JP5762686B2 - Method for producing fine particles - Google Patents
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Description
本発明は、インプリントプロセスを利用してサイズおよび形状の制御された微粒子を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a controlled particle size and shape by using the imprint process.
サブミクロンからナノメーターサイズの微粒子は、様々な機能性デバイスを作製するための出発材料として、近年その重要性が増してきている。微粒子が示す様々な特性は、微粒子のサイズや形状に依存して変化することから、微粒子の特性を最適化するためには、サイズおよび形状が制御された、サイズ均一性に優れた微粒子を作製することが求められる。 Submicron to nanometer-sized microparticles have recently become increasingly important as starting materials for producing various functional devices. Various properties of fine particles vary depending on the size and shape of the fine particles. To optimize the properties of the fine particles, fine particles with controlled size and shape and excellent size uniformity are produced. It is required to do.
微粒子の作製手法としては、液相法、気相法など様々な手法が報告されてきているが、サイズおよび形状が制御された微粒子を作製することは容易でない。ポリスチレン微粒子やシリカ微粒子のように、サイズが制御された単分散微粒子が形成可能な場合においても、得られる微粒子の形状は球形状である場合が多く、幾何学形状を制御した微粒子の作製は困難である。金属微粒子のように、結晶の成長を利用した微粒子合成手法によれば、シリンダー形状等の微粒子を得ることも可能であるが、この場合には、サイズを均一にそろえることが困難である。 Various methods such as a liquid phase method and a gas phase method have been reported as a method for producing fine particles, but it is not easy to produce fine particles having a controlled size and shape. Even when monodispersed fine particles with controlled size can be formed, such as polystyrene fine particles and silica fine particles, the shape of the obtained fine particles is often spherical, and it is difficult to produce fine particles with a controlled geometric shape. It is. According to a fine particle synthesis method using crystal growth like metal fine particles, it is possible to obtain fine particles having a cylindrical shape or the like, but in this case, it is difficult to make the sizes uniform.
サイズおよび形状が高度に制御された微粒子の作製手法として、鋳型プロセスが提案されている。鋳型プロセスでは、アルミニウムを酸性浴中で陽極酸化することによって得られる陽極酸化ポーラスアルミナ等のナノ規則構造材料が鋳型として用いられるが、これらの細孔内にポリマーや金属、金属酸化物など所望の物質を充填することで、サイズおよび形状が制御された微粒子を形成することが可能となる(非特許文献1)。しかしながら、細孔内に形成された微粒子を回収するためには鋳型を溶解除去する必要があることから、鋳型の繰り返し利用ができず、効率良く微粒子の作製を行うことは困難である。また、フォトリソグラフィーを用いて二層レジストに描画を行いドットパターンを形成した後、底部のレジスト層のみ選択的に溶解除去することでサイズ均一性に優れた微粒子の形成が可能であることが報告されている(非特許文献2)。しかしながら、フォトリソグラフィーでは、大面積のパターンを高スループットで得ることが難しく、微粒子を効率良く作製することは困難であることに加え、適用可能な材料がフォトレジストとして使用可能な材料に限定されるといった問題点があった。 A mold process has been proposed as a method for producing fine particles whose size and shape are highly controlled. In the casting process, a nano-ordered structure material such as anodized porous alumina obtained by anodizing aluminum in an acidic bath is used as a casting mold. Filling the substance makes it possible to form fine particles with a controlled size and shape (Non-patent Document 1). However, since it is necessary to dissolve and remove the template in order to collect the fine particles formed in the pores, the template cannot be repeatedly used, and it is difficult to efficiently produce fine particles. Also, after forming a dot pattern by drawing on a two-layer resist using photolithography, it is reported that fine particles with excellent size uniformity can be formed by selectively dissolving and removing only the resist layer at the bottom. (Non-Patent Document 2). However, in photolithography, it is difficult to obtain a pattern with a large area with high throughput, and it is difficult to efficiently produce fine particles. In addition, applicable materials are limited to materials that can be used as a photoresist. There was a problem.
