JP2005340124A - 金属水酸化物分散体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 一次粒子径が100nm以下の金属水酸化物微粒子および分散媒を含む金属水酸化物分散体であって、該分散媒が多価アルコールおよび/または直鎖状脂肪族ポリエーテル化合物を含有する該金属水酸化物分散体を、基板上に塗布し加熱処理する。
【選択図】 なし
Description
メッキ法によると、導電性を有する基材の上に、比較的容易に金属膜を形成することが可能であるが、絶縁基材の上に形成する場合には、導電層をはじめに形成する必要があるため、そのプロセスは煩雑なものになるという問題がある。また、メッキ法は溶液中での反応を利用するため、大量の廃液が副生し、この廃液処理に多大な手間とコストがかかるという問題がある。
一方、金属フィラーの粒径を低減することによって、金属ペーストの焼成温度を低減させる技術は公知であり、例えば、特許文献1には、粒径100nm以下の金属微粒子を分散した分散液を用いて金属薄膜を形成する方法が開示されている。しかしながら、ここで必要となる100nm以下の金属粒子の製造方法は、低圧雰囲気で揮発した金属蒸気を急速冷却する方法であるために、大量生産が難しく、したがって、金属フィラーのコストが高くなるという問題を有している。
以上のような状況に鑑みて、大気中においても分散安定性が高く、加熱処理によって抵抗値の低い金属薄膜を得ることができる金属含有微粒子分散体が望まれている。
すなわち、本発明は、以下の構成を有するものである。
(1) 一次粒子径が100nm以下の金属水酸化物微粒子および分散媒を含む金属水酸化物分散体であって、該分散媒が多価アルコールおよび/または直鎖状脂肪族ポリエーテル化合物を含有する金属水酸化物分散体。
(2) 分散媒中に水を5重量%以上含有する(1)に記載の金属水酸化物分散体。
(3) 直鎖状脂肪族ポリエーテル化合物が、分子量150以上600以下のポリエチレングリコールおよび/またはポリプロピレングリコールである(1)または(2)に記載の金属水酸化物分散体。
(4) 直鎖状脂肪族ポリエーテル化合物の少なくとも一方の末端に、炭素数1〜4のアルキル基を有する(1)または(2)に記載の金属水酸化物分散体。
(5) 金属水酸化物が、水酸化銅、水酸化ニッケルまたは水酸化コバルトである(1)〜(4)のいずれか1つに記載の金属水酸化物分散体。
(6) (1)〜(5)のいずれか1つに記載の金属水酸化物分散体を基板に塗布した後、加熱処理して金属薄膜を形成させることからなる金属薄膜の製造方法。
(7) 加熱処理温度が80℃以上400℃未満である(6)に記載の金属薄膜の製造方法。
本発明の金属水酸化物分散体は、1次粒子径が100nm以下の金属水酸化物微粒子と、多価アルコールおよび/または直鎖状脂肪族ポリエーテル化合物を含有することによって、大気中において優れた保存安定性を有する。
本発明の分散体が、大気中における保存安定性に優れる理由は必ずしも明確ではないが、金属水酸化物微粒子は粒子表面に水酸基に由来する電荷を有するため、金属水酸化物粒子間の静電反発により分散体の安定性が増している効果に加え、金属水酸化物微粒子と多価アルコールおよび/または直鎖状脂肪族ポリエーテル化合物間の相互作用によって金属水酸化物微粒子が表面保護されている効果があるためと考えられる。また、分散体中に含まれる多価アルコールおよび/または直鎖状脂肪族ポリエーテル化合物は、加熱処理して得られる金属薄膜の成膜性を向上させる効果がある。
多価アルコールが金属薄膜の成膜性を向上させる理由は、多価アルコールが金属水酸化物微粒子表面の水酸基と相互作用して粒子表面を保護し、粒子間の凝集を抑制する働きがあるものと推定される。
本発明の金属水酸化物分散体に直鎖状脂肪族ポリエーテル化合物が含有されていると、金属薄膜の成膜性を向上させる効果に加えて、加熱処理して得られる金属薄膜の抵抗値が低減するので好ましい。直鎖状脂肪族ポリエーテル化合物が金属薄膜の成膜性を向上させ、かつ抵抗値を低減させる理由は、直鎖状脂肪族ポリエーテル化合物が易分解・易焼失性バインダーとして加熱処理中の金属水酸化物微粒子の局所的な造粒を防ぐためと推定される。
直鎖状脂肪族ポリエーテル化合物の好ましい平均分子量は150〜600であって、少なくとも一つの末端がアルキル基である。直鎖状脂肪族ポリエ−テル化合物は繰り返し単位が炭素数2〜6のアルキレン基であることが好ましい。直鎖状脂肪族ポリエ−テル化合物、2元以上のポリエ−テルコポリマ−やポリエ−テルブロックコポリマ−であってもよい。
