JP2011068988A - Metallic nanoparticle and aggregate thereof, dispersion of metallic nanoparticle, and member formed by using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metallic nanoparticle having properties of being dispersed in a polar solvent and an aggregate thereof; a dispersion in which the metallic nanoparticles are dispersed; a member formed by using the same; and a dispersing agent. <P>SOLUTION: The particle is formed by coating the surface of a metallic nanoparticle having a number average particle diameter of less than 50 nm with a protective agent which includes an organic compound having a polyalkylene oxide group and a carboxyl group such as an ester compound of an alkoxy polyoxyethylene glycol maleate. The dispersion has the metallic nanoparticles dispersed in the polar solvent of diethylene glycol monobutyl ether acetate. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、金属ナノ粒子とその凝集体、金属ナノ粒子分散体、それを用いて形成された部材、および分散剤に関する。   The present invention relates to metal nanoparticles and aggregates thereof, metal nanoparticle dispersions, members formed using the same, and dispersants.

金属ナノ粒子は、微小な粒径に起因して様々なバルク態と異なる特性を示すため、導電材料、電子部材といった分野で利用され始めている。   Metal nanoparticles are starting to be used in fields such as conductive materials and electronic members because they exhibit characteristics different from various bulk states due to their small particle size.

昨今の製造技術の進展に伴って、TEM(透過型電子顕微鏡)による写真測定といった測定方法で計測される平均一次粒径が1nm以上100nm以下といったナノサイズの金属粒子を形成できるまでに発展してきた。ところが、金属ナノ粒子は活性が非常に高く、かつ低温でも焼結が進む性質を有していることから、個々の金属ナノ粒子を保護剤により保護する必要がある。   Along with the recent progress in manufacturing technology, it has developed until nano-sized metal particles having an average primary particle size of 1 nm or more and 100 nm or less measured by a measuring method such as TEM (transmission electron microscope) can be formed. . However, since metal nanoparticles have a very high activity and have a property that sintering proceeds even at low temperatures, it is necessary to protect individual metal nanoparticles with a protective agent.

上述のように形成されている金属ナノ粒子は、塗布・焼成といったステップを踏んで金属の薄膜にされることにより利用される。具体的には、金属ナノ粒子を含有するインクやペーストを一旦基板上に塗布した後に加熱を加え、表面を被覆する有機物を分解・蒸散させ、金属を焼結させることで金属膜を形成させる。こうして一旦形成された金属膜は、バルク態の金属と同様の性質を示すことになる。   The metal nanoparticles formed as described above are used by forming a metal thin film through steps such as coating and baking. Specifically, an ink or paste containing metal nanoparticles is once applied on a substrate and then heated to decompose and evaporate organic substances covering the surface and sinter the metal to form a metal film. The metal film once formed in this way exhibits the same properties as the bulk metal.

このような性質は次のような場合に利用される。例えば印刷法により配線を形成する事例で言えば、基板上に低温で配線を描画した後、熱を加えて金属配線を形成する。そして、この焼成により一旦形成された金属配線は、焼成時に加えた温度程度まで温度を上昇させても溶融することがないといった性質をもつ。また、金属を容易に得ることができることから、配線用途のみならず、物質間接合といった用途にも利用することができると考えられる。   Such properties are used in the following cases. For example, in the case of forming the wiring by a printing method, after drawing the wiring on the substrate at a low temperature, heat is applied to form the metal wiring. And the metal wiring once formed by this baking has the property that even if it raises temperature to the temperature added at the time of baking, it does not fuse | melt. In addition, since the metal can be easily obtained, it can be used not only for wiring applications but also for applications such as bonding between substances.

特許文献1で本出願人は、低温焼結性を得るために、当初被覆していた有機保護剤を置換することで低炭素数の有機保護剤により被覆された銀ナノ粒子を得る方法を開示した。   In Patent Document 1, the present applicant discloses a method for obtaining silver nanoparticles coated with an organic protective agent having a low carbon number by substituting the organic protective agent originally coated in order to obtain low-temperature sinterability. did.

特開2008−297580号公報JP 2008-297580 A

従来では、このように有機保護剤にて金属ナノ粒子を保護したものを非極性および/または親油性溶媒(例えばテトラデカンなどからなる溶媒)に分散させたもの、すなわち金属ナノ粒子分散液である導電性インクや導電性ペーストが広く知られている。   Conventionally, a material in which metal nanoparticles are protected with an organic protective agent as described above is dispersed in a nonpolar and / or lipophilic solvent (for example, a solvent comprising tetradecane), that is, a conductive metal nanoparticle dispersion. Ink and conductive paste are widely known.

しかし、従来の金属ナノ粒子は、特定の溶媒には分散性を呈するが、異なる性質の分散液には分散性を呈さないことが通常である。例えば、非極性の炭化水素系の溶剤に分散性を呈する粒子は、極性のアルコール系の溶剤には分散性を呈しづらい、といった関係にあるのが通常である。   However, conventional metal nanoparticles usually exhibit dispersibility in a specific solvent, but usually do not exhibit dispersibility in dispersions having different properties. For example, particles that are dispersible in a nonpolar hydrocarbon solvent are generally in a relationship that it is difficult to exhibit dispersibility in a polar alcohol solvent.

ところが、グラビアオフセット印刷とすると、印刷インクやペーストの分散媒が非極性および/または親油性溶媒であると、このブランケットロールがインクの成分により膨潤したり溶解したりするため、配線パターンが経時的に太ったり、ブランケットロール自身の耐久性が失われたりする不都合があることが指摘されていた。とくに、微細配線用として検討されているシリコンゴムブランケットではその傾向が顕著であり、版を用いた印刷法で微細配線を金属ナノ粒子で形成させるためには、金属ナノ粒子の分散している溶媒の性質をドラスティックに変更する必要がある。   However, in the case of gravure offset printing, if the dispersion medium of the printing ink or paste is a nonpolar and / or oleophilic solvent, the blanket roll swells or dissolves due to the ink components, so the wiring pattern changes over time. It has been pointed out that there are inconveniences such as being overweight and the durability of the blanket roll itself being lost. In particular, the tendency is remarkable in the silicon rubber blanket studied for fine wiring. In order to form fine wiring with metal nanoparticles by a printing method using a plate, a solvent in which metal nanoparticles are dispersed is used. It is necessary to change the nature of

もし、シリコーンゴムに対してこのような影響を及ぼさないような性質を有する分散媒、たとえば水を初めとした極性溶媒を使用することができるようになれば、特に印刷法によって配線等を形成することが容易に行えるようになり、電子部材の開発分野で大きな貢献をもたらすことが期待される。   If it becomes possible to use a dispersion medium having such a property that does not affect the silicone rubber, for example, a polar solvent such as water, wiring is formed by a printing method in particular. It is expected that this will be able to be performed easily and will make a great contribution in the field of electronic member development.

そこで本発明の目的としては、極性溶媒に分散する性質を有する金属ナノ粒子とその凝集体、金属ナノ粒子を極性溶媒に分散させるための分散剤、該金属ナノ粒子の分散した分散体、およびそれを用いて形成された部材を提供することにある。   Therefore, as an object of the present invention, metal nanoparticles having the property of being dispersed in a polar solvent and aggregates thereof, a dispersant for dispersing metal nanoparticles in a polar solvent, a dispersion in which the metal nanoparticles are dispersed, and It is in providing the member formed using.

上述の目的を達成するため、本発明では、金属ナノ粒子に付着する有機保護剤として、カルボキシル基およびポリアルキレンオキサイド基を併せ持つ有機化合物である保護剤を使用することを提案する。また、このような性質の保護剤を溶剤へ添加することにより、極性溶媒に分散性を呈する金属ナノ粒子を提供することができる。   In order to achieve the above object, the present invention proposes to use a protective agent, which is an organic compound having both a carboxyl group and a polyalkylene oxide group, as the organic protective agent attached to the metal nanoparticles. Moreover, metal nanoparticles exhibiting dispersibility in a polar solvent can be provided by adding a protective agent having such properties to the solvent.

具体的な態様は下記の通りになる。
すなわち、第一の構成として、極性を有する溶媒に対して分散する性質を有し、ポリアルキレンオキサイド基とカルボキシル基を有する有機化合物を金属ナノ粒子の保護剤として使用する。
Specific embodiments are as follows.
That is, as a first configuration, an organic compound having a property of being dispersed in a polar solvent and having a polyalkylene oxide group and a carboxyl group is used as a protective agent for metal nanoparticles.

第二の構成として、特に上述したポリアルキレンオキサイド基とカルボキシル基を有する有機化合物により構成される保護剤として、ポリアルキレンオキサイド基におけるアルキレン基の炭素数が2〜4であり、アルキレンオキサイド基の付加モル数を2〜30モルとする。   As a second configuration, particularly as a protective agent composed of the above-described organic compound having a polyalkylene oxide group and a carboxyl group, the alkylene group in the polyalkylene oxide group has 2 to 4 carbon atoms, and the addition of the alkylene oxide group The number of moles is 2 to 30 moles.

さらに、第三の構成として該ポリアルキレンオキサイド基とカルボキシル基とを有する有機化合物に不飽和結合を有する化合物を選択すると好ましい。   Furthermore, it is preferable to select a compound having an unsaturated bond in the organic compound having the polyalkylene oxide group and the carboxyl group as the third constitution.

さらに第四の構成として、特にアルコキシポリエチレングリコールマレイン酸エステルを主骨格として有する化合物を選択することが好ましい。   Further, as the fourth configuration, it is particularly preferable to select a compound having an alkoxy polyethylene glycol maleate as a main skeleton.

そして、第五の構成として、極性を有する溶媒に対して金属粒子を分散させる性質を有し、ポリアルキレンオキサイド基とカルボキシル基を有する有機化合物により構成される分散剤を使用することを提案する。上述の保護剤と同様の性質を有することが期待され、このような分散剤を使用することにより、極性溶媒に良好な分散性を呈する金属ナノ粒子を提供することができる。   And as a fifth configuration, it is proposed to use a dispersant having a property of dispersing metal particles in a polar solvent and composed of an organic compound having a polyalkylene oxide group and a carboxyl group. It is expected to have the same properties as the above-mentioned protective agent, and by using such a dispersant, metal nanoparticles exhibiting good dispersibility in a polar solvent can be provided.

本発明によれば、極性媒体に分散性を呈する金属ナノ粒子とその凝集体および、金属ナノ粒子を用いた分散体を提供できるようになる。こうして、大量生産に適した版を用いた印刷法が使用できるようになることから、効率的に金属ナノ粒子を用いた微細配線を有する電子部材を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the metal nanoparticle which shows a dispersibility in a polar medium, its aggregate, and the dispersion using a metal nanoparticle can be provided now. Thus, since a printing method using a plate suitable for mass production can be used, an electronic member having a fine wiring using metal nanoparticles can be provided efficiently.

本発明におけるナノ粒子分散体の製法を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the manufacturing method of the nanoparticle dispersion in this invention. 個々の粒子の構造を説明する概略図である。It is the schematic explaining the structure of each particle | grain. 保護剤Xにより既に被覆され被覆体αが形成された金属ナノ粒子の周囲を、保護剤Yにより形成される被覆体βにより更に被覆した様子を示す概略図である。It is the schematic which shows a mode that the circumference | surroundings of the metal nanoparticle already coat | covered with the protective agent X and the coating body (alpha) were further covered with the coating body (beta) formed with the protective agent Y.

