JP2012224885A - Method for producing metal porous body - Google Patents

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Katsuhiro Yamada
勝弘 山田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal porous body having desired micropores, especially micropores in the order of nanometers by a simple method.SOLUTION: A first metal particle having an average particle size in the range of 50 nm-1 μm and a second metal particle in which the metal particle containing a second metal material has an average particle size in the range of 5-500 nm and not more than the average particle size of the first metal particle are prepared. Then, a mixture is obtained by mixing the first metal particle and the second metal particle, and also the second metal particle is molten. The metal porous body is produced by binding the first metal particle with the obtained molten material.

Description

本発明は、特にエネルギーデバイスへの応用が可能な金属多孔質体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a metal porous body that is particularly applicable to energy devices.

比表面積の大きな金属多孔質体は、触媒やガス吸蔵材、ガスセンサ、キャパシタ、選択透過膜等として使用されている。これらの用途においては、比表面積が高いほど各用途における機能性が向上する。   Metal porous bodies having a large specific surface area are used as catalysts, gas storage materials, gas sensors, capacitors, permselective membranes, and the like. In these applications, the higher the specific surface area, the better the functionality in each application.

従来、金属多孔質体を製造するに際しては、高温焼成時に金属粒子が相互に凝集しやすくなるので、多孔質化に制約が加わり、特にナノメータオーダの微細孔を有する金属多孔質体を製造するのは困難であった。   Conventionally, when producing a metal porous body, metal particles are likely to aggregate each other during high-temperature firing, which imposes restrictions on the porous structure, and in particular, produces a metal porous body having nanometer-order micropores. Was difficult.

このような状況に鑑みて、特許文献1には、ポリビニルアルコールのフィルムにニッケル化合物を分散吸着させた後、還元性又は非酸化性雰囲気中で加熱することによりポリビニルアルコールフィルムを消失させると共にニッケル化合物を金属Niに還元することにより、ニッケル多孔質体を製造する技術が開示されている。また、特許文献2には、金属ベース化合物及びポリマーを含む粒子を溶媒中に分散させた後、得られた分散液を基材上に塗布した後、溶媒を除去して多孔性の金属含有材料を提供することが開示されている。   In view of such a situation, Patent Document 1 discloses that after a nickel compound is dispersed and adsorbed on a polyvinyl alcohol film, the polyvinyl alcohol film disappears by heating in a reducing or non-oxidizing atmosphere. A technique for producing a nickel porous body by reducing the metal to Ni is disclosed. Patent Document 2 discloses a porous metal-containing material in which particles containing a metal base compound and a polymer are dispersed in a solvent, and then the obtained dispersion is applied onto a substrate, and then the solvent is removed. Is disclosed.

特許文献3には、予め所定の大きさの多孔質基体を準備し、この多孔質基体に対してナノ粒子を含むスラリー及びエアロゾルを供給し、多孔質基体に対して多孔質焼結ナノ粒子の層を形成する方法が開示されている。また、特許文献4には、カップリング剤又は該カップリング剤の反応物を含む下地層を備える基材の、当該下地層上に、結合剤を含まない金属ナノ粒子コロイド溶液からなる塗膜を形成し、この塗膜を焼結することによって多孔質膜を形成することが開示されている。   In Patent Document 3, a porous substrate having a predetermined size is prepared in advance, slurry and aerosol containing nanoparticles are supplied to the porous substrate, and porous sintered nanoparticles are supplied to the porous substrate. A method of forming a layer is disclosed. Patent Document 4 discloses a coating film made of a metal nanoparticle colloid solution containing no coupling agent on a base material including a base layer containing a coupling agent or a reaction product of the coupling agent. It is disclosed that a porous film is formed by forming and sintering the coating film.

特許文献5には、多孔質基体上に、焼結可能粒子の懸濁物を塗布した後、この焼結可能粒子を焼結することによって、多孔質基体上に多孔質膜を形成することが開示されている。また、特許文献6には、異なる粒径のものを含む金属粉体(大粒径金属粉体及び小粒径金属粉体)を焼結し、金属粉体の間に空気室を形成することにより多孔質材料を形成することが開示されている。   In Patent Document 5, a porous film is formed on a porous substrate by applying a suspension of sinterable particles on a porous substrate and then sintering the sinterable particles. It is disclosed. In Patent Document 6, metal powders (large particle size metal powder and small particle size metal powder) having different particle diameters are sintered and an air chamber is formed between the metal powders. To form a porous material.

