JP2011038128A - 金属ナノ粒子分散液およびその製造方法、ならびに金属ナノ粒子凝集体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】極性溶媒に対して分散する性質を有し、カルボキシル基を有する有機化合物Yによりその表面が被覆され、多価アルコールエーテルを含む分散溶媒Cに対して良好な分散性を有する金属ナノ粒子の凝集体1が提供され、また前記金属ナノ粒子1の分散された金属ナノ粒子分散液を使用する。保護剤Yは、有機化合物の置換反応により被覆されるものであり、置換反応前に被覆されていた有機化合物Xは、非極性物質に対して親和性を有しかつ不飽和結合を有する。
【選択図】図1
Description
すなわち、カルボキシル基を有する有機化合物である保護剤(以降、有機保護剤ともいう)が表面に被覆された金属ナノ粒子を製造することで解決しようとするものである。さらには、この金属ナノ粒子を、多価アルコールエーテルを含む極性分散溶媒に対して分散して金属ナノ粒子分散液を製造することで解決しようとするものである。
また、「有機保護剤」とは、有機化合物からなる、金属ナノ粒子表面に対する保護剤のことをいう。さらにはこの「保護剤」は、一般に界面活性剤と呼ばれる物質を含むものとする。以降、「有機保護剤」のことを「界面活性剤」ともいい、単に「保護剤」ともいう。
本発明は金属ナノ粒子全般に対して適用でき、例えば金、銀、銅、ニッケル、白金、パラジウム、アルミニウム、亜鉛、クロム、鉄、コバルト、モリブデン、ジルコニウム、ルテニウム、イリジウム、タンタル、水銀、インジウム、スズ、鉛、および、タングステンから選ばれた1種、または2種以上からなる合金、あるいは混合物を用いた金属ナノ粒子に適用することができるが、本実施形態においては銀を用いたものについて詳述する。以降、「金属ナノ粒子」を「銀ナノ粒子」ともいい、「被覆金属ナノ粒子」を「被覆銀ナノ粒子」ともいい、「金属ナノ粒子の凝集体」であって、主に保護剤Yによる被覆銀ナノ粒子3からなるものを「銀ナノ粒子の凝集体」ともいう。それに伴い、本実施形態においては、被覆銀ナノ粒子を金属ナノ粒子分散液用溶媒(すなわち「分散溶媒」)に分散させて銀ナノ粒子分散液を作製する工程について詳述する。
この時使用される被覆銀ナノ粒子2は、置換を円滑に進めるため、凝集および沈降の生じにくいものであることが好ましい。そのような粒子は例えば、本出願人により特許文献4にて開示されている方法を使用して製造することができる。
保護剤Xに覆われた被覆銀ナノ粒子2は、例えば前記のような湿式プロセスでの還元反応で合成されたのち、固液分離および洗浄に供される。その後、後述する実施例のように、この被覆銀ナノ粒子2そのものに対して保護剤置換工程を行ってもよいし、図1(a)に示すように、得られた「銀ナノ粒子1/保護剤X複合体」を液状有機媒体Aと混合して分散液を作製してもよい。以下、本実施形態においては、「銀ナノ粒子1/保護剤X複合体」を液状有機媒体Aと混合して分散液を作製する場合について説明する。
先にも述べたように、通常、テトラデカンのような脂肪族炭化水素溶媒、すなわち非極性溶媒が、主に金属ナノ粒子分散液用の分散溶媒として用いられていた。しかし、金属ナノ粒子の用途のさらなる検討を進める過程で、極性溶媒に対して分散性を有するような金属ナノ粒子を得たいとする要望が高まってきた。こうした要望に応えるべく、金属ナノ粒子を被覆する有機化合物と液状有機媒体との関係について、発明者らは鋭意検討を重ねた。
以上の点を踏まえて、保護剤Yにて保護剤Xを置換する工程について説明する。
図1(b)〜(c)に示すように、銀ナノ粒子1表面を保護剤Yで被覆するために、本実施形態では「銀ナノ粒子1/保護剤X複合体(被覆銀ナノ粒子2)」の分散液(上述)と、保護剤Xを構成する有機化合物が溶解しやすい液状有機媒体Bとを混合して、保護剤Xを銀ナノ粒子1表面から脱離させる。その際、保護剤Yを構成する有機化合物が存在する状況下で脱離を進行させる。被覆銀ナノ粒子2の近くに保護剤Yを構成する有機化合物が存在すると、保護剤Xが脱離した銀ナノ粒子1同士の凝集や焼結が生じる前に、銀ナノ粒子1表面を素早く保護剤Yで覆うことができる(図1(d))。その意味で、保護剤Yを構成する有機化合物は、銀ナノ粒子1表面との親和性(すなわち保護剤の銀ナノ粒子表面への付着力、高い吸着性や被覆しやすさ)が良好であることに加え、保護剤Xの方が保護剤Yよりも銀ナノ粒子1への親和性が弱いことが望まれる。
