[发明专利]胶体晶体的制造方法及胶体晶体

说明书

技术区域

本发明涉及一种利用由温度变化而结晶化的胶体分散液的胶体晶体的制造方法。

背景技术

所谓胶体是指具有数nm到数μm左右的大小的胶体粒子分散于介质中的状态，如果选择合适的条件，则胶体粒子符合规则地排列，形成被称作“胶体晶体”的结构。该胶体晶体中存在2种类型。

第一种是在粒子间没有特别的相互作用的胶体系（刚体球系）中，在粒子体积百分率约为0.5（浓度=50体积%）以上的条件下形成的晶体。它类似于如下的现象，即，如果将宏观的球塞入有限的空间则会规则排列。

第二种是在带电的胶体粒子的分散系（带电胶体系）中，由在粒子间作用的静电相互作用而形成的晶体结构。例如，以将在表面具有解离基团的高分子（聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等）制的粒子、二氧化硅粒子（SiO₂）分散于水等极性介质中的胶体系形成晶体。由于静电相互作用会波及很长距离，因此即使是粒子浓度低（粒子间的距离长）、粒子体积百分率为大约0.001左右，也可以生成晶体。

本发明人等开发了控制来源于带电胶体系的胶体晶体的生成的方法（专利文献1）。即，通过在二氧化硅胶体分散系中使吡啶共存，利用吡啶的解离度的温度依赖性而通过温度变化使pH变化，由此使二氧化硅粒子的表面电荷数变化，从而使胶体晶体形成的方法。根据该方法，可以由各种带电胶体系在不需要特殊的装置、复杂的工序的情况下制造胶体晶体。

本发明人等进一步发展该方法，还成功制造了大型的胶体单晶（专利文献2）。即，将在二氧化硅胶体分散系中使吡啶共存的胶体分散液在不析出胶体晶体的状态下放入容器，加热容器的一端侧而局部地设定为该胶体晶体析出的温度，将设定为胶体晶体析出的温度的范围慢慢地扩大，使胶体晶体生长的方法。这样得到的胶体晶体成为极大的单晶，而且晶格缺陷、不均匀性也很少。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开平11－319539号公报

专利文献2:日本特开2008－93654号公报

发明内容

然而，在上述二氧化硅胶体分散系中使吡啶共存而利用温度变化制造胶体晶体的方法中，由于基于碱的解离度的温度依赖性来进行胶体的表面电荷的控制，所以存在能够控制的范围有限的问题。因此，根据胶体粒子的种类而找不到适合于胶体晶体制作的设定条件的情况也很多。此外，为了再现性良好地制作胶体晶体，还存在必须严密地进行使用的水、碱的纯度等制造条件的设定的问题。

本发明是鉴于这样的以往的实际情况而完成的，应该解决的课题是提供一种容易地控制胶体晶体的制造且能够根据胶体粒子的种类进行大范围地应对的胶体晶体的制造方法。

本发明人等考虑能否不利用碱的解离度的温度依赖性进行胶体晶体的生长而通过利用其它的特性的温度依赖性来控制结晶化从而解决上述以往的课题。然后，进行了深入的研究，结果发现，在添加了离子性表面活性剂的胶体粒子系中，利用冷却形成胶体晶体，此外，反过来利用加热熔化胶体晶体。进而，发现根据离子性表面活性剂的种类、浓度，胶体晶体的析出/熔化的相转移温度发生变化，由此完成了本发明。

即，本发明的胶体晶体的制造方法的特征在于，包含以下工序:

制备工序，在含有离子性表面活性剂的液体中分散胶体粒子，准备能够利用温度变化而使胶体晶体析出的胶体分散液；和

结晶化工序，通过使该胶体分散液的温度从不析出胶体晶体的温度区域向析出该胶体晶体的温度区域变化，从而使该胶体晶体析出。

本发明的胶体晶体的制造方法的原理可以如下认为。

带电胶体系中的胶体晶体结构是由在胶体粒子间作用的静电相互作用而形成的。该静电相互作用的力是随着胶体粒子的表面电荷数和分散有胶体粒子的液体中的离子强度、粒子浓度以及介电常数而变化的。一般来说，表面电荷数、粒子浓度越高，此外离子强度、介电常数越低，则静电相互作用越强，结晶化越容易。带电胶体系中添加离子性表面活性剂时，离子性表面活性剂的一部分吸附于胶体粒子表面，提高胶体粒子的表面电荷数。此时的吸附量是由离子性表面活性剂的浓度以及对应于表面活性剂与粒子表面的亲合性的吸附平衡所形成的规定量。另一方面，由于未吸附的离子性表面活性剂溶解于分散有胶体粒子的液体中，所以液体的离子强度变高。