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JP2012167191A - Inorganic composition and method for producing the same - Google Patents

Inorganic composition and method for producing the same Download PDF

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JP2012167191A
JP2012167191A JP2011029261A JP2011029261A JP2012167191A JP 2012167191 A JP2012167191 A JP 2012167191A JP 2011029261 A JP2011029261 A JP 2011029261A JP 2011029261 A JP2011029261 A JP 2011029261A JP 2012167191 A JP2012167191 A JP 2012167191A
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rare earth
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transition metal
earth metal
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JP2011029261A
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Toshimi Fukui
俊巳 福井
Hideki Kawasaki
秀樹 川▲崎▼
Hitomi Miki
瞳 三木
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Kansai Research Institute KRI Inc
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Kansai Research Institute KRI Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inorganic composition including a rare earth metal or/and a transition metal in the fourth period dispersed in an inorganic matrix having long-term light resistance and heat resistance with high concentration and uniformity, and a process for producing them at a low temperature and with easy moldability.SOLUTION: The inorganic composition includes at least one rare earth metal or/and a transition metal in the fourth period dispersed in the inorganic matrix, wherein a dispersed phase including the rare earth metal or/and the transition metal in the fourth period, to which another metal species is coordinated via oxygen, is formed.

Description

本発明は、入射する光の透過、屈折、反射、偏光面回転などを制御、入射する光によって励起されて発光(蛍光)、増幅などの機能を発現する光学機能応用分野又は磁性機能を発現する磁気機能応用分野に用いられる希土類金属又は/及び第4周期遷移金属を含む無機組成物に関するものであって、更には、該無機組成物の製造方法に関する。   The present invention controls the transmission, refraction, reflection, polarization plane rotation, and the like of incident light, and exhibits optical function application fields or magnetic functions that are excited by incident light and exhibit functions such as light emission (fluorescence) and amplification. The present invention relates to an inorganic composition containing a rare earth metal and / or a fourth periodic transition metal used in a magnetic functional application field, and further relates to a method for producing the inorganic composition.

希土類元素は光学機能分野、磁気機能分野において多様な応用がなされており、現在の科学技術に必要不可欠の元素群である。19世紀末のガス灯発光材へのセリウムの応用以来、テレビ受像機ブラウン管用赤色蛍光体(ユウロピウム、イットリウム)、医療診断のX線CT用シンチレータ(ガドリニウム、プラセオジウム)、調光ガラス(ネオジウム、セリウム)、固体レーザ(イットリウム、ネオジウム)、コンデンサ(イットリウム、ガドリニウム)、光ファイバ増幅器(エルビウム、プラセオジウム、テルビウム、ジスプロシウム)、光磁気ディスク(テルビウム、ガドリニウム)など多様な光学機能応用分野において不可欠な材料となっている。一方、第4周期遷移金属は、希土類金属と同様に蛍光ランプや水銀ランプ、ブラウン管用の蛍光体として利用されている。また、その吸収特性により各種無機顔料として使用されている。さらには、磁性体として多くの応用がなされている。   Rare earth elements have various applications in the fields of optical functions and magnetic functions, and are an essential element group for current science and technology. Since the application of cerium to gas lamp light-emitting materials at the end of the 19th century, red phosphors for television receivers CRT (europium, yttrium), scintillators for medical diagnostic X-ray CT (gadolinium, praseodymium), light control glass (neodymium, cerium) , Solid lasers (yttrium, neodymium), capacitors (yttrium, gadolinium), optical fiber amplifiers (erbium, praseodymium, terbium, dysprosium), magneto-optical disks (terbium, gadolinium), etc. ing. On the other hand, the fourth periodic transition metal is used as a fluorescent material for fluorescent lamps, mercury lamps, and cathode ray tubes, as is the case with rare earth metals. Moreover, it is used as various inorganic pigments by the absorption characteristic. Furthermore, many applications have been made as magnetic materials.

希土類金属又は/及び第4周期遷移金属は、多くの場合ホスト材料中に希土類イオン又は/及び第4周期遷移金属イオン、希土類酸化物又は/及び第4周期遷移金属酸化物などの形でドーピングされる。そのようなホスト材料としてはガラス、ガーネット結晶(YAG、YIG)、透明セラミックス材料(YAG、イットリア、ジルコニアなど)が用いられている。   The rare earth metal or / and the fourth periodic transition metal are often doped in the host material in the form of a rare earth ion or / and a fourth periodic transition metal ion, a rare earth oxide or / and a fourth periodic transition metal oxide, or the like. The As such a host material, glass, garnet crystal (YAG, YIG), or transparent ceramic material (YAG, yttria, zirconia, etc.) is used.

発光材料として用いる場合、希土類金属又は/及び第4周期遷移金属を高濃度でドープすると、希土類金属又は/及び第4周期遷移金属どうしが凝集または著しく近接する。このため、かかる方法では、発光(蛍光)能が低下する「消光」という現象がおこるため高濃度でドープしにくいという問題があり、実質的には、希土類金属又は/及び第4周期遷移金属濃度として高々100ppm程度の濃度でしかないのが実情である。また、無機系ホストへのドープは、例えば、溶融ガラス、融液からの単結晶引き上げ、高密度焼結体作成など高温でのプロセスが必須である。
多様な光学機能応用分野、磁気機能分野で利用される希土類金属又は/及び第4周期遷移金属を、ガラスなどの無機材料に低温ドープすることが可能になれば、各種基板上へのドープガラスの形成、経済性などの性能を付与された新しい応用が可能になる。
When used as a light emitting material, the rare earth metal and / or the fourth periodic transition metal are aggregated or extremely close to each other when the rare earth metal and / or the fourth periodic transition metal is doped at a high concentration. For this reason, such a method has a problem that it is difficult to dope at a high concentration because a phenomenon called “quenching” in which the light emission (fluorescence) ability is lowered occurs. In practice, the concentration of rare earth metal and / or the fourth period transition metal is substantially reduced. As a matter of fact, the concentration is only about 100 ppm at most. In addition, the doping to the inorganic host requires a high-temperature process such as molten glass, pulling a single crystal from the melt, or creating a high-density sintered body.
If it becomes possible to low-temperature-dope inorganic materials such as glass with rare earth metals and / or fourth-period transition metals used in various optical function application fields and magnetic function fields, doping glass on various substrates New applications with performance such as formation and economy will be possible.

