。
【０００９】
ところが、この種の置換方法は、官能基の置換過程中にナノ粒子の表面を損傷させて効率を低下させるうえ、ナノ粒子の表面に強く結合しているキャップ分子よりさらに強い結合力を持つ官能基を使用しなければならないということから、キャップ分子の種類に拘束され、ナノ粒子から遊離されたキャップ分子を除去することが容易ではないなどの、多くの欠点及び制約がある。
【００１０】
かかる問題点を解決するために、金ナノ粒子に表面結合している疎水性のキャップ分子を官能基で置換する代わりに、前記キャップ分子の間に、親水性部分を持つ分散剤を挿入させる方法によって、前記金ナノ粒子を水溶性に変形させる方法が報告されている（例えば、非特許文献１）。
【００１１】
しかし、前記方法は、金ナノ粒子を水によく溶解できるように水溶性になるように修飾させる方法についてのみ開示しており、粘度の高い高分子基質内でナノ粒子をよく分散させるための分散剤または方法については全く開示されていない。
【００１２】
また、特許文献１では、特定の物質のキャプチャーに有用なキャプチャーコーティング成分（ｃａｐｔｕｒｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）と、前記キャプチャー成分への物質の非特異的結合を防止するためのシールディングコーティング成分（ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｃｏａｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）とを含む混合単一層でコートされて水溶性特性を持つ金属ナノ粒子及びその製造方法について開示されている。
【００１３】
ところが、前記方法も、金などの金属ナノ粒子を、活性化のために水性環境を必要とする生体分子（例えば、タンパク質）との親和性を持つように水によく溶解させる方法についてのみ開示しており、発光素子の製造に有用なエポキシ樹脂などの高分子基質内でナノ粒子をよく分散させるための分散剤については全く開示していない。
【特許文献１】米国公開特許第２００５／００７４５５１号明細書
【非特許文献１】ＳＣＩＥＮＣＥ ＶＯＬ ３０４ ２３ ＡＰＲＩＬ（２００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、キャップ分子が表面に結合しているナノ粒子を、その表面を損傷させることなく、エポキシド基を含む高分子基質内によく分散させる分散剤を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、前記分散剤を用いて、キャップ分子が表面に結合しているナノ粒子を、エポキシド基を含む高分子基質内に容易に分散させ、ナノ粒子を分散させる方法を提供することにある。
【００１６】
本発明のさらに他の目的は、前記分散剤を含む、優れた発光効率を示すナノ粒子含有薄膜を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の態様は、下記化学式１：
【００１８】
【化１】
【００１９】
式中、Ａは、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルキル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルケニル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルキニル基、置換または非置換の炭素数６〜３０のアリール基、置換または非置換の炭素数６〜３０のアリールアルキル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のヘテロアルキル基、置換または非置換の炭素数２〜３０のヘテロアリール基、置換または非置換の炭素数２〜３０のヘテロアリールアルキル基、置換または非置換の炭素数５〜３０のシクロアルキル基及び置換または非置換の炭素数２〜３０のヘテロシクロアルキル基からなる群から選択され、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ独立して、水素原子またはメチル基であり、Ｒ５は、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＯＨ、−ＮＨ２、カルボキシル基またはその塩、スルホン酸基またはその塩、及びリン酸基またはその塩、からなる群から選択され、
ｎは２〜４５の整数である、
で表されることを特徴とする、キャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の分散剤を用いると、キャップ分子の種類を問わず、またナノ粒子の表面を損傷させることなく、疎水性を呈する発光性のナノ粒子を、エポキシド基を含む高分子基質内で安定的かつ均一に分散させることができるので、その固有の発光特性が変化しないながら向上した発光効率を示す、優れたナノ粒子含有薄膜及び発光素子を製造することができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明で使用される「キャップ分子（ｃａｐｐｉｎｇ ｍｏｌｅｃｕｌｅ）」とは、ナノ粒子の製造の際に、ナノ粒子間の凝集を防止するためにその表面に結合させる物質を意味する。すなわち、コロイド状に合成されるナノ粒子は、その表面が非常に不安定であって互いに凝集する虞があるので、ナノ粒子の凝集を防止するために、表面に特定の物質を結合させて合成するのであるが、その際に使用される物質を「キャップ分子」という。
【００２２】
通常、キャップ分子は、ナノ粒子の表面に結合する結合基（ヘッド）と疎水性アルキル基（テール）とからなり、場合によっては、前記テール部分に親水性の官能基が導入されることもある。また、合成過程で使用されるキャップ分子は、その種類に応じてナノ粒子の大きさ及び形状を決定する役割も果たすため、当業者は、これにつき分散剤（ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ）という表現を使わず、有機キャップ分子（ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｐｐｉｎｇ ｍｏｌｅｃｕｌｅ）または有機キャップ配位子（ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｐｐｉｎｇ ｌｉｇａｎｄ）いう用語を使う。
【００２３】
以下、本発明に係るナノ粒子用分散剤についてより詳細に説明する。
【００２４】
本発明に係るナノ粒子用分散剤は、ナノ粒子の表面に結合しているキャップ分子の疎水性アルキル鎖に親和的な疎水性部分（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｍｏｉｅｔｙ：下記化学式１のＡ部分）と、高分子基質内のエポキシド基に親和的な親水性部分（ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ ｍｏｉｅｔｙ：下記化学式１のＡを除いた残り部分）とを含んでなる。
【００２５】
前記疎水性部分は主に嵩高く硬い（ｂｕｌｋｙ ａｎｄ ｓｔｉｆｆ）炭化水素鎖からなり、前記親水性部分はエポキシド基と構造的に類似なポリエチレングリコールまたはその誘導体からなる。前記疎水性部分と前記親水性部分はいずれも、紫外線及び可視光線領域を吸収しない特性を持つため、これをナノ粒子に対する分散剤として用いても、前記粒子固有の発光特性を変化させたり発光効率を低下させたりしない。
【００２６】
本発明に係るナノ粒子用分散剤をさらに具体的に説明すると、本発明に係るナノ粒子用分散剤は、
下記化学式１：
【００２７】
【化２】
【００２８】
式中、Ａは、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルキル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルケニル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルキニル基、置換または非置換の炭素数６〜３０のアリール基、置換または非置換の炭素数６〜３０のアリールアルキル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のヘテロアルキル基、置換または非置換の炭素数２〜３０のヘテロアリール基、置換または非置換の炭素数２〜３０のヘテロアリールアルキル基、置換または非置換の炭素数５〜３０のシクロアルキル基及び置換または非置換の炭素数２〜３０のヘテロシクロアルキル基からなる群から選択され、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ独立して、水素原子またはメチル基であり、この際、水素原子が特に好ましく、
Ｒ５は、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＯＨ、−ＮＨ２、カルボキシル基またはその塩、スルホン酸基またはその塩、及びリン酸基またはその塩、からなる群から選択され、この際、Ｒ５は、特に−ＯＨが好ましく、
ｎは２〜４５の整数である、
で表されることを特徴とする、キャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤である。
【００２９】
この際、前記炭素数１〜３０のアルキル基の具体的な例として、特に制限はないが、直鎖状または分枝状であってもよく、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ｉｓｏ−アミル、ヘキシル、イソペンチル、ｔｅｒｔ−ペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、イソヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、２−エチルヘキシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、ノナデシル、エイコシル、ヘンエイコシル、ドコシルなどが挙げられ、前記アルキル基に含まれる少なくとも一つの水素原子は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、アミジノ基、ヒドラジン基、またはヒドラゾン基で置換可能である。
【００３０】
前記炭素数１〜３０のアルケニル基または前記炭素数１〜３０のアルキニル基の具体例としては、特に制限はないが、前記で定義されたアルキル基の中間または末端に炭素二重結合または三重結合を含有しているものを意味し、前記アルケニル基またはアルキニル基の少なくとも一つの水素原子は、前記アルケニル基に含まれる少なくとも一つの水素原子は、アルキル基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、アミジノ基、ヒドラジン基、またはヒドラゾン基で置換可能である。
【００３１】
前記炭素数６〜３０のアリール基は、少なくとも一つの芳香族環を含む炭素環式芳香族系を意味し、前記環は、ペンダント基として共に結合または融合することができる。アリール基の具体的な例としては、特に制限はないが、フェニル、ベンジル、フェネチル、ｏ−，ｍ−若しくはｐ−トリル、２，３−若しくは２，４−キシリル、メシチル、ナフチル、アントリル、フェナントリル、ビフェニリル、ベンズヒドリル、トリチル及びピレニル、テトラヒドロナフチルなどの芳香族基を挙げることができ、前記アリール基の少なくとも一つの水素原子は、前記アルキル基の場合と同様の置換基で置換可能である。置換のアリール基としては、特に、１，１，３，３−テトラメチルブチル基が好ましい。
【００３２】
前記アリールアルキル基は、前記で定義されたアリール基において水素原子の一部が低級アルキル、例えばメチル、エチル、プロピルなどで置換されたものを意味する。例えば、ベンジル、フェニルエチルなどがある。前記アリールアルキル基の少なくとも一つの水素原子は、前記アルケニル基の場合と同様の置換基で置換可能である。
【００３３】
前記ヘテロアルキル基は、前記アルキル基の主鎖の少なくとも一つの炭素原子がＮ、Ｏ、ＰまたはＳなどの原子で置換されたものを意味する。
【００３４】
前記ヘテロアリール基は、Ｎ、Ｏ、ＰまたはＳからなる群から選択される少なくとも一種のヘテロ原子を含み、残りの環原子がＣである炭素数６〜３０の環芳香族系を意味し、前記環は、ペンダント方式で共に結合または融合することができる。前記ヘテロアリール基の少なくとも一つの水素原子は、前記アルケニル基の場合と同様の置換基で置換可能である。
【００３５】
前記ヘテロアリールアルキル基は、前記ヘテロアリール基の水素原子の一部が低級アルキル基、例えばメチル、エチル、プロピルなどで置換されたものを意味する。前記ヘテロアリールアルキルの少なくとも一つの水素原子は、前記アルケニル基の場合と同様の置換基で置換可能である。
【００３６】
前記シクロアルキル基は、炭素原子数５〜３０の１価単環式系を意味する。前記シクロアルキル基の具体的な例として、特に制限はないが、例えば、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル及びシクロオクチルなどが挙げられる。前記シクロアルキル基の少なくとも一つの水素原子は、前記アルケニル基の場合と同様の置換基で置換可能である。
【００３７】