しかしながら、特許文献1に記載の方法では、多孔質体を製造するに際し、母材となる金属粒子のサイズの制御に何ら注意が払われておらず、加熱による有機フィルム消失の過程で金属粒子の溶融も生じる可能性があるので、母材の溶融制御が困難になることや、金属粒子によって形成される微細孔のサイズにも制限があった。また、特許文献2に記載の方法においても、金属含有ポリマー粒子の熱処理により、ポリマーの分解及び除去を行い、母材となる金属粒子を焼結するので、細孔サイズを制御するためには、分散液の濃度や温度制御などを厳密に行う必要があり、製造方法が煩雑になるという問題があった。   However, in the method described in Patent Document 1, no attention is paid to the control of the size of the metal particles used as the base material when the porous body is manufactured, and the metal particles are removed in the process of disappearing the organic film by heating. Since melting may also occur, it becomes difficult to control the melting of the base material, and the size of the micropores formed by the metal particles is limited. Also, in the method described in Patent Document 2, since the polymer is decomposed and removed by heat treatment of the metal-containing polymer particles, and the metal particles as the base material are sintered, in order to control the pore size, There is a problem that the manufacturing method is complicated because it is necessary to strictly control the concentration and temperature of the dispersion.

特許文献3に記載の方法では、多孔質基体に対してナノ粒子を含むスラリーを供給して表層のみに多孔質体を製造するものであるため、全体としてナノメータオーダの微細孔を有する金属多孔質体を製造することは困難である。また、特許文献4に記載の方法においても、下地層によって多孔質膜の固定化と細孔の形成を行っているので、3次元的な構造を有する多孔質体の製造には不向きである。特許文献5に記載の方法においては、粒子の懸濁物を用いる製造方法であるため、多孔質体を所定の厚みにするためには、被覆と焼結を数回繰り返す必要があり、形成する細孔サイズの制御は、分散液の濃度や温度制御などを厳密に行う必要があり、製造方法が煩雑になるという問題があった。   In the method described in Patent Document 3, a slurry containing nanoparticles is supplied to a porous substrate to produce a porous body only on the surface layer, so that a metal porous having fine pores on the order of nanometers as a whole. It is difficult to make a body. Also, the method described in Patent Document 4 is not suitable for the production of a porous body having a three-dimensional structure because the porous film is fixed and the pores are formed by the underlayer. The method described in Patent Document 5 is a manufacturing method using a suspension of particles. Therefore, in order to make the porous body have a predetermined thickness, it is necessary to repeat coating and sintering several times to form the porous body. The control of the pore size requires a precise control of the concentration of the dispersion and the temperature, and there is a problem that the manufacturing method becomes complicated.

さらに、特許文献6に記載の方法では、目的とする多孔質体を得るための原料となる金属粉体が、数10nm〜1μm程度の粒子径のものになると、焼結過程での金属粒子の溶融が生じやすいため、その制御が困難であり、所望する微細孔を有する金属多孔質体を製造することは困難であった。   Furthermore, in the method described in Patent Document 6, when the metal powder as a raw material for obtaining the target porous body has a particle diameter of about several tens of nm to 1 μm, the metal particles in the sintering process Since melting is likely to occur, it is difficult to control, and it has been difficult to produce a metal porous body having desired micropores.

また、数十ナノメートルオーダの粒子サイズの金属粒子を製造する方法として、液相反応を利用した技術が報告されている(例えば、特許文献7〜9参照)。特許文献7では、ポリオール溶液に、還元剤、分散剤、およびニッケル塩を添加して混合溶液を製造する工程と、混合溶液を撹拌および加熱する工程と、混合溶液を反応させてニッケルナノ粒子を生成する工程と、を含むニッケルナノ粒子の製造方法が開示されている。特許文献8では、ニッケル前駆物質、有機アミンおよび還元剤を混合した後、加熱することでニッケルナノ粒子を得る技術が開示されている。特許文献9では、金属塩の還元をマイクロ波照射によって行っている。これらの従来技術は、金属多孔質体の製造方法については何ら教えるものではない。   In addition, as a method for producing metal particles having a particle size on the order of several tens of nanometers, techniques using a liquid phase reaction have been reported (for example, see Patent Documents 7 to 9). In Patent Document 7, a step of adding a reducing agent, a dispersant, and a nickel salt to a polyol solution to produce a mixed solution, a step of stirring and heating the mixed solution, and reacting the mixed solution to produce nickel nanoparticles. And a step of producing a nickel nanoparticle production method. Patent Document 8 discloses a technique for obtaining nickel nanoparticles by mixing a nickel precursor, an organic amine, and a reducing agent and then heating the mixture. In Patent Document 9, the metal salt is reduced by microwave irradiation. These prior arts do not teach any method for producing a metal porous body.