高濃度の希土類金属又は/及び第4周期遷移金属を分散させて光学機能応用分野に利用する例としては、希土類金属又は/及び第4周期遷移金属に酸素を介して他の金属種が配位する無機分散相を用いた有機材料との複合化が示されているが(特許文献1)、マトリックスとして有機材料を用いるため長期間にわたる耐光性や耐熱性を確保すること本質的に不可能である。また、特許文献1で有機重合体に分散されている無機分散相では、希土類金属又は/及び第4周期遷移金属を含む特許文献1に記載の分散相前駆物質(特許文献1の図1参照)の配位金属原子に結合している置換基(R)が保持されたまま有機重合体に分散されているため、置換基(R)として、アルキル基、アセチル基などのアルキルカルボニル基の場合は、分散相に有機物を含んだ形の複合体になっている。
希土類金属又は/及び第4周期遷移金属を含む特許文献1に記載の分散相前駆物質(特許文献1の図1参照)が無機マトリックス中に分散できれば目的の特性を発現可能と考えられるが、ゾル−ゲル法に代表される従来技術の組み合わせでは希土類金属又は/及び第4周期遷移金属を含む特許文献1に記載の分散相前駆物質を無機マトリックス中に効率よく高濃度に分散することは困難であった。
As an example of dispersing high-concentration rare earth metal and / or fourth period transition metal in the field of optical function application, other metal species are coordinated to rare earth metal or / and fourth period transition metal via oxygen. Although compounding with an organic material using an inorganic dispersed phase is shown (Patent Document 1), it is essentially impossible to ensure light resistance and heat resistance over a long period of time because an organic material is used as a matrix. is there. Moreover, in the inorganic dispersed phase currently disperse | distributed to the organic polymer by patent document 1, the dispersed phase precursor as described in patent document 1 containing a rare earth metal or / and a 4th period transition metal (refer FIG. 1 of patent document 1). In the case where the substituent (R) is an alkylcarbonyl group such as an alkyl group or an acetyl group, the substituent (R) bonded to the coordination metal atom is dispersed in the organic polymer while being retained. It is a composite that contains organic substances in the dispersed phase.
If the dispersed phase precursor described in Patent Document 1 containing rare earth metal and / or the fourth period transition metal (see FIG. 1 of Patent Document 1) can be dispersed in the inorganic matrix, it is considered that the desired characteristics can be expressed. -It is difficult to disperse the dispersed phase precursor described in Patent Document 1 containing rare earth metal and / or fourth period transition metal in an inorganic matrix efficiently and at a high concentration by a combination of conventional techniques represented by the gel method. there were.

また、従来法であるガラスやセラミックスプロセスでは、高温での加熱処理が必要であるとともに、熱処理に伴う構成元素の熱拡散によりに目的とする希土類金属又は/及び第4周期遷移金属を凝集なく高濃度で分散することは困難である。   In addition, the conventional glass and ceramics process requires heat treatment at a high temperature, and the target rare earth metal and / or the fourth period transition metal is not highly agglomerated by thermal diffusion of the constituent elements accompanying the heat treatment. It is difficult to disperse at a concentration.

そのため、無機マトリックス中に希土類金属又は/及び第4周期遷移金属を効率よく分散可能な材料、及び低温かつ易成形性を有するプロセスの開発が求められている。   Therefore, development of a material capable of efficiently dispersing the rare earth metal and / or the fourth period transition metal in the inorganic matrix and a process having a low temperature and easy moldability is required.

国際公開公報 WO2006/004187International Publication WO2006 / 004187

従来技術である分散相を有機ポリマー中に分散した複合材では、長期間にわたる耐光性、耐水性や耐熱性などの環境安定性を維持することは困難である。
また、特許文献1の希土類金属又は/及び第4周期遷移金属を含む特許文献1に記載の分散相前駆物質(特許文献1の図1参照)は、配位金属原子に結合している置換基(R)は、アルキル基、アセチル基などのアルキルカルボニル基を含んでいる場合があり、単純に媒質に混合したのでは、有機物を含む組成物になってしまうという問題があった。
本発明は、これに替わる優れた環境安定性を有する無機マトリックス中に希土類金属又は/及び第4周期遷移金属が高濃度且つ均質に分散された無機組成物を提供することを目的とする。
また、本発明は、従来技術であるガラスやセラミックスプロセスでは達成が困難であったそれらの低温かつ易成形性を有する製造プロセスの提供することを目的とする。
It is difficult to maintain environmental stability such as light resistance, water resistance and heat resistance over a long period of time with a composite material in which a dispersed phase, which is a conventional technique, is dispersed in an organic polymer.
Further, the dispersed phase precursor described in Patent Document 1 (see FIG. 1 of Patent Document 1) containing the rare earth metal and / or the fourth period transition metal of Patent Document 1 is a substituent bonded to a coordination metal atom. (R) may contain an alkylcarbonyl group such as an alkyl group or an acetyl group, and there is a problem that if it is simply mixed in a medium, the composition contains an organic substance.
An object of the present invention is to provide an inorganic composition in which a rare earth metal and / or a fourth period transition metal is uniformly dispersed in an inorganic matrix having excellent environmental stability instead.
Another object of the present invention is to provide a manufacturing process having low temperature and easy moldability, which has been difficult to achieve with the conventional glass and ceramics processes.

本願発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討し結果、少なくとも1種の希土類金属又は/及び第4周期遷移金属が無機媒質中に分散されてなる無機組成物であって、該希土類金属又は/及び第4周期遷移金属に他の金属元素が酸素を介して配位してなる分散相が形成されてなる無機組成物が有効であることを見出し、発明を完成した。
すなわち本発明は、以下の構成からなることを特徴とする。
The inventors of the present invention have made extensive studies in order to achieve the above object, and as a result, an inorganic composition in which at least one rare earth metal and / or a fourth periodic transition metal is dispersed in an inorganic medium, The present inventors have found that an inorganic composition in which a dispersed phase formed by coordinating another metal element with oxygen via a metal or / and a fourth period transition metal is effective, and has completed the invention.
That is, the present invention is characterized by having the following configuration.

〔1〕少なくとも1種の希土類金属又は/及び第4周期遷移金属が無機媒質中に分散されてなる無機組成物であって、前記希土類金属又は/及び第4周期遷移金属は、少なくとも1種の希土類金属又は/及び第4周期遷移金属に他の金属元素が酸素を介して配位してなる分散相が無機媒質中に分散相を形成していることを特徴とする無機組成物。
〔2〕前記分散相の平均直径が、0.1〜50nmであることを特徴とする前記〔1〕に記載の無機組成物。
〔3〕前記希土類金属又は/及び第4周期遷移金属に酸素を介して配位する金属元素が、3B族、4A族、5A、6A族金属より選ばれた1種もしく2種以上の金属元素であることを特徴とする前記〔1〕又は〔2〕に記載の無機組成物。
〔4〕前記希土類金属又は/及び第4周期遷移金属(M1)と前記希土類金属又は/及び第4周期遷移金属に酸素を介して配位する金属元素(M2)とのモル比率(M2/M1)が、1から4であることを特徴とする前記〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の無機組成物。
〔5〕前記無機媒質が、無機ポリマーから誘導される無機系非晶質媒質であることを特徴とする前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の無機組成物。
〔6〕前記無機ポリマーが、珪素素含有ポリマー、ボラジンポリマー、ボラジンケイ素ポリマーであることを特徴とする前記〔5〕に記載の無機組成物。
〔7〕前記珪素含有ポリマーが、ポリシラザンであることを特徴とする前記〔6〕に記載の無機組成物。
[1] An inorganic composition in which at least one rare earth metal and / or a fourth periodic transition metal is dispersed in an inorganic medium, wherein the rare earth metal or / and the fourth periodic transition metal is at least one kind An inorganic composition, wherein a dispersed phase formed by coordinating a rare earth metal and / or a fourth periodic transition metal with another metal element via oxygen forms a dispersed phase in an inorganic medium.
[2] The inorganic composition as described in [1] above, wherein the dispersed phase has an average diameter of 0.1 to 50 nm.
[3] The metal element coordinated to the rare earth metal and / or the fourth period transition metal via oxygen is one or more metals selected from Group 3B, Group 4A, Group 5A, and Group 6A metals. The inorganic composition as described in [1] or [2] above, which is an element.
[4] Molar ratio (M2 / M1) of the rare earth metal or / and the fourth periodic transition metal (M1) and the metal element (M2) coordinated to the rare earth metal or / and the fourth periodic transition metal via oxygen ) Is 1 to 4, the inorganic composition according to any one of [1] to [3] above.
[5] The inorganic composition as described in any one of [1] to [4], wherein the inorganic medium is an inorganic amorphous medium derived from an inorganic polymer.
[6] The inorganic composition as described in [5] above, wherein the inorganic polymer is a silicon-containing polymer, a borazine polymer, or a borazine silicon polymer.
[7] The inorganic composition as described in [6] above, wherein the silicon-containing polymer is polysilazane.

