JP2021532289A - 金属錯化伝導性インク組成物を用いた金属化による伝導性材料およびその調製方法 - Google Patents

Abstract

本開示は、織布または編地織物、個々の繊維、ならびに織布繊維および撚糸等の導電性織物材料を含む、導電性材料を提供する。伝導性材料は、織物または他の好適な材料等の基材材料と、基材材料内に埋設される、金属とから成り、特に、金属は、材料の表面の中および下方に埋設される。また、提供されるものは、導電性材料を作製する方法である。基材材料は、熱分解性織物基材材料である。基材材料は、約３００℃を上回る温度で分解性である。

Description

（関連出願への相互参照）
本願は、その開示が、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、２０１８年８月３日に出願された、米国仮出願第６２／７１４，６４１号の利益を主張する。

（発明の分野）
本開示は、金属錯化伝導性インク組成物を用いた、織物基材材料等の基材材料の金属化による、新規伝導性材料およびその調製方法に関する。

（発明の背景）
好適な電気的および機械的性質を伴う、伝導性織物、布地、および他のタイプの材料が、長年、模索されている。特に、伝導性織物に関する用途は、重要であり、電子衣料品および皮膚パッチ（すなわち、装着可能用途）、ＥＭＩ／ＲＦ遮蔽体、相互結線、およびワイヤにおける使用を含め、多数ある。これらの材料に関連する重要な指標は、性能、審美性、安全性、およびコストである。性能に関して、伝導性織物または布地は、好ましくは、高伝導性を有し、より重要なこととして、数千サイクルにわたって、動的伸展および歪みに応じて、十分なレベルの伝導性を維持することが可能である。伝導性材料の審美性もまた、重要である。理想的には、これらの材料から調製される、布地および繊維は、金属パッチまたは撚線のようなものではなく、可能な限り、その未修正形態に類似した感触であるべきである。安全性および毒性を欠いていることも同様に、これらの用途の多くが、消費者および医療デバイスのための装着可能物を伴うため、重要である。最後に、製造可能性にも関連する、低コストは、そのような材料を利用する、大量生産消費者電子用途のために不可欠である。

公知の電子織物および布地材料は、従来的には、繊維を囲繞する（続いて、撚糸に織成され得る）か、または布地の上部に層化されるかのいずれかである、金属伝導性層から成る。例えば、図１を参照されたい。そのような材料は、典型的には、純金属フィルムを繊維または布地上に堆積（例えば、インクジェット、スクリーン印刷、または同等物等の一般的印刷技法を使用して）またはスパッタリングさせることによって調製される。これらの技法によって適用される金属は、処置される材料の表面に浸透することができないため、材料の伝導性部分は、本質的に下層繊維または布地基材と別個である。

スパッタリングされた金属化層を伴う、織物の重要な商業上の問題は、プロセスが、高価であり、低スループットを有することである。さらに、結果として生じる金属層は、脆弱であり、材料が伸展／歪む能力を留保しながらの材料の固有の伝導性の組み合わせを妨害する。

他方では、比較的により費用効果的であるが、堆積された金属粒子／ポリマーフィルム上部層を伴う、織物および布地の重要な商業上の問題は、部分的に、その温度感度に起因した布地／織物基材のために要求される低硬化温度のための、伝導性不良である。

両場合において、伝導性織物の組成物および構造は、標準的粒子ベースの金属インクおよび同等物を用いた金属化の上部層に限定される。これは、材料の機械的および伸展可能性質を限定する。換言すると、主として表面上にのみコーティングされた金属を伴う、市場の伝導性布地または繊維は、機械的歪み、撓曲、または伸展の間、剥脱または破砕をもたらし、電気抵抗の大増加をもたらすであろう。これは、電流伝導性布地および繊維を商業用目的のために好適ではないものにする。

金属含有布地、特に、銀含有布地は、抗菌性質を有することが報告されている。例えば、米国特許出願公開第２００５／００３７０５７Ａｌ号を参照されたい。これらの布地内の銀は、繰り返される洗浄サイクルを通して布地からの銀イオンの制御された放出を提供するために、イオン形態において布地に局部的に適用される。しかしながら、銀で処置された布地は、非伝導性である。

米国特許出願公開第２００５／００３７０５７号

（発明の要約）
本明細書に提供されるものは、金属錯化伝導性インク組成物を用いた金属化による、伝導性織物材料等の伝導性材料およびその調製方法である。

一側面では、本開示は、基材材料と、基材材料内に埋設される、金属とから成る、導電性材料を提供し、金属は、材料の表面の中および下方に埋設される。

より具体的には、本開示の導電性材料のいくつかでは、基材材料は、布地、繊維、撚糸、または糸等の織物基材材料である。さらにより具体的には、布地、繊維、撚糸、または糸は、ポリエステル、ポリエーテル−ポリ尿素コポリマー、ナイロン、アクリル、変性セルロース、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、綿、羊毛、亜麻布、またはシルク材料から成る。

いくつかの実施形態では、基材材料は、熱分解性基材材料であり、例えば、基材材料は、約３００℃を上回る温度で分解性である。

導電性材料のいくつかの実施形態では、金属は、銀、銅、金、パラジウム、白金、または合金、もしくはこれらの金属のいずれかの組み合わせから成り、より具体的には、金属は、合金、または銀、銅、金、パラジウム、もしくは白金の組み合わせから成る、または金属は、銀から成る。