前記ヘテロシクロアルキル基は、Ｎ、Ｏ、ＰおよびＳからなる群から選択される少なくとも１種の原子を含み、残りの環原子がＣである炭素数５〜３０の１価の単環式系を意味する。前記シクロアルキル基の少なくとも一つの水素原子は、前記アルケニル基の場合と同様の置換基で置換可能である。
【００３８】
本発明の分散剤は、前記化学式１における疎水性部分（Ａ）が、ナノ粒子の表面に結合しているキャップ分子の疎水性アルキル鎖に親和的なので、これを有機溶媒の中のナノ粒子と混合した後、前記溶媒を蒸発させる場合、図１に示すように、ファン・デル・ワールス力による界面相互作用（ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）によって前記Ａ部分がキャップ分子の疎水性鎖の間に容易に挿入される。その結果、ナノ粒子は、一層長くなった疎水性の炭化水素鎖を有し、エポキシド基と構造的に類似する厚いポリエチレングリコール膜を持つ。すなわち、ナノ粒子コアと二重膜（ｂｉｌａｙｅｒ）構造のシェルとからなるナノ粒子が形成され、前記ポリエチレングリコール膜のエチレングリコール基が、エポキシド基を含む高分子基質内で前記ナノ粒子を中心として四方に展開されてナノ粒子間の衝突及び凝集を防ぐ分散剤の役割を果たす。
【００３９】
結論的に、本発明の分散剤を用いると、キャップ分子の置換が不要なので、置換過程中に発生するナノ粒子表面の損傷、すなわちトラップ発生を防止してナノ粒子固有の光学的特性の低下を減少させることができ、ナノ粒子の表面に結合しているキャップ分子の種類を問わず、ナノ粒子の表面をエポキシド基と親和的にかつ疎水性の炭化水素鎖部分が多く含まれるように変形させることができ、短鎖のキャッピング物質で取り囲まれたナノ粒子でも、エポキシド基を含む長いアルキル鎖を有する高分子基質内で容易に分散させることができるという利点がある。
【００４０】
このような本発明の分散剤としては、特に制限されるのではないが、前記化学式１においてｎが１０〜４５の整数であり、前記Ａ部分の炭素数と前記ｎ値の比が２：１〜２：３のものを使用することが好ましい。
【００４１】
分散剤に含まれるエチレングリコールの数が多ければ多いほど、エポキシド基との親和度及びナノ粒子間の間隔を増加させることができ、分散剤の疎水性炭化水素鎖部分とエポキシド基に親和的なポリエチレングリコール部分の長さ比が２：１〜２：３と適切に均衡を保てば保つほど、ナノ粒子の安定性を増加させることができる。その結果、高分子基質内におけるナノ粒子の分散度がより向上する。
【００４２】
また、本発明の分散剤は、前記化学式１においてｎが１０〜４５の整数であり、前記Ａ部分が少なくとも一つの二重結合または三重結合を含むことが好ましく、また、前記化学式１においてｎが１０〜４５の整数であり、前記Ａ部分が少なくとも一つのベンゼン環を含むことが好ましい。この場合、ベンゼン環の数は、好ましくは１〜４個、より好ましくは１〜２個である。より好ましくは、前記疎水性部分（Ａ部分）を成す炭化水素鎖が少なくとも一つの二重結合、三重結合またはベンゼン環を含みながら、分岐状の構造を持つことが良い。
【００４３】
前記Ａ部分は、少なくとも一つの二重結合または三重結合を含むことが好ましい。この場合、二重結合の数は、好ましくは１〜１０個、より好ましくは１〜５個、さらに好ましくは１〜２個である。また、三重結合の数は、好ましくは１〜１０個、より好ましくは１〜５個、さらに好ましくは１〜２個である。
【００４４】
前記疎水性部分（Ａ部分）を成す炭化水素鎖が少なくとも一つの二重結合、三重結合、ベンゼン環、側鎖などを含み、本発明の分散剤が嵩高く硬い構造を持つ場合には、前記分散剤の挿入力（ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）が増加するため、前記分散剤が効果的に挿入されてナノ粒子の安定性及び分散度を一層増加させることができる。
【００４５】
本発明で使用可能な分散剤としては、具体的に、下記化学式２〜７で表される化合物が挙げられるが、必ずしもこれに限定されるのではない。
【００４６】
【化３】
【００４７】
【化４】
【００４８】
【化５】
【００４９】
【化６】
【００５０】
【化７】
【００５１】
【化８】
【００５２】
上記化学式２〜７のうち、特に好ましいものは、化学式２〜５である。
【００５３】
また、化学式２における二重結合の位置は、特に制限されない。
【００５４】
上記の分散剤は、当業者に既知の方法で合成してもよいし、市場に流通しているものを購入することもできる。市場に流通しているものに関しては、後述する実施例において、詳説する。
【００５５】
一方、本発明の分散剤を用いて分散させようとするナノ粒子は、キャップ分子が表面に結合しているナノ粒子であって、金属ナノ粒子や半導体ナノ粒子など、化学的湿式方法で合成された大部分のナノ結晶を含む。具体的に、本発明のナノ粒子は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏ、ＣｕおよびＭｏからなる群から選択される少なくとも１種を含む金属ナノ粒子；ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅおよびＨｇＴｅを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体ナノ粒子；ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓからなる群から選択される少なくとも１種を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子；または、ＰｂＳ、ＰｂＳｅおよびＰｂＴｅからなる群から選択される少なくとも１種を含む鉛含有ナノ粒子；使用することができる。前記金属ナノ粒子、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子または前記鉛含有ナノ粒子は、単独で用いても混合物として用いてもよい。
【００５６】
また、好ましくは、１０ｎｍ以下の大きさを持つコア−シェル構造または合金形態の発光性半導体ナノ粒子を使用することができる。上記前記ナノ粒子の大きさは、好ましくは１〜１０ｎｍである。
【００５７】
この際、前記ナノ粒子の表面に結合しているキャップ分子は、特に制限されるのではないが、ホスフィンオキシド基、ホスホン酸基、カルボキシル基、アミノ基及びチオール基からなる群から選択される少なくとも１種の結合基と、疎水性のアルキル鎖とからなるものを使用することができる。
【００５８】
ここで、「疎水性のアルキル鎖」とは、置換または非置換、いずれの形態でもよく、直鎖であっても分岐鎖を有してもよい。疎水性のアルキル鎖の具体例としては、特に制限はないが、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、２−エチルヘキシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、ノナデシル、エイコシル、ヘンエイコシルおよびドコシルなどが挙げられる。前記アルキル基に含まれている少なくとも一つの水素原子は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、アミジノ基、ヒドラジン基、またはヒドラゾン基で置換可能である。すなわち、アルキル基の炭素数が８個以上で、少なくとも１つの水素原子が異なる置換基（作用基）または原子に置換されると、疎水性が強まる。
【００５９】
本発明のナノ粒子を分散させようとする基質としては、カプセル化技術及び発光素子分野などで多く用いられるエポキシ樹脂が挙げられる。エポキシ樹脂の種類は問わず、どのようなものにも使用できる。エポキシ樹脂の種類の具体例としては、特に制限はないが、例えば、ハロゲン化ビスフェノール型、レゾルシン型、ビスフェノールＦ型、テトラヒドロキシフェニルエタン型、ポリアルコール・ポリグリコール型、グリセリントリエーテル型、ポリオレフィン型およびビニルシクロヘキセンオキシドなどの脂環型などが挙げられる。ただし、必ずしもこれに限定されるのではなく、エポキシド基を含む高分子基質であればいずれでも制限なしに使用することができる。
【００６０】
本発明は、また、ナノ粒子に表面結合しているキャップ分子の間に、上述した化学式１の分散剤を挿入する工程を含むことを特徴とする、エポキシド基を含む高分子基質にナノ粒子を分散させる方法を提供する。
【００６１】
本発明のナノ粒子を分散させる方法は、ナノ粒子の分散性を向上させるために、従来の分散剤の置換方法の代わりに、挿入方法を使用するため、挿入過程中に表面トラップが発生しないため、ナノ粒子固有の光学的特性の低下が殆どなく、ナノ粒子に表面結合しているキャップ分子の種類を問わず、ナノ粒子をエポキシド基含有高分子基質内によく分散させることができるという利点がある。
【００６２】
この際、前記分散剤を挿入する方法としては、本発明の属する技術分野で公知になっている方法を使用することができ、具体的には、図２に示すように、（ａ）表面にキャップ分子が結合しているナノ粒子を疎水性溶媒に分散させる工程と、（ｂ）前記（ａ）工程で得た溶液に本発明の分散剤を混合する工程と、（ｃ）前記（ｂ）工程で得た溶液に親水性溶媒を添加して攪拌する工程と、（ｄ）前記（ｃ）工程で得た混合溶液を蒸発させて疎水性溶媒と親水性溶媒を順次除去する工程と、を含む方法を使用することができる。
【００６３】
前記工程において、前記ナノ粒子と分散剤の混合質量比は１：２５〜１：７５であることが好ましい。その理由は、過量の分散剤を混合する場合、高分子の硬化に難しさがあり得るためである。
【００６４】
前記疎水性溶媒としてはクロロホルム、ヘキサンおよびシクロヘキサンからなる群から選択される少なくとも１種などを使用することができ、前記親水性溶媒としてはエタノール、メタノールおよびイソプロパノールからなる群から選択される少なくとも１種などを使用することができるが、必ずしもこれに限定されるのではない。但し、疎水性溶媒の沸点が親水性溶媒の沸点と同様またはより低くなければならない。
【００６５】
本発明はまた、キャップ分子に表面結合しているナノ粒子と、前記本発明の分散剤と、エポキシド基を含む高分子基質とを含むことを特徴とする、ナノ粒子含有薄膜を提供する。
【００６６】
本発明のナノ粒子含有薄膜は、上述した本発明の分散剤を含むことにより、前記分散剤がナノ粒子の表面に結合しているキャップ分子の間に挿入され、ナノ粒子の安定性及びエポキシド基を含む高分子基質内における分散性を向上させるため、一定の条件での硬化処理の後にも、前記ナノ粒子が凝集体を形成せず、基質内に均一によく分散しうる。これにより、本発明のナノ粒子含有薄膜は、光学的に透明で光学的特性の低下が殆どない優れた特性を示す。すなわち、ナノ粒子の発光波長、及び発光波長分布などの固有な発光特性に変化がなく、優れた発光効率を示す。
【００６７】
このようなナノ粒子含有薄膜は、フラッシュメモリ、ＤＲＡＭ、ハードディスク、発光素子など様々な分野に適用可能であるが、特にこれを発光層として用いる場合、高い発光効率を示す優れた発光素子を提供することができる。
【００６８】
前記ナノ粒子含有薄膜の製造には、本発明の属する技術分野における通常用いられる公知の方法を利用することができ、具体的に、例えばエポキシド基を含む高分子基質とナノ粒子とを混合して攪拌した後、前記混合物を基板上に一般的なコーティング方法でコートし、常温〜２００℃で３０分以上硬化させる方法を使用することができる。
【００６９】
この際、ナノ粒子含有薄膜が形成される基板としては、ガラス、ＩＴＯガラス、水晶（ｑｕａｒｔｚ）、シリコンウェハ（Ｓｉ ｗａｆｅｒ）、シリカ塗布基板、アルミナ塗布基板などを使用することができ、前記基板は、混合物をコートする前に、予めその表面を通常の方法で前処理して使用することができる。
【００７０】
前記コーティング方法としては、ドロップキャスティング（ｄｒｏｐ ｃａｓｔｉｎｇ）、スピンコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、フローコーティング、スクリーンプリンティングなどの方法を使用することができるが、必ずしもこれに限定されるのではない。
【００７１】
前記ナノ粒子とエポキシド基を含む高分子基質間の混合質量比は１：１００〜１：１０００であることが好ましいが、その理由は、ナノ粒子の量が増加すればするほど、分散剤の量がさらに増加し、高分子基質の硬化に困難性を伴う虞があるためである。
【００７２】
前記エポキシド基を含む高分子基質としては、適切な光学的特性を持つエポキシ樹脂を使用することが好ましいが、必ずしもこれに限定されるのではなく、エポキシド基を含むものであればいずれでも制限なしに使用することができる。
【００７３】
また、前記ナノ粒子含有薄膜の厚さは５０〜２００μｍの範囲であることが好ましい。
【実施例】
【００７４】
以下、本発明の構成及び作用を実施例及び実験例を挙げて詳細に説明するが、これは本発明の態様を例示するためのもので、本発明の技術的範囲を制限するものと解釈されてはならないのはいうまでもない。
【００７５】
実施例１
まず、オレイン酸カドミウム（ｃａｄｍｉｕｍ ｏｌｅａｔｅｓ）を製造するために、窒素雰囲気の下で２０ｍＬのトリオクチルアミン（ｔｒｉｏｃｔｙｌａｍｉｎｅ：ＴＯＡ）、１．６ｍｍｏＬの酸化カドミウム（ＣｄＯ）及び６．４ｍｍｏＬのオレイン酸（ＯＡ）を反応させた。昇温に伴い、前記溶液内の酸化カドミウムの赤色が薄くなり始めた。オレイン酸カドミウムを完全に製造するために、前記溶液が無色に変わるまで少なくとも３０分以上、反応温度を３００℃に維持した。この時点で、前記反応溶液に０．２モル濃度のＳｅ−ＴＯＰ（ｔｒｉｏｃｔｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｅ）錯体溶液１ｍＬを注入した後、３００℃で９０秒間さらに反応させた。前記反応混合物の色がオレンジ、赤、暗赤などに変化し始めた。その後、予め準備した０．２モル濃度のＳ−ＴＯＰ錯体溶液を約１ｍＬ／分の速度で１滴ずつ注入した。エタノールを加えて６０４ｎｍで発光するオレイン酸でキャップされたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子の沈殿物を遠心分離によって得た。
