JP2008095197A - 非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法、インクジェット印刷用金属ナノ粒子、及び導電性ナノインク - Google Patents
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Abstract
【課題】量産された非分散性金属ナノ粒子をインクジェット印刷用ナノ粒子に変換させることにより大量生産を可能とする非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法、及びこれにより表面改質されたインクジェット印刷用金属ナノ粒子、及びこの表面改質されたインクジェット印刷用金属ナノ粒子を含む導電性ナノインクを提供する。
【解決手段】本発明は、粒子表面に非晶質炭素層を含む金属ナノ粒子とアルコールまたはチオール系溶媒とを混合して混合物を得る第１の混合段階と、カルボキシル頭部基を含むキャッピング分子を上記混合物に加えて混合物を得る第２の混合段階と、上記金属ナノ粒子を上記第２の混合段階の混合物から分離する段階と、を含む非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
【選択図】図４
【解決手段】本発明は、粒子表面に非晶質炭素層を含む金属ナノ粒子とアルコールまたはチオール系溶媒とを混合して混合物を得る第１の混合段階と、カルボキシル頭部基を含むキャッピング分子を上記混合物に加えて混合物を得る第２の混合段階と、上記金属ナノ粒子を上記第２の混合段階の混合物から分離する段階と、を含む非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
【選択図】図４
Description
本発明は、非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法及びこれにより表面改質されたインクジェット印刷用金属ナノ粒子に関するもので、より詳細には、ペースト用として使用される非分散性金属ナノ粒子を化学的表面改質を通して分散性を有するようにした、インクジェット印刷に好適な、表面改質方法、及びこれにより表面改質された金属ナノ粒子、及び導電性ナノインクに関する。
ナノ粒子の応用性が現実化されることに従い、いろいろな方法でナノ構造体を作製し、改質しようとする多大の努力が急増している。ナノ科学の主要な分野であるナノ粒子は、優れた触媒性質を持つため、深く研究されてきたが、最近には、プリンテッド・エレクトロニクスに応用するための試みが多く行われている。プリンテッド・エレクトロニクスにこのようなナノ粒子を用いる理由は、電子部品における配線の線幅をより一層微細にするためである。メッキをしたり、既存のバルク金属粒子をペースト方式で塗布したりする場合、微細配線を形成するのは難しい。このため、超微細配線を実施するためには導電性の金属ナノ粒子が用いられてきた。
金属ナノ粒子を応用的な面から分類すれば、大きくペースト用とインクジェット印刷用に分けられる。ペースト用とびインクジェット印刷用のナノ粒子の最大の相違点は、キャッピング分子が存在するか否かである。ペースト用ナノ粒子はスクリーン印刷などに用いられるものであって、ペーストの溶媒が高粘度であり追加分散剤の添加が容易であるため、キャッピング分子は不要である。一方、インクジェット印刷用ナノ粒子に追加分散剤を添加すると、ナノ粒子の粘度及び表面張力に影響を及ぼすので、分散安定性を与えるためにインクジェット印刷用のナノ粒子にはキャッピング分子を加える必要があるが、これは、導電性配線に応用する場合に吐出安定性に悪影響を与え、導電率を減少させる。
よって、既存のペースト用ナノ粒子は、プラズマ法により安価に大量生産ができるが、これをインクジェット印刷用に適用するには問題ある。
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は、ペースト用の非分散性金属ナノ粒子を化学的に表面改質してインクジェット印刷用として使用できるようにするために、非分散性金属ナノ粒子に分散性を持たせるような表面改質方法とこの方法により表面改質されたインクジェット印刷用金属ナノ粒子、及びこのインクジェット印刷用金属ナノ粒子を含む導電性ナノインクを提供することである。