特開2003−239028号公報JP 2003-239028 A 特表2008−532913号公報Special table 2008-532913 gazette 特表2006−509918号公報JP-T-2006-509918 特開2010−37464号公報JP 2010-37464 A 特表2010−505043号公報Special table 2010-505043 gazette 特開2010−53414号公報JP 2010-53414 A 特開2009−024254号公報JP 2009-024254 A 特開2010−037647号公報JP 2010-037647 A 特開2000−256707号公報JP 2000-256707 A

本発明は、簡易な方法で、所望の微細孔、特にナノメータオーダの微細孔を有する金属多孔質体を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a metal porous body having desired micropores, particularly nanometer-order micropores, by a simple method.

上記目的を達成すべく、本発明の金属多孔質体の製造方法は、
第1の金属材料を含有する金属粒子であって、該金属粒子の平均粒子径が50nm〜1μmの範囲内にある第1の金属粒子と、
前記第1の金属材料の融点よりも低い融点の第2の金属材料を含有する金属粒子であって、該金属粒子の平均粒子径が5nm〜500nmの範囲内にあり、且つ該平均粒子径が前記第1の金属粒子の平均粒子径以下である第2の金属粒子とを準備する工程と、
前記第1の金属粒子及び前記第2の金属粒子を混合して混合物を得る工程と、
前記混合物を加熱して、前記第2の金属粒子を溶融させ、得られた溶融物によって前記第1の金属粒子を結合し、金属多孔質体を得る金属多孔質体生成工程と、
を具えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the method for producing a porous metal body of the present invention comprises:
Metal particles containing a first metal material, wherein the metal particles have an average particle diameter in the range of 50 nm to 1 μm;
Metal particles containing a second metal material having a melting point lower than the melting point of the first metal material, wherein the average particle size of the metal particles is in the range of 5 nm to 500 nm, and the average particle size is Preparing a second metal particle having an average particle diameter equal to or less than the first metal particle;
Mixing the first metal particles and the second metal particles to obtain a mixture;
Heating the mixture to melt the second metal particles, and bonding the first metal particles with the obtained melt to obtain a metal porous body;
It is characterized by comprising.

また、前記第1の金属粒子の平均粒子径d1が、50nm〜200nmの範囲内にあって、前記第2の金属粒子の平均粒子径d2との比d1/d2が、5〜200の範囲内にあってもよいし、前記第1の金属材料の融点と前記第2の金属材料の融点との差が、50℃以上であってもよい。   Further, the average particle diameter d1 of the first metal particles is in the range of 50 nm to 200 nm, and the ratio d1 / d2 to the average particle diameter d2 of the second metal particles is in the range of 5 to 200. The difference between the melting point of the first metal material and the melting point of the second metal material may be 50 ° C. or higher.

更に、前記第2の金属粒子の、前記第1の金属粒子に対する割合が、5質量%〜40質量%の範囲であってもよい。   Further, the ratio of the second metal particles to the first metal particles may be in the range of 5% by mass to 40% by mass.

更にまた、前記第1の金属材料は、ニッケル、コバルト、鉄及び銅からなる群より選ばれる少なくとも一つであること、又は前記第2の金属材料は、金、銀及び銅からなる群より選ばれる少なくとも一つであることのいずれかであってもよい。   Furthermore, the first metal material is at least one selected from the group consisting of nickel, cobalt, iron and copper, or the second metal material is selected from the group consisting of gold, silver and copper. Or at least one of them.