本発明で用いられる直鎖状脂肪族ポリエーテル化合物は、平均分子量が150〜600であることが好ましい。分子量がこの範囲にあると、金属薄膜の成膜性が極めて高く、一方、金属水酸化物微粒子を還元したのち容易に分解・焼失する。分子量が150より小さいと、焼成して得られる金属薄膜の成膜性が低下する傾向があり、分子量が600を超えると、焼成して得られる金属薄膜の体積抵抗値が高くなる傾向がある。
金属水酸化物微粒子は、加熱処理によって還元されるものであれば、いかなるものも使用可能である。例えば、水酸化銅、水酸化ニッケル、水酸化コバルト等を例示できる。これらの金属水酸化物微粒子は、市販品を用いてもよいし、公知の合成方法を用いて合成することも可能である。
本発明の金属水酸化物微粒子分散体は、多価アルコールおよび/またはポリエーテル化合物からなる混合物が液体状である、いわゆる分散液の状態と、ずり応力や熱を加えることによって流動可能な固体状態のものがある。固体状態のものには、金属水酸化物微粒子と多価アルコールおよび/またはポリエーテル化合物が相互作用によってネットワークを形成したゲル状態のものも含まれる。
分散体中の多価アルコールの割合は、分散体総量に対して、質量%で、好ましくは5〜70%、より好ましくは10〜50%である。
分散体中のポリエ−テル化合物の割合は、分散体総量に対して、質量%で、好ましくは0.1〜70%、より好ましくは1〜50%である。ポリエ−テル化合物の添加量が0.1%未満である場合には、金属水酸化物からの還元によって得られる金属の、金属粒子間の緻密性が低くなり、また基材との密着性が低下する場合があり、一方、ポリエ−テル化合物の添加量が70%を越えると、分散体の粘度が増加する場合がある。
金属水酸化物微粒子に対するポリエーテル化合物の好ましい質量比は、用いる微粒子の種類とポリエーテル化合物の種類により異なるが、通常は0.01〜10の範囲が好ましい。この範囲にあると金属水酸化物からの還元によって得られる金属粒子間の緻密性が向上し、また、得られる金属薄層の体積抵抗値がさらに低下する。
液状の金属水酸化物分散体を用いて、基板上に金属薄膜を形成するには、分散体を基板に塗布する場合に用いられる一般的な方法を用いることができる。例えば、スクリーン印刷方法、ディップコーティング方法、スプレー塗布方法、スピンコーティング方法、インクジェット方法、コンタクトプリンティング方法等が挙げられる。分散体の粘度が高い場合には、スクリーン印刷法等が好ましく、分散体の粘度が低い場合には、インクジェット法等が好ましい。
基板としては、無機および有機基板いずれも使用可能である。無機基板としては、金属板、ガラス板、ITO(インジウム錫オキサイド)等のセラミック基板等を例示できる。有機基板としては、金属水酸化物分散体の加熱処理温度において熱的な損傷を受けない限りにおいて制限はなく、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)、アラミド、エポキシ、等の基板を使用可能である。
分散体を基板上に塗布あるいは張り合わせした後に、基板を、金属水酸化物微粒子を金属に還元するに充分な温度で加熱処理することによって基板上に金属薄膜を形成させる。得られる金属薄膜が酸化されやすい場合には、非酸化性雰囲気中において加熱処理することが好ましい。
これらのガスは焼成炉中に充填して密閉系として焼成してもよいし、焼成炉を流通系にしてこれらのガスを流しながらしてもよい。非酸化性雰囲気で焼成する場合には、焼成炉中を一旦真空に引いて焼成炉中の酸素を除去し、非酸化性ガスで置換するすることが好ましい。
実施例中で用いている測定方法は次のとおりである。
(1)金属水酸化物微粒子の一次粒径
カーボン蒸着された銅メッシュ上に、溶解・希釈した分散液を1滴たらし、減圧乾燥したサンプルを作成する。このサンプルを(株)日立製作所製透過型電子顕微鏡(JEM-4000FX)を用いて観察し、視野の中から、一次粒径が比較的そろっている個所を3ヶ所選択し、被測定物の粒径測定に最も適した倍率で撮影する。おのおのの写真から、一番多数存在すると思われる一次粒子を3点選択し、その直径をものさしで測り、一次粒径を算出する。これらの値の平均値を一次粒径とする。
(2)金属薄膜の体積抵抗率
低抵抗率計「ロレスタ−(登録商標)」GP(三菱化学株式会社製)を用いて測定する。
