CN101896422A - 导电性无机氧化物粒子的制备方法及由该制备方法所得的导电性无机氧化物粒子 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供一种比现有的导电性无机氧化物粉末，颗粒更微小且具有良好的粉体电阻的导电性无机氧化物粉末。为达到该目的，提供一种导电性无机氧化物粒子的制备方法，其在无机氧化物粒子中掺杂掺杂剂金属组分，从而赋予导电性，其特征在于，经过以下的工序A～工序D进行制备。其采用：制备含有无机氧化物粒子的浆液的工序A；使掺杂剂金属组分共存在该含有无机氧化物粒子的浆液中，并使用电解掺杂装置(1)，通过电解法将掺杂剂金属组分电解掺杂在无机氧化物粒子内的工序B；对电解掺杂结束后的浆液进行过滤、干燥，并对粒子进行滤物收集的工序C；对已进行滤物收集的粒子进行烧成，从而制成导电性无机氧化物粒子的工序D。

Description

导电性无机氧化物粒子的制备方法及由该制备方法所得的导电性无机氧化物粒子
技术领域
本发明涉及一种导电性无机氧化物粒子的制备方法以及由该制备方法所得的导电性无机氧化物粒子。尤其涉及一种适合作为形成透明电极的材料而利用的导电性氧化锌粒子等。
背景技术
一直以来，导电性无机氧化物粒子被用于各种用途。其中，如专利文件1中所公开的内容，其被积极地用于作为液晶显示装置中的构成透明电极的材料。根据专利文件1的记载，其使用了例如被结晶化的ITO(铟锡氧化物：Indium Tin Oxide)膜。这种ITO膜，多见于使用由所谓的ITO粒子构成的ITO粉末而形成的。
如专利文件2中所公开的内容，这种ITO粒子是一种在氧化铟(In2O3)粒子中掺杂了锡(Sn)的含锡氧化铟，其作为导体膜具有电阻率小于等于100Ω·cm的电子导电性，该ITO粒子是一种适宜加工成导电性浆料或导电性油墨等而形成透明电极的材料。
但是，铟是一种作为含锡氧化铟的芯材而使用的氧化铟的组成元素，是一种埋藏量非常有限的稀有金属，其在市场上被高价买卖。因此，只要制造使用了氧化铟的导电性无机氧化物粉末，在削减制造成本上就有一定的局限性，因此无法向市场提供廉价的产品。
因此，人们正在开发一种不使用氧化铟作为芯材而能够形成透明电极等的代替产品。例如，如专利文件2中所公开的内容，其中有一种由锑掺杂氧化锡粉末组成的导电性粉末，该锑掺杂氧化锡粉末含有三氧化二铝换算量为0.01重量％～40重量％的铝。而且，由该锑掺杂氧化锡粉末组成的导电性粉末是由以下的制备方法所得的，该制备方法的特征为，在含有锡化合物、锑化合物和铝化合物的溶液中，通过中和反应生成氧化锡、氧化锑以及氧化铝的水合物的共沉物，并对所得的共沉物进行烧成。通过这种方式，现有的ITO粉利用湿式工艺中的化学反应，在缺乏导电性的无机氧化物粒子中掺杂用于赋予导电性的掺杂物(Dopant Species)。
此外，如专利文件3所述，采用一种导电性粉末的制备方法，来制备更为廉价的导电性无机粒子(粉末)等，所述导电性粉末的制备方法为，当在无机粉末的表面上覆盖掺杂了氧化锑的氧化锡时，首先在悬浊有无机粉末的水溶液中，同时添加氯化锡的盐酸水溶液和碱性水溶液，通过水解而使锡水合物析出、且进行覆盖，然后向该溶液中同时添加氯化锡、氯化锑的混合盐酸水溶液和碱性水溶液，对被所述锡水合物覆盖的无机粉末，进一步用含有共沉了锑水合物的锡水合物进行覆盖，对由此所得的覆盖粉末进行加热烧成，从而构成了具有氧化锑掺杂氧化锡覆盖的导电性粉末。
并且，近年来，将能够廉价制备的导电性氧化锌粉末，作为ITO粉末的替代品进行使用。例如，在专利文件4中公开了一种制备方法，其目的在于，将来自导电性氧化锌的制备工艺中所添加的硫酸铝的、硫酸阴离子的残留量尽可能降低，从而消除由于硫酸阴离子的混入而导致的高电阻化等损害。即、其采用了一种导电性氧化锌的制备方法，该导电性氧化锌的制备方法是，对于从作为赋予导电性的对象组分的非导电性氧化锌；作为活化组分的硫酸铝；作为侵蚀组分的碳酸铵、碳酸氢铵、硝酸铵、尿素中选出的一种以上的化合物，作为必需原材料进行使用，其特征在于，使导电性氧化锌的前体和用于固定硫酸根的阳离子共存，并将来自所述硫酸铝的残留硫酸根，作为不溶性硫酸盐进行固定。
专利文件1：日本特开2002-116455号公报
专利文件2：日本特开平8-12332号公报
专利文件3：日本特开平5-294631号公报
专利文件4：日本特开2000-53420号公报
发明内容
发明所要解决的课题
可是，即使在如上所述的湿式工艺中，在该工艺内利用化学反应所得的导电性无机氧化物粒子中，也具有以下的问题。
第一个问题是，作为一种在氧化锌中掺杂铝的方法，是通过在氧化锌浆液中加入硫酸铵等，使铝离子结合在氧化锌浆液上，再进行热处理而制备的，该方法具有：来自制备工艺中所使用的硫酸铵的硫酸阴离子，将会残留在导电性无机氧化物粒子上，从而引起粉体电阻上升等的各种问题。因此，人们一直在寻求能抑制硫酸阴离子混入导电性无机氧化物粒子中的方法。
第二个问题是，现有的导电性无机氧化物粒子的一次粒径是0.2μm左右，其比较大。因此，在进行油墨化或浆料化时等，不能与树脂组分进行均匀混合，并且使用这些混合物所形成的涂层膜、薄膜等，无法获得具有优良透明性的电极膜、涂膜等。假设如果能够减少导电性无机氧化物粒子的粒径，还能够将其转用在例如化妆品的领域中，通过在粉底等中添加颗粒微小的导电性无机氧化物粒子，就能够使皮肤透明，极大地提高阻挡紫外线(UV)的效果。此外，如果有颗粒微小的导电性无机氧化物粒子，则能够作为氧化锌粉体的替代品，而使用于添加在以防止带电、隔绝红外线为目的的橡胶制品、塑料制品、涂料制品中，由于可以以更少的混合量而获得较高的导电率，所以能够降低橡胶制品、塑料制品、涂料制品的成本，并能够提高其透明性。
第三个问题是，现有的导电性无机氧化物粒子的粉体电阻值，大约处于200Ω·cm～500Ω·cm的范围内，即具有较大的粉体电阻。如果导电性无机氧化物粒子的粉体电阻的值较低，导电性较好，则能够像氧化锌粉末一样发挥隔绝红外线区域的波长的效果。若能够获得这种颗粒微小的氧化锌粉末，则通过使该氧化锌粉末包含在汽车涂料或住宅的外墙涂料中，从而能够隔绝阳光中所含有的红外线。其结果是，即使夏天的日照很强，也能够有效地防止室内或车内的温度上升，并且在冬天不会使供暖设备的热量泄露到外面，这从节约能源的观点，也是值得推荐的。通过将氧化锌粉末混合在化妆品原料中，不仅能够吸收紫外线，而且能够防止红外线的透过，从而能够缓和对皮肤的红外线的照射。
综上所述，人们期待开发出一种与现有的导电性无机氧化物粉末相比，颗粒更微小且具有良好粉体电阻的导电性无机氧化物粉末。
解决课题的方法