本発明の更なる特徴及び長所は、以下の明細書、添付図面、及び、請求項から明らかであり、また、本発明の実施によって確認できるものである。
上記した技術的課題を達成するために、本発明の一実施形態によれば、
粒子表面に非晶質炭素層を含む金属ナノ粒子とアルコールまたはチオール系溶媒とを混合して混合物を得る第１の混合段階と、
カルボキシル頭部基を含むキャッピング分子を前記混合物に加えて混合物を得る第２の混合段階と、
前記金属ナノ粒子を前記第２の混合段階の混合物から分離する段階と、
を含むことを特徴とする非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法が提供される。
粒子表面に非晶質炭素層を含む金属ナノ粒子とアルコールまたはチオール系溶媒とを混合して混合物を得る第１の混合段階と、
カルボキシル頭部基を含むキャッピング分子を前記混合物に加えて混合物を得る第２の混合段階と、
前記金属ナノ粒子を前記第２の混合段階の混合物から分離する段階と、
を含むことを特徴とする非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法が提供される。
上記非晶質炭素層を含む金属ナノ粒子は、プラズマ合成法により製造することができる。
本発明の一実施形態によれば、上記アルコールまたはチオール系溶媒は、金属ナノ粒子１００重量部に対して１００ないし５０００重量部で加えられる。
本発明の一実施形態によれば、上記金属ナノ粒子と溶媒との混合は、還流反応により行うことができる。
本発明の一実施形態によれば、前記第１の混合段階の後に、前記混合物にトルエンを混合する第３の混合段階と、前記第３の混合段階で得られた混合物をアルコールまたはチオール系溶媒の沸点以上の温度で加熱する段階とがさらに含まれる。
ここで、上記トルエンは、金属ナノ粒子１００重量部に対して５００ないし５０００重量部で加えられている。
本発明の他の実施形態によれば、上記第１の混合段階は、塩酸、硫酸及び硝酸からなる群より選ばれる少なくとも一つの酸をさらに加えて行うことができる。
ここで、上記酸の濃度は０．０００１ないし１Ｍであり、上記酸は金属ナノ粒子１ｇ当たり０．１ないし１０ｍｌの比率で加えることが好ましい。
また、上記酸を加えた時の反応時間は、１ないし３０分である。
本発明の一実施形態によれば、親水性の尾部基を含む上記キャッピング分子を用いて、非分散性ナノ粒子を水溶性有機溶媒中に分散できるように表面改質することができる。
本発明の一実施形態によれば、疎水性の尾部基を含む上記キャッピング分子を用いて、非分散性ナノ粒子を非水溶性有機溶媒中に分散できるように表面改質することができる。
本発明の一実施形態によれば、上記キャッピング分子は金属ナノ粒子１００重量部に対して１０ないし３０００重量部で加えられている。
本発明の一実施形態によれば、上記第２の混合段階は、還流反応により行うことができる。ここで、上記第２の混合段階での反応時間は、１ないし１０時間である。
本発明のさらに他の実施形態によれば、本発明は非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法をさらに提供するものであり、この方法には、粒子表面に非晶質炭素層を含む金属ナノ粒子を、パイ（π）結合を有する頭部基を含むキャッピング分子で処理する段階が含まれる。
本発明のさらに他の実施形態によれば、上記キャッピング分子による処理段階は、非晶質炭素層を含む金属ナノ粒子を撹拌しながらアルコール溶媒に加え、パイ（π）結合を有する頭部基を含むキャッピング分子をさらにさらに撹拌しながら加えることにより行われている。
本発明のさらに他の実施形態によれば、上記パイ（π）結合を含む頭部基は、アリール基、アルケニル基、及びヘテロアリール基からなる群より選ぶことができる。
本発明のさらに他の実施形態によれば、親水性の尾部基を有する上記キャッピング分子を用いて、非分散性ナノ粒子を水溶性有機溶媒中に分散できるように表面改質することができ、また、疎水性の尾部基を有する上記キャッピング分子を用いて、非分散性ナノ粒子を非水溶性有機溶媒中に分散できるように表面改質することができる。