また、本発明の金属多孔質体の製造方法は、
前記第1の金属材料及び/又は前記第2の金属材料の前駆体である金属塩を有機溶媒に溶解して、金属錯体を生成させた錯化反応液を得る工程と、
前記錯化反応液を、マイクロ波照射によって加熱して、前記第1の金属粒子のスラリー及び/又は前記第2の金属粒子のスラリーを得る工程と、
前記第1の金属粒子のスラリー及び/又は前記第2の金属粒子のスラリーから前記第1の金属粒子及び/又は前記第2の金属粒子を単離する工程と、
を具えることが好ましい。
Moreover, the method for producing the porous metal body of the present invention includes:
Dissolving a metal salt that is a precursor of the first metal material and / or the second metal material in an organic solvent to obtain a complexing reaction solution in which a metal complex is formed;
Heating the complexing reaction solution by microwave irradiation to obtain a slurry of the first metal particles and / or a slurry of the second metal particles;
Isolating the first metal particles and / or the second metal particles from the slurry of the first metal particles and / or the slurry of the second metal particles;
It is preferable to comprise.

本発明に係る金属多孔質体の製造方法は、溶融を抑制した第1の金属粒子と、溶融を可能とする第2の金属粒子とを用いることにより、第1の金属粒子の原形を留めたまま、第1の金属粒子同士を繋ぐことが可能となる。例えば、金属多孔質体の母材となる金属粒子が、その表層部のみならず、金属粒子の内部まで溶融が進行しやすい場合であっても、第2の金属粒子を介在させることにより、特段の加熱制御を行うことなく、簡便に所望の金属多孔質体を提供することができる。   The method for producing a porous metal body according to the present invention uses the first metal particles that suppress melting and the second metal particles that enable melting, thereby retaining the original shape of the first metal particles. As a result, the first metal particles can be connected to each other. For example, even if the metal particles that are the base material of the metal porous body easily melt not only to the surface layer portion but also to the inside of the metal particles, the second metal particles intervene. The desired metal porous body can be simply provided without performing the heating control.

また、高融点の金属粒子を用いて金属多孔質体の母材を形成する場合であっても、第2の金属粒子を介在させることにより、比較的低温での金属多孔質体の形成が可能となる。このように、本発明に係る金属多孔質体の製造方法は、簡易な方法で、所望の微細孔、特にナノメータオーダの微細孔を有する金属多孔質体を提供することができる。   In addition, even when a metal porous body base material is formed using high melting point metal particles, the metal porous body can be formed at a relatively low temperature by interposing the second metal particles. It becomes. Thus, the method for producing a metal porous body according to the present invention can provide a metal porous body having desired micropores, particularly nanometer-order micropores, by a simple method.

以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、実施の形態に基づいて説明する。   Hereinafter, details of the present invention and other features and advantages will be described based on embodiments.

[第1の金属粒子及び第2の金属粒子の準備工程]
本実施形態においては、最初に、第1の金属材料を有する金属粒子であって、該金属粒子の平均粒子径d1が50nm〜1μmの範囲内、好ましくは50nm〜500nmの範囲内、より好ましくは50nm〜400nmの範囲内、更に好ましくは50nm〜200nmの範囲内にある第1の金属粒子と、前記第1の金属材料の融点よりも低い融点の第2の金属材料を含有する金属粒子であって、該金属粒子の平均粒子径d2が5nm〜500nmの範囲内、好ましくは5nm〜200nmの範囲内、より好ましくは5nm〜100nmの範囲内、更に好ましくは5nm〜50nmの範囲内にあり、且つ該平均粒子径が前記第1の金属粒子の平均粒子径以下、すなわち第1の金属粒子の平均粒子径d1と、第2の金属粒子の平均粒子径d2との比d1/d2が1以上である第2の金属粒子とを準備する。
[Preparation step of first metal particles and second metal particles]
In this embodiment, first, metal particles having a first metal material, and the average particle diameter d1 of the metal particles is in the range of 50 nm to 1 μm, preferably in the range of 50 nm to 500 nm, more preferably. A metal particle comprising a first metal particle in a range of 50 nm to 400 nm, more preferably in a range of 50 nm to 200 nm, and a second metal material having a melting point lower than the melting point of the first metal material. The average particle diameter d2 of the metal particles is in the range of 5 nm to 500 nm, preferably in the range of 5 nm to 200 nm, more preferably in the range of 5 nm to 100 nm, still more preferably in the range of 5 nm to 50 nm, and The average particle diameter is equal to or less than the average particle diameter of the first metal particles, that is, the average particle diameter d1 of the first metal particles and the average particle diameter d2 of the second metal particles The ratio d1 / d2 is prepared and a second metal particles is 1 or more.