因此，本案的发明者们，经过努力研究，通过采用以下所述的导电性无机氧化物粒子的制备方法，从而使获得颗粒微小的导电性无机氧化物粒子变成了现实。此外，由于在通过该制备方法所得的导电性无机氧化物粒子中所包含的杂质的量很少，所以其粉体电阻较低，具有良好的导电性能。以下，对本发明的导电性无机氧化物粒子的制备方法以及导电性无机氧化物粒子的概要进行说明。
本发明所涉及的导电性无机氧化物粒子的制备方法：本发明所涉及的导电性无机氧化物粒子的制备方法，在无机氧化物粒子中掺杂掺杂剂金属组分，从而对无机氧化物粒子赋予导电性，其特征在于，通过在含有无机氧化物粒子的浆液中包含了掺杂剂金属组分的状态下进行电解，从而进行电解掺杂以使该掺杂剂金属组分和无机氧化物粒子的组成成分复合，并进行过滤、干燥、滤物收集。
而且，更具体为，本发明所涉及的导电性无机氧化物粒子的制备方法，其用于获得一种在无机氧化物粒子中掺杂有掺杂剂金属组分，从而对无机氧化物粒子赋予导电性的导电性无机氧化物粒子，其特征在于，该制备方法经过以下的工序A～工序D进行制备。
工序A：对含有无机氧化物粒子的浆液进行制备的工序。
工序B：使掺杂剂金属组分共存在该含有无机氧化物粒子的浆液中，并通过电解法，将掺杂剂金属组分电解掺杂在无机氧化物粒子内的工序。
工序C：对电解掺杂结束后的浆液进行过滤、干燥，并对粒子进行滤物收集的工序。
工序D：对已进行滤物收集的粒子进行烧成，制成导电性无机氧化物粒子的工序。
在本发明所涉及的导电性无机氧化物粒子的制备方法中，在所述工序A中所使用的无机氧化物粒子，优选使用氧化锌、二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铈、氧化镍、氧化锡、氧化碲、氧化钒中的任意一种。
此外，在所述工序A中所使用的无机氧化物粒子，优选使用其平均一次粒径为1nm～30nm的粒子。
而且，所述工序A中制备的含有无机氧化物粒子的浆液，优选含有5wt％～30wt％的无机氧化物粒子。
并且，所述工序A中制备的含有无机氧化物粒子的浆液，优选含有浓度为0.001mol/L～0.05mol/L的电解质。
其次，在本发明的导电性无机氧化物粒子的制备方法中的所述工序B中，共存于含有无机氧化物粒子的浆液中的掺杂剂金属组分，以掺杂剂金属组分的氧化物换算，优选含有0.1wt％～20.0wt％的浓度。
而且，所述工序B中所使用的电解法优选为，在阳极使用由掺杂剂金属制造的溶解性阳极电极，通过电解通电，向含有无机氧化物粒子的浆液中提供掺杂剂金属离子，从而使掺杂剂金属离子的浓度维持在一定水平上。
此外，所述工序B中所使用的电解法优选为，在阴极上使用由掺杂剂金属制造的阴极电极。
并且，本发明的导电性无机氧化物粒子制备方法中的所述工序B中所使用的电解法的条件，优选采用一定的条件。首先，优选在进行浆液搅拌的同时，进行电解。
而且，所述工序B所使用的电解法中，优选为以0.3mA/cm2～100mA/cm2的电流密度进行电解。
此外，所述工序B所使用的电解法中，优选将浆液的温度设定在30℃～85℃的范围内进行电解。
并且，所述工序B优选为，在电解结束后，进行辅助搅拌，即对浆液继续搅拌1小时以上，从而提高粒子分散性。
在本发明的导电性无机氧化物粒子的制备方法中，在所述工序D的烧成中所使用的还原环境，优选为含有氢气的环境、惰性气体环境、氨气环境以及真空中的任意一种。
在所述工序D的烧成中所使用的烧成温度，优选为300℃～800℃。
并且，所述工序B所使用的电解法中，优选为在进行电解通电时，进行二氧化碳鼓泡。
在进行所述二氧化碳鼓泡时，在所述工序C与工序D之间，优选设置对于因所述二氧化碳鼓泡而产生的碱性碳酸金属盐进行热分解的热分解处理工序。
在本发明的导电性无机氧化物粒子的制备方法中，所述掺杂剂金属组分，优选使用从镓、铱、铜、锑、砷、硼、铊、铋、钒、铌、钽、铁中选出的一种或两种以上的组分。
本发明的导电性无机氧化物粉末：本发明的导电性无机氧化物粉末由导电性无机氧化物粒子构成，该导电性无机氧化物粒子是通过以上任意一项所记载的导电性无机氧化物粒子的制备方法，在无机氧化物粒子中对掺杂剂金属组分进行掺杂而获得的，其特征在于，该导电性无机氧化物粉末，是由粒径的平均一次粒径为3nm～40nm的导电性无机氧化物粒子所构成的。
本发明的导电性无机氧化物粉末优选为，以掺杂剂金属组分的氧化物换算，含有0.1wt％～20.0wt％的掺杂剂金属组分。
而且，作为本发明的导电性无机氧化物粉末的芯材所使用的所述无机氧化物粒子，优选使用从氧化锌粒子、二氧化钛粒子、二氧化硅粒子、氧化铝粒子、氧化锆粒子、氧化镁粒子、氧化铈粒子、氧化镍粒子、氧化锡粒子、氧化碲粒子、氧化钒粒子中选出的任意一种。
此外，本发明的导电性无机氧化物粉末中的所述掺杂剂金属组分优选为，从镓、铱、铜、锑、砷、硼、铊、铋、钒、铌、钽、铁中选出的一种或两种以上的组分。
并且，本发明的导电性无机氧化物粉末优选为，当导电性无机氧化物粉末为100wt％时，无机氧化物粒子的组成金属组分量、掺杂剂金属组分量、氧组分量的各个组分的合计组分量为，大于等于99.9wt％。
而且，本发明的导电性无机氧化物粉末表现出低电阻，即、在圆筒形容器(内径18mm)中填充了1.0g的该导电性无机氧化物粉末，并施加了100kg/cm2压力的压缩状态下，对两端的电阻进行测量所得的粉体电阻率为，小于等于500Ω·cm。
发明的效果
本发明的导电性无机氧化物粒子的制备方法为，一种通过电解法向无机氧化物粒子中导入掺杂物，并对该粒子进行滤物收集、烧成而获得产物的方法。与利用了现有的湿式工艺中的化学反应的掺杂相比，当采用该方法时，能够向微小的无机氧化物粒子中导入稳定的掺杂物。而且，当采用电解法时，由于不利用化学物质的化学反应，所以能够使液体体系的组成变得简单化，并且能够采用杂质成分较少的液体组成。因此，构成本发明的导电性无机氧化物粉末的导电性无机氧化物粒子的杂质含量很少，从而使纯度提高。其结果是，由本发明的导电性无机氧化物粒子所组成的导电性无机氧化物粉末，其组成粒子的粒径很小，其粉体电阻也很小，从而表现出良好的导电性能。
附图说明
图1为，表示电解掺杂装置的结构的模式图。
图2为，本发明的导电性氧化锌粒子的透射式电子显微镜的观察图像。
图3为，市售的导电性氧化锌粒子的透射式电子显微镜的观察图像。
图4为，使用透射式电子显微镜，对于在本发明的导电性氧化锌粒子以及与市售的导电性氧化锌粒子的粒子内的各元素分布状态进行表示的图。
符号说明
1电解掺杂装置
2电解槽
3阳极电极
4阴极电极
5搅拌单元
6外部电源
7含有无机氧化物粒子的浆液(含有氧化锌粒子的浆液)
10无机氧化物粒子
具体实施方式
关于本发明所涉及的发明的实施方式，下面以本发明所涉及的导电性无机氧化物粒子的制备方式、以及导电性无机氧化物粒子的形态的顺序进行说明。
<本发明所涉及的导电性无机氧化物粒子的制备方式>