【００７６】
ここで得たオレイン酸でキャップされたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子１０ｍｇをクロロホルム１ｍＬに分散させた後、前記溶液に、下記化学式２で表される本発明の分散剤（商品名：Ｂｒｉｊ９８、製造社：Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）５００ｍｇを混合した。前記混合物にエタノール１ｍＬを添加した後、前記分散剤の挿入を完結させるために真空処理によって前記クロロホルムとエタノールを順次蒸発させた。その結果、前記分散剤が挿入されたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子が得られた。
【００７７】
【化９】
【００７８】
その後、ナノ粒子含有薄膜サンプルを製造するために、水晶スライドを予め洗浄した。上記で得た本発明の分散剤が挿入されたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子５００ｍｇをエポキシ樹脂１ｍＬに混合した後、攪拌した。前記混合物を水晶基板上に滴下した後、前記エポキシ樹脂混合物上に別の水晶基板を配置させた。膜厚を調節するために、約１５０μｍ厚さのカバーガラス２枚を基板の間に挿入させた後、クリップで前記水晶基板を固定させ、１５０℃で１時間硬化させて光学的に透明なナノ粒子含有薄膜サンプル（厚さ：１３９μｍ）を得た。
【００７９】
実施例２〜６
本発明の分散剤としてそれぞれ下記表１に記載の化合物を使用したこと以外は、実施例１と同様の方法を用いて本発明の分散剤が挿入されたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子を得た。
【００８０】
【表１】
【００８１】
比較例１
オレイン酸（ＯＡ）でキャップされたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子を別の分散剤なしに使用した以外は前記実施例１と同様にして、ナノ粒子含有薄膜サンプルを得た。
【００８２】
その後、ナノ粒子含有薄膜サンプルを製造するために、水晶スライドを予め洗浄した。前記で得たオレイン酸でキャップされたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子１０ｍｇをエポキシ樹脂１ｍＬに混合した後、攪拌した。前記混合物を水晶基板上に滴下した後、前記エポキシ樹脂混合物上に別の水晶基板を配置させた。膜厚を調節するために、厚さ約１５０μｍのカバーガラス２枚を基板の間に挿入させた後、クリップで前記水晶基板を固定させ、１５０℃で１時間硬化させ、光学的に透明なナノ粒子含有薄膜サンプル（厚さ：１３９μｍ）を得た。
【００８３】
比較例２〜４
前記比較例１で得たオレイン酸でキャップされたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子１０ｍｇをトルエン１ｍＬに分散させた後、ここに下記表２に記載の物質をオレイン酸と同一の量で入れ、常温で３日間攪拌させ、それぞれアミン、ピリジン、チオールで置換キャップされたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子を得た。
【００８４】
【表２】
【００８５】
実験例１：本発明の分散剤の挿入有無及びそれによるナノ粒子の分散度合いの測定
本発明の分散剤がナノ粒子に確かに挿入されたかを確認するために、前記実施例１で得た本発明の分散剤が挿入されたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子、及び前記比較例１で得たオレイン酸でキャップされたナノ粒子をそれぞれエタノールに分散させた後、その分散の度合いを肉眼で観察した。前記分散の度合いは、各混合溶液の後ろに物体を置いた後、その物体が透けて見えるか否かによって判断した。
【００８６】
その結果を図３に示した。図３は前記実施例１及び前記比較例１で得た各ナノ粒子のエタノールに対する分散の度合いを肉眼で観察した写真である。図３を参照すると、本発明の分散剤が挿入された実施例１のナノ粒子を分散させた溶液の場合には、物体が透けて見えるほど透明であるが、オレイン酸でキャップされた比較例１のナノ粒子を分散させた溶液の場合には、不透明であって物体が透けて見えないことを確認することができる。これは、本発明の分散剤がナノ粒子のキャップ分子の間に挿入され、それによりナノ粒子がエタノールの中に凝集なしによく分散したことを示唆する。
【００８７】
実験例２：本発明の分散剤のエチレングリコールの数によるナノ粒子の分散度合いの測定
本発明の分散剤の親水性部分を成すエチレングリコールの数によるナノ粒子の分散の度合いを確認するために、前記実施例１で得た本発明の分散剤が挿入されたナノ粒子、及び前記実施例５で得たナノ粒子をそれぞれエタノールに分散させた後、その分散の度合いを肉眼で観察した。
【００８８】
その結果を図４に示した。図４は本発明の分散剤の親水性部分を成すエチレングリコールの数によるナノ粒子の分散の度合いを肉眼で観察した写真である。図４を参照すると、エチレングリコール数の多い分散剤（Ｂｒｉｊ９８、エチレングリコールの数：２０個）が挿入された実施例１のナノ粒子が、エチレングリコール数の少ない分散剤（Ｂｒｉｊ５２、エチレングリコールの数：２個）が挿入された実施例５のナノ粒子に比べてエタノールの中にさらによく分散して透明に見えることを確認することができる。
【００８９】
さらに、前記の各分散溶液に３６５ｎｍＵＶランプを照らしてナノ粒子の発光の度合いを確認した。その結果を図５に示した。図５は本発明の分散剤の親水性部分を成すエチレングリコールの数によるナノ粒子の分散の度合いをＵＶランプによるナノ粒子の発光度合いから確認した写真である。図５を参照すると、前記の肉眼観察結果と同様に、エチレングリコール数の多い分散剤（Ｂｒｉｊ９８、エチレングリコールの数：２０個）が挿入された実施例１のナノ粒子が、エチレングリコール数の少ない分散剤（Ｂｒｉｊ５２、エチレングリコールの数：２個）が挿入された実施例５のナノ粒子に比べてさらに明るい赤色の蛍光を発することを確認することができる。
【００９０】
実験例３：本発明の分散剤の炭化水素鎖内の二重結合の有無による挿入力及びそれによるナノ粒子の分散度合いの測定
本発明の分散剤の疎水性部分を成す炭化水素鎖内の二重結合の有無による挿入力、及びそれによるナノ粒子の分散の度合いを確認するために、炭化水素鎖の炭素数及びエチレングリコール数が同一であり且つ前記炭化水素鎖内の二重結合の有無のみが異なる分散剤を用いて、下記の実験を行った。すなわち、前記実施例１で得た本発明の分散剤が挿入されたナノ粒子及び前記実施例２で得たナノ粒子をそれぞれエタノールに分散させた後、前記各分散溶液に３６５ｎｍＵＶランプを照らしてナノ粒子の発光度合いを確認した。
【００９１】
その結果を図６に示した。図６は本発明の分散剤の疎水性部分を成す炭化水素鎖内の二重結合の有無による挿入力、及びそれによるナノ粒子の分散の度合いをＵＶランプによるナノ粒子の発光度合いから確認した写真である。図６を参照すると、炭化水素鎖内に二重結合を含む分散剤（Ｂｒｉｊ９８）が挿入された実施例１のナノ粒子が、二重結合を含んでいない分散剤（Ｂｒｉｊ７８）が挿入された実施例２のナノ粒子に比べてさらに明るい赤色の蛍光を発することを確認することができる。この結果から、炭化水素鎖内に二重結合が含まれば含まれるほど、本発明の分散剤の挿入力が増加し、それによりナノ粒子の分散の度合いも向上することが分かる。
【００９２】
実験例４：本発明の分散剤の炭化水素鎖の嵩高く硬い性質による挿入力及びそれによるナノ粒子の分散度合いの測定
本発明の分散剤の疎水性部分を成す炭化水素鎖の嵩高く硬い性質による挿入力、及びそれによるナノ粒子の分散の度合いを確認するために、エチレングリコールの数が同一であり且つ炭化水素鎖の構造が異なる分散剤を用いて、下記の実験を行った。すなわち、前記実施例３で得たナノ粒子、前記実施例４で得たナノ粒子、及び前記実施例６で得たナノ粒子をそれぞれエタノールに分散させた後、その分散の度合いを肉眼で観察した。
【００９３】
その結果を図７に示した。図７は本発明の疎水性部分を成す炭化水素鎖の嵩高く硬い性質による挿入力、及びそれによるナノ粒子の分散の度合いを肉眼で観察した写真である。図７において、黒い矢印は凝集して沈殿したナノ粒子を表示する。図７を参照すると、線形の炭化水素鎖よりなる分散剤（Ｂｒｉｊ５６）が挿入された実施例６のナノ粒子、ベンゼン環を含む炭化水素鎖よりなる分散剤（Ｔｅｒｇｉｔｏｌ ＮＰ−９）が挿入された実施例３のナノ粒子、分枝状のベンゼン環を含む炭化水素鎖よりなる分散剤（ＴＸ−１００）が挿入された実施例４のナノ粒子、の順に、凝集して沈殿したナノ粒子の量が多いことを確認することができる。これは、炭化水素鎖がベンゼン環または側鎖などを含んで嵩高く硬い構造を持てば持つほど、本発明の分散剤の挿入力が増加し、それによりナノ粒子の分散の度合いも向上することを示唆する。
【００９４】
実験例５：本発明の分散剤の構造によるエポキシ樹脂内におけるナノ粒子の分散度合いの測定
本発明の分散剤の構造によるナノ粒子のエポキシ樹脂内における分散の度合いを確認するために、前記実施例１〜６で得たナノ粒子をそれぞれエポキシ樹脂に分散させた後、前記の各混合物を２００μｍシリンジフィルターにかける。ナノ粒子の分散の度合いは、前記ナノ粒子とエポキシ樹脂の混合物がフィルターを全部通過する場合には「Ｇｏｏｄ」、一部通過する場合には「Ｍｏｄｅｒａｔｅ」、通過の程度が低い場合には「Ｌｏｗ」で表示した。その結果を表３に示した。
【００９５】
【表３】
【００９６】
表３の結果より、本発明の分散剤がエチレングリコールを１０個以上含むと、また炭化水素鎖内に少なくとも１種の二重結合、三重結合、ベンゼン環または側鎖などを含んで嵩高く硬い構造を持てば持つほど、ナノ粒子への挿入力が増加してエポキシ樹脂内におけるナノ粒子の分散性を向上させたことが分かった。
【００９７】
実験例６：本発明に係るナノ粒子含有薄膜サンプルの特性評価
（１）透明度合いの評価
前記実施例１及び比較例１で得たナノ粒子含有薄膜サンプルの透明の度合いを確認するために、各薄膜サンプルの後ろに、縞模様のある紙を当てた後、前記縞模様が透けて見えるか否かを観察した。
【００９８】
その結果を図８に示した。図８は本発明の実施例１及び比較例１で得た各ナノ粒子含有薄膜サンプルの透明の度合いを肉眼で観察した写真を示す。図８を参照すると、本発明の実施例１の薄膜サンプルは透明であって紙の縞模様が鮮明に透けて見えるが、これに対し、比較例１のナノ粒子含有薄膜サンプルは不透明であって縞模様が透けて見えないことを確認することができる。
【００９９】
また、前記実施例１及び比較例１で得た各ナノ粒子含有薄膜サンプルの後ろに字の書かれた本を当てた後、前記字が透けて見えるか否かを観察した。この際、リファレンス（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）として、エポキシ樹脂のみからなる薄膜サンプルを使用した。
【０１００】
その結果を図９に示した。図９は本発明の実施例１及び比較例１で得たナノ粒子含有薄膜サンプルの透明の度合いをエポキシ樹脂薄膜サンプルと比較して観察した写真である。図９を参照すると、本発明の実施例１で得たナノ粒子含有薄膜サンプルは、エポキシ樹脂のみからなる薄膜サンプルと透明の度合いが殆ど同様であって字が明確に見えるが、これに対し、比較例１で得たナノ粒子含有薄膜サンプルの場合には、不透明であって字がよく見えないことを確認することができる。
【０１０１】
（２）ナノ粒子の凝集確認
前記実施例１で得たナノ粒子含有薄膜サンプルをＦＩＢで約９０ｎｍの厚さに切った後、透過型電子顕微鏡で観察してナノ粒子の凝集を確認した。その結果を図１０に示した。図１０は本発明の実施例１で得たナノ粒子含有薄膜サンプルの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を示す。図１０を参照すると、本発明の実施例１に係る薄膜サンプルには、凝集したナノ粒子が観察されないことを確認することができる。これは、本発明の分散剤の挿入されたナノ粒子がエポキシ樹脂の中によく分散していることを示唆する。
【０１０２】
（３）発光特性の評価
前記実施例１及び比較例１で得た各ナノ粒子含有薄膜サンプルに対して発光スペクトル（ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を測定し、その結果を図１１に示した。この際、前記発光スペクトルの積分値を４１０ｎｍで観察された光吸収率で割って標準化させた。
【０１０３】
図１１を参照すると、本発明の実施例１で得た薄膜サンプルの場合には、最大発光波長が６０４ｎｍであって、ＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子固有の発光波長と差がないが、これに対し、本発明の分散剤を使用していない比較例１で得た薄膜サンプルの場合には、最大発光波長が６０８ｎｍであって、レッドシフト（ｒｅｄ ｓｈｉｆｔ）が起こったことを確認することができる。これは、前記比較例１の薄膜サンプルの場合、ナノ粒子の凝集が発生したことを示唆する。