本発明によれば、十分な透明性、長期間にわたる耐光性、耐湿性や耐熱性を有する光学機能応用分野、磁性機能分野に適用可能な無機マトリックス中に希土類金属又は/及び第4周期遷移金属が分散された無機組成物が提供可能である。さらには、従来のセラミックス、ガラスなどに比べ大幅に低い温度での製造が可能となる。また、樹脂基板を含む様々な基板上への無機マトリックス中に希土類金属又は/及び第4周期遷移金属が分散された無機組成物の形成が可能となる。
有機ポリマー中に分散された場合に比べ、耐光性、耐湿性、耐熱性などの環境安定性の高い複合材料が形成可能である。また、シリカマトリックスは有機ポリマーに比べ本質的に透明性に優れるため、光透過を利用する応用において非常に有利となる。
According to the present invention, a rare earth metal and / or a fourth periodic transition metal in an inorganic matrix applicable to an optical function application field having sufficient transparency, long-term light resistance, moisture resistance and heat resistance, and a magnetic function field. Can be provided. Furthermore, it becomes possible to manufacture at a significantly lower temperature than conventional ceramics and glass. In addition, it is possible to form an inorganic composition in which a rare earth metal and / or a fourth period transition metal is dispersed in an inorganic matrix on various substrates including a resin substrate.
Compared with the case where it is dispersed in an organic polymer, a composite material having high environmental stability such as light resistance, moisture resistance and heat resistance can be formed. In addition, since the silica matrix is inherently superior in transparency compared to the organic polymer, it is very advantageous in an application utilizing light transmission.

本発明にかかわる分散相前駆物質の模式図。The schematic diagram of the disperse phase precursor concerning this invention.

Euを0.5重量%含有する実施例1の無機組成物膜の発光スペクトル。(図中、x印は装置起因のノイズ)The emission spectrum of the inorganic composition film of Example 1 containing 0.5% by weight of Eu. (In the figure, x indicates noise caused by the device)

Euを0.5重量%含有する実施例1の無機組成物膜の励起スペクトル。 図中、チャート(2)は、チャート(1)の部分的拡大図を示す。チャート(1)中の矢印は酸素配位場に起因するピーク、チャート(2)中の矢印はEuイオンに起因するピークを示す。(図中、x印は装置起因のノイズ)The excitation spectrum of the inorganic composition film of Example 1 containing 0.5% by weight of Eu. In the figure, chart (2) shows a partially enlarged view of chart (1). The arrow in the chart (1) indicates a peak due to the oxygen coordination field, and the arrow in the chart (2) indicates a peak due to the Eu ion. (In the figure, x indicates noise caused by the device)

本発明の無機組成物は、少なくとも1種の希土類金属又は/及び第4周期遷移金属が無機媒質中に分散されてなる無機組成物であって、前記希土類金属又は/及び第4周期遷移金属は、少なくとも1種の希土類金属又は/及び第4周期遷移金属に他の金属元素が酸素を介して配位してなる分散相が無機媒質中に分散相を形成していることを特徴とする無機組成物である。   The inorganic composition of the present invention is an inorganic composition in which at least one rare earth metal and / or a fourth periodic transition metal is dispersed in an inorganic medium, wherein the rare earth metal or / and the fourth periodic transition metal is An inorganic phase characterized in that a dispersed phase formed by coordinating at least one kind of rare earth metal and / or a fourth periodic transition metal with another metal element via oxygen forms a dispersed phase in an inorganic medium. It is a composition.

無機組成物中の希土類金属又は/及び第4周期遷移金属量は、目的応じて決定されるものであり特に限定されないが、100ppm〜20%が好ましい。本発明によれば、通常用いられるガラス、単結晶、セラミックスなどの無機媒質中では、ドープ金属の凝集を抑制するために1000ppm程度がドープ量の上限であるのに対し、凝集が抑制された状態で20%までの添加が可能となる。   The amount of the rare earth metal and / or the fourth period transition metal in the inorganic composition is determined according to the purpose and is not particularly limited, but is preferably 100 ppm to 20%. According to the present invention, in a commonly used inorganic medium such as glass, single crystal, ceramics, etc., the upper limit of the doping amount is about 1000 ppm to suppress the aggregation of the doped metal, while the aggregation is suppressed. Can be added up to 20%.

無機組成物中の分散相の平均直径は、0.1〜50nmであることが好ましい。本発明に係る無機組成物は、光学材料等に用いられる場合には、光学的に透明性(透過性)を有していることが望ましい。分散相のサイズが50nmを超えると散乱による透過率の低下が顕著となるため好ましくない。より好ましくは、20nm以下である。光増幅や導光長が長いバルクとしての適用を考慮すれば、10nm以下が好ましい。   The average diameter of the dispersed phase in the inorganic composition is preferably 0.1 to 50 nm. When the inorganic composition according to the present invention is used for an optical material or the like, it is desirably optically transparent (transmissible). If the size of the dispersed phase exceeds 50 nm, it is not preferable because the decrease in transmittance due to scattering becomes remarkable. More preferably, it is 20 nm or less. Considering application as a bulk having a long optical amplification and light guide length, 10 nm or less is preferable.

無機組成物の分散相の希土類金属又は/及び第4周期遷移金属に酸素を介して配位する金属元素は、特に限定されないが、好ましくは3B族、4A族、5A、6A族金属より選ばれた1種もしく2種以上の金属元素である。   The metal element coordinated to the rare earth metal or / and the fourth period transition metal in the dispersed phase of the inorganic composition via oxygen is not particularly limited, but is preferably selected from Group 3B, Group 4A, Group 5A, and Group 6A metals. One or more metal elements.

本発明において希土類金属又は/及び第4周期遷移金属は、その他の金属原子に結合した酸素を介して配位されている。
本発明の分散相は、模式的に図1のように示される分散相前駆物質を用いて無機媒質中に形成することができる。本発明の無機組成物は、同図に示す分散相前駆物質から形成される、酸素を介して他の金属種(2)が配位してなる希土類金属又は/及び第4周期遷移金属(1)からなる分散相と、図示しない無機媒質とを含む複合体によって形成されている。ここで、前記分散相前駆物質において重要なことは、酸素を介した隣接位置への同種の希土類金属又は/及び第4周期遷移金属の存在を可能な限り低減することである。従って、酸素および他の金属原子からなる配位子の数や原子は固定されたものではなく、化学量論的に見て厳密に図1のような分子構造に限られるものではない。
また、本発明の無機組成物は、酸素を介した隣接位置に同種の希土類金属の存在を可能な限り低減することが可能であれば、会合構造をとることも可能である。
In the present invention, the rare earth metal and / or the fourth periodic transition metal is coordinated through oxygen bonded to other metal atoms.
The dispersed phase of the present invention can be formed in an inorganic medium using a dispersed phase precursor schematically shown in FIG. The inorganic composition of the present invention comprises a rare earth metal or / and a fourth periodic transition metal (1) formed from a dispersed phase precursor shown in the figure and coordinated with other metal species (2) via oxygen. ) And a complex containing an inorganic medium (not shown). Here, what is important in the dispersed phase precursor is to reduce as much as possible the presence of the same kind of rare earth metal and / or the fourth period transition metal at adjacent positions via oxygen. Accordingly, the number and atoms of ligands composed of oxygen and other metal atoms are not fixed and are not strictly limited to the molecular structure as shown in FIG. 1 in terms of stoichiometry.
In addition, the inorganic composition of the present invention can have an association structure as long as the presence of the same kind of rare earth metal can be reduced as much as possible in an adjacent position through oxygen.