本发明所涉及的导电性无机氧化物粒子的制备方法，作为技术思想，其是一种在无机氧化物粒子中掺杂掺杂剂金属组分，从而对无机氧化物粒子赋予导电性的导电性无机氧化物粒子的制备方法，其特征在于，通过在含有无机氧化物粒子的浆液中包含了掺杂剂金属组分的状态下进行电解，从而进行电解掺杂以使该掺杂剂金属组分和无机氧化物粒子的组成成分进行复合，并进行过滤、干燥、滤物收集。而且，该技术思想，能够按照以下的方式进行具体表达。下面分成工序A～工序D，对每个工序进行说明。
工序A：在该工序中，对含有无机氧化物粒子的浆液进行制备。首先，对无机氧化物粒子进行说明。此处所说的无机氧化物粒子，优选使用氧化锌、二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铈、氧化镍、氧化锡、氧化碲、氧化钒中的任意一种。这是由于只要是此处所述的无机氧化物粒子，就能够使用电解法对掺杂剂金属组分进行掺杂。对此处所说的关于无机氧化物粒子的制备方法，没有特别的限定。例如，能够采用湿式合成法、化学气相反应法、溅射法、溶胶-凝胶法等的各种方法。
而且，在所述工序A中所使用的无机氧化物粒子，优选使用其平均一次粒径为1nm～30nm的粒子。虽然将无机氧化物粒子的平均一次粒径的下限值设为1nm，但是严格地说，并不是完全排除小于1nm的粒子。当平均一次粒径小于1nm时，由于即使使用透射式电子显微镜并采用500000倍左右的倍率，也很难正确地测量出该粒径，所以姑且将其设为下限值。另一方面，即使无机氧化物粒子的平均一次粒径超过30nm，也没有特别的问题，但是会脱离本发明的目的，即获得颗粒微小的导电性无机氧化物粒子。例如，在作为化妆品原料使用时，以及形成厚度为1μm以下的薄而微小的透明电极时等，有可能无法满足所需品质。因此，若考虑到无机氧化物粒子的制备稳定性、以及在所有领域中的使用稳定性，则优选为，使用粒径位于5nm～20nm范围内的无机氧化物粒子。
而且，需要明确的是，也能够使用超过上述平均一次粒径的范围的较大粒径的粒子。其理由是，在该情况下，通过下文所述的二氧化碳鼓泡从而引起无机氧化物粒子的溶解，并产生碳酸锌等金属盐，因此在该过程中，最初的无机氧化物粒子的粒径变小。关于该二氧化碳的鼓泡，在下文进行说明。
其次，在所述工序A中制备的含有无机氧化物粒子的浆液，优选使用含有5wt％～30wt％的无机氧化物粒子的浆液。此处，含有无机氧化物粒子的浆液，基本上是指将无机氧化物粒子分散在水中的浆液。在此，当含有无机氧化物粒子的浆液中的无机氧化物粒子小于5wt％时，因为无机氧化物粒子的含量少，并且所得的导电性无机氧化物粒子的量也少，所以不能满足工业上所要求的生产性。另一方面，当含有无机氧化物粒子的浆液中的无机氧化物粒子超过30wt％时，具有浆液浓度过高、搅拌困难、在反应体系内容易引起反应不均匀、且粒子之间也容易发生凝集化的趋势。
此外，本发明所涉及的导电性无机氧化物粒子的制备方法为，将电极浸渍在所述工序A中制备的含有无机氧化物粒子的浆液中，从而进行电解，因此优选添加通电所需的电解质。该电解质优选为，可以使用作为无机酸的盐酸。这是因为不会对导电性无机氧化物粒子的纯度有很大的影响。并且，作为电解质优选为，使用含有无机氧化物粒子的组成金属组分的电解质。例如，当将氧化锌用于无机氧化物粒子时，使用氯化锌；当将二氧化钛用于无机氧化物粒子时，使用硫酸钛；当将二氧化硅用于无机氧化物粒子时，使用硅酸钠；当将氧化铝用于无机氧化物粒子时，使用氢氧化铝；当将氧化锆用于无机氧化物粒子时，使用硫酸锆；当将氧化镁用于无机氧化物粒子时，使用硫酸镁等。此外，也能够添加不引入杂质、且不妨碍导电性的电解质。
而且，在含有无机氧化物粒子的浆液中，优选含有浓度为0.001mol/L～0.05mol/L的电解质。当电解质小于0.001mol/L时，在电解时，不能获得良好的通电，并且不能将掺杂剂金属组分均匀地掺杂在无机氧化物粒子中。另一方面，即使电解质超过0.05mol/L，也不会对电解时的通电造成任何影响，但作为可溶性阳极而被配置于阳极的铝材的溶解会变得不均匀，并且掺杂剂金属组分在无机氧化物粒子中的掺杂也会变得不均匀的同时，若阴离子的量不合适时，则阴离子本身会构成杂质成分。
工序B：在该工序中，使掺杂剂金属组分共存于该含有无机氧化物粒子的浆液中，并通过电解法，将掺杂剂金属组分电解掺杂在无机氧化物粒子内。作为在此处所言及的、使掺杂剂金属组分共存于该含有无机氧化物粒子的浆液中的方法，可以使用一开始就在含有无机氧化物粒子的浆液中、添加例如掺杂剂金属组分的氢氧化物的化合物的方法；可以使用由溶解性的掺杂剂金属组分所构成的电极进行通电，从而使掺杂剂金属组分溶解析出在含有无机氧化物粒子的浆液中的方法；也可以使用对二者进行组合的方法等。例如，能够使用一开始在含有无机氧化物粒子的浆液中、添加作为铝化合物的氢氧化铝；或使用溶解性的铝电极，并进行通电，从而使铝组分溶解析出在含有无机氧化物粒子的浆液中的方法等。这是由于在电解掺杂时，若在含有无机氧化物粒子的浆液中共存有铝组分就足够了。而且，如图1所示，在使用由溶解性的掺杂剂金属组分所构成的电极时，将含有无机氧化物粒子的浆液放入电解掺杂装置1的电解槽2中，并配置阳极电极3、阴极电极4，通过通电进行电解，从而将掺杂剂金属组分电解掺杂在无机氧化物粒子10内。
当对该工序B进行说明时，首先，关于电解掺杂的机制，主要以在氧化锌粒子上掺杂铝的情况为例进行说明。这里的电解掺杂是指，从外部向电极之间施加电能，从而引起规定的电解反应，使所产生的离子复合在无机氧化物粒子上的方法。此时的电解反应分为，在电极和氧化锌浆液之间的界面上产生的电极反应(一次反应)、以及铝离子(Al3+)和氧化锌(ZnO)进行复合的二次反应。利用该二次反应，从而使掺杂剂金属组分复合在氧化锌等的无机氧化物粒子上。
此时的电解掺杂为，在阳极上使用由铝构成的可溶性阳极。此时的阳极在电解时，会从阳极上溶解析出铝离子(Al3+)。而且，由于该溶解析出的铝离子(Al3+)处于活化状态，因而在浆液中形成氢氧化铝。并且，人们认为通过进行以下所述两个工艺中的任意一个、或同时进行两个工艺，就能够将掺杂剂金属组分掺杂在无机氧化物粒子上。与以下所述的掺杂工艺无关，由于这种电解掺杂所使用的药品种类非常少，所以具有能够在杂质很少的状态下对掺杂剂金属组分进行掺杂的特点。下面，使用铝作为掺杂剂金属组分进行说明。
第一工艺为：通过进行电解，在含有无机氧化物粒子的浆液中，从作为掺杂剂金属组分的铝制阳极中溶解析出的铝离子(Al3+)，将转化为氢氧化铝，并且该氢氧化铝会附着在无机氧化物粒子的表面上，其后，通过烧成，氢氧化物转化为氧化物的同时，作为掺杂剂金属组分的铝组分会扩散到无机氧化物粒子的粒子内部，从而完成掺杂。