ここで、上記キャッピング分子の含量は、金属ナノ粒子１００重量部に対して１０ないし３０００重量部である。
本発明のさらに他の実施形態によれば、上記キャッピング分子により処理する段階の後に、上記表面改質されたナノ粒子を親水性または疎水性の官能基を有する高分子と反応させる段階をさらに含むことができる。
本発明はさらに、
金属ナノ粒子と、
上記金属ナノ粒子の粒子表面にコーティングされた非晶質炭素層と、
上記非晶質炭素層に結合されたキャッピング分子と、
を含むインクジェット印刷用金属ナノ粒子を提供するものである。
金属ナノ粒子と、
上記金属ナノ粒子の粒子表面にコーティングされた非晶質炭素層と、
上記非晶質炭素層に結合されたキャッピング分子と、
を含むインクジェット印刷用金属ナノ粒子を提供するものである。
本発明の一実施形態によれば、上記インクジェット用ナノ粒子は、非分散性金属ナノ粒子を表面改質することで製造することができる。
本発明による非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法によれば、既存のトン規模で量産されている非分散性ナノ粒子を用いることにより、大量生産が難しかったインクジェット印刷用ナノ粒子、及びこの表面改質されたインクジェット印刷用金属ナノ粒子を含む導電性ナノインクを提供することができる。また、プラズマ合成法等による非分散性ナノ粒子は安価であるので、表面改質されたナノ粒子で製造した導電性ナノインクの価格を効果的に低減することができる。
以下、本発明による非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法及びこれにより表面改質されたインクジェット印刷用金属ナノ粒子に関して詳細に説明する。
本発明の具体的な実施形態を説明する前に、一般的なプラズマ合成法より製造されたペースト用ナノ粒子に関して説明する。
一般的に、スクリーンプリンティングに用いられるペースト用ナノ粒子は、主にプラズマ合成法により合成される。図１は、プラズマを用いたナノ粒子合成法の概略図である。高出力のマイクロウエーブを用いて、ガスをプラズマ状態に活性化した後、プラズマトーチを用いて注入された原材料からナノサイズの粒子が得られる。このような方法で合成されたナノ粒子は、プラズマが高温であるために前駆体の有機物が炭化されるので、ナノ粒子の最外層に非晶質炭素層を形成する。
その結果、プラズマ合成によるナノ粒子は、粘度が高いペースト用として用いることはできるが、粒子の自己分散性は低いのでインクジェット印刷用として用いることはできない。
図２は、プラズマを用いて合成した銅ナノ粒子の電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）の写真である。図２からわかるように、粒子の大きさは１００ｎｍ以下であり、それぞれのナノ粒子は粒子表面が非晶質炭素層でコーティングされている。図３は、非晶質炭素層でコーティングされたナノ粒子を模式的に示したものである。それぞれのナノ粒子が分散性を持つためには、ナノ粒子表面にコーティングされた非晶質炭素層にキャッピング分子が結合されなくてはならない。
本発明では、非分散性の非晶質炭素層でコーティングされた一般的なナノ粒子は、分散性を持つように表面改質されるので、インクジェット印刷用として用いることができる。
図４は、本発明の一実施形態による非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法の概略的なメカニズムを示したものである。
本発明の一実施形態によると、非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法は、粒子表面に非晶質炭素層を含む金属ナノ粒子とアルコールまたはチオール系溶媒とを混合して混合物を得る第１の混合段階と、カルボキシル頭部基を含むキャッピング分子を前記混合物に加えて混合物を得る第２の混合段階と、前記金属ナノ粒子を前記第２の混合段階の混合物から分離する段階と、を含む。