本発明者らは、所望の分散溶媒に応じて、良好な分散性を示すような金属ナノ粒子について検討した。その結果、本明細書に開示するように、金属ナノ粒子を特定の有機物で直接被覆、または金属ナノ粒子間に該有機物をいわば緩衝剤として添加することにより、良好な分散安定性を示すことを見出した。つまり、直接的に被覆する場合には、金属ナノ粒子の表面を該有機物にて被覆することで、金属ナノ粒子に分散性が付与される。一方、緩衝剤として使用する場合、他の有機物により既に被覆された金属ナノ粒子の周囲を、該有機物にて少なくとも一部を覆うように存在させれば、該有機物は金属ナノ粒子同士間の緩衝剤として働くことを見出した。   The present inventors examined metal nanoparticles that exhibit good dispersibility according to the desired dispersion solvent. As a result, as disclosed in the present specification, the metal nanoparticles are directly coated with a specific organic substance, or the organic substance is added between the metal nanoparticles as a buffer, so that it exhibits good dispersion stability. I found it. That is, in the case of direct coating, dispersibility is imparted to the metal nanoparticles by coating the surface of the metal nanoparticles with the organic substance. On the other hand, when used as a buffering agent, if the surroundings of metal nanoparticles already covered with other organic substances are present so as to cover at least a part of the organic nanoparticles, the organic substances are buffered between the metal nanoparticles. I found it to work as an agent.

このような金属ナノ粒子は、極性溶媒、とりわけグリコールエーテル系の溶媒に対して、好適な分散性を示す。また、分散剤として使用した場合には当初は凝集しやすいようなものでも、優れた分散性を示す分散体として使用することができるようになりうることを見出し、上述の知見より本願発明を完成させた。   Such metal nanoparticles exhibit suitable dispersibility in polar solvents, particularly glycol ether solvents. Also, when used as a dispersant, it was found that it can be used as a dispersion exhibiting excellent dispersibility even if it tends to agglomerate initially, and the present invention has been completed based on the above knowledge. I let you.

本願発明における粒子を得る方法について、図1に概略を示した。本明細書において、「金属ナノ粒子の凝集体」とは、金属ナノ粒子表面に存在する保護剤(以降、保護剤の役割を有する物質を「界面活性剤」と称することもある)を置換させた後に、分離・洗浄工程を経て、少なくとも2つ以上の金属ナノ粒子が凝集することにより得られるケーキ状の物質のことを言うとともに、「金属ナノ粒子」は透過型/走査型電子顕微鏡写真により観測される一次粒子における数平均粒子径が50nm未満の粒子のことをいう。   About the method of obtaining the particle | grains in this invention, the outline was shown in FIG. In this specification, the “aggregate of metal nanoparticles” is a substitute for a protective agent (hereinafter, a substance having a role of a protective agent may be referred to as “surfactant”) present on the surface of the metal nanoparticles. In addition, it means a cake-like substance obtained by aggregating at least two or more metal nanoparticles through a separation / washing process, and “metal nanoparticles” are obtained by transmission / scanning electron micrographs. This refers to particles having a number average particle diameter of less than 50 nm in the observed primary particles.

図1についての詳細な説明は個別工程の説明の項に譲るが、概要としては下記の通りである。当初、保護剤としてXが被覆している金属ナノ粒子2が有機媒体Aに分散された分散液を準備する。これに、カルボキシル基およびポリアルキレンオキサイド基を併せ持つ有機化合物である保護剤Yの含まれた有機媒体Bを添加し攪拌する。(このとき、有機媒体Aよりも有機媒体Bの方が保護剤Xの溶解性に優れている)(図1(a))。そうすることで、有機媒体Bに金属ナノ粒子表面を被覆していた保護剤Xが溶解して剥離し、代わって周囲にあるカルボキシル基を有した保護剤Yが金属ナノ粒子表面を被覆するようになる(図1(b)、(c))こうして得られた金属ナノ粒子3(図1(e))は別種の有機分散媒Cにも分散するようになる(図1(f))。保護剤Yにより被覆された金属ナノ粒子3は、分離後有機媒体Bにより洗浄することで、表面に残存する保護剤Xをより除くことができる。   A detailed description of FIG. 1 will be given in the section of the description of the individual process, but the outline is as follows. Initially, a dispersion liquid in which metal nanoparticles 2 coated with X as a protective agent are dispersed in an organic medium A is prepared. To this, an organic medium B containing a protective agent Y, which is an organic compound having both a carboxyl group and a polyalkylene oxide group, is added and stirred. (At this time, the organic medium B is more excellent in the solubility of the protective agent X than the organic medium A) (FIG. 1A). By doing so, the protective agent X that has coated the surface of the metal nanoparticles in the organic medium B is dissolved and peeled off, and instead the protective agent Y having a carboxyl group in the surroundings covers the surface of the metal nanoparticles. (FIGS. 1B and 1C) The metal nanoparticles 3 thus obtained (FIG. 1E) are also dispersed in another type of organic dispersion medium C (FIG. 1F). The metal nanoparticles 3 coated with the protective agent Y can be further removed of the protective agent X remaining on the surface by washing with the organic medium B after separation.

〔金属ナノ粒子の合成〕
図1(a)に示すように、金属ナノ粒子分散液の原料となる金属化合物を還元処理することにより析出した金属ナノ粒子1の表面に、保護剤Xを付着させることにより、銀ナノ粒子1の表面が保護剤Xで覆われた金属ナノ粒子2を作製する。
[Synthesis of metal nanoparticles]
As shown in FIG. 1 (a), silver nanoparticles 1 are obtained by attaching a protective agent X to the surface of metal nanoparticles 1 deposited by reducing a metal compound as a raw material of the metal nanoparticle dispersion. The metal nanoparticles 2 whose surface is covered with the protective agent X are prepared.

なお、本実施形態における金属ナノ粒子2(置換前の粒子であり、金属ナノ粒子3の作製という観点で言うと原料に相当する)は、粒度分布等の粒子性状が安定しており、かつ液状媒体中で凝集・沈降しにくい性質を有していることが重要である。そのような粒子は、特に銀については例えば本願出願人による特許第4284283号に記載の方法により得ることができる。   The metal nanoparticles 2 in this embodiment (particles before substitution, which corresponds to the raw material in terms of production of the metal nanoparticles 3) have stable particle properties such as particle size distribution and are liquid. It is important that the material has a property of being difficult to aggregate and settle in the medium. Such particles can be obtained by the method described in Japanese Patent No. 4284283 by the present applicant, particularly for silver.

特許第4284283号に開示した合成法、及び関連する内容に関連した事項についてその概要、およびその合成法に用いる化合物等について、簡単に説明する。ただし、金属種としては銀のみならず、金、銅、ニッケル、鉄、白金などにも適用可能であるといえるので、ここでの説明では、金属ナノ粒子として記述する。   An outline of the synthesis method disclosed in Japanese Patent No. 4284283 and matters related to the related contents, and compounds used in the synthesis method will be briefly described. However, since it can be said that the metal species is applicable not only to silver but also gold, copper, nickel, iron, platinum and the like, in the description here, it is described as metal nanoparticles.

金属の供給源である金属化合物としては、前記溶媒に溶解し得るものであれば種々のものが適用でき、塩化物、硝酸塩、酢酸塩、炭酸塩などが挙げられるが、工業的観点から硝酸塩が好ましい。   As the metal compound that is a metal supply source, various compounds can be applied as long as they can be dissolved in the solvent, and examples thereof include chlorides, nitrates, acetates, and carbonates. preferable.

前記金属化合物を還元するための還元剤を兼ねた溶媒としては、アルコールまたはポリオールを使用する。これによって不純物の混入の少ない金属ナノ粒子2を得ることができる。   Alcohol or polyol is used as a solvent that also serves as a reducing agent for reducing the metal compound. As a result, the metal nanoparticles 2 with less impurities can be obtained.

前記アルコールとしては、具体的には、プロピルアルコール(1−プロピルアルコール)、n−ブタノール、イソブタノール、sec−ブチルアルコール、ヘキシルアルコール、ヘプチルアルコール、オクチルアルコール、アリルアルコール、クロチルアルコール、シクロペンタノール等が使用できる。またポリオールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等、またその組み合わせが使用できる。とりわけ、前記化合物の中でもイソブタノール、n−ブタノールが好適である。   Specific examples of the alcohol include propyl alcohol (1-propyl alcohol), n-butanol, isobutanol, sec-butyl alcohol, hexyl alcohol, heptyl alcohol, octyl alcohol, allyl alcohol, crotyl alcohol, and cyclopentanol. Etc. can be used. As the polyol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, or the like, or a combination thereof can be used. Among these compounds, isobutanol and n-butanol are particularly preferable.

前記還元反応の温度は、50〜200℃の範囲内とすることが望ましい。また、前記還元反応に際しては還流操作を行うことが効率的である。このため、前記アルコールまたはポリオールの沸点は低い方が好ましく、具体的には80℃以上300℃以下、好ましくは80℃以上200℃以下、より好ましくは80℃以上150℃以下であるのがよい。   The temperature of the reduction reaction is desirably in the range of 50 to 200 ° C. In addition, it is efficient to perform a reflux operation during the reduction reaction. For this reason, it is preferable that the alcohol or polyol has a lower boiling point, specifically, 80 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, preferably 80 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 80 ° C. or higher and 150 ° C. or lower.

なお、当該特許には記載していないが、還元反応を促進させるためには還元補助剤を添加しても構わない。還元補助剤としては公知のものを用いればよいが、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンを用いるのが特に好ましい。   Although not described in the patent, a reduction aid may be added to promote the reduction reaction. Any known reducing auxiliary agent may be used, but diethanolamine or triethanolamine is particularly preferable.

ここで本実施形態においては、前記還元反応を進行させる際に、溶媒中に保護剤として機能する有機化合物を共存させておく。この有機化合物は、後に金属ナノ粒子2の保護剤Xを構成することになる。   Here, in the present embodiment, when the reduction reaction proceeds, an organic compound that functions as a protective agent is allowed to coexist in the solvent. This organic compound will later constitute the protective agent X for the metal nanoparticles 2.

ここで、保護剤Xを構成する有機化合物は、金属ナノ粒子1表面との付着力が必要以上に高くないことが望まれる。すなわち本実施形態では、後の工程で混合する液状有機媒体Bに溶解でき、かつ金属ナノ粒子1表面から比較的容易に脱離できるような性質の保護剤Xを採用することが極めて有効である。また、保護剤Xには分子量が150〜1000のものを使用することが望ましく、200〜400のものがより好ましい。   Here, it is desired that the organic compound constituting the protective agent X does not have an unnecessarily high adhesive force with the surface of the metal nanoparticle 1. That is, in this embodiment, it is extremely effective to employ the protective agent X having such a property that it can be dissolved in the liquid organic medium B to be mixed in a later step and can be relatively easily detached from the surface of the metal nanoparticles 1. . Further, it is desirable to use a protective agent X having a molecular weight of 150 to 1000, more preferably 200 to 400.