図1に示された分散相前駆物質の官能基Rは、複合化する無機媒質の種類により選定され特に限定されない。無機媒質との相溶性又は反応性を向上することを目的として選択することが可能である。例えば、Rとして、水素、アルキル基、アセチル基などのアルキルカルボニル基などがある。   The functional group R of the dispersed phase precursor shown in FIG. 1 is not particularly limited and is selected depending on the type of inorganic medium to be combined. It is possible to select for the purpose of improving the compatibility or reactivity with the inorganic medium. For example, R includes hydrogen, alkyl groups, alkylcarbonyl groups such as acetyl groups, and the like.

無機組成物の分散相の希土類金属又は/及び第4周期遷移金属(M1)と配位金属元素(M2)とのモル比率(M2/M1)が、1から4であることが好ましい。モル比率(M2/M1)が、1より小さいと希土類金属又は/及び第4周期遷移金属(M1)の分散効果が維持できず、(M1)の凝集が進行する。モル比率(M2/M1)の上限は特に限定されないが、4より大きくしてもその効果はかわらないため、4以下で十分である。   It is preferable that the molar ratio (M2 / M1) of the rare earth metal or / and the fourth period transition metal (M1) and the coordination metal element (M2) in the dispersed phase of the inorganic composition is 1 to 4. When the molar ratio (M2 / M1) is less than 1, the dispersion effect of the rare earth metal and / or the fourth period transition metal (M1) cannot be maintained, and the aggregation of (M1) proceeds. The upper limit of the molar ratio (M2 / M1) is not particularly limited, but even if it is greater than 4, the effect does not change, and 4 or less is sufficient.

無機組成物の無機媒質は、透明性を維持可能で低温での形成かつ易成形性を付与可能であれば特に限定されない。例えば、珪素含有ポリマー、ボラジンポリマー、ボラジンケイ素ポリマーなどの無機ポリマーから誘導される無機系非晶質媒質が用いられる。   The inorganic medium of the inorganic composition is not particularly limited as long as it can maintain transparency, can be formed at low temperature and can be easily molded. For example, an inorganic amorphous medium derived from an inorganic polymer such as a silicon-containing polymer, a borazine polymer, or a borazine silicon polymer is used.

無機ポリマーから誘導される無機系非晶質媒質としては、珪素含有ポリマーより誘導される酸化ケイ素組成物、炭化ケイ素組成物、シリコンオキシカーバイド組成物等、ボラジンポリマーより誘導される窒化ケイ素組成物、ボラジンケイ素ポリマーより誘導されるシリコンボロンナイトライド組成物等が例示される。
好ましくは、珪素含有ポリマーより誘導された珪素系組成物が用いられる。
Examples of the inorganic amorphous medium derived from an inorganic polymer include silicon nitride compositions derived from borazine polymers such as silicon oxide compositions derived from silicon-containing polymers, silicon carbide compositions, silicon oxycarbide compositions, Examples include silicon boron nitride compositions derived from borazine silicon polymers.
Preferably, a silicon-based composition derived from a silicon-containing polymer is used.

珪素系組成物を誘導する珪素含有ポリマーは、ポリシラザン、ポリカルボシラン、ポリシロキサンポリシラザンなどが用いられる。好ましくは、ポリシラザンが用いられる。ポリシラザンは、大気中の酸素や水分と反応し酸化ケイ素へと転換する。通常、ゾル-ゲル法で用いられるアルコキシシランやその重合体が、脱水縮合反応により酸化ケイ素に転換する(反応式1)際に大きな体積収縮を伴うのに対し、ポリシラザンは、分子中の窒素元素が酸素と置換することで酸化ケイ素への転換(反応式2及び3)が進行するため、体積収縮を伴わずに酸化ケイ素の形成が可能である。
Si(OR) + 2HO → SiO + 4ROH (1)
−(SiHNH)− + 2HO → SiO + NH↑ + 2H↑ (2)
−(SiHNH)− + O → SiO + NH↑ (3)
Polysilazane, polycarbosilane, polysiloxane polysilazane and the like are used as the silicon-containing polymer for inducing the silicon-based composition. Preferably, polysilazane is used. Polysilazane reacts with oxygen and moisture in the atmosphere and is converted to silicon oxide. In general, alkoxysilane and its polymer used in the sol-gel method are accompanied by large volume shrinkage when converted to silicon oxide by dehydration condensation reaction (Reaction Formula 1), whereas polysilazane is a nitrogen element in the molecule. By replacing oxygen with oxygen, conversion to silicon oxide (reaction formulas 2 and 3) proceeds, so that silicon oxide can be formed without volume shrinkage.
Si (OR) 4 + 2H 2 O → SiO 2 + 4ROH (1)
- (SiH 2 NH) - + 2H 2 O → SiO 2 + NH 3 ↑ + 2H 2 ↑ (2)
- (SiH 2 NH) - + O 2 → SiO 2 + NH 3 ↑ (3)

本発明の無機組成物は、無機ポリマーと希土類金属又は/及び第4周期遷移金属に他の金属種が酸素を介して配位してなる分散相前駆物質を含む溶液を基材上に塗布することにより製造される。   In the inorganic composition of the present invention, a solution containing a dispersed phase precursor obtained by coordinating an inorganic polymer and a rare earth metal or / and a fourth periodic transition metal with other metal species via oxygen is applied onto a substrate. It is manufactured by.

分散相前駆物質の形成方法は、目的とする希土類金属又は/及び第4周期遷移金属への酸素を介した金属の配位が形成可能であれば特に限定されるものではない。例えば、希土類金属又は/及び第4周期遷移金属原料と配位可能な金属原料を混合した後、加熱処理、粉砕する方法(出発原料としては、金属塩、水酸化物、酸化物などが用いられる)、希土類金属又は/及び第4周期遷移金属塩と配位可能な金属塩を溶剤に溶かした後、加水分解により沈殿析出させる方法、有機溶剤中で希土類金属又は/及び第4周期遷移金属塩と配位可能な金属のアルコキシドを反応させる方法などがある。   The method for forming the dispersed phase precursor is not particularly limited as long as the metal coordination via oxygen to the target rare earth metal and / or the fourth period transition metal can be formed. For example, a method of mixing a rare earth metal or / and a fourth period transition metal raw material and a coordinating metal raw material, followed by heat treatment and pulverization (starting raw materials include metal salts, hydroxides, oxides, etc. ), A method of dissolving a rare earth metal or / and a metal salt capable of coordinating with the 4th period transition metal salt in a solvent, and then precipitating by precipitation, a rare earth metal or / and a 4th period transition metal salt in an organic solvent And a metal alkoxide capable of coordination.

ナノメートルサイズの分散相前駆物質を得るためには、有機溶剤中で希土類金属又は/及び第4周期遷移金属塩と配位可能な金属のアルコキシドを反応させる方法が、好ましく用いられる。使用される溶剤は特に限定されるものではなく、配位構造を形成した最終生成物を無機媒質に分散でき、無機媒質を誘導可能な化合物が可溶で反応性のないものであれば何を用いてもよい。   In order to obtain a nanometer-sized dispersed phase precursor, a method of reacting a rare earth metal or / and a fourth period transition metal salt with a metal alkoxide capable of coordination in an organic solvent is preferably used. The solvent used is not particularly limited, and any final product that forms a coordination structure can be dispersed in an inorganic medium, and any compound that can induce the inorganic medium is soluble and non-reactive. It may be used.

