JP2000128532A - 非晶質酸化スズゾル及びその製造方法 - Google Patents

非晶質酸化スズゾル及びその製造方法

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JP2000128532A
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tin oxide
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sol
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hydrolyzable
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Akihisa Nakajima
彰久 中島
Ikuo Kurachi
育夫 倉地
Takahiro Sakazaki
隆弘 酒崎
Yoshihiro Tsubakihara
▲ヨシ▼博 椿原
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YAMANAKA KAGAKU KOGYO KK
Konica Minolta Inc
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YAMANAKA KAGAKU KOGYO KK
Konica Minolta Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】着色が無く、導電性が良好である透明導電材料
の用途に適した非晶質酸化スズゾル及びその製造方法を
提供する。 【解決手段】加水分解性スズ化合物を、加水分解して、
アンモニアによりゾル化する非晶質酸化スズゾルの製造
方法において、加水分解性スズ化合物を10〜50℃の
水中に滴下して加水分解することを特徴とする非晶質酸
化スズゾルの製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は非晶質酸化スズゾル
及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に酸化スズは半導体であり、単体で
は高い導電性を示さないが、異原子をドープすることに
より高い導電性を得ることが知られている。また、透明
性、物理的化学的安定性に優れた材料であり、電気電子
的用途に期待される材料である。
【0003】このような酸化スズは、アンチモンやイン
ジウムとの複合による透明導電性酸化皮膜が有名であり
多くの用途を有するが、高純度の酸化スズもしくは非晶
質酸化スズについては導電性が低いためにあまり検討さ
れていない。
【0004】これらの材料に関しては、科学技術庁刊行
の無機材質研究所研究報告書第35号「酸化スズに関す
る研究」に述べられているように、ある特定の金属化合
物のドープもしくは複合化以外では、高い導電性を示さ
ない。純度が高くなると半導体領域になり、その導電性
は10Ωcm以上まで達する。従って、透明導電材料
の用途へ用いるためには、これまで導電性を高める多く
の努力が成されてきた。
【0005】また、透明導電材料には一般に化学蒸着
法、真空蒸着法、反応性イオンプレーティング法、スパ
ッタ法、イオンビームスパッタ法等の膜形成法により基
板に被覆され用いられる。
【0006】しかしこれらの方法は、いずれも装置が高
価・複雑・大型であるだけでなく、膜形成速度が小さ
く、且つ大面積の膜を得ることができないという欠点を
も有している。さらに複雑形状の膜を形成する場合、不
均一となり易く、利用上の制約が多かった。
【0007】これらに対し、液状の原料を基板にディッ
プして塗布する方法、或いはスプレーして塗布する方
法、エアードクター、バーコーター等を用いて塗布する
方法等は、比較的容易に大面積の膜が得られると共に、
複雑形状の部位にも比較的容易に適用でき、工業的に有
望な方法である。酸化スズ系の材料においても、このよ
うな塗布方法は幅広く検討されている。
【0008】従来より検討されている酸化スズ系材料
は、主としてスズ及びアンチモンを共にイオンとして含
有する有機或いは無機化合物の塩溶液である。従って、
有機化合物の塩溶液の使用時には、有機物の残存がない
ように注意深く熱分解を行わなければならず、スズ及び
アンチモンが有機塩として気散したり、溶液の極性が低
くガラス等の基板とのなじみがなく均一な膜を得ること
ができなかった。
【0009】また、有機塩の液安定性を保つために安定
化材を多く必要とする結果、薄い膜厚のものしか得られ
ず、且つ有機物含量が多いために乾燥後に多層ディップ
を行っても焼成時に剥離する等の問題があった。
【0010】さらに熱分解時に生成する酸化スズ・アン
