JP4617506B2 - Ito粉体およびその製造方法、ito導電膜用塗料、並びに透明導電膜 - Google Patents
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(1)スズ塩とインジウム塩とを所定の比率で混合し、水を加えた後に中和剤を添加して、スズ含有水酸化インジウムを得る工程、
(2)得られたスズ含有水酸化インジウムを、250℃以上1000℃以下の温度で焼成する工程、を有するものがある。この焼成工程は、ITO粒子に酸素欠損を付与するために、還元雰囲気で行われる。
総水分吸着量が0.06質量%以上、2.0質量%以下であるITO粒子のみからなることを特徴とするITO粉体である。
化学吸着水分量が0.05質量%以上、1.0質量%以下であるITO粒子のみからなることを特徴とする第1の構成に記載のITO粉体である。
比表面積が20m2/g以上であるITO粒子を含むことを特徴とする第1または第2の構成に記載のITO粉体である。
上記ITO粉体を可視光領域における透過色をCIE(国際照明委員会)が定めるL*a*b*表示色系で示したときに、b*の値が−15以上、0以下であり、且つ98.1MPaで成型した圧粉体の体積抵抗値が0.1Ωcm以下であることを特徴とする第1から第3のいずれかの構成に記載のITO粉体である。
錫含有水酸化インジウムを、不活性ガスおよび還元性ガスの雰囲気下で焼成した後、大気中に暴露する前に、0℃以上、100℃以下の温度において、水分を含む、不活性ガスおよび/または還元性ガス雰囲気下で所定の時間処理して、ITO粉体を製造することを特徴とするITO粉体の製造方法である。
第1から第4の構成のいずれかに記載のITO粉体を用いたことを特徴とするITO導電膜用塗料である。
第6の構成に記載のITO導電膜用塗料を用いて製造されたことを特徴とする透明導電膜である。
本実施形態に係るITO粉体は、多数のITO粒子を含み、各ITO粒子は、水分を0.01質量%以上、2.0質量%以下含む。当該各ITO粒子が含む水分を、総水分吸着量とする。当該総水分吸着量は、さらに物理吸着水量と化学吸着水量とに分けられる。ここで、物理吸着水と化学吸着水について説明する。まず、物理吸着水とは、当該ITO粉体を室温から100℃まで加熱した際に粒子表面から脱離する水分のことである。次に、化学吸着水とは、当該ITO粉体を100℃から300℃の範囲で加熱した際に粒子表面から脱離する水分のことである。前者は粒子表面に主に水分子として物理的に存在しており、後者は粒子表面の第一層に配位、または化学結合により存在していると考えられる。そして、本実施形態に係るITO粉体を構成するITO粒子の化学吸着水分量は0.01質量%以上、1.0質量%以下である。
本発明者らの検討によると、本実施形態のITO粉体において、ITO粒子の比表面積がBET値で10m2/gを超えると、透明電極膜を作製した場合の光学特性、特に可視光領域の透過率が向上し、20m2/g以上では、その効果が顕著なものとなった。そこで、本実施形態に係るITO粒子においては、比表面積がBET値で20m2/g以上あることが好ましいことが判明したものである。
本実施形態のITO粉体は次のようにして製造される。
まず、第1の工程として、スズ塩とインジウム塩とを秤量混合し、当該混合物を純水に溶解してスズ塩とインジウム塩との混合溶液とし、当該混合溶液とアルカリとを反応させて、水酸化スズと水酸化インジウムとのスラリーを生成させる。
当該焼成工程の目的は、(1)スズ含有水酸化インジウムから、酸化物であるITOを生成させること、(2)得られるITOの粒子において粒子径を調整すること、(3)得られるITOの結晶に酸素欠損を与えること、である。従って、当該焼成工程は、ITOの結晶に酸素欠損を与えるために、不活性ガスと還元性ガスとを混合した弱還元雰囲気下で行われる。通常、当該弱還元雰囲気として、窒素やヘリウム、アルゴン等の不活性ガスに、水素や一酸化炭素、アンモニアガスを混合した混合ガスが用いられる。当該混合ガスにおける各ガスの混合比率は、ITOの結晶に付与しようとする酸素欠損量により適宜決定される。但し、当該混合ガスの還元力が強すぎると、スズ含有水酸化インジウムはInO、金属In等になってしまう。また、水素や一酸化炭素等の混合比率の目安は、混合ガスが大気中で爆発限界を超えない程度の濃度にすることが望ましい。
それは、比表面積(BET)が50〜150m2/g程度の微細なスズ含有水酸化インジウムを合成し、当該スズ含有水酸化インジウムを焼成してITOとする際の焼成温度を制御する方法である。当該ITO粒子のBET値制御方法は簡便で、好ましい方法である。
この安定化処理工程は、焼成して得られたITO粒子を含むITO粉体を、前記焼成温度以下の温度(この場合、0℃以上、100℃以下の温度が好ましい。)で、水分を含む、不活性ガスおよび/または還元性ガスに所定時間(1分間から1時間)暴露処理して、ITO粒子の表面に水分を吸着させる工程である。