好ましくは活性水素を有さないアプロティック溶剤が好ましい。このような溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類;エチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテルなどのエーテ
ル類;テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピルなどのエステル類;酢酸2−メトキシエチル、プロピレングリコール1−モノメチルエーテル2−アセタートなどのグリコール誘導体;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族化合物;ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンなどの炭化水素化合物;アセトニトリルなどが用いられる。
An aprotic solvent having no active hydrogen is preferred. Examples of such solvents include ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; ethers such as ethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether and propylene glycol dimethyl ether; cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane; methyl acetate, ethyl acetate and propyl acetate. Esters; glycol derivatives such as 2-methoxyethyl acetate, propylene glycol 1-monomethyl ether 2-acetate; aromatic compounds such as benzene, toluene, xylene; hydrocarbon compounds such as pentane, hexane, heptane, cyclohexane; acetonitrile, etc. Is used.

ポリシラザンを珪素含有ポリマーとして用いた場合、ポリシラザンの溶剤だけでなく分散相前駆物質の溶剤もアプロティック溶剤の利用が必須となる。活性プロトンを有する溶剤を使用すると、溶剤中の活性プロトン部がポリシラザンと反応し、ポリシラザンの重合が進行し、目的とする成膜可能な均質な塗工液を作成することができない。   When polysilazane is used as a silicon-containing polymer, it is essential to use not only the polysilazane solvent but also the dispersed phase precursor solvent as an aprotic solvent. When a solvent having active protons is used, the active proton part in the solvent reacts with polysilazane, and the polymerization of polysilazane proceeds, so that a desired uniform coating solution capable of forming a film cannot be prepared.

分散相前駆物質を形成するために、溶剤の還流温度まで加熱する方法を用いることが可能であり、この方法は、多くの場合反応速度を促進することができるので有効な手段となる。得られた配位形成物に水を添加し、加水分解することで分散相前駆物質のサイズを制御することも可能である。   In order to form the dispersed phase precursor, it is possible to use a method of heating to the reflux temperature of the solvent, which is an effective means because it can often accelerate the reaction rate. It is also possible to control the size of the dispersed phase precursor by adding water to the resulting coordination product and hydrolyzing it.

希土類金属又は/及び第4周期遷移金属の出発原料として、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、塩化物などの鉱酸塩や蟻酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩などの有機酸塩、アルコキシド等が用いられる。アニオン不純物の低減などを考えると、蟻酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩などの有機酸塩やアルコキシドの使用が好ましい。より好ましくは、酢酸塩またはアルコキシドが用いられる。
酢酸塩は、通常結晶水を含んでおり、配位させる金属の種類によってはそのまま使用することも可能であるが、反応前に脱水処理を行った方が好ましい。
As starting materials for rare earth metals and / or fourth period transition metals, mineral salts such as nitrates, sulfates, carbonates, chlorides, organic acid salts such as formates, acetates, oxalates, alkoxides, etc. are used. It is done. Considering the reduction of anionic impurities, it is preferable to use organic acid salts such as formate, acetate and oxalate and alkoxides. More preferably, acetate or alkoxide is used.
The acetate usually contains water of crystallization and can be used as it is depending on the type of metal to be coordinated, but it is preferable to perform a dehydration treatment before the reaction.

得られた分散相前駆物質を無機媒質へ誘導可能な無機ポリマー溶液と混合することで本発明の無機組成物形成用液が製造される。   The obtained dispersed phase precursor is mixed with an inorganic polymer solution that can be guided to an inorganic medium to produce the inorganic composition-forming liquid of the present invention.

前記混合により分散相前駆物質と無機ポリマーが反応し、希土類金属又は/及び第4周期遷移金属に他の金属元素が酸素を介して配位してなる分散相が無機媒質中に分散相を形成している無機組成物が生成される。
図1に示す分散相前駆物質の場合で図中のRで示される置換基は無機ポリマーとの反応によって除かれ、置換基Rを有さない無機物質である無機組成物が生成される。
珪素含有ポリマーを無機ポリマーとした場合には、希土類金属又は/及び第4周期遷移金属に酸素を介して配位してなる他の金属元素(M2)との間で、置換基Rが離脱しケイ素(Si)と結合し、〔−(M2)−O−Si−〕の結合ができて、有機化合物基(R基)を含まない無機組成物を生成することができる。
By the mixing, the dispersed phase precursor and the inorganic polymer react, and the dispersed phase formed by coordination of the rare earth metal and / or the fourth period transition metal with other metal elements via oxygen forms the dispersed phase in the inorganic medium. An inorganic composition is produced.
In the case of the dispersed phase precursor shown in FIG. 1, the substituent represented by R in the figure is removed by reaction with the inorganic polymer, and an inorganic composition that is an inorganic substance having no substituent R is generated.
When the silicon-containing polymer is an inorganic polymer, the substituent R is separated from the rare earth metal and / or another metal element (M2) coordinated to the fourth periodic transition metal via oxygen. Bonding with silicon (Si) and bonding [-(M2) -O-Si-] can be performed, and an inorganic composition containing no organic compound group (R group) can be generated.

アルコキシドを含む分散相前駆物質を出発原料として用いた場合、末端アルコキシル基とポリシラザンの反応が非常に速く進行するため、急激な混合を行うと重合物の析出を伴うことがあるため、どちらかの溶液を滴下するなどの手法を用いることが好ましい。反応スケールが大きくなる場合は、反応容器を冷却しながら滴下することも好ましい。   When a dispersed phase precursor containing an alkoxide is used as a starting material, the reaction between the terminal alkoxyl group and the polysilazane proceeds very quickly, and therefore, rapid mixing may cause precipitation of the polymer. It is preferable to use a technique such as dropping a solution. When the reaction scale becomes large, it is also preferable to add dropwise while cooling the reaction vessel.

基材上へ混合溶液を塗布した後、溶剤を除去可能な温度で乾燥し、少なくとも1種の希土類金属又は/及び第4周期遷移金属が無機媒質中に分散された無機組成物が得られる。   After applying the mixed solution onto the substrate, the mixed solution is dried at a temperature at which the solvent can be removed to obtain an inorganic composition in which at least one rare earth metal and / or fourth period transition metal is dispersed in an inorganic medium.

本発明の方法によれば、通常無機媒質として用いられるガラス、単結晶、セラミックスなどのような高温での反応が不要であるので、プラスチック基板、反応性の高いガラス基板、シリコン基板への形成が可能となる。通常用いられるガラス、シリコンなどの無機基板を用いた場合、無機ポリマーの無機媒質への転換(ポリシラザンの場合は酸化ケイ素への転換)を促進するために500℃程度の温度での加熱も可能である。   According to the method of the present invention, a reaction at a high temperature such as glass, single crystal, ceramics or the like that is usually used as an inorganic medium is unnecessary, so that it can be formed on a plastic substrate, a highly reactive glass substrate, or a silicon substrate. It becomes possible. When using an inorganic substrate such as glass or silicon that is usually used, heating at a temperature of about 500 ° C. is possible to promote the conversion of an inorganic polymer into an inorganic medium (in the case of polysilazane, conversion to silicon oxide). is there.

溶剤を除去可能な温度で乾燥することにより、通常、溶媒とともに反応の副生成物(水素、アンモニア、前記置換基Rを含む生成物等)も除去することができる。   By drying at a temperature at which the solvent can be removed, reaction by-products (hydrogen, ammonia, products containing the substituent R, etc.) can usually be removed together with the solvent.