(第1の金属粒子)
第1の金属粒子は、目的とする金属多孔質体の母材を構成するものであって、金属多孔質体の形成後も、その原形が判別できる状態となっていることが望ましい。第1の金属粒子の平均粒子径の下限値を50nmとすることによって、第1の金属粒子の内部への溶融進行を抑制しやすくなり、母材を構成する第1の金属粒子の原形が完全に消失することを防ぐことができる。また、第1の金属粒子の平均粒子径が1μmを超えると、第1の金属粒子同士によって形成される空隙が大きくなり、第2の金属粒子による結合機能が低下する傾向となる。
(First metal particles)
The first metal particles constitute the base material of the target metal porous body, and it is desirable that the original metal particles can be distinguished even after the metal porous body is formed. By setting the lower limit of the average particle diameter of the first metal particles to 50 nm, it becomes easier to suppress the progress of melting into the first metal particles, and the original shape of the first metal particles constituting the base material is completely Can be prevented from disappearing. On the other hand, when the average particle diameter of the first metal particles exceeds 1 μm, voids formed by the first metal particles are increased, and the bonding function by the second metal particles tends to be lowered.

本発明に係る金属多孔質体において、ナノメートルオーダの微細孔の形成を容易とするためには、その上限値が400nmであることが好ましく、さらには200nmであることが好ましい。ここで、平均粒子径は、SEM(走査電子顕微鏡)により粉末の写真を撮影して、そのなかから無作為に200個を抽出したものの面積平均粒子径である。また、金属粒子の粒子径は、一次粒子径(凝集せずに完全に独立した1個の金属粒子の粒子径)のみならず、凝集粒子の粒子径(複数の金属粒子が凝集して1個の金属粒子と見做したときの粒子径)を意味する。   In the metal porous body according to the present invention, in order to facilitate the formation of nanometer-order micropores, the upper limit value is preferably 400 nm, and more preferably 200 nm. Here, the average particle diameter is an area average particle diameter of a powder photograph taken by SEM (scanning electron microscope) and randomly extracted 200 particles. The particle size of the metal particles is not only the primary particle size (the particle size of one metal particle that is completely independent without agglomeration), but also the particle size of the agglomerated particles (a plurality of metal particles are aggregated to be one particle). Mean particle diameter).

第1の金属粒子は、第1の金属材料を含有する。この第1の金属材料は、1気圧(101,325Pa)での融点が1000℃以上の金属元素を主成分として含有していることが好ましく、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは95質量%以上含有することがよい。   The first metal particles contain a first metal material. The first metal material preferably contains a metal element having a melting point of 1000 ° C. or higher at 1 atm (101,325 Pa) as a main component, more preferably 70% by mass or more, and still more preferably 95% by mass. % Or more is preferable.

このような金属元素として、例えばニッケル(融点;1455℃)、コバルト(融点;1495℃)、鉄(融点;1535℃)、銅(融点;1083℃)、金(融点;1063℃)、白金(融点;1770℃)、パラジウム(融点;1550℃)、ロジウム(融点;1966℃)、イリジウム(融点;2454℃)、ルテニウム(融点;2500℃)、タングステン(融点;3390℃)、モリブデン(融点;2619℃)、バナジウム(融点;1730℃)、ニオブ(融点;2437℃)等が挙げられ、これらを単独又は2種以上を含有していてもよい。   Examples of such metal elements include nickel (melting point: 1455 ° C.), cobalt (melting point: 1495 ° C.), iron (melting point: 1535 ° C.), copper (melting point: 1083 ° C.), gold (melting point: 1063 ° C.), platinum ( Melting point: 1770 ° C., palladium (melting point: 1550 ° C.), rhodium (melting point: 1966 ° C.), iridium (melting point: 2454 ° C.), ruthenium (melting point: 2500 ° C.), tungsten (melting point: 3390 ° C.), molybdenum (melting point; 2619 ° C.), vanadium (melting point: 1730 ° C.), niobium (melting point: 2437 ° C.) and the like, and these may be used alone or in combination of two or more.

