JP2009197255A - Method for producing metal nanorod, metal nanorod produced thereby and its use - Google Patents

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栄三 竹前
Susumu Arai
進 新井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a metal nanorod, which provides nanoparticles containing metal nanorods that do not contain such impurities as to require a special separation and purification operation in a mixture after having been treated, without using an electrochemical reaction. <P>SOLUTION: The method for producing the metal nanorod includes producing nanoparticles containing metal nanorods having a uniform shape, by mechanically grinding a fine powder of a metal compound in the presence of a solvent. The metal nanorod is obtained by using the production method. An electroconductive composite polymer is formed by dispersing the metal nanorod in a polymer. An electronic product contains the electroconductive composite polymer. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、金属ナノロッドの製造方法、それによって得られる金属ナノロッド、導電性コンポジットポリマーおよび該導電性コンポジットポリマーを含む電子製品に関し、さらに詳しくは金属化合物の微粉末を溶媒の存在下に機械的に粉砕して金属ナノロッドを含む金属ナノ粒子を得る金属ナノロッドの製造方法、それによって得られる金属ナノロッド、該金属ナノロッドを含む導電性コンポジットポリマーおよび該導電性コンポジットポリマーを含む電子製品に関する。   The present invention relates to a method for producing metal nanorods, the metal nanorods obtained thereby, a conductive composite polymer, and an electronic product including the conductive composite polymer, and more specifically, a metal compound fine powder is mechanically treated in the presence of a solvent. The present invention relates to a method for producing a metal nanorod obtained by pulverization to obtain metal nanoparticles containing metal nanorods, a metal nanorod obtained thereby, a conductive composite polymer containing the metal nanorod, and an electronic product containing the conductive composite polymer.

金属微粒子の1種として、長軸と短軸とを有しアスペクト比が1より大きいロッド状の金属粒子である金属ナノロッドが提案されている。金属ナノロッドの製造法としては、ナノチューブ内に金属を析出させた後チューブから金属を取り出すナノチューブ法、電解装置、金板、白金板等の通電用電極、超音波照射器などを用いてアノードから溶出する金属イオンを還元し、超音波照射下、界面活性剤の作用でロッド状金属微粒子を成長させる電気化学的方法、金属塩溶液に還元剤を添加して成長核となる微細な金属種を最初に生成させ、この金属種を含む溶液を別容器の成長液に定量添加してロッド形状に成長させる化学的方法、界面活性剤含有溶液中の金属イオンに紫外線を長時間照射して金属ナノロッドを生成させる光学的方法が知られている。   As one type of metal fine particles, metal nanorods, which are rod-shaped metal particles having a major axis and a minor axis and an aspect ratio larger than 1, have been proposed. Metal nanorods can be produced by depositing metal in the nanotube and then removing the metal from the tube. Elution from the anode using an electrolysis device, a current-carrying electrode such as a gold plate or platinum plate, or an ultrasonic irradiator. Electrochemical method for reducing metal ions to grow and growing rod-shaped metal fine particles by the action of surfactant under ultrasonic irradiation, adding a reducing agent to a metal salt solution to first create a fine metal species as a growth nucleus A chemical method in which a solution containing this metal species is added quantitatively to a growth solution in a separate container and grown into a rod shape, and metal nanorods are irradiated by irradiating metal ions in a surfactant-containing solution with ultraviolet rays for a long time. Optical methods of generating are known.

しかし、これら従来公知の金属ナノロッドの製造法は、特別の装置が必要であるとかあるいは還元剤の還元力が強すぎて金属微粒子の成長を制御することが困難である等の問題点が指摘されている。このため、特別な装置を必要とせず金属微粒子の成長を制御できる再現性のよい金属ナノロッドの製造法およびそれによって得られる金属微粒子含有組成物が提案された(特許文献1〜4)。   However, these conventionally known methods for producing metal nanorods point out problems such as the need for a special apparatus or the reduction power of the reducing agent being too strong to control the growth of metal fine particles. ing. For this reason, the manufacturing method of the metal nanorod with sufficient reproducibility which can control the growth of a metal microparticle without requiring a special apparatus, and the metal microparticle containing composition obtained by it were proposed (patent documents 1-4).

特開2005−68447号公報JP 2005-68447 A 特開2005−317395号公報JP 2005-317395 A 特開2006−118036号公報JP 2006-118036 A 特開2006−169544号公報JP 2006-169544 A

前記特開2005−68447号公報には、界面活性剤としてジアルキルジメチルアンモニウムブロマイドを含む水溶液中での電気化学反応による金属ナノロッドの製造方法が記載されている。
しかし、ここに具体的に記載されている金属ナノロッドは、陽極として金板を用いて得られるロッド状金微粒子である。
前記特開2005−317395号公報には、金属ナノワイヤーあるいは金属ナノワイヤーと金属ナノロッドとを含有する導電性組成物およびその組成物によって形成された導電性塗膜、導電性ペースト、配線材料、電極材料、および導電性フィルムが、また前記の金属ナノワイヤーおよび金属ナノロッドは界面活性剤を含む水溶液中で金属イオンの還元により得られることが記載されている。
JP 2005-68447 A describes a method for producing metal nanorods by an electrochemical reaction in an aqueous solution containing dialkyldimethylammonium bromide as a surfactant.
However, the metal nanorods specifically described here are rod-shaped gold fine particles obtained using a gold plate as an anode.
JP-A-2005-317395 discloses a conductive composition containing metal nanowires or metal nanowires and metal nanorods, and a conductive coating film, a conductive paste, a wiring material, and an electrode formed from the composition. It is described that the material and the conductive film, and the metal nanowires and metal nanorods can be obtained by reduction of metal ions in an aqueous solution containing a surfactant.