非晶質炭素層を含む金属ナノ粒子を、アルコールまたはチオール系溶媒と高温で混合すると、表面の非晶質炭素層の二重結合が切れ、ヒドロキシル基（−ＯＨ）またはチオール系基（−ＳＨ）の官能基を形成することができる。酸を加えると、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、スルホン酸基（−ＳＯ３Ｈ）などの官能基を形成することができる。上記官能基をカルボキシル基の頭部基を有するキャッピング分子と重合させると、キャッピング分子の尾部基の種類に応じて水溶性または非水溶性の有機溶媒中に分散できるようにナノ粒子を表面改質することができる。
本発明による表面改質方法では、先ず、表面に非晶質炭素層を有する金属ナノ粒子とアルコールまたはチオール系溶媒とを混合する。
上記非晶質炭素層を有する金属ナノ粒子は、上述したように一般的なプラズマ合成法により製造することができる。
上記アルコールまたはチオール系溶媒は、金属ナノ粒子の１００重量部に対して１００ないし５０００重量部で混合される。溶媒の含量が１００重量部未満であると、金属ナノ粒子が凝集して活性化官能基の形成が完了しない可能性がある。溶媒の含量が５０００重量部を超過すると、過剰の溶媒が反応しないまま残るので好ましくない。
本発明の一実施形態によれば、上記金属ナノ粒子と上記溶媒との混合段階は、還流反応により行われる。上記金属ナノ粒子は、上記溶媒と、沸点を越えない高温で撹拌しながら混合することができるが、還流反応を用いて混合する方が好ましい。還流は、温度を溶媒の沸点に一定に維持することができるが、撹拌しながら還流を行うことがさらに好ましい。
本発明の一実施形態によれば、硝酸などの酸を加えずに、アルコールまたはチオール系溶媒とだけ混合する場合、非晶質炭素層にヒドロキシ基またはチオール系基などの官能基がより容易に形成できるように、上記混合物にトルエンをさらに加えることができる。トルエンを加えた後、上記混合物をアルコールまたはチオール系溶媒の沸点以上の温度で加熱する。このように溶媒の沸点以上の温度で加熱すれば、反応が激しくなるために、官能基の形成がさらに容易になり、余分の溶媒は除去される。
ここで、上記トルエンは金属ナノ粒子１００重量部に対して５００ないし５０００重量部で加えられる。トルエンの含量が５００重量部未満であると、金属ナノ粒子が凝集するために、活性化された官能基の形成が完了しない可能性がある。
トルエンの含量が５０００重量部を超過すると、溶媒の使用が過剰になるので、経済的でない。
上記の反応により非晶質炭素層の二重結合を切ってヒドロキシル基を形成した後に、上記カルボキシル基の頭部基を有するキャッピング分子を（上記混合物に加える。
キャッピング分子のカルボキシル基は、非晶質炭素層に形成されたヒドロキシ基と重合して強く結合される。キャッピング分子の尾部の種類に応じて、上記金属ナノ粒子は水溶性または非水溶性有機溶媒中に分散することができる。キャッピング分子の尾部が親水性基であれば、非分散性ナノ粒子は水溶性有機溶媒中に分散できるような表面改質されたナノ粒子になることができる。キャッピング分子の尾部が疎水性基であれば、非分散性ナノ粒子は非水溶性有機溶媒中に分散できるような表面改質されたナノ粒子になることができる。
本発明の一実施形態によれば、上記キャッピング分子は、金属ナノ粒子１００重量部に対して１０ないし３０００重量部で加えられる。キャッピング分子の含量が１０重量部未満であると、アルキル酸、アミノ酸などのキャッピング分子がナノ粒子表面をすべてカバーできなくなり好ましくないし、３０００重量部を超過すると、過剰な使用になるので経済的でない。
上記キャッピング分子との混合は、還流反応によって行われその反応時間は、１ないし１０時間である。反応時間が１時間未満であると、キャッピング分子が完全に結合される前に反応が終ってしまうこともあり得る。反応時間が１０時間を超過すると、反応収率に効果がなくなるので好ましくない。
本発明の他の実施形態によれば、上記の金属ナノ粒子を混合する段階で、塩酸、硝酸及び硫酸からなる群より選ばれる少なくとも一つの酸をさらに加えることができる。酸をさらに加えて表面改質する場合の概略的なメカニズムを、図５に示した。
図５によると、アルコールなどの溶媒下で酸をさらに加える場合、金属ナノ粒子の非晶質炭素層の二重結合が切れ、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、スルホン酸基（−ＳＯ３Ｈ）などの官能基に置換されることができ、続いて、官能基とカルボキシル基とが重合する。