また、別の側面で提供されるものは、導電性材料であり、材料は、金属錯化伝導性インク組成物を用いた、織物基材材料等の基材材料の処置によって調製される。

具体的実施形態では、基材材料は、布地、繊維、撚糸、または糸等の織物基材材料であり、より具体的には、布地、繊維、撚糸、または糸は、ポリエステル、ポリエーテル−ポリ尿素コポリマー、ナイロン、アクリル、変性セルロース、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、綿、羊毛、亜麻布、またはシルク材料から成る。他の具体的実施形態では、基材材料は、約３００℃を上回る温度で分解性である、基材材料等、熱分解性材料である。

いくつかの実施形態では、金属錯化伝導性インク組成物は、銀、銅、金、パラジウム、または白金から成る。より具体的には、金属錯化伝導性インク組成物は、銀、銅、金、パラジウム、または白金の組み合わせから成る、もしくは金属錯化伝導性インク組成物は、銀から成る。

いくつかの実施形態では、処置は、３００℃またはそれを下回る温度で実施される。いくつかの実施形態では、基材材料は、染色によって、金属錯化伝導性インク組成物を用いて処置され、他の実施形態では、基材材料は、印刷によって、金属錯化伝導性インク組成物を用いて処置される。

上記の実施形態のいずれかでは、導電性材料は、少なくとも約１０％伸展された後、約１，０００オームまたはそれ未満の電気抵抗を示し得る。より具体的には、材料は、少なくとも約１０％伸展された後、少なくとも約１００サイクルにわたって、約１，０００オームまたはそれ未満の電気抵抗を示し得る。

さらに別の側面では、本開示は、織物基材材料等の基材材料を提供することと、金属錯化伝導性インク組成物を用いて基材材料を処置することと、処置された基材材料を硬化させ、基材材料内に埋設される、金属を発生させることとを含む、導電性材料を調製する方法を提供する。

具体的実施形態では、基材材料は、布地、繊維、撚糸、または糸等の織物基材材料であり、より具体的には、布地、繊維、撚糸、または糸は、ポリエステル、ポリエーテル−ポリ尿素コポリマー、ナイロン、アクリル、変性セルロース、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、綿、羊毛、亜麻布、またはシルク材料から成る。

これらの実施形態のいくつかでは、基材材料は、熱分解性材料、例えば、約３００℃を上回る温度で分解性である、基材材料である。

いくつかの方法実施形態では、金属錯化伝導性インク組成物は、銀、銅、金、パラジウム、または白金から成る。より具体的には、金属錯化伝導性インク組成物は、銀、銅、金、パラジウム、または白金の組み合わせから成る、もしくは金属錯化伝導性インク組成物は、銀から成る。

いくつかの方法実施形態では、基材材料は、染色または印刷によって、金属錯化伝導性インク組成物を用いて処置される。いくつかの実施形態では、基材材料は、少なくとも２回、金属錯化伝導性インク組成物を用いて処置される。

いくつかの方法実施形態では、硬化させるステップは、約３００℃以下で実施され、いくつかの方法実施形態では、硬化させるステップは、約１２０分以下にわたって実施される。

図１は、公知の方法を使用して調製される、従来の電子織物または電子布地の概略図である。

図２は、電子織物および電子布地に対する新規アプローチの概略図であり、金属は、表面の中および／または表面の真下の織物内に可変程度（深度）まで吸収される。

図３は、スクリーン印刷または染色によって調製される、布地の微視的画像である。

図４Ａは、本開示に従って調製される印刷伝導性布地に関する、抵抗対伸展サイクルである。

図４Ｂは、抵抗対伸展を測定するために使用される、器具の写真である。

図４Ｃは、抵抗対伸展を測定するために使用される、電子構成要素の回路図である。

図５Ａは、伝導性スクリーン印刷ポリエステル布地の写真画像である。

図５Ｂは、伝導性スクリーン印刷ポリエステル布地の微視的画像である。

図６は、本開示に従って調製される、伝導性ポリエーテル−ポリ尿素コポリマー（すなわち、ライクラ）の図である。

図７は、本開示の方法に従って染色される、伝導性アラミド繊維および撚糸の比較である。

図８は、種々の印刷方法によって調製される、付加的伝導性材料の写真画像である。

図９は、布地の染色によって調製される、付加的伝導性材料の写真画像である。

図１０は、繊維の染色によって調製される、付加的伝導性材料の写真画像である。

（発明の詳細な説明）
（導電性材料）
本明細書に提供されるものは、埋設された金属を備える、織物および他の材料を含む、導電性材料である。これらの伝導性材料では、金属は、典型的には、材料の表面における非常に薄い層として、かつ材料の表面の下方に吸収されている状態の両方として存在する（図２参照）。本開示は、したがって、本質的に、望ましい電気的および機械的性質を伴う、織物、繊維、および他の材料等の伝導性材料を提供する。

導電性材料は、典型的には、金属錯化伝導性インクを用いた、基材材料、特に、適用される液体を吸収することが可能である、織物基材材料および他の材料の金属化によって調製される。好ましくは、無粒子インク組成物である、インク組成物が、インクが材料の表面に浸透するように、基材材料によって吸収される。いったん基材材料が、インクで適切に飽和されると、「硬化」または「乾燥」プロセスが、開始され、これは、基材材料内および上に吸収／埋設された純金属をもたらす。

伝導性金属インクは、以前は、表面コーティングされた可撓性伝導性材料の調製において使用されていた。例えば、そのようなインクは、過去数十年において、それらが周囲条件において処理され得るという事実に起因して、真空内の金属堆積（例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、スパッタリング、および同等物）または電鍍の費用効果的代替として開発されてきた。それらは、ガラスおよびシリコン等の剛性基材、プラスチックおよびエラストマ等の可撓性基材、ならびにより最近では、布地または織物基材を含む、印刷電子機器および半導体の分野において、種々の基材を金属化するために、多数の用途において使用されている。これらの用途におけるインクの有用性に関する重要な指標は、導電性、信頼性、およびコストを含む。文献において公知の伝導性インクの大部分は、ポリマーまたは界面活性剤等の有機媒介物による金属粒子の分散に基づく。例えば、一般的伝導性インク粒子は、ナノ粒子、薄片または小平板、およびナノワイヤとして提供される。