その他の金属元素として、例えば亜鉛、錫、銀等を含有してもよく、また水素元素、炭素元素、酸素元素、窒素元素、硫黄元素等の金属元素以外の元素を含有してもよいし、これらの合金であってもよい。さらに、第1の金属粒子は、単一の金属粒子で構成されていてもよく、2種以上の金属粒子の混合物であってもよい。特に、最終的に得る金属多孔質体を触媒やガス吸蔵材、ガスセンサ、キャパシタ等の用途に用いる場合、第1の金属材料は、ニッケル、コバルト等とすることが好ましい。   Other metal elements may contain, for example, zinc, tin, silver, etc., and may contain elements other than metal elements such as hydrogen element, carbon element, oxygen element, nitrogen element, sulfur element, These alloys may be used. Furthermore, the first metal particles may be composed of a single metal particle or a mixture of two or more metal particles. In particular, when the finally obtained metal porous body is used for applications such as a catalyst, a gas storage material, a gas sensor, and a capacitor, the first metal material is preferably nickel, cobalt, or the like.

なお、本発明が定義する融点は、金属材料(バルク材)の固有値(例えば、文献値)から確認することができる。ここに、上記に例示した金属元素の1気圧での融点の数値は、化学便覧 基礎編II(改訂3版 丸善出版)より引用した。   In addition, melting | fusing point which this invention defines can be confirmed from the intrinsic value (for example, literature value) of a metal material (bulk material). Here, the numerical values of the melting points at 1 atm of the metal elements exemplified above are quoted from Basic Handbook of Chemistry II (Revised 3rd edition, Maruzen Publishing).

第1の金属粒子は、2種類以上の化学種によって構成されるコア−シェル構造(Core−shell)や、2種類以上の化学種同士が互いに結合して複合化した構造であってもよく、例えば2種の化学種によって構成されるコア−シェル構造では、上記の第1の金属材料が任意の化学種の周囲を取り囲んでいるような構造である。   The first metal particles may have a core-shell structure composed of two or more kinds of chemical species (Core-shell), or a structure in which two or more kinds of chemical species are combined with each other and combined. For example, in a core-shell structure composed of two kinds of chemical species, the first metal material is a structure surrounding an arbitrary chemical species.

(第2の金属粒子)
第2の金属粒子は、金属多孔質体の母材となる第1の金属粒子に対する結合剤として機能するものであるので、第1の金属材料の融点よりも低い融点の第2の金属材料を含有することが必要である。第2の金属材料の融点は、第1の金属材料の融点との差が、好ましくは50℃以上、より好ましくは100℃以上であることがよい。これによって、第1の金属粒子および第2の金属粒子を同時に加熱した場合においても、第2の金属粒子のみを簡易に溶解させることができ、上記結合剤として簡易に機能させることができる。なお、融点の差の上限値は特に限定されず、上述した第1の金属材料および以下に詳述する第2の金属材料の種類によって必然的に決定されるものである。
(Second metal particles)
Since the second metal particles function as a binder for the first metal particles serving as a base material of the metal porous body, the second metal material having a melting point lower than the melting point of the first metal material is used. It is necessary to contain. The difference between the melting point of the second metal material and the melting point of the first metal material is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher. Thereby, even when the first metal particles and the second metal particles are heated at the same time, only the second metal particles can be easily dissolved, and can easily function as the binder. The upper limit of the difference in melting point is not particularly limited, and is necessarily determined by the type of the first metal material described above and the second metal material described in detail below.

また、第2の金属材料は、第1の金属材料の主成分の金属元素に比べて融点が低い金属元素を、第2の金属材料の主成分として含有することが好ましく、具体的には、第2の金属材料100質量部に対し、70質量部以上、好ましくは95質量部以上含有していることがよい。   The second metal material preferably contains a metal element having a melting point lower than that of the main metal element of the first metal material as the main component of the second metal material. It is good to contain 70 mass parts or more with respect to 100 mass parts of 2nd metal materials, Preferably it is 95 mass parts or more.