第二工艺为：通过进行电解，在含有无机氧化物粒子的浆液中，从作为掺杂剂金属组分的铝制阳极中溶解析出的铝离子(Al3+)，将转化为氢氧化铝。此外，另一方面，同时通过二氧化碳鼓泡，将被包含在含有无机氧化物粒子的浆液中的无机氧化物粒子的一部分或全部进行溶解，从而形成碱性碳酸金属盐(例如碳酸锌)。然后，形成了氢氧化铝和碱性碳酸金属盐发生复合的共析物之后，通过烧成，氢氧化物以及碱性碳酸金属盐将转化为氧化物，并且形成了均匀含有作为掺杂剂金属组分的铝组分的无机氧化物粒子，从而完成掺杂。此外，也可以在进行电解掺杂之前，就对含有无机氧化物粒子的浆液进行该二氧化碳鼓泡。
当通过这种方式，向无机氧化物粒子中掺杂了作为掺杂剂金属组分的铝组分时，根据以下的理论，能够对无导电性的无机氧化物粒子赋予导电性。以氧化锌粒子为例进行说明。即、组成氧化锌粒子的氧化锌(ZnO)，具有纤锌矿型晶体结构。该纤锌矿型晶体结构是阴离子与阳离子以1∶1的比例进行结合的、被认为是离子结晶的晶体结构中的一种。可以说是一种氧化物离子所形成的六方密堆积晶格排列、与锌离子所形成的六方密堆积晶格排列组合而成的结构。即、可以看作是一方的六方密堆积晶格，沿另一方的六方密堆积晶格的高度方向，在六角柱高度的3/8处错位且重合的结构。一般认为在氧化锌粒子上掺杂有掺杂剂金属组分时，铝离子(Al3+)等的掺杂剂金属离子取代到氧化锌粒子的锌位置上。在此，考虑到锌离子(Zn2+)的最外周电子为两个，而取代的掺杂剂金属离子的最外周电子为1、3、5个，例如，若锌离子被铝离子所取代，相对地就处于剩余一个电子的状态。该剩余的电子就成为自由电子，若该自由电子增加，则会使电流易于流动。其结果是，氧化锌粒子的粉体电阻下降，从而发挥导电性。
在此，说明半导体的导通理论。将在纯半导体的单晶中混入了微量杂质后的物质称为杂质半导体。而且，该杂质半导体可分为n型半导体和p型半导体。该n型半导体是，通过在高纯度的半导体材料(主要是硅)中，将比硅高一个价态的砷等元素作为杂质进行微量添加而制备的。这种硅结晶的相邻的硅原子之间共有电子，从而以各自的原子具有8个电子的状态进行结合。该状态下的电子，受到原子较强的束缚，几乎不能进行电传导。因此，纯的硅结晶既不是导体也不是绝缘体，而处于电流难以流动的“半导体”的状态。通过加入具有5个价电子的砷，从而在外周剩余一个电子，并且该电子受到的砷原子的束缚很弱，能够自由地移动。而且，由于电子本身带有负电荷，所以施加电压后，该电子会向正极流动。
当将铝组分作为掺杂剂金属组分掺杂在氧化锌粒子上时，能够应用所述的n型半导体的导电理论。如果考虑到氧化锌的能带(energy band)，则若电子跨越禁带宽度(energy gap)而被激发到导带时，导带的电子能够自由移动，从而能够使电流流动。氧化锌是一种价电子带与导带之间的禁带宽度为3.2eV左右的半导体。因此，在室温下，因热能从价电子带被激发到导带的电子数很少，粉体电阻变得非常大。但是，通过掺杂掺杂剂金属组分，在外周上剩余的一个自由电子、空穴会形成施主能级，即使在室温下，电子也能够容易地离开掺杂剂金属离子，其结果是，将会获得在室温下作为电传导体发挥作用的导电性锌氧化物粒子。
而且，在工序B中所用的阳极，优选使用由掺杂剂金属组分所构成的溶解性阳极电极(例如铝电极)。因使用溶解性阳极电极，掺杂剂金属离子会根据通电量而进行溶解析出，所以能够将用于电解的含有无机氧化物粒子的浆液中的掺杂剂金属离子量维持在一定的水平上，从而提高电解的稳定性。此外，当作为溶解性阳极使用铝电极时，优选使用所谓的纯铝。若使用合金类的铝材时，则由于锰、铁等杂质元素的量会增加，并且所得的导电性无机氧化物粒子的纯度会下降，所以并不优选。
在此，关于电解液中的掺杂剂金属浓度优选为，以掺杂剂金属的氧化物(在掺杂剂金属是铝的情况下为氧化铝(Al2O3))换算，位于0.1wt％～20.0wt％的范围内。当该掺杂剂金属的浓度不足0.1wt％时，由于掺杂剂金属组分的掺杂速度慢，掺杂量也少，所以很难从无机氧化物粒子中获得具有充分导电性能的导电性无机粒子。另一方面，当该掺杂剂金属的浓度超过20.0wt％时，由于掺杂量过剩，所得的导电性无机氧化物粒子的载流子浓度也过剩，所以载流子迁移率减小，并且掺杂剂金属氧化物(例如Al2O3)的形成也变得明显，从而使粉体电阻变大，因此并不优选。
此外，在所述工序B中所使用的电解法优选为，在阴极上也使用掺杂剂金属制的阴极电极。作为在电解中的重要因素是，能否通过组合阳极和阴极的材质，从而使电解时的极化状态产生变化，并进行恰当的电解。考虑到这点，在无机氧化物粒子中掺杂有掺杂剂金属组分时，要考虑与掺杂剂金属制的溶解性阳极电极之间的组合，而在阴极上选择使用铝、锌等最适合的阴极电极，从而能够促进掺杂剂金属组分从溶解性阳极电极中进行溶解析出，并能够进行适当的掺杂操作。
在本发明所涉及的导电性无机氧化物粒子的制备方法中，所述工序B中所使用的电解条件优选为，在对含有无机氧化物粒子的浆液进行搅拌的同时，进行电解。这是因为在已静置的含有无机氧化物粒子的浆液中，即使最初进行了搅拌，但由于停止搅拌后无机氧化物粒子会发生沉降，所以不能通过电解进行均匀的掺杂。
而且，所述工序B中所使用的电解法还优选为，在进行电解通电时，进行二氧化碳鼓泡。这是因为在含有无机氧化物粒子的浆液中，通过二氧化碳鼓泡，从而使无机氧化物粒子的一部分或全部溶解，并生成碱性碳酸金属盐，再与掺杂剂金属的氢氧化物进行共析，通过热分解而获得更细微的导电性氧化金属粒子。因此，在使用氧化锌粒子的情况下，在含有无机氧化物粒子的浆液中，将会生成碱性碳酸锌(ZnCO3)。
此外，所述工序B的电解法优选为，以0.3mA/cm2～100mA/cm2的电流密度进行电解。在该电流密度不足0.3mA/cm2的情况下，相对于无机氧化物粒子，规定量的掺杂剂金属组分的掺杂速度变慢，掺杂量也减少。若掺杂量少，则载流子浓度低，从而不能获得导电性无机氧化物粒子所要求的导电性能。另一方面，在该电流密度超过100mA/cm2的情况下，相对于无机氧化物粒子的掺杂剂金属组分的掺杂速度过大，掺杂量也会增加。若该掺杂量增多，则作为导电性无机氧化物粒子的载流子浓度增加，载流子迁移率会减少。而且，具有因形成三氧化二铝(Al2O3)等掺杂剂金属氧化物，从而使电阻增大的趋势。
并且，在所述工序B中使用的电解优选为，将含有无机氧化物粒子的浆液的温度设定在30℃～85℃的范围内，从而进行电解。当液体温度小于30℃时，掺杂反应的速度变慢，并且在进行上述的二氧化碳鼓泡时，很难在含有无机氧化物粒子的浆液中生成碱性碳酸金属盐。另一方面，当液体温度超过85℃时，由于含有无机氧化物粒子的浆液中的水分蒸发变得很明显，并且不能稳定地维持在含有无机氧化物粒子的浆液中所含的组分浓度，且不能进行稳定的电解掺杂，所以并不优选。