水分の吸着機構としては、まず、ITO粒子の表面の第一層に水分子が化学吸着し化学吸着水となる。当該第一層の化学吸着水分子は、粒子表面との化学的な相互作用や、ITO粒子表面の電場と水分子の双極子モーメントとによって、ITO粒子表面に強く束縛されている。第二層以降になると、水分子とITO粒子の界面の束縛は弱いものとなり、当該水分は物理吸着水となる。室温から100℃までの温度で脱離する水分は、束縛の弱い第二層以降の物理吸着水であると考えられ、100〜300℃の温度によって脱離する水分は、第一層を中心とした化学吸着水であると考えられる。
このように活性が非常に高いITO粒子の表面へ水分子を吸着させると、ITO粒子の大気中での安定性が増す理由は、ITO粒子の表面に存在する結合の相手を持たない原子に対して当該水分子が強固に配位して、その後、酸素が吸着して酸素欠損が喪失する際のバリアになると考えられる。
本実施形態のITO粉体は、分散剤を用いて液状媒体物に分散させることにより液状またはペースト状の分散物として塗料化される。当該塗料化の方法は、公知の方法を適用できる。液状媒体物としては、アルコール、ケトン、エーテル、エステル等の有機溶媒や水を使用でき、分散剤としては、界面活性剤やカップリング剤等を使用すればよい。バインダーは、所望により用いればよいが、用いる場合は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、塩ビ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等が好適に使用できるが、これらに限られない。本発明に係るITO粉体を液状媒体物に分散させる際は、ビーズミル等の分散装置を用いて分散させるのが好ましい。
本実施形態のITO粉体を用いた塗液は、大気中での安定性が高く、抵抗値の経時変化が少ないという優れた特性を有する透明導電性の塗膜を、基板上への塗布という簡便且つ低コストな手段により、容易に作製することができる。
本実施形態のITO粉体を含む、液状またはペースト状の分散物である塗液の塗布または塗膜化に際しては、スクリーン印刷、スピンコート、ディップコート、ロールコート、刷毛コート、スプレーコート等の公知の方法を用いることが出来る。例えば、当該分散物を基板上に塗布する場合には、当該基板材料として、有機高分子、プラスチック、ガラス等をあげることができ、当該基板形状としてはフィルム状のものが一般的である。特に、タッチパネルのようにフレキシビリティを要求される基板には高分子フィルムが好ましく、当該高分子フィルムには、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンタフタレート(PEN)、ポリイミド、アラミド、ポリカーボネート等のフィルムを用いることが出来る。
成膜された本実施形態のITO粉体を含む塗膜は、大気中での安定性が高く、抵抗値の経時変化が少ないという優れた特性を有する透明導電性の塗膜である。
インジウム濃度が18.45質量%の塩化インジウム水溶液(InCl3)366gと、塩化スズ(SnCl2)22gとを秤量し、純水に溶解して、塩化インジウムと塩化スズとの混合溶液1.5lを調製した。当該混合溶液において、スズの濃度は、インジウムとスズの合計に対して15mol%となっている。
一方、濃度25質量%のNH3水溶液275gを純水2100gで希釈し、液温を50℃とした。当該NH3水溶液において、NH3量は、前記塩化インジウムと塩化スズとの混合溶液を中和するのに必要な量の2倍量である。
当該NH3水溶液を攪拌し、ここに前記塩化インジウムと塩化スズとの混合溶液を3分間かけて添加し、スズ含有水酸化インジウムの懸濁液とした。生成したスズ含有水酸化インジウムの懸濁物を濾過収集して、純水により洗浄して、スズ含有水酸化インジウムのケーキを得た。当該スズ含有水酸化インジウムのケーキを100℃で乾燥した。得られたスズ含有水酸化インジウムの比表面積は90m2/gであった。当該スズ含有水酸化インジウムを焼成炉内に設置し、アンモニアを0.5%含有する窒素雰囲気下で、710℃、2時間の焼成を行った。この焼成終了後、焼成炉内を30℃迄冷却し、相対湿度80%の窒素に30分間接触させた。
ここで、これらの各測定方法を以下に示す。
比表面積:測定装置としてカンタクロム社製のモノソーブを用い、BET1点法により求めた。
吸着水分:測定装置として三菱化学社製CA−100型を用いて測定した。本装置はカール・フィッシャー反応を用い電量滴定法により水分を求める装置である。
当該装置を用い、総吸着水分量、物理吸着水分量、および化学吸着水量を以下のように測定した。
まず、ITO試料を、当該装置の試料管に装填して昇温し、脱離した水分を滴定セル部で定量する。このとき室温から100℃までの昇温時に脱離した水分を物理吸着水とした。また、室温から300℃までの昇温時に脱離した水分を総吸着水分量とした。そして、当該総吸着水分量と当該物理吸着水分量との差分、すなわち100℃から300℃の昇温で脱離した水分量を算出し、これを化学吸着水量とした。
色差:測定装置として日本電色工業製測色色差計Z−300Aを用いて粉体の反射光を測定した。
