JP2004241354A

JP2004241354A - 導電体

Info

Publication number: JP2004241354A
Application number: JP2003032239A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Wada; 安則和田; Haruhiko Sakuma; 晴彦佐久間
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】導電性物質の分散物の塗布、付着により電気抵抗の小さい導電部位を有する導電体を提供する。
【解決手段】金属微粒子を含有する導電体において、該金属微粒子のうち５０％以上が微小金属核粒子に金属原子を供給し成長させることにより形成された、厚さが１ｎｍ〜１０μｍで平均投影面積に対する円換算直径対平均厚みの比が３〜５０である平板状の金属微粒子であることを特徴とする導電体。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた導電体を形成するための金属微粒子に関し、更に詳しくは電磁遮蔽膜、透明導電性膜、基板配線、基板面の導電層等の導電体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＴＶブラウン管やコンピュータディスプレーとして用いられている陰極線管やプラズマディスプレーは、静電気による汚れ付着や電磁波による人体への影響などが課題となっている。また、携帯電話などの電磁波も社会的な問題となっており、これを遮蔽する透明な導電体に対する要望は高い。
【０００３】
帯電防止、電磁波遮蔽および反射防止を目的として、銀等の金属あるいはＩＴＯ等の導電性金属酸化物を蒸着・スパッタ等で導電性層をフェースパネル面に直接形成させる方法が提案されているが、膜形成には真空処理や高温処理が必要であり、製造費が高価になったり、生産性に問題がある。また、ゾル−ゲル法による塗布方式の導電性薄膜の形成法も提案されているが（例えば、非特許文献１参照。）、高温処理が必要であり、透明基材であるプラスチックフィルム上やハードコート上への積層は基材の変質が起こることにより、基材として使用できる素材が限定されてしまう。
【０００４】
導電性酸化物微粒子やコロイドを分散させた透明導電性塗料も提案されているが（例えば、特許文献１、２参照。）、得られた透明導電性層の導電性が低い。さらに導電性を上げるために、金属微粒子からなる透明導電膜が提案されているが（例えば、特許文献３、４参照。）、導電性がまだ十分ではない。
【０００５】
金属微粒子を連結した鎖状金属コロイド分散物による導電性層の提案（例えば、特許文献５参照。）があるが、導電性の点ではより高いものが望まれる。
【０００６】
また、銀粉を主体とする導電粉、数平均分子量が３０００以上のポリエステル樹脂を含む結合剤および溶剤を主成分とする導電性ペースト（例えば、特許文献６参照。）及び、ポリブタジエン系樹脂とイソシアネート基をオキシム系化合物やカプロラクタムでブロック化したブロック化イソシアネート化合物を結合剤に使用したメンブレン回路用の銀ペースト（例えば、特許文献７参照。）は、比較的良好な耐屈曲性を有しているものの、硬化性が悪いという問題がある。また、耐屈曲性を出すためにかなり軟質の結合剤を使用しており、耐コネクター挿抜性、耐コネクターブロッキング性も不良である。また、フレーク状（りん片状）銀粉と共重合ポリエステル樹脂とブロック化イソシアネート化合物を結合剤に使用した耐屈曲性に優れた銀分散物（例えば、特許文献８参照。）が知られているが、良好な耐屈曲性を得るためには、１５０℃で３０分程度の高温での硬化が必要であり、このものを低温で硬化すると耐屈曲性が著しく劣り、また密着性、硬度も不良となる。
【０００７】
【非特許文献１】
羽生等、ＮａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｐｏｒｔ
４０，Ｎｏ．１，（１９９４）９０
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−３４４４８９号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平７−２６８２５１号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開平９−５５１７５号公報
【００１１】
【特許文献４】
特開平１０−１８８６８１号公報
【００１２】
【特許文献５】
特開２００２−１０９６号公報
【００１３】
【特許文献６】
特開２０００−２６０２２４号公報
【００１４】
【特許文献７】
特開昭５９−２０６４５９号公報
【００１５】
【特許文献８】