上述したように、液相法、気相法に代表される、既存の微粒子作製プロセスでは、サイズおよび形状が制御された単分散微粒子を効率良く作製することは困難である。一方で、鋳型プロセスを用いれば、サイズおよび幾何学形状が制御された微粒子の作製が可能であることに加え、広範な材料に適用可能であるといった特徴を有する。しかしながら、鋳型プロセスを用いて形成した微粒子の回収を行うためには鋳型を溶解除去する必要があるため、スループットが低いといった問題点があった。 As described above, it is difficult to efficiently produce monodispersed fine particles having a controlled size and shape by existing fine particle production processes represented by a liquid phase method and a gas phase method. On the other hand, if the mold process is used, it is possible to produce fine particles with controlled size and geometric shape, and in addition, it is applicable to a wide range of materials. However, in order to recover the fine particles formed using the template process, it is necessary to dissolve and remove the template, which has a problem of low throughput.
そこで本発明の課題は、従来の鋳型法の問題点を解決し、サイズおよび形状が制御された微粒子を高効率に製造することを目的に、出発構造となる鋳型が繰り返し利用可能なインプリントプロセスを利用することにより、高スループットでサイズおよび形状が制御された微粒子を効率良く製造できる方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems of the conventional mold method and to imprint a process in which a mold as a starting structure can be repeatedly used for the purpose of producing fine particles with controlled size and shape with high efficiency. It is an object of the present invention to provide a method capable of efficiently producing fine particles having a controlled size and shape with high throughput.
上記課題を解決するために、本発明は、サイズおよび形状が制御された微粒子を高スループットに作製するための方法について鋭意検討を行った結果なされたものである。すなわち、本発明に係る微粒子の製造方法は、インプリントプロセスにより凹凸パターンが形成された基材表面に高分子を含む溶液を塗布し、塗布膜を乾燥後、剥離することにより基材表面から凹凸パターンの突起部のみを微粒子として選択的に剥離し、塗布膜を溶解することにより微粒子を回収することを特徴とする方法からなる。なお、本発明におけるサイズおよび形状が制御された微粒子の形状には、円筒形状、円柱形状、コーン形状、角筒形状、角柱形状、部分中空形状等の粒体状のものに加え、細長比の比較的大きいファイバー形態のものまで含まれ、実質的にあらゆる形状のものを含むことが可能である。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has been made as a result of intensive studies on a method for producing fine particles with controlled size and shape at high throughput. That is, the method for producing fine particles according to the present invention applies a solution containing a polymer to a substrate surface on which an uneven pattern has been formed by an imprint process, and after drying the coating film, the unevenness is removed from the substrate surface. It consists of a method characterized in that only the projections of the pattern are selectively peeled off as fine particles, and the fine particles are recovered by dissolving the coating film. In addition, in the shape of the fine particles whose size and shape are controlled in the present invention, in addition to the granular shape such as a cylindrical shape, a cylindrical shape, a cone shape, a rectangular tube shape, a prismatic shape, a partial hollow shape, etc. Even relatively large fiber forms are included, and can include virtually any shape.
この本発明に係る方法では、サブミクロンからナノスケールの微細なパターンを有するモールドを用いたインプリントプロセスにより、一旦基材表面に規則的な凹凸パターンを形成し、その後、形成された凹凸パターンの突起部のみを選択的に剥離し微粒子として回収することにより、サイズおよび形状が制御された微粒子の作製を行うことができる。 In the method according to the present invention, a regular concavo-convex pattern is once formed on the substrate surface by an imprint process using a mold having a submicron to nanoscale fine pattern, and then the formed concavo-convex pattern is formed. By selectively peeling only the protrusions and collecting them as fine particles, it is possible to produce fine particles having a controlled size and shape.
インプリントプロセスでは、熱可塑性樹脂に加温条件下でモールドを押し付け微細パターンの転写を行う熱インプリント法や、光硬化性樹脂を用いた光インプリント法を用いることができる。また、シリカや酸化チタンをはじめとする金属酸化物の前駆体にインプリントを行う手法も用いることができる。本発明によれば、微粒子として、直径が500nm以下のサイズ均一性に優れた微粒子の作製を行うことができる。 In the imprint process, a thermal imprint method in which a mold is pressed against a thermoplastic resin under a heating condition to transfer a fine pattern, or a photoimprint method using a photocurable resin can be used. Moreover, the method of imprinting on the precursor of metal oxides including silica and titanium oxide can also be used. According to the present invention , fine particles having a diameter of 500 nm or less and excellent size uniformity can be produced as fine particles.