また、第2の金属粒子の主成分として含有する金属元素は、該金属元素の1気圧での融点が、好ましくは1100℃以下、より好ましくは1000℃以下がよい。このような金属元素として、例えば銅(融点;1083℃)、金(融点;1063℃)、銀(融点;961℃)、インジウム(融点;157℃)、錫(融点;232℃)、亜鉛(融点;420℃)等が挙げられ、これらを単独又は2種以上を含有していてもよい。その他の金属元素、水素元素、炭素元素、酸素元素、窒素元素、硫黄元素等の金属元素以外の元素を含有してもよいし、これらの合金であってもよい。さらに、第2の金属粒子は、単一の金属粒子で構成されていてもよく、2種以上の金属粒子の混合物であってもよい。特に、金、銀、及び銅などは電気的良導体であるので、最終的に得た金属多孔質体を特に電極、キャパシタ等に用いた場合、母材である第1の金属粒子(例えば第1の金属材料としてニッケル等)の電気的特性を劣化させることがないので好ましい。   The metal element contained as the main component of the second metal particles preferably has a melting point at 1 atm of the metal element of preferably 1100 ° C. or less, more preferably 1000 ° C. or less. Examples of such metal elements include copper (melting point: 1083 ° C.), gold (melting point: 1063 ° C.), silver (melting point: 961 ° C.), indium (melting point: 157 ° C.), tin (melting point: 232 ° C.), zinc ( Melting point; 420 ° C.), etc., and these may be used alone or in combination of two or more. Other metal elements, hydrogen elements, carbon elements, oxygen elements, nitrogen elements, sulfur elements, and other elements other than metal elements may be contained, or alloys thereof may be used. Furthermore, the second metal particles may be composed of a single metal particle or a mixture of two or more kinds of metal particles. In particular, since gold, silver, copper, and the like are good electrical conductors, when the finally obtained metal porous body is used for an electrode, a capacitor, or the like, the first metal particles (for example, the first metal material) that is a base material. This is preferable because the electrical characteristics of nickel, etc.) are not deteriorated.

第2の金属粒子は、常温で固体のものであれば、特に制限なく使用可能である。但し、例えばビスマス、アンチモン、亜鉛等、その融点が500℃未満である金属材料を主成分として含有する場合には、これらの金属をナノ粒子化することによる量子効果による融点降下に起因して得られる融点の絶対値が大きく減少する。したがって、以下に説明する加熱処理において、比較的低い温度においても溶融してしまうため、温度制御が困難となる場合がある。また、最終的に得た金属多孔質体を所定の用途に対して使用した場合において、環境温度によって再溶融してしまい、金属多孔質体の構造が崩れてしまって、当該用途に対して用いることができなくなってしまう場合がある。このような観点から、第2の金属材料の融点の下限値は、500℃以上とすることが好ましい。   The second metal particles can be used without particular limitation as long as they are solid at room temperature. However, when a metal material having a melting point of less than 500 ° C., such as bismuth, antimony, or zinc, is contained as a main component, it is obtained due to a melting point drop due to a quantum effect by forming these metals into nanoparticles. The absolute value of the melting point is greatly reduced. Therefore, in the heat treatment described below, melting occurs even at a relatively low temperature, which may make temperature control difficult. In addition, when the finally obtained metal porous body is used for a predetermined application, it is remelted by the environmental temperature, and the structure of the metal porous body is destroyed, and is used for the application. May become impossible. From such a viewpoint, the lower limit value of the melting point of the second metal material is preferably 500 ° C. or higher.

また、第1の金属粒子の平均粒子径d1と、第2の金属粒子の平均粒子径d2との比d1/d2は1以上であり、好ましくは5〜200の範囲内、より好ましくは10〜200の範囲内がよい。前述のように、金属をナノ粒子化することによる量子効果に基づく融点降下に起因して、第1の金属粒子および第2の金属粒子の融点の絶対値が大きく減少する。このようなことから、第1の金属粒子の平均粒子径d1が、特に50nm〜200nmの範囲内にある場合には、d1/d2を5以上とし、第1の金属粒子の融点降下を第2の金属粒子の融点降下に比較して小さくし、第1の金属粒子および第2の金属粒子の融点差を利用した加熱処理によって、第2の金属粒子のみを溶解させ、第1の金属粒子に対する結合剤として簡易に機能させることができる。   The ratio d1 / d2 between the average particle diameter d1 of the first metal particles and the average particle diameter d2 of the second metal particles is 1 or more, preferably within the range of 5 to 200, more preferably 10 to 10. A range of 200 is preferable. As described above, due to the melting point drop based on the quantum effect caused by forming the metal into nanoparticles, the absolute values of the melting points of the first metal particles and the second metal particles are greatly reduced. Therefore, when the average particle diameter d1 of the first metal particles is in the range of 50 nm to 200 nm, d1 / d2 is set to 5 or more, and the melting point drop of the first metal particles is reduced to the second. In comparison with the first metal particles, the second metal particles are dissolved by the heat treatment using the melting point difference between the first metal particles and the second metal particles. It can easily function as a binder.