而且，所述工序B还优选为，电解掺杂结束后再进行辅助搅拌，即，通过对浆液继续搅拌1小时以上，从而使粒子的分散性提高。即使在电解掺杂时粒子之间发生再凝集，也能够通过这种事后的辅助搅拌，来破环粒子之间的凝集状态，从而能够使粒子的分散性提高。此时的搅拌方法能够采用，由搅拌弹簧进行的搅拌、缓和的流体磨粉机搅拌、以一种被称为“薄膜旋回型高速搅拌机(T.K.fill mix)”的装置等为代表的层流式搅拌等。
工序C：在该工序中，对电解掺杂结束后的浆液进行过滤、干燥，并对粒子进行滤物收集。对于此时的过滤方法及干燥方法，没有特别限定，能够使用公知的任何一种方法和装置。
工序D：在该工序中，对滤物收集后的粒子进行烧成，从而制成导电性无机氧化物粒子。在本发明所涉及的导电性无机氧化物粒子的制备方法中，在所述工序D的烧成中所使用的还原性环境优选为，含有氢气的环境、惰性气体环境、氨气环境以及真空中的任意一种。此处，采用还原性环境或非氧化性环境的原因是，其比在空气中进行烧成时的烧成速度更快，其结果是，由于掺杂剂金属离子对无机氧化物的晶体晶格的原子位置(例如，氧化锌中的锌的位置)的取代变得容易，从而达到使掺杂剂金属组分充分固溶的状态，并且由于从无机氧化物中释放出一个电子从而表现出导电性且电阻下降，所以易于获得低电阻的导电性无机氧化物。
并且，在所述工序D的烧成中所使用的烧成温度，优选为300℃～800℃。当烧成温度小于300℃时，铝离子对无机氧化物的晶体晶格的原子位置(例如，氧化锌中的锌的位置)的取代变得困难，其结果是，很难获得具有良好导电性的导电性氧化物。此外，由于烧成需要长时间，所以不能满足工业上所要求的生产性。另一方面，当采用超过500℃的烧成温度时，虽然铝离子对无机氧化物的晶体晶格的原子位置(例如，氧化锌中的锌的位置)的取代变得容易，但是由于容易引起粒子之间的烧结，并且引起粒子凝集而成长为粗大的二次粒子，所以并不优选。在以上的温度范围内，若考虑到作为导电性无机粒子所需的更稳定的品质与生产性，则更优选为，采用300℃～500℃的烧成温度。
此外，优选为，当进行所述二氧化碳鼓泡时，在所述工序C与工序D之间，设置对于由所述二氧化碳鼓泡而产生的碱性碳酸金属盐进行热分解的热分解处理工序。该热分解工序是针对在电解结束后、且进行烧成前的附着有碱性碳酸金属盐的无机氧化物粒子进行的。例如，在作为无机氧化物粒子而使用氧化锌粒子的情况下，为了使附着在该氧化锌粒子上的碱性碳酸锌(ZnCO3)热分解而实施的。优选为，使用以下范围内的条件，即、此时的碱性碳酸金属盐的热分解温度为250℃～400℃，热分解时间为1小时～3小时，烧成环境为大气环境。在此，当热分解温度小于250℃时，不能迅速地对碱性碳酸金属盐进行热分解。另一方面，当热分解温度超过400℃时，则由于在对碱性碳酸金属盐进行热分解的同时，也产生所述工序D所发生的烧成现象，所以不能获得具有良好品质的导电性无机氧化物粒子。此外，根据所选择的热分解温度来确定热分解时间。
<本发明所涉及的导电性无机氧化物粒子的形态>
以上所述的本发明所涉及的导电性无机氧化物粉末的制备方法，适合制备在现有技术中未曾出现的颗粒微小的导电性无机氧化物粒子。因此，若将颗粒微小的无机氧化物粒子作为原料使用，则能够获得平均一次粒径为3nm～40nm的、掺杂了掺杂剂金属组分的导电性无机氧化物粒子。该粒径的范围，是在作为原料的无机氧化物粒子使用了平均一次粒径为1nm～30nm的粒子时所获得的。由具有该级别的平均一次粒径的导电性无机氧化物粒子所构成的导电性无机氧化物粉末，不能通过利用现有化学反应的制备方法来获得，其结果是，所述导电性无机氧化物粉末不是在当前市场上流通的产品。
而且，利用以上的制备方法所制备的本发明所涉及的导电性无机氧化物粉末，能够提供以掺杂剂金属氧化物(例如氧化铝(Al2O3))换算，含有0.1wt％～20.0wt％的掺杂剂金属组分的产品。在此，当导电性无机氧化物粉末的掺杂剂金属组分，以掺杂剂金属氧化物换算时小于0.1wt％时，掺杂剂金属组分对无机氧化物粒子的掺杂量就会不足，从而很难对无机氧化物粒子赋予导电性。另一方面，当导电性无机氧化物粉末的掺杂剂金属组分，以掺杂剂金属氧化物换算时超过20.0wt％时，掺杂了掺杂剂金属组分之后的导电性无机氧化物粒子的导电性不会进一步提高，从而浪费了资源，所以并不优选。
此外，作为本发明所涉及的导电性无机氧化物粉末的芯材所使用的所述无机氧化物粒子，优选使用从氧化锌粒子、氧化铜粒子、二氧化钛粒子、二氧化硅粒子、氧化铝粒子、氧化锆粒子、氧化镁粒子、氧化铈粒子、氧化镍粒子、氧化锡粒子、氧化碲粒子、氧化钒粒子中选出的任意一种。这是因为至少此处所列的无机氧化物粒子，当被用于掺杂剂金属组分的掺杂时，适于应用所述制备方法，并且能够高效地对掺杂剂金属组分进行掺杂。
并且，本发明所涉及的导电性无机氧化物粉末为，在将导电性无机氧化物粉末设为100wt％时，无机氧化物粒子的组成金属组分的量(锌)、掺杂剂金属组分的量、氧组分量的各个组分的合计组分量能够达到大于等于99.9wt％。该各个组分的合计组分量能够被认为与所谓的纯度相同，下面就称为“纯度”。在现有的使用了化学反应的湿式合成法中，由于将硫酸铝用于导电性无机氧化物粒子的制备，所以由此而来的硫酸阴离子的残留量较多，硫酸阴离子会较多地混入到所得的导电性无机氧化物粒子中，从而产生粉体电阻或所形成的导体的高电阻化。此时的纯度的极限是99.8wt％。但是，若使用所述的本发明的导电性无机氧化物粉末的制备方法，则硫酸阴离子在导电性无机氧化物粒子中的混入量很少，从而使本发明所涉及的导电性无机氧化物粉末的粉体电阻、或使用该粉末所形成的导体电阻降低。
即使以上所述的本发明所涉及的导电性无机氧化物粉末，由极其细微的粒子构成，其也具有良好的粉体电阻。我们认为，这是因为作为掺杂物的掺杂剂金属组分会均匀地分散在无机氧化物粒子内，并且抑制导电性的杂质水平也很低。此时的粉体电阻，用粉体电阻率表示，所述粉体电阻率是将1.0g该导电性无机氧化物粉末填充在圆筒形容器(内径为18mm)内，在施加了100kg/cm2压力的压缩状态下，测量两端的电阻并进行计算所得的。并且，该粉体电阻率具有500Ω·cm以下的低电阻。以下举出实施例进行说明，以便更容易理解本发明的技术思想的内容。
实施例1
在该实施例中，将铝组分(Al3+)掺杂在石原产业株式会社制造的氧化锌(ZnO)粒子(CP-1)中。在此，使用了图1所示的电解掺杂装置1。该电解掺杂装置1由电解槽2、阳极电极3(铝电极)、阴极电极4(铝电极)、搅拌单元5、以及外部电源6所构成。另外，阳极电极3以及阴极电极4两者都使用了6.0cm×6.0cm的铝板，并且将阳极电极3和阴极电极4之间的电极间距设为3.0cm。以下对每一个工序进行说明。
工序A：在电解掺杂装置1的电解槽2中放入离子交换水400ml，并添加作为无机氧化物粒子的氧化锌粉末10g、以及作为电解质的氯化锌(ZnCl2)0.05g，利用搅拌单元5进行搅拌，从而制备出含有氧化锌粒子的浆液7。另外，此处所使用的氧化锌粉末，是由平均一次粒径为20nm的氧化锌粒子所构成的。而且，搅拌单元使用了磁力搅拌器。