インプリントプロセスにより形成した凹凸パターンの突起部のみを選択的に剥離するためには、スクレーパー等により機械的に削り取る手法や、インプリントプロセスにおけるインプリント用モールドを、該モールドの窪み内に充填された凹凸パターンの突起部形成用物質とともに基材から剥離し、剥離したモールドの窪み内から、該窪み内に充填されていた物質を微粒子として取り出す手法も考えられるが、本発明では、特に、次に述べる手法を採用する。 The order to selectively stripping only the protrusions of the uneven pattern formed by imprinting process filling, and methods scraping mechanically by scraper or the like, the imprint mold in the imprint process, in a recess of the mold The method of removing the material filled in the dents from the base of the mold with the concavo-convex pattern projection portion forming material peeled off from the base of the peeled mold can be considered, but in the present invention, in particular, The following method is adopted.
上記手法として、上記凹凸パターンが形成された基材表面に高分子を含む溶液を塗布し、塗布膜を乾燥後、剥離することにより基材表面から凹凸パターンの突起部のみを微粒子として選択的に剥離し、塗布膜を溶解することにより微粒子を回収することができる。例えば、インプリント後の基材表面に後処理で溶解可能な犠牲層を付与し、これが固化した後剥離するようにした手法も用いることができる。犠牲層を剥離する際に、その中に埋め込まれた凹凸パターンの突起部のみ基材から選択的に剥離することができる。また、剥離した犠牲層を後処理により溶解すれば、剥離を行った微粒子を回収することが可能となる。微粒子を剥離するための犠牲層には、高分子やエラストマーを用いることができ、これらが溶解した溶液を基材表面に塗布乾燥することで簡便に犠牲層を形成できる。また、本発明で用いる犠牲層には、後処理で微粒子のみ選択的に回収できるように、微粒子材料が不溶の溶媒に選択的に溶解可能な材料を用いる必要がある。例えば、光硬化性樹脂を用いて作製した微粒子は、アセトン等の有機溶剤には不溶であるためアセトンに溶解可能な材料であれば犠牲層として用いることが可能である。 As the above method, a solution containing a polymer is applied to the surface of the substrate on which the concavo-convex pattern is formed, and after drying the coating film, only the protrusions of the concavo-convex pattern are selectively selected as fine particles from the substrate surface. Fine particles can be collected by peeling and dissolving the coating film. For example, it is also possible to use a technique in which a sacrificial layer that can be dissolved by post-processing is provided on the surface of the substrate after imprinting, and then peeled after the sacrificial layer is solidified. When the sacrificial layer is peeled off, only the protrusions of the concavo-convex pattern embedded therein can be selectively peeled off from the substrate. Further, if the peeled sacrificial layer is dissolved by post-treatment, the peeled fine particles can be collected. A polymer or an elastomer can be used for the sacrificial layer for peeling the fine particles, and the sacrificial layer can be easily formed by applying a solution in which these are dissolved to the substrate surface and drying. The sacrificial layer used in the present invention needs to use a material that can selectively dissolve the fine particle material in an insoluble solvent so that only the fine particles can be selectively recovered in the post-treatment. For example, fine particles produced using a photocurable resin are insoluble in an organic solvent such as acetone, and thus can be used as a sacrificial layer as long as the material is soluble in acetone.
ナノインプリントプロセスでは、樹脂等からなる微粒子だけでなく、金属酸化物や金属からなる微粒子の作製を行うことも可能である。つまり、凹凸パターンの突起部の材質が樹脂または金属酸化物あるいは金属の少なくとも何れか一つを含むものとして、微粒子の作製を行うのである。これらの材料を用いて、微細パターンを形成したのち、犠牲層を用いて同様に剥離回収操作を行うことで、金属酸化物や金属等からなる微粒子を得ることも可能である。 In the nanoimprint process, not only fine particles made of a resin or the like but also fine particles made of a metal oxide or metal can be produced. That is, the fine particles are produced on the assumption that the material of the protrusions of the concavo-convex pattern includes at least one of resin, metal oxide, or metal. It is also possible to obtain fine particles made of a metal oxide, a metal, or the like by forming a fine pattern using these materials and then performing a separation and recovery operation using the sacrificial layer in the same manner.
