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JP4608335B2 - Method for producing mesoporous metal film - Google Patents
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Description

本発明は、メソポーラス金属膜の製造方法に関するもので、特に微細な溝や孔にメソポーラス金属膜を形成するための製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a mesoporous metal film, and more particularly to a method for producing a mesoporous metal film in fine grooves and holes.

電子機器の小型化・普及に伴い、そのエネルギー源である電池等の小型化が求められている。また、マイクロリアクター、マイクロセンサなどで必要とされている、高い表面積をもち、規則的な細孔が配列した金属体を、マイクロ流路あるいは所望の微細構造の中に作りこむことが要求されている。微細な凹凸部へも、,高い表面積を有しかつ規則的な細孔配列のメソポーラス金属を均一に作成する技術によりマイクロ流路を用いる燃料電池など新たな電池構成の作製が可能となり、さらに、電池以外のメソポーラス金属を反応場に利用するセンサー、マイクロリアクターなど、マイクロ電気化学システム(MEMS)を基本とする新たな電子機能性デバイスの作製を可能とし、またメソ構造という特異な反応場を用いた新規物性の発現が期待できる。   With the downsizing and widespread use of electronic devices, there is a demand for downsizing batteries and the like that are energy sources. In addition, it is required that a metal body having a high surface area and an array of regular pores, which is required for a microreactor, a microsensor, etc., be formed in a microchannel or a desired fine structure. Yes. The technology to uniformly create a mesoporous metal with a high surface area and regular pore arrangement can be used to create a new battery configuration such as a fuel cell that uses a microchannel, even on fine irregularities. Enables the creation of new electronic functional devices based on microelectrochemical systems (MEMS), such as sensors and microreactors that use mesoporous metals other than batteries as reaction fields, and uses a unique reaction field called mesostructure. New physical properties can be expected.

このような高い表面積をもち、規則的な細孔が配列した金属体を形成する方法として、従来から、金属アルコキシド、特にシリコンアルコキシドと界面活性剤からなる前駆溶液を用いて、ゾル−ゲル法と呼ばれる方法でメソポーラス構造を作成するプロセスが知られている。この方法は、界面活性剤が形成するリオトロピック液晶(LLC)の鋳型にシリコンアルコキシドの加水分解・重合反応でメソポーラス構造を作成する方法として知られている。(例えば、特許文献1)この方法は、無機酸化物によるメソポーラス構造に限られ、金属でメソポーラス構造を作成するには不適当である。また、溶液の粘度が高いために、微細な部位にメソポーラス構造を形成することが出来ない。   As a method of forming a metal body having such a high surface area and regularly arranged fine pores, a sol-gel method using a precursor solution made of a metal alkoxide, particularly silicon alkoxide and a surfactant, has been conventionally used. Processes for creating mesoporous structures in a so-called manner are known. This method is known as a method for creating a mesoporous structure by hydrolysis and polymerization reaction of silicon alkoxide on a template of lyotropic liquid crystal (LLC) formed by a surfactant. (For example, Patent Document 1) This method is limited to a mesoporous structure made of an inorganic oxide, and is inappropriate for forming a mesoporous structure with a metal. Moreover, since the viscosity of the solution is high, a mesoporous structure cannot be formed in a fine part.

従来から、微細なパターンのメソポーラス構造を作成するのに、金属アルコキシド(特にシリコンアルコキシド)・有機溶媒・水・界面活性剤からなる前駆溶液を用いて、微細なパターンの部位に流し込み、有機溶媒の揮発に伴いLLC液晶が形成され、金属アルコキシドの加水分解・重縮合反応を経て、メソポーラス構造を作成するプロセスが知られている。(例えば、非特許文献1)しかし、これらの手法ではメソポーラス構造の骨格がシリカをはじめとする無機酸化物に限られており、金属骨格を有するメソポーラス金属の作成には適用できなかった。   Conventionally, in order to create a mesoporous structure with a fine pattern, a precursor solution composed of a metal alkoxide (especially silicon alkoxide), an organic solvent, water, and a surfactant is used to flow into a fine pattern region. A process is known in which an LLC liquid crystal is formed as a result of volatilization, and a mesoporous structure is formed through a hydrolysis / polycondensation reaction of a metal alkoxide. (For example, Non-Patent Document 1) However, in these methods, the skeleton of the mesoporous structure is limited to inorganic oxides such as silica and cannot be applied to the production of a mesoporous metal having a metal skeleton.