具体的には、この有機化合物としてはアミン類などが挙げられるが、具体的にはブチルアミン、アミルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、オレイルアミン、イソプロピルアミン、イソペンチルアミン、2−メチルブチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、テトラメチル−1,3−ジアミノプロパン、ジエチルアミノプロピルアミン、モルフォリンが挙げられ、その中でも不飽和結合を持つものが適しており、特にオレイルアミンが好ましい。   Specific examples of the organic compound include amines, and specific examples include butylamine, amylamine, hexylamine, heptylamine, octylamine, nonylamine, nonylamine, decylamine, dodecylamine, oleylamine, isopropylamine, isopropanol. Examples include pentylamine, 2-methylbutylamine, dipropylamine, dibutylamine, tetramethyl-1,3-diaminopropane, diethylaminopropylamine, and morpholine, among which those having an unsaturated bond are suitable, especially oleylamine Is preferred.

還元反応時に溶媒中に共存させる有機化合物(保護剤Xを構成させるもの)の量は、金属ナノ粒子が銀である場合には、銀に対して0.1〜20当量とすることができ、1.0〜15当量とすることがより好ましく、2.0〜10当量が一層好ましい。   When the metal nanoparticles are silver, the amount of the organic compound (which constitutes the protective agent X) that is allowed to coexist in the solvent during the reduction reaction can be 0.1 to 20 equivalents relative to silver. It is more preferable to set it as 1.0-15 equivalent, and 2.0-10 equivalent is still more preferable.

この金属ナノ粒子2の合成工程における、銀の場合には反応時の液中の銀イオン濃度は0.05モル/L以上、好ましくは0.05〜5.0モル/Lとすることができる。還元補助剤/金属のモル比については0.1〜20の範囲とすることができる。   In the case of silver in the step of synthesizing the metal nanoparticles 2, the silver ion concentration in the liquid during the reaction can be 0.05 mol / L or more, preferably 0.05 to 5.0 mol / L. . The molar ratio of reducing aid / metal can be in the range of 0.1-20.

場合によっては、前記還元反応を多段に分け実施することもできる。例えば、一度に急激に還元が進行すると粒子の成長が急激に進みすぎる場合がある。粒子径の制御を効果的に行うためには、還元をまず低温で行い、その後、温度を高温に切り替えて、あるいは徐々に高めながら還元を進行させるとよい。このとき、温度の差が大きいと粒度分布に著しい変化が生じることが懸念されるので、最も低い温度と最も高い温度の差を20℃以内とすることが望ましい。好ましくは15℃以内、一層好ましくは10℃以内として厳密にコントロールすることが一層好ましい。   In some cases, the reduction reaction can be carried out in multiple stages. For example, when the reduction proceeds rapidly at once, the particle growth may progress too rapidly. In order to effectively control the particle size, it is preferable to perform the reduction at a low temperature first, and then proceed the reduction while switching the temperature to a high temperature or gradually increasing the temperature. At this time, if the temperature difference is large, there is a concern that the particle size distribution may change significantly. Therefore, it is desirable that the difference between the lowest temperature and the highest temperature be within 20 ° C. It is more preferable to strictly control the temperature within 15 ° C, more preferably within 10 ° C.

以上のような金属ナノ粒子2の合成工程によって、保護剤X(本実施形態においてはオレイルアミン)に覆われた金属ナノ粒子2を得ることができる。すなわち、金属ナノ粒子1がオレイルアミンに覆われることにより、非極性および/または親油性溶媒への分散性に優れた金属ナノ粒子2を得ることができる。   The metal nanoparticle 2 covered with the protective agent X (in this embodiment, oleylamine) can be obtained by the synthesis process of the metal nanoparticle 2 as described above. That is, by covering the metal nanoparticles 1 with oleylamine, the metal nanoparticles 2 having excellent dispersibility in nonpolar and / or lipophilic solvents can be obtained.

〔金属ナノ粒子分散液の作成〕
保護剤Xに覆われた金属ナノ粒子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、図1(a)に示すように、得られた「金属ナノ粒子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る。
[Preparation of metal nanoparticle dispersion]
The metal nanoparticles 2 covered with the protective agent X are synthesized by the reduction reaction in the wet process as described above, for example, and then subjected to solid-liquid separation and washing. Thereafter, as shown in FIG. 1A, the obtained “metal nanoparticle 1 / protectant X complex” is mixed with the liquid organic medium A to form a dispersion.

液状有機媒体Aとしては、保護剤Xに覆われた金属ナノ粒子(本実施形態では銀微粉)が良好に分散する物質が好まれ、例えば、炭化水素系が好適に使用できる。特に、イソオクタン、n−デカン、イソドデカン、イソヘキサン、n−ウンデカン、n−テトラデカン、ドデカン、n−ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン等の脂肪族炭化水素や、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、デカリン、テトラリン、シクロヘキシルベンゼン等の芳香族炭化水素等が使用できる。これらの物質を1種以上使用して液状有機媒体Aとすれば良い。なお、本実施形態においては、液状有機媒体Aとしてテトラデカンを用いて説明する。   As the liquid organic medium A, a substance in which the metal nanoparticles (in this embodiment, silver fine powder) covered with the protective agent X are favorably dispersed is preferred. For example, a hydrocarbon-based medium can be suitably used. In particular, aliphatic hydrocarbons such as isooctane, n-decane, isododecane, isohexane, n-undecane, n-tetradecane, dodecane, n-dodecane, tridecane, tetradecane, pentadecane, hexadecane, hexane, heptane, octane, nonane, and cyclohexane Aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, diethylbenzene, decalin, tetralin and cyclohexylbenzene can be used. One or more of these substances may be used as the liquid organic medium A. In the present embodiment, description will be made using tetradecane as the liquid organic medium A.

このようにして、不飽和結合を持つ分子量150〜1000の有機化合物、すなわち本実施形態においては置換される界面活性剤としてオレイルアミン(保護剤X)を付着させた金属ナノ粒子2を非極性および/または親油性の液状有機媒体A(テトラデカン)に分散させ、非極性および/または親油性溶媒分散液を作成する。   In this way, an organic compound having an unsaturated bond and a molecular weight of 150 to 1000, that is, metal nanoparticles 2 to which oleylamine (protective agent X) is attached as a surfactant to be substituted in the present embodiment is made nonpolar and / or Alternatively, it is dispersed in a lipophilic liquid organic medium A (tetradecane) to prepare a nonpolar and / or lipophilic solvent dispersion.

こうして得られた分散液に対して、置換する界面活性剤(特にカルボキシル基を有し且つアルキレンオキサイド基を有する有機化合物:保護剤Y)の液を準備して、これを金属ナノ粒子2が液状有機媒体Aに分散された液に添加することで、保護剤Xと保護剤Yが置換され、グリコールエーテルのような極性または親水性、あるいは、その両方の性質を有する溶媒(図中の液状有機媒体C)に対して分散性を示すようになり、金属ナノ粒子1の粒子サイズを変化させることなく、優れた分散性を有する金属ナノ粒子分散体を得ることができるという知見を得た。
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具体的に説明する。
For the dispersion thus obtained, a liquid of a surfactant to be substituted (particularly, an organic compound having a carboxyl group and an alkylene oxide group: protective agent Y) is prepared, and the metal nanoparticles 2 are in a liquid state. By adding to the liquid dispersed in the organic medium A, the protective agent X and the protective agent Y are replaced, and a solvent having polarity and / or hydrophilicity such as glycol ether (both liquid organic in the figure). It became dispersible with respect to the medium C), and it was found that a metal nanoparticle dispersion having excellent dispersibility can be obtained without changing the particle size of the metal nanoparticles 1.
Based on the above points, the step of replacing the protective agent X with the protective agent Y will be specifically described.

〔保護剤置換工程〕
図1(f)に示す金属ナノ粒子1表面を保護剤Yで被覆したものを得るための工程について、図2を用いて説明する。
本実施形態では、図2に示すように「金属ナノ粒子1/保護剤X複合体(金属ナノ粒子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を金属ナノ粒子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。金属ナノ粒子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が脱離した金属ナノ粒子1同士の凝集や焼結が生じる前に、金属ナノ粒子1表面を素早く保護剤Yで覆ったもの(金属ナノ粒子3)を得ることができる。その意味で、保護剤Yを構成する有機化合物は、金属ナノ粒子1表面との親和性が良好であることに加え、保護剤Xの方が保護剤Yよりも金属ナノ粒子1への親和性が弱いことが望まれる。このような構成にすることで、保護剤Xの保護剤Yへの置換が容易に進むようになる。
[Protective agent replacement step]
The process for obtaining what coat | covered the metal nanoparticle 1 surface shown in FIG.1 (f) with the protective agent Y is demonstrated using FIG.
In this embodiment, as shown in FIG. 2, a dispersion of the “metal nanoparticle 1 / protective agent X complex (metal nanoparticle 2)” (described above) and a liquid in which the organic compound constituting the protective agent X is easily dissolved. The protective agent X is desorbed from the surface of the metal nanoparticle 1 by mixing with the organic medium B. At that time, desorption proceeds in a state where an organic compound constituting the protective agent Y is present. When an organic compound constituting the protective agent Y is present in the vicinity of the metal nanoparticles 2, the surface of the metal nanoparticles 1 can be quickly protected before aggregation or sintering of the metal nanoparticles 1 from which the protective agent X is detached. Those covered with Y (metal nanoparticles 3) can be obtained. In that sense, the organic compound constituting the protective agent Y has a better affinity with the surface of the metal nanoparticle 1, and the protective agent X has a higher affinity for the metal nanoparticle 1 than the protective agent Y. Is desired to be weak. With such a configuration, the replacement of the protective agent X with the protective agent Y can easily proceed.

液状有機媒体Bには、保護剤Xを構成する有機化合物の溶解性が液状有機媒体Yよりも高いものを使用するのがよい。そのような物質として、アルコール類を使用することが簡便かつ経済的である。オレイルアミンをはじめとする多くのアミン化合物は、一般に先に例示した液状有機媒体Aには溶解しにくいが、アルコール類には比較的良好な溶解性を示す。そのようなアルコール類として、比較的安価で入手しやすいメタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノールなどが使用できる。2種以上の物質で液状有機媒体Bを構成しても良い。   As the liquid organic medium B, it is preferable to use a liquid organic medium having a higher solubility of the organic compound constituting the protective agent X than the liquid organic medium Y. As such a substance, it is simple and economical to use alcohols. Many amine compounds such as oleylamine are generally difficult to dissolve in the liquid organic medium A exemplified above, but exhibit relatively good solubility in alcohols. As such alcohols, methanol, ethanol, isopropanol, isobutanol and the like which are relatively inexpensive and easily available can be used. The liquid organic medium B may be composed of two or more substances.

保護剤Yは、金属ナノ粒子1に付着するためのカルボキシル基を有する有機化合物であり、なお且つ、極性および/または親水性溶媒に分散させるためにポリアルキレンオキサイド基を有する化合物である。金属ナノ粒子を用いたインクやペーストの焼結温度を100〜200℃、好ましくは100〜150℃に低下できるよう、分子量が例えば1000以下のものから選ばれる。   The protective agent Y is an organic compound having a carboxyl group for adhering to the metal nanoparticles 1 and a compound having a polyalkylene oxide group for dispersion in a polar and / or hydrophilic solvent. The molecular weight is selected, for example, from 1000 or less so that the sintering temperature of the ink or paste using metal nanoparticles can be lowered to 100 to 200 ° C, preferably 100 to 150 ° C.