チモンは一般に粒子径が粗く、特に均一微細性が要求さ
れる分野への適用については問題があった。かかる問題
を解決する技術として、特開昭62−223019号及
び同62−278705号には、製造方法の工夫により
製造された結晶質酸化スズゾルを用いる方法が開示され
ている。
【0011】しかしこれらの技術では、ゾル溶液が着色
していたり、結晶質であるためにゾルを塗布した時の表
面の平滑性が損なわれたり、また一度焼成しなければ高
い導電性を発現しない等の問題点を有していた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、着色が無く、導電性が良好である透明導電材料の用
途に適した非晶質酸化スズゾル及びその製造方法を提供
することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は、 1.加水分解性スズ化合物を、加水分解して、アンモニ
アによりゾル化する非晶質酸化スズゾルの製造方法にお
いて、加水分解性スズ化合物を10〜50℃の水中に滴
下して加水分解することを特徴とする非晶質酸化スズゾ
ルの製造方法、
【0014】2.加水分解性スズ化合物を、加水分解し
て、アンモニアによりゾル化して得られる非晶質酸化ス
ズゾルにおいて、加水分解性スズ化合物を10〜50℃
の水中に滴下して加水分解することにより得られること
を特徴とする非晶質酸化スズゾル、
【0015】3.上記1記載の非晶質酸化スズゾルの製
造方法において、加水分解性スズ化合物を20〜40℃
の水中に滴下して加水分解することを特徴とする非晶質
酸化スズゾルの製造方法、
【0016】4.上記2記載の非晶質酸化スズゾルにお
いて、加水分解性スズ化合物を20〜40℃の水中に滴
下して加水分解することにより得られることを特徴とす
る非晶質酸化スズゾル、
【0017】5.体積固有抵抗が10−2Ωcm以上6
×10Ωcm未満を示す酸化スズ粒子を含むゾルであ
ることを特徴とする非晶質酸化スズゾル、により達成さ
れる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細について説明
する。先ず、本発明において非晶質とは、結晶質とは異
なる物質を意味する。結晶質とは、電気・電子工学大系
72巻、結晶の評価(伊藤 次、犬塚直夫、コロナ社、
1982年)第4頁に記載されているように、原子の配
列に長距離秩序があり、その物質に固相の融点があるこ
とが特徴である。例えば、高純度で無色透明な結晶性の
酸化スズであれば、正方晶系ルチル型構造であり、屈折
率1.9968、電気伝導性は室温で10Ωcm以上
の高抵抗を示すことが知られている。また融点は112
7℃であり、結晶性酸化スズであればこの温度まで熱的
に安定である。故に、一般に非晶質酸化スズとは、以上
の性質を示さない物質であり、 原子の配列に長距離秩序がない、 結晶性酸化スズの融点以下に、物質の変化を示す温度
領域が存在する、酸化スズといえる。
【0019】については、X線回折によりその構造を
同定することが可能であり、新版カリティX線回折要論
(松村源太郎訳、アグネ社、1977年)に記載された
結晶子サイズの測定から長距離秩序のおおよその値を知
ることができる。例えば、酸化スズの(110)面の面
間隔はおおよそ0.33nmであり、結晶性酸化スズな
らば数10個以上の繰り返し単位がなければならず、結
晶子測定を行えば、10数nmの値が観測される。従っ
て、結晶子測定において10nm未満であれば、もはや
長距離秩序があるとはいえず、非晶質と思われる。5n
m未満であれば、もはや繰り返し単位を仮定すれば10
個以下となり結晶ではない。
【0020】については、固体の熱分析を行えば容易
に明らかとなり、測定条件の影響、試料サイズの影響を
考慮しても1000℃未満で熱的な変化が生じるならば
結晶とは言い難い。熱的な変化で容易に観測できるのは
熱重量分析であり、200℃での重量を測定開始重量と
して重量減少を融点よりはるかに低い500℃までの温
度領域で0.1wt%以上生じるならば単結晶酸化スズ
ではない。以上のように上記もしくはを満たす酸化
スズの場合には明らかに非晶質である。
【0021】次に導電性については、酸化スズ粒子の導
電性を意味し、その測定方法については、正確に導電性
が評価できる限りいかなる方法でもよい。以下に測定例
を示すが、本発明に制限を加えるものではない。
【0022】石英板に酸化スズ薄膜を形成し、200℃
空気中で処理を行う。室温25℃で薄膜の膜厚を測定
後、四端子法にて抵抗を測定し、この抵抗値と膜厚から
体積固有抵抗を求める。このような方法で求めた体積固
有抵抗が10−2Ωcm以上6×10Ωcm未満を示
す酸化スズ粒子を含むゾルが本発明の酸化スズゾルであ
る。
【0023】加熱処理による重量減少については、一般
に用いられる熱重量分析で測定した値を意味する。昇温