比較として、本伝導性材料の調製において使用される伝導性インク組成物は、好ましくは、無粒子金属錯化インク組成物である。そのようなインクは、例えば、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｎｋｓ，Ｉｎｃ．（Ａｕｓｔｉｎ，ＴＸ）によって開発されている。無粒子金属錯化インク組成物は、埋設された伝導性組成物および構造を伴う、織物および他の材料を調製する目的のために、高度に有用な性質を示す。重要なこととして、無粒子インク組成物は、好適な基材材料、理想的には、織物基材材料等のインクを吸収し、低温でのインクの硬化に先立って、伝導性金属、したがって、伝導性材料を発生させることが可能な材料の飽和を可能にする。

いくつかの実施形態では、銀錯化インク組成物が、本伝導性材料を調製するために使用されるが、他の可能性として考えられる金属錯化インク組成物も同様に、これらの調製のために有用性を見出す。例えば、金、銅、パラジウム、白金、またはこれらの金属の組み合わせから成る、無粒子インク組成物もまた、公知である。本開示で使用する無粒子金属錯化インクのための例示的調合物は、ＰＣＴ国際公開第ＷＯ２０１５／１６０９３８Ａ１号（「Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｉｎｋ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ」）、ＰＣＴ国際公開第ＷＯ２０１８／１１８４６０Ａ１号（「Ｃｏｐｐｅｒ Ｂａｓｅｄ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｉｎｋ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ Ｔｈｅ Ｓａｍｅ」）、米国特許出願第６２／５４０，８２９号（２０１７年８月３日に出願された、「Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｉｎｋ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ Ｐａｌｌａｄｉｕｍ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｔｈｅ Ｓａｍｅ」）、ＰＣＴ国際公開第ＷＯ２０１９／０２８４３５Ａ１号（「Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｉｎｋ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ Ｐａｌｌａｄｉｕｍ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｔｈｅ Ｓａｍｅ」）、米国特許出願第６２／５４０，９０３号（２０１７年８月３日に出願された、「Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｉｎｋ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ Ｇｏｌｄ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｔｈｅ Ｓａｍｅ」）、およびＰＣＴ国際公開第ＷＯ２０１９／０２８４３６Ａ１号（「Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｉｎｋ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ Ｇｏｌｄ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｔｈｅ Ｓａｍｅ」）（それぞれ、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に説明される。

本明細書で使用されるように、用語「伝導性インク組成物」、「伝導性インク」、「インク組成物」、「インク」、またはその変形例は、同義的に使用され得る。いくつかの実施形態では、本開示の伝導性材料を調製するために使用される、インク組成物内の唯一の伝導性材料は、単一金属、例えば、銀金属である。いくつかの実施形態では、複数の伝導性材料が、本伝導性材料を調製するために使用される、伝導性インク内に含まれる。例えば、パラジウムは、銀等の別の金属に基づいて、伝導性インク内の安定化添加剤として使用されることができる。いくつかの実施形態では、パラジウムは、主要伝導性材料として使用され、１つ以上の付加的伝導性材料が、所望の特性のために追加されることができる。

また、本明細書に開示される伝導性材料を調製するために使用される伝導性インク組成物は、インクの性質またはインクを使用して調製される伝導性材料の性質を改良するために、付加的構成要素、例えば、非伝導性構成要素を含んでもよいことを理解されたい。例えば、伝導性インク組成物は、結合剤または他の接着助長剤を含み、伝導性材料と基材材料、例えば、具体的表面、布地、または繊維の結合および／または接着を促進してもよい。代替として、または加えて、伝導性インク組成物は、１つ以上の湿潤剤、洗浄剤、または処置される材料の表面性質を改良するために好適な他の表面活性剤を含んでもよい。

本明細書に詳細に説明されるように、本開示の導電性材料は、織物基材材料または他の好適な多孔性もしくは半多孔性材料等の基材材料と、基材材料内に埋設される、金属とから成る。これらの材料では、金属は、材料の表面の下方に埋設される。好ましくは、導電性材料の基材材料は、金属錯化伝導性インク組成物を吸収することが可能な材料である。当業者によって理解されるであろうように、そのような材料は、例えば、染色、印刷、浸漬、または任意の他の適切な方法によって、無粒子金属錯化インク組成物を用いて処置されることができ、インク組成物は、それによって、基材材料を浸潤させるであろう。インクの硬化に応じて、上記に列挙された参考文献に詳細に説明されるように、処置される基材材料は、したがって、材料の表面の下方に埋設される、金属、理想的には、純金属または金属の組み合わせを伴う、導電性材料となる。

本導電性材料において使用するための好適な基材材料は、例えば、布地、繊維、撚糸、または糸等の織物材料を含む。いくつかの実施形態では、布地、繊維、撚糸、または糸は、ポリエステル、ポリエーテル−ポリ尿素コポリマー（例えば、「ライクラ」または「スパンデックス」）、ナイロン、アクリル、変性セルロース（例えば、「レーヨン」）、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、綿、羊毛、亜麻布、またはシルク材料から成る。他の織物基材材料もまた、当業者によって理解されるであろうように、本開示の本導電性材料において有用性を見出し得る。