無機組成物の基板への塗布方法として、一般に液相法で使用されるものであれば特にその手法は限定されないが、例えば、スピンコート、ディップコート、ロールコート、スクリーン印刷、インクジェット印刷などが用いられる。   The method for applying the inorganic composition to the substrate is not particularly limited as long as it is generally used in a liquid phase method. For example, spin coating, dip coating, roll coating, screen printing, inkjet printing, etc. are used. It is done.

〔実施例1〕
<分散相前駆物質の作製>
トルエン中に110℃で1時間脱水処理した酢酸ユーロピウムとトリ−s−ブトキシアルミニウム(Eu/Al=3モル、EuとAlの合計酸化物換算濃度5重量%)とを加え12時間還流した結果、無色透明な溶液を得た。得られた反応物の粒径を動的光散乱法で測定し、粒径分布のピークトップが2nmの複合ナノ粒子である事を確認した。また、トリ−s−ブトキシアルミニウムの反応前後の27Al−NMRスペクトルの変化よりEuへの酸素を介したAlの配位を確認した。
[Example 1]
<Preparation of dispersed phase precursor>
As a result of adding europium acetate dehydrated in toluene at 110 ° C. for 1 hour and tri-s-butoxyaluminum (Eu / Al = 3 mol, total oxide equivalent concentration of Eu and Al of 5% by weight) and refluxing for 12 hours, A colorless and transparent solution was obtained. The particle size of the obtained reaction product was measured by a dynamic light scattering method, and it was confirmed that the peak top of the particle size distribution was a composite nanoparticle of 2 nm. In addition, the coordination of Al via oxygen to Eu was confirmed by the change in 27Al-NMR spectrum before and after the reaction of tri-s-butoxyaluminum.

<無機組成物の作製>
珪素含有ポリマーとして、「アクアミカ」(20%キシレン溶液、AZ エレクトロニック マテリアルズ社製)を用いた。この珪素含有ポリマーに前記の方法にて作製したEuAl含有分散相前駆物質のトルエン溶液を滴下し、室温にて2時間攪拌させ無機組成物形成用前駆体液を得た。混合比は無機組成中のユーロピウムの割合が、総固形分に対して5%、0.5%の重量分率となるよう調整した。
得られた前駆体液をスピンコート法により、バイコールガラス(コーニング社製)上に成膜した後、100℃で乾燥・硬貨させることにより無色透明の塗布膜を形成した。膜厚は、スピンコートの回転数を変化させることで、2〜50μmの範囲で作成した。珪素含有ポリマーの透過率とほぼ同等で、光学的な透明性が確保できていることが確認された。
<Preparation of inorganic composition>
As a silicon-containing polymer, “AQUAMICA” (20% xylene solution, manufactured by AZ Electronic Materials) was used. A toluene solution of the EuAl-containing dispersed phase precursor prepared by the above method was dropped into the silicon-containing polymer and stirred at room temperature for 2 hours to obtain a precursor liquid for forming an inorganic composition. The mixing ratio was adjusted so that the proportion of europium in the inorganic composition was 5% and 0.5% by weight with respect to the total solid content.
The obtained precursor liquid was deposited on Vycor glass (manufactured by Corning) by spin coating, and then dried and coined at 100 ° C. to form a colorless and transparent coating film. The film thickness was made in the range of 2 to 50 μm by changing the rotation speed of the spin coat. It was confirmed that the optical transparency was almost the same as the transmittance of the silicon-containing polymer.

<蛍光強度測定>
Eu含有無機組成物の蛍光光度計を用い蛍光スペクトルおよび励起スペクトルを測定した。励起光を380nmとすることで、590nmと613nmにEuイオンに帰属される発光ピークが観察された(図2)。また、614nmピークに対する励起スペクトル中において、350〜450nmの範囲にEuイオンの吸収に相当する輝線ピーク、273nmをピークとする酸素配位場に帰属されるブロードなピークが観察された(図3)。この結果から、ユーロピウムイオンを高濃度でドープしても、消光が抑制されてユーロピウムの発光過程が発現できていることが確認できた。
<Fluorescence intensity measurement>
The fluorescence spectrum and the excitation spectrum were measured using a fluorimeter of the Eu-containing inorganic composition. By setting the excitation light to 380 nm, emission peaks attributed to Eu ions were observed at 590 nm and 613 nm (FIG. 2). In addition, in the excitation spectrum for the 614 nm peak, a broad peak attributed to the oxygen coordination field having a peak at 273 nm corresponding to the absorption of Eu ions was observed in the range of 350 to 450 nm (FIG. 3). . From this result, it was confirmed that even when doped with europium ions at a high concentration, quenching was suppressed and the emission process of europium was expressed.

<環境安定性のテスト>
得られた無機組成物を200℃で24時間保持後、透過スペクトルおよび発光スペクトルの測定を行った。透過スペクトルおよび発光スペクトル伴に明確な変化は観察されなかった。
<Environmental stability test>
The obtained inorganic composition was kept at 200 ° C. for 24 hours, and then a transmission spectrum and an emission spectrum were measured. No clear change was observed with the transmission spectrum and emission spectrum.

〔比較例1〕
特許文献1に記載の有機無機複合体と環境安定性を比較した例を比較例1として示す。
(Comparative Example 1)
An example in which environmental stability is compared with the organic-inorganic composite described in Patent Document 1 is shown as Comparative Example 1.

プロピレングリコールαモノメチルエーテル中に110℃で1時間減圧脱水処理した酢酸ユーロピウムとトリ−s−ブトキシアルミニウム(Eu/Al=3モル、EuとAlの合計酸化物換算濃度5重量%)とを加え1時間還流し、無色透明な溶液を得た。得られた反応物の粒径を動的散乱法で測定し、粒径分布の
ピークトップが1.5nmの無機分散材である事を確認した。また、トリ−s−ブトキシアルミニウムの反応前後の27Al−NMRスペクトルの変化よりEu への酸素を介したAlの配位を確認した。
透明有機ポリマーとして、ヒドロキシプロピルセルロース(日本曹達社製)を用いた。この有機重合体と、前記の方法にて作製したEu−Al含有複合ナノ粒子をエチルセロソルブ中で混合し、室温にて2時間攪拌させ混合液を得た。混合比は複合組成中のEuの割合が、総固形分に対して8%の重量分率となるよう調整した。
得られた前駆体液をスピンコート法により、バイコールガラス(コーニング社製)上に成膜した後、100℃で乾燥させることにより厚さ10μmの無色透明の塗布膜を形成した。ベースポリマーの透過率とほぼ同等で、光学的な透明性が確保できていることが確認された。
Europium acetate dehydrated under reduced pressure at 110 ° C. for 1 hour in propylene glycol α-monomethyl ether and tri-s-butoxyaluminum (Eu / Al = 3 mol, total oxide equivalent concentration of Eu and Al of 5% by weight) were added. The mixture was refluxed for a time to obtain a colorless and transparent solution. The particle size of the obtained reaction product was measured by a dynamic scattering method, and it was confirmed that the peak top of the particle size distribution was an inorganic dispersion material having a wavelength of 1.5 nm. Further, the coordination of Al via oxygen to Eu was confirmed from the change in 27Al-NMR spectrum before and after the reaction of tri-s-butoxyaluminum.
Hydroxypropyl cellulose (Nippon Soda Co., Ltd.) was used as the transparent organic polymer. This organic polymer and Eu-Al-containing composite nanoparticles prepared by the above method were mixed in ethyl cellosolve and stirred at room temperature for 2 hours to obtain a mixed solution. The mixing ratio was adjusted so that the ratio of Eu in the composite composition was 8% by weight with respect to the total solid content.
The obtained precursor liquid was formed into a film on Vycor glass (manufactured by Corning) by spin coating, and then dried at 100 ° C. to form a colorless and transparent coating film having a thickness of 10 μm. It was confirmed that the optical transparency was almost the same as the transmittance of the base polymer.

