JP5394749B2 - 金属ナノ粒子分散物の合成 - Google Patents
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Description
本明細書は、2005年12月20日付け出願の米国仮出願第60/752,143号「焼結助剤として金属ナノ粒子を使用した低温硬化インク」、2005年12月20日付け出願の米国仮出願第60/752,144号「金属ナノ粒子分散を有する低温硬化インク」、2005年12月21日付け出願の米国仮出願第60/752,628号「印刷導体を用いた電気容量結合相互作用エレクトロニクス」、及び2006年12月19日付け出願の非仮出願第11/613,136号「金属ナノ粒子分散の合成」に対して優先権を主張するものである。これら各明細書の全体は、この参照によってその全てが本明細書に組み込まれるものである。
本発明は、ナノ粒子の分野に関するものである。本発明はさらに、導電性インクの分野及び印刷可能な導電性特性の分野にも関するものである。
難しいため、低温のみに耐えられる基質上へ厚い導電性構造を形成する方法に対する必要
性もある。そのような方法に適したあらゆる組成物に対する関連した必要性も存在する。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある(国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む)。
本明細書で用いられたように、「水性」という用語は、水を含むことを意味する。
以下は、ただの代表例である限定されない実施例であり、必ずしも本発明の範囲を制限するものではない。
実施例1の物質は、Hiraiの方法(Hirai,et al.,Chemistry Letters,1992,1527-1530;Hirai,et al.,J.of Colloid and Interface Sci.,1993,161,471-474)と同様に、塩化ナトリウム誘導によってヘキサンへと移した。ヘキサン及び塩化ナトリウム溶液を、実施例1の物質を濃縮するために添加し、前記二相を10分間磁石スターラーバーで混合した。前記銀ナノ粒子は、非水性相へ相を移した(恐らく全てのイオン種が水性相に残存している)。懸濁された銀粒子を有する前記溶媒相は水相から分離した。120℃で相移動物質を硬化させる試みがなされた場合、前記銀は硬化せず、この温度で期間延長した後でさえ油性銀フィルムが残存した。
Claims (27)
- 組成物であって、
水性溶媒中に分散した金属ナノ粒子の集団を有し、
前記集団の少なくとも一部は、1nmから100nmの範囲の平均断面直径を有するものとして特徴付けされた個々の金属ナノ粒子を有するものであり、
前記各ナノ粒子は、その表面に結合した少なくとも一つのリガンドを有し、前記リガンドは前記ナノ粒子表面に結合したヘテロ原子頭部基及び前記ヘテロ原子頭部基に結合した尾部を有し、
前記金属ナノ粒子を有する当該組成物は、基質上に堆積され、140℃を下回る温度で90秒未満硬化させた後、厚さ10μm以下の結合性構造を形成するものであり、当該結合性構造が金属ナノ粒子を構成する金属のバルク抵抗率の2倍から15倍の範囲の抵抗率を有するものである、
組成物。 - 請求項1記載の組成物において、前記ナノ粒子集団はさらに、
2若しくはそれ以上の個々のナノ粒子を含む粒子凝集体、2若しくはそれ以上の個々のナノ粒子を含むナノ粒子フロック、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。 - 請求項2記載の組成物において、前記個々の金属ナノ粒子と前記金属ナノ粒子が凝集した粒子凝集体との重量比は、1:99から99:1の範囲である。
- 請求項2記載の組成物において、前記個々の金属ナノ粒子と前記金属ナノ粒子が凝集した粒子フロックとの重量比は、1:99から99:1の範囲である。
- 請求項2記載の組成物において、ナノ粒子凝集体は、100nmから10000nmの範囲の平均断面直径を有するものである。
- 請求項2記載の組成物において、ナノ粒子フロックは、100nmから10000nmの範囲の平均断面直径を有するものである。
- 請求項1記載の組成物において、個々の金属ナノ粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
- 請求項1記載の組成物において、前記組成物は、140℃を下回る温度で60秒未満硬化させた後、厚さ10μm未満の結合性構造を形成するものである。
- 組成物であって、
少なくとも一つの金属ナノ粒子を有する水性金属ナノ粒子混合物を有し、
当該組成物は、基質上に堆積され、140℃を下回る温度で90秒未満硬化させた後、厚さ10μm以下の結合性構造を形成するものであり、前記結合性構造は、前記金属ナノ粒子を構成する金属のバルク抵抗率の2倍から15倍の範囲の抵抗率を有するものである、組成物。 - 請求項9記載の組成物において、前記混合物は、金属ナノ粒子の集団、リガンド、水性溶媒、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