速度は30℃/分以下が好ましく、さらに好ましくは1
0℃/分以下で測定し、200℃から500℃の範囲で
重量減少を0.1wt%以上30wt%未満生じる酸化
スズを含むゾルである。
【0024】本発明の酸化スズゾル溶液中には、不純物
イオンが存在していてもよい。陽イオンとしてはアンモ
ニウムイオン、水素イオン等、陰イオンについては特に
その存在を規定しないが、有機イオン、無機イオン等が
存在していた方が高い導電性を示す。特に好ましいの
は、カルボン酸基もしくはスルホン酸基、アミノ基、水
酸基を含むイオン、炭酸イオンとハロゲンイオンであ
る。これらのイオンは、非晶質酸化スズ粒子の内部に存
在していても、外部もしくは内部と外部の両者に存在し
ていてもいずれでもよい。但し、存在する量について
は、表面等の外部については、粒子に対して30wt%
以上存在するとゾルの安定性に問題が生じるので好まし
くなく、30wt%未満が好ましく、より好ましくは1
0wt%未満、特に好ましくは6wt%未満がゾルにし
た時の安定性がよいことから選ばれる。粒子内部に存在
する陰イオンについては、ゾルの安定性に影響がないの
でその量を規定しないが、好ましくは0.001wt%
以上6wt%未満である。
【0025】これらの酸化スズゾルの製造方法として
は、加水分解性スズ化合物を加水分解処理し洗浄後、得
られたハロゲン濃度が0.001%以上3%以下のスラ
リー状のものをアンモニア水で加熱処理しゾル化する方
法、加水分解性スズ化合物と不純物イオン、例えば、フ
ッ素を含む化合物とを用いて加水分解処理し洗浄後、得
られたハロゲン濃度が0.001%以上3%以下のスラ
リー状のものをアンモニア水中で加熱処理を行う方法、
等があるが特に限定はされない。
【0026】本発明の製造方法において、全体の製造工
程で加水分解性スズ化合物を水中に添加する際の温度条
件が重要であり、この温度は、10〜50℃が好まし
く、更に好ましくは15〜45℃であり、特に好ましく
は20〜40℃である。
【0027】また、製造工程は、加水分解性スズ化合物
を加水分解処理する工程と、得られた沈殿物の洗浄工程
を経てゾル化する工程の3工程からなる。各工程がさら
に細分化された工程をとることに本発明は制限を加えな
い。例えば、加水分解工程は、原料を計量する工程と投
入する工程、加水分解するために加えられる成分との混
合工程、加熱工程等で構成されるが、どのような構成を
とっても投入する際の温度さえ管理できれば、その他の
工程条件を制限しない。また洗浄工程では、固液分離工
程を伴うが、その方法もデカンテーション、限外濾過
等、適当な濾過器を用いる方法等、いかなる方法でもよ
い。ゾル化も同様であり、粒子を安定に分散するために
加えられる添加剤、溶媒等は制限されないが、アンモニ
ア水によるゾルの安定化が経済性の点で好ましい。
【0028】加水分解性スズ化合物の溶媒中における分
解反応から製造する方法においては、プロセスの途中で
溶媒に可溶なSn以外の元素を含む化合物の添加も可能
である。例えば、溶媒に可溶なフッ素含有化合物の添加
や炭酸塩の添加である。溶媒に可溶なフッ素含有化合物
とは、イオン性フッ化物もしくは共有性フッ化物のいず
れでもよく、例えば、HFもしくはKHF、Sb
、MoF等の金属フッ化物、NHMnF、N
BiF等のフルオロ錯陰イオンを生成する化合
物、BrF、SF、SF等の無機分子性フッ化
物、CFI、CFOOH、P(CF等の有機
フッ素化合物を挙げることができるが、溶媒が水の場合
にはCaFと硫酸との組み合わせのようにフッ素含有
化合物と不揮発性酸との組み合わせも用いることができ
る。
【0029】以上の製造方法において、洗浄プロセスを
途中に用いてもよい。洗浄プロセスを用いることによ
り、ゾルに含まれるイオンの量を制御することが可能で
ある。洗浄方法は、特に限定されないが、例えば、デカ
ンテーションによる方法、限外濾過膜による方法などが
挙げられる。
【0030】
【実施例】以下、本発明の実施例を記載するが、本発明
はこれらに限定されるものではない。 実施例1 (酸化スズスラリーの製造例)滴下ロートと温度計、更
に攪拌棒を付した3リットルの三口フラスコに純水2リ
ットルを入れ、滴下ロートに無水塩化第2スズ(SnC
)54gを入れた。フラスコ内温を30℃に保持し
た後、攪拌翼で攪拌しながら、滴下ロートで無水塩化第
2スズを一気に滴下した。塩化第2スズは、すぐ純水と
均一に混じり合い、フラスコ内温は31℃となった。滴
下ロートを外して、還流冷却管に取り替え、オイルバス
で加熱し、フラスコ内を沸騰させた。この際に攪拌は断
続的に行った。温度が高くなるにつれ、フラスコ内は、
白濁してきた。還流冷却管には、冷却水を流さず、出て
きた気体を炭酸ナトリウムの水溶液に通すことにより塩
酸を取り除いた。
【0031】1時間沸騰状態を続けた後、オイルバスを