一方、金属骨格有するメソポーラス金属は、1997年G. S. Attard らにより、リオトロピック(LLC)液晶を直接鋳型にした合成法により報告された。(例えば、特許文献1、非特許文献2)この手法により、幅広い金属の組成のメソポーラス金属が合成可能になってきた。しかし、この手法は、鋳型となるLLC液晶の粘度が非常に高いために、微細なパターンの部位には塗布することが出来ず、また、リオトロピック液晶の周囲に金属を析出させるには、無電解析出で行うため、その制御が困難であり、定常的に均一なメソポーラス金属を形成することが困難であった。   On the other hand, a mesoporous metal having a metal skeleton was reported by G. S. Attard et al. In 1997 by a synthesis method using lyotropic (LLC) liquid crystal as a direct template. (For example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 2) With this technique, mesoporous metals having a wide range of metal compositions can be synthesized. However, this method can not be applied to the part of the fine pattern because the viscosity of the LLC liquid crystal used as a template is very high, and in order to deposit metal around the lyotropic liquid crystal Therefore, it is difficult to control it, and it is difficult to form a uniform mesoporous metal constantly.

以上のように、従来から知られていたゾル−ゲル法と呼ばれる方法や、従来の前駆溶液LLC液晶を直接用いた方法でのメソポーラス金属の形成方法では、メソポーラス金属を、微細な溝や孔などのパターンの部位へ、制御された状態で、定常的に、均一に形成することが不可能であった。
特開H10−226514号公報 Jong-Ah Paik et al., J. Mater. Res., Vol.17,No8,(2002) p2122-2123 George S. Attard et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 36,No12(1997) p1315-1317
As described above, in a conventionally known method called a sol-gel method or a method of forming a mesoporous metal by a method using a conventional precursor solution LLC liquid crystal directly, the mesoporous metal is made into fine grooves or holes. It was impossible to form a uniform and uniform pattern in a controlled state.
JP H10-226514 A Jong-Ah Paik et al., J. Mater. Res., Vol. 17, No8, (2002) p2122-2123 George S. Attard et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 36, No12 (1997) p1315-1317

本発明の課題は、微細な溝や孔などのパターンの部位にメソポーラス金属膜を、制御された状態で、定常的に、均一に形成する方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a method for constantly and uniformly forming a mesoporous metal film in a controlled state at a pattern site such as a fine groove or hole.

請求項1に記載されている発明は、リオトロピック液晶を形成する界面活性剤に、純水に溶解した金属イオン源を加えた溶液を作り、その溶液を水溶性の揮発性有機溶媒で希釈し、その希釈した溶液を基板に塗布した後に、前記溶媒を揮発させ、リオトロピック液晶を形成させて、形成されたリオトロピック液晶の周囲に存在下において金属を析出させて、前記リオトロピック液晶を除去することを特徴とするメソポーラス金属膜の製造方法である。   The invention described in claim 1 makes a solution obtained by adding a metal ion source dissolved in pure water to a surfactant that forms a lyotropic liquid crystal, and dilutes the solution with a water-soluble volatile organic solvent. After the diluted solution is applied to a substrate, the solvent is volatilized to form a lyotropic liquid crystal, and a metal is deposited around the formed lyotropic liquid crystal to remove the lyotropic liquid crystal. And a method for producing a mesoporous metal film.

リオトロピック液晶を形成する界面活性剤に、純水に溶解した金属イオン源を加えた溶液は粘度が高いので、水溶性の揮発性有機溶媒で希釈することにより、微細なパターンにメソポーラス金属膜を均一に形成できるようにした。   A solution of a surfactant that forms lyotropic liquid crystals with a metal ion source dissolved in pure water has a high viscosity. By diluting with a water-soluble volatile organic solvent, the mesoporous metal film is uniformly formed in a fine pattern. To be formed.

請求項2に記載されている発明は、金属イオン濃度とリオトロピック液晶を形成する界面活性剤の種類と濃度を選択することにより、また、添加物を加えることにより、最終的に形成されるメソ構造の種類を、用途合わせて制御できるので、メソポーラス金属膜を、常時制御された状態で均一に形成できるようにしたものである。   The invention described in claim 2 is a mesostructure that is finally formed by selecting the metal ion concentration and the type and concentration of the surfactant that forms the lyotropic liquid crystal, and by adding an additive. Therefore, the mesoporous metal film can be uniformly formed in a constantly controlled state.