いくつかの実施形態では、基材材料は、好適な多孔性または少なくとも半多孔性の天然もしくは合成材料、例えば、熱可塑性ポリウレタン、ポリ酢酸ビニル、ナイロン、ポリエステル、またはフッ素化コーティング等のさらなるコーティングを伴う、ポリエステルである。これらの材料は、例えば、本明細書に説明されるような好適な伝導性インク組成物による印刷または他の適切なコーティングのために好適な２次元材料として提供されることができる。例えば、基材材料は、２次元シート材料として提供されてもよい。

本明細書に開示される導電性材料の利点のうちの１つは、材料が、通常、導電性織物材料（例えば、純金属を高温で堆積させることによって調製される材料）を調製するために典型的に使用される方法によって損傷されるであろう、熱分解性材料から成ることができることである。故に、いくつかの実施形態では、基材材料は、熱分解性基材である。より具体的には、基材材料は、約１００℃を上回る、約１５０℃を上回る、約２００℃を上回る、約２５０℃を上回る、または約３００℃を上回る温度で分解性であり得る。

用語「金属」は、本明細書で使用されるように、単一金属ならびに１つを上回る金属の組み合わせの両方を含むことができることを理解されたい。好ましくは、導電性材料の金属は、その元素形態にある。理想的には、金属は、高純度金属、例えば、少なくとも約９０％純度、少なくとも約９５％純度、少なくとも約９８％純度、少なくとも約９９％純度、またはさらにより高純度金属である。上記に列挙された特許参考文献に説明される無粒子金属錯化伝導性インクは、理想的には、導電性形態におけるそのような金属の発生のために好適である。

本開示の導電性材料は、好ましくは、種々の望ましい電気的および機械的性質を示す。具体的には、いくつかの実施形態では、材料は、低電気抵抗を示す。さらに、低電気抵抗は、好ましくは、材料が、複数回、可能性として、さらに多くの回数繰り返される、伸展または歪みを含む、伸展または歪みを被るときでも維持される。

例えば、いくつかの実施形態では、導電性材料は、約１，０００オームまたはそれ未満、約５００オームまたはそれ未満、約３００オームまたはそれ未満、約１００オームまたはそれ未満、約５０オームまたはそれ未満、約３０オームまたはそれ未満、約２０オームまたはそれ未満、約１０オームまたはそれ未満、もしくはさらにより低い抵抗の電気抵抗を示す。特に、導電性材料のいくつかは、約１オームまたはそれ未満の電気抵抗を示す。

いくつかの実施形態では、導電性材料は、１〜１，０００％に及ぶ伸展を含む、有意な量で伸展された後でも、低電気抵抗を示す。いくつかの実施形態では、導電性材料は、最大約２０％、最大約４０％、最大約１００％、またはさらにより多く伸展された後でも、低電気抵抗を示す。いくつかの実施形態では、導電性材料は、少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約５０％、またはさらにより多く伸展された後でも、低電気抵抗を示す。

具体的実施形態では、導電性材料は、少なくとも約１０％伸展された後でも、約１，０００オームまたはそれ未満、約１００オームまたはそれ未満、約５０オームまたはそれ未満、約２０オームまたはそれ未満、約１０オームまたはそれ未満、約５オームまたはそれ未満、約２オームまたはそれ未満、もしくはさらに約１オームまたはそれ未満の電気抵抗を示す。いくつかの実施形態では、電気抵抗のこれらの低レベルは、最大約２０％、最大約４０％、最大約１００％、およびさらにより多く伸展された伝導性材料において観察される。

理想的には、導電性材料は、多くのサイクルにわたって伸展された後も、低電気抵抗を示す。例えば、材料は、少なくとも約１００サイクルにわたって、少なくとも約２００サイクルにわたって、少なくとも約５００サイクルにわたって、少なくとも約１，０００サイクルにわたって、少なくとも約２，０００サイクルにわたって、少なくとも約５，０００サイクルにわたって、少なくとも約１０，０００サイクルにわたって、またはさらにより多くのサイクルにわたって伸展された後も低電気抵抗を示し得る。いくつかの実施形態では、導電性材料は、少なくとも約１００サイクルにわたって少なくとも約１０％伸展された後も、約１，０００オームまたはそれ未満もしくは約１００オームまたはそれ未満の電気抵抗を示す。

いくつかの実施形態では、本導電性材料の織物基材材料内に埋設される金属は、調整可能深度において、材料の表面の中および下方に埋設される。例えば、いくつかの実施形態では、金属は、表面から、少なくとも約０．１ミクロン、少なくとも約０．３ミクロン、少なくとも約０．５ミクロン、少なくとも約１ミクロン、少なくとも約２ミクロン、またはさらに深い深度に埋設されてもよい。

いくつかの実施形態では、調整可能深度は、伝導性材料の断面のパーセンテージとして表され得る。例えば、伝導性材料が、２０ミクロンの断面を有し、金属が、２ミクロンの深度まで埋設される場合、当業者は、金属が、断面の約１０％の深度まで埋設されることを理解するであろう。故に、いくつかの実施形態では、金属は、約０．１％、０．３％、０．５％、１％、３％、５％、１０％、またはさらにより深い深度まで埋設されてもよい。

