JP2015231665A - ナノインク塗布装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のナノインク塗布装置1において、対象物にナノインクを塗布する塗布部4は、外気を遮断する筐体15に覆われており、さらに、対象物に塗布したナノインクを焼結する焼結機構を含み、合成部2において使用される、金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子の原料を含む反応液は、金属含有原料および金属含有原料以外の原料を含み、この金属含有原料以外の原料の炭素数が2以上、8以下であり、かつ、この金属含有原料以外の原料は、金属含有原料を溶解させておく反応溶媒を含み、この反応溶媒は、炭素数が2以上、8以下の芳香族化合物、アルコール、または、エーテル類である。
【選択図】図1
Description
合成部は、金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子を合成するものである。本明細書において「ナノ粒子」は、金属ナノ粒子および半導体ナノ粒子を包含するものであり、ナノ粒子の説明では、金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子の両方が対象となる。合成部としては、ナノ粒子の合成を実現可能であり、マイクロチャネルが形成されたマイクロリアクターを備えるものであれば特に限定されない。ナノ粒子は非常に微細であるため、反応条件を精密に制御できるマイクロリアクターは、ナノ粒子の合成に好適な合成手段である。
調製部は、合成部で合成されたナノ粒子を精製し、上記ナノ粒子を含むナノインクを調製するものである。調製部3の一例を図3に示す。図3は調製部3を示す構成図であり、合成部2と調製部3とは外気を遮断する密閉パイプで連結されており、合成されたナノ粒子を含むコロイドは密閉パイプを介して、調製部3に移動する。なお、合成部2および調製部3が一体として形成されており、コロイドがマイクロチャネル(マイクロ流路)を介して調製部3に移動する構成とすることも可能である。
貧溶媒およびコロイドがフィルター24へ送られる。マイクロミキサー22のタイプとしては、特に限定されず、例えば、チップ型、三角型、長方型、ディスク型、衝突型またはキャピラー型が挙げられる。マイクロミキサー内での凝集粒子による閉塞を抑制するために、マイクロミキサー22による、上記コロイドと貧溶媒との混合時間は、短時間であることが好ましい。具体的には、0.001秒以上、100秒以下であることが好ましく、より好ましくは、0.1秒以上、10秒以下である。
図7は塗布部4を示す斜視図である。塗布部4は、調製部3からナノインクが供給され、対象物にナノインクを塗布するものである。ナノインク塗布装置1では、塗布部4が筐体に覆われており、ナノインクを外気に触れさせることなく、対象物へのナノインクの塗布を密閉条件下で行うことができ、ナノ粒子がナノインク塗布装置1の外部に飛散せず、ナノリスクが生じない。また、ナノインク塗布装置1内では、ナノ粒子の合成からナノインクの塗布までの工程がなされる。調製したナノインクを装置内にて使用するため、ナノインクの調製から塗布までの時間を短縮でき、ナノインクの変質を極めて効率的に抑制できる。
以上のように、ナノインク塗布装置1において、バルブ、ポンプ、各種機構、マイクロミキサー等について説明したが、ナノインク塗布装置1のマイクロチャネルには、各種のセンサが設けられており、図示しない制御部へ信号を送信可能となっている。制御部は、(1)バルブ、ポンプ、各種機構、マイクロミキサー等へナノインク塗布装置1の外部から信号を送信し、(2)ポンプの供給動作、バルブの開閉動作、各種機構による供給または排出動作、および、マイクロミキサーの駆動などを制御する。上記制御部は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、CPU(central processing unit)を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
複数の合成部が上記調製部に連結していることが好ましい。
撮影対象物に対して、電解放射型操作電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、品番S900)を用いてSEM写真を撮影した。
PETフィルムに対して、4端子試験装置を用いて、導電性フィルムの抵抗率を測定した。
図1、図3、図7を用いて示したナノインク塗布装置を用いてナノインクを調製した。使用した各原料は以下の通りである。
界面活性剤(反応溶媒:ジエチルエーテル):オクチルアミン(100mM)
還元剤(反応溶媒:ジエチルエーテル):トリメチルアミンボラン(200mM)
上記3種の原料を各原料ポンプからマイクロリアクターへ供給し、これら原料の混合液を125℃に加熱し、圧力調整器により2.4MPaの圧力をかけることにより、溶液の蒸発を防ぎながら反応を進行させた。反応時間は33秒であった。
図1、図3、図7を用いて示したナノインク塗布装置を用いてナノインクを調製した後、PETフィルムに対してナノインクを塗布および焼結し、導電性フィルムを作製した。
図1、図3、図7を用いて示したナノインク塗布装置を用いてナノインクを調製した後、PETフィルムに対してナノインクを塗布および焼結し、導電性フィルムを作製した。
2 合成部
3・3a・3b・3c・3d 調製部
4 塗布部
5・5a・5b・5c 調製手段
6 改質手段
11 原料ポンプ
12 マイクロチャネル
13 マイクロリアクター
14 圧力調整器
15 筐体
22・22a・35・38 マイクロミキサー
24・24a・24b・40 フィルター
26・26a・26b・42 貧溶媒供給機構
27・27a・27b・43 分散液供給機構
28・28a・28b・44 濾液排出機構
29 分析機構
30 保存機構
52 回転軸(焼結機構)
41 表面改質剤供給機構
60 不活性ガス供給機構
61 ガス排出機構
Claims (12)
- 金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子を含むナノインクを対象物に塗布するナノインク塗布装置であって、
金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子を合成する合成部と、