請求項3に記載されている発明は、前記の溶液中の金属イオンを2種類以上とすることにより、用途に合わせた合金によるメソポーラス金属膜を、常時制御された状態で均一に形成できるようにしたものである。更に、その溶液に含まれる金属イオン濃度の組成を制御することで、所望の合金組成を得ることができるようにしたものである。   In the invention described in claim 3, by using two or more kinds of metal ions in the solution, a mesoporous metal film made of an alloy suitable for the application can be uniformly formed in a constantly controlled state. It is a thing. Furthermore, by controlling the composition of the metal ion concentration contained in the solution, a desired alloy composition can be obtained.

請求項4に記載の発明は、前記リオトロピック液晶を形成する界面活性剤の量に対して、25wt%以上の前記有機溶媒で希釈することにより、希釈する有機溶媒の割合で粘性が制御でき、微細パターンの状態に応じて、形成するメソポーラス金属膜の状態を制御できるようにしたものである。   In the invention according to claim 4, by diluting with 25 wt% or more of the organic solvent with respect to the amount of the surfactant that forms the lyotropic liquid crystal, the viscosity can be controlled by the ratio of the diluting organic solvent. According to the state of the pattern, the state of the mesoporous metal film to be formed can be controlled.

請求項5に記載の発明は、前記金属を析出させる方法が電解析出による方法とすることにより、金属膜を電解析出させるときの、電圧または電流で析出速度を制御できるので、微細パターンの部位にメソポーラス金属膜を、制御された状態で、定常的に、均一に形成することができるようにしたものである。   In the invention according to claim 5, since the method of depositing the metal is a method by electrolytic deposition, the deposition rate can be controlled by voltage or current when electrolytically depositing the metal film. A mesoporous metal film can be constantly and uniformly formed in a controlled state at a site.

本発明によれば、リオトロピック液晶を形成する界面活性剤に、純水に溶解した金属イオン源を加えた溶液を、水溶性の揮発性有機溶媒で希釈することにより、微細なパターンの部位にメソポーラス金属膜を、制御された状態で、定常的に、均一に形成できるという効果がある。   According to the present invention, a solution obtained by adding a metal ion source dissolved in pure water to a surfactant that forms a lyotropic liquid crystal is diluted with a water-soluble volatile organic solvent, whereby a mesoporous material is formed in a fine pattern region. There is an effect that the metal film can be formed constantly and uniformly in a controlled state.

以下に本発明によるメソポーラス金属膜の製造方法を詳細に説明する。   The method for producing a mesoporous metal film according to the present invention will be described in detail below.

まず、純水に溶解した金属イオン源を加えた溶液に、高濃度のリオトロピック液晶を形成する界面活性剤を加える。図1に示すように、このような液体1では、模式的に示すミセル2が形成され、リオトロピック液晶を形成する。ミセル2は、疎水基が内側に配向し、親水基が溶液側に配向している。   First, a surfactant that forms a highly concentrated lyotropic liquid crystal is added to a solution in which a metal ion source dissolved in pure water is added. As shown in FIG. 1, in such a liquid 1, the micelle 2 shown typically is formed, and a lyotropic liquid crystal is formed. In the micelle 2, the hydrophobic group is oriented inward and the hydrophilic group is oriented in the solution side.

金属イオン源としては、溶媒に溶ける金属塩として加えることができ、例えば、白金、金、銀、銅、ニッケル、コバルト、パラジウムなどがあるが、これに限定されるものではない。これらの塩としては、塩化ニッケル、硫酸ニッケルなどの塩化物や硫酸塩などを用いることができる。また、例えば、白金とルテニウムのイオン源を入れると白金ルテニウムのメソポーラス金属膜ができるように、同時に2種類以上の金属イオン源を加えることにより、更に、その金属イオン組成を制御することにより、所望の合金のメソポーラス金属膜を製作することができる。   The metal ion source can be added as a metal salt that is soluble in a solvent. Examples thereof include platinum, gold, silver, copper, nickel, cobalt, and palladium, but are not limited thereto. As these salts, chlorides and sulfates such as nickel chloride and nickel sulfate can be used. Also, for example, by adding platinum and ruthenium ion sources to form a platinum ruthenium mesoporous metal film, by adding two or more metal ion sources at the same time, and further controlling the metal ion composition, An alloy mesoporous metal film can be manufactured.