また、いくつかの実施形態では、本明細書に提供される伝導性材料は、抗菌性質を有することを理解されたい。理論によって拘束されることを意図するわけではないが、そのような性質は、金属イオン、例えば、材料が使用されるにつれた銀イオンの放出に起因して生じると考えられる。本開示の伝導性材料も同様に、本質的に、それらが使用されるにつれて、金属イオンを含む、金属を放出し、それらもまた、したがって、抗菌性質を示すであろう。抗菌金属含有材料および処置の商業用実施例、例えば、Ｓｉｌｖａｄｕｒ^ＴＭ、Ｓｉｌｐｕｒｅ、およびＡｇｉｅｎｅ（登録商標） Ｍｉｃｒｏ Ｓｉｌｖｅｒ Ｃｒｙｓｔａｌ技術が、当技術分野において公知であり、理解されている。

（導電性材料を調製する方法）
別の側面では、本開示は、本明細書に説明される導電性材料を調製する方法を提供する。これらの材料は、当業者によって理解されるであろうように、任意の好適な方法によって調製されてもよい。いくつかの実施形態では、そのような材料を調製するために使用される方法は、基材材料を提供することと、例えば、織物基材材料、金属錯化伝導性インク組成物を用いて基材材料を処置することと、処置された基材材料を硬化させ、基材材料内に埋設される、金属を発生させることとを含む。好ましくは、これらの方法の基材材料は、上記に説明されるインク組成物等の無粒子金属錯化インク組成物を吸収することが可能な材料である。

いくつかの実施形態では、本方法の基材材料は、熱分解性材料である。より具体的には、基材材料は、約１００℃を上回る、約１５０℃を上回る、約２００℃を上回る、約２５０℃を上回る、約３００℃を上回る、またはさらにより高い温度を上回る温度で分解性である。

本調製方法において使用するための好適な基材材料は、例えば、布地、繊維、撚糸、または糸等の織物基材材料を含む。いくつかの実施形態では、布地、繊維、撚糸、または糸は、ポリエステル、ポリエーテル−ポリ尿素コポリマー（例えば、「ライクラ」または「スパンデックス」）、ナイロン、アクリル、変性セルロース（例えば、「レーヨン」）、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、綿、羊毛、亜麻布、またはシルク材料から成る。他の織物基材材料を含む、他の好適な基材材料もまた、当業者によって理解されるであろうように、本開示の方法に有用性を見出し得る。

本方法において使用される無粒子伝導性インク組成物は、任意の好適な無粒子伝導性インク組成物であることができる。本方法のために好適な例示的インク組成物は、ＰＣＴ国際公開第ＷＯ２０１５／１６０９３８Ａ１号、ＰＣＴ国際公開第ＷＯ２０１８／１１８４６０Ａ１号、ＰＣＴ国際公開第ＷＯ２０１９／０２８４３５Ａ１号、ＰＣＴ国際公開第ＷＯ２０１９／０２８４３６Ａ１号、米国特許出願第６２／５４０，８２９号、および米国特許出願第６２／５４０，９０３号に説明される。

好ましい方法実施形態では、無粒子伝導性インク組成物は、銀、銅、金、パラジウム、または白金から成る。より好ましくは、無粒子伝導性インク組成物は、銀から成る。いくつかの実施形態では、無粒子伝導性インク組成物は、銀、銅、金、パラジウム、または白金の組み合わせを含む、金属の組み合わせから成る。

実施例の節に詳細に説明されるように、本方法において使用される基材材料は、種々の方法によって、金属錯化伝導性インク組成物を用いて処置されることができる。いくつかの実施形態では、基材材料は、染色によって、金属錯化伝導性インク組成物を用いて処置される。他の実施形態では、基材材料は、印刷によって、金属錯化伝導性インク組成物を用いて処置される。具体的実施形態では、基材材料は、印刷によって、複数回、例えば、少なくとも２回、少なくとも５回、少なくとも１０回、またはさらにより多くの回数、金属錯化伝導性インク組成物を用いて処置される。当業者によって理解されるであろうように、複数の印刷ステップによる、基材材料の処置は、材料内に埋設される金属の量を増加させる、したがって、処置される材料の電気抵抗を減少させることができる。

上記に説明されるように、本開示の方法は、有利なこととして、これらの方法において使用される金属錯化インク組成物が、比較的に低温で硬化させることによって、元素金属に変換されるため、比較的に低温で実施されることができる。これらの方法における低温の使用は、したがって、これらの方法において、熱分解性基材材料の使用さえ可能にする。故に、開示される方法のいくつかの実施形態では、硬化させるステップは、約３００℃以下、約２５０℃以下、約２００℃以下、約１５０℃以下、約１００℃以下、またはさらにより低い温度以下で実施される。

硬化させるステップの時間もまた、有利なこととして、当業者によって理解されるであろうように、結果を最適化するために変動されることができる。特に、硬化させるステップは、約１２０分以下にわたって、約６０分以下にわたって、約３０分以下にわたって、約２０分以下にわたって、またはさらにより短い時間にわたって実施されてもよい。