また、前記特開2006−118036号公報には、還元能を有するアミン類と還元能を有さないアンモニウム塩とを含有する水溶液中で金属イオンを化学的に還元するロッド状の金属微粒子の製造方法、その製造方法によって得られたアスペクト比が1より大きいロッド状の金属微粒子、その金属微粒子を含有する組成物、およびその組成物によって形成された塗料組成物、塗膜、フィルムおよび板材の形態を有する光吸収材、電磁波シーッルド材等が記載されている。
さらに、特開2006−169544号公報には、還元を二段階で行い、第一還元工程において還元力の強い還元剤を用い、第二還元工程において還元力が弱い還元剤を用いるナノサイズの金属微粒子を製造する金属微粒子の製造方法、その製造方法によって得られたアスペクト比が1より大きいロッド状の金属微粒子、その金属微粒子を含有する組成物、およびその組成物によって形成された塗料組成物、塗膜、フィルムおよび板材の形態を有する光吸収材、電磁波シーッルド材等が記載されている。
これらの改良技術によれば、ナノサイズのロッド状の金属微粒子が得られるが、これらは電気化学反応あるいは化学反応を使用するものであって後者の場合には反応後の混合物中に金属ナノロッド以外に還元剤および/又は還元剤に基づく無機又は有機不純物が含まれ、用途によってはその分離精製が必要である。
In addition, in JP-A-2006-118036, production of rod-shaped metal fine particles for chemically reducing metal ions in an aqueous solution containing amines having a reducing ability and ammonium salts not having a reducing ability is disclosed. Method, rod-shaped metal fine particles having an aspect ratio of greater than 1 obtained by the production method, a composition containing the metal fine particles, and a coating composition, a coating film, a film, and a plate material formed by the composition A light-absorbing material, an electromagnetic shielding material, and the like.
Furthermore, Japanese Patent Laid-Open No. 2006-169544 discloses a nano-sized metal that performs reduction in two stages, using a reducing agent having a strong reducing power in the first reducing step, and using a reducing agent having a weak reducing power in the second reducing step. Method for producing metal fine particles for producing fine particles, rod-shaped metal fine particles having an aspect ratio larger than 1 obtained by the production method, a composition containing the metal fine particles, and a coating composition formed from the composition, A light absorbing material having a form of a coating film, a film and a plate material, an electromagnetic shielding material and the like are described.
According to these improved techniques, nano-sized rod-shaped metal fine particles can be obtained, which use electrochemical reaction or chemical reaction, and in the latter case, other than metal nanorods in the mixture after the reaction. Contains a reducing agent and / or an inorganic or organic impurity based on the reducing agent, and depending on the application, separation and purification are necessary.

このように、電気化学反応を用いずしかも反応後の混合物から溶媒以外の不純物を除くための特別な分離精製を必要としない金属ナノロッドの製造方法は知られていない。
従って、この発明の目的は、電気化学反応を用いずそして処理後の混合物中に特別な分離精製を必要するような不純物を含まない金属ナノロッドを含むナノ粒子を得る新規な金属ナノロッドの製造方法を提供することである。
また、この発明の他の目的は、前記の製造方法によって得られる金属ナノロッド、およびその金属ナノロッドを用いた導電性コンポジットポリマー及び電子製品を提供することである。
Thus, there is no known method for producing metal nanorods that does not use an electrochemical reaction and does not require special separation and purification for removing impurities other than the solvent from the mixture after the reaction.
Therefore, an object of the present invention is to provide a novel method for producing metal nanorods that does not use electrochemical reaction and obtains nanoparticles containing metal nanorods that do not contain impurities that require special separation and purification in the treated mixture. Is to provide.
Another object of the present invention is to provide a metal nanorod obtained by the above production method, and a conductive composite polymer and an electronic product using the metal nanorod.

この発明は、金属化合物の微粉末を溶媒の存在下に機械的に粉砕して形状が整った金属ナノロッドを含むナノ粒子を得る金属ナノロッドの製造方法に関する。
また、この発明は、前記の製造方法によって得られる金属ナノロッドに関する。
また、この発明は、前記の金属ナノロッドをポリマーに分散させてなる導電性コンポジットポリマーに関する。
さらに、この発明は、前記の導電性コンポジットポリマーを含む電子製品に関する。
The present invention relates to a method for producing metal nanorods, in which fine particles of a metal compound are mechanically pulverized in the presence of a solvent to obtain nanoparticles containing metal nanorods having a uniform shape.
Moreover, this invention relates to the metal nanorod obtained by the said manufacturing method.
The present invention also relates to a conductive composite polymer obtained by dispersing the metal nanorods in a polymer.
Furthermore, this invention relates to the electronic product containing the said conductive composite polymer.