- 請求項10記載の組成物において、個々の金属ナノ粒子は、1nmから100nmの範囲の平均断面直径を有するものである。
- 請求項10記載の組成物において、個々の金属ナノ粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
- 金属ナノ粒子分散物を合成する方法であって、
少なくとも1つのリガンドであって、このリガンドは1から20炭素原子を有する尾部に結合したヘテロ原子頭部基を有するものである、リガンドと、
少なくとも1つの還元剤と、
水性分散溶液中における少なくとも1つの金属塩であって、この金属塩は、前記分散溶液の容積に基づいて10グラム/リットルから600グラム/リットルの範囲の濃度で分散して存在するものであり、前記金属塩は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含む少なくとも1つのカチオンを有するものである、金属塩と
を水性溶媒において反応させて金属ナノ粒子分散物を生成する工程と、
前記金属ナノ粒子分散物を基質上に堆積し、140℃を下回る温度で90秒未満硬化し、厚さ10μm以下の結合性構造を形成する工程であって、当該結合性構造が金属ナノ粒子を構成する金属のバルク抵抗率の2倍から15倍の範囲の抵抗率を有するものである前記形成する工程と、
を有する、方法。 - 請求項13記載の方法において、前記リガンドは、そのヘテロ原子頭部基によって金属ナノ粒子の表面に結合し、凝集に対して少なくとも一部は安定化されている金属ナノ粒子をもたらすものとして特徴付けされるものである。
- 請求項14記載の方法において、この方法は、さらに、
0.1:1から1:1の範囲の各モル比で前記リガンド及び金属塩を組み合わせる工程を有するものである。 - 請求項15記載の方法において、この方法は、さらに、
1:10から4:1の範囲の各モル比で前記金属塩及び還元剤を組み合わせる工程を有するものである。 - 基質上に導電性構造を形成する方法であって、
前記基質に組成物を堆積させる工程であって、前記組成物は、金属ナノ粒子の少なくとも1つの集団を有し、前記集団の少なくとも一部は、1nmから30nmの範囲の平均断面直径を有するものとして特徴付けされた個々の金属ナノ粒子を有するものであり、
前記各ナノ粒子は、その表面に結合した少なくとも一つのリガンドを有し、このリガンドは、前記ナノ粒子表面に結合したヘテロ原子頭部基及び前記ヘテロ原子頭部基に結合した尾部を有するものである、堆積させる工程と、
前記堆積させた組成物を硬化させる工程と
を有し、
前記組成物は少なくとも一つの金属ナノ粒子を有する水性金属ナノ粒子混合物を含むものであり、当該組成物は、基質上に堆積され、140℃を下回る温度で90秒未満硬化させた後、厚さ10μm以下の結合性構造を形成するものであり、前記結合性構造は、前記金属ナノ粒子を構成する金属のバルク抵抗率の2倍から15倍の範囲の抵抗率を有するものである、
ことを特徴とする、方法。 - 請求項17記載の方法において、前記堆積させる工程は、印刷方法を有するものである。
- 請求項17記載の方法において、前記ナノ粒子は、0.5から70重量%の範囲で存在するものである。
- 請求項17記載の方法において、前記組成物は、さらに、
流動学的重合調整剤(rheology modifier)を有するものである。 - 導電性構造を形成する方法であって、
基質に少なくとも1つの金属ナノ粒子を有する水性金属ナノ粒子組成物を堆積させる工程であって、前記組成物は、基質上に堆積され、140℃を下回る温度で90秒未満硬化させた後、当該金属ナノ粒子を構成する金属のバルク抵抗率の2倍から15倍の範囲の抵抗率を有し、さらに10μm以下の厚さを有する凝集性導電性構造を形成させるものである、前記堆積させる工程と、
前記堆積させた組成物を硬化させる工程と
を有する、方法。 - 請求項21記載の方法において、前記堆積させる工程は、印刷方法を有するものである。
- 請求項21記載の方法において、個々の金属ナノ粒子は、1nmから100nmの範囲の平均断面直径を有するものである。
- 請求項21記載の方法において、個々の金属ナノ粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
- 請求項21の方法によって製造される伝導性構造。
- 請求項1または9に記載の組成物において、前記金属ナノ粒子は水性溶媒内で合成され、この水性溶媒は10グラム/リットルから600グラム/リットルの濃度に相当する金属塩を含むものである。
- 請求項21に記載の方法において、前記水性金属ナノ粒子組成物は水性溶媒内で合成され、この水性溶媒は10グラム/リットルから600グラム/リットルの濃度に相当する金属塩を含むものである。
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