【０１０４】
また、比較例１で得た薄膜サンプルは、本発明の実施例１で得た薄膜サンプルの発光強度の６３％に相当する発光強度のみを示すものと測定された。これは、本発明の分散剤を用いる場合、優れた発光効率を示すナノ粒子含有薄膜を提供することができることを意味する。
【０１０５】
実験例７：比較例１〜４で得たナノ粒子の発光スペクトルの測定
前記比較例１〜４で得た各ナノ粒子をトルエンに分散させた後、４１０ｎｍで励起させて発光スペクトルを測定した。その結果を図１２に示した。図１２を参照すると、ナノ粒子の表面にキャップされているオレイン酸をアミン、ピリジン、チオールの他の官能基で置換する場合、発光効率が著しく減少することを確認することができる。これは、官能基の置換過程中にナノ粒子の表面に損傷があったことを意味する。また、官能基の種類によって発光効率の減少程度が異なることを確認することができるが、この結果から、官能基の置換方法はナノ粒子の表面に結合しているキャップ分子の種類に依存的であることが分かる。
【０１０６】
結論的に、前記の実験結果より、キャップ分子が表面に結合しているナノ粒子を、エポキシド基を含む高分子基質内に分散させるにおいて、前記キャップ分子を官能基で置換する従来の置換方法はナノ粒子表面の損傷及び効率などいろいろの問題点があるが、本発明が提示する新しいタイプの分散剤がこれに対する解決策になることを確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】ナノ粒子の表面に結合しているキャップ分子の間に本発明の分散剤が挿入された状態を示す模式図である。
【図２】本発明の分散剤が挿入されたナノ粒子の製造過程を示す概略図である。
【図３】実施例１及び比較例１で得た各ナノ粒子のエタノールに対する分散の度合いを肉眼で観察した写真である。
【図４】本発明の分散剤の親水性部分を成すエチレングリコールの数によるナノ粒子の分散の度合いを肉眼で観察した写真である。
【図５】本発明の分散剤の親水性部分を成すエチレングリコールの数によるナノ粒子の分散の度合いをＵＶランプによる発光の度合いから確認した写真である。
【図６】本発明の分散剤の疎水性部分を成す炭化水素鎖内の二重結合有無による挿入力及びそれによるナノ粒子の分散の度合いをＵＶランプによる発光の度合いから確認した写真である。
【図７】本発明の分散剤の疎水性部分を成す炭化水素鎖の嵩高く硬い性質による挿入力及びそれによるナノ粒子の分散の度合いを肉眼で観察した写真である。
【図８】本発明の実施例１及び比較例１で得た各ナノ粒子含有薄膜サンプルの透明の度合いを肉眼で観察した写真である。
【図９】本発明の実施例１及び比較例２で得た各ナノ粒子含有薄膜サンプルの透明の度合いをエポキシ樹脂薄膜サンプルと比較して観察した写真である。
【図１０】本発明の実施例１で得たナノ粒子含有薄膜サンプルの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。
【図１１】本発明の実施例１及び比較例１で得た各ナノ粒子含有薄膜サンプルの発光スペクトルである。
【図１２】本発明の比較例１〜４で得た各ナノ粒子の発光スペクトルである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤、これを用いたナノ粒子の分散方法、及びこれを含むナノ粒子含有薄膜に関する。より詳しくは、ナノ粒子に表面結合しているキャップ分子に親和的な疎水性部分と、エポキシド基と構造的に類似なエチレングリコール誘導体の親水性部分とからなり、ナノ粒子表面のキャップ分子の間に挿入する方法によってナノ粒子の表面をエポキシド基と親和的にすることにより、エポキシド基を含む高分子基質内におけるナノ粒子の分散性を向上させるナノ粒子用分散剤、これを用いたナノ粒子の分散方法、及びこれを含むナノ粒子含有薄膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
量子ドット（ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ）は、量子閉じ込め（ｑｕａｎｔｕｍ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）効果を示すナノサイズの半導体物質であって、優れた物理的、化学的及び電気的特性により、各種電気、光学素子に用いられている。
【０００３】
特に、半導体ナノ粒子は、サイズ調節によって制御可能な光学的特性を有するため、近年光学素子分野で多くの注目を浴びてきた。ナノ粒子が適切な光学的特性の基質内でよく分散している場合、安定で硬いフィルム（薄膜）の形態でこれを含む発光素子は、均一で高い発光効率を示す。
【０００４】
ところが、ナノ粒子は、粒子間の凝集力が非常に大きいため、凝集体を形成する傾向があり、その場合、それ自体の優れた特性が十分発揮できないという問題点がある。よって、最近は、ナノ粒子の発光素子分野における応用性をより拡大させるために、様々な高分子基質内で、ナノ粒子の高い分散度を見出すことが重要な課題となっている。
【０００５】
このような高分子基質のうち、エポキシド基を含むエポキシ樹脂は、硬化の際に大きく収縮せず、光学的に透明な固体を形成する特性を有するため、カプセル化技術（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）及び光学素子分野で有用な物質として期待されている。
【０００６】
ところが、エポキシ樹脂は、比較的高い粘度をもっており、一般的なナノ粒子の製造方法である化学的湿式方法によって合成されたナノ粒子の場合、その表面に結合しているキャップ分子の鎖が短くかつエポキシド基と親和的な官能基を持っていないため、ナノ粒子をエポキシ樹脂に溶解及び分散させることが容易ではないという問題点がある。
【０００７】
したがって、発光素子の光学特性を向上させるためには、高濃度のナノ粒子が、エポキシ樹脂のようなエポキシド基を含む高分子基質内で、凝集または沈殿することなくよく分散できるように、長鎖とエポキシド基に親和的な官能基を持つ新しいタイプの分散剤が求められる。
【０００８】
従来のナノ粒子の分散性を向上させるための方法として、ナノ粒子の表面に結合しているキャップ分子を、使用しようとする溶媒または高分子基質に親和的な官能基で置換する表面改質（ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が試みられてきた。
【０００９】
ところが、この種の置換方法は、官能基の置換過程中にナノ粒子の表面を損傷させて効率を低下させるうえ、ナノ粒子の表面に強く結合しているキャップ分子よりさらに強い結合力を持つ官能基を使用しなければならないということから、キャップ分子の種類に拘束され、ナノ粒子から遊離されたキャップ分子を除去することが容易ではないなどの、多くの欠点及び制約がある。
【００１０】
かかる問題点を解決するために、金ナノ粒子に表面結合している疎水性のキャップ分子を官能基で置換する代わりに、前記キャップ分子の間に、親水性部分を持つ分散剤を挿入させる方法によって、前記金ナノ粒子を水溶性に変形させる方法が報告されている（例えば、非特許文献１）。
【００１１】
しかし、前記方法は、金ナノ粒子を水によく溶解できるように水溶性になるように修飾させる方法についてのみ開示しており、粘度の高い高分子基質内でナノ粒子をよく分散させるための分散剤または方法については全く開示されていない。
【００１２】
また、特許文献１では、特定の物質のキャプチャーに有用なキャプチャーコーティング成分（ｃａｐｔｕｒｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）と、前記キャプチャー成分への物質の非特異的結合を防止するためのシールディングコーティング成分（ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｃｏａｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）とを含む混合単一層でコートされて水溶性特性を持つ金属ナノ粒子及びその製造方法について開示されている。
【００１３】
ところが、前記方法も、金などの金属ナノ粒子を、活性化のために水性環境を必要とする生体分子（例えば、タンパク質）との親和性を持つように水によく溶解させる方法についてのみ開示しており、発光素子の製造に有用なエポキシ樹脂などの高分子基質内でナノ粒子をよく分散させるための分散剤については全く開示していない。
【特許文献１】米国公開特許第２００５／００７４５５１号明細書
【非特許文献１】ＳＣＩＥＮＣＥ ＶＯＬ ３０４ ２３ ＡＰＲＩＬ（２００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、キャップ分子が表面に結合しているナノ粒子を、その表面を損傷させることなく、エポキシド基を含む高分子基質内によく分散させる分散剤を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、前記分散剤を用いて、キャップ分子が表面に結合しているナノ粒子を、エポキシド基を含む高分子基質内に容易に分散させ、ナノ粒子を分散させる方法を提供することにある。
【００１６】
本発明のさらに他の目的は、前記分散剤を含む、優れた発光効率を示すナノ粒子含有薄膜を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の態様は、下記化学式１：
【００１８】
【化１】
【００１９】
式中、Ａは、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルキル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルケニル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルキニル基、置換または非置換の炭素数６〜３０のアリール基、置換または非置換の炭素数６〜３０のアリールアルキル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のヘテロアルキル基、置換または非置換の炭素数２〜３０のヘテロアリール基、置換または非置換の炭素数２〜３０のヘテロアリールアルキル基、置換または非置換の炭素数５〜３０のシクロアルキル基及び置換または非置換の炭素数２〜３０のヘテロシクロアルキル基からなる群から選択され、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ独立して、水素原子またはメチル基であり、Ｒ５は、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＯＨ、−ＮＨ２、カルボキシル基またはその塩、スルホン酸基またはその塩、及びリン酸基またはその塩、からなる群から選択され、
ｎは２〜４５の整数である、
で表されることを特徴とする、キャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の分散剤を用いると、キャップ分子の種類を問わず、またナノ粒子の表面を損傷させることなく、疎水性を呈する発光性のナノ粒子を、エポキシド基を含む高分子基質内で安定的かつ均一に分散させることができるので、その固有の発光特性が変化しないながら向上した発光効率を示す、優れたナノ粒子含有薄膜及び発光素子を製造することができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明で使用される「キャップ分子（ｃａｐｐｉｎｇ ｍｏｌｅｃｕｌｅ）」とは、ナノ粒子の製造の際に、ナノ粒子間の凝集を防止するためにその表面に結合させる物質を意味する。すなわち、コロイド状に合成されるナノ粒子は、その表面が非常に不安定であって互いに凝集する虞があるので、ナノ粒子の凝集を防止するために、表面に特定の物質を結合させて合成するのであるが、その際に使用される物質を「キャップ分子」という。
【００２２】
通常、キャップ分子は、ナノ粒子の表面に結合する結合基（ヘッド）と疎水性アルキル基（テール）とからなり、場合によっては、前記テール部分に親水性の官能基が導入されることもある。また、合成過程で使用されるキャップ分子は、その種類に応じてナノ粒子の大きさ及び形状を決定する役割も果たすため、当業者は、これにつき分散剤（ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ）という表現を使わず、有機キャップ分子（ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｐｐｉｎｇ ｍｏｌｅｃｕｌｅ）または有機キャップ配位子（ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｐｐｉｎｇ ｌｉｇａｎｄ）いう用語を使う。
【００２３】
以下、本発明に係るナノ粒子用分散剤についてより詳細に説明する。
【００２４】
本発明に係るナノ粒子用分散剤は、ナノ粒子の表面に結合しているキャップ分子の疎水性アルキル鎖に親和的な疎水性部分（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｍｏｉｅｔｙ：下記化学式１のＡ部分）と、高分子基質内のエポキシド基に親和的な親水性部分（ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ ｍｏｉｅｔｙ：下記化学式１のＡを除いた残り部分）とを含んでなる。