この発明において、前記のナノ粒子とは金属ナノ粒子又は金属化合物のナノ粒子と金属ナノ粒子との組み合わせを意味する。
この発明においてナノ粒子およびナノロッドとは、後述の実施例の欄に詳細が説明される測定法によって測定した走査形電子顕微鏡(SEM)写真を観察して、任意のSEM写真中の50%以上の数の粒子が粒子径1500nm未満である場合又は50%以上の数のロッドの短軸が1500nm未満である場合をいう。
In the present invention, the above-mentioned nanoparticles mean a combination of metal nanoparticles or metal compound nanoparticles and metal nanoparticles.
In the present invention, nanoparticles and nanorods are 50% or more in any SEM photograph by observing a scanning electron microscope (SEM) photograph measured by the measurement method described in detail in the column of Examples described later. This refers to the case where the number of particles is less than 1500 nm or the minor axis of 50% or more of the rods is less than 1500 nm.

この発明によれば、電気化学反応を用いず簡単な操作でそして処理後の混合物中に特別な分離精製を必要する不純物を含まない金属ナノロッドを含むナノ粒子を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain nanoparticles containing metal nanorods that do not contain impurities and that do not contain an electrochemical reaction and that do not contain impurities that require special separation and purification in the mixture after treatment.

この発明における好適な態様を次に示す。
1)粉砕が、機械的に粉砕して得られる微粉末についての走査形電子顕微鏡(SEM)写真でロッドの形状が一定になるまで行われる前記の製造方法。
2)金属化合物が、金属酸化物である前記の製造方法。
3)さらに、金属ナノロッドと金属ナノ粒子との物性の違いを利用して金属ナノロッドを分離取得する工程を含む前記の製造方法。
4)ポリマーが、樹脂あるいはエラストマーである前記の導電性コンポジットポリマー。
A preferred embodiment of the present invention will be described below.
1) The said manufacturing method with which a grinding | pulverization is performed until the shape of a rod becomes fixed with the scanning electron microscope (SEM) photograph about the fine powder obtained by carrying out mechanical grinding | pulverization.
2) The said manufacturing method whose metal compound is a metal oxide.
3) The said manufacturing method further including the process of isolate | separating and acquiring a metal nanorod using the difference in the physical property of a metal nanorod and a metal nanoparticle.
4) The said conductive composite polymer whose polymer is resin or an elastomer.

この発明における金属化合物としては、特に制限はなく、例えば銀、パラジウム、ニッケル、銅、鉄などの金属の酸化物、硫化物が挙げられ、好適には金属酸化物、その中でも銀、パラジウム又はニッケルの酸化物、特に酸化銀(AgO)が挙げられる。
前記の金属酸化物の形状としては、特に制限はなく一般に市販されている粒径を有する微粉末であればよく、例えば平均粒子径(メディアン径)が5〜200μm程度、特に10〜100μm程度であるものが好適である。
The metal compound in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include oxides and sulfides of metals such as silver, palladium, nickel, copper, and iron, preferably metal oxides, among which silver, palladium, or nickel Oxides, particularly silver oxide (Ag 2 O).
The shape of the metal oxide is not particularly limited as long as it is a fine powder having a commercially available particle size. For example, the average particle size (median diameter) is about 5 to 200 μm, particularly about 10 to 100 μm. Some are preferred.

この発明においては、前記の金属化合物の微粉末を溶媒の存在下に機械的に粉砕することが必要である。
この発明における溶媒の役割は、金属化合物の微粉末が機械粉砕されて微細化された金属化合物ナノ粒子および金属ナノ粒子、そして金属ナノロッドが形成される過程での微粉末の均一分散だけでなく、形成された金属ナノ粒子さらには金属ナノロッドの空気からの遮断および機械粉砕後の金属ナノ粒子(金属ナノロッドを含む)の分散促進にあると考えられる。
In the present invention, it is necessary to mechanically grind the fine powder of the metal compound in the presence of a solvent.
The role of the solvent in the present invention is not only the uniform dispersion of the fine powder in the process of forming the metal compound nanoparticles and metal nanoparticles, and the metal nanorods obtained by mechanically pulverizing the fine powder of the metal compound, It is considered that the formed metal nanoparticles and the metal nanorods are shielded from the air and the dispersion of the metal nanoparticles (including metal nanorods) after the mechanical pulverization is promoted.

前記の溶媒としては、金属化合物を溶解しないものであれば特に制限はなく、例えばエタノール、メタノール、イソプロパノール、t−ブタノール、フェノール、フェノールトルエン、フェノールキシレン、アセトンなど、特にエタノールを挙げることができる。
前記の溶媒は、金属化合物の微粉末に対して10〜1000容量倍、特に25〜200容量倍程度の割合で使用し得る。
The solvent is not particularly limited as long as it does not dissolve the metal compound, and examples thereof include ethanol, methanol, isopropanol, t-butanol, phenol, phenoltoluene, phenolxylene, acetone and the like.
The solvent can be used at a rate of about 10 to 1000 times, especially about 25 to 200 times the volume of the fine powder of the metal compound.