この様な化合物としては、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル酢酸(R−O−(RO)n−CHCOOH、R=アルキル基、アリール基、アリル基、シクロアルカン、複素環等を表し、炭素数1〜30、R=炭素数2〜4のアルキレン基、付加モル数n=3〜20)、および、アルコキシポリオキシエチレングリコールマレイン酸(n=3〜30、R=炭素数1〜50)が例示できる。加えて、アルコキシポリオキシエチレングリコールフマール酸、アルコキシポリオキシエチレングリコールイタコン酸が挙げられる。なかでも不飽和結合(二重結合)を有するマレイン酸のハーフエステルのアルキレンオキサイドでエチレンオキサイドにおいて付加モル数nが2〜30のものが好ましい。そのなかでも特に、アルキレン基の炭素数がC=2〜4、付加モル数nが5〜20のものが更に好ましい。 Examples of such compounds, represent polyoxyalkylene alkyl ether acetic acid (R 1 -O- (R 2 O ) n-CH 2 COOH, R 1 = alkyl group, an aryl group, an allyl group, cycloalkane, a heterocycle, etc. , C 1-30, R 2 = C 2-4 alkylene group, addition mole number n = 3-20, and alkoxy polyoxyethylene glycol maleic acid (n = 3-30, R = C 1 carbon) To 50). In addition, alkoxy polyoxyethylene glycol fumaric acid and alkoxy polyoxyethylene glycol itaconic acid can be mentioned. Among these, an alkylene oxide of maleic acid half ester having an unsaturated bond (double bond) and ethylene oxide having an addition mole number n of 2 to 30 are preferable. Among them, an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms and an addition mole number n of 5 to 20 is more preferable.

ポリアルキレンオキサイド基の例として、エチレンオキサイド(C2)、プロピレンオキサイド(C3)、ブチレンオキサイド(C4)が挙げられる。ここで、形態としては、これらアルキレンオキサイド基が単独、混合形態を取ってもよい。さらにこれらの結合態様がランダム結合、ブロック結合、グラフト結合のいずれの結合態様をとっても良い。   Examples of the polyalkylene oxide group include ethylene oxide (C2), propylene oxide (C3), and butylene oxide (C4). Here, as a form, these alkylene oxide groups may take a mixed form independently. Furthermore, these bonding modes may take any bonding mode of random bonding, block bonding, and graft bonding.

エチレンオキサイドの付加モル数2未満では、極性溶剤に対する分散性が劣り、且つ、導電性金属配線を焼結させる際の焼結性が劣るようになる。
一方、金属インクやペーストが導電性配線を形成した後に150〜500℃の範囲で、最適な温度で加熱焼成されるが、溶媒Cもしくは保護剤Yが乾燥、蒸散する際に膜中に残存してしまうと、膜中に残存する不純物元素となり、電気抵抗値が上昇してしまう。したがって、有機層である保護剤Yは加熱焼成時には揮散する必要があるが、エチレンオキサイド基が30モルを越えると、分子量が大きくなりすぎるためエチレンオキサイド基が加熱焼成で揮散されず電気抵抗値を上昇させてしまうことになるので好ましくない。
If the added mole number of ethylene oxide is less than 2, the dispersibility with respect to the polar solvent is inferior, and the sinterability when the conductive metal wiring is sintered is inferior.
On the other hand, although the metal ink or paste is heated and fired at an optimum temperature in the range of 150 to 500 ° C. after the conductive wiring is formed, it remains in the film when the solvent C or the protective agent Y is dried and evaporated. If it becomes, it will become an impurity element which remain | survives in a film | membrane, and an electrical resistance value will rise. Therefore, the protective agent Y, which is an organic layer, needs to be volatilized at the time of heating and baking. However, when the ethylene oxide group exceeds 30 mol, the molecular weight becomes too large, so that the ethylene oxide group is not volatilized by heating and baking, and the electric resistance value is increased. Since it will raise, it is not preferable.

特に、セラミック/樹脂フィルム、セラミック/金属、金属/金属の接合において端部以外の中心部近傍では、焼成雰囲気から供給される酸素の量が極端に少なく、所謂“蒸し焼き”状態になるため、金属インキやペーストの焼成膜中に有機物の残渣が発生する。エチレンオキサイド基を有することにより自らによる酸素補給が可能となり、酸化分解によって保護剤Yの残渣を確実に除去することができるようになる。前記保護剤Yは、カルボキシル基およびポリアルキレンオキサイド基以外にも、エーテル基およびエステル基のうちの少なくとも一つを有するのが好ましい。こうすることで分散体において、極性および/または親水性をさらに高めることができ、分散状態の経時安定性がさらに高められると考えている。発明者らの知見では特にグリコールエーテルを使用すると、その傾向が顕著である。   In particular, in the vicinity of the center portion other than the end portion in the ceramic / resin film, ceramic / metal, and metal / metal joining, the amount of oxygen supplied from the firing atmosphere is extremely small, and the so-called “steaming” state occurs. Organic residue is generated in the fired film of ink or paste. By having an ethylene oxide group, oxygen supply by itself becomes possible, and the residue of the protective agent Y can be reliably removed by oxidative decomposition. The protective agent Y preferably has at least one of an ether group and an ester group in addition to the carboxyl group and the polyalkylene oxide group. By carrying out like this, it is thought that polarity and / or hydrophilicity can be further improved in the dispersion, and the stability over time of the dispersion state is further improved. According to the knowledge of the inventors, the tendency is particularly remarkable when glycol ether is used.

保護剤Yとしては、特に硫黄は絶縁性の金属化合物を作るので、電子部品関係の用途においては、硫黄元素を含む有機化合物を使用しないことが望ましい。更に、界面活性剤として広く用いられる、ナトリウム塩、カリウム塩は微細配線用途ではイオン成分によるマイグレーションが発生する結果、断線を引き起こすため、当該用途では使用しないことが望ましい。   As the protective agent Y, in particular, sulfur forms an insulating metal compound. Therefore, it is desirable not to use an organic compound containing a sulfur element in applications related to electronic components. Furthermore, sodium salts and potassium salts, which are widely used as surfactants, cause disconnection as a result of migration due to ionic components in fine wiring applications, so it is desirable not to use them in such applications.

金属ナノ粒子1表面からの脱離が容易である保護剤Xを使用したときには、保護剤Yを構成する有機化合物として金属表面との親和性(吸着性)を特段に高めた官能基、例えば硫黄を含む官能基(例えばチオール基)を持つ有機化合物を使用しなくても、保護剤Yで金属ナノ粒子1表面を被覆することが可能になる。具体的には、保護剤Yを構成する有機化合物として、カルボキシル基を有する有機化合物を使用すれば、金属ナノ粒子1の表面への被覆が十分可能である。   When a protective agent X that is easily desorbed from the surface of the metal nanoparticle 1 is used, a functional group that has a particularly enhanced affinity (adsorbability) with the metal surface as an organic compound constituting the protective agent Y, such as sulfur Even without using an organic compound having a functional group including thiol (for example, a thiol group), the surface of the metal nanoparticle 1 can be coated with the protective agent Y. Specifically, when an organic compound having a carboxyl group is used as the organic compound constituting the protective agent Y, the surface of the metal nanoparticles 1 can be sufficiently covered.

また保護剤Yにより、インクやペーストの焼結温度を低下させることができる。その理由として、上記保護剤Yを被覆した金属ナノ粒子3によって、金属濃度60質量%以上の分散液を構築することができる。保護剤Yを構成する有機化合物としては、100〜500℃の温度で脱離もしくは蒸散が生じ、金属ナノ粒子が焼結を生じることが出来る物質とすることが好ましい。こうした有機物とすることで、金属分散液をガラス基板上にスピンコート法などによって塗布し、膜厚15ミクロン以下の塗膜を大気中で焼成し、低抵抗な導電膜を形成することが出来る。焼結が生じたかどうかは、焼成体の電気抵抗を測定することによって判断できる。すなわち、焼結が起こった焼成体は、焼結が起こっていない焼成体と比べ、電気抵抗が著しく低下する。なお、部分的にしか焼結が起こっておらず電気抵抗が十分に低下していない状態は、ここでは「焼結が起こる」とはみなさない。   Further, the sintering temperature of the ink or paste can be lowered by the protective agent Y. The reason is that a dispersion having a metal concentration of 60% by mass or more can be constructed by the metal nanoparticles 3 coated with the protective agent Y. The organic compound constituting the protective agent Y is preferably a substance capable of causing desorption or transpiration at a temperature of 100 to 500 ° C. and sintering of the metal nanoparticles. By using such an organic substance, a metal dispersion can be applied onto a glass substrate by a spin coating method or the like, and a coating film having a thickness of 15 microns or less can be baked in the air to form a low-resistance conductive film. Whether or not sintering has occurred can be determined by measuring the electrical resistance of the fired body. That is, the fired body in which the sintering has occurred has a markedly lower electrical resistance than the fired body in which the sintering has not occurred. Note that the state where the sintering is only partially performed and the electric resistance is not sufficiently lowered is not regarded as “sintering” here.

このような保護剤Yで被覆された金属ナノ粒子2を得る為には金属ナノ粒子1を例にして述べると、下記(i)〜(iii)のものを混合する。
(i)「金属ナノ粒子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として金属ナノ粒子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の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)の液を混合して金属ナノ粒子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によって個々の金属ナノ粒子1を被覆することは難しい。つまり、金属ナノ粒子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Xの溶解と、金属ナノ粒子1表面への置換剤Yの付着とを、同時に進行させるのがより好ましい。
In order to obtain such metal nanoparticles 2 coated with the protective agent Y, the metal nanoparticles 1 will be described as an example, and the following (i) to (iii) are mixed.
(I) Dispersion liquid in which “metal nanoparticle 1 / protective agent X complex” is dispersed in liquid organic medium A (ii) Organic compound for coating metal nanoparticles 1 as protective agent Y (iii) Liquid organic medium A Liquid organic medium B with higher solubility of protective agent X than
At that time, it is important to mix the liquids (i) and (iii) in the presence of the organic compound (ii). In other words, even if the organic compound (ii) is added after the liquids (i) and (iii) are mixed and the elimination of the protective agent X from the metal nanoparticles 2 proceeds, the protective agent Y Therefore, it is difficult to coat individual metal nanoparticles 1. That is, when the protective agent X is detached from the metal nanoparticles 2, it is important that an organic compound for constituting the protective agent Y exists in the vicinity of the particle. As a result, it is more preferable that dissolution of the substitute agent X in the liquid organic medium B and adhesion of the substitute agent Y to the surface of the metal nanoparticle 1 proceed simultaneously.

前記(i)〜(iii)を混合する方法として、例えば以下の混合方法1〜3が採用できる。
〔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。
As a method of mixing the above (i) to (iii), for example, the following mixing methods 1 to 3 can be employed.
[Mixing method 1]
A method of simultaneously adding the organic compound (ii) and the liquid organic medium B (iii) to the dispersion liquid (i).
[Mixing method 2]
A method in which the dispersion liquid (i) and the organic compound (ii) are mixed in advance, and the liquid mixture and the liquid organic medium B (iii) are mixed.
[Mixing method 3]
A method in which the liquid organic medium B in (iii) and the organic compound in (ii) are mixed in advance, and the mixture and the liquid in (i) are mixed.

