[发明专利]金属络合物量子晶体的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用金属络合物（金属錯体）水溶液制造内包有金属纳米团簇的量子点（量子ドット）的金属络合物量子晶体（量子結晶）的方法及其用途。

背景技术

将金属原子的形状、大小控制成纳米级别，形成纳米团簇的表面修饰纳米粒子作为未来在纳米技术领域的代表性物质受到人们的关注。这是因为纳米技术领域中发现的量子尺寸效应会设计出新的电子物性。在此，“纳米团簇”是数个至数百个原子/分子聚集而成的集合体，其大小在数纳米到数十纳米之间。这些纳米团簇，比分子大，比纳米晶体小。纳米团簇是发挥不同于原子/分子/固体主体的独特功能的物质。通过控制构成原子的尺寸或数量，可以发挥各种功能，因此期待着针对相转变、晶体生长、化学反应、触媒作用等的新的见解和发现。其中之一就是金属表面上的表面等离子体激元共振。通常，金属中的电子不与光进行互相作用，而在特殊条件之下金属纳米粒子中的电子则与光进行相互作用，引起局域表面等离子体激元共振。尤其是对于银纳米微球的二聚体的理论考察发现，在规定的粒子间距，波长400nm附近的电场增强度极高，而在其以下波长，波长300nm附近存在高峰。而且，就与粒径的关系而言，随着粒径的变大，高峰的位置也变高，高峰向长波长侧移动，随着粒径变大，高峰宽度也变大，因此可以期待对应于广域波长的电场增强效应（通过时域有限差分（FDTD，Finite Difference Time Domain）的LSPR模拟）。

对此，测定表面增强拉曼散射（SERS）的基板的制造方法如下，为了将约数十纳米大小的银或者金等贵金属微粒子积累在玻璃基板上，利用蒸镀法或者在溶液中合成银或者金的胶体，并在用赖氨酸或者氰基修饰的基板上进行固定（非专利文献1、2、3，专利文献1）。然而为了基板的批量生产，只能采用蒸镀法。

【专利文献1】日本专利公开公报特开平11-61209号

【非专利文献1】S.Nie and S.R.Emory,Science.275,1102(1997)

【非专利文献2】K.C.Grabar,P.C.Smith,M.D.Musick,J.A.Davis,D.G.Walter,M.A.Jackson,A.P.Guthrie and M.J.Natan,J.Am.Chem,Soc.,118,1148(1996)

【非专利文献3】R.M.Bright,M.D.Musick and M.H.Natan,Langmuir,14,5695(1998)

然而，利用蒸镀法形成的基板不具备吸附试样的功能，只能采用涂布试样并进行干燥而形成基板的所谓drop&dry法，但是其存在难以进行即时检测，试样会劣化等缺点。尤其，最大的难点在于测量结果的重复性欠佳，成为了SERS法的各种适用上的较大障碍。

对此，回到原点，等离子体激元现象的增强大小，依赖于多个参数，该参数包括金属表面的与电磁场相关的吸附分子中存在的各种结合位置以及定向，因此，为了提供最适合SERS法的基板、确保重复性，需要达到参与SERS现象产生机理的（1）增强入射光局域强度的金属中的表面等离子体激元共振的最佳物理状况；（2）金属表面和拉曼活性分子之间的电荷转移络合物的形成及其后的转变的最佳化学状况，而为了达到最佳物理状况，虽然将粒子尺寸以及排列控制成最佳状态稍有困难，却能够采用蒸镀法，然而利用蒸镀法则无法同时达到形成电荷转移络合物的最佳化学状况。

近年来有报道称，兵库县立大学木村博士以纳米粒子为构成因素成功制造了二维、三维的人工粒子晶体，而且世界上第一次成功利用Si团簇从水溶液中制造第四族元素的团簇晶体。该粒子晶体可称为具有纳米周期结构的量子点晶体，将成为21世纪纳米技术中的关键物质。根据上述成果，本发明的发明人等以取代蒸镀法利用金属络合物水溶液在基板上制备金属量子点晶体为目的进行了研究，其结果获得了迄今为止尚未有过的强等离子体激元增强效应，其原因在于等离子体激元金属（プラズモン金属）配位结合，在水溶液中形成金属络合物时，在金属基板上析出金属络合物晶体，其会成为量子晶体，金属纳米团簇形成量子点，发挥电荷转移络合物的作用。

发明内容