リオトロピック液晶相を形成する界面活性剤としては、例えば、非イオン性界面活性剤や、ハロゲン化アルキルトリメチルアンモニウム、臭化アルキルトリメチルアンモニウムなどをはじめとするイオン性界面活性剤などを用いることができるが、両親媒性ポリマーである非イオン性界面活性剤を用いるのが好ましい。   As the surfactant that forms the lyotropic liquid crystal phase, for example, nonionic surfactants, ionic surfactants including alkyltrimethylammonium halide, alkyltrimethylammonium bromide, and the like can be used. It is preferable to use a nonionic surfactant which is an amphiphilic polymer.

非イオン性界面活性剤としては、例えば、オクタエチレングリコールモノヘキサデシルエーテル、C16EO8、C16EO4、アルドリッチ社製のBrij56(C1633(OCH2CH2nOH、nは10を主とする)、Brij78(C1837(OCH2CH2nOH、nは20を主とする)、Brij76(C1837(OCH2CH2nOH、nは10を主とする)またはBrij58(C1633(OCH2CH2nOH、nは20を主とする)(Brijは登録商標)などを用いることができる。さらに、L121((PEO)5-(PPO)68-(PEO)5)、P123((PEO)20-(PPO)69-(PEO)20)、F127((PEO)97-(PPO)68-(PEO)97)等のトリブロックポリマー(PEO-PPO-PEO型)系においても適用可能である。このように両親媒性ブロックコポリマーが有利であるが、これに限定されるものではない。 Examples of the nonionic surfactant include octaethylene glycol monohexadecyl ether, C 16 EO 8 , C 16 EO 4 , Brij 56 (C 16 H 33 (OCH 2 CH 2 ) n OH, manufactured by Aldrich, n is 10 Brij 78 (C 18 H 37 (OCH 2 CH 2 ) n OH, n is mainly 20), Brij 76 (C 18 H 37 (OCH 2 CH 2 ) n OH, n is mainly 10 Or Brij58 (C 16 H 33 (OCH 2 CH 2 ) n OH, n is mainly 20) (Brij is a registered trademark) or the like. Furthermore, L121 ((PEO) 5 - (PPO) 68 - (PEO) 5), P123 ((PEO) 20 - (PPO) 69 - (PEO) 20), F127 ((PEO) 97 - (PPO) 68 - It can also be applied to a triblock polymer (PEO-PPO-PEO type) system such as (PEO) 97 ). Thus, an amphiphilic block copolymer is advantageous, but not limited thereto.

一般に、界面活性剤濃度が30wt%以上になると、液晶状態を形成し、界面活性剤の濃度によって、あるいは温度や金属イオンの種類・濃度によって、ラメラ構造、2D-ヘキサゴナル構造、キュービック構造と様々なメソ構造をとる。   In general, when the surfactant concentration is 30 wt% or more, a liquid crystal state is formed, and depending on the surfactant concentration, or the temperature and the type / concentration of metal ions, various lamellar structures, 2D-hexagonal structures, cubic structures, etc. Takes mesostructure.

純水に溶解した金属イオン源を加えた溶液に、高濃度のリオトロピック液晶を形成する界面活性剤を加えた溶液は、粘度が高くバター状になっているので、粘度を低くするために希釈する溶媒としては、揮発しやすく、粘性の比較的低い溶媒(具体的には、アセトン、イソプロパノール、エタノールなど)が好ましい。例えば、エタノールを有機溶媒として用いた場合、エタノールが完全に揮発した後の最終のLLC液晶の組成をもとに、LLC液晶のメソ構造を決定する。すなわち、希釈溶媒を含まないLLC液晶(金属イオン種・界面活性剤・水)の相図が使うことができる。   A solution in which a surfactant that forms a high-concentration lyotropic liquid crystal is added to a solution in which a metal ion source dissolved in pure water is added has a high viscosity butter shape. Therefore, dilute the solution to reduce the viscosity. As the solvent, a solvent that is easily volatilized and has a relatively low viscosity (specifically, acetone, isopropanol, ethanol, etc.) is preferable. For example, when ethanol is used as the organic solvent, the mesostructure of the LLC liquid crystal is determined on the basis of the final LLC liquid crystal composition after the ethanol is completely volatilized. That is, a phase diagram of LLC liquid crystal (metal ion species / surfactant / water) that does not contain a diluting solvent can be used.