特開平１−１５９９０６号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、導電性物質の分散物の塗布、付着により電気抵抗の小さい導電部位を有する導電体を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、以下の構成によって達成された。
【００１８】
１．金属微粒子を含有する導電体において、該金属微粒子のうち５０％以上が微小金属核粒子に金属原子を供給し成長させることにより形成された、厚さが１ｎｍ〜１０μｍで平均投影面積に対する円換算直径対平均厚みの比が３〜５０である平板状の金属微粒子であることを特徴とする導電体。
【００１９】
２．金属原子の供給が金属イオンと還元剤による供給であることを特徴とする前記１記載の導電体。
【００２０】
３．形成された平板状金属微粒子に対する微小金属核粒子の体積比率が５０％以下であることを特徴とする前記１又は２記載の導電体。
【００２１】
４．平板状金属粒子の平均投影面積に対する円換算直径対平均厚みの比が５〜５０であることを特徴とする前記１〜３のいずれか１項記載の導電体。
【００２２】
５．成長が液相で行われることを特徴とする前記２記載の導電体。
本発明を更に詳しく説明する。本発明の平板状の金属微粒子は少なくとも１種以上の金属からなる。金属微粒子の平均の厚さは１ｎｍ〜１０μｍで、好ましくは３〜３０ｎｍ、透明性を得るためにはより好ましくは３〜１０ｎｍである。該金属粒子の扁平さの尺度としてアスペクト比を用いる。アスペクト比は金属粒子の扁平面の平均投影面積を円に換算したときの直径に対する金属粒子の平均厚みの比とし、その値が３以上であることが好ましい。より好ましくは３〜２０、さらに好ましくは３〜１０である。
【００２３】
本発明において使用できる金属微粒子は公知の方法によって得ることができ、単独金属微粒子であっても複合金属微粒子でもかまわない。導電性が高いという点で、銀微粒子、銅微粒子、及び銀と銅の複合微粒子などが優れている。
【００２４】
平板状の銀粒子の製造方法は特開平５−１３４３５８号、同９−６７１２２号等に開示されている。このほかの方法としては平板状のハロゲン化銀を還元して製造することもできる。
【００２５】
金属微粒子は粉体塗装に供することができる。また、コロイド分散液としても使用できる。コロイド分散液は、上記金属微粒子を媒質とし、媒体としての溶媒は、水や炭素数１〜５のアルコール類、炭素数２〜５のエステル類、炭素数２〜５のケトン類、炭素数２〜５のエーテル類等の有機溶媒、およびこれらの混合溶媒を用いることができる。
【００２６】
本発明において用いられる金属微粒子は、異種の金属を含有してもよい。たとえば銀粒子の場合には、金属微粒子の金属よりもイオン化傾向の小さい金属のイオンから構成される金属化合物を平板状の粒子形成途中、または形成後にイオン又は錯塩の形で供給することにより取り込むことができる。
【００２７】
特に、Ｐｄ、ＰｔあるいはＡｕは導電性向上が見込まれる。上記錯塩の具体例としては、（ＮＨ_４）_２［ＰｄＣｌ_４］、Ｋ_２［ＰｄＣｌ_４］、Ｋ_２［ＰｄＣｌ_６］、Ｎａ_２［ＰｄＣｌ_４］、Ｎａ_２［ＰｄＣｌ_６］、Ｌｉ_２［ＰｄＣｌ_４］、Ｋ_２［ＰｄＢｒ_４］、（ＮＨ_４）_２［ＰｔＣｌ_４］、Ｋ_２［ＰｔＣｌ_４］、Ｋ_２［ＰｔＣｌ_６］、Ｋ_２［Ｐｔ（ＣＮ）_４］・３Ｈ_２Ｏ、Ｐｔ（ＮＨ_３）_４Ｃｌ_２、［Ｐｔ（ＮＨ_３）_４］（ＮＯ_３）_２、（ＮＨ_４）ＡｕＣｌ_４、Ｋ［ＡｕＣｌ_４］・２Ｈ_２Ｏ、Ｎａ［ＡｕＣｌ_４］・２Ｈ_２Ｏ等を挙げることができる。なかでも、Ｎａ_２［ＰｄＣｌ_４］、Ｋ_２［ＰｔＣｌ_４］が特に好ましい。金属化合物は１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００２８】
これらの金属を表面にドープすることはマイグレーションの防止効果もある。マイグレーション防止の観点では金属表面を酸化する方法や金属に吸着する物質を添加する方法もある。金属に吸着する物質は導電性のものが好ましい。有機導電性物質に吸着基をつけた化合物も好ましく用いることができる。必要に応じて該金属微粒子と同一あるいは別種の金属微粒子と混ぜて用いてもよい。
【００２９】
本発明の金属微粒子を特開平５−１３４３５８号、特開平９−６７１２２号等に開示されている方法やゼラチンに分散された平板状のハロゲン化銀を還元して調製する場合には、ゼラチンが導電性を低下させる原因となるため除去することが好ましい。ゼラチンはタンパク質分解酵素で水溶化することは知られている。タンパク質分解酵素を加えた溶液を限外ろ過などの方法で固液分離することでゼラチンを除去できる。乾燥粉末を得るためには水分を完全に除去する必要があるが、乾燥方法としては公知の方法を用いることができるが、マイグレーションの防止や粉末の凝集を防止するためにはフリーズドライやフラッシュジェットによる方法が好ましい。