工序B：该工序为，在该含有氧化锌粒子的浆液中，开始进行电解通电，从作为阳极电极3的铝电极中溶解析出铝离子，已溶解析出的铝离子，将在该含有氧化锌粒子的浆液中转化为氢氧化铝，从而形成氢氧化铝的共存状态。此外，此处的电解条件采用了合成电流(200mA)、合成时间(1小时)、合成温度(40℃)的条件。
此外，在开始电解通电的同时，进行二氧化碳鼓泡(二氧化碳流量为100ml/min)，从而使该含有氧化锌粒子的浆液中的一部分氧化锌粒子溶解，并在使最初的氧化锌粒子更加细微化的同时，生成了碱性碳酸锌(ZnCO3)。
即、其目的在于，从阳极中溶解析出的铝离子(Al3+)将转化为氢氧化铝，并且使该氢氧化铝附着在以微粒化存在的未溶解的氧化锌粒子的粒子表面上。同时，通过二氧化碳鼓泡所生成的碱性碳酸锌，形成了氢氧化铝和碱性碳酸金属盐发生复合的共析物。即、同时进行了上述的第一工艺与第二工艺。
并且，在电解结束后，作为辅助搅拌继续进行24小时的浆液搅拌，从而提高了粒子的分散性。
工序C：在此，对电解掺杂结束、且辅助搅拌已结束的浆液进行抽滤，并在干燥机内，在105℃下干燥24小时，对粒子进行了滤物收集。
而且，由于在该实施例中，进行二氧化碳鼓泡，所以设置了对于因二氧化碳鼓泡所产生的碱性碳酸锌进行热分解的热分解处理工序。此时的热分解条件采用了分解温度为300℃、加热时间为1小时、加热环境为大气环境的条件。
工序D：在此，对碱性碳酸锌的热分解已结束后的粒子进行烧成，从而获得了导电性无机氧化物粒子。此时的烧成环境，使用了作为还原性环境的100％的氢气(H2)，并将烧成温度设为400℃，烧成时间设为3小时。
实施例2
在该实施例中，将镓组分(Ga3+)掺杂在石原产业株式会社制造的氧化锌(ZnO)粒子(CP-1)中。在此，使用了图1所示的电解掺杂装置1。该电解掺杂装置1由电解槽2、阳极电极3(镓电极)、阴极电极4(铜电极)、搅拌单元5、以及外部电源6所构成。另外，阳极电极3以及阴极电极4两者都使用了6.0cm×6.0cm的铜板，并且将阳极电极3和阴极电极4之间的电极间距设为3.0cm。以下对每一个工序进行说明。
工序A：在电解掺杂装置1的电解槽2中放入离子交换水400ml，并添加作为无机氧化物粒子的氧化锌粉末10g、以及作为电解质的氯化锌(ZnCl2)0.05g，利用搅拌单元5进行搅拌，从而制备出含有氧化锌粒子的浆液7。另外，此处所使用的氧化锌粉末，是由平均一次粒径为20nm的氧化锌粒子所构成的。而且，搅拌单元使用了磁力搅拌器。
工序B：在该工序中，在该含有氧化锌粒子的浆液中，开始进行电解通电，从作为阳极电极3的镓电极中溶解析出了镓离子，已溶解析出的镓离子，在该含有氧化锌粒子的浆液中转化为氢氧化镓，从而形成了氢氧化镓的共存状态。此外，此处的电解条件采用了合成电流(100mA)、合成时间(1小时)、合成温度(40℃)的条件。
此外，在开始电解通电的同时，进行二氧化碳鼓泡(二氧化碳流量为100ml/min)，从而使该含有氧化锌粒子的浆液中的一部分氧化锌粒子溶解，在使最初的氧化锌粒子更加细微化的同时，生成了碱性碳酸锌(ZnCO3)。
即、其目的在于，从阳极中溶解析出的镓离子(Ga3+)转化为氢氧化镓，并且使该氢氧化镓附着在以微粒化存在的未溶解的氧化锌粒子的粒子表面上。同时，通过因二氧化碳鼓泡所生成的碱性碳酸锌，从而形成氢氧化镓和碱性碳酸金属盐发生复合的共析物。即、同时进行了上述的第一工艺与第二工艺。
并且，在电解结束后，作为辅助搅拌继续进行24小时的浆液搅拌，从而提高了粒子的分散性。
工序C：在此，对电解掺杂结束、且辅助搅拌已结束的浆液进行抽滤，并在干燥机内，在105℃下干燥24小时，再对粒子进行了滤物收集。
并且，由于在该实施例中，进行了二氧化碳鼓泡，所以设置了对于因二氧化碳鼓泡所产生的碱性碳酸锌进行热分解的热分解处理工序。此时的热分解条件采用了分解温度为300℃、加热时间为1小时、加热环境为大气环境的条件。
工序D：在此，对碱性碳酸锌的热分解已结束后的粒子进行烧成，从而获得了导电性无机氧化物粒子。此时的烧成环境，使用了作为还原性环境的100％的氢气(H2)，并将烧成温度设为400℃，烧成时间设为3小时。
实施例3
在该实施例中，将铱组分(Ir3+)掺杂在石原产业株式会社制造的氧化锌(ZnO)粒子(CP-1)中。在此，使用了图1所示的电解掺杂装置1。该电解掺杂装置1由电解槽2、阳极电极3(铱电极)、阴极电极4(铜电极)、搅拌单元5、以及外部电源6所构成。另外，阳极电极3以及阴极电极4两者都使用了6.0cm×6.0cm的铜板，并且将阳极电极3和阴极电极4之间的电极间距设为3.0cm。以下对每一个工序进行说明。
工序A：在电解掺杂装置1的电解槽2中放入离子交换水400ml，并添加作为无机氧化物粒子的氧化锌粉末10g、以及作为电解质的氯化锌(ZnCl2)0.05g，利用搅拌单元5进行搅拌，从而制备出含有氧化锌粒子的浆液7。另外，此处所使用的氧化锌粉末，是由平均一次粒径为20nm的氧化锌粒子所构成的。而且，搅拌单元使用了磁力搅拌器。
工序B：在该工序中，在该含有氧化锌粒子的浆液中，开始进行电解通电，从作为阳极电极3的铱电极中溶解析出了铱离子，已溶解析出的铱离子，在该含有氧化锌粒子的浆液中转化为氢氧化铱，从而形成了氢氧化铱的共存状态。另外，此处的电解条件采用了合成电流(100mA)、合成时间(1小时)、合成温度(40℃)的条件。
此外，在开始电解通电的同时，进行了二氧化碳鼓泡(二氧化碳流量为100ml/min)，从而使该含有氧化锌粒子的浆液中的一部分氧化锌粒子溶解，并在使最初的氧化锌粒子更加细微化的同时，生成了碱性碳酸锌(ZnCO3)。
即、其目的在于，从阳极中溶解析出的铱离子(Ir3+)将转化为氢氧化铱，并且使该氢氧化铱附着在以微粒化存在的未溶解的氧化锌粒子的粒子表面上。同时，其目的还在于，通过因二氧化碳鼓泡所生成的碱性碳酸锌，从而形成了氢氧化铱和碱性碳酸金属盐发生复合的共析物。即、同时进行了上述第一工艺与第二工艺。
并且，在电解结束后，作为辅助搅拌继续进行24小时的浆液搅拌，从而使粒子的分散性提高。
工序C：在此，对电解掺杂结束、且辅助搅拌已结束的浆液进行抽滤，并在干燥机内，在105℃下干燥24小时，再对粒子进行了滤物收集。
并且，由于在该实施例中，进行了二氧化碳鼓泡，所以设置了对于因二氧化碳鼓泡所产生的碱性碳酸锌进行热分解的热分解处理工序。此时的热分解条件采用了分解温度为300℃、加热时间为1小时、加热环境为大气环境的条件。
工序D：在此，对碱性碳酸锌的热分解已结束后的粒子进行烧成，从而获得了导电性无机氧化物粒子。此时的烧成气体环境，使用了作为还原性环境的100％的氢气(H2)，并将烧成温度设为400℃，烧成时间设为3小时。