図2はメソポーラス金属膜を形成するプロセスの概念図である。図2(a)は基板10の上に、前駆溶液11と呼ばれる前記の溶媒で希釈した液体を塗布したものである。前駆溶液11は粘度が低いので、毛管現象などを利用して微細な溝や孔などのパターンに一様に塗布することができる。この状態で、常温で放置しても良いが、温度を制御することにより、溶媒を揮発させると同時に、LLC液晶のメソ構造を制御することができる。   FIG. 2 is a conceptual diagram of a process for forming a mesoporous metal film. FIG. 2A shows a substrate 10 coated with a liquid diluted with the above solvent called a precursor solution 11. Since the precursor solution 11 has a low viscosity, it can be uniformly applied to patterns such as fine grooves and holes by utilizing capillary action. In this state, the solution may be left at room temperature, but by controlling the temperature, the solvent can be volatilized and the mesostructure of the LLC liquid crystal can be controlled.

溶媒を揮発させることにより、図2(b)に示すようなLLC液晶を形成する。すなわち、ミセル2が規則的に並んだLLC液晶12となっている。   By evaporating the solvent, an LLC liquid crystal as shown in FIG. 2B is formed. That is, the LLC liquid crystal 12 in which the micelles 2 are regularly arranged.

続いて、このLLC液晶12の部分に電解をかけることにより、溶液に溶けている金属イオンがミセル2の周りに析出してくる。最後に、ミセル2を溶剤で洗い流すことにより、図2(c)に示すようなメソポーラス金属膜13を形成する。溶剤としては、例えば、純水、エタノール、アセトンなどの界面活性剤を溶解する溶剤を使うことができる。   Subsequently, by subjecting the LLC liquid crystal 12 to electrolysis, metal ions dissolved in the solution are deposited around the micelle 2. Finally, the micelle 2 is washed away with a solvent to form a mesoporous metal film 13 as shown in FIG. As the solvent, for example, a solvent that dissolves a surfactant such as pure water, ethanol, and acetone can be used.

本発明による方法において、LLC液晶の溶液を作成する際に、金属イオン濃度としては、0.1M−5Mの範囲で検討を行った結果、1.9Mの金属イオン濃度で最も規則性の高いメソ構造が得られた。この原因は、金属イオン濃度が高すぎると、金属析出速度が速くなり、鋳型を包括するような金属析出が困難となり、逆に、金属イオン濃度が低すぎると、金属析出が不十分となり、うまくメソ構造が生成できないと考えられる。   In the method according to the present invention, when preparing the LLC liquid crystal solution, the metal ion concentration was examined in the range of 0.1M-5M. As a result, the most regular meso at a metal ion concentration of 1.9M. A structure was obtained. The reason for this is that if the metal ion concentration is too high, the metal deposition rate will increase, making it difficult to deposit the metal to cover the mold. Conversely, if the metal ion concentration is too low, the metal deposition will be insufficient, It is considered that a mesostructure cannot be generated.

次に、界面活性剤の濃度について検討した。例えば、1.9Mの白金溶液と界面活性剤としてC16EO8を用いた場合には、室温において0wt%〜100wt%の範囲で検討した結果、約35―80wt%で2D-ヘキサゴナル構造、約80―85wt%でキュービック構造を、約85−90wt%でラメラ構造をとった。したがって、最終生成物で目的のメソ構造に合わせて、前駆溶液の溶媒を除いた組成(金属イオン種・界面活性剤・水)を調整することができる。 Next, the concentration of the surfactant was examined. For example, in the case of using 1.9M platinum solution and C 16 EO 8 as a surfactant, as a result of examination in a range of 0 wt% to 100 wt% at room temperature, a 2D-hexagonal structure of about 35-80 wt%, about A cubic structure was formed at 80-85 wt%, and a lamellar structure was formed at about 85-90 wt%. Therefore, the composition (metal ion species, surfactant, water) excluding the solvent of the precursor solution can be adjusted according to the target mesostructure in the final product.

もう一つの簡単な手法として、C16EO4などのようなヘッドグループ(親水部)が非常に小さい界面活性剤を用いると、パッキングパラメーター的に(構造的に)ラメラの構造が取りやすくなる。このように界面活性剤の構造によっても、LLC液晶のメソ構造を規定することもできる。 As another simple method, when a surfactant having a very small head group (hydrophilic portion) such as C 16 EO 4 is used, a lamella structure is easily obtained in terms of packing parameters (structurally). Thus, the mesostructure of the LLC liquid crystal can also be defined by the structure of the surfactant.