【００３０】
本発明の金属微粒子を分散液として用いる場合には、バインダーを添加してもよい。水溶媒を用いる場合には水溶性のバインダー、有機溶剤を用いる場合には有機溶剤に可溶なバインダーを選択できる。分散に際しては分散機を用いてもよい、超音波式や機械的なサンドミル、ボールミル、マントンゴーリーなど公知の分散方式を用いることができる。バインダーは非導電性のものを用いる場合は金属微粒子１質量部に対し、多くとも０．０３質量部以下が好ましい。好ましくは０〜０．０１質量部である。本発明の平板状の金属微粒子はその形態上、被覆、隠蔽性に優れるためバインダーは少な目にできる優位性がある。又、本発明の導電体は公知の方法で焼成することもできる。
【００３１】
本発明の金属微粒子はインクジェットを用いた基板配線作製に用いることができる。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３３】
実施例１
ゼラチン１１２ｇに、蒸留水３，４８８ｇを添加し、そして得られた混合物を約４７℃まで加熱してゼラチンを溶解した。これに、酢酸カルシウム４．０ｇ及びホウ化水素カリウム２．０ｇを添加した。その直後に、蒸留水１．０Ｌに溶解した硝酸銀６．０ｇを、急速に攪拌しながら添加した。蒸留水を添加して、最終質量を５．０ｋｇにした。次いで生成物をゲル化温度近くまで冷却し、そして小さな穴を通過させて冷却した水の中へ入れ、それにより非常に微細なホウ化水素還元銀核を含むヌードルを形成した。便宜上及びヌードルが溶融塊を形成するのを防ぐために、水を用いてヌードルを希釈して水１対ヌードル３にした。
【００３４】
水で希釈したホウ化水素還元銀核を含むヌードル６５０ｇに、蒸留水８１ｇに溶解したモノスルホン酸ヒドロキノンカリウム６．５ｇ及びＫＣｌ０．２９ｇを添加した。ヌードルスラリーを約６℃まで冷却した。別々の容器に、以下の２種の溶液Ａ及びＢを製造した。
【００３５】
溶液Ａ
亜硫酸ナトリウム（無水）１１．７ｇ
重亜硫酸ナトリウム（無水）０．５８８ｇ
蒸留水７３．２ｇ
溶液Ｂ
硝酸銀５．８５ｇ
蒸留水７３．２０ｇ
溶液Ａ及びＢを混合して、攪拌を続けると消失する白色沈殿を形成させた。次いで直ちに、この混合物を短時間で（４分間以内）急速に攪拌しながらヌードルスラリーに添加した。温度を１０℃に維持し、そしてすべての可溶性銀塩が核の上に還元されるまで、約８０分間増幅を進行させた。得られた青色スラリー粒子を、ナイロンメッシュバック中でスラリーを介して水道水を通過させ、そして約３０分間洗浄水がバックを通過するようにして洗浄したので、すべての塩を洗い流せた。
【００３６】
洗浄したスラリーに蒸留水１ｋｇを加え、３０℃にしてスラリーを溶融した。タンパク質分解酵素としてアクチナーゼＥ（科研製薬）５００ｍｇを添加し３０分攪拌した。
【００３７】
この液を特開平９−６７１２２号の方法で限外ろ過を行い、液が１５０ｇになったところで蒸留水を１ｋｇ添加し再度限外ろ過を行う水洗を３回実施し、平均厚み６．５ｎｍ、投影面積直径が１５〜２０ｎｍの金属微粒子を含有する分散液を得た。さらにポリビニルアルコール及び蒸留水を加え、金属銀５％、ポリビニルアルコール０．０５％の分散液Ａを得た。
【００３８】
実施例２
８０分の増幅時間のうち７０分経過した時点でＮａ_２［ＰｄＣｌ_４］（パラジウム錯体）５％水溶液１０ｇを添加した以外は実施例１と同様の方法で表面近傍にＰｄがドープされた金属銀を得た。平均厚み６．５ｎｍ、投影面積直径が１５〜２０ｎｍであった。さらにポリビニルアルコール及び蒸留水を加え、金属銀５％、ポリビニルアルコール０．０５％の分散液Ｂを得た。
【００３９】
実施例３
実施例１の分散液Ａをフリーズドドライにより乾燥した金属銀微粒子を得た。得られた金属銀にポリビニルアルコール、メタノールを加え、金属銀５％、ポリビニルアルコール０．０５％の分散液Ｃを得た。
【００４０】
実施例４
３０質量％のクエン酸ナトリウム水溶液３００ｍｌに３０質量％の硫酸第一鉄を５０ｍｌ加え混合し、窒素雰囲気下で温度を２０℃に保ち、激しく攪拌しながら１０％硝酸銀を５０ｍｌ添加し反応させ、これを限外ろ過器を使って不純物を除き、水を加えて５％の金属銀を含有する分散液を得た。さらにポリビニルアルコールを加え、金属銀５％、ポリビニルアルコール０．０５％の分散液Ｄを得た。
【００４１】
実施例５
（低反射透明導電性積層フィルムの作製）
膜厚１８０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムにワイヤーバーを用いて下記ハードコート層塗布液を塗布・乾燥後、紫外線照射し１５ｎｍ膜厚のハードコート層を作製した。
【００４２】