別の側面では、本開示は、材料が、上記に説明されるそれらの方法を含む、本明細書および実施例に説明される処置のいずれかによって調製される、導電性材料を提供する。

さらに別の側面では、以下の付番された段落に説明されるような材料および方法が、提供される。
１．導電性材料であって、
織物基材材料と、
織物基材材料内に埋設される、金属と
から成り、
金属は、材料の表面の中および下方に埋設される、導電性材料。
２．織物基材材料は、布地、繊維、撚糸、または糸である、段落１に記載の導電性材料。
３．布地、繊維、撚糸、または糸は、ポリエステル、ポリエーテル−ポリ尿素コポリマー、ナイロン、アクリル、変性セルロース、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、綿、羊毛、亜麻布、またはシルク材料から成る、段落２に記載の導電性材料。
４．織物基材材料は、熱分解性織物基材材料である、段落１に記載の導電性材料。
５．織物基材材料は、約３００℃を上回る温度で分解性である、段落４に記載の導電性材料。
６．金属は、銀、銅、金、パラジウム、白金、または合金、もしくはこれらの金属のいずれかの組み合わせから成る、段落１に記載の導電性材料。
７．金属は、合金、または銀、銅、金、パラジウム、もしくは白金の組み合わせから成る、段落６に記載の導電性材料。
８．金属は、銀から成る、段落６に記載の導電性材料。
９．材料が、金属錯化伝導性インク組成物を用いた織物基材材料の処置によって調製される、導電性材料。
１０．織物基材材料は、布地、繊維、撚糸、または糸である、段落９に記載の導電性材料。
１１．布地、繊維、撚糸、または糸は、ポリエステル、ポリエーテル−ポリ尿素コポリマー、ナイロン、アクリル、変性セルロース、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、綿、羊毛、亜麻布、またはシルク材料から成る、段落１０に記載の導電性材料。
１２．織物基材材料は、熱分解性材料である、段落９に記載の導電性材料。
１３．織物基材材料は、約３００℃を上回る温度で分解性である、段落１２に記載の導電性材料。
１４．金属錯化伝導性インク組成物は、銀、銅、金、パラジウム、または白金から成る、段落９に記載の導電性材料。
１５．金属錯化伝導性インク組成物は、銀、銅、金、パラジウム、または白金の組み合わせから成る、段落１４に記載の導電性材料。
１６．金属錯化伝導性インク組成物は、銀から成る、段落１４に記載の導電性材料。
１７．処置は、３００℃またはそれを下回る温度で実施される、段落９に記載の導電性材料。
１８．織物基材材料は、染色によって、金属錯化伝導性インク組成物を用いて処置される、段落９に記載の導電性材料。
１９．織物基材材料は、印刷によって、金属錯化伝導性インク組成物を用いて処置される、段落９に記載の導電性材料。
２０．材料は、少なくとも約１０％伸展された後、約１，０００オームまたはそれ未満の電気抵抗を示す、段落１−１９のうちの任意の１つに記載の導電性材料。
２１．材料は、少なくとも約１０％伸展された後、少なくとも約１００サイクルにわたって、約１，０００オームまたはそれ未満の電気抵抗を示す、段落２０に記載の導電性材料。
２２．導電性材料を調製する方法であって、
織物基材材料を提供することと、
金属錯化伝導性インク組成物を用いて織物基材材料を処置することと、
処置された基材材料を硬化させ、基材材料内に埋設される、金属を発生させることと
を含む、方法。
２３．織物基材材料は、布地、繊維、撚糸、または糸である、段落２２に記載の方法。
２４．布地、繊維、撚糸、または糸は、ポリエステル、ポリエーテル−ポリ尿素コポリマー、ナイロン、アクリル、変性セルロース、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、綿、羊毛、亜麻布、またはシルク材料から成る、段落２３に記載の方法。
２５．織物基材材料は、熱分解性材料である、段落２２に記載の方法。
２６．織物基材材料は、約３００℃を上回る温度で分解性である、段落２５に記載の方法。
２７．金属錯化伝導性インク組成物は、銀、銅、金、パラジウム、または白金から成る、段落２２に記載の方法。
２８．金属錯化伝導性インク組成物は、銀、銅、金、パラジウム、または白金の組み合わせから成る、段落２７に記載の方法。
２９．金属錯化伝導性インク組成物は、銀から成る、段落２７に記載の方法。
３０．織物基材材料は、染色によって、金属錯化伝導性インク組成物を用いて処置される、段落２２に記載の方法。
３１．織物基材材料は、印刷によって、金属錯化伝導性インク組成物を用いて処置される、段落２２に記載の方法。
３２．織物基材材料は、少なくとも２回、金属錯化伝導性インク組成物を用いて処置される、段落２２に記載の方法。
３３．硬化させるステップは、約３００℃以下で実施される、段落２２に記載の方法。
３４．硬化させるステップは、約１２０分以下にわたって実施される、段落２２に記載の方法。

関連技術では、本明細書に説明される方法および用途に対する他の好適な修正および適合が、本発明またはその任意の実施形態の範囲から逸脱することなく、成されることができることが、容易に当業者に明白となるであろう。ここまで本発明が詳細に説明されたが、これは、例証目的のみのために本明細書とともに含まれ、本発明の限定であることを意図するものではない、以下の実施例を参照することによってより明確に理解されるであろう。

（実施例）
（実施例１．布地上への印刷）
典型的実施例では、好適なレオロジー性質の銀錯化インクが、布地上にスクリーン／ステンシル印刷され、分注され、ペンまたはマーカ等の書込用具を用いて書き込まれ、もしくはインクジェット印刷され、導電性経路を形成する。インクの固体内容物は、典型的には、約６％〜５０％に及ぶ。印刷に応じて、インクは、布地の中に押浸され、次いで、３０分未満にわたって、１５０℃を下回る温度（典型的には、２０分にわたって、１４０℃または１００℃）で、周囲大気中で硬化される。同一面積（例えば、所望の伝導性経路に対応する面積）にわたる複数工程印刷が、布地の多孔率／吸収率に応じて要求され得る。典型的布地は、織布、不織布、編地、または綿、シルク、羊毛、もしくは亜麻布のような天然製品であってもよい。合成布地は、ナイロン、ポリエステル、ポリエーテル−ポリ尿素コポリマー（例えば、「ライクラ」または「スパンデックス」）、アクリル、変性セルロース（例えば、レーヨン）、酢酸、ウレタン、および同等物を含む。結果として生じる伝導性布地の電気抵抗は、条件に応じて変動し得るが、典型的には、バルク金属、例えば、バルク銀の抵抗の５％〜７０％の範囲内であろう。