【００２５】
前記疎水性部分は主に嵩高く硬い（ｂｕｌｋｙ ａｎｄ ｓｔｉｆｆ）炭化水素鎖からなり、前記親水性部分はエポキシド基と構造的に類似なポリエチレングリコールまたはその誘導体からなる。前記疎水性部分と前記親水性部分はいずれも、紫外線及び可視光線領域を吸収しない特性を持つため、これをナノ粒子に対する分散剤として用いても、前記粒子固有の発光特性を変化させたり発光効率を低下させたりしない。
【００２６】
本発明に係るナノ粒子用分散剤をさらに具体的に説明すると、本発明に係るナノ粒子用分散剤は、
下記化学式１：
【００２７】
【化２】
【００２８】
式中、Ａは、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルキル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルケニル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルキニル基、置換または非置換の炭素数６〜３０のアリール基、置換または非置換の炭素数６〜３０のアリールアルキル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のヘテロアルキル基、置換または非置換の炭素数２〜３０のヘテロアリール基、置換または非置換の炭素数２〜３０のヘテロアリールアルキル基、置換または非置換の炭素数５〜３０のシクロアルキル基及び置換または非置換の炭素数２〜３０のヘテロシクロアルキル基からなる群から選択され、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ独立して、水素原子またはメチル基であり、この際、水素原子が特に好ましく、
Ｒ５は、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＯＨ、−ＮＨ２、カルボキシル基またはその塩、スルホン酸基またはその塩、及びリン酸基またはその塩、からなる群から選択され、この際、Ｒ５は、特に−ＯＨが好ましく、
ｎは２〜４５の整数である、
で表されることを特徴とする、キャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤である。
【００２９】
この際、前記炭素数１〜３０のアルキル基の具体的な例として、特に制限はないが、直鎖状または分枝状であってもよく、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ｉｓｏ−アミル、ヘキシル、イソペンチル、ｔｅｒｔ−ペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、イソヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、２−エチルヘキシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、ノナデシル、エイコシル、ヘンエイコシル、ドコシルなどが挙げられ、前記アルキル基に含まれる少なくとも一つの水素原子は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、アミジノ基、ヒドラジン基、またはヒドラゾン基で置換可能である。
【００３０】
前記炭素数１〜３０のアルケニル基または前記炭素数１〜３０のアルキニル基の具体例としては、特に制限はないが、前記で定義されたアルキル基の中間または末端に炭素二重結合または三重結合を含有しているものを意味し、前記アルケニル基またはアルキニル基の少なくとも一つの水素原子は、前記アルケニル基に含まれる少なくとも一つの水素原子は、アルキル基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、アミジノ基、ヒドラジン基、またはヒドラゾン基で置換可能である。
【００３１】
前記炭素数６〜３０のアリール基は、少なくとも一つの芳香族環を含む炭素環式芳香族系を意味し、前記環は、ペンダント基として共に結合または融合することができる。アリール基の具体的な例としては、特に制限はないが、フェニル、ベンジル、フェネチル、ｏ−，ｍ−若しくはｐ−トリル、２，３−若しくは２，４−キシリル、メシチル、ナフチル、アントリル、フェナントリル、ビフェニリル、ベンズヒドリル、トリチル及びピレニル、テトラヒドロナフチルなどの芳香族基を挙げることができ、前記アリール基の少なくとも一つの水素原子は、前記アルキル基の場合と同様の置換基で置換可能である。置換のアリール基としては、特に、１，１，３，３−テトラメチルブチル基が好ましい。
【００３２】
前記アリールアルキル基は、前記で定義されたアリール基において水素原子の一部が低級アルキル、例えばメチル、エチル、プロピルなどで置換されたものを意味する。例えば、ベンジル、フェニルエチルなどがある。前記アリールアルキル基の少なくとも一つの水素原子は、前記アルケニル基の場合と同様の置換基で置換可能である。
【００３３】
前記ヘテロアルキル基は、前記アルキル基の主鎖の少なくとも一つの炭素原子がＮ、Ｏ、ＰまたはＳなどの原子で置換されたものを意味する。
【００３４】
前記ヘテロアリール基は、Ｎ、Ｏ、ＰまたはＳからなる群から選択される少なくとも一種のヘテロ原子を含み、残りの環原子がＣである炭素数６〜３０の環芳香族系を意味し、前記環は、ペンダント方式で共に結合または融合することができる。前記ヘテロアリール基の少なくとも一つの水素原子は、前記アルケニル基の場合と同様の置換基で置換可能である。
【００３５】
前記ヘテロアリールアルキル基は、前記ヘテロアリール基の水素原子の一部が低級アルキル基、例えばメチル、エチル、プロピルなどで置換されたものを意味する。前記ヘテロアリールアルキルの少なくとも一つの水素原子は、前記アルケニル基の場合と同様の置換基で置換可能である。
【００３６】
前記シクロアルキル基は、炭素原子数５〜３０の１価単環式系を意味する。前記シクロアルキル基の具体的な例として、特に制限はないが、例えば、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル及びシクロオクチルなどが挙げられる。前記シクロアルキル基の少なくとも一つの水素原子は、前記アルケニル基の場合と同様の置換基で置換可能である。
【００３７】
前記ヘテロシクロアルキル基は、Ｎ、Ｏ、ＰおよびＳからなる群から選択される少なくとも１種の原子を含み、残りの環原子がＣである炭素数５〜３０の１価の単環式系を意味する。前記シクロアルキル基の少なくとも一つの水素原子は、前記アルケニル基の場合と同様の置換基で置換可能である。
【００３８】
本発明の分散剤は、前記化学式１における疎水性部分（Ａ）が、ナノ粒子の表面に結合しているキャップ分子の疎水性アルキル鎖に親和的なので、これを有機溶媒の中のナノ粒子と混合した後、前記溶媒を蒸発させる場合、図１に示すように、ファン・デル・ワールス力による界面相互作用（ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）によって前記Ａ部分がキャップ分子の疎水性鎖の間に容易に挿入される。その結果、ナノ粒子は、一層長くなった疎水性の炭化水素鎖を有し、エポキシド基と構造的に類似する厚いポリエチレングリコール膜を持つ。すなわち、ナノ粒子コアと二重膜（ｂｉｌａｙｅｒ）構造のシェルとからなるナノ粒子が形成され、前記ポリエチレングリコール膜のエチレングリコール基が、エポキシド基を含む高分子基質内で前記ナノ粒子を中心として四方に展開されてナノ粒子間の衝突及び凝集を防ぐ分散剤の役割を果たす。
【００３９】
結論的に、本発明の分散剤を用いると、キャップ分子の置換が不要なので、置換過程中に発生するナノ粒子表面の損傷、すなわちトラップ発生を防止してナノ粒子固有の光学的特性の低下を減少させることができ、ナノ粒子の表面に結合しているキャップ分子の種類を問わず、ナノ粒子の表面をエポキシド基と親和的にかつ疎水性の炭化水素鎖部分が多く含まれるように変形させることができ、短鎖のキャッピング物質で取り囲まれたナノ粒子でも、エポキシド基を含む長いアルキル鎖を有する高分子基質内で容易に分散させることができるという利点がある。
【００４０】
このような本発明の分散剤としては、特に制限されるのではないが、前記化学式１においてｎが１０〜４５の整数であり、前記Ａ部分の炭素数と前記ｎ値の比が２：１〜２：３のものを使用することが好ましい。
【００４１】
分散剤に含まれるエチレングリコールの数が多ければ多いほど、エポキシド基との親和度及びナノ粒子間の間隔を増加させることができ、分散剤の疎水性炭化水素鎖部分とエポキシド基に親和的なポリエチレングリコール部分の長さ比が２：１〜２：３と適切に均衡を保てば保つほど、ナノ粒子の安定性を増加させることができる。その結果、高分子基質内におけるナノ粒子の分散度がより向上する。
【００４２】
また、本発明の分散剤は、前記化学式１においてｎが１０〜４５の整数であり、前記Ａ部分が少なくとも一つの二重結合または三重結合を含むことが好ましく、また、前記化学式１においてｎが１０〜４５の整数であり、前記Ａ部分が少なくとも一つのベンゼン環を含むことが好ましい。この場合、ベンゼン環の数は、好ましくは１〜４個、より好ましくは１〜２個である。より好ましくは、前記疎水性部分（Ａ部分）を成す炭化水素鎖が少なくとも一つの二重結合、三重結合またはベンゼン環を含みながら、分岐状の構造を持つことが良い。
【００４３】
前記Ａ部分は、少なくとも一つの二重結合または三重結合を含むことが好ましい。この場合、二重結合の数は、好ましくは１〜１０個、より好ましくは１〜５個、さらに好ましくは１〜２個である。また、三重結合の数は、好ましくは１〜１０個、より好ましくは１〜５個、さらに好ましくは１〜２個である。
【００４４】
前記疎水性部分（Ａ部分）を成す炭化水素鎖が少なくとも一つの二重結合、三重結合、ベンゼン環、側鎖などを含み、本発明の分散剤が嵩高く硬い構造を持つ場合には、前記分散剤の挿入力（ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）が増加するため、前記分散剤が効果的に挿入されてナノ粒子の安定性及び分散度を一層増加させることができる。
【００４５】
本発明で使用可能な分散剤としては、具体的に、下記化学式２〜７で表される化合物が挙げられるが、必ずしもこれに限定されるのではない。
【００４６】
【化３】
【００４７】
【化４】
【００４８】
【化５】
【００４９】
【化６】
【００５０】
【化７】
【００５１】
【化８】
【００５２】
上記化学式２〜７のうち、特に好ましいものは、化学式２〜５である。
【００５３】
また、化学式２における二重結合の位置は、特に制限されない。
【００５４】
上記の分散剤は、当業者に既知の方法で合成してもよいし、市場に流通しているものを購入することもできる。市場に流通しているものに関しては、後述する実施例において、詳説する。
【００５５】
一方、本発明の分散剤を用いて分散させようとするナノ粒子は、キャップ分子が表面に結合しているナノ粒子であって、金属ナノ粒子や半導体ナノ粒子など、化学的湿式方法で合成された大部分のナノ結晶を含む。具体的に、本発明のナノ粒子は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏ、ＣｕおよびＭｏからなる群から選択される少なくとも１種を含む金属ナノ粒子；ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅおよびＨｇＴｅを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体ナノ粒子；ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓからなる群から選択される少なくとも１種を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子；または、ＰｂＳ、ＰｂＳｅおよびＰｂＴｅからなる群から選択される少なくとも１種を含む鉛含有ナノ粒子；使用することができる。前記金属ナノ粒子、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子または前記鉛含有ナノ粒子は、単独で用いても混合物として用いてもよい。
【００５６】
また、好ましくは、１０ｎｍ以下の大きさを持つコア−シェル構造または合金形態の発光性半導体ナノ粒子を使用することができる。上記前記ナノ粒子の大きさは、好ましくは１〜１０ｎｍである。
【００５７】
この際、前記ナノ粒子の表面に結合しているキャップ分子は、特に制限されるのではないが、ホスフィンオキシド基、ホスホン酸基、カルボキシル基、アミノ基及びチオール基からなる群から選択される少なくとも１種の結合基と、疎水性のアルキル鎖とからなるものを使用することができる。
【００５８】
ここで、「疎水性のアルキル鎖」とは、置換または非置換、いずれの形態でもよく、直鎖であっても分岐鎖を有してもよい。疎水性のアルキル鎖の具体例としては、特に制限はないが、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、２−エチルヘキシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、ノナデシル、エイコシル、ヘンエイコシルおよびドコシルなどが挙げられる。前記アルキル基に含まれている少なくとも一つの水素原子は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、アミジノ基、ヒドラジン基、またはヒドラゾン基で置換可能である。すなわち、アルキル基の炭素数が８個以上で、少なくとも１つの水素原子が異なる置換基（作用基）または原子に置換されると、疎水性が強まる。