いずれの混合方法も常温から50℃の範囲で実施することができる。液の撹拌は特別に強撹拌とする必要はない。液状有機媒体Bの使用量は「金属ナノ粒子1/保護剤X複合体」の保護剤Xが全量溶解するに足る量とすることが好ましい。また、保護剤Yを構成する有機化合物の使用量は、金属ナノ粒子1を完全に被覆することができる量、すなわち金属ナノ粒子1の金属表面同士が混合時に常温で焼結しない量を確保する。   Any mixing method can be carried out in the range of room temperature to 50 ° C. The liquid agitation need not be particularly intense agitation. The amount of the liquid organic medium B used is preferably an amount sufficient to dissolve the entire amount of the protective agent X of the “metal nanoparticle 1 / protective agent X complex”. Further, the amount of the organic compound constituting the protective agent Y is such that the metal nanoparticle 1 can be completely covered, that is, the amount that the metal surfaces of the metal nanoparticle 1 are not sintered at room temperature when mixed. .

前記(i)〜(iii)を混合すると、図1(c)に示すように、保護剤Xで被覆されていた金属微粉は、保護剤Yにて置換処理される。その結果、保護剤Yで被覆された金属ナノ粒子3が生成する。   When the above (i) to (iii) are mixed, the metal fine powder coated with the protective agent X is replaced with the protective agent Y as shown in FIG. As a result, metal nanoparticles 3 coated with the protective agent Y are generated.

〔固液分離・洗浄〕
保護剤置換工程により作製された保護剤Yで被覆された金属ナノ粒子3は通常、液状有機媒体Bの液中に沈降する(図1(d))。遠心分離や沈降によりこの液を固液分離した後、保護剤Yで被覆された金属ナノ粒子3を、液状有機媒体Bから抽出する(図1(e))。その後、メタノールやイソプロパノールを用いて金属ナノ粒子3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。
[Solid-liquid separation and washing]
The metal nanoparticles 3 coated with the protective agent Y produced by the protective agent replacement step usually settle in the liquid organic medium B (FIG. 1 (d)). After this liquid is solid-liquid separated by centrifugation or sedimentation, the metal nanoparticles 3 coated with the protective agent Y are extracted from the liquid organic medium B (FIG. 1 (e)). Thereafter, the metal nanoparticles 3 are washed using methanol or isopropanol. This combination of solid-liquid separation and washing may be performed a plurality of times.

本実施形態においては、この固液分離・洗浄工程を行うことにより、液状有機媒体Bに溶解された保護剤Xおよび置換に用いられず、余剰の残存した保護剤Yを、金属ナノ粒子3から取り除く。   In the present embodiment, by performing this solid-liquid separation / washing step, the protective agent X dissolved in the liquid organic medium B and the surplus protective agent Y that is not used for substitution are removed from the metal nanoparticles 3. remove.

このように液状有機媒体Bから金属ナノ粒子3のみを抽出することにより、この抽出工程後に新たに用意する金属ナノ粒子分散体用溶媒Cに前記金属ナノ粒子3を分散させる際に、溶解された保護剤Xからなる異物の混入を防ぐことができる。その結果、金属ナノ粒子の品質を向上することができる。   Thus, by extracting only the metal nanoparticles 3 from the liquid organic medium B, the metal nanoparticles 3 were dissolved when dispersed in the metal nanoparticle dispersion solvent C newly prepared after this extraction step. It is possible to prevent foreign substances made of the protective agent X from entering. As a result, the quality of the metal nanoparticles can be improved.

〔金属分散液の調整〕
図1(f)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金属ナノ粒子3に、金属ナノ粒子分散体用溶媒Cとなるグリコールエーテル、すなわち極性および/または親水性溶媒を加え分散させる。
[Preparation of metal dispersion]
As shown in FIG. 1 (f), in the present embodiment, glycol ethers, ie, polar and / or hydrophilic solvents that serve as the metal nanoparticle dispersion solvent C are added to the metal nanoparticles 3 thus extracted. Add and disperse.

先に述べた工程を踏まえて言い換えると、保護剤Yより銀ナノ粒子1への親和性が弱い保護剤Xを金属ナノ粒子1表面に付着させて金属ナノ粒子2を作製し、前記金属ナノ粒子の保護剤Xを溶解すると同時に、金属ナノ粒子表面に保護剤Yを付着させて金属ナノ粒子3を作製し、その金属ナノ粒子3をグリコールエーテルに対して分散させる。   In other words, based on the process described above, the metal nanoparticle 2 is produced by attaching the protective agent X having a weaker affinity to the silver nanoparticle 1 than the protective agent Y to the surface of the metal nanoparticle 1, and the metal nanoparticle. At the same time as the protective agent X is dissolved, the protective agent Y is attached to the surface of the metal nanoparticles to produce the metal nanoparticles 3, and the metal nanoparticles 3 are dispersed in the glycol ether.

この場合、金属ナノ粒子3と極性溶媒としてグリコールエーテルとを混合してその混合液を攪拌後に静置することで、沈降が生じない分散状態が少なくとも一ヶ月間維持される程度の分散性を有するようになる。このような粒子は分散体としての寿命が長いため、使用する場合に長期間にわたって使用可能となり、取り扱う上で非常に好都合となる。   In this case, by mixing the metal nanoparticles 3 and glycol ether as a polar solvent and allowing the mixture to stand after stirring, the dispersion has such a degree that the dispersion state in which precipitation does not occur is maintained for at least one month. It becomes like this. Since such particles have a long life as a dispersion, they can be used for a long period of time when used, which is very convenient for handling.

前記グリコールエーテルとしては、エチレン系としてエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル(エチルセルソルブ)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセルソルブ)、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノー2−エチルヘキシルエーテル、エチレングリコールモノアリルエーテルといったものが挙げられる。   Examples of the glycol ether include ethylene-based ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether (ethyl cellosolve), diethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, polyethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoisopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether ( Butyl cellosolve), diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monoisobutyl ether, diethylene glycol monoisobutyl ether, ethylene glycol monohexyl ether, diethylene glycol monohexyl ether, ethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether Ether, diethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, include those such as ethylene glycol monoallyl ether.

また、プロピレン系として、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレンリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテルが挙げられる。   Examples of the propylene group include propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, dipropylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monobutyl ether, and dipropylene glycol monobutyl ether.

さらに、ジアルキル系として、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、3−メトキシ−3−メチル−1−ブタノールが挙げられる。   Furthermore, examples of the dialkyl group include ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, and 3-methoxy-3-methyl-1-butanol. .

グリコールエステル系として、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート(BCA)、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどが挙げられるが、上記のグリコールエーテルは単独、あるいは複数種の組み合わせが使用される。特に金属ナノ粒子分散体を基板に印刷する工程での蒸発、乾燥速度のバランスが良いことから、より好ましいのは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。   Examples of glycol esters include ethylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate (BCA), and diethylene glycol monoethyl ether acetate. The above glycol ethers may be used alone or in combination of two or more. Is done. In particular, diethylene glycol monobutyl ether acetate is more preferable because of a good balance between evaporation and drying speed in the step of printing the metal nanoparticle dispersion on the substrate.

なお、本実施形態では、金属ナノ粒子分散体用溶媒Cとしてグリコールエーテルを用いた場合について説明しているが、それ以外のケトン、ポリオール、アルコール、ポリオール、水などの極性および/または親水性溶媒を用いることもできる。   In the present embodiment, the case where glycol ether is used as the metal nanoparticle dispersion solvent C is described, but other polar and / or hydrophilic solvents such as ketones, polyols, alcohols, polyols, and water are used. Can also be used.

前記ケトンとしては、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、ジ−n−プロピルケトン、メチル−n−アミルケトン、エチル−n−ブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、ジイソブチルケトン、ジアセトンアルコール、アセトフェノン、イソホロン、テキサノールおよびそれらの組み合わせが挙げられる。   Examples of the ketone include methyl isobutyl ketone, acetylacetone, di-n-propyl ketone, methyl-n-amyl ketone, ethyl-n-butyl ketone, cyclohexanone, methylcyclohexanone, diisobutyl ketone, diacetone alcohol, acetophenone, isophorone, texanol, and their Combinations are listed.

前記ポリオールとして、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコールおよびその組み合わせが挙げられる。   Examples of the polyol include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, and combinations thereof.

前記アルコールとしては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール(IPA)、n−ブタノール、イソブタノール、t−ブタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、1−オクタノール、2−オクタノール、1−デカノール、ドデカノール、ベンジルアルコール、テルピネオールおよびその組み合わせが挙げられる。   Examples of the alcohol include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol (IPA), n-butanol, isobutanol, t-butanol, hexanol, heptanol, 1-octanol, 2-octanol, 1-decanol, dodecanol, benzyl alcohol, Terpineol and combinations thereof may be mentioned.

一方、本実施形態は種々の設計上の調整が可能であり、例えば本実施形態とは逆に、極性および/または親水性溶媒に良好な分散性を有する金属ナノ粒子を、非極性および/または親油性溶媒に良好な分散性を有する金属ナノ粒子へと性質を変化させる場合にも適用できる。   On the other hand, in the present embodiment, various design adjustments are possible. For example, contrary to the present embodiment, metal nanoparticles having good dispersibility in polar and / or hydrophilic solvents can be made nonpolar and / or It can also be applied to the case of changing the properties to metal nanoparticles having good dispersibility in a lipophilic solvent.

このように、金属ナノ粒子1の表面に保護剤Yが付着された金属ナノ粒子3を、グリコールエーテルといった極性溶媒である金属ナノ粒子分散体用溶媒Cに分散させ、極性および/または親水性溶媒分散液を作製することができる。   Thus, the metal nanoparticle 3 having the protective agent Y attached to the surface of the metal nanoparticle 1 is dispersed in the metal nanoparticle dispersion solvent C, which is a polar solvent such as glycol ether, to thereby obtain a polar and / or hydrophilic solvent. A dispersion can be made.

本発明により得られる粒子は極性溶媒に対する分散性を呈するため、場合によっては極性溶媒に加えることのできる分散剤を分散体に別途追加しても構わない。具体的には水溶性樹脂、とりわけ水溶性多糖類を添加することもできる。特に水溶性多糖類としては、水溶性ヘミセルロース、アラビアガム、トラガントガム、カラギーナン、キサンタンガム、グワーガム、タラガム、布海苔、寒天、ファーセレラン、タマリンド種子多糖、カラヤガム、トロロアオイ、ペクチン、プルラン、ジェランガム、ローカストビーンガム、各種澱粉等、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、エチルセルロース(EC)、ヒドロキシメチルセルロース(HMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、ヒドロキシエチルメチルセルロース(HEMC)、ヒドロキシエチルエチルセルロース(HEEC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、ヒドロキシプロピルエチルセルロース(HPEC)、ヒドロキシエチルヒドロキシプロピルセルロース(HEHPC)、スルホエチルセルロース、ジヒドロキシプロピルセルロース(DHPC)、アルギン酸プロピレングリコールエステル、及び可溶性澱粉に代表される加工澱粉等を添加することができる。   Since the particles obtained by the present invention exhibit dispersibility in a polar solvent, a dispersant that can be added to the polar solvent may be separately added to the dispersion in some cases. Specifically, a water-soluble resin, particularly a water-soluble polysaccharide can be added. In particular, water-soluble polysaccharides include water-soluble hemicellulose, gum arabic, tragacanth gum, carrageenan, xanthan gum, gwar gum, tara gum, cloth nori, agar, fur celerin, tamarind seed polysaccharide, karaya gum, troaroa, pectin, pullulan, gellan gum, locust bean gum, various types Starch, carboxymethylcellulose (CMC), methylcellulose (MC), ethylcellulose (EC), hydroxymethylcellulose (HMC), hydroxyethylcellulose (HEC), hydroxypropylcellulose (HPC), hydroxyethylmethylcellulose (HEMC), hydroxyethylethylcellulose (HEEC) ), Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), hydroxypropylethylcellulose (HPEC) Hydroxyethyl hydroxypropyl cellulose (HEHPC), sulfoethyl cellulose, dihydroxypropyl cellulose (DHPC), can be added propylene glycol alginate, and modified starches represented by soluble starch, and the like.