ここで、上記酸の濃度は０．０００１ないし１Ｍであり、上記酸は金属ナノ粒子１ｇ当たり０．１ないし１０ｍｌの比率で加えられる。酸の濃度が０．０００１Ｍ未満であるか、または、酸が０．１ｍｌ未満の比率で加えられると、非晶質炭素層がカルボキシル基などの官能基で完全に置換されないことがあり得る。酸の濃度が１Ｍを超過した場合、すなわち、酸が１０ｍｌの比率を超過して加えられる場合、金属ナノ粒子が損傷されるおそれがあるので好ましくない。
また、上記酸を加える時の反応時間は１ないし３０分である。反応時間が１分未満であると、非晶質炭素層はカルボキシル基などの官能基で完全には置換されることができない。反応時間が３０分を超過すると、金属ナノ粒子が損傷されるおそれがある。
本発明のさらに他の実施形態によると、表面改質方法は、粒子表面に非晶質炭素層を有する金属ナノ粒子を、パイ（π）結合頭部基を有するキャッピング分子で処理することによって行われる。
このような表面改質方法の概略的なメカニズムを図６に示した。
図６によると、上記表面改質方法は、粒子表面の非晶質炭素層が有しているパイ結合を用いること、すなわち、ヒドロキシル基やカルボキシル基などの官能基を導入せずに、アリール基、アルケニル基及びヘテロアリール基などのパイ結合を含む頭部基を有するキャッピング分子で直接処理することにより、非分散性のナノ粒子に分散性を与える。
本発明のさらに他の実施形態によれば、上記処理は、非晶質炭素層を含む金属ナノ粒子とアルコール溶媒とを混合し、パイ（π）結合を含む頭部基を有するキャッピング分子をさらに加えて行われる。上記パイ（π）結合を有する頭部は、アリール基、アルケニル基及びヘテロアリール基からなる群より選ばれる。親水性尾部基を含む上記キャッピング分子用いると、非分散性ナノ粒子を水溶性有機溶媒中に分散できるように表面改質することができる。また、疎水性の尾部基を有する上記キャッピング分子を用いると、非分散性ナノ粒子を非水溶性有機溶媒中に分散できるように表面改質することができる。
ここで、上記キャッピング分子の含量は、金属ナノ粒子１００重量部に対して１０ないし３０００重量部である。その理由は、上述した通りである。
本発明のさらに他の実施形態によれば、有機溶媒に対する分散性を向上するために、上記キャッピング分子により表面改質された金属ナノ粒子を親水性または疎水性の官能基を含む高分子とさらに反応させる。
本発明による非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法によれば、既存のトン規模で量産されている非分散性ナノ粒子を用いることにより、大量生産が難しかったインクジェット印刷用ナノ粒子、及びこの表面改質されたインクジェット印刷用金属ナノ粒子を含む導電性ナノインクを提供することができる。また、プラズマ合成法等による非分散性ナノ粒子は安価であるので、表面改質されたナノ粒子で製造した導電性ナノインクの価格を効果的に低減することができる。
本発明の他の側面は、金属ナノ粒子と、上記金属ナノ粒子の表面にコーティングされた非晶質炭素層と、上記非晶質炭素層に結合されたキャッピング分子とを含むインクジェット印刷用金属ナノ粒子、及びこの表面改質されたインクジェット印刷用金属ナノ粒子を含む導電性ナノインクを提供することである。
上記インクジェット印刷用金属ナノ粒子は、非分散性金属ナノ粒子を上述した方法で表面改質することにより製造できる。このように表面改質されたナノ粒子は、非晶質炭素層に結合されたキャッピング分子が有機溶媒中での分散性を与えるので、インクジェット印刷用ナノインク、及びこの表面改質されたインクジェット印刷用金属ナノ粒子を含む導電性ナノインクの製造には有用となることができる。
以下、具体例により詳細な説明を行うが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
１ｇの非晶質炭素コーティングされたナノ粒子を１０ｍｌのエタノールに撹拌しながら加え、還流反応をさせた。その後、３０ｇのトルエンを添加した。温度をアルコールの沸点以上に上げ、アルコールを除去した。１０ｇのオレイン酸を溶液に添加し、溶液を還流条件で４時間反応させた。その後、濾過によりナノ粒子を分離し、これを３０ｍｌのトルエンで３回以上洗浄した。これらのナノ粒子を真空オーブンで５０℃で乾燥し、有機溶媒中に分散することのできるナノ粒子を得た。