实施例4
在该实施例中，将铜组分(Cu1+)掺杂在石原产业株式会社制造的氧化锌(ZnO)粒子(CP-1)中。在此，使用了图1所示的电解掺杂装置1。该电解掺杂装置1由电解槽2、阳极电极3(铜电极)、阴极电极4(铜电极)、搅拌单元5、以及外部电源6所构成。另外，阳极电极3以及阴极电极4两者都使用了6.0cm×6.0cm的铜板，并且将阳极电极3和阴极电极4之间的电极间距设为3.0cm。以下对每一个工序进行说明。
工序A：在电解掺杂装置1的电解槽2中放入离子交换水400ml，并添加作为无机氧化物粒子的氧化锌粉末10g、以及作为电解质的氯化锌(ZnCl2)0.05g，利用搅拌单元5进行搅拌，从而制备出含有氧化锌粒子的浆液7。另外，此处所使用的氧化锌粉末，是由平均一次粒径为20nm的氧化锌粒子所构成的。而且，搅拌单元使用了磁力搅拌器。
工序B：在该工序中，在该含有氧化锌粒子的浆液中，开始进行电解通电，从作为阳极电极3的铜电极中溶解析出了铜离子，已溶解析出的铜离子，在该含有氧化锌粒子的浆液中转化为氢氧化铜，从而形成了氢氧化铜的共存状态。另外，此处的电解条件采用了合成电流(100mA)、合成时间(0.5小时)、合成温度(40℃)的条件。
此外，在开始进行电解通电的同时，进行了二氧化碳鼓泡(二氧化碳流量为100ml/min)，从而使该含有氧化锌粒子的浆液中的一部分氧化锌粒子溶解，并在使最初的氧化锌粒子更加细微化的同时，生成了碱性碳酸锌(ZnCO3)。
即、其目的在于，从阳极中溶解析出铜离子，并且使该氢氧化铜附着在以微粒化存在的未溶解的氧化锌粒子的粒子表面上。同时，其目的还在于，通过因二氧化碳鼓泡所生成的碱性碳酸锌，从而形成氢氧化铜和碱性碳酸金属盐发生复合的共析物。即、同时进行了上述第一工艺与第二工艺。
并且，在电解结束后，作为辅助搅拌继续进行24小时的浆液搅拌，从而使粒子的分散性提高。
工序C：在此，对电解掺杂结束、且辅助搅拌已结束的浆液进行抽滤，并在干燥机内，在105℃下干燥24小时，再对粒子进行了滤物收集。
并且，由于在该实施例中，进行了二氧化碳鼓泡，所以设置了对于因二氧化碳鼓泡所产生的碱性碳酸锌进行热分解的热分解处理工序。此时的热分解条件采用了分解温度为300℃、加热时间为1小时、加热环境为大气环境的条件。
工序D：在此，对碱性碳酸锌的热分解已结束后的粒子进行烧成，从而获得了导电性无机氧化物粒子。此时的烧成环境，使用了作为还原性环境的100％的氢气(H2)，并将烧成温度设为400℃，烧成时间设为3小时。
<导电性无机氧化物的评价结果>
电阻测量：使用由所得的导电性氧化锌粒子构成的导电性氧化锌粉末，进行了粉体电阻的测量。此时的粉体电阻为，将粉体1.0g填充在圆筒形容器(内径为18mm)中，并在从上部施加了100kg/cm2压力的压缩状态下，对两端的电阻进行测量，并通过以下的公式1，从所得的电阻值算出了粉体电阻率。
公式1
其结果是，通过利用现有的湿式反应法进行的盐类掺杂而获得的市售品(ハケスイテイツケ株式会社制造：23-K)的导电性氧化锌粒子的粉体电阻是500Ω·cm。而利用本发明所涉及的电解掺杂法而获得的导电性氧化锌粒子的粉体电阻为100Ω·cm。即、可以理解为，与现有的市售品的导电性氧化锌粒子相比，利用本发明所涉及的电解掺杂法而获得的导电性氧化锌粒子，具有非常低的粉体电阻。
组分含量的测量：使用原子吸收法，对被包含在所得的导电性氧化锌粒子中的掺杂剂金属组分的掺杂率进行了测量。关于原子吸收用样品的制备方法为，将0.2g所得的导电性氧化锌粒子放入100ml的烧杯中，并向其中加入盐酸∶水＝1∶1的50ml溶液，进行了煮沸。将其过滤，并用水洗涤。将此时的滤液和洗液收集到100ml的容量瓶中，用水稀释到指示线，并将其作为原子吸收分析用的样品。而且，原子吸收分析中的吸光度的测量为，使用已知的掺杂剂金属组分浓度的标准样品，求出掺杂剂金属组分与吸光度的关系，从而制成校准曲线，并将由未知样品所得的吸光度外插到该校准曲线上，从而对掺杂剂金属组分的浓度进行校准，并计算出被包含在导电性氧化锌粒子中的掺杂剂金属组分的含量。
此外，对于其他组分，使用リガケ制造的波长分散型荧光X射线分析装置RIX-3000(管电压：50KV、管电流：50mA)，进行了分析。
其结果为，由上述实施例1～实施例4所得的各导电性氧化锌粒子的掺杂剂金属组分的掺杂量大约为1wt％，锌、掺杂剂金属组分以及氧的各组分的合计组分量为99.9wt％以上。与此相对，虽然所述市售品中的掺杂剂金属组分的掺杂量大约为1wt％，但是锌、掺杂剂金属组分以及氧的各组分的合计组分量为99.8wt％。因此可以明确，实施例所涉及的导电性氧化锌粒子的纯度，比市售品要高。
平均一次粒径的测量：使用所得的导电性氧化锌粒子的透射式电子显微镜的明场像，对其粒径进行了直接观察。而且，对30个以上的粒子的粒径进行了测量，将其平均值作为平均一次粒径。其结果为，从图3中能够看出，通过由现有的湿式反应法进行盐类掺杂所得的市售品的导电性氧化锌粒子的平均一次粒径，大约为200nm。与此相对，从图2中能够看出，通过本发明所涉及的电解掺杂法而获得的导电性氧化锌粒子的平均一次粒径，大约为20nm。即、可以理解为，与现有的市售品的导电性氧化锌粒子相比，通过本发明所涉及的电解掺杂法而获得的导电性氧化锌粒子，具有非常细微的粒径。
此外，为了调查通过电解掺杂而获得的氧化锌粒子以及市售的氧化锌粒子中的锌、氧、铝的分布状态，使用透射式电子显微镜，进行了元素分布(element mapping)分析。其结果如图4所示。图4(a)为，通过本发明所涉及的电解掺杂法而获得的导电性氧化锌粒子，图4(b)为，通过湿式反应法而获得的市售的导电性氧化锌粒子。在该图4(a)以及图4(b)中，在左侧的观察像中的由大正方形包围的区域内，进行了各元素分布的分析，并且将每个元素的分布状态排列在右侧。从该图4(a)以及图4(b)的对比中可以明确，与市售的导电性氧化锌粒子相比，使用了电解掺杂时的导电性氧化锌粒子，其各个元素的不均匀分布都很少，且能够获得更均匀的分布状态。
此外，以上的用于透射式电子显微镜观察的样品为，将导电性无机氧化锌粒子混合分散在环氧树脂类树脂中，并使其固化后，通过切片机，切成含有导电性无机氧化锌粒子的厚度为70nm的薄片，来作为薄膜样品。并且，将该薄膜样品贴在珂珞酊膜上，从而作为用于透射式电子显微镜观察的样品。
产业上的可利用性
