[发明专利]金属微粒复合体

说明书

技术领域

本发明涉及可用于例如利用了表面等离子体共振的各种器件的金属微粒复合体。

背景技术

局域表面等离子体共振(Local Surface Plasmon Resonance；LSPR)是数nm～100nm左右尺寸的金属微粒或金属微细结构中的电子与特定波长的光发生相互作用而共振的现象。局域表面等离子体共振早已被应用于通过在玻璃的内部混合金属微粒而呈现鲜艳颜色的有色玻璃中。近年来，正在研究例如在利用了增强光强度的效果的高输出功率发光激光器的开发、或利用了分子键合时共振状态发生变化的性质的生物传感器等中的应用。

为了将这种金属微粒的局域表面等离子体共振应用于传感器等中，需要在合成树脂等基质中稳定地固定金属微粒。但是，金属微粒当变成纳米尺寸时凝集分散特性会发生变化，例如由静电推斥作用引起的分散稳定化变难而容易发生凝集。因此，对于利用局域表面等离子体共振的等离子体器件，重要的是如何能以均匀的状态使基质中的金属微粒分散。

作为与树脂等基质中固定有金属微粒的金属微粒复合体相关的技术，例如提出了以下的专利文献1～6。在专利文献1中，作为粒子小、粒子的分散性及粒子与基质的粘接性良好因而弹性模量高的高分子复合材料，公开了一种通过相对于热塑性或热固性聚合物基质以体积分率为0.005～0.01%均匀地分散、填充粒径为10～20埃的金属粒子而成的、弹性模量提高的高分子-金属簇复合体。但是，专利文献1的高分子-金属簇复合体是以提高弹性模量为目的而使金属微粒分散，因此金属微粒的粒径过小，不适于产生等离子体共振的目的。

专利文献2中公开了一种微粒分散体的制造方法，其为了获得能够用于可代替非电解镀法的新型的导电性被膜的形成、以及颗粒磁性薄膜的金属微粒的分散体，使含有离子交换基团的树脂基材与含有金属离子的溶液接触后，在气相中进行还原。该方法中，在进行氢还原时，由于金属离子一边向树脂的内部扩散一边进行反应，因此从树脂基材的表面至数十纳米(专利文献2的实施例中为80nm)为止的深度内不存在金属微粒。这样的特征虽然在使用磁性体微粒形成磁性体薄膜时具有不需要保护膜的优点，但由于在基质的深部埋有金属微粒，因此在其它的用途中有时反而会成为缺点。另外，通过进行专利文献2中公开的氢气氛下的加热还原，因还原而析出的金属微粒成为催化剂，促进由氢引起的树脂基质的热分解，有时会发生随之而来的树脂基质的收缩。即，在专利文献2中未考虑控制树脂基质中的金属微粒的粒子间隔。

专利文献3中公开了一种下述方法：使通过碱水溶液处理而导入了羧基的聚酰亚胺树脂膜与含有金属离子的溶液接触从而在树脂膜中掺杂了金属离子后，在还原性气体中在金属离子的还原温度以上进行第1次热处理，形成在聚酰亚胺树脂中分散有金属纳米粒子的层，进而在不同于第1次热处理温度的温度下进行第2次热处理。专利文献3中记载了如下内容：通过第2次热处理，可调节金属纳米粒子分散层的厚度，从而控制复合膜中的金属纳米粒子的体积填充率。该专利文献3中记载了通过在还原性气体中进行热处理，结合或吸附在从聚酰亚胺树脂膜的表面至数μm左右的范围内的金属离子一边向树脂膜内部扩散一边进行还原反应。因此，金属纳米粒子均匀地分散在从树脂膜的表面至数十nm～数μm的范围的树脂基质中，而在表面附近不存在金属纳米粒子。这样的特征与专利文献2同样，根据用途不同有时反而会成为缺点。另外，专利文献3的技术与专利文献2同样地未考虑控制树脂基质中的金属微粒的粒子间隔。

专利文献4及专利文献5公开了一种热敏发色元件，其采用分散有利用等离子体共振、随温度变化而不可逆地成长并发色的微小金属微粒的固体基质。这些专利文献4及5的技术是以通过利用温度变化使微小金属微粒凝集从而粒径增大并产生等离子体吸收为前提的，并未设想对各个金属微粒控制粒子间隔而使其在基质中独立地分散。

专利文献6公开了如下方法：为了解决使金属粒子分散于高分子基质内的过程中与高分子基质的相容性、表面缺陷、粒子间的凝集性等问题，使金属前体以分子水平分散于高分子物质的基质中后，照射紫外线将金属前体进行光还原。但是，专利文献6的方法由于通过紫外线还原使金属微粒析出，因此受到紫外线照射面的影响，会在基质的表层部和深部产生金属微粒的析出密度梯度。即，存在如下倾向：随着从基质的表层部向深部深入，金属微粒的粒径及填充比例连续减少。另外，通过光还原获得的金属微粒的粒径在紫外线照射面即基质的表层部达到最大，但最大也就十几纳米左右，而且很难控制通过光还原生成的金属微粒的粒子间隔。