１ｇの非晶質炭素コーティングされたナノ粒子を１０ｍｌのエタノールに撹拌しながら加え、還流反応をさせた。その後、３０ｇのトルエンを添加した。温度をアルコールの沸点以上に上げ、アルコールを除去した。１０ｇのオレイン酸を溶液に添加し、溶液を還流条件で４時間反応させた。その後、濾過によりナノ粒子を分離し、これを３０ｍｌのトルエンで３回以上洗浄した。これらのナノ粒子を真空オーブンで５０℃で乾燥し、有機溶媒中に分散することのできるナノ粒子を得た。
（実施例２）
１ｇの非晶質炭素コーティングされたナノ粒子を１０ｍｌのエタノールに撹拌しながら加えた。１ｍｌの０．０１Ｍの硝酸を加えた後、溶液は還流条件で１０分間反応させた。その後、ナノ粒子は濾過と遠心分離により分離し、真空オーブンで乾燥させた。上記ナノ粒子１ｇをエタノール１０ｍｌに溶かした。その後、１０ｇの１−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸を溶液に添加し、この溶液を還流条件で４時間反応させた。その後、濾過によりナノ粒子を分離し、これを３０ｍｌのエタノールで３回以上洗浄した。これらのナノ粒子は真空オーブンで５０℃で乾燥して水系溶媒中に分散できるナノ粒子を得た。
１ｇの非晶質炭素コーティングされたナノ粒子を１０ｍｌのエタノールに撹拌しながら加えた。１ｍｌの０．０１Ｍの硝酸を加えた後、溶液は還流条件で１０分間反応させた。その後、ナノ粒子は濾過と遠心分離により分離し、真空オーブンで乾燥させた。上記ナノ粒子１ｇをエタノール１０ｍｌに溶かした。その後、１０ｇの１−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸を溶液に添加し、この溶液を還流条件で４時間反応させた。その後、濾過によりナノ粒子を分離し、これを３０ｍｌのエタノールで３回以上洗浄した。これらのナノ粒子は真空オーブンで５０℃で乾燥して水系溶媒中に分散できるナノ粒子を得た。
（実施例３）
１ｇの非晶質炭素コーティングされたナノ粒子を１０ｍｌのエタノールに撹拌しながら加えた。１ｍｌの０．０１Ｍの硫酸を加えた後、溶液は還流条件で１０分間反応させた。その後、濾過と遠心分離によりナノ粒子を分離し、真空オーブンで乾燥させた。その後、ナノ粒子を２０ｍｌのＳＯＣｌ２溶液で６５℃で一時間反応させ、表面のカルボキシル基を−ＣＯＣｌ基で置換させた。表面改質されたナノ粒子１ｇをエタノール１０ｍｌに溶かした。その後、１０ｇの１、２−ビス−（１０、１２−トリコサディノイル）−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホエタノールアミン（１，２−ｂｉｓ−（１０，１２−ｔｒｉｃｏｓａｄｉｙｎｏｉｌ）−ｓｎ−ｇｌｙｃｅｒｏ−３−ｐｈｏｓｐｈｏｅｔｈａｎｏｌａｍｉｎｅ）を添加し、この溶液を還流条件で４時間反応させた。その後、濾過によりナノ粒子を分離し、これを３０ｍｌのエタノールで３回以上洗浄した。これらのナノ粒子は真空オーブンで５０℃で乾燥し、水系溶媒中に分散できるナノ粒子を得た。
１ｇの非晶質炭素コーティングされたナノ粒子を１０ｍｌのエタノールに撹拌しながら加えた。１ｍｌの０．０１Ｍの硫酸を加えた後、溶液は還流条件で１０分間反応させた。その後、濾過と遠心分離によりナノ粒子を分離し、真空オーブンで乾燥させた。その後、ナノ粒子を２０ｍｌのＳＯＣｌ２溶液で６５℃で一時間反応させ、表面のカルボキシル基を−ＣＯＣｌ基で置換させた。表面改質されたナノ粒子１ｇをエタノール１０ｍｌに溶かした。その後、１０ｇの１、２−ビス−（１０、１２−トリコサディノイル）−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホエタノールアミン（１，２−ｂｉｓ−（１０，１２−ｔｒｉｃｏｓａｄｉｙｎｏｉｌ）−ｓｎ−ｇｌｙｃｅｒｏ−３−ｐｈｏｓｐｈｏｅｔｈａｎｏｌａｍｉｎｅ）を添加し、この溶液を還流条件で４時間反応させた。その後、濾過によりナノ粒子を分離し、これを３０ｍｌのエタノールで３回以上洗浄した。これらのナノ粒子は真空オーブンで５０℃で乾燥し、水系溶媒中に分散できるナノ粒子を得た。