外し、水冷し系内が60℃となった時点で、10リット
ルの純水中に沈降させ水洗を開始した。スラリーのかさ
が自然沈降で1/3になった時点で、デカンテーション
し、純水を加えた。これを20回繰り返した。デカンテ
ーションにより廃棄する上澄み液は、炭酸ソーダで中和
した後廃棄した。この操作により。4リットルの酸化ス
ズの粘調なスラリー液を得た。更に酸化スズスラリーに
30%アンモニア65mlを加えた。このときのpH
は、10.0であった。この4リットルの液を、10リ
ットルの三口フラスコに入れ、攪拌しながら煮沸した。
沸騰するにつれ液は透明になった。フラスコ内が100
℃となった時点で、加熱をやめ自然冷却した。
【0032】得られた酸化スズゾルを強熱乾燥させるこ
とで得られた濃度は0.85%であった。これを10ミ
クロンの濾紙で濾過した。濾紙には残留物はなかった。
この液を限外濾過膜を用いて濃縮し、6.5%の非晶質
酸化スズゾル水溶液を作成した。更に表1に示す温度の
水中に無水4塩化スズを投入して同様な方法で非晶質酸
化スズゾルを製造した。
【0033】比較例1 実施例と同様の方法で、無水4塩化スズの添加時の温度
だけを5℃とした。実験の結果、水洗にかかる時間(ス
ラリーが1/3まで沈降する時間)が、実施例の場合に
比べて1.5倍かかった。
【0034】比較例2 実施例と同様の方法で、無水4塩化スズの添加時の温度
だけを70℃とした。実験の結果、沈降時間は実施例と
同等であったが、ゾル化後の濾過で濾紙上に不溶解物の
固まりが観測された。
【0035】
【表1】
【0036】表1より加水分解性スズ化合物を、添加す
る温度を規制することによりスラリーの沈降が早く、濾
過性のよい、即ち、製造するのに好都合で、導電性のよ
い非晶性酸化スズゾル粒子となることが判る。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、着色が無く、導電性が
良好である透明導電材料の用途に適した非晶質酸化スズ
ゾル及びその製造方法を提供することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉地 育夫 東京都日野市さくら町1番地 コニカ株式 会社内 (72)発明者 酒崎 隆弘 大阪府大阪市淀川区十八条2丁目18番35号 山中化学工業株式会社内 (72)発明者 椿原 ▲ヨシ▼博 大阪府大阪市淀川区十八条2丁目18番35号 山中化学工業株式会社内 Fターム(参考) 4G065 AA01 AA06 AA07 AA08 BA07 BB07 CA13 CA30 DA09 EA05 EA10 FA01 5G301 CA02 CA23 CA30 CD03 CD10 CE10

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加水分解性スズ化合物を、加水分解して、
    アンモニアによりゾル化する非晶質酸化スズゾルの製造
    方法において、加水分解性スズ化合物を10〜50℃の
    水中に滴下して加水分解することを特徴とする非晶質酸
    化スズゾルの製造方法。
  2. 【請求項2】加水分解性スズ化合物を、加水分解して、
    アンモニアによりゾル化して得られる非晶質酸化スズゾ
    ルにおいて、加水分解性スズ化合物を10〜50℃の水
    中に滴下して加水分解することにより得られることを特
    徴とする非晶質酸化スズゾル。
  3. 【請求項3】請求項1記載の非晶質酸化スズゾルの製造
    方法において、加水分解性スズ化合物を20〜40℃の
    水中に滴下して加水分解することを特徴とする非晶質酸
    化スズゾルの製造方法。
  4. 【請求項4】請求項2記載の非晶質酸化スズゾルにおい
    て、加水分解性スズ化合物を20〜40℃の水中に滴下
    して加水分解することにより得られることを特徴とする
    非晶質酸化スズゾル。
  5. 【請求項5】体積固有抵抗が10−2Ωcm以上6×1
    Ωcm未満を示す酸化スズ粒子を含むゾルであるこ
    とを特徴とする非晶質酸化スズゾル。
JP32281698A 1998-10-28 1998-10-28 非晶質酸化スズゾル及びその製造方法 Pending JP2000128532A (ja)

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JP2007514865A (ja) * 2003-12-17 2007-06-07 サントル ド ルシェルシュ メタリュルジク アエスベエル−セントラム ヴォール リサーチ イン デ メタルージー フェーゼットヴェー 超微粒層で金属表面を被覆する方法

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