第1の金属粒子の原形を完全に消失させずに母材として所定の、特にナノメートルオーダの微細孔を有する金属多孔質体を得るためには、第1の金属粒子の平均粒子径d1が50nm〜200nmの範囲内にあって、該平均粒子径d1と、第2の金属粒子の平均粒子径d2との比d1/d2が、好ましくは5〜200の範囲内、より好ましくは10〜200の範囲内となるように設定することがよい。5よりも小さいと、第2の金属粒子の絶対量が多くなりすぎ、形成した金属多孔質体の細孔を塞いでしまい、ナノメートルオーダの微細孔を有する金属多孔質体を得るのが困難になる場合がある。また、200よりも大きくなると、第2の金属粒子の絶対量が少なくなって、第1の金属粒子を結合させることができなくなる。   In order to obtain a metal porous body having a predetermined, particularly nanometer-order fine pores as a base material without completely erasing the original shape of the first metal particles, the average particle diameter d1 of the first metal particles is The ratio d1 / d2 between the average particle diameter d1 and the average particle diameter d2 of the second metal particles is preferably in the range of 5 to 200, more preferably in the range of 50 to 200 nm. It is good to set so that it is in the range. If it is smaller than 5, the absolute amount of the second metal particles becomes too large, which closes the pores of the formed metal porous body, making it difficult to obtain a metal porous body having fine pores on the order of nanometers. It may become. On the other hand, if it exceeds 200, the absolute amount of the second metal particles decreases, and the first metal particles cannot be bonded.

また、第2の金属粒子の、第1の金属粒子に対する割合が、5質量%〜40質量%の範囲であることが好ましく、より好ましくは5質量%〜20質量%の範囲がよい。5質量%よりも小さいと、第2の金属粒子の絶対量が少なくなって、第1の金属粒子を結合させることができなくなる。また、40質量%よりも大きくなると、第2の金属粒子の絶対量が多くなりすぎ、形成した金属多孔質体の細孔を塞いでしまい、ナノメートルオーダの微細孔を有する金属多孔質体を得るのが困難になる場合がある。   Moreover, it is preferable that the ratio with respect to the 1st metal particle of a 2nd metal particle is the range of 5 mass%-40 mass%, More preferably, the range of 5 mass%-20 mass% is good. If it is less than 5% by mass, the absolute amount of the second metal particles becomes small, and the first metal particles cannot be bonded. On the other hand, if it exceeds 40% by mass, the absolute amount of the second metal particles becomes too large, and the pores of the formed metal porous body are blocked, and the metal porous body having fine pores on the order of nanometers is obtained. It can be difficult to obtain.

<第1の金属粒子及び第2の金属粒子の製造方法>
上記第1の金属粒子及び第2の金属粒子は、気相法や液相法などの方法により製造することもでき、その方法については特に限定されない。気相法では、例えば、気化部、反応部、冷却部を有する反応装置を用いるとともに、原料として金属塩化物を用い、この金属塩化物を気化部で加熱気化した後にキャリアガスで反応部に移送し、ここで水素と接触させることによって粒子状に金属を析出させ、その後、得られた金属粒子を冷却部で冷却するようにして得ることができる。例えば、ニッケルの金属粒子を製造する場合は、反応温度を950℃〜1100℃程度に制御する。
<Method for producing first metal particles and second metal particles>
The first metal particles and the second metal particles can be produced by a method such as a gas phase method or a liquid phase method, and the method is not particularly limited. In the vapor phase method, for example, a reaction apparatus having a vaporization section, a reaction section, and a cooling section is used, and a metal chloride is used as a raw material. Here, the metal can be deposited in the form of particles by contacting with hydrogen, and then the obtained metal particles can be cooled in the cooling section