（実施例４）
１ｇの非晶質炭素コーティングされたナノ粒子を１０ｍｌのメタノールに撹拌しながら加えた。その後、１０ｇの１−ピレンプロピルアミン塩酸塩（ＰｙｒＮＨ３）を加え、この溶液を３時間撹拌した。その後、濾過と遠心分離によりナノ粒子を分離し、真空オーブンで乾燥させて、表面にＰｙｒＮＨ３を持つナノ粒子を得た。表面改質されたナノ粒子１ｇをメタノール１０ｍｌに溶かした。その溶液に高分子のポリスチレン硫酸ナトリウム塩（１０ｇを加え、５時間反応させた。その後、濾過によりナノ粒子を分離し、これを３０ｍｌのエタノールで３回以上洗浄した。これらのナノ粒子は真空オーブンで５０℃で乾燥し、水系溶媒中に分散できるナノ粒子を得た。
１ｇの非晶質炭素コーティングされたナノ粒子を１０ｍｌのメタノールに撹拌しながら加えた。その後、１０ｇの１−ピレンプロピルアミン塩酸塩（ＰｙｒＮＨ３）を加え、この溶液を３時間撹拌した。その後、濾過と遠心分離によりナノ粒子を分離し、真空オーブンで乾燥させて、表面にＰｙｒＮＨ３を持つナノ粒子を得た。表面改質されたナノ粒子１ｇをメタノール１０ｍｌに溶かした。その溶液に高分子のポリスチレン硫酸ナトリウム塩（１０ｇを加え、５時間反応させた。その後、濾過によりナノ粒子を分離し、これを３０ｍｌのエタノールで３回以上洗浄した。これらのナノ粒子は真空オーブンで５０℃で乾燥し、水系溶媒中に分散できるナノ粒子を得た。
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の理念および精神から逸脱せずに、当業者がさらに変形することができるのは明らかである。
Claims (24)
- 粒子表面に非晶質炭素層を含む金属ナノ粒子とアルコールまたはチオール系溶媒とを混合して混合物を得る第１の混合段階と、
カルボキシル頭部基を含むキャッピング分子を前記混合物に加えて混合物を得る第２の混合段階と、
前記金属ナノ粒子を前記第２の混合段階の混合物から分離する段階と、
を含むことを特徴とする非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。 - 非晶質炭素層を含む前記金属ナノ粒子は、プラズマ合成法により製造されることを特徴とする請求項１に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
- 前記アルコールまたはチオール系溶媒は、金属ナノ粒子の１００重量部に対して１００ないし５０００重量部で混合されることを特徴とする請求項１に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
- 前記第１の混合段階は、還流反応によって行われることを特徴とする請求項１に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
- 前記第１の混合段階の後に、前記混合物にトルエンを混合する第３の混合段階と、
前記第３の混合段階で得られた混合物をアルコールまたはチオール系溶媒の沸点以上の温度で加熱する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。 - 前記トルエンは、金属ナノ粒子１００重量部に対して５００ないし５０００重量部で加えることを特徴とする請求項５に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
- 前記第１の混合段階において、塩酸、硝酸及び硫酸からなる群より選ばれる少なくとも一つの酸をさらに加えることを特徴とする請求項１に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
- 前記酸の濃度は、０．０００１ないし１Ｍであり、前記酸は、金属ナノ粒子１ｇ当たり０．１ないし１０ｍｌの比率で加えることを特徴とする請求項７に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