前記の微細化された金属化合物の微粉末から金属ナノ粒子が形成される反応については、系内に還元剤が含まれていないため系内の化学物質(溶媒)との反応によるとは考えにくく、機械粉砕によるせん断熱が関与していると推定される。例えば、酸化銀は大気中で高温に加熱すると、酸素を放出して銀化することが知られている。   Regarding the reaction in which metal nanoparticles are formed from the fine powder of the fine metal compound, it is unlikely that the reaction with a chemical substance (solvent) in the system because a reducing agent is not included in the system. It is presumed that shear heat due to mechanical grinding is involved. For example, it is known that when silver oxide is heated to a high temperature in the atmosphere, it releases oxygen and becomes silver.

この発明においては、前記の金属化合物の微粉末を溶媒の存在下に機械的な粉砕により、形状が整った金属ナノロッドを含むナノ粒子(金属ナノ粒子を含む)を形成することができる。
前記の機械的な粉砕は、機械的なエネルギーを微粉末に加えることによって微粉砕する。その手段としては、各種の機械粉砕機(ミル)を用いることができる。これらの機械粉砕機では、衝撃力、圧力、せん断力、回転摩擦力等を利用して微粉末を微粉砕するものであり、実施に際しては、金属化合物の種類や微粉末の大きさ等によって適した粉砕機を選択することが可能である。前記の機械粉砕機(ミル)として、例えば、ボールミル、アトリションミル、章動ミル、タワーミル、遊星ミル、振動ミル、ジェットミル、ロッドミル、ローラーミル、クラッシャーミルなど、好適にはボールミルを挙げることができる。
In the present invention, nanoparticles (including metal nanoparticles) including metal nanorods with a uniform shape can be formed by mechanically pulverizing the fine powder of the metal compound in the presence of a solvent.
The mechanical pulverization is performed by adding mechanical energy to the fine powder. Various mechanical pulverizers (mills) can be used as the means. These mechanical pulverizers finely pulverize fine powders using impact force, pressure, shear force, rotational friction force, etc., and are suitable for implementation depending on the type of metal compound and the size of the fine powder. It is possible to select a crusher. Examples of the mechanical pulverizer (mill) include a ball mill, a ball mill, an attrition mill, a nutation mill, a tower mill, a planetary mill, a vibration mill, a jet mill, a rod mill, a roller mill, a crusher mill, and the like. it can.

前記の機械的な粉砕をボールミルを用いて行う場合、粉砕媒体、例えば鋼球、セラミック製の粉砕球、特にジルコニア(ZrO)製ボールを使用し、ポット材質としてジルコニアを使用し、機械的エネルギーを加えながら粉砕球と金属化合物微粉末と粉砕球間の衝突中に金属化合物微粉末、さらにはナノ粒子に加えられるエネルギーが金属ナノ粒子、さらに形状が整った金属ナノロッドを形成するために充分であるように機械的な粉砕を続けることが好ましい。金属化合物微粉末の反応性(金属化)は、粉砕球と金属化合物微粉末と粉砕球間の衝突回数と関与する微粉末の粒径の低下に伴う反応面積の増加により、金属化合物微粉末の金属化が向上すると考えられる。 When the mechanical pulverization is performed using a ball mill, a pulverizing medium such as a steel ball, a ceramic pulverized ball, particularly a zirconia (ZrO 2 ) ball, zirconia is used as a pot material, and mechanical energy is used. During the collision between the pulverized sphere, the metal compound fine powder and the pulverized sphere, the energy applied to the metal compound fine powder, and further to the nanoparticles is sufficient to form metal nanoparticles and further shaped metal nanorods. It is preferable to continue the mechanical grinding as it is. The reactivity (metallization) of the metal compound fine powder is due to the increase in the reaction area accompanying the decrease in the particle size of the fine powder involved and the number of collisions between the pulverized sphere and the metal compound fine powder and the pulverized sphere. It is thought that metallization is improved.

以下、この発明について、この発明の1実施態様のエタノール中での金属化合物の1例である酸化銀微粉末のボールミルによる機械粉砕により形状が整った金属ナノロッドが形成されるまでの微粉末の変化を示すSEM写真を示す図1、粉砕前と後の微粉末のX線回折図である図2およびナノロッドの後述の実施例の欄に詳細に説明されるオージェ電子分光法による表面元素・組成分析結果を示す図3を用いて説明する。   Hereinafter, regarding the present invention, changes in the fine powder until a metal nanorod having a uniform shape is formed by mechanical grinding of a fine powder of silver oxide, which is an example of a metal compound in ethanol according to one embodiment of the present invention, with a ball mill. FIG. 1 shows an SEM photograph showing the surface element / composition analysis by Auger electron spectroscopy described in detail in the column of Examples below and FIG. 2 which is an X-ray diffraction diagram of fine powder before and after grinding. It demonstrates using FIG. 3 which shows a result.