さらに、添加物によるメソ構造の制御も可能である。例えば、Brij56(C1633(OCH2CH2nOH、nは10を主とする)の場合、ヘプタン、ノナン、デカン等の添加物を加え、温度を制御することにより、最終のメソ構造の形態を2D-ヘキサゴナル構造、ラメラ構造、固体相(solid phase)、キュービック構造、3D-ヘキサゴナル構造と制御することが可能である。他の界面活性剤や添加物によっても可能であり、これに限定されるものではない。 Furthermore, the mesostructure can be controlled by additives. For example, in the case of Brij56 (C 16 H 33 (OCH 2 CH 2 ) n OH, where n is mainly 10), an additive such as heptane, nonane, decane or the like is added, and the final meso is controlled by controlling the temperature. It is possible to control the form of the structure as 2D-hexagonal structure, lamella structure, solid phase, cubic structure, 3D-hexagonal structure. This is possible with other surfactants and additives, but is not limited thereto.

希釈する有機溶媒の量については、エタノールなどの揮発しやすい溶媒を用いた場合、前駆溶液への溶媒の添加量を増やすほど、前駆溶液の粘性は下がっていく。前駆溶液の粘性が下がるほど、微細な箇所へのLLC液晶の充填が可能となる。具体的には、界面活性剤に対して、25wt%以上の有機溶媒を加えることが望ましい。具体的には、100μm程度の微細な溝の場合、界面活性剤の量に対して、30wt%以上のミセルが分散する程度の量(臨界ミセルの濃度程度又はそれ以下)の溶媒を添加することが望ましい。添加量が30wt%以下の場合には、前駆溶液が高い粘性を有しているため、毛細管現象がうまく機能せず、LLC液晶の充填が出来ないからである。   Regarding the amount of the organic solvent to be diluted, when an easily volatile solvent such as ethanol is used, the viscosity of the precursor solution decreases as the amount of the solvent added to the precursor solution is increased. As the viscosity of the precursor solution decreases, it becomes possible to fill the LLC liquid crystal in fine locations. Specifically, it is desirable to add 25 wt% or more of an organic solvent to the surfactant. Specifically, in the case of a fine groove of about 100 μm, the solvent should be added in such an amount that the micelle of 30 wt% or more is dispersed with respect to the amount of the surfactant (concentration of critical micelle or less). Is desirable. This is because when the addition amount is 30 wt% or less, since the precursor solution has high viscosity, the capillary phenomenon does not function well and the LLC liquid crystal cannot be filled.

金属をミセルの周りに析出させる方法は、還元剤を加える無電解析出と、電界を加えて電流を流して金属を析出させる、いわゆる電気めっきと同様な、電析の方法がある。何れの方法も適用できるが、電析の方が、メソポーラスの構造を、より精密に制御できるという利点がある。   Methods for depositing metal around micelles include electroless deposition in which a reducing agent is added, and electrodeposition similar to so-called electroplating in which an electric field is applied to cause current to flow to deposit metal. Either method can be applied, but electrodeposition has the advantage that the mesoporous structure can be controlled more precisely.

電析によって形成されるメソポーラス構造は、金属イオンの種類によっても異なるが、金属の析出速度が速すぎる場合、LLC液晶のロッドを包括しながらの金属析出が困難となり、ポーラス構造は得られない。金属種によっても、その適切な電位は変わってくるが、白金の場合には+0.1〜−0.4V(vs. SCE)で検討した結果、+0.1〜−0.1V(vs. SCE)の電析条件において良好なメソポーラス構造を示した。−0.1V(vs. SCE)以下の電位で行うと、白金の金属析出の析出速度が速すぎてしまい、鋳型を包括するような金属析出が困難となるからである。この電圧は金属イオンの種類によって異なるので、この例による電圧に限られない。   The mesoporous structure formed by electrodeposition varies depending on the type of metal ion, but when the deposition rate of the metal is too high, it is difficult to deposit the metal while including the rod of the LLC liquid crystal, and a porous structure cannot be obtained. The appropriate potential varies depending on the metal species, but in the case of platinum, as a result of examination at +0.1 to −0.4 V (vs. SCE), +0.1 to −0.1 V (vs. SCE). ) Showed an excellent mesoporous structure. This is because, when carried out at a potential of −0.1 V (vs. SCE) or less, the deposition rate of platinum metal deposition becomes too fast, making it difficult to deposit the metal to cover the mold. Since this voltage varies depending on the type of metal ion, the voltage is not limited to this example.