得られたハードコート層をコロナ処理を施した後、その上に、上記分散液Ａ〜Ｄをイソプロパノールで希釈した後、ワイヤーバーで塗布量が６０ｍｇ／ｍ^２になるように塗布、乾燥した。次いで、下記反射防止層塗布液を膜厚７０ｎｍになるように塗布・乾燥し、紫外線照射した。さらに、下記防汚層用塗布液を同様にワイヤーバーで膜厚１０ｎｍになるように塗布し乾燥・熱処理を行い、各分散液に対応する低反射透明導電性積層フィルムの試料Ａ〜Ｄを得た。
【００４３】

【００４４】

試料Ｂ作製の際、反射防止層を塗布する前にカレンダー処理（７０℃、３００ｋｇ／ｃｍ）を施した以外は同様にして低反射透明導電性積層フィルムの試料Ｅを得た。
【００４５】
作製した低反射透明導電性積層フィルムの試料を以下に示す方法で評価した。
（１）表面抵抗率
４端子法表面抵抗率計（三菱油化（株）社製「ロレスタＦＰ」）により測定した。
（２）透過率・ヘイズ
ヘイズメーター（日本電色工業（株）社製ＭＯＤＥＬ１００１ＤＰ）を用いて測定した。
（３）平均反射率
分光光度計（日本分光（株）社製）を用いて、４５０〜６５０ｎｍの波長領域における入射光５°における正反射の平均反射率を評価した。
【００４６】
【表１】

【００４７】
表１から、本発明の試料は表面抵抗率も低く、透過率、ヘイズ、平均反射率が極めて良好で、低反射透明導電性積層フィルムであることが分かる。
【００４８】
試料を屈曲させて後、導電性を確認したところ、比較の試料Ｄはマイクロクラックが発生し、導電性が低下したのが、本発明の試料Ａ〜Ｃ及びＥはマイクロクラックの発生がなく、導電性も変化せず、優れた耐屈曲性を有することがわかった。
【００４９】
実施例６
実施例２においてＡ液、Ｂ液の量を２倍にしたこと以外は同様の方法で金属銀粒子を得た。得られた金属銀は厚み８ｎｍ、投影面積直径２５〜４０ｎｍであった。
【００５０】
得られた金属微粒子は同様の方法で洗浄し、金属に対し０．００１質量部の比率でポリビニルアルコールを添加し、固形分５％の分散液を得た。これを実施例５と同様に、固形分膜厚５０ｎｍになるよう、ハードコート層を有するポリエチレンテレフタレートフィルムにワイヤーバーで塗布し、カレンダー処理（７０℃、３００ｋｇ／ｃｍ）を施した。
【００５１】
得られた膜の抵抗は６μΩ・ｃｍであり、非常に低い抵抗値を示し、導電性膜として有効なレベルであった。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の方法により製造された金属銀微粒子は塗布により高い導電性を示し、帯電防止性、電磁波遮蔽性、導電性に優れた機能性膜を形成することができる。また、優れた導電性膜を形成できる。

Claims

金属微粒子を含有する導電体において、該金属微粒子のうち５０％以上が微小金属核粒子に金属原子を供給し成長させることにより形成された、厚さが１ｎｍ〜１０μｍで平均投影面積に対する円換算直径対平均厚みの比が３〜５０である平板状の金属微粒子であることを特徴とする導電体。
金属原子の供給が金属イオンと還元剤による供給であることを特徴とする請求項１記載の導電体。
形成された平板状金属微粒子に対する微小金属核粒子の体積比率が５０％以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の導電体。
平板状金属粒子の平均投影面積に対する円換算直径対平均厚みの比が５〜５０であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の導電体。
成長が液相で行われることを特徴とする請求項２記載の導電体。