【００５９】
本発明のナノ粒子を分散させようとする基質としては、カプセル化技術及び発光素子分野などで多く用いられるエポキシ樹脂が挙げられる。エポキシ樹脂の種類は問わず、どのようなものにも使用できる。エポキシ樹脂の種類の具体例としては、特に制限はないが、例えば、ハロゲン化ビスフェノール型、レゾルシン型、ビスフェノールＦ型、テトラヒドロキシフェニルエタン型、ポリアルコール・ポリグリコール型、グリセリントリエーテル型、ポリオレフィン型およびビニルシクロヘキセンオキシドなどの脂環型などが挙げられる。ただし、必ずしもこれに限定されるのではなく、エポキシド基を含む高分子基質であればいずれでも制限なしに使用することができる。
【００６０】
本発明は、また、ナノ粒子に表面結合しているキャップ分子の間に、上述した化学式１の分散剤を挿入する工程を含むことを特徴とする、エポキシド基を含む高分子基質にナノ粒子を分散させる方法を提供する。
【００６１】
本発明のナノ粒子を分散させる方法は、ナノ粒子の分散性を向上させるために、従来の分散剤の置換方法の代わりに、挿入方法を使用するため、挿入過程中に表面トラップが発生しないため、ナノ粒子固有の光学的特性の低下が殆どなく、ナノ粒子に表面結合しているキャップ分子の種類を問わず、ナノ粒子をエポキシド基含有高分子基質内によく分散させることができるという利点がある。
【００６２】
この際、前記分散剤を挿入する方法としては、本発明の属する技術分野で公知になっている方法を使用することができ、具体的には、図２に示すように、（ａ）表面にキャップ分子が結合しているナノ粒子を疎水性溶媒に分散させる工程と、（ｂ）前記（ａ）工程で得た溶液に本発明の分散剤を混合する工程と、（ｃ）前記（ｂ）工程で得た溶液に親水性溶媒を添加して攪拌する工程と、（ｄ）前記（ｃ）工程で得た混合溶液を蒸発させて疎水性溶媒と親水性溶媒を順次除去する工程と、を含む方法を使用することができる。
【００６３】
前記工程において、前記ナノ粒子と分散剤の混合質量比は１：２５〜１：７５であることが好ましい。その理由は、過量の分散剤を混合する場合、高分子の硬化に難しさがあり得るためである。
【００６４】
前記疎水性溶媒としてはクロロホルム、ヘキサンおよびシクロヘキサンからなる群から選択される少なくとも１種などを使用することができ、前記親水性溶媒としてはエタノール、メタノールおよびイソプロパノールからなる群から選択される少なくとも１種などを使用することができるが、必ずしもこれに限定されるのではない。但し、疎水性溶媒の沸点が親水性溶媒の沸点と同様またはより低くなければならない。
【００６５】
本発明はまた、キャップ分子に表面結合しているナノ粒子と、前記本発明の分散剤と、エポキシド基を含む高分子基質とを含むことを特徴とする、ナノ粒子含有薄膜を提供する。
【００６６】
本発明のナノ粒子含有薄膜は、上述した本発明の分散剤を含むことにより、前記分散剤がナノ粒子の表面に結合しているキャップ分子の間に挿入され、ナノ粒子の安定性及びエポキシド基を含む高分子基質内における分散性を向上させるため、一定の条件での硬化処理の後にも、前記ナノ粒子が凝集体を形成せず、基質内に均一によく分散しうる。これにより、本発明のナノ粒子含有薄膜は、光学的に透明で光学的特性の低下が殆どない優れた特性を示す。すなわち、ナノ粒子の発光波長、及び発光波長分布などの固有な発光特性に変化がなく、優れた発光効率を示す。
【００６７】
このようなナノ粒子含有薄膜は、フラッシュメモリ、ＤＲＡＭ、ハードディスク、発光素子など様々な分野に適用可能であるが、特にこれを発光層として用いる場合、高い発光効率を示す優れた発光素子を提供することができる。
【００６８】
前記ナノ粒子含有薄膜の製造には、本発明の属する技術分野における通常用いられる公知の方法を利用することができ、具体的に、例えばエポキシド基を含む高分子基質とナノ粒子とを混合して攪拌した後、前記混合物を基板上に一般的なコーティング方法でコートし、常温〜２００℃で３０分以上硬化させる方法を使用することができる。
【００６９】
この際、ナノ粒子含有薄膜が形成される基板としては、ガラス、ＩＴＯガラス、水晶（ｑｕａｒｔｚ）、シリコンウェハ（Ｓｉ ｗａｆｅｒ）、シリカ塗布基板、アルミナ塗布基板などを使用することができ、前記基板は、混合物をコートする前に、予めその表面を通常の方法で前処理して使用することができる。
【００７０】
前記コーティング方法としては、ドロップキャスティング（ｄｒｏｐ ｃａｓｔｉｎｇ）、スピンコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、フローコーティング、スクリーンプリンティングなどの方法を使用することができるが、必ずしもこれに限定されるのではない。
【００７１】
前記ナノ粒子とエポキシド基を含む高分子基質間の混合質量比は１：１００〜１：１０００であることが好ましいが、その理由は、ナノ粒子の量が増加すればするほど、分散剤の量がさらに増加し、高分子基質の硬化に困難性を伴う虞があるためである。
【００７２】
前記エポキシド基を含む高分子基質としては、適切な光学的特性を持つエポキシ樹脂を使用することが好ましいが、必ずしもこれに限定されるのではなく、エポキシド基を含むものであればいずれでも制限なしに使用することができる。
【００７３】
また、前記ナノ粒子含有薄膜の厚さは５０〜２００μｍの範囲であることが好ましい。
【実施例】
【００７４】
以下、本発明の構成及び作用を実施例及び実験例を挙げて詳細に説明するが、これは本発明の態様を例示するためのもので、本発明の技術的範囲を制限するものと解釈されてはならないのはいうまでもない。
【００７５】
実施例１
まず、オレイン酸カドミウム（ｃａｄｍｉｕｍ ｏｌｅａｔｅｓ）を製造するために、窒素雰囲気の下で２０ｍＬのトリオクチルアミン（ｔｒｉｏｃｔｙｌａｍｉｎｅ：ＴＯＡ）、１．６ｍｍｏＬの酸化カドミウム（ＣｄＯ）及び６．４ｍｍｏＬのオレイン酸（ＯＡ）を反応させた。昇温に伴い、前記溶液内の酸化カドミウムの赤色が薄くなり始めた。オレイン酸カドミウムを完全に製造するために、前記溶液が無色に変わるまで少なくとも３０分以上、反応温度を３００℃に維持した。この時点で、前記反応溶液に０．２モル濃度のＳｅ−ＴＯＰ（ｔｒｉｏｃｔｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｅ）錯体溶液１ｍＬを注入した後、３００℃で９０秒間さらに反応させた。前記反応混合物の色がオレンジ、赤、暗赤などに変化し始めた。その後、予め準備した０．２モル濃度のＳ−ＴＯＰ錯体溶液を約１ｍＬ／分の速度で１滴ずつ注入した。エタノールを加えて６０４ｎｍで発光するオレイン酸でキャップされたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子の沈殿物を遠心分離によって得た。
【００７６】
ここで得たオレイン酸でキャップされたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子１０ｍｇをクロロホルム１ｍＬに分散させた後、前記溶液に、下記化学式２で表される本発明の分散剤（商品名：Ｂｒｉｊ９８、製造社：Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）５００ｍｇを混合した。前記混合物にエタノール１ｍＬを添加した後、前記分散剤の挿入を完結させるために真空処理によって前記クロロホルムとエタノールを順次蒸発させた。その結果、前記分散剤が挿入されたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子が得られた。
【００７７】
【化９】
【００７８】
その後、ナノ粒子含有薄膜サンプルを製造するために、水晶スライドを予め洗浄した。上記で得た本発明の分散剤が挿入されたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子５００ｍｇをエポキシ樹脂１ｍＬに混合した後、攪拌した。前記混合物を水晶基板上に滴下した後、前記エポキシ樹脂混合物上に別の水晶基板を配置させた。膜厚を調節するために、約１５０μｍ厚さのカバーガラス２枚を基板の間に挿入させた後、クリップで前記水晶基板を固定させ、１５０℃で１時間硬化させて光学的に透明なナノ粒子含有薄膜サンプル（厚さ：１３９μｍ）を得た。
【００７９】
実施例２〜６
本発明の分散剤としてそれぞれ下記表１に記載の化合物を使用したこと以外は、実施例１と同様の方法を用いて本発明の分散剤が挿入されたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子を得た。
【００８０】
【表１】
【００８１】
比較例１
オレイン酸（ＯＡ）でキャップされたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子を別の分散剤なしに使用した以外は前記実施例１と同様にして、ナノ粒子含有薄膜サンプルを得た。
【００８２】
その後、ナノ粒子含有薄膜サンプルを製造するために、水晶スライドを予め洗浄した。前記で得たオレイン酸でキャップされたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子１０ｍｇをエポキシ樹脂１ｍＬに混合した後、攪拌した。前記混合物を水晶基板上に滴下した後、前記エポキシ樹脂混合物上に別の水晶基板を配置させた。膜厚を調節するために、厚さ約１５０μｍのカバーガラス２枚を基板の間に挿入させた後、クリップで前記水晶基板を固定させ、１５０℃で１時間硬化させ、光学的に透明なナノ粒子含有薄膜サンプル（厚さ：１３９μｍ）を得た。
【００８３】
比較例２〜４
前記比較例１で得たオレイン酸でキャップされたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子１０ｍｇをトルエン１ｍＬに分散させた後、ここに下記表２に記載の物質をオレイン酸と同一の量で入れ、常温で３日間攪拌させ、それぞれアミン、ピリジン、チオールで置換キャップされたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子を得た。
【００８４】
【表２】
【００８５】
実験例１：本発明の分散剤の挿入有無及びそれによるナノ粒子の分散度合いの測定
本発明の分散剤がナノ粒子に確かに挿入されたかを確認するために、前記実施例１で得た本発明の分散剤が挿入されたＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子、及び前記比較例１で得たオレイン酸でキャップされたナノ粒子をそれぞれエタノールに分散させた後、その分散の度合いを肉眼で観察した。前記分散の度合いは、各混合溶液の後ろに物体を置いた後、その物体が透けて見えるか否かによって判断した。
【００８６】
その結果を図３に示した。図３は前記実施例１及び前記比較例１で得た各ナノ粒子のエタノールに対する分散の度合いを肉眼で観察した写真である。図３を参照すると、本発明の分散剤が挿入された実施例１のナノ粒子を分散させた溶液の場合には、物体が透けて見えるほど透明であるが、オレイン酸でキャップされた比較例１のナノ粒子を分散させた溶液の場合には、不透明であって物体が透けて見えないことを確認することができる。これは、本発明の分散剤がナノ粒子のキャップ分子の間に挿入され、それによりナノ粒子がエタノールの中に凝集なしによく分散したことを示唆する。
【００８７】
実験例２：本発明の分散剤のエチレングリコールの数によるナノ粒子の分散度合いの測定
本発明の分散剤の親水性部分を成すエチレングリコールの数によるナノ粒子の分散の度合いを確認するために、前記実施例１で得た本発明の分散剤が挿入されたナノ粒子、及び前記実施例５で得たナノ粒子をそれぞれエタノールに分散させた後、その分散の度合いを肉眼で観察した。
【００８８】
その結果を図４に示した。図４は本発明の分散剤の親水性部分を成すエチレングリコールの数によるナノ粒子の分散の度合いを肉眼で観察した写真である。図４を参照すると、エチレングリコール数の多い分散剤（Ｂｒｉｊ９８、エチレングリコールの数：２０個）が挿入された実施例１のナノ粒子が、エチレングリコール数の少ない分散剤（Ｂｒｉｊ５２、エチレングリコールの数：２個）が挿入された実施例５のナノ粒子に比べてエタノールの中にさらによく分散して透明に見えることを確認することができる。
【００８９】
さらに、前記の各分散溶液に３６５ｎｍＵＶランプを照らしてナノ粒子の発光の度合いを確認した。その結果を図５に示した。図５は本発明の分散剤の親水性部分を成すエチレングリコールの数によるナノ粒子の分散の度合いをＵＶランプによるナノ粒子の発光度合いから確認した写真である。図５を参照すると、前記の肉眼観察結果と同様に、エチレングリコール数の多い分散剤（Ｂｒｉｊ９８、エチレングリコールの数：２０個）が挿入された実施例１のナノ粒子が、エチレングリコール数の少ない分散剤（Ｂｒｉｊ５２、エチレングリコールの数：２個）が挿入された実施例５のナノ粒子に比べてさらに明るい赤色の蛍光を発することを確認することができる。
【００９０】
実験例３：本発明の分散剤の炭化水素鎖内の二重結合の有無による挿入力及びそれによるナノ粒子の分散度合いの測定