得られたEu含有有機無機複合体の蛍光スペクトルおよび励起スペクトルを測定した。実施例1と同じ発光および励起スペクトルが観察された。得られた複合体を200℃で24時間保持しとところ若干の黄変が確認された。また、発光スペクトルにおいて、400〜500nmを中心としたブロードな発光バンドの形成が確認された。   The fluorescence spectrum and excitation spectrum of the obtained Eu-containing organic-inorganic composite were measured. The same emission and excitation spectra as in Example 1 were observed. When the obtained composite was kept at 200 ° C. for 24 hours, slight yellowing was confirmed. In the emission spectrum, formation of a broad emission band centering on 400 to 500 nm was confirmed.

本発明の無機組成物である実施例1は、比較例1に比べ環境安定性に優れることが確認された。従って、本発明の無機組成物は、LEDなどの発光素子、太陽電池などの苛酷な環境で駆動されるデバイスでの適用において特に顕著な効果を発揮することができる。   It was confirmed that Example 1, which is the inorganic composition of the present invention, is superior in environmental stability to Comparative Example 1. Therefore, the inorganic composition of the present invention can exert a particularly remarkable effect in applications in devices driven in harsh environments such as light emitting elements such as LEDs and solar cells.

〔実施例2〕
実施例1と同様の方法でトリ−s−ブトキシアルミニウムの代わりにテトラ−i−プロポキシチタンに変更しEuを含む複合膜の作成を行い、無色透明膜が形成された。
蛍光光度計による測定により、実施例1と同じ590nmと613nmにEuイオンに帰属される発光ピークが観察された。
[Example 2]
A composite film containing Eu was prepared by changing to tetra-i-propoxytitanium instead of tri-s-butoxyaluminum in the same manner as in Example 1, and a colorless transparent film was formed.
By measurement with a fluorimeter, emission peaks attributed to Eu ions were observed at 590 nm and 613 nm as in Example 1.

〔実施例3〕
<無機分散相の作製>
トルエン中に110℃で1時間脱水処理した酢酸テルビウムとトリ−s−ブトキシアルミニウム(Tb/Al=3モル、EuとAlの合計酸化物換算濃度5重量%)とを加え12時間還流した結果、無色透明な溶液を得た。得られた反応物の粒径を動的光散乱法で測定し、粒径分布のピークトップが2.1nmの複合ナノ粒子である事を確認した。
<無機分散相と珪素含有ポリマーとの複合体の作製>
珪素含有ポリマーとして、「アクアミカ」(20%キシレン溶液、AZ エレクトロニック マテリアルズ社製)を用いた。この珪素含有ポリマーに前記の方法にて作製したTbAl含有無機分散相のトルエン溶液を滴下し、室温にて2時間攪拌させ複合体形成用前駆体液を得た。混合比は複合組成中のテルビウムの割合が、総固形分に対して5%重量分率となるよう調整した。
得られた前駆体液をスピンコート法により、バイコールガラス(コーニング社製)上に成膜した後、100℃で乾燥・硬貨させることにより無色透明の塗布膜を形成した。得られた塗布膜は、珪素含有ポリマーの透過率とほぼ同等で、光学的な透明性が確保できていることが確認された。
<蛍光強度測定>
Eu含有無機複合体を蛍光光度計を用い蛍光スペクトルおよび励起スペクトルを測定した。励起光を380nmとすることで、489nmと543nmにTbイオンに帰属される発光ピークが観察された。
Example 3
<Preparation of inorganic dispersed phase>
As a result of adding terbium acetate dehydrated in toluene at 110 ° C. for 1 hour and tri-s-butoxyaluminum (Tb / Al = 3 mol, total oxide equivalent concentration of Eu and Al of 5% by weight) and refluxing for 12 hours, A colorless and transparent solution was obtained. The particle size of the obtained reaction product was measured by a dynamic light scattering method, and it was confirmed that the peak top of the particle size distribution was a composite nanoparticle of 2.1 nm.
<Preparation of composite of inorganic dispersed phase and silicon-containing polymer>
As a silicon-containing polymer, “AQUAMICA” (20% xylene solution, manufactured by AZ Electronic Materials) was used. A toluene solution of a TbAl-containing inorganic dispersed phase prepared by the above method was dropped into the silicon-containing polymer and stirred at room temperature for 2 hours to obtain a precursor liquid for forming a complex. The mixing ratio was adjusted so that the proportion of terbium in the composite composition was 5% by weight with respect to the total solid content.
The obtained precursor liquid was deposited on Vycor glass (manufactured by Corning) by spin coating, and then dried and coined at 100 ° C. to form a colorless and transparent coating film. It was confirmed that the obtained coating film was almost equivalent to the transmittance of the silicon-containing polymer and ensured optical transparency.
<Fluorescence intensity measurement>
The fluorescence spectrum and excitation spectrum of the Eu-containing inorganic composite were measured using a fluorometer. By setting the excitation light to 380 nm, emission peaks attributed to Tb ions were observed at 489 nm and 543 nm.

〔実施例4〕
<無機分散相の作製>
トルエン中に110℃で1時間脱水処理した酢酸エルビウムとトリ−s−ブトキシアルミニウム(Er/Al=3モル、EuとAlの合計酸化物換算濃度5重量%)とを加え12時間還流した結果、赤紫色透明な溶液を得た。得られた反応物の粒径を動的光散乱法で測定し、粒径分布のピークトップが1.8nmの複合ナノ粒子である事を確認した。
<無機分散相と珪素含有ポリマーとの複合体の作製>
珪素含有ポリマーとして、「アクアミカ」(20%キシレン溶液、AZ エレクトロニック マテリアルズ社製)を用いた。この珪素含有ポリマーに前記の方法にて作製したErAl含有無機分散相のトルエン溶液を滴下し、室温にて2時間攪拌させ複合体形成用前駆体液を得た。混合比は複合組成中のエルビウムの割合が、総固形分に対して0.5%重量分率となるよう調整した。
得られた前駆体液をスピンコート法により、バイコールガラス(コーニング社製)上に成膜した後、100℃で乾燥・硬貨させることにより赤紫色を帯びた透明の塗布膜を形成した。得られた塗布膜は、珪素含有ポリマーの透過率とほぼ同等で、光学的な透明性が確保できていることが確認された。
<蛍光強度測定>
Er含有無機複合体に514.5nmの励起光を照射する事で1.54μmに発光スペクトルを測定した。
Example 4
<Preparation of inorganic dispersed phase>
As a result of adding erbium acetate dehydrated in toluene at 110 ° C. for 1 hour and tri-s-butoxyaluminum (Er / Al = 3 mol, total oxide equivalent concentration of Eu and Al of 5% by weight) and refluxing for 12 hours, A red-purple transparent solution was obtained. The particle size of the obtained reaction product was measured by a dynamic light scattering method, and it was confirmed that the peak top of the particle size distribution was a composite nanoparticle of 1.8 nm.
<Preparation of composite of inorganic dispersed phase and silicon-containing polymer>
As a silicon-containing polymer, “AQUAMICA” (20% xylene solution, manufactured by AZ Electronic Materials) was used. A toluene solution of an ErAl-containing inorganic dispersed phase prepared by the above method was added dropwise to this silicon-containing polymer and stirred at room temperature for 2 hours to obtain a precursor liquid for forming a complex. The mixing ratio was adjusted so that the ratio of erbium in the composite composition was 0.5% by weight with respect to the total solid content.
The obtained precursor liquid was formed into a film on Vycor glass (manufactured by Corning) by spin coating, and then dried and coined at 100 ° C. to form a red-purple transparent coating film. It was confirmed that the obtained coating film was almost equivalent to the transmittance of the silicon-containing polymer and ensured optical transparency.
<Fluorescence intensity measurement>
The emission spectrum was measured at 1.54 μm by irradiating the Er-containing inorganic composite with excitation light of 514.5 nm.