圧粉体の抵抗値の測定:内径25mmの金型に充填した4gのITO粉体に98.1MPaの圧力をかけ、直径25mmの円柱状のペレットを作製した。当該ペレットの電気抵抗値を四探針法により測定した。尚、測定装置には、三菱化学製LORESTAHPを用いた。
ITO粉体を焼成後、炉から取り出し、速やかにN2を充填したグローブボックス中に搬送した。ITO粉体を、グローブボックス中でミルを用いて解砕した後、ペレット化し、速やかに圧粉体の抵抗測定を行った。尚、炉から取り出してから測定までの間に大気中に暴露された時間は、全部を加算してもせいぜい5分間以内であった。
ITO粉体を焼成後、炉から取り出し、大気中に2時間暴露後、N2を充填したグローブボックス中に搬送した。グローブボックス中でミルを用いて解砕した後、ペレット化し、速やかに圧粉体の抵抗測定を行った。尚、暴露した時の大気雰囲気は、相対湿度10〜20%で、温度は20℃±5℃であった。
焼成時の温度を640℃とし、焼成終了後、焼成炉内を30℃まで冷却し、相対湿度80%の窒素に50分間接触させた以外は、実施例1と同様の操作を行い、ITO粉体を製造した。
得られたITO粉体の比表面積(BET)は30m2/gであった。当該値および吸着水分量、色差、抵抗値の各測定結果を表1に示す。
実施例2と同様の操作を行い、相対湿度80%の窒素接触させた時間を、30分間(実施例3)、10分間(実施例4)、3分間(実施例5)として、ITO粉体を製造した。吸着水分量、色差、抵抗値の各測定結果を表1に示す。
焼成時の温度を580℃とした以外は実施例4との操作を行い、ITO粉体を製造した。得られたITO粉体の比表面積(BET)は40m2/gであった。当該値および吸着水分量、色差、抵抗値の各測定結果を表1に示す。
BETが20〜40m2/gのITO粉体を焼成した後、相対湿度80%の窒素に接触させる処理を行わなかった以外は、実施例1と同様の操作を行い、比較例1に係るITO粉体を製造した。同様に、相対湿度80%の窒素に接触させる処理を行わなかった以外は、実施例2と同様の操作を行い比較例2に係るITO粉体を、実施例6と同様の操作を行い比較例3に係るITO粉体を製造した。
得られた比較例1〜3に係るITO粉体の比表面積(BET)の値、および、吸着水分量、色差、抵抗値の各測定結果を表1に示す。
表1の結果から明らかなように、実施例1〜6に係る水分を吸着させたITO粒子を含むITO粉体においては、いずれも総吸着水分量が0.01質量%以上2.0質量%以下の範囲にあり、化学吸着水分量は0.01質量%以上1.0質量%以下の範囲にあった。そして、実施例1〜6に係るITO粒子を含むITO粉体においては、大気中に2時間暴露した前後において、圧粉体での比抵抗値および粉体の色度は、ほとんど変化しないことが判明した。この結果から、実施例1〜6に係るITO粉体は、大気中において安定であり、大気中に暴露された際の抵抗値の経時変化も少ないことが確認できた。
そして、比較例1〜3に係るITO粒子を含むITO粉体において、大気中への暴露前における初期の抵抗値は、実施例1〜6と同じであったが、2時間大気中に暴露した後では、圧粉体の抵抗値が上昇し、粉体の色度もb*が増大し、黄色みがかった粉体となった。この結果から、比較例1〜3に係るITO粉体は、大気中において不安定であり、大気中に暴露された際の抵抗値の経時変化も大きいことが確認できた。
以上、本発明を上記実施の形態および各実施例に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
Claims (7)
- 総水分吸着量が0.06質量%以上、2.0質量%以下であるITO粒子のみからなることを特徴とするITO粉体。
- 化学吸着水分量が0.05質量%以上、1.0質量%以下であるITO粒子のみからなることを特徴とする請求項1に記載のITO粉体。
- 比表面積が20m2/g以上であるITO粒子を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のITO粉体。
- 上記ITO粉体を可視光領域における透過色をCIE(国際照明委員会)が定めるL*a*b*表示色系で示したときに、b*の値が−15以上、0以下であり、且つ98.1MPaで成型した圧粉体の体積抵抗値が0.1Ωcm以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のITO粉体。
- 錫含有水酸化インジウムを、不活性ガスおよび還元性ガスの雰囲気下で焼成した後、大気中に暴露する前に、0℃以上、100℃以下の温度において、水分を含む、不活性ガスおよび/または還元性ガス雰囲気下で所定の時間処理して、ITO粉体を製造することを特徴とするITO粉体の製造方法。
- 請求項1から4のいずれかに記載のITO粉体を用いたことを特徴とするITO導電膜用塗料。
- 請求項6に記載のITO導電膜用塗料を用いて製造されたことを特徴とする透明導電膜。
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