水溶性多糖類の添加量は、金属成分に対して10質量%未満、好ましくは5質量%未満、一層好ましくは3質量%未満であるのがよい。10質量%以上の水溶性樹脂の添加は、金属ナノ粒子の粒子間焼結を阻害し、さらには粒子と粒子の隙間に入り込み、その存在部分における抵抗が増大するため、導電性皮膜として十分にその性能が発揮できなくなるため好ましくない。   The amount of water-soluble polysaccharide added should be less than 10% by weight, preferably less than 5% by weight, more preferably less than 3% by weight, based on the metal component. Addition of 10% by mass or more of a water-soluble resin hinders inter-particle sintering of metal nanoparticles, and further enters the gap between the particles to increase the resistance in the existing portion, so that it is sufficient as a conductive film. Since the performance cannot be exhibited, it is not preferable.

本発明で得られる金属ナノ粒子に対し、基板との密着性を向上させるためカップリング剤を添加しても良い。具体的にはシランカップリング剤として、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクロキシプロピルトリメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランといったものが例示できる。また、焼結性を阻害しない範囲で、公知のポリマーなど、例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエーテルウレタン変性物、ポリエーテル系樹脂等を添加することも妨げない。   A coupling agent may be added to the metal nanoparticles obtained in the present invention in order to improve adhesion to the substrate. Specifically, as a silane coupling agent, vinyltriethoxysilane, vinyltris (β-methoxyethoxy) silane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ -Methacryloxypropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminomethyldimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, γ Examples thereof include chloropropyltrimethoxysilane and γ-mercaptopropyltrimethoxysilane. Also, as long as the sinterability is not impaired, known polymers, such as epoxy resins, urethane resins, acrylic resins, phenol resins, polyester resins, phenoxy resins, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyether urethane modified products, polyether series Addition of resin or the like is not disturbed.

なお、別の実施形態として、上述の保護剤Yを別の保護剤により被覆された金属ナノ粒子の添加された液に添加し、金属ナノ粒子の分散剤として使用することが出来る。   As another embodiment, the above-mentioned protective agent Y can be added to a liquid to which metal nanoparticles coated with another protective agent are added, and used as a dispersant for metal nanoparticles.

具体的には、オレイルアミンあるいはヘキシルアミンなどにより被覆された金属ナノ粒子分散液(図1(a))に液状有機媒体Bの単独からなる媒体を添加し、金属ナノ粒子2を凝集、沈降させる。上澄みの有機媒体Aもしくは有機媒体A及び有機媒体Bからなる混合媒体を取り除き、この操作を数回繰り返して上澄みを取り除いた金属ナノ粒子2に上述の極性溶剤と保護剤Yとを予め混合しておき、この混合液を金属ナノ粒子2の凝集体に添加して、分散液としても良い。あるいは、このような分散液の形態ではなく、凝集体そのものを上述の極性溶媒と保護剤Yとを予め混合した液中に添加して、分散液を形成してもよい。この場合、減圧操作等により有機媒体Bを出来るだけ取り除くと、分散液の安定性が長期間保持可能となる。   Specifically, a medium composed solely of the liquid organic medium B is added to the metal nanoparticle dispersion liquid (FIG. 1A) coated with oleylamine or hexylamine, and the metal nanoparticles 2 are aggregated and settled. The supernatant organic medium A or the mixed medium composed of the organic medium A and the organic medium B is removed, and this operation is repeated several times, and the above-mentioned polar solvent and the protective agent Y are mixed in advance with the metal nanoparticles 2 from which the supernatant has been removed. Alternatively, this mixed liquid may be added to the aggregate of the metal nanoparticles 2 to form a dispersion. Alternatively, instead of the form of such a dispersion, the aggregate itself may be added to a liquid in which the above polar solvent and the protective agent Y are mixed in advance to form a dispersion. In this case, when the organic medium B is removed as much as possible by a decompression operation or the like, the stability of the dispersion can be maintained for a long time.

この分散剤が機能を発揮するメカニズムとしては、未だ不確かなところが多いが、以下のように作用しているのではないかと推測している。   There are still many uncertainties regarding the mechanism by which this dispersant exerts its function, but it is speculated that it may act as follows.

すなわち図3に示すように、既に保護剤Xにより被覆された金属ナノ粒子は、分散剤として保護剤Yを利用することにより、保護剤X(オレイルアミンあるいはヘキシルアミンなど)により既に被覆され被覆体αが形成された金属ナノ粒子1の周囲は、保護剤Yにより形成される被覆体βにより更に被覆されることになる。これにより、保護剤Yは、分散剤として機能すると同時に、金属ナノ粒子同士間の緩衝剤として働き、分散性を更に向上させる。   That is, as shown in FIG. 3, the metal nanoparticles already coated with the protective agent X are already coated with the protective agent X (eg oleylamine or hexylamine) by using the protective agent Y as a dispersing agent. The periphery of the metal nanoparticle 1 on which is formed is further coated with a coating β formed of the protective agent Y. Thereby, the protective agent Y functions as a dispersant, and at the same time, acts as a buffer between the metal nanoparticles, further improving dispersibility.

また、上述の保護剤Yで置換された金属ナノ粒子3を用いて極性溶媒への分散性を向上させた上で、更に、上述の分散剤として保護剤Yを使用することも出来る。このような形態とすることで、粒子を直接被覆する被覆体α、分散剤として作用する被覆体βをともに同じ有機物で形成させることができ、被覆体αの影響で向上した分散性を被覆体βで更に高めることが出来るようになるので好ましい。   Moreover, after improving the dispersibility to a polar solvent using the metal nanoparticle 3 substituted by the above-mentioned protective agent Y, the protective agent Y can also be used as the above-mentioned dispersant. By adopting such a form, it is possible to form both the coated body α directly covering the particles and the coated body β acting as a dispersing agent with the same organic material, and the improved dispersion due to the influence of the coated body α. It is preferable because it can be further increased by β.

このような保護剤Yによる二重の覆いによって、化学的に分散性を向上させるのみならず、金属ナノ粒子同士が物理的に接近する機会をも減少させることができることから、ひいては極性溶媒への金属ナノ粒子の分散性向上に寄与する。   Such a double covering with the protective agent Y not only improves the dispersibility chemically, but also reduces the opportunity for the metal nanoparticles to physically approach each other. Contributes to improved dispersibility of metal nanoparticles.

また、極性溶媒に対する分散剤として保護剤Yを利用する例として、保護剤Xで被覆された金属ナノ粒子を挙げたが、先にも述べたように既に保護剤Yで被覆された金属ナノ粒子を用いてもよいし、上述の保護剤X以外の物質で被覆されていてもよく、公知の界面活性剤にて被覆された金属ナノ粒子を用いてもよい。   In addition, as an example of using the protective agent Y as a dispersant for the polar solvent, the metal nanoparticles coated with the protective agent X were mentioned. However, the metal nanoparticles already coated with the protective agent Y as described above. May be used, or may be coated with a substance other than the above-described protective agent X, or metal nanoparticles coated with a known surfactant may be used.

また、分散剤として保護剤Yを利用する混合のタイミングとしては、上述のように極性溶媒との混合の際に加えてもよいし、金属ナノ粒子2が形成された後ならば、金属ナノ粒子2を含む有機溶媒に対して、予め保護剤Yを分散剤として加えていてもよい。また、保護剤Yを加える前に予め撹拌を行って分散性を上げておき、加えて保護剤Yを分散剤として加えてもよい。また、極性溶媒と金属ナノ粒子2を混合させた上で、他の分散剤等の添加物を加える場合、最終的に良好な分散性を有する分散液を得るために、最後に保護剤Yを分散剤として加えてもよい。   Further, the timing of mixing using the protective agent Y as a dispersant may be added at the time of mixing with the polar solvent as described above, or after the metal nanoparticles 2 are formed, the metal nanoparticles. The protective agent Y may be added as a dispersant in advance to the organic solvent containing 2. Further, before adding the protective agent Y, the dispersibility may be increased by stirring in advance, and the protective agent Y may be added as a dispersant. In addition, when an additive such as another dispersant is added after mixing the polar solvent and the metal nanoparticles 2, the protective agent Y is finally added to obtain a dispersion having good dispersibility. It may be added as a dispersant.

本実施例では特に、金属種として銀を選択した場合を説明する。
(実施例1)
〔銀ナノ粒子合成工程〕
オレイルアミン(保護剤X,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。ここで、銀に対するオレイルアミンはモル比で2.5、銀に対する2−オクタノールはモル比で2.0、オレイルアミンに対する2−オクタノールはモル比で0.8である。
In this embodiment, a case where silver is selected as the metal species will be described.
Example 1
[Silver nanoparticle synthesis process]
6009.2 g of oleylamine (protective agent X, reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 2270.3 g of 2-octanol (reagent manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 1495.6 g of silver nitrate crystals (special grade reagent manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) Prepared. 2-Octanol, oleylamine, and silver nitrate crystals were mixed to prepare a solution in which silver nitrate was completely dissolved. The formulation is as follows. Here, oleylamine with respect to silver has a molar ratio of 2.5, 2-octanol with respect to silver has a molar ratio of 2.0, and 2-octanol with respect to oleylamine has a molar ratio of 0.8.

上記の配合液を混合し、還流器の付いた容器に移してオイルバスに載せ、プロペラにより撹拌しながら120℃まで昇温速度1.0℃/minで昇温させた。次いで140℃まで昇温速度0.5℃/minで昇温した。その後、上記撹拌状態を維持しながら、140℃で1時間保持した。その際、容器の気相部に窒素ガスを500mL/minの流量で供給してパージした。その後、加熱を止め、冷却した。反応後のスラリーを3日間以上静置した後、上澄みを除去した。その際、還元された銀が全スラリーに対して20質量%となるように上澄みの除去量を調整した。   The above blended liquid was mixed, transferred to a container equipped with a refluxer, placed on an oil bath, and heated to 120 ° C. at a heating rate of 1.0 ° C./min while stirring with a propeller. Next, the temperature was raised to 140 ° C. at a temperature raising rate of 0.5 ° C./min. Then, it maintained at 140 degreeC for 1 hour, maintaining the said stirring state. At that time, nitrogen gas was supplied to the gas phase part of the container at a flow rate of 500 mL / min and purged. Thereafter, heating was stopped and cooling was performed. After leaving the slurry after the reaction for 3 days or more, the supernatant was removed. At that time, the removal amount of the supernatant was adjusted so that the reduced silver was 20% by mass with respect to the total slurry.