図1から、粉砕前の金属酸化物微粉末が溶媒中での充分な時間(4日〜7日間)の機械粉砕後に形状が整ったナノロッドが形成され、形状が整ったナノロッドを含むナノ粒子に変化したことを示す。しかし、図1からは、溶媒中での機械粉砕であっても1日間の機械粉砕では不十分であり、形状が整ったナノロッドは形成しなかったことを示す。
図2から、粉砕前の微粉末は酸化銀(AgO)であり、粉砕後のナノロッドを含むナノ粒子は主として銀(Ag)であることがわかる。
図3から、ナノロッドが酸化銀ではなく銀であることがわかる。
従って、図1〜3から、粉砕前の大粒子径の酸化銀微粉末が溶媒(エタノール)中で形状が整ったナノロッドが形成されるまでの機械粉砕によって長軸が数μm以下で、短軸が数100nm程度であってアスペクト比が1より大きい金属(銀)ナノロッドを含むナノ粒子が得られることが理解される。
From FIG. 1, nanorods having a well-shaped nanorod formed after mechanical pulverization of a metal oxide fine powder before pulverization in a solvent for a sufficient period of time (4 to 7 days) are obtained. Indicates that it has changed. However, FIG. 1 shows that even with mechanical pulverization in a solvent, mechanical pulverization for one day was insufficient, and nanorods with a well-formed shape were not formed.
From FIG. 2, it can be seen that the fine powder before pulverization is silver oxide (Ag 2 O), and the nanoparticles including the nanorods after pulverization are mainly silver (Ag).
From FIG. 3, it can be seen that the nanorods are silver, not silver oxide.
Accordingly, from FIGS. 1 to 3, the major axis is several μm or less by mechanical grinding until a nanorod having a uniform shape in a solvent (ethanol) is formed in a silver oxide fine powder having a large particle diameter before grinding, It is understood that nanoparticles including metal (silver) nanorods having an aspect ratio larger than 1 can be obtained.

前記のボールミルを用いた機械粉砕において、機械粉砕の条件、例えばポットに充填する金属化合物微粉末の合計容積とポット容積との容積割合、ポットに充填する金属化合物微粉末の合計容積とボールの合計容積との容積割合、粉砕温度および粉砕時間について、形状が整った金属ナノロッドが形成される条件を適宜選択することができる。好適には、充填する金属化合物微粉末の合計容積:ポット容積との容積割合は1:500〜10:100程度、特に1:200〜5:100程度であることが好ましく、充填する金属酸化物微粉末の合計容積:ボールの合計容積は5:100〜50:100程度、特に7.5:100〜25:100程度であることが好ましく、0〜50℃、特に室温程度の粉砕温度、機械粉砕して得られる粉砕微粉末についてのSEM写真でロッドの形状が一定になるまでの粉砕時間、例えば3〜14日程度、特に4〜10日程度の粉砕時間が挙げられる。前記の粉砕微粉末についてのSEM写真は、機械粉砕を連続的に行って、一定時間毎のサンプリングによって測定することが可能である。   In the mechanical pulverization using the ball mill, the mechanical pulverization conditions, for example, the volume ratio between the total volume of the metal compound fine powder to be filled in the pot and the pot volume, the total volume of the metal compound fine powder to be filled in the pot and the total of the balls Regarding the volume ratio with respect to the volume, the pulverization temperature, and the pulverization time, conditions under which metal nanorods having a well-formed shape are formed can be appropriately selected. Preferably, the volume ratio of the total volume of the metal compound fine powder to be filled to the pot volume is preferably about 1: 500 to 10: 100, particularly preferably about 1: 200 to 5: 100. The total volume of the fine powder: The total volume of the balls is preferably about 5: 100 to 50: 100, more preferably about 7.5: 100 to 25: 100, and the grinding temperature is preferably about 0 to 50 ° C., particularly about room temperature. The SEM photograph of the pulverized fine powder obtained by pulverization includes a pulverization time until the rod shape becomes constant, for example, about 3 to 14 days, particularly about 4 to 10 days. The SEM photograph of the pulverized fine powder can be measured by performing mechanical pulverization continuously and sampling at regular intervals.

この発明においては、前記の製造方法によって形状が整った金属ナノロッドを含むナノ粒子を含む溶媒混合物を用いて、必要であれば機械粉砕された微粉末を含む溶媒混合物から微粉末を分離取得するためのそれ自体公知の方法、例えば、凝固、ろ過、遠心分離、減圧乾燥などの単独あるいは2つ以上を組合せた方法によって、固形分であるナノ粒子を得ることができる。前記のろ過にはメンブレンフィルター等を用いることが好ましい。
このようにして得られた金属ナノロッドを含むナノ粒子はそのまま又は金属ナノロッドとナノ粒子との比重差、粒子径とロッドの長軸長さの差などの物性の違い(例えば、前記の金属が銀である場合、銀の比重は約10.5であり、酸化銀の比重は約7.2である。)を利用して金属ナノロッドを分離取得する方法によって、金属ナノロッドを得ることができる。
In this invention, in order to separate and obtain fine powder from a solvent mixture containing finely pulverized mechanical powder, if necessary, using a solvent mixture containing nanoparticles containing metal nanorods shaped by the above production method Nanoparticles having a solid content can be obtained by a method known per se, for example, a method such as coagulation, filtration, centrifugation, and drying under reduced pressure, or a combination of two or more thereof. A membrane filter or the like is preferably used for the filtration.
The nanoparticles containing the metal nanorods obtained in this manner are used as they are or the difference in physical properties such as the difference in specific gravity between the metal nanorods and the nanoparticles, the difference in particle diameter and the major axis length of the rods (for example, the metal is silver In this case, the specific gravity of silver is about 10.5 and the specific gravity of silver oxide is about 7.2.) The metal nanorods can be obtained by a method of separating and obtaining the metal nanorods using the above method.