本发明所涉及的导电性无机氧化物粒子的制备方法，能够获得无法通过现有的制备方法而制备的，细微且粉体电阻较低的导电性无机氧化物粒子。因此，若将由该制备方法所得的颗粒微小的导电性无机氧化物粒子，作为在电子材料领域中用于形成透明电极的浆料或油墨原料使用时，则能够在油墨化或浆料化时均匀地混合在树脂中，通过使用这些物质所形成的涂层膜、薄膜等，能够获得具有优良透明性的电极膜、涂膜等。此外，由于作为导电性无机氧化物粒子的粒径很细微，所以能够转用在化妆品领域中，例如，若用于粉底，即使在素颜上具有很薄的透明感的状态下，也能够获得充分的阻挡紫外线的效果，并能够获得具有素颜感的妆面。此外，通过在化妆品原料中混合氧化锌微粉，不仅能够吸收紫外线，还能够防止红外线的透过，从而缓和对皮肤的红外线照射。并且，由于本发明所涉及的导电性无机氧化物粒子是微小的颗粒，因此能够作为添加在以防止带电为目的的橡胶制品、塑料制品、涂料制品中的氧化锌粉体的替代品使用，并且由于能够以更少的混合量而获得较高的导电率，所以能够降低橡胶制品、塑料制品、涂料制品的成本，并能够提高透明性。

Claims (24)

1.一种导电性无机氧化物粒子的制备方法，在无机氧化物粒子中掺杂掺杂剂金属组分，从而对无机氧化物粒子赋予导电性，其特征在于，
通过在含有无机氧化物粒子的浆液中包含了掺杂剂金属组分的状态下进行电解，从而进行电解掺杂以使该掺杂剂金属组分和无机氧化物粒子的组成成分复合，并进行过滤、干燥、滤物收集。
2.如权利要求1所述的导电性无机氧化物粒子的制备方法，在无机氧化物粒子中掺杂掺杂剂金属组分，从而对无机氧化物粒子赋予导电性，其特征在于，通过以下的工序A～工序D进行制备，
工序A：制备含有该无机氧化物粒子的浆液的工序；
工序B：使掺杂剂金属组分共存在该含有无机氧化物粒子的浆液中，并通过电解法，将掺杂剂金属组分电解掺杂在无机氧化物粒子内的工序；
工序C：对电解掺杂结束后的浆液进行过滤、干燥，并对粒子进行滤物收集的工序；
工序D：对已进行滤物收集的粒子进行烧成，从而制成导电性无机氧化物粒子的工序。
3.如权利要求2所述的导电性无机氧化物粒子的制备方法，其中，
所述工序A中所用的无机氧化物粒子，使用由氧化锌、二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铈、氧化镍、氧化锡、氧化碲、氧化钒中的任意一种粒子。
4.如权利要求2或3所述的导电性无机氧化物粒子的制备方法，其中，
在所述工序A中所使用的无机氧化物粒子，其平均一次粒径为1nm～30nm。
5.如权利要求2至4中任意一项所述的导电性无机氧化物粒子的制备方法，其中，
所述工序A中制备的含有无机氧化物粒子的浆液，包含5wt％～30wt％的无机氧化物粒子。
6.如权利要求2至5中任意一项所述的导电性无机氧化物粒子的制备方法，其中，
所述工序A中制备的含有无机氧化物粒子的浆液，包含浓度为0.001mol/L～0.05mol/L的电解质。
7.如权利要求2至6中任意一项所述的导电性无机氧化物粒子的制备方法，其中，
所述工序B中，在含有无机氧化物粒子的浆液中共存的掺杂剂金属组分，以掺杂剂金属组分的氧化物换算，含有0.1wt％～20.0wt％。
8.如权利要求2至7中任意一项所述的导电性无机氧化物粒子的制备方法，其中，
所述工序B中所使用的电解法为，在阳极使用由掺杂剂金属制造的溶解性阳极电极，并通过电解通电，向含有无机氧化物粒子的浆液中提供掺杂剂金属离子，从而使掺杂剂金属离子的浓度维持在一定水平上。
9.如权利要求2至8中任意一项所述的导电性无机氧化物粒子的制备方法，其中，
所述工序B中所使用的电解法，在阴极使用了由掺杂剂金属制造的阴极电极。
10.如权利要求2至9中任意一项所述的导电性无机氧化物粒子的制备方法，其中，
所述工序B所使用的电解法中，对浆液进行搅拌的同时，进行电解。
11.如权利要求2至10中任意一项所述的导电性无机氧化物粒子的制备方法，其中，
所述工序B所使用的电解法中，以0.3mA/cm2～100mA/cm2的电流密度进行电解。
12.如权利要求2至11中任意一项所述的导电性无机氧化物粒子的制备方法，其中，
所述工序B所使用的电解法中，将浆液的温度设定在30℃～85℃的范围内并进行电解。
13.如权利要求2至12中任意一项所述的导电性无机氧化物粒子的制备方法，其中，
所述工序B中，在电解结束后，进行辅助搅拌，即对浆液继续搅拌1小时以上，从而提高粒子分散性。
14.如权利要求1至13中任意一项所述的导电性无机氧化物粒子的制备方法，其中，
在所述工序D的烧成中所使用的环境为，含氢气的环境、惰性气体环境、氨气环境以及真空中的任意一种。
15.如权利要求1至14中任意一项所述的导电性无机氧化物粒子的制备方法，其中，
在所述工序D的烧成中所使用的烧成温度为250℃～800℃。
16.如权利要求1至15中任意一项所述的导电性无机氧化物粒子的制备方法，其中，
所述工序B所使用的电解法中，在电解通电时，进行二氧化碳鼓泡。
17.如权利要求2至16中任意一项所述的导电性无机氧化物粒子的制备方法，其中，
在所述工序C与工序D之间，设置对于由所述二氧化碳鼓泡而产生的碱性碳酸金属盐进行热分解的热分解处理工序。
18.如权利要求1至16中任意一项所述的导电性无机氧化物粒子的制备方法，其中，
所述掺杂剂金属组分是从镓、铱、铜、锑、砷、硼、铊、铋、钒、铌、钽、铁中选出的一种或两种以上的组分。
19.一种导电性无机氧化物粉末，其由导电性无机氧化物粒子所构成，所述导电性无机氧化物粒子是通过权利要求1至18中任意一项所述的导电性无机氧化物粒子的制备方法，在无机氧化物粒子中掺杂掺杂剂金属组分而获得的，其特征在于，
该导电性无机氧化物粉末，由粒径的平均一次粒径为3nm～40nm的导电性无机氧化物粒子所构成。
20.如权利要求19所述的导电性无机氧化物粉末，其中，
以掺杂剂金属组分的氧化物换算，含有0.1wt％～20.0wt％的掺杂剂金属组分。
21.如权利要求19或20所述的导电性无机氧化物粉末，其中，
所述无机氧化物粒子，使用氧化锌粒子、二氧化钛粒子、二氧化硅粒子、氧化铝粒子、氧化锆粒子、氧化镁粒子、氧化铈粒子、氧化镍粒子、氧化锡粒子、氧化碲粒子、氧化钒粒子中的任意一种。
22.如权利要求19至21中任意一项所述的导电性无机氧化物粉末，其中，
所述掺杂剂金属组分是从镓、铱、铜、锑、砷、硼、铊、铋、钒、铌、钽、铁中选出的一种或两种以上的组分。
23.如权利要求19至22中任意一项所述的导电性无机氧化物粉末，其中，
当导电性无机氧化物粉末为100wt％时，无机氧化物粒子的组成金属组分量、掺杂剂金属组分量、氧组分量的各个组分的合计组分量为99.9wt％以上。
24.如权利要求19至23中任意一项所述的导电性无机氧化物粉末，其中，
在内径为18mm的圆筒形容器中，填充了1.0g的该导电性无机氧化物粉末，并在施加100kg/cm2压力的压缩状态下，对两端的电阻进行测量，所得的粉体电阻率小于等于500Ω·cm。
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