上澄み除去後のスラリーにイソプロパノールを、スラリー中の銀:イソプロパノール=1:30のモル比にて混合し攪拌洗浄した。このとき、攪拌回転数は400rpm、攪拌時間は60minとした。その後、遠心分離により銀粒子を含む固形分を回収した。このようにして洗浄された固形分中には、保護剤X(オレイルアミン)に被覆された金属(銀)ナノ粒子2が存在している。透過型電子顕微鏡(TEM)による写真により、500個の粒子の粒子径を計測し、その粒子径の数平均粒子径を求めたところ、数平均粒子径は8.7nmであった。   Isopropanol was mixed with the slurry after removing the supernatant at a molar ratio of silver: isopropanol = 1: 30 in the slurry and washed with stirring. At this time, the stirring speed was 400 rpm, and the stirring time was 60 min. Thereafter, the solid content including silver particles was recovered by centrifugation. In the solid content thus washed, metal (silver) nanoparticles 2 coated with the protective agent X (oleylamine) are present. The particle diameter of 500 particles was measured with a photograph taken with a transmission electron microscope (TEM), and the number average particle diameter was determined. The number average particle diameter was 8.7 nm.

また、上記のうち洗浄前スラリーをTG(熱重量測定)法により加熱して金属(銀)成分の存在量を算出したところ、金属成分として20%が存在していることがわかった。これは、スラリー100g中に金属銀が20g存在していることを示し、これは0.19モルに相当する。   Moreover, when the slurry before washing | cleaning was heated by TG (thermogravimetry) method among the above and the amount of metal (silver) components was computed, it turned out that 20% exists as a metal component. This indicates that 20 g of metallic silver is present in 100 g of the slurry, which corresponds to 0.19 mol.

続いて保護剤Xを保護剤Y(アルキレンオキサイド化合物)に置換する。保護剤Yとして、ポリオキシエチレンアルキルエーテルマレイン酸とラウリルアルコールとのエステルである、Antox(登録商標)LMH−20:日本乳化剤株式会社製、そして液状有機媒体Bとしてイソプロパノール(和光純薬株式会社製特級試薬、分子量60.1)を、前記銀粒子に加えられる保護剤置換用溶液として用意した。   Subsequently, the protective agent X is replaced with a protective agent Y (alkylene oxide compound). As protective agent Y, Antox (registered trademark) LMH-20, which is an ester of polyoxyethylene alkyl ether maleic acid and lauryl alcohol, manufactured by Nippon Emulsifier Co., Ltd. A special grade reagent, molecular weight 60.1) was prepared as a protective agent replacement solution to be added to the silver particles.

前記マレイン酸エステルのポリエチレンオキサイド付加物とイソプロパノールとを、マレイン酸エステル:イソプロパノール=0.014:1のモル比にて混合して、液温を40℃に保った。この液中へ、保護剤X(オレイルアミン)に被覆された金属(銀)ナノ粒子2を添加し、プロペラにて撹拌した。この撹拌状態を維持しながら40℃で5時間保持した。この場合、銀に対する保護剤Y(マレイン酸エステル)の量は0.1当量となるように、仕込量を調整した。この操作により、保護剤Y(マレイン酸エステル)により被覆された金属ナノ粒子3を得た。   The polyethylene oxide adduct of maleate ester and isopropanol were mixed at a molar ratio of maleate ester: isopropanol = 0.014: 1, and the liquid temperature was kept at 40 ° C. To this solution, metal (silver) nanoparticles 2 coated with a protective agent X (oleylamine) were added and stirred with a propeller. While maintaining this stirring state, it was kept at 40 ° C. for 5 hours. In this case, the amount charged was adjusted so that the amount of the protective agent Y (maleic acid ester) relative to silver was 0.1 equivalent. By this operation, metal nanoparticles 3 coated with the protective agent Y (maleic ester) were obtained.

〔固液分離・洗浄〕
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。
[Solid-liquid separation and washing]
The obtained slurry was subjected to solid-liquid separation by centrifugation at 3000 rpm for 5 minutes. Thereafter, the solid component was stirred and washed at a molar ratio of the solid component: methanol = 1: 30. At this time, the rotational speed of stirring was 400 rpm, and the stirring time was 30 minutes.

本実施例においては、この固液分離・沈降工程をさらにもう一度行い、その後固液分離を行い、固体成分を回収することにより金属(銀)ナノ粒子3を抽出した。
なお、本実施例における金属(銀)ナノ粒子3に対して、保護剤による置換の有無の確認をGC−MS(ガスクロマトグラフ質量分析計)による有機分析にて行ったところ、オレイルアミンに起因するピークは確認されなかったことからオレイルアミンは、ほぼ全てマレイン酸エステルに置換されていると判断できた。
In this example, this solid-liquid separation / sedimentation step was performed once more, then solid-liquid separation was performed, and metal (silver) nanoparticles 3 were extracted by collecting the solid components.
In addition, when the presence or absence of substitution with a protective agent was confirmed with respect to the metal (silver) nanoparticles 3 in this example by an organic analysis using GC-MS (gas chromatograph mass spectrometer), a peak due to oleylamine was obtained. Therefore, it was determined that almost all oleylamine was substituted with maleate.

さらに置換時における粒子に対する影響を確認するため、XRD(X線回折法)により(111)回折面における結晶粒子の成長度合を確認するとともに、TEM像から一次粒子径の成長の有無を確認したが、いずれも極端な変化(結晶子径の増加や一次粒子径の増大)は確認されなかった。   Furthermore, in order to confirm the influence on the particles at the time of substitution, while confirming the growth degree of the crystal particles on the (111) diffraction surface by XRD (X-ray diffraction method), the presence or absence of the growth of the primary particle diameter was confirmed from the TEM image. In either case, an extreme change (increase in crystallite diameter or increase in primary particle diameter) was not confirmed.

〔金属ナノ粒子分散液の調整〕
前記固液分離・沈降により金属ナノ粒子3を得た後、金属ナノ粒子分散体用溶媒Cであるジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート10gに対して、前記銀ナノ粒子3を0.3g加えた後、40℃を維持しつつ超音波分散を5分間行った。
[Preparation of metal nanoparticle dispersion]
After obtaining the metal nanoparticles 3 by the solid-liquid separation / sedimentation, 0.3 g of the silver nanoparticles 3 was added to 10 g of diethylene glycol monobutyl ether acetate as the solvent C for the metal nanoparticle dispersion, and then 40 ° C. While maintaining the above, ultrasonic dispersion was performed for 5 minutes.

〔分散安定性の評価〕
その後、得られた分散体を常温で一ヶ月間静置させ、液の状態を確認することで沈殿物の有無を確認したところ、沈殿等は確認されず、粒子は分散性を維持したままであることが確認された。
[Evaluation of dispersion stability]
Thereafter, the obtained dispersion was allowed to stand at room temperature for one month, and the presence or absence of precipitates was confirmed by confirming the state of the liquid. Precipitation was not confirmed, and the particles remained dispersible. It was confirmed that there was.

〔導電性の評価〕
液中における金属(銀)ナノ粒子を濃度が60%となるよう、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートを添加して調整した。その後、自転公転式脱泡機(株式会社シンキー製のARV−3000TWIN)を使用して、4分間処理したところ、得られた分散液の粘度は850dPa・sであった。
[Evaluation of conductivity]
Diethylene glycol monobutyl ether acetate was added and adjusted so that the concentration of metal (silver) nanoparticles in the liquid was 60%. Then, when it processed for 4 minutes using the rotation revolution type defoaming machine (ARV-3000TWIN made from Shinki Co., Ltd.), the viscosity of the obtained dispersion liquid was 850 dPa * s.

得られた分散体を、グラビアオフセット印刷機(株式会社紅羊社製作所製、エクター印刷機ブラーフG1型)を用いて印刷しパターンを形成させた。用いたブランケットはメチルビニル系シリコーンゴム(藤倉ゴム工業株式会社製)を用い、印刷版に石英ガラス製版を使用し、描画は耐熱性セラミック基板を用いて行った。得られた配線パターンは400℃にて焼成することで金属配線を形成させた。   The obtained dispersion was printed using a gravure offset printing machine (manufactured by Kousyo Co., Ltd., Ekter printing machine Bluff G1 type) to form a pattern. The blanket used was methyl vinyl silicone rubber (Fujikura Rubber Industrial Co., Ltd.), a quartz glass plate was used for the printing plate, and drawing was performed using a heat resistant ceramic substrate. The obtained wiring pattern was fired at 400 ° C. to form a metal wiring.

得られた印刷後の細線の幅は“印刷にじみ”が無く印刷版のライン幅を再現していた。さらに、銀膜の導電性を抵抗率計(三菱化学アナリテック株式会社製ロレスタGP)4端子4探針法で測定したところ、比抵抗2.3×10−6Ω・cmと低い抵抗値を示した。また、膜厚は表面粗度計(株式会社東京精密製サーフコム1500D)を用いて測定したところ3.5μmであった。 The width of the fine line obtained after printing had no “print blur” and reproduced the line width of the printing plate. Furthermore, when the conductivity of the silver film was measured by a resistivity meter (Loresta GP, manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.) 4 terminal 4 probe method, the resistivity was as low as 2.3 × 10 −6 Ω · cm. Indicated. The film thickness was 3.5 μm as measured using a surface roughness meter (Surfcom 1500D manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.).

〔接合の評価〕
本分散体は物質間接合にも使用できることを下記の方法を用いて確認した。すなわち、接合面に前記分散体をディスペンサー塗布法により被接合体である銅板に均等な厚さに印刷する。次いで対向する接合体にシリコン−チタン−ニッケルが順に積層され、最表層が銀でめっきされたチップをマウントして、接合面に対して垂直に10Nで加圧しながら、400℃で30分加熱した。
[Evaluation of bonding]
The following method was used to confirm that this dispersion can also be used for bonding between substances. That is, the dispersion is printed on the bonding surface with a uniform thickness on a copper plate to be bonded by a dispenser coating method. Next, a chip in which silicon-titanium-nickel was sequentially laminated on the opposing bonded body and the outermost layer was plated with silver was mounted, and heated at 400 ° C. for 30 minutes while being pressurized at 10 N perpendicular to the bonding surface. .

上記の接合方法によれば、銀ナノ粒子3を構成する保護剤Yの有機化合物に含まれる炭素およびエチレンオキサイド基に含まれる酸素によって、半導体素子裏面の銀からなる金属層の最表面と第一の金属からなる銅金属板の最表面が酸化還元され、銀ナノ粒子の焼結によって互いに結合する。その結果、チップと銅金属基板が銀の接合された接合体が完成する。この接合強度の評価は、JISZ−03918−5:2003の「鉛フリーはんだ試験方法 第5部はんだ継ぎ手の引張およびせん断試験方法」に記載のある方法に準じて行った。すなわち、ダイボンディングされた被接合体を水平方向に押し、押される力に耐えかねて接合面が破断するときの力を算出する方法で算出している。この結果、接合の際に従来使用されていた鉛はんだとほぼ同等な接合強度が得られることがわかった。   According to the above bonding method, the outermost surface of the metal layer made of silver on the back surface of the semiconductor element and the first surface are formed by carbon contained in the organic compound of the protective agent Y constituting the silver nanoparticles 3 and oxygen contained in the ethylene oxide group. The outermost surfaces of the copper metal plate made of the above metals are oxidized and reduced and bonded together by sintering of the silver nanoparticles. As a result, a joined body in which the chip and the copper metal substrate are joined with silver is completed. The evaluation of the joint strength was performed according to the method described in “Lead-free solder test method, part 5: Tensile and shear test method of solder joint” of JISZ-03918-5: 2003. That is, the calculation is performed by a method in which a die-bonded workpiece is pushed in the horizontal direction and a force is calculated when the joining surface breaks without being able to withstand the pushing force. As a result, it was found that a joining strength almost equal to that of lead solder conventionally used for joining can be obtained.