通常の電気めっきと同様に、電析時間を長くするほど、膜厚は厚くなる。厚膜を得たい場合、理想的には、各種金属の適切な析出電位を用いて、電析時間を長くすればよい。形成したLLC液晶に含まれる金属イオンの物質量(モル)以上の金属を析出したい場合は、一回目の電析終了後、鋳型の除去まで行い、その後、再度、前駆溶液を微細箇所に流し込み、LLC液晶を形成後、電析を行う。以下、同様の方法を繰り返し、薄膜の厚さを調節する。100 nm程度の膜厚ならば、一回の操作で十分である。   Similar to normal electroplating, the longer the electrodeposition time, the thicker the film thickness. When it is desired to obtain a thick film, ideally, an appropriate deposition potential of various metals may be used to increase the electrodeposition time. When it is desired to deposit a metal of a substance amount (mole) or more of metal ions contained in the formed LLC liquid crystal, after completion of the first electrodeposition, it is performed until the template is removed, and then the precursor solution is poured into a fine place again, Electrodeposition is performed after forming the LLC liquid crystal. Thereafter, the same method is repeated to adjust the thickness of the thin film. If the film thickness is about 100 nm, a single operation is sufficient.

実験例Experimental example

以下に、この方法の試験結果について説明する。まず、前駆溶液を微細箇所に充填する。LLC液晶形成剤として非イオン性界面活性剤C16EO8を0.42g(7.1×10-4 mol) と、純水0.29g (1.6×10-2 mol)、白金イオン種として塩化白金酸・六水和物0.29g (5.6×10-4 mol)、有機溶媒としてエタノール10mlを用いて前駆溶液を調整した。この前駆溶液を、毛細管現象を利用してマイクロチャネル(微細な溝:深さ100μm、幅100μm)20の中に充填させ、エタノールが揮発するのを待った。 The test results of this method will be described below. First, the fine solution is filled with the precursor solution. 0.42 g (7.1 × 10 −4 mol) of nonionic surfactant C 16 EO 8 as LLC liquid crystal forming agent, 0.29 g (1.6 × 10 −2 mol) of pure water, and chloroplatinic acid as platinum ion species A precursor solution was prepared using 0.29 g (5.6 × 10 −4 mol) of hexahydrate and 10 ml of ethanol as an organic solvent. This precursor solution was filled into a microchannel (fine groove: depth 100 μm, width 100 μm) 20 utilizing capillary action, and waited for ethanol to volatilize.

LLC液晶充填の確認を行うために、光学顕微鏡による確認を行った。図3(a)に示すように、1回目終了後では、基板の面からチャネルの底部へ焦点を変化させた際、内壁に沿って常に焦点の合う部分が観察されたので、図3(a)の右側の図のような断面になっていると考えられる。2回目終了後では、水平方向から電析浴であるLLC液晶の状態を観察すると,図3(b)に示すように、基板に対して電析浴が盛り上がっている様子が観察されたので、チャネル内に電析浴が充填されていることがわかった。図3よりチャネル内には気泡のようなものは存在せず、エタノールが揮発した後、LLC液晶がチャネル内に充填されたと考えられる。以上の結果から、100μmのマイクロチャネル20へのLLC液晶の充填には二回以上の前駆溶液の流し込みが適当である。   In order to confirm the LLC liquid crystal filling, confirmation with an optical microscope was performed. As shown in FIG. 3 (a), after the first time, when the focus is changed from the surface of the substrate to the bottom of the channel, a focused portion is always observed along the inner wall. It is thought that the cross section is as shown on the right side of). After the second time, when observing the state of the LLC liquid crystal that is the electrodeposition bath from the horizontal direction, as shown in FIG. 3B, it was observed that the electrodeposition bath was raised with respect to the substrate. It was found that the channel was filled with the electrodeposition bath. From FIG. 3, it is considered that there is no bubble-like material in the channel, and after the ethanol is volatilized, the LLC liquid crystal is filled in the channel. From the above results, it is appropriate to pour the precursor solution at least twice for filling the LLC liquid crystal into the 100 μm microchannel 20.