また、インプリントにより凹凸パターンを形成する材料に二種類以上の材料を用いることで、容易にサイズ及び形状の制御された複合微粒子を作製することができる。つまり、凹凸パターンの突起部の材質が二種類以上の物質からなり,該突起部を基材表面から剥離することにより複合微粒子を作製する。例えば、金属微粒子が分散したモノマーを用いて光インプリントによりピラーアレーを形成し、ピラー部分を選択的に剥離することにより、サイズおよび形状が制御された金属微粒子/ポリマー複合微粒子を得ることができる。また、インプリントによる凹凸パターン形成を、層状に異なるポリマーを積層させた薄膜に行うことで、層状構造を有する微粒子の形成や、後処理により選択的に溶解可能な物質を複合させて微粒子を形成し、溶解可能な物質を後処理により溶解することで多孔質の微粒子を形成することも可能である。 In addition, by using two or more kinds of materials for forming an uneven pattern by imprinting, composite fine particles having a controlled size and shape can be easily produced. That is, the material of the projections of the concavo-convex pattern is made of two or more substances, and the projections are peeled from the surface of the base material to produce composite fine particles. For example, by forming a pillar array by photoimprinting using a monomer in which metal fine particles are dispersed and selectively peeling off the pillar portion, metal fine particles / polymer composite fine particles having a controlled size and shape can be obtained. In addition, by forming a concavo-convex pattern by imprinting on a thin film in which different polymers are layered, the formation of fine particles with a layered structure and the formation of fine particles by combining substances that can be selectively dissolved by post-processing It is also possible to form porous fine particles by dissolving a dissolvable substance by post-treatment.
また、インプリント処理に用いるモールドには、各種リソグラフィー技術で作製したモールドを用いることも可能であるが、アルミニウムを酸性浴中で陽極酸化することによって得られる陽極酸化ポーラスアルミナも用いることができる。陽極酸化ポーラスアルミナは、陽極酸化条件を変化させることで、細孔径、細孔深さをナノスケールで高精度に制御することが可能であるため、これを用いて微粒子の形成を行えば、サイズおよび形状がナノスケールで高度に制御された微粒子の形成が可能となる。つまり、インプリントプロセスにおけるインプリント用モールドとして陽極酸化ポーラスアルミナまたはそれを鋳型として作製したポジ型モールドを用いる方法を適用するのである。さらには、陽極酸化ポーラスアルミナは、大面積化も可能であるため、本発明を大面積で実施することも可能となり、微粒子をより効率的に作製することも可能となる。 In addition, as a mold used for the imprint process, a mold produced by various lithography techniques can be used, but anodized porous alumina obtained by anodizing aluminum in an acid bath can also be used. Anodized porous alumina can control the pore diameter and pore depth with high precision on a nanoscale by changing the anodizing conditions. In addition, it is possible to form fine particles whose shape is highly controlled at the nanoscale. That is, a method using an anodized porous alumina or a positive mold produced using the same as a mold is applied as an imprint mold in the imprint process. Furthermore, since the anodized porous alumina can have a large area, the present invention can be implemented in a large area, and fine particles can be produced more efficiently.
また、陽極酸化ポーラスアルミナの作製に際し、硫酸電解液を用い、化成電圧10Vから120Vの条件下で、シュウ酸電解液を用い化成電圧30Vから130Vの条件下で、リン酸電解液を用いて化成電圧180Vから220Vの条件下で陽極酸化を行えば、サイズの均一な細孔が規則的に配列したポーラスアルミナの作製が可能となることから、これらのポーラスアルミナをナノインプリント用モールドとして採用することで、サイズおよび形状が高度に制御された微粒子の作製も可能となる。 In the preparation of anodized porous alumina, a sulfuric acid electrolyte is used, a conversion voltage is 10V to 120V, a oxalic acid electrolyte is used, and a formation voltage is 30V to 130V. If anodization is performed under conditions of a voltage of 180 V to 220 V, porous alumina with regularly arranged pores of uniform size can be produced. By adopting these porous alumina as a mold for nanoimprinting, In addition, it is possible to produce fine particles whose size and shape are highly controlled.