〔実施例5〕
<無機分散相の作製>
トルエン中に110℃で1時間脱水処理した酢酸ニッケルとトリ−s−ブトキシアルミニウム(Ni/Al=2モル、NiとAlの合計酸化物換算濃度5重量%)とを加え12時間還流した結果、緑色透明な溶液を得た。得られた反応物の粒径を動的光散乱法で測定し、粒径分布のピークトップが2.8nmの複合ナノ粒子である事を確認した。
<無機分散相と珪素含有ポリマーとの複合体の作製>
珪素含有ポリマーとして、「アクアミカ」(20%キシレン溶液、AZ エレクトロニック マテリアルズ社製)を用いた。この珪素含有ポリマーに前記の方法にて作製したNiAl含有無機分散相のトルエン溶液を滴下し、室温にて2時間攪拌させ複合体形成用前駆体液を得た。混合比は複合組成中のニッケルの割合が、総固形分に対して5%重量分率となるよう調整した。
得られた前駆体液をスピンコート法により、バイコールガラス(コーニング社製)上に成膜した後、100℃で乾燥・硬貨させることにより緑色を帯びた透明の塗布膜を形成した。透過スペクトルの測定により、Niイオンに相当するイオンの吸収が確認された。
Example 5
<Preparation of inorganic dispersed phase>
As a result of adding nickel acetate dehydrated in toluene at 110 ° C. for 1 hour and tri-s-butoxyaluminum (Ni / Al = 2 mol, total oxide equivalent concentration of Ni and Al of 5% by weight) and refluxing for 12 hours, A green clear solution was obtained. The particle size of the obtained reaction product was measured by a dynamic light scattering method, and it was confirmed that the peak top of the particle size distribution was a composite nanoparticle of 2.8 nm.
<Preparation of composite of inorganic dispersed phase and silicon-containing polymer>
As a silicon-containing polymer, “AQUAMICA” (20% xylene solution, manufactured by AZ Electronic Materials) was used. A toluene solution of the NiAl-containing inorganic dispersed phase prepared by the above method was dropped into the silicon-containing polymer and stirred at room temperature for 2 hours to obtain a precursor solution for forming a complex. The mixing ratio was adjusted so that the proportion of nickel in the composite composition was 5% by weight with respect to the total solid content.
The obtained precursor liquid was formed into a film on Vycor glass (manufactured by Corning) by spin coating, and then dried and coined at 100 ° C. to form a transparent coating film having a greenish color. Absorption of ions corresponding to Ni ions was confirmed by measurement of the transmission spectrum.

〔実施例6〕
実施例5同様の方法で、酢酸ニッケルとペンタエトキシニオブを出発原料として(Ni/Nb=2モル、NiとNbの合計酸化物換算濃度5重量%)、Niを含む複合膜の作成を行った。緑味を帯びた透明膜が形成され、透過スペクトルの測定により、Niイオンに相当するイオンの吸収が確認された。
Example 6
A composite film containing Ni was prepared in the same manner as in Example 5 using nickel acetate and pentaethoxyniobium as starting materials (Ni / Nb = 2 mol, the total oxide equivalent concentration of Ni and Nb being 5% by weight). . A greenish transparent film was formed, and absorption of ions corresponding to Ni ions was confirmed by measurement of the transmission spectrum.

本発明は、入射する光の透過、屈折、反射、偏光面回転などを制御、入射する光によって励起されて発光(蛍光)、増幅などの機能を発現する光学機能材料として利用可能であり、それら素材を用いた各種光学応用分野に利用可能である。
本発明の無機組成物の具体的な用途の例としては、光増幅器、レンズ、コントラスト増強ガラス、光フィルタ等の調光光学要素、発光装置及び太陽電池等を挙げることができる。
また、本発明の無機組成物は、磁性機能を発現する磁気機能応用分野の素材として用いることができる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as an optical functional material that controls the transmission, refraction, reflection, polarization plane rotation, and the like of incident light and is excited by incident light to exhibit functions such as light emission (fluorescence) and amplification. It can be used in various optical application fields using materials.
Examples of specific applications of the inorganic composition of the present invention include light control optical elements such as optical amplifiers, lenses, contrast-enhancing glass, and optical filters, light-emitting devices, solar cells, and the like.
In addition, the inorganic composition of the present invention can be used as a material in a magnetic function application field that exhibits a magnetic function.

1 希土類金属又は第4周期遷移金属
2 酸素を介して希土類金属又は第4周期遷移金属に配位する他の金属元素
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rare earth metal or 4th period transition metal 2 Other metal element coordinated to rare earth metal or 4th period transition metal through oxygen

Claims (7)

少なくとも1種の希土類金属又は/及び第4周期遷移金属が無機媒質中に分散されてなる無機組成物であって、前記希土類金属又は/及び第4周期遷移金属は、少なくとも1種の希土類金属又は/及び第4周期遷移金属に他の金属元素が酸素を介して配位してなる分散相が無機媒質中に分散相を形成していることを特徴とする無機組成物。   An inorganic composition in which at least one rare earth metal and / or a fourth periodic transition metal is dispersed in an inorganic medium, wherein the rare earth metal or / and the fourth periodic transition metal are at least one rare earth metal or An inorganic composition characterized in that a dispersed phase formed by coordinating other metal elements with oxygen through the fourth period transition metal forms a dispersed phase in an inorganic medium. 前記分散相の平均直径が、0.1〜50nmであることを特徴とする請求項1に記載の無機組成物。   The inorganic composition according to claim 1, wherein the dispersed phase has an average diameter of 0.1 to 50 nm. 前記希土類金属又は/及び第4周期遷移金属に酸素を介して配位する金属元素が、3B族、4A族、5A、6A族金属より選ばれた1種もしく2種以上の金属元素であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の無機組成物。   The metal element coordinated to the rare earth metal and / or the fourth periodic transition metal via oxygen is one or more metal elements selected from Group 3B, 4A, 5A, and 6A metals. The inorganic composition according to claim 1 or 2, characterized in that 前記希土類金属又は/及び第4周期遷移金属(M1)と前記希土類金属又は/及び第4周期遷移金属に酸素を介して配位する金属元素(M2)とのモル比率(M2/M1)が、1から4であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の無機組成物。   The molar ratio (M2 / M1) of the rare earth metal or / and the fourth periodic transition metal (M1) and the metal element (M2) coordinated to the rare earth metal or / and the fourth periodic transition metal via oxygen is: It is 1 to 4, The inorganic composition in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記無機媒質が、無機ポリマーから誘導される無機系非晶質媒質であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の無機組成物。   The inorganic composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the inorganic medium is an inorganic amorphous medium derived from an inorganic polymer. 前記無機ポリマーが、珪素素含有ポリマー、ボラジンポリマー、ボラジンケイ素ポリマーであることを特徴とする請求項5に記載の無機組成物。   The inorganic composition according to claim 5, wherein the inorganic polymer is a silicon-containing polymer, a borazine polymer, or a borazine silicon polymer. 前記珪素含有ポリマーが、ポリシラザンであることを特徴とする請求項6に記載の無機組成物。
The inorganic composition according to claim 6, wherein the silicon-containing polymer is polysilazane.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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