上記合成部で合成された金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子を精製し、上記金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子を含むナノインクを調製する調製部と、
上記調製部からナノインクが供給され、対象物にナノインクを塗布する塗布部と、を備え、
上記合成部は、金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子の原料を含む反応液の経路となるマイクロチャネルが形成されたマイクロリアクターを備え、
上記調製部は、
金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子を含むコロイドに、金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子に対する貧溶媒を供給する貧溶媒供給機構と、
コロイドを濾過するフィルター、および、金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子を吸着する多孔質体のうち少なくとも一方と、
上記コロイドの濾過、および、金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子の吸着のうち少なくとも一方によって分離された濾液を排出する濾液排出機構と、
フィルターに捕捉された金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子、および、多孔質体に吸着された金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子のうち少なくとも一方に、金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子が分散可能な分散液を供給してナノインクを調製する分散液供給機構と、を含む調製手段を備え、
上記塗布部は、外気を遮断する筐体に覆われており、さらに、対象物に塗布したナノインクを焼結する焼結機構を含み、
上記合成部において使用される、金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子の原料を含む反応液は、
金属含有原料および金属含有原料以外の原料を含み、
金属含有原料以外の原料の炭素数が2以上、8以下であり、かつ、
上記金属含有原料以外の原料は、上記金属含有原料を溶解させておく反応溶媒を含み、
上記反応溶媒は、炭素数が2以上、8以下の芳香族化合物、アルコール、または、エーテル類であることを特徴とするナノインク塗布装置。 - 上記調製部は、上記コロイドと、上記貧溶媒供給機構によって供給される貧溶媒とを混合するマイクロミキサーを備え、
上記マイクロミキサーによる、上記コロイドと貧溶媒との混合時間が、0.001秒以上、100秒以下であることを特徴とする請求項1に記載のナノインク塗布装置。 - 上記合成部は、
金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子の原料を含む反応液に圧力を印加する圧力調整器を備えることを特徴とする請求項1または2に記載のナノインク塗布装置。 - 上記調製部は、上記調製手段を複数含んでおり、
上記複数の調製手段は、直列もしくは並列、または直列および並列に配置されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のナノインク塗布装置。 - 上記調製部は、
調製したナノインクに表面改質剤を供給する表面改質剤供給機構と、
上記ナノインクに貧溶媒を供給する貧溶媒供給機構と、
金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子が分散した貧溶媒を濾過するフィルター、および、金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子を吸着する多孔質体のうち少なくとも一方と、
フィルターに捕捉された金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子、および、多孔質体に吸着された金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子のうち少なくとも一方に、金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子が分散可能な分散液を供給してナノインクを調製する分散液供給機構と、
を含む改質手段を備えることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載のナノインク塗布装置。 - 上記調製部は、
ナノインクの成分、粘度または濃度を分析する分析機構を含むことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のナノインク塗布装置。 - 上記塗布部は、
塗布部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構、および、塗布部内のガスを排出するガス排出機構を含む換気手段を、塗布部を覆う筐体を通して備えることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載のナノインク塗布装置。 - 上記ナノインクが金属ナノ粒子を含み、
上記金属ナノ粒子が銅であることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載のナノインク塗布装置。 - 上記調製部は、金属ナノ粒子または半導体ナノ粒子を含むコロイドまたはナノインクの経路となるマイクロチャネルが形成されたマイクロリアクターを備えることを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載のナノインク塗布装置。
- 上記合成部が複数備えられており、
複数の合成部が上記調製部に連結していることを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載のナノインク塗布装置。 - ナノインクを保存する保存機構が、上記調製部、上記塗布部、または上記調製部と上記塗布部との間に備えられていることを特徴とする請求項1〜10の何れか1項に記載のナノインク塗布装置。
- 上記塗布部は、
ナノインクを対象物に塗布するスピンコーター機構を備えることを特徴とする請求項1〜11の何れか1項に記載のナノインク塗布装置。
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