また、定電圧条件下で陽極酸化を施した後、一旦酸化皮膜を溶解除去し、再度同一の条件下で陽極酸化を行う手法で得られた陽極酸化ポーラスアルミナや、陽極酸化に先立ち、アルミニウムの表面に微細な窪みを形成し、これを陽極酸化時の細孔発生の開始点として陽極酸化することで得られる高規則性ポーラスアルミナを用いることで、得られる微粒子のサイズおよび形状をより高精度に制御することもできる。また、陽極酸化に先立ちアルミニウムに窪み形成を行う手法では、窪みの配列パターンを制御することにより、三角開口や四角開口のポーラスアルミナを得ることもできる。これらのポーラスアルミナを用いることで、断面幾何学形状を制御した微粒子も形成できる。また、ポーラスアルミナの作製時に、陽極酸化とウェットエッチングを複数回繰り返す手法を採用すれば、テーパー形状の細孔を有する試料も得ることができる。これらをモールドとして使用すれば、コーン形状の微粒子が得られるなど、断面幾何学形状のほかに長さ方向に形状を制御した微粒子を得ることもできる。 In addition, after anodizing under constant voltage conditions, once the oxide film is dissolved and removed, anodized porous alumina obtained by the technique of anodizing again under the same conditions, By using a highly ordered porous alumina obtained by forming a fine depression on the surface and anodizing it as a starting point for pore generation during anodization, the size and shape of the resulting fine particles can be increased with higher accuracy. It can also be controlled. Further, in the method of forming depressions in aluminum prior to anodic oxidation, it is possible to obtain porous alumina having triangular openings or square openings by controlling the arrangement pattern of the depressions. By using these porous aluminas, fine particles having a controlled cross-sectional geometry can also be formed. In addition, a sample having tapered pores can be obtained by employing a method in which anodization and wet etching are repeated a plurality of times during the production of porous alumina. If these are used as a mold, it is possible to obtain fine particles whose shape is controlled in the length direction in addition to the cross-sectional geometric shape, such as obtaining fine particles having a cone shape.
さらには、ロール状のアルミニウムの表面に形成した陽極酸化ポーラスアルミナ、またはそれを鋳型として作製したロール状モールドを、連続インプリント用モールドとして用いることもできる。例えば、アルミニウム丸棒を陽極酸化すれば、表面に規則的なホールアレーパターンが形成されたロール形状のナノインプリント用モールドの作製が可能であり、これを回転させながらインプリントを行えば、より高スループットにナノピラーアレーパターンの形成が可能となる。こうして得られたナノパターンに連続的に犠牲相の付与と剥離を行うことで、より高スループットに微粒子の形成を行うことが可能となる。 Furthermore, anodized porous alumina formed on the surface of roll-shaped aluminum, or a roll-shaped mold prepared using the same as a mold can also be used as a continuous imprint mold. For example, if an aluminum round bar is anodized, it is possible to produce a roll-shaped nanoimprint mold with a regular hole array pattern formed on the surface. If imprinting is performed while rotating this, higher throughput is achieved. In addition, a nanopillar array pattern can be formed. By continuously applying and peeling the sacrificial phase to the nanopattern thus obtained, it becomes possible to form fine particles with higher throughput.
本発明におけるサイズおよび形状の制御された微粒子は、上記のようなインプリントプロセスを利用した方法により製造されたものである。 Controlled microparticles of definitive size and shape to the present invention are those produced by the method using the imprint process as described above.
このように、本発明によれば、出発構造となる鋳型が繰り返し利用可能なインプリントプロセスを利用し、インプリントプロセスで形成された凹凸パターンの突起部を選択的に剥離させて微粒子を形成することにより、サイズおよび形状が制御された所望の微粒子を高スループットで効率良く製造できるようになる。 As described above, according to the present invention, by using an imprint process in which a template as a starting structure can be repeatedly used, the protrusions of the concavo-convex pattern formed by the imprint process are selectively peeled to form fine particles. This makes it possible to efficiently produce desired fine particles having a controlled size and shape with high throughput.
以下に、図面を参照して、本発明の微粒子製造法の実施の形態について、詳細に説明する。