前記のように、この発明における金属ナノロッドは金属ナノ粒子を含むものであってよい。また、金属化合物が金属酸化物である場合、金属ナノロッドの用途によっては、例えば導電性コンポジットを得る場合には、ナノ粒子中の金属酸化物ナノ粒子を金属ナノロッドを含む金属ナノ粒子から分離する必要はなくナノ粒子としてそのまま使用することができる。   As described above, the metal nanorods in the present invention may include metal nanoparticles. When the metal compound is a metal oxide, depending on the use of the metal nanorod, for example, when obtaining a conductive composite, it is necessary to separate the metal oxide nanoparticle in the nanoparticle from the metal nanoparticle including the metal nanorod. It can be used as it is as nanoparticles.

この発明の導電性コンポジットポリマーは、前記の金属ナノロッドの単独又は該金属ナノロッドを含むコロイドを用い、金属ナノロッドをポリマーに分散させることによって得ることができる。前記の金属ナノロッドは金属ナノ粒子を含むものであってよい。
導電性コンポジットポリマーは、目的に応じて、顔料、レベリング剤、消泡剤、金属酸化物、その他の各種添加剤などを添加してもよい。
The conductive composite polymer of the present invention can be obtained by dispersing metal nanorods in a polymer using the metal nanorods alone or colloids containing the metal nanorods. The metal nanorods may include metal nanoparticles.
Depending on the purpose, the conductive composite polymer may contain pigments, leveling agents, antifoaming agents, metal oxides, and other various additives.

前記の金属ナノロッドを含むコロイドとしては、溶媒の存在下に金属化合物微粉末を機械粉砕して得られた金属ナノロッドを含むナノ粒子の溶媒混合物あるいは金属ナノロッドを含むナノ粒子の溶媒混合物から溶媒を一部蒸発させた混合物からなるコロイドであってもよく、あるいは金属ナノロッドを含むナノ粒子の溶媒混合物から分離取得した金属ナノロッドを前記と同一種類あるいは別種の溶媒に分散させたコロイドであってもよい。   The colloid containing the metal nanorods includes a solvent mixture of nanoparticles containing metal nanorods obtained by mechanically pulverizing metal compound fine powder in the presence of a solvent or a solvent mixture of nanoparticles containing metal nanorods. It may be a colloid composed of a partially evaporated mixture, or a colloid in which metal nanorods separated and obtained from a solvent mixture of nanoparticles containing metal nanorods are dispersed in the same or different solvent.

前記の別種の溶媒としては、特に制限はなく、例えばノルマルヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、テトラヒドロフランン、エチルベンゼンなどを挙げることができる。
前記のコロイド中の金属ナノロッドは、金属ナノ粒子および場合により少量の金属化合物ナノ粒子が含まれるナノ粒子成分が3質量%以上70質量%以下であることが好ましい。
There is no restriction | limiting in particular as said another kind of solvent, For example, normal hexane, a cyclohexane, toluene, methyl isobutyl ketone, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, butyl acetate, tetrahydrofuran, ethylbenzene etc. can be mentioned.
The metal nanorods in the colloid preferably contain 3% by mass or more and 70% by mass or less of the nanoparticle component including metal nanoparticles and optionally a small amount of metal compound nanoparticles.

前記のポリマーとしては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアルコール、エチレンー酢酸ビニル共重合体、ポリ乳酸、ポリエチレン、ポリプロピレン、イソプレンおよびアクリロニトリルの少なくとも1種とのコポリマー、ポリウレタンなどの樹脂、ポリイソプレン、ポリブタジエン、スチレンとブタジエンとのコポリマーなどのエラストマーを挙げることができる。   Examples of the polymer include acrylic resin, epoxy resin, polyamide, polyimide, polycarbonate resin, polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl acetate copolymer, polylactic acid, polyethylene, polypropylene, copolymer with at least one of isoprene and acrylonitrile, polyurethane, and the like. Mention may be made of elastomers such as resins, polyisoprene, polybutadiene, copolymers of styrene and butadiene.

前記のポリマーと金属ナノロッドとは、重合が完了したポリマーと金属ナノロッドの単独又は該金属ナノロッドを含むコロイドと混合してもよく、あるいは前記ポリマーの前駆体あるいはモノマーを含む溶媒溶液と金属ナノロッドの単独又は該金属ナノロッドを含むコロイドとを混合した後、重合を完了させてもよい。後者の場合、重合を完了させるために触媒あるいは反応促進剤などの重合反応を促進するために当業者に周知の添加剤や、熱を加えたり光を照射することができる。   The polymer and the metal nanorod may be mixed with the polymer and the metal nanorod which have been polymerized alone or with a colloid containing the metal nanorod, or the solvent solution containing the precursor or monomer of the polymer and the metal nanorod alone. Alternatively, the polymerization may be completed after mixing with the colloid containing the metal nanorods. In the latter case, additives known to those skilled in the art, heat, or light irradiation can be applied to accelerate the polymerization reaction such as a catalyst or a reaction accelerator to complete the polymerization.

