GSアライアンス株式会社が世界初の量子ドットインクペン、量子ドットスタンプインクの商業化

2018-07-17 10:00

GSアライアンス株式会社(Green Science Alliance Co., Ltd.：環境、エネルギー分野の先端材料を研究開発、製造販売する化学会社／冨士色素株式会社グループ／本社：兵庫県川西市代表取締役社長：森良平工学博士)は、自社で製造販売しているグラフェン量子をインク化して、文房具としても使用できる世界初(※)の量子ドットインクペンと量子ドットスタンプインクを作りました。グラフェン量子ドットを原料にして作った今回のインクは特に励起波長に依存して異なった発光スペクトルを出すインクであり、この特性により非常に精度の高い偽造防止インクペン、偽造防止インクスタンプができます。
※当社調べ

量子ドット(Quantum Dot)とは、量子化学、量子力学に従う光学特性を持つナノスケールの超微細結晶である最先端材料です。量子ドットの大きさは通常0.5-9nmの直径というものすごく小さい構造体で、1個あたりの原子、分子数は10-1,000個といわれており、人工原子、人工分子とも言われています。ナノ結晶のサイズによってバンドギャップを調節することが可能であるため、粒径に依存し量子閉じ込め効果に基づく特徴的な発光特性を持ちます。そうなるとサイズを変化させることにより発光波長が調整可能で、固体の蛍光体と比較してスペクトルの半値幅が狭いという特徴があります。高い量子効率を持ち、幅広い波長を吸収することもできます。

量子ドットの発色は明るく、鮮やかに広範囲の波長の光が発光可能なうえに、高効率、長寿命、高い減衰係数を有するために、以下に示すように様々な用途で応用が期待されています。

応用例

太陽電池
ディスプレイ
生体イメージング、バイオマーカー、医療画像装置(がん細胞のイメージング、たんぱく質の分析、細胞の追跡など)
量子コンピューター
セキュリティタグ、セキュリティインク、偽造防止
量子ドットレーザー
トランジスタ
フォトニック結晶
LED
高密度固体メモリー
熱電材料
人工光合成

応用の可能性

GSアライアンス株式会社は既に数種類の量子ドットを合成販売し始めており、今回炭素系量子ドットの1つであるグラフェン量子を用いて量子ドットインクペンや量子ドットスタンプインクを作ることができました。量子ドットは一般的に非常に高価な最先端材料ですが、このようにペンやスタンプなどの日常汎用品とすることが可能になったので、上述したような様々な用途に展開できる可能性が広がり、さらに一般的に量子ドットという最先端材料が世の中に知れ渡る可能性もあります。グラフェン量子ドットを原料にして作った今回のインクは特に励起波長に依存して異なった発光スペクトルを出すインクであり、この特性により非常に精度の高い偽造防止インクペン、偽造防止インクスタンプができます。つまり、従来の蛍光染料などを用いた偽造防止インクなどはどの波長の光を当てても同じ色しか発光しませんが、このグラフェン量子ドット系インクは当てる光の波長を変えることにより発光する色が異なるので非常に偽造防止効果が高くなるわけです。

GSアライアンス株式会社は他にもZnS、CdS、InP/ZnS、CuInS2(CIS)、CuInSe2、CuInS2/ZnS、PbS、AgInS2などの半導体系量子ドットや、シリコン量子ドット、ペロブスカイト型量子ドットも合成してます。さらに最近は量子ドット樹脂複合体(マスターバッチ)、量子ドットとLED封止剤用シリコーン樹脂との複合体、無機材料コーティング型量子ドット、量子ドットインクジェットインクなど量子ドット関連応用商品を鋭意研究開発、商品化しており当社の量子ドットビジネスの拡大を目指します。

量子ドット

量子ドットの大きさは通常0.5-9nmの直径(原子、分子数 10-1,000)のサイズの超微細構造を有する微粒子で、そのサイズに基づいた量子閉じ込め効果を示し、物質の分子状態としての挙動とバルクとしての挙動の中間の状態の挙動を示すという点で非常に興味深い材料です。エネルギー準位、バンドギャップ、伝導帯、価電子帯といった概念は、通常のバルクサイズの半導体の概念がそのままあてはまりますが、一つ大きな違いがあります。バルク状態では、半導体結晶の粒径は、ボーア半径よりも大幅に大きくなり、励起子は自然限界にまで及びます。しかし、半導体結晶が小さくなると、物質のボーア半径のサイズにまで近づき、電子エネルギー準位はもはや連続ではなくなり、離れ離れになって行き、つまりエネルギー準位同士の間に小さな分離が生じます。この分離したエネルギー準位の状態は、量子封じ込めと呼ばれ、この状態では、半導体物質はバルクではなくなり量子ドットと呼ばれる状態になります。