図1は、ナノインプリントプロセスに基づく本発明の微粒子作製法の基本的な概念を模式的に示したものである。図1において、1はインプリント用モールドを示しており、インプリント用モールド1を用いたインプリントプロセスにより、基材2の表面に凹凸パターン3が形成される。この凹凸パターン3の突起部4のみが、選択的に微粒子として単離され、単離後に、サイズおよび形状が制御された微粒子5が得られる。
Embodiments of the fine particle production method of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 schematically shows the basic concept of the fine particle production method of the present invention based on the nanoimprint process. In FIG. 1,
図2は、本発明の参考例として、図1に示したようにインプリント用モールド1を用いて基材2の表面に形成された凹凸パターン3の突起部4を、機械的に削り取ることにより微粒子5として剥離させる手法を模式的に示したものである。図示例では、機械的な削り取りに、スクレイパー6が用いられている。
FIG. 2 shows, as a reference example of the present invention, by mechanically scraping the
図3は、本発明の参考例として、図1に示したようにインプリント用モールド1を用いて基材2の表面に形成された凹凸パターン3の突起部4を、粘着テープ7を用いて剥離することにより微粒子5として剥離させる手法を模式的に示したものである。
FIG. 3 shows, as a reference example of the present invention, the
図4は、本発明の参考例として、図1に示したのと同様の窪み1aを有するインプリント用モールド1を用いて、基材2の表面の凹凸パターン形成用の層2aに凹凸パターン3を形成し、インプリント用モールド1を、モールド1の窪み1a内に充填された凹凸パターン3の突起部形成用物質4aとともに基材2から剥離し、剥離したモールド1の窪み1a内から、該窪み1a内に充填され、微粒子形状に形成された物質4aを、サイズおよび形状が制御された所望の微粒子5として取り出すことにより、微粒子5を剥離させる手法を模式的に示したものである。
FIG. 4 shows a concavo-
図5は、図1に示したようにインプリント用モールド1を用いて基材2の表面に形成された突起部4を有する凹凸パターン3上に、溶解可能な犠牲層8を塗布し、犠牲層8を乾燥、固化後に、犠牲層8を突起部4とともに剥離し、その後に犠牲層8を溶解して、剥離された微粒子5を得る手法を模式的に示したものである。
FIG. 5 shows a case where a dissolvable
図6は、インプリント用モールドとして、サイズ、形状が制御された細孔9が高規則性をもって配列された陽極酸化ポーラスアルミナ10を用い、基材2の表面に形成された突起部4を有する凹凸パターン3が形成される。インプリント用モールドとしての陽極酸化ポーラスアルミナ10を除去後、この凹凸パターン3上に、図4に示したのと同様に、溶解可能な犠牲層8を塗布し、犠牲層8を乾燥、固化後に、犠牲層8を突起部4とともに剥離し、その後に犠牲層8を溶解して、剥離された微粒子5を得る手法を模式的に示したものである。
FIG. 6 shows, as an imprint mold, anodized
図7は、図6に示した形態に比べ、インプリント用モールドとして、テーパー形状の細孔11を有する陽極酸化ポーラスアルミナ12を用い、基材2の表面に、テーパー形状の細孔11を有する陽極酸化ポーラスアルミナ12の構造転写層として、コーン状の突起部14を有する凹凸パターン13が形成される。インプリント用モールドとしての陽極酸化ポーラスアルミナ12を除去後、この凹凸パターン13上に、図5に示したのと同様に、溶解可能な犠牲層15を塗布し、犠牲層15を乾燥、固化後に、犠牲層15を突起部14とともに剥離し、その後に犠牲層15を溶解して、剥離されたコーン状の微粒子16を得る。
7 uses an anodized
図8は、複合微粒子の形成プロセスの一例を模式的に示したものである。基材2上に、物質A(21)と物質B(22)の複合材料層23を設け、この複合材料層23の表面に、図1に示したのと同様に、インプリント用モールド1を用いたインプリントプロセスにより、凹凸パターン3が形成される。この凹凸パターン3の突起部4のみが、選択的に微粒子として剥離され、剥離後に、サイズおよび形状が制御され、物質A(21)中に物質B(22)が混在された複合微粒子24が得られる。
FIG. 8 schematically shows an example of the formation process of the composite fine particles. A
図9は、多層レジスト31に対し、例えば陽極酸化ポーラスアルミナ32を用いてインプリントを行い、多層レジスト31の構成を残存させた突起部33を有する凹凸パターン34を形成し、その後、突起部33を微粒子として剥離させることで多層構造を有する微粒子35を作製するプロセスを模式的に示したものである。
In FIG. 9, the multilayer resist 31 is imprinted using, for example, anodized
図10は、例えば陽極酸化ポーラスアルミナ41を用いてインプリントを行い、粒子42を含む突起部43を有する凹凸パターン44を形成し、粒子42を含む突起部43を剥離して粒子42を含む微粒子45を作製し、後処理により内部に含有されている粒子42を溶解除去することにより中空部46を形成した微粒子47(中空部を有する微粒子)の作製を行うプロセスを模式的に示したものである。
In FIG. 10, for example, an anodized
実施例1〔光インプリントプロセスによる単離ポリマーファイバーの形成〕
純度99.99%のアルミニウム板表面に、500 nm周期で突起が規則的に配列した構造を持つSiC製モールドを押し付け、表面に微細な凹凸パターンを形成した。テクスチャリング処理を施したアルミニウム板を、0.1 Mの濃度に調整したリン酸水溶液中で、浴温0℃において直流200Vの条件下で5分間、10分間、30分間陽極酸化を行った。その後、10重量%リン酸水溶液に60分間浸漬し、細孔の孔径拡大処理を施した。作製した陽極酸化ポーラスアルミナを、フルオロアルキルシラン溶液に浸漬し、表面の離型処理を行った。作製した陽極酸化ポーラスアルミナをモールドとして光硬化性樹脂に光インプリントを行い、基材表面にナノファイバーアレーの形成を行った。ナノインプリントにより形成した基材の表面にエラストマーが溶解したトルエン溶液を塗布し乾燥固化させたのち、エラストマー層を剥離しナノファイバーの剥離を行った。剥離したエラストマー膜をトルエン中に浸漬し、溶解除去したのち、トルエン中に分散したポリマーファイバー微粒子をフィルター状にろ過することで回収した。走査型電子顕微鏡による観察から、得られた剥離ポリマーファイバーの直径は250nmであり、長さはそれぞれ2μm、4μm、6μmであることが確認された。得られたポリマーファイバー(ファイバー状ポリマー微粒子)の電子顕微鏡による観察結果をそれぞれ図11に示す。
Example 1 [Formation of Isolated Polymer Fiber by Photoimprint Process]