前記のポリマーと金属ナノロッドとの割合は、用途によって異なるが例えば導電性用途ではポリマー100質量部に対して金属ナノロッドが500〜1900質量部であることが好ましい。
前記の導電性コンポジットポリマーは、塗料組成物、塗膜、フィルム、板材など種々の形態で用いることができる。
また、この発明の電子製品は、前記の導電性コンポジットポリマーを塗膜、電磁波シールド材、配線材料、電極材料、記録材料、記録素子などの種々の部材として使用することによって、得ることができる。
Although the ratio of the said polymer and metal nanorod changes with uses, for example, in electroconductive use, it is preferable that metal nanorods are 500-1900 mass parts with respect to 100 mass parts of polymers.
The conductive composite polymer can be used in various forms such as a coating composition, a coating film, a film, and a plate material.
The electronic product of the present invention can be obtained by using the conductive composite polymer as various members such as a coating film, an electromagnetic shielding material, a wiring material, an electrode material, a recording material, and a recording element.

以下、この発明の実施例を示す。
以下の各例において、機械粉砕前後の微粉末の形状を走査形電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、SEM)によって測定してSEM写真を求めた。また、機械粉砕前後の微粉末の組成をX線回折によって、また溶媒中機械粉砕後のナノ粒子中に含まれるナノロッドの表面元素・組成を高エネルギーイオンビーム励起オージェ電子分光法(以下、オージェ電子分光法という)により測定した。
オージェ電子分光法は、試料を両面テープ上に固定し、分析は最表面に吸着された炭素や酸素を除去するため、SiO換算で30nm程度スパッタリングによりエッチングした後に行った。
Examples of the present invention will be described below.
In each of the following examples, the shape of the fine powder before and after the mechanical pulverization was measured with a scanning electron microscope (SEM) to obtain SEM photographs. Also, the composition of fine powder before and after mechanical pulverization is determined by X-ray diffraction, and the surface elements and composition of nanorods contained in nanoparticles after mechanical pulverization in a solvent are determined by high energy ion beam excitation Auger electron spectroscopy (hereinafter referred to as Auger electron spectroscopy). Spectroscopic method).
Auger electron spectroscopy was performed after the sample was fixed on a double-sided tape, and the analysis was performed after etching by sputtering about 30 nm in terms of SiO 2 in order to remove carbon and oxygen adsorbed on the outermost surface.

実施例1
図4に示すボールミルを用いて、ボールミルのポット材質:ジルコニア(ZrO)製、300mLのポット容積、ボール材質:ジルコニア(ZrO)製、直径5mmのボール200個、直径0.2mmのボール50個、回転数:約92rpm、温度:室温、酸化銀微粉末(AgO、平均粒子径:60μm前後:粒度分布計を用いた実測における平均粒子径)15g(約2mL)、溶媒:エタノール100mLというボールミル粉砕条件で、酸化銀のボールミル連続粉砕を行った。
7日間粉砕後の微粉末のSEM写真を、粉砕前、粉砕1日後、粉砕4日後の微粉末の各々のSEM写真とともに図1に示す。また、7日間粉砕後の微粉末のX線回折図を粉砕前の酸化銀微粉末のX線回折図とともに図2に示す。なお、図2の縦軸はa.u(Arbitrary Sec)を示す。
Example 1
Using the ball mill shown in FIG. 4, the ball mill pot material: zirconia (ZrO 2 ), 300 mL pot volume, ball material: zirconia (ZrO 2 ), 200 balls with a diameter of 5 mm, balls 50 with a diameter of 0.2 mm Individual, number of rotations: about 92 rpm, temperature: room temperature, silver oxide fine powder (Ag 2 O, average particle diameter: around 60 μm: average particle diameter measured using a particle size distribution meter) 15 g (about 2 mL), solvent: ethanol 100 mL The silver oxide ball mill was continuously pulverized under the following ball mill pulverization conditions.
A SEM photograph of the fine powder after 7 days of pulverization is shown in FIG. Further, FIG. 2 shows an X-ray diffraction pattern of the fine powder after pulverization for 7 days together with an X-ray diffraction pattern of the fine silver oxide powder before pulverization. The vertical axis in FIG. u (Arbitrary Sec) is shown.

また、7日粉砕後の微粉末中のナノロッドの表面元素・組成をオージェ電子分光法により測定した。結果を図3に示す。なお、図3の縦軸はCS(Count/Sec)を示す。
図3の結果は原子組成が、原子比でC76.0%、Ag20.1%、O2.2%、Si1.7%という結果であった。
この結果に関して、C、O、Siが検出された原因についての考察結果は以下の通りである。
試料が短軸直径1μm以下の棒状であるため、その表面から入射させた電子ビームが内部で広がった時にちょうど周囲の両面粘着カーボンテープの表面を励起することになり、カーボンテープ表面から発生したオージェ電子を一緒に検出したと考えられる。この両面粘着カーボンテープの表面には、カーボン以外に剥離紙から転写された有機シリコンが存在し、そのために、O、Siが検出されたと考えられる。
つまり、検出されたOの量はSiに見合う程度しかなく、ナノロッドの成分はAgのみである、すなわち、ナノロッドは酸化銀ではなく銀であると判断した。
Further, the surface elements and composition of the nanorods in the fine powder after pulverization for 7 days were measured by Auger electron spectroscopy. The results are shown in FIG. In addition, the vertical axis | shaft of FIG. 3 shows CS (Count / Sec).
The result of FIG. 3 was a result that atomic composition was C76.0%, Ag20.1%, O2.2%, Si1.7% by atomic ratio.
With respect to this result, the results of consideration on the cause of the detection of C, O, and Si are as follows.
Since the sample has a rod shape with a minor axis diameter of 1 μm or less, the surface of the double-sided adhesive carbon tape is excited when the electron beam incident from the surface spreads inside, and the Auger generated from the carbon tape surface. It is thought that the electrons were detected together. On the surface of this double-sided adhesive carbon tape, there is organic silicon transferred from the release paper in addition to carbon, and it is considered that O and Si were detected.
That is, the amount of detected O was only suitable for Si, and it was determined that the component of the nanorod was only Ag, that is, the nanorod was not silver oxide but silver.