本発明の分散剤の疎水性部分を成す炭化水素鎖内の二重結合の有無による挿入力、及びそれによるナノ粒子の分散の度合いを確認するために、炭化水素鎖の炭素数及びエチレングリコール数が同一であり且つ前記炭化水素鎖内の二重結合の有無のみが異なる分散剤を用いて、下記の実験を行った。すなわち、前記実施例１で得た本発明の分散剤が挿入されたナノ粒子及び前記実施例２で得たナノ粒子をそれぞれエタノールに分散させた後、前記各分散溶液に３６５ｎｍＵＶランプを照らしてナノ粒子の発光度合いを確認した。
【００９１】
その結果を図６に示した。図６は本発明の分散剤の疎水性部分を成す炭化水素鎖内の二重結合の有無による挿入力、及びそれによるナノ粒子の分散の度合いをＵＶランプによるナノ粒子の発光度合いから確認した写真である。図６を参照すると、炭化水素鎖内に二重結合を含む分散剤（Ｂｒｉｊ９８）が挿入された実施例１のナノ粒子が、二重結合を含んでいない分散剤（Ｂｒｉｊ７８）が挿入された実施例２のナノ粒子に比べてさらに明るい赤色の蛍光を発することを確認することができる。この結果から、炭化水素鎖内に二重結合が含まれば含まれるほど、本発明の分散剤の挿入力が増加し、それによりナノ粒子の分散の度合いも向上することが分かる。
【００９２】
実験例４：本発明の分散剤の炭化水素鎖の嵩高く硬い性質による挿入力及びそれによるナノ粒子の分散度合いの測定
本発明の分散剤の疎水性部分を成す炭化水素鎖の嵩高く硬い性質による挿入力、及びそれによるナノ粒子の分散の度合いを確認するために、エチレングリコールの数が同一であり且つ炭化水素鎖の構造が異なる分散剤を用いて、下記の実験を行った。すなわち、前記実施例３で得たナノ粒子、前記実施例４で得たナノ粒子、及び前記実施例６で得たナノ粒子をそれぞれエタノールに分散させた後、その分散の度合いを肉眼で観察した。
【００９３】
その結果を図７に示した。図７は本発明の疎水性部分を成す炭化水素鎖の嵩高く硬い性質による挿入力、及びそれによるナノ粒子の分散の度合いを肉眼で観察した写真である。図７において、黒い矢印は凝集して沈殿したナノ粒子を表示する。図７を参照すると、線形の炭化水素鎖よりなる分散剤（Ｂｒｉｊ５６）が挿入された実施例６のナノ粒子、ベンゼン環を含む炭化水素鎖よりなる分散剤（Ｔｅｒｇｉｔｏｌ ＮＰ−９）が挿入された実施例３のナノ粒子、分枝状のベンゼン環を含む炭化水素鎖よりなる分散剤（ＴＸ−１００）が挿入された実施例４のナノ粒子、の順に、凝集して沈殿したナノ粒子の量が多いことを確認することができる。これは、炭化水素鎖がベンゼン環または側鎖などを含んで嵩高く硬い構造を持てば持つほど、本発明の分散剤の挿入力が増加し、それによりナノ粒子の分散の度合いも向上することを示唆する。
【００９４】
実験例５：本発明の分散剤の構造によるエポキシ樹脂内におけるナノ粒子の分散度合いの測定
本発明の分散剤の構造によるナノ粒子のエポキシ樹脂内における分散の度合いを確認するために、前記実施例１〜６で得たナノ粒子をそれぞれエポキシ樹脂に分散させた後、前記の各混合物を２００μｍシリンジフィルターにかける。ナノ粒子の分散の度合いは、前記ナノ粒子とエポキシ樹脂の混合物がフィルターを全部通過する場合には「Ｇｏｏｄ」、一部通過する場合には「Ｍｏｄｅｒａｔｅ」、通過の程度が低い場合には「Ｌｏｗ」で表示した。その結果を表３に示した。
【００９５】
【表３】
【００９６】
表３の結果より、本発明の分散剤がエチレングリコールを１０個以上含むと、また炭化水素鎖内に少なくとも１種の二重結合、三重結合、ベンゼン環または側鎖などを含んで嵩高く硬い構造を持てば持つほど、ナノ粒子への挿入力が増加してエポキシ樹脂内におけるナノ粒子の分散性を向上させたことが分かった。
【００９７】
実験例６：本発明に係るナノ粒子含有薄膜サンプルの特性評価
（１）透明度合いの評価
前記実施例１及び比較例１で得たナノ粒子含有薄膜サンプルの透明の度合いを確認するために、各薄膜サンプルの後ろに、縞模様のある紙を当てた後、前記縞模様が透けて見えるか否かを観察した。
【００９８】
その結果を図８に示した。図８は本発明の実施例１及び比較例１で得た各ナノ粒子含有薄膜サンプルの透明の度合いを肉眼で観察した写真を示す。図８を参照すると、本発明の実施例１の薄膜サンプルは透明であって紙の縞模様が鮮明に透けて見えるが、これに対し、比較例１のナノ粒子含有薄膜サンプルは不透明であって縞模様が透けて見えないことを確認することができる。
【００９９】
また、前記実施例１及び比較例１で得た各ナノ粒子含有薄膜サンプルの後ろに字の書かれた本を当てた後、前記字が透けて見えるか否かを観察した。この際、リファレンス（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）として、エポキシ樹脂のみからなる薄膜サンプルを使用した。
【０１００】
その結果を図９に示した。図９は本発明の実施例１及び比較例１で得たナノ粒子含有薄膜サンプルの透明の度合いをエポキシ樹脂薄膜サンプルと比較して観察した写真である。図９を参照すると、本発明の実施例１で得たナノ粒子含有薄膜サンプルは、エポキシ樹脂のみからなる薄膜サンプルと透明の度合いが殆ど同様であって字が明確に見えるが、これに対し、比較例１で得たナノ粒子含有薄膜サンプルの場合には、不透明であって字がよく見えないことを確認することができる。
【０１０１】
（２）ナノ粒子の凝集確認
前記実施例１で得たナノ粒子含有薄膜サンプルをＦＩＢで約９０ｎｍの厚さに切った後、透過型電子顕微鏡で観察してナノ粒子の凝集を確認した。その結果を図１０に示した。図１０は本発明の実施例１で得たナノ粒子含有薄膜サンプルの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を示す。図１０を参照すると、本発明の実施例１に係る薄膜サンプルには、凝集したナノ粒子が観察されないことを確認することができる。これは、本発明の分散剤の挿入されたナノ粒子がエポキシ樹脂の中によく分散していることを示唆する。
【０１０２】
（３）発光特性の評価
前記実施例１及び比較例１で得た各ナノ粒子含有薄膜サンプルに対して発光スペクトル（ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を測定し、その結果を図１１に示した。この際、前記発光スペクトルの積分値を４１０ｎｍで観察された光吸収率で割って標準化させた。
【０１０３】
図１１を参照すると、本発明の実施例１で得た薄膜サンプルの場合には、最大発光波長が６０４ｎｍであって、ＣｄＳｅ／ＣｄＳナノ粒子固有の発光波長と差がないが、これに対し、本発明の分散剤を使用していない比較例１で得た薄膜サンプルの場合には、最大発光波長が６０８ｎｍであって、レッドシフト（ｒｅｄ ｓｈｉｆｔ）が起こったことを確認することができる。これは、前記比較例１の薄膜サンプルの場合、ナノ粒子の凝集が発生したことを示唆する。
【０１０４】
また、比較例１で得た薄膜サンプルは、本発明の実施例１で得た薄膜サンプルの発光強度の６３％に相当する発光強度のみを示すものと測定された。これは、本発明の分散剤を用いる場合、優れた発光効率を示すナノ粒子含有薄膜を提供することができることを意味する。
【０１０５】
実験例７：比較例１〜４で得たナノ粒子の発光スペクトルの測定
前記比較例１〜４で得た各ナノ粒子をトルエンに分散させた後、４１０ｎｍで励起させて発光スペクトルを測定した。その結果を図１２に示した。図１２を参照すると、ナノ粒子の表面にキャップされているオレイン酸をアミン、ピリジン、チオールの他の官能基で置換する場合、発光効率が著しく減少することを確認することができる。これは、官能基の置換過程中にナノ粒子の表面に損傷があったことを意味する。また、官能基の種類によって発光効率の減少程度が異なることを確認することができるが、この結果から、官能基の置換方法はナノ粒子の表面に結合しているキャップ分子の種類に依存的であることが分かる。
【０１０６】
結論的に、前記の実験結果より、キャップ分子が表面に結合しているナノ粒子を、エポキシド基を含む高分子基質内に分散させるにおいて、前記キャップ分子を官能基で置換する従来の置換方法はナノ粒子表面の損傷及び効率などいろいろの問題点があるが、本発明が提示する新しいタイプの分散剤がこれに対する解決策になることを確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】ナノ粒子の表面に結合しているキャップ分子の間に本発明の分散剤が挿入された状態を示す模式図である。
【図２】本発明の分散剤が挿入されたナノ粒子の製造過程を示す概略図である。
【図３】実施例１及び比較例１で得た各ナノ粒子のエタノールに対する分散の度合いを肉眼で観察した写真である。
【図４】本発明の分散剤の親水性部分を成すエチレングリコールの数によるナノ粒子の分散の度合いを肉眼で観察した写真である。
【図５】本発明の分散剤の親水性部分を成すエチレングリコールの数によるナノ粒子の分散の度合いをＵＶランプによる発光の度合いから確認した写真である。
【図６】本発明の分散剤の疎水性部分を成す炭化水素鎖内の二重結合有無による挿入力及びそれによるナノ粒子の分散の度合いをＵＶランプによる発光の度合いから確認した写真である。
【図７】本発明の分散剤の疎水性部分を成す炭化水素鎖の嵩高く硬い性質による挿入力及びそれによるナノ粒子の分散の度合いを肉眼で観察した写真である。
【図８】本発明の実施例１及び比較例１で得た各ナノ粒子含有薄膜サンプルの透明の度合いを肉眼で観察した写真である。
【図９】本発明の実施例１及び比較例２で得た各ナノ粒子含有薄膜サンプルの透明の度合いをエポキシ樹脂薄膜サンプルと比較して観察した写真である。
【図１０】本発明の実施例１で得たナノ粒子含有薄膜サンプルの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。
【図１１】本発明の実施例１及び比較例１で得た各ナノ粒子含有薄膜サンプルの発光スペクトルである。
【図１２】本発明の比較例１〜４で得た各ナノ粒子の発光スペクトルである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記化学式１：
【化１】
式中、Ａは、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルキル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルケニル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルキニル基、置換または非置換の炭素数６〜３０のアリール基、置換または非置換の炭素数６〜３０のアリールアルキル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のヘテロアルキル基、置換または非置換の炭素数２〜３０のヘテロアリール基、置換または非置換の炭素数２〜３０のヘテロアリールアルキル基、置換または非置換の炭素数５〜３０のシクロアルキル基及び置換または非置換の炭素数２〜３０のヘテロシクロアルキル基からなる群から選択され、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ独立して、水素原子またはメチル基であり、
Ｒ５は、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＯＨ、−ＮＨ２、カルボキシル基またはその塩、スルホン酸基またはその塩、及びリン酸基またはその塩、からなる群から選択され、
ｎは２〜４５の整数である、
で表されることを特徴とする、キャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項２】
前記分散剤が、エポキシド基を含む高分子基質に使用されることを特徴とする、請求項１に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項３】
前記化学式１において、
ｎが、１０〜４５の整数であることを特徴とする、請求項１または２に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項４】
前記化学式１において、
ｎが、１０〜４５の整数であり、
前記Ａ部分が、少なくとも一つの二重結合または三重結合を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項５】
前記化学式１において、
ｎが、１０〜４５の整数であり、
前記Ａ部分が、少なくとも一つのベンゼン環を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項６】
前記分散剤が、下記化学式２〜５のいずれか一つで表されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【化２】
【化３】
【化４】
【化５】
【請求項７】
前記ナノ粒子が、金属ナノ粒子、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体ナノ粒子、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子、及び鉛含有ナノ粒子からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項８】
前記金属ナノ粒子が、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｃｕ及びＭｏからなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項７に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項９】
