[发明专利]金属系粒子集合体

说明书

技术领域

本发明涉及对发光元件(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(Plasmonic Material))即金属系粒子集合体。

背景技术

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(Localized Plasmon)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技术领域被称为“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.Fukuura and M.Kawasaki，“Long Range Enhancement of Molecular Fluorescence by Closely Packed Submicro-scale Ag Islands”，e-Journal of Surface Science and Nanotechnology，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.Fukuura and M.Kawasaki，“Long Range Enhancement of Molecular Fluorescence by Closely Packed Submicro-scale Ag Islands”，e-Journal of Surface Science and Nanotechnology，2009，7，653

发明内容

发明要解决的问题

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。