続いて、図4の模式図に示すような電極CEとREを基板10側と溶液11側との間に設けて、電析を行った。図5に100μm幅の溝20のなかに形成したメソポーラス金属の走査電子顕微鏡(SEM)写真を示す。マイクロチャンネル内に均一に金属が析出しているのが確認できる。また、図6にさらに拡大したSEM写真を示す。写真からメソポーラス構造が形成されていることがわかる。   Subsequently, electrodes CE and RE as shown in the schematic diagram of FIG. 4 were provided between the substrate 10 side and the solution 11 side to perform electrodeposition. FIG. 5 shows a scanning electron microscope (SEM) photograph of the mesoporous metal formed in the groove 20 having a width of 100 μm. It can be confirmed that the metal is uniformly deposited in the microchannel. FIG. 6 shows a further enlarged SEM photograph. It can be seen from the photograph that a mesoporous structure is formed.

本発明は、以上のような実施例に限定されることなく、当業者により、容易にできる変更や置換は本発明の範囲に属するものである。   The present invention is not limited to the embodiments described above, and modifications and substitutions easily made by those skilled in the art are within the scope of the present invention.

ミセルの形成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the formation of a micelle. メソポーラス金属膜を形成するプロセスの概念図である。It is a conceptual diagram of the process which forms a mesoporous metal film. 前駆溶液の充填状態を示す図である。It is a figure which shows the filling state of a precursor solution. 電極取り付けの模式図である。It is a schematic diagram of electrode attachment. 微細な溝に形成されたメソポーラス金属膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of a mesoporous metal film formed in a fine groove. メソポーラス金属膜の拡大SEM写真である。It is an enlarged SEM photograph of a mesoporous metal film.

符号の説明Explanation of symbols

1 液体
2 ミセル
10 基板
11 前駆溶液
12 LLC液晶
13 メソポーラス金属膜
20 マイクロチャネル
1 liquid 2 micelle 10 substrate 11 precursor solution 12 LLC liquid crystal 13 mesoporous metal film 20 microchannel

Claims (5)

リオトロピック液晶を形成する界面活性剤に、純水に溶解した金属イオン源を加えた溶液を作り、その溶液を水溶性の揮発性有機溶媒で希釈し、その希釈した溶液を基板に塗布した後に、前記溶媒を揮発させ、リオトロピック液晶を形成させて、形成されたリオトロピック液晶の周囲に存在下で金属を析出させて、前記リオトロピック液晶を除去することを特徴とするメソポーラス金属膜の製造方法。 After making a solution in which a metal ion source dissolved in pure water is added to a surfactant that forms a lyotropic liquid crystal, the solution is diluted with a water-soluble volatile organic solvent, and the diluted solution is applied to a substrate. A method for producing a mesoporous metal film, comprising: volatilizing the solvent to form a lyotropic liquid crystal, depositing a metal in the presence of the lyotropic liquid crystal, and removing the lyotropic liquid crystal. 前記金属イオン濃度と前記リオトロピック液晶を形成する界面活性剤の種類・濃度を選択することにより、また、添加物を加えることにより、最終的に形成されるメソ構造を、ラメラ構造、2D−ヘキサゴナル構造、キュービック構造の何れかに制御することを特徴とする請求項1に記載したメソポーラス金属膜の製造方法。 By selecting the metal ion concentration and the type / concentration of the surfactant that forms the lyotropic liquid crystal, and by adding additives, the mesostructure that is finally formed is changed to a lamellar structure or a 2D-hexagonal structure. The method for producing a mesoporous metal film according to claim 1, wherein the method is controlled to any one of cubic structures. 前記金属イオンを2種類以上とし、その溶液組成を制御することで所望の合金組成を得るとすることを特徴とする請求項1に記載したメソポーラス金属膜の製造方法。 The method for producing a mesoporous metal film according to claim 1, wherein a desired alloy composition is obtained by controlling the solution composition of two or more metal ions. 前記リオトロピック液晶を形成する界面活性剤の量に対して、25wt%以上の前記有機溶媒で希釈することを特徴とする請求項1に記載したメソポーラス金属膜の製造方法。 2. The method for producing a mesoporous metal film according to claim 1, wherein the organic solvent is diluted with 25 wt% or more of the organic solvent with respect to the amount of the surfactant that forms the lyotropic liquid crystal. 前記金属を析出させる方法が電解析出電気化学的析出による方法であることを特徴とする請求項1に記載したメソポーラス金属膜の製造方法。

2. The method for producing a mesoporous metal film according to claim 1, wherein the metal is deposited by electrolytic deposition electrochemical deposition.

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