前記ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体ナノ粒子が、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ及びＨｇＴｅからなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項７に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項１０】
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子が、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ及びＩｎＡｓからなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項７に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項１１】
前記鉛含有ナノ粒子が、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ及びＰｂＴｅからなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項７に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項１２】
前記ナノ粒子が、１０ｎｍ以下のコア−シェル構造または合金形態であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項１３】
前記キャップ分子が、ホスフィンオキシド基、ホスホン酸基、カルボキシル基、アミノ基及びチオール基からなる群から選択される少なくとも１種の結合基と、
疎水性のアルキル鎖と、
を含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項１４】
前記エポキシド基を含む高分子基質が、エポキシ樹脂であることを特徴とする、請求項２に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項１５】
ナノ粒子に表面結合しているキャップ分子の間に、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のナノ粒子用分散剤を挿入する工程を含むことを特徴とする、エポキシド基を含む高分子基質にナノ粒子を分散させる方法。
【請求項１６】
前記ナノ粒子用分散剤の挿入の工程が、
（ａ）キャップ分子が表面結合しているナノ粒子を、疎水性溶媒に分散させる工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程で得た溶液に、前記請求項１〜１４のいずれか１項に記載の分散剤を混合する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）工程で得た溶液に、親水性溶媒を添加して攪拌する工程と、
（ｄ）前記（ｃ）工程で得た混合溶液を蒸発させて、疎水性溶媒及び親水性溶媒を順次除去する工程と、
を含むことを特徴とする、請求項１５に記載のナノ粒子を分散させる方法。
【請求項１７】
前記ナノ粒子と、分散剤と、の混合質量比が、１：２５〜１：７５であることを特徴とする、請求項１６に記載のナノ粒子を分散させる方法。
【請求項１８】
前記疎水性溶媒が、クロロホルム、ヘキサン及びシクロヘキサンからなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１６または１７に記載のナノ粒子を分散させる方法。
【請求項１９】
前記親水性溶媒が、エタノール、メタノール及びイソプロパノールからなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載のナノ粒子を分散させる方法。
【請求項２０】
キャップ分子が表面結合しているナノ粒子と、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の分散剤と、
エポキシド基を含む高分子基質と、
を含むことを特徴とする、ナノ粒子含有薄膜。
【請求項２１】
前記エポキシド基を含む高分子基質が、エポキシ樹脂であることを特徴とする、請求項２０に記載のナノ粒子含有薄膜。
【請求項２２】
請求項２０または２１に記載のナノ粒子含有薄膜を発光層として含むことを特徴とする、発光素子。
【請求項１】
下記化学式１：
【化１】
式中、Ａは、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルキル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルケニル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のアルキニル基、置換または非置換の炭素数６〜３０のアリール基、置換または非置換の炭素数６〜３０のアリールアルキル基、置換または非置換の炭素数１〜３０のヘテロアルキル基、置換または非置換の炭素数２〜３０のヘテロアリール基、置換または非置換の炭素数２〜３０のヘテロアリールアルキル基、置換または非置換の炭素数５〜３０のシクロアルキル基及び置換または非置換の炭素数２〜３０のヘテロシクロアルキル基からなる群から選択され、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ独立して、水素原子またはメチル基であり、
Ｒ５は、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＯＨ、−ＮＨ２、カルボキシル基またはその塩、スルホン酸基またはその塩、及びリン酸基またはその塩、からなる群から選択され、
ｎは２〜４５の整数である、
で表されることを特徴とする、キャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項２】
前記分散剤が、エポキシド基を含む高分子基質に使用されることを特徴とする、請求項１に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項３】
前記化学式１において、
ｎが、１０〜４５の整数であることを特徴とする、請求項１または２に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項４】
前記化学式１において、
ｎが、１０〜４５の整数であり、
前記Ａ部分が、少なくとも一つの二重結合または三重結合を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項５】
前記化学式１において、
ｎが、１０〜４５の整数であり、
前記Ａ部分が、少なくとも一つのベンゼン環を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項６】
前記分散剤が、下記化学式２〜５のいずれか一つで表されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【化２】
【化３】
【化４】
【化５】
【請求項７】
前記ナノ粒子が、金属ナノ粒子、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体ナノ粒子、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子、及び鉛含有ナノ粒子からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項８】
前記金属ナノ粒子が、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｃｕ及びＭｏからなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項７に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項９】
前記ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体ナノ粒子が、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ及びＨｇＴｅからなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項７に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項１０】
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子が、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ及びＩｎＡｓからなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項７に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項１１】
前記鉛含有ナノ粒子が、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ及びＰｂＴｅからなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項７に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項１２】
前記ナノ粒子が、１０ｎｍ以下のコア−シェル構造または合金形態であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項１３】
前記キャップ分子が、ホスフィンオキシド基、ホスホン酸基、カルボキシル基、アミノ基及びチオール基からなる群から選択される少なくとも１種の結合基と、
疎水性のアルキル鎖と、
を含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項１４】
前記エポキシド基を含む高分子基質が、エポキシ樹脂であることを特徴とする、請求項２に記載のキャップ分子が表面結合しているナノ粒子用分散剤。
【請求項１５】
ナノ粒子に表面結合しているキャップ分子の間に、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のナノ粒子用分散剤を挿入する工程を含むことを特徴とする、エポキシド基を含む高分子基質にナノ粒子を分散させる方法。
【請求項１６】
前記ナノ粒子用分散剤の挿入の工程が、
（ａ）キャップ分子が表面結合しているナノ粒子を、疎水性溶媒に分散させる工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程で得た溶液に、前記請求項１〜１４のいずれか１項に記載の分散剤を混合する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）工程で得た溶液に、親水性溶媒を添加して攪拌する工程と、
（ｄ）前記（ｃ）工程で得た混合溶液を蒸発させて、疎水性溶媒及び親水性溶媒を順次除去する工程と、
を含むことを特徴とする、請求項１５に記載のナノ粒子を分散させる方法。
【請求項１７】
前記ナノ粒子と、分散剤と、の混合質量比が、１：２５〜１：７５であることを特徴とする、請求項１６に記載のナノ粒子を分散させる方法。
【請求項１８】
前記疎水性溶媒が、クロロホルム、ヘキサン及びシクロヘキサンからなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１６または１７に記載のナノ粒子を分散させる方法。
【請求項１９】
前記親水性溶媒が、エタノール、メタノール及びイソプロパノールからなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載のナノ粒子を分散させる方法。
【請求項２０】
キャップ分子が表面結合しているナノ粒子と、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の分散剤と、
エポキシド基を含む高分子基質と、
を含むことを特徴とする、ナノ粒子含有薄膜。
【請求項２１】
前記エポキシド基を含む高分子基質が、エポキシ樹脂であることを特徴とする、請求項２０に記載のナノ粒子含有薄膜。
【請求項２２】
請求項２０または２１に記載のナノ粒子含有薄膜を発光層として含むことを特徴とする、発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−１８１８１０（Ｐ２００７−１８１８１０Ａ）
【公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０９３２８（Ｐ２００６−３０９３２８）
【出願日】平成１８年１１月１５日（２００６．１１．１５）
【出願人】（５９１００３７７０）三星電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１５日（２００６．１１．１５）
【出願人】（５９１００３７７０）三星電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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