- 前記酸を加える場合、金属ナノ粒子とアルコールまたはチオール系溶媒との前記第１の混合段階の反応時間は１ないし３０分であることを特徴とする請求項７に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
- 前記キャッピング分子は親水性尾部基を含んでいて、非分散性ナノ粒子を水溶性有機溶媒に分散できるように表面改質することを特徴とする請求項１に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
- 前記キャッピング分子は疎水性尾部基を含んでいて、非分散性ナノ粒子を非水溶性有機溶媒に分散できるように表面改質することを特徴とする請求項１に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
- 前記キャッピング分子は、金属ナノ粒子の１００重量部に対して１０ないし３０００重量部で加えることを特徴とする請求項１に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
- 前記第２の混合段階は、還流反応を用いて行うことを特徴とする請求項１に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
- 前記第２の混合段階での反応時間は、１ないし１０時間であることを特徴とする請求項１に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
- 表面に非晶質炭素層を含む金属ナノ粒子を、パイ結合を有する頭部基を含むキャッピング分子で処理する段階を含むことを特徴とする非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
- 前記キャッピング分子による処理は、非晶質炭素層を含む金属ナノ粒子を撹拌しながらアルコール溶媒に加え、パイ結合を有する頭部基を含むキャッピング分子をさらに撹拌しながら加えて行うことを特徴とする請求項１５に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
- 前記パイ結合を有する頭部基は、アリール基、アルケニル基、及びヘテロアリール基からなる群より選ばれることを特徴とする請求項１５に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
- 前記キャッピング分子は親水性頭部基を含んでいて、非分散性ナノ粒子を水溶性有機溶媒に分散できるように表面改質することを特徴とする請求項１５に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
- 前記キャッピング分子は疎水性頭部基を含んでいて、非分散性ナノ粒子を非水溶性成有機溶媒に分散できるように表面改質することを特徴とする請求項１５に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
- 前記キャッピング分子の含量は、金属ナノ粒子の１００重量部に対して１０ないし３０００重量部であることを特徴とする請求項１５に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。
- 前記キャッピング分子により処理する段階の後に、
前記表面改質されたナノ粒子を親水性または疎水性の官能基を有する高分子と反応させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法。 - 金属ナノ粒子と、
前記金属ナノ粒子の表面にコーティングされた非晶質炭素層と、
前記非晶質炭素層に結合されたキャッピング分子と、
を含むことを特徴とするインクジェット印刷用金属ナノ粒子。 - 請求項１または請求項２２のいずれか１項に記載の非分散性金属ナノ粒子の表面改質方法によって表面改質された前記非分散性金属ナノ粒子と、
前記非分散性金属ナノ粒子の表面にコーティングされた非晶質炭素層と、
前記非晶質炭素層に結合されたキャッピング分子と、
を含むことを特徴とするインクジェット印刷用金属ナノ粒子。 - 請求項２２に記載の前記インクジェット印刷用金属ナノ粒子を含むことを特徴とする導電性ナノインク。
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