硝酸銅3水和物(和光純薬工業製)と水酸化ナトリウム(和光純薬工業製)をそれぞれ精製水に溶解し、それぞれ0.1mol/Lの溶液を調整した。エチレングリコール100mlをガラス製200mLフラスコにとり、オイルバスで40℃に加熱した。ここに、上記硝酸銅水溶液と水酸化ナトリウム水溶液をそれぞれ20mlずつ添加し、20分間加熱して、平均1次粒径20nmの水酸化銅超微粒子を得た。作成した水酸化銅微粒子0.30gに、水0.2g、ジエチレングリコール0.30gおよびポリエチレングリコールメチルエーテル(平均分子量550、日本油脂(株)製)0.10gを加え、超音波分散を施して、水酸化銅分散体を調整した。
塩化ニッケル(和光純薬工業製)3.6gを精製水150mLに溶解させた塩化ニッケル水溶液をガラスビーカー中に用意し、マグネチックスタラーで激しく攪拌しながら、アンモニア水6mLをゆっくり滴下して、平均1次粒径15nm水酸化ニッケル超微粒子を得た。この水酸化ニッケル超微粒子0.3gに水0.2g、ジエチレングリコール0.1g、ポリエチレングリコールメチルエーテル(平均分子量350、アルドリッチ社製)0.25gを加え、超音波分散を施して、水酸化ニッケル分散体を調整した。
本発明の金属水酸化物分散体が好適に用いられるのは配線直描用途である。これはあらかじめ電気回路の形態に金属酸化物分散体を印刷・塗布し焼成することにより、基板上に電気配線を直描することが可能であり、微細配線基板を安価に作れる。配線直描の例としては、プラズマディスプレイパネル、液晶パネル等のフラットパネルディスプレイ製造におけるガラス基板上へのバス電極、アドレス電極の形成、ポリイミド基板等の樹脂基板への配線回路形成等が挙げられる。
Claims (7)
- 一次粒子径が100nm以下の金属水酸化物微粒子および分散媒を含む金属水酸化物分散体であって、該分散媒が多価アルコールおよび/または直鎖状脂肪族ポリエーテル化合物を含有する金属水酸化物分散体。
- 分散媒中に水を5重量%以上含有する請求項1記載の金属水酸化物分散体。
- 直鎖状脂肪族ポリエーテル化合物が、分子量150以上600以下のポリエチレングリコールおよび/またはポリプロピレングリコールである請求項1または2記載の金属水酸化物分散体。
- 直鎖状脂肪族ポリエーテル化合物の少なくとも一方の末端に、炭素数1〜4のアルキル基を有する請求項1または2記載の金属水酸化物分散体。
- 金属水酸化物が、水酸化銅、水酸化ニッケルまたは水酸化コバルトである請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属水酸化物分散体。
- 請求項1〜5記載のいずれか1項に記載の金属水酸化物分散体を基板に塗布した後、加熱処理して金属薄膜を形成させることからなる金属薄膜の製造方法。
- 加熱処理温度が80℃以上400℃未満である請求項6記載の金属薄膜の製造方法。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007142272A1 (ja) * | 2006-06-09 | 2007-12-13 | Jemco Inc. | 透明導電膜形成用組成物、透明導電膜及びディスプレイ |
Citations (2)
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JP2000196287A (ja) * | 1998-12-28 | 2000-07-14 | Catalysts & Chem Ind Co Ltd | 透明導電性被膜形成用塗布液、透明導電性被膜付基材および表示装置 |
WO2003051562A1 (fr) * | 2001-12-18 | 2003-06-26 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Dispersion d'oxyde metallique |
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2004
- 2004-05-31 JP JP2004160843A patent/JP2005340124A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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