一つを有することが好ましい。金属ナノ粒子分散液において分散溶媒Cを多価アルコールエーテルが含まれるものとした場合、極性の性質をさらに高めることができるためと推測される。
ものを混合する。
(i)「銀ナノ粒子1/保護剤X複合体」が液状有機媒体Aに分散した分散液
(ii)保護剤Yとして銀ナノ粒子1を被覆するための有機化合物
(iii)液状有機媒体Aよりも保護剤X溶解性が高い液状有機媒体B
その際、(ii)の有機化合物存在下で(i)と(iii)の液を混合することが肝要である
。換言すれば、(i)と(iii)の液を混合して被覆銀ナノ粒子2から保護剤Xの脱離が
進行してしまった後に(ii)の有機化合物を添加しても、保護剤Yによって個々の銀ナノ粒子1を被覆することは難しい。つまり、被覆銀ナノ粒子2から保護剤Xの脱離が生じる
ときに、その粒子の近傍には保護剤Yを構成させるための有機化合物が存在していることが重要である。その結果、液状有機媒体B中への被置換剤となる保護剤Xの溶解と、銀ナノ粒子1表面への置換剤となる保護剤Yの付着とを、同時に進行させるのがより好ましい。
る。
〔混合方法1〕
(i)の分散液に、(ii)の有機化合物と(iii)の液状有機媒体Bを同時に添加してい
く方法。
〔混合方法2〕
(i)の分散液と(ii)の有機化合物を予め混合しておき、その混合液と(iii)の液状
有機媒体Bを混合する方法。
〔混合方法3〕
(iii)の液状有機媒体Bと(ii)の有機化合物を予め混合しておき、その混合液と(i
)の液を混合する方法。
いた被覆銀ナノ粒子2は、保護剤Yにて置換処理される。その結果、保護剤Yで被覆された被覆銀ナノ粒子3が生成する。
図1(e)に示すように、保護剤置換工程により作製された保護剤Yで被覆された被覆銀ナノ粒子3は通常、液状有機媒体Bの液中に沈降する。
その後、メタノールやイソプロパノールを用いてこの銀ナノ粒子凝集体を洗浄する。なお、この固液分離および洗浄の組み合わせは、複数回行ってもよい。
図1(g)に示すように、本実施形態においては、このように抽出された被覆銀ナノ粒子3に、分散溶媒Cすなわち多価アルコールエーテルを含む極性分散溶媒を加え、分散させる。
〔銀粒子合成工程〕
オレイルアミン(和光純薬工業株式会社製試薬)6009.2g、2−オクタノール(
東京化成工業株式会社製試薬)2270.3g、硝酸銀結晶(関東化学株式会社製特級試
薬)1495.6gを用意した。
2−オクタノールと、オレイルアミンと、硝酸銀結晶を混合して、硝酸銀が完全に溶解した液を作成した。配合は以下のとおりである。
・モル比(オレイルアミン/銀)=2.5
・モル比(アルコール/銀)=2.0
・モル比(アルコール/オレイルアミン)=2.0/2.5=0.8
なお、洗浄前の上記スラリー100g中には金属Ag20g:約0.19モルが存在することが別途測定により判っている。
得られたスラリーを3000rpmで5分間の遠心分離により固液分離した。その後、前記固体成分:メタノール=1:30のモル比にて、前記固体成分を攪拌洗浄した。このとき、攪拌回転数は400rpm、攪拌時間は30分とした。
前記固液分離・沈降により被覆銀ナノ粒子3を得た後、金属ナノ粒子分散液用の分散溶媒CであるBCA10gに対して、前記被覆銀ナノ粒子を0.3g加えた。その後、40℃を維持しつつ超音波分散を10分間行った。
その後、この溶液を24時間静置させ、沈殿物、上澄み観察を実施し、分散性を評価した。この評価は、図2に示されるサンプルに対して目視で行い、金属光沢を有する程度に分散性が良好な場合は“優(○)”、金属光沢は有さないが一定の分散性を有する場合は“良(△)”そして被覆銀ナノ粒子3の沈降が生じた場合は“不可(×)”とした。この評価結果を表1に示す。
分散溶媒CをDMFDGとした以外は実施例1と同様にして銀ナノ粒子分散液を形成し、その分散性を評価した。得られた評価結果を表2に示す。
また、最も分散溶媒C側に位置する官能基としてケトン基(CO)、エーテル基(O)、および水酸基(OH)のうちの少なくとも一つを有する場合、より良好な分散性が得られやすいことがわかった。
さらに、前記ケトン基(CO)、エーテル基(O)、および水酸基(OH)のうちの少なくとも一つおよび前記カルボキシル基以外にも、保護剤Yの炭素骨格の中で、前記カルボキシル基と結合している炭素と、前記最も分散溶媒側に位置する官能基と結合している炭素との間の炭素に結合している官能基としてエーテル基(O)を有するホルミルフェノキシ酢酸、3−アセチルフェノキシ酢酸および4−アセチルフェノキシ酢酸の場合は、銀ナノ粒子分散液用BCA溶媒に対して良好または非常に良好な分散性が得られることがわかった。
出ディスプレイ等の電極部材や電子回路、IC実装、パワーデバイス等の電気的接合部材,RFID用タグ、太陽電池、燃料電池等の電極、熱線遮蔽、電磁波遮蔽の微細配線へと適用することができる。
2 保護剤Xで被覆された銀ナノ粒子(置換前)
3 保護剤Yで被覆された銀ナノ粒子(置換後)
X 保護剤X
Y 保護剤Y
A 液状有機媒体A
B 液状有機媒体B
C 分散溶媒C
Claims (7)
- カルボキシル基を有する有機化合物からなる保護剤が金属ナノ粒子表面に被覆された被覆金属ナノ粒子を、多価アルコールエーテルを含む極性分散溶媒に対して分散してなる、金属ナノ粒子分散液。
- 保護剤を構成するカルボキシル基を有する有機化合物が、リシノール酸、2−メトキシフェノキシ酢酸、4−アセトキシ安息香酸、4−アミルオキシ安息香酸、2−フェノキシプロピオン酸、フェノキシ酪酸、4−メトキシけい皮酸、2,4−ジメトキシけい皮酸、3,4−メチレンジオキシけい皮酸、3−アセチルフェノキシ酢酸、4−アセチルフェノキシ酢酸、けい皮酸、ホルミルフェノキシ酢酸、4−メトキシフェノキシ酢酸、3−エトキシプロピオン酸、2−ブトキシエトキシ酢酸、こはく酸モノ(2−アクリロイルオキシエチル)、3,4,5−トリメトキシけい皮酸、ニトロフェノキシ酢酸、4−オクチルオキシ安息香酸、没食子酸、4−メトキシ安息香酸、4−ブトキシ安息香酸、2,4−ジヒドロキシ安息香酸、タンニン酸、クエン酸、アセチルサリチル酸、3,4−ジメトキシ安息香酸、10−ウンデセン酸、2−ヒドロキシ安息香酸、コハク酸、リンゴ酸、アセチルサリチル酸、3−ヒドロキシ安息香酸、ヘキサン酸、3−アミノ安息香酸のいずれかまたはその組み合わせである、請求項1に記載の金属ナノ粒子分散液。
- 前記多価アルコールエーテルがジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートである、請求項2に記載の金属ナノ粒子分散液。
- 前記保護剤は、有機化合物の置換反応により被覆されるものであり、置換反応前に被覆されていた有機化合物は、非極性物質に対して親和性を有しかつ不飽和結合を有する、請求項1ないし3のいずれかに記載の金属ナノ粒子分散液。
- 非極性物質に対して親和性を有しかつ不飽和結合を有する有機保護剤Xにより被覆された銀ナノ粒子の液状有機媒体Aの分散液と、有機保護剤Xの溶解性が液状有機媒体Aよりも高い液状有機媒体Bと、有機保護剤Yとを混合することにより、有機保護剤Yにより被覆された銀ナノ粒子を得る工程と、
有機保護剤Yの被覆された銀ナノ粒子を液状有機溶媒Bで洗浄し、さらにエーテル化合物を含む極性溶媒に分散させる工程を更に備える、金属ナノ粒子分散液の製造方法。
なお、有機保護剤とは、有機化合物からなりかつ金属ナノ粒子表面に対する保護剤のことを言う。 - 請求項1ないし4のいずれかの金属ナノ粒子分散液に用いられる、多価アルコールエーテルを含む極性溶媒に対して分散する性質を有し、カルボキシル基を有する有機化合物である保護剤が表面に被覆された、金属ナノ粒子の凝集体。
- 非極性物質に対して親和性を有しかつ不飽和結合を有する有機保護剤Xにより被覆された銀ナノ粒子の液状有機媒体A分散液と、有機保護剤Xの溶解性が液状有機媒体Aよりも高い液状有機媒体Bと、有機保護剤Yとを混合することにより、有機保護剤Yにより被覆された銀ナノ粒子を得る工程からなる、金属ナノ粒子凝集体の製造方法。
なお、有機保護剤とは、有機化合物からなりかつ金属ナノ粒子表面に対する保護剤のことを言う。
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