A SiC mold having a structure in which protrusions were regularly arranged with a period of 500 nm was pressed against the surface of an aluminum plate having a purity of 99.99% to form a fine uneven pattern on the surface. The textured aluminum plate was anodized in an aqueous phosphoric acid solution adjusted to a concentration of 0.1 M at a bath temperature of 0 ° C. under a direct current of 200 V for 5 minutes, 10 minutes, and 30 minutes. Thereafter, the substrate was immersed in a 10% by weight phosphoric acid aqueous solution for 60 minutes, and subjected to pore diameter expansion treatment. The produced anodized porous alumina was immersed in a fluoroalkylsilane solution and subjected to a surface release treatment. The produced anodized porous alumina was used as a mold for photoimprinting on a photocurable resin, and a nanofiber array was formed on the surface of the substrate. After the elastomer was applied and dried and solidified toluene solution of the surface of the formed substrate by nanoimprint, peeling the elastomeric layer was subjected to a peeling of the nanofibers. The peeled elastomer film was immersed in toluene, dissolved and removed, and then recovered by filtering the polymer fiber fine particles dispersed in toluene into a filter. From observation with a scanning electron microscope, it was confirmed that the obtained peeled polymer fiber had a diameter of 250 nm and a length of 2 μm, 4 μm, and 6 μm, respectively. FIG. 11 shows the observation results of the obtained polymer fibers (fiber-like polymer fine particles) with an electron microscope.
実施例2〔コーン形状ポリマー微粒子の作製〕
純度99.99%のアルミニウム板表面に、500 nm周期で突起が規則的に配列した構造を持つSiC製モールドを押し付け、表面に微細な凹凸パターンを形成した。テクスチャリング処理を施したアルミニウム板を、0.1 Mの濃度に調整したリン酸水溶液中で、浴温0℃において直流200Vの条件下で3分間陽極酸化したのち、10重量%リン酸水溶液、浴温30℃に25分浸漬する操作を5回繰り返すことで、テーパー状細孔を有する陽極酸化ポーラスアルミナを得た。作製した陽極酸化ポーラスアルミナを、フルオロアルキルシラン溶液に浸漬し、表面の離型処理を行った。作製した陽極酸化ポーラスアルミナをモールドとして光硬化性樹脂に光インプリントを行い、基材表面にテーパー状ピラーアレーの形成を行った。ナノインプリントにより形成した基材の表面にエラストマーが溶解したトルエン溶液を塗布し乾燥固化させたのち、エラストマー層を剥離しコーン形状ポリマー微粒子の剥離を行った。剥離したエラストマー膜をトルエン中に浸漬し、溶解除去したのち、トルエン中に分散したコーン形状ポリマー微粒子をフィルター状にろ過することで回収した。得られたコーン形状ポリマー微粒子の電子顕微鏡による観察結果を図12に示す。
Example 2 [Production of Cone-Shaped Polymer Fine Particles]
A SiC mold having a structure in which protrusions were regularly arranged with a period of 500 nm was pressed against the surface of an aluminum plate having a purity of 99.99% to form a fine uneven pattern on the surface. A textured aluminum plate is anodized in a phosphoric acid aqueous solution adjusted to a concentration of 0.1 M at a bath temperature of 0 ° C. under a direct current of 200 V for 3 minutes, and then a 10 wt% phosphoric acid aqueous solution, bath temperature. An operation of immersing in 30 ° C. for 25 minutes was repeated 5 times to obtain anodized porous alumina having tapered pores. The produced anodized porous alumina was immersed in a fluoroalkylsilane solution and subjected to a surface release treatment. The produced anodized porous alumina was used as a mold to perform photoimprinting on a photocurable resin, thereby forming a tapered pillar array on the surface of the substrate. A toluene solution in which an elastomer was dissolved was applied to the surface of a substrate formed by nanoimprinting and dried and solidified, and then the elastomer layer was peeled off to peel off the cone-shaped polymer particles. The peeled elastomer film was immersed in toluene, dissolved and removed, and then collected by filtering the cone-shaped polymer fine particles dispersed in toluene into a filter. The observation result by the electron microscope of the obtained cone-shaped polymer fine particles is shown in FIG.
