[发明专利]含有镧系元素的无机材料微粒、波长转换墨液、涂布物和判定装置

说明书

技术领域

本发明涉及将光的波长转换至短波长侧时，能量的流出少而可实现高发光效率的含有镧系元素的无机材料微粒。另外，本发明涉及能够长期维持波长转换时的高发光强度、具有高疏水性、能够形成保持性优异的印刷图案的波长转换墨液；具有该波长转换墨液的涂布物和判定装置。

背景技术

具有将红外线等长波长的光向可见光、紫外线等短波长的光转换的“上转换(upconversion)”功能的无机微粒被期待用于生物标记物等医疗用途中。另外，近年来关注到通过将这种无机微粒分散于基质材料中来赋予上转换功能的高功能化材料。

作为具有上转换功能的无机微粒，主要已知含有镧系元素的微粒，利用了这些元素的基于能级差的“多光子激发”的现象。

对于具有上转换功能的无机微粒的主体材料，要求不阻碍镧系元素的光吸收、能量转移、光放出过程的低声子能量且化学稳定性高的材料，作为满足上述条件的材料，已知氧化物材料、氟化物材料。

然而，具有上转换功能的无机微粒为纳米粒子的情况下，由于无机微粒的比表面积大、表面自由能高，因此在上转换的过程中，从具有光吸收功能的元素向具有发光功能的元素进行能量转移时，能量从微粒的表面逸出，成为使效率降低的原因。

针对此，非专利文献1提出了在无机微粒的表面形成壳(shell)来实现防止能量泄漏的方案。

然而，即使是非专利文献1所记载的具有壳的无机微粒，若想要形成均匀的壳，则会有壳层的膜厚会变厚，发生光散射、吸收之类的入射光、发光的损失的问题。进而，在无机微粒为纳米粒子的情况下，由于无机微粒的比表面积大，因此容易受到氧化等的影响，在形成壳时，会有形成核粒子表面的保护弱以及由于氧化等的影响而导致核粒子表面被污染的核壳粒子的问题。其结果是，产生从界面的污染部位等流出能量等问题。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：Guang-Shun Yi and Gan-Moog Chow；Water-Soluble NaYF4：Tb，Er(Tm)/NaYF4/Polymer/Core/Shell/Shell Nanoparticles with Significant Enhancement of Upconversion Fluorescence.，Chem Mater.2007，19，341-343.

发明内容

发明所要解决的课题

另外，除了抑制能量流出而提高发光强度的方法之外，还尝试了利用使光放大的其它原理来提高发光强度的方法。其中，通过使显示出表面等离子体共振(SPR)的贵金属纳米材料复合化来使发光现象放大的方法受到关注。在这类方法中，为了显示出SPR，使用了将金胶体等直接覆盖于粒子表面的方法、在覆盖吸附金胶体的吸附层的基础上进行异相凝聚(heteroaggregation)的方法等。

然而，在采用直接覆盖或异相凝聚等方法的情况下，产生了无法均匀地覆盖贵金属纳米材料，由于凝聚而阻碍SPR的显示的问题；或者在使用中所覆盖的金胶体发生剥离的问题。

进而，作为赋予了上转换功能的高功能化材料，提出了通过含有具有上转换功能的无机微粒来响应红外线并发出可见光的红外线荧光墨液。这类红外线荧光墨液对于可见光是透明的，因此除了对印刷物施加在可见光下可见的信息之外，还可以增加第2信息，因此用于防伪、防止信息泄漏等安全用途等。另外，在以往的紫外线荧光墨液中，存在由于紫外线的照射而导致被印刷物劣化的问题，但通过使用红外线，从而具有能够抑制被印刷物的劣化等优点。

然而，具有上转换功能的无机微粒的耐水性低，在用于红外线荧光墨液的情况下，存在因环境中的水分而导致无机微粒劣化，发光行为随时间发生变化，或者因被印刷物与水分接触而导致无机微粒溶出，因而印刷图案坍塌等问题。

本发明的目的是提供在将光的波长转换至短波长侧时，能量的流出少而可实现高发光效率的含有镧系元素的无机材料微粒。另外，本发明的目的是提供能够长期维持波长转换时的高发光强度、具有高疏水性、能够形成保持性优异的印刷图案的波长转换墨液；具有该波长转换墨液的涂布物和判定装置。

用于解决课题的手段