上記の方法に従って調製される、例示的伝導性印刷布地の微視的画像（２つの拡大図）が、図３に図示される。本画像に示されるように、下層織物基材の杢調忠実性および形態素が、金属化プロセス後、無傷のままであり、金属が伝導性布地内に埋設された状態であることを示す。そのような形態素は、布地の上部に着座する金属トレースが予期されるであろう、従来のプロセスによって金属化された布地に関して予期されるであろうものと明確に異なる。

図４Ａは、図４Ｂに示される器具および図４Ｃに示される回路図を使用して上記に説明されるように、スクリーン印刷によって調製される、伝導性布地に関する典型的伸縮性試験サイクルデータを図示する。本実施例では、布地は、２０％伸展比率で２０サイクル／分にわたって伸展された。布地の抵抗は、１００，０００サイクル後でも１０オームを下回ったままである。

ポリエステル布地上のスクリーン印刷伝導性トレースの別の実施例は、下記の表１に説明される。本布地の物理的および形態学的性質は、図５Ａ−５Ｂに図示される。５５℃〜１２０℃で２０分にわたって硬化された、伝導性布地は、伸展前後に１オーム未満の抵抗を示す（表１）。伝導性布地の巨視的（図５Ａ）および微視的（図５Ｂ）画像は、金属化後の通常布地形態素を強調する。

（実施例２．布地上への染色）
典型的実施例では、好適なレオロジー性質の銀錯化インクが、容器内に含有される。一片の布地が、容器内のインク中に「押浸」または「浸漬コーティング」される。典型的コーティング時間は、布地タイプに応じて、約１秒〜６０分である。さらに、布地の事前膨張は、時として、布地の中への金属錯化インクのより良好な浸潤を促進することができる。事前膨張は、典型的には、好適な液体／溶媒への布地の暴露、ある場合には、高温（例えば、６０℃〜１００℃）、または両方の組み合わせによって遂行される。いったん飽和、すなわち、「染色」されると、布地は、除去され、３０分未満にわたって、１５０℃を下回る温度（典型的には、２０分にわたって、１４０℃または１００℃）で、周囲大気中で硬化される。インクの固体内容物は、典型的には、約６％〜３０％に及ぶ。典型的布地は、綿、シルク、羊毛、または亜麻布のような織布もしくは不織編地天然製品であってもよい。合成布地は、ナイロン、ポリエステル、ポリエーテル−ポリ尿素コポリマー（例えば、「ライクラ」または「スパンデックス」）、アクリル、変性セルロース（例えば、レーヨン）、酢酸、ウレタンであってもよい。電気抵抗は、条件に応じて変動するが、典型的には、バルクＡｇの５％〜７０％の範囲内であろう。

上記の方法に従って調製される例示的伝導性染色布地は、図３、５Ａ、５Ｂ、および６に図示される。図６に示される布地は、下記の表２にさらに説明される。

（実施例３．繊維または撚糸上への染色）
典型的実施例では、好適なレオロジー性質の銀錯化インクが、容器内に含有される。一片の繊維または撚糸もしくはともに巻着された複数の繊維／撚糸片が、容器内のインク中に「押浸」または「浸漬コーティング」される。典型的コーティング時間は、繊維または撚糸タイプに応じて、約１秒〜６０分である。さらに、繊維または撚糸の事前膨張が、時として、生じるように放置され、繊維または撚糸の中への金属錯化インクの浸潤をより良好に可能にする。事前膨張は、典型的には、好適な液体／溶媒への繊維または撚糸の暴露、ある場合には、高温（例えば、６０℃〜１００℃）、または両方の組み合わせによって遂行される。いったん飽和、すなわち、「染色」されると、繊維または撚糸は、除去され、３０分未満にわたって、１５０℃を下回る温度（典型的には、２０分にわたって、１４０℃または１００℃）で、周囲大気中で硬化される。インクの固体内容物は、典型的には、約６％〜３０％に及ぶ。電気抵抗は、条件に応じて変動するが、典型的には、バルクＡｇの５％〜７０％の範囲内であろう。

上記の方法に従って調製される例示的伝導性染色繊維は、図７に図示され、下記の表３にさらに説明される。

（実施例４．種々の印刷方法によって調製される伝導性材料）
インクジェットまたはスクリーン印刷方法によって調製される例示的伝導性材料は、下記の表４に説明され、図８に示される画像に図示される。

（実施例５．布地の染色によって調製される伝導性材料）
布地の染色によって調製される付加的伝導性材料が、下記の表５に説明され、図９に示される画像に図示される。

（実施例６．繊維の染色によって調製される伝導性材料）
繊維の染色によって調製される付加的伝導性材料が、下記の表６に説明され、図１０に示される画像に図示される。

上記の実施例の全てでは、金属錯化インク組成物は、加えて、結合剤または接着助長剤を含有し、具体的布地または繊維への接着力を促進してもよい。

上記の実施例の全てでは、伝導性材料の有利な電気的および機械的（すなわち、伸展可能）性質に加え、例えば、銀錯化インク組成物を用いた処理によって、純銀フィルムで変性された伝導性材料もまた、本質的に、抗菌である。

上記の実施例の全てでは、抵抗は、典型的には、１０ｃｍにわたる２点抵抗測定によって測定される。

本明細書に述べられた全ての特許、特許刊行物、および他の公開された参考文献は、それぞれが、個々に、具体的に、参照することによって本明細書に組み込まれる場合と同様に、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。