実施例3〔連続インプリントプロセスで作製したポリマーパターンからの微粒子形成〕
直径75mm、長さ90mmのアルミニウムロールを0.3Mシュウ酸浴、浴温17℃、化成電圧40Vの条件下で3時間陽極酸化したのち、試料をクロム酸リン酸混合溶液に浸漬し、酸化皮膜のみ選択的に溶解除去し、同一条件下で再度25秒間陽極酸化を行った後、5重量%リン酸水溶液中で7分間エッチングを行う操作を5回繰り返すことでテーパー状細孔を有するポーラスアルミナを形成した。作製したポーラスアルミナの表面をフルオロアルキルシラン溶液に浸漬し、表面の離型処理を行いロール状モールドとした。得られたロール状モールドを回転させながら光硬化性樹脂にインプリントを行うことで、連続的に直径70nm、突起高さ200nmのテーパー状ポリマーピラーアレーの形成を行った。作製したナノパターンの表面にエラストマーが溶解したトルエン溶液を塗布し乾燥固化させたのち、エラストマー層を剥離しコーン形状ポリマー微粒子の剥離を行った。剥離したエラストマー膜をトルエン中に浸漬し、溶解除去したのち、トルエン中に分散したコーン形状ポリマー微粒子をフィルター状にろ過することで回収した。得られたコーン形状ポリマー微粒子の電子顕微鏡による観察結果を図13に示す。
Example 3 [Fine particle formation from polymer pattern prepared by continuous imprint process]
Anodized aluminum roll with a diameter of 75 mm and a length of 90 mm under conditions of 0.3M oxalic acid bath, bath temperature 17 ° C, formation voltage 40V, then immersed in chromic phosphoric acid mixed solution, only oxide film The porous alumina having tapered pores is obtained by selectively dissolving and removing, performing anodization again for 25 seconds under the same conditions, and then performing an etching operation for 7 minutes in a 5 wt% phosphoric acid aqueous solution 5 times. Formed. The surface of the produced porous alumina was immersed in a fluoroalkylsilane solution, and the surface was subjected to mold release treatment to form a roll mold. A taper-shaped polymer pillar array having a diameter of 70 nm and a protrusion height of 200 nm was continuously formed by imprinting the photocurable resin while rotating the obtained roll-shaped mold. After the elastomer to the surface of the fabricated nano pattern was applied and dried and solidified toluene solution of, peeling the elastomeric layer was subjected to a peeling of the cone-shaped polymer particles. The peeled elastomer film was immersed in toluene, dissolved and removed, and then collected by filtering the cone-shaped polymer fine particles dispersed in toluene into a filter. The observation result of the obtained cone-shaped polymer fine particles with an electron microscope is shown in FIG.
本発明により得られるサイズおよび形状の制御された微粒子は、高スループットで効率良く製造できるので、工業的にサイズ均一性に優れた微粒子が要求されるあらゆる用途に適用できる。 Since the fine particles having a controlled size and shape obtained by the present invention can be efficiently produced with high throughput, they can be applied to any application that requires fine particles having excellent size uniformity industrially.
1 インプリント用モールド
1a モールドの窪み
2 基材
2a 凹凸パターン形成用の層
3、13、34、44 凹凸パターン
4、14、33、43 突起部
4a 突起部形成用物質
5、16 微粒子
6 スクレイパー
7 粘着テープ
8、15 犠牲層
9、11 細孔
10、12、32、41 陽極酸化ポーラスアルミナ
21 物質A
22 物質B
23 複合材料層
24 複合微粒子
31 多層レジスト
35 多層構造を有する微粒子
42 粒子
45 粒子を含む微粒子
46 中空部
47 中空部を有する微粒子
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22 Substance B
23
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