従って、図1〜3から、粉砕前の酸化銀微粉末のエタノールを介しての7日間のボールミル機械粉砕によってロッドの長軸が3〜5μm程度で、短軸が数100nmである銀ナノロッドを含む主として銀ナノ粒子が形成された。   Accordingly, from FIGS. 1 to 3, silver nanorods having a major axis of about 3 to 5 μm and a minor axis of several hundred nm are obtained by ball mill mechanical grinding for 7 days through ethanol of silver oxide fine powder before grinding. Mainly silver nanoparticles were formed.

比較例1
機械粉砕条件として1日間のみの粉砕を行った他は、実施例1と同様に実施した。
得られた微粉末のSEM写真を実施例1の結果とまとめて図1に示す。
図1に示すように、1日間のエタノール中でのボールミル機械粉砕では金属ナノロッドの形成は確認できなかった。
Comparative Example 1
The same procedure as in Example 1 was performed except that the pulverization was performed for only one day as the mechanical pulverization condition.
An SEM photograph of the fine powder obtained is shown in FIG. 1 together with the results of Example 1.
As shown in FIG. 1, formation of metal nanorods could not be confirmed by ball mill mechanical grinding in ethanol for one day.

図1は、この発明の1実施態様のエタノール中での金属化合物の1例である酸化銀微粉末のボールミルによる機械粉砕により形状が整った金属ナノロッドが形成されるまでの微粉末の変化を示すSEM写真を示す。 図1中、上の図が倍率3500倍、下の図が倍率10000倍の写真である。FIG. 1 shows changes in fine powder until a metal nanorod having a uniform shape is formed by mechanical grinding of a fine powder of silver oxide, which is an example of a metal compound in ethanol according to one embodiment of the present invention, with a ball mill. An SEM photograph is shown. In FIG. 1, the upper figure is a photograph at a magnification of 3500 times, and the lower figure is a photograph at a magnification of 10000 times. 図2は、機械粉砕前と後の微粉末のX線回折図を示す。FIG. 2 shows X-ray diffraction patterns of the fine powder before and after mechanical grinding. 図3は、実施例で得られたナノロッドのオージェ電子分光法による表面元素・組成分析結果を示す。FIG. 3 shows the surface element / composition analysis results of the nanorods obtained in the examples by Auger electron spectroscopy. 図4は、実施例で用いた機械粉砕用ボールミルを示す写真である。FIG. 4 is a photograph showing the ball mill for machine grinding used in the examples.

Claims (8)

金属化合物の微粉末を溶媒の存在下に機械的に粉砕して形状が整った金属ナノロッドを含むナノ粒子を得る金属ナノロッドの製造方法。   A method for producing metal nanorods, in which fine particles of a metal compound are mechanically pulverized in the presence of a solvent to obtain nanoparticles containing metal nanorods having a uniform shape. 粉砕が、機械的に粉砕して得られる微粉末についての走査形電子顕微鏡(SEM)写真でロッドの形状が一定になるまで行われる請求項1に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the pulverization is performed until the shape of the rod becomes constant in a scanning electron microscope (SEM) photograph of fine powder obtained by mechanical pulverization. 金属化合物が、金属酸化物である請求項1に記載の製造方法。   The production method according to claim 1, wherein the metal compound is a metal oxide. さらに、金属ナノロッドとナノ粒子との物性の違いを利用して金属ナノロッドを分離取得する工程を含む請求項1に記載の製造方法。   Furthermore, the manufacturing method of Claim 1 including the process of isolate | separating and acquiring a metal nanorod using the difference in the physical property of a metal nanorod and a nanoparticle. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法によって得られる金属ナノロッド。   The metal nanorod obtained by the manufacturing method of any one of Claims 1-4. 請求項5に記載の金属ナノロッドをポリマーに分散させてなる導電性コンポジットポリマー。   A conductive composite polymer obtained by dispersing the metal nanorods according to claim 5 in a polymer. ポリマーが、樹脂あるいはエラストマーである請求項5に記載の導電性コンポジットポリマー。   The conductive composite polymer according to claim 5, wherein the polymer is a resin or an elastomer. 請求項7に記載の導電性コンポジットポリマーを含む電子製品。   An electronic product comprising the conductive composite polymer according to claim 7.
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