具体的実施例が、提供されたが、上記の説明は、例証であって、制限ではない。前述の実施形態の特徴のうちの任意の１つ以上は、任意の様式において、本発明における任意の他の実施形態の１つ以上の特徴と組み合わせられることができる。さらに、本発明の多くの変形例は、明細書の精査に応じて、当業者に明白となるであろう。本発明の範囲は、したがって、均等物のその全範囲とともに、添付の請求項を参照することによって判定されるべきである。

Claims (37)

1. 導電性材料であって、
   基材材料と、
   前記基材材料内に埋設された金属と
   から成り、
   前記金属は、前記材料の表面の中および下方に埋設されている、導電性材料。
2. 前記基材材料は、織物基材材料である、請求項１に記載の導電性材料。
3. 前記織物基材材料は、布地、繊維、撚糸、または糸である、請求項２に記載の導電性材料。
4. 前記布地、前記繊維、前記撚糸、または前記糸は、ポリエステル、ポリエーテル−ポリ尿素コポリマー、ナイロン、アクリル、変性セルロース、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、綿、羊毛、亜麻布、またはシルク材料から成る、請求項３に記載の導電性材料。
5. 前記基材材料は、熱分解性織物基材材料である、請求項１に記載の導電性材料。
6. 前記基材材料は、約３００℃を上回る温度で分解性である、請求項５に記載の導電性材料。
7. 前記金属は、銀、銅、金、パラジウム、白金、または合金、もしくはこれらの金属のいずれかの組み合わせから成る、請求項１に記載の導電性材料。
8. 前記金属は、合金、または銀、銅、金、パラジウム、もしくは白金の組み合わせから成る、請求項７に記載の導電性材料。
9. 前記金属は、銀から成る、請求項７に記載の導電性材料。
10. 導電性材料であって、前記材料は、金属錯化伝導性インク組成物を用いた基材材料の処置によって調製される、導電性材料。
11. 前記基材材料は、織物基材材料である、請求項１０に記載の導電性材料。
12. 前記織物基材材料は、布地、繊維、撚糸、または糸である、請求項１１に記載の導電性材料。
13. 前記布地、前記繊維、前記撚糸、または前記糸は、ポリエステル、ポリエーテル−ポリ尿素コポリマー、ナイロン、アクリル、変性セルロース、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、綿、羊毛、亜麻布、またはシルク材料から成る、請求項１２に記載の導電性材料。
14. 前記基材材料は、熱分解性材料である、請求項１０に記載の導電性材料。
15. 前記基材材料は、約３００℃を上回る温度で分解性である、請求項１４に記載の導電性材料。
16. 前記金属錯化伝導性インク組成物は、銀、銅、金、パラジウム、または白金から成る、請求項１０に記載の導電性材料。
17. 前記金属錯化伝導性インク組成物は、銀、銅、金、パラジウム、または白金の組み合わせから成る、請求項１６に記載の導電性材料。
18. 前記金属錯化伝導性インク組成物は、銀から成る、請求項１６に記載の導電性材料。
19. 前記処置は、３００℃またはそれを下回る温度で実施される、請求項１０に記載の導電性材料。
20. 前記基材材料は、染色によって、前記金属錯化伝導性インク組成物を用いて処置される、請求項１０に記載の導電性材料。
21. 前記基材材料は、印刷によって、前記金属錯化伝導性インク組成物を用いて処置される、請求項１０に記載の導電性材料。
22. 前記材料は、少なくとも約１０％伸展された後、約１，０００オームまたはそれ未満の電気抵抗を示す、請求項１−２１のいずれか１項に記載の導電性材料。
23. 前記材料は、少なくとも約１０％伸展された後、少なくとも約１００サイクルにわたって、約１，０００オームまたはそれ未満の電気抵抗を示す、請求項２２に記載の導電性材料。
24. 導電性材料を調製する方法であって、
    基材材料を提供することと、
    金属錯化伝導性インク組成物を用いて前記基材材料を処置することと、
    前記処置された基材材料を硬化させ、前記基材材料内に埋設される金属を発生させることと
    を含む、方法。
25. 前記基材材料は、織物基材材料である、請求項２４に記載の方法。
26. 前記織物基材材料は、布地、繊維、撚糸、または糸である、請求項２５に記載の方法。
27. 前記布地、前記繊維、前記撚糸、または前記糸は、ポリエステル、ポリエーテル−ポリ尿素コポリマー、ナイロン、アクリル、変性セルロース、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、綿、羊毛、亜麻布、またはシルク材料から成る、請求項２６に記載の方法。
28. 前記基材材料は、熱分解性材料である、請求項２４に記載の方法。
29. 前記基材材料は、約３００℃を上回る温度で分解性である、請求項２８に記載の方法。
30. 前記金属錯化伝導性インク組成物は、銀、銅、金、パラジウム、または白金から成る、請求項２４に記載の方法。
31. 前記金属錯化伝導性インク組成物は、銀、銅、金、パラジウム、または白金の組み合わせから成る、請求項３０に記載の方法。
32. 前記金属錯化伝導性インク組成物は、銀から成る、請求項３０に記載の方法。
33. 前記基材材料は、染色によって、前記金属錯化伝導性インク組成物を用いて処置される、請求項２４に記載の方法。
34. 前記基材材料は、印刷によって、前記金属錯化伝導性インク組成物を用いて処置される、請求項２４に記載の方法。
35. 前記基材材料は、少なくとも２回、前記金属錯化伝導性インク組成物を用いて処置される、請求項２４に記載の方法。
36. 前記硬化させるステップは、約３００℃以下で実施される、請求項２４に記載の方法。
37. 前記硬化させるステップは、約１２０分以下にわたって実施される、請求項２４に記載の方法。

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