該接合体は一旦接合が形成されると、その形成された温度ではもはや剥離せず、金属の融点近傍まではその形態を維持することができる。ここで例示した銀の場合には、銀のバルク状態での融点961℃近傍までは維持されるため、実に、当初形成時に加えた温度の2倍程度の加熱に対しても接合状態を維持できるようになる。   Once the bond is formed, the bonded body no longer peels off at the temperature at which it is formed, and can maintain its form up to the vicinity of the melting point of the metal. In the case of the silver exemplified here, since the melting point in the bulk state of silver is maintained up to near 961 ° C., the bonding state can be maintained even with heating about twice the temperature applied at the time of initial formation. It becomes like this.

(実施例2〜3)
保護剤Yの官能基を変更して実施例1を繰り返した。得られた結果について評価した結果を表1にあわせて示す。なお、分散安定性は少なくとも一ヶ月程度分散を維持したものを○、一週間以上分散を維持していたものを△とし、一週間も経たずに沈降してしまったものを×と表現している。
(Examples 2-3)
Example 1 was repeated with the functional group of the protective agent Y changed. The results of evaluating the obtained results are shown in Table 1. The dispersion stability is expressed as ◯ when the dispersion is maintained for at least about one month, △ when the dispersion has been maintained for one week or more, and expressed as × when the liquid has settled for less than one week. Yes.

Figure 2011068988
Figure 2011068988

(実施例4)
実施例1における保護剤Xで保護層を形成した洗浄後の金属(銀)ナノ粒子2を用い、分散剤としてポリオキシエチレンラウリルエーテル酢酸(ビューライトLCA−H、エチレンオキサイド付加モル数3〜5、三洋化成工業株式会社製)をテルピネオール2.0gに対して1.6gを添加し溶解させた。
Example 4
Using the washed metal (silver) nanoparticles 2 in which a protective layer was formed with the protective agent X in Example 1, polyoxyethylene lauryl ether acetic acid (viewlite LCA-H, ethylene oxide addition mole number 3 to 5 as a dispersant) , Sanyo Chemical Industries Co., Ltd.) was dissolved by adding 1.6 g to 2.0 g of terpineol.

次いで、前記銀ナノ粒子2を10g添加して40℃を維持しながら超音波分散を5分間行なった。分散体を常温で保存して観察したところ一週間までは沈降物はなかったが、二週間目で底部に僅かながら沈降物が認められた。   Next, 10 g of the silver nanoparticles 2 were added and ultrasonic dispersion was performed for 5 minutes while maintaining 40 ° C. When the dispersion was stored at normal temperature and observed, no precipitate was found until one week, but a slight amount of precipitate was observed at the bottom at the second week.

分散体の粘度を730dPa・sに調製した後、グラビアオフセット印刷法により50μm幅のラインで硝子基板に印刷した。焼成は200℃で行い印刷細線には“印刷にじみ“は無く印刷版のライン幅を再現していた。導電性をデジタルマルチメーター(ハイテスター:日置電機株式会社製)で測定したところ、比抵抗値は6.5×10−6Ω・cmと低い抵抗値を示した。 After the viscosity of the dispersion was adjusted to 730 dPa · s, it was printed on a glass substrate with a line having a width of 50 μm by a gravure offset printing method. Baking was performed at 200 ° C., and the printing fine line had no “print blur” and reproduced the line width of the printing plate. When the conductivity was measured with a digital multimeter (Hitester: manufactured by Hioki Electric Co., Ltd.), the specific resistance value was as low as 6.5 × 10 −6 Ω · cm.

(実施例5)
実施例4において、分散剤にオクチルポリオキシエチレングリコールマレイン酸を用いた以外は実施例4を繰り返した。同様に分散安定性を観察したところ、3週間目で僅かな沈降が認められた。また、50μmの170℃焼成細線の比抵抗値は8.2×10−6Ω・cmと低い抵抗値を示した。
(Example 5)
In Example 4, Example 4 was repeated except that octyl polyoxyethylene glycol maleic acid was used as the dispersant. Similarly, when the dispersion stability was observed, slight sedimentation was observed at the third week. Moreover, the specific resistance value of the 50 μm 170 ° C. fired thin wire showed a low resistance value of 8.2 × 10 −6 Ω · cm.

(比較例)
比較例では、実施例1において保護剤Yにオレイルアルコールとエチレンオキサイドの8モルを縮合させたC1835−O−(CH−CH−O)−Hを用いて、分散体を形成させた。置換後の分散体は分散性が初期の段階から凝集が著しく、超音波分散を施しても1週間が経過した状態では銀ナノ粒子が底部に沈殿したため、分散体としては使用できなかった。
なお、比較例2と3についても表1に示すように実施したが、実施例に比べると、いずれも良好な結果は得られなかった。
(Comparative example)
In a comparative example, the dispersion was prepared using C 18 H 35 —O— (CH 2 —CH 2 —O) 8 —H obtained by condensing 8 moles of oleyl alcohol and ethylene oxide to the protective agent Y in Example 1. Formed. The dispersion after substitution had a remarkable dispersibility from the initial stage, and even after ultrasonic dispersion, the silver nanoparticles precipitated at the bottom after one week had passed, and thus could not be used as a dispersion.
In addition, although it implemented as shown in Table 1 also about the comparative examples 2 and 3, neither of the favorable results were obtained compared with the Example.

以上のことから、その骨格内にエチレンオキサイドを有するものは分散性に優れ、特にアルキレンオキサイドを有するものは分散性に優れることがわかる。   From the above, it can be seen that those having ethylene oxide in the skeleton are excellent in dispersibility, and particularly those having alkylene oxide are excellent in dispersibility.

本発明に従う分散体は、「プリンテッド・エレクトロニクス」へ好適に使用でき、現在検討が進められている、印刷CPU、印刷照明、印刷タグ、オール印刷ディスプレイ、センサ、プリント配線板、有機太陽電池、電子ブック、ナノインプリントLED、液晶・PDPパネル、印刷メモリといったものに使用することができる。   The dispersion according to the present invention can be suitably used for “printed electronics”, and is currently under investigation, such as a printing CPU, printing illumination, printing tag, all-printing display, sensor, printed wiring board, organic solar cell, It can be used for electronic books, nanoimprint LEDs, liquid crystal / PDP panels, print memories, and the like.

また、接合に関しては、非絶縁型半導体装置、ベアチップ実装組み立て技術への応用、パワーデバイス(整流ダイオード、パワートランジスタ、パワーMOSFET、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、サイリスタ、ゲートターンオフサイリス、トライアック)への応用も可能である。   In addition, junctions can be applied to non-insulated semiconductor devices, bare chip mounting assembly technology, and power devices (rectifier diodes, power transistors, power MOSFETs, insulated gate bipolar transistors, thyristors, gate turn-off silis, triacs). It is.

A 分散液(非極性媒体)
B 保護剤Xの溶解性がAよりも高い溶媒
C 分散液(極性媒体)
X 合成当初付着の界面活性剤
Y 置換後の界面活性剤
1 界面活性剤の付着のない金属ナノ粒子
2 合成当初の金属ナノ粒子(界面活性剤Xと金属ナノ粒子1からなる)
3 置換後の金属ナノ粒子(界面活性剤Yと金属ナノ粒子1からなる)
A dispersion (nonpolar medium)
B Solvent C with higher solubility of protective agent X than A C Dispersion (polar medium)
X Surfactant attached at the beginning of synthesis Y Surfactant 1 after substitution Metal nanoparticle 2 without attached surfactant 2 Metal nanoparticle at the beginning of synthesis (consisting of surfactant X and metal nanoparticle 1)
3 Metal nanoparticles after substitution (consisting of surfactant Y and metal nanoparticles 1)

Claims (12)

極性を有する溶媒に対して分散する性質を有し、ポリアルキレンオキサイド基とカルボキシル基を有する有機化合物により構成される保護剤が表面に被覆された、金属ナノ粒子。   Metal nanoparticles having a property of dispersing in a polar solvent and having a surface coated with a protective agent composed of an organic compound having a polyalkylene oxide group and a carboxyl group. ポリアルキレンオキサイド基におけるアルキレン部における炭素数が2〜4であり、ポリアルキレンオキサイドの付加モル数が2〜30である、請求項1に記載の金属ナノ粒子。   The metal nanoparticle according to claim 1, wherein the number of carbon atoms in the alkylene part of the polyalkylene oxide group is 2 to 4, and the number of added moles of the polyalkylene oxide is 2 to 30. ポリアルキレンオキサイド基を有する有機化合物には少なくとも一つの不飽和結合が存在する、請求項1または2に記載の金属ナノ粒子。   The metal nanoparticle according to claim 1 or 2, wherein the organic compound having a polyalkylene oxide group has at least one unsaturated bond. ポリアルキレンオキサイド基を有する有機化合物はアルコキシポリオキシエチレングリコールマレイン酸エステルを主骨格として有する、請求項1ないし3のいずれかに記載の金属ナノ粒子。   The metal nanoparticle according to any one of claims 1 to 3, wherein the organic compound having a polyalkylene oxide group has an alkoxypolyoxyethylene glycol maleate as a main skeleton. 金属ナノ粒子を構成する金属は金、銀、銅、ニッケルのいずれかである、請求項1ないし4のいずれかに記載の金属ナノ粒子。   The metal nanoparticle according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal constituting the metal nanoparticle is gold, silver, copper, or nickel. 金属粒子の一次粒子における数平均粒子径は50nm未満である、請求項1ないし5のいずれかに記載の金属ナノ粒子。   The metal nanoparticles according to any one of claims 1 to 5, wherein the number average particle diameter of the primary particles of the metal particles is less than 50 nm. 請求項1ないし6のいずれかに記載の金属ナノ粒子のうち少なくとも2つ以上の粒子が凝集して存在している凝集体。   An agglomerate in which at least two or more of the metal nanoparticles according to claim 1 are present in an aggregated state. 請求項1ないし6のいずれかに記載の金属ナノ粒子が極性溶媒に分散している金属ナノ粒子分散体。   A metal nanoparticle dispersion in which the metal nanoparticles according to any one of claims 1 to 6 are dispersed in a polar solvent. 極性溶媒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8に記載の金属ナノ粒子分散体。   The metal nanoparticle dispersion according to claim 8, wherein the polar solvent is diethylene glycol monobutyl ether acetate. 請求項8または9に記載の金属ナノ粒子分散体が印刷法を用いて描画されることにより、形成された導電性回路。   A conductive circuit formed by drawing the metal nanoparticle dispersion according to claim 8 or 9 using a printing method. 請求項8または9に記載の金属ナノ粒子分散体を加熱することにより金属化され、接合されている接合体。   A joined body that is metallized and joined by heating the metal nanoparticle dispersion according to claim 8. 極性を有する溶媒に対して金属粒子を分散させる性質を有し、ポリアルキレンオキサイド基とカルボキシル基を有する有機化合物により構成される、分散剤 。   A dispersant having a property of dispersing metal particles in a solvent having polarity and comprising an organic compound having a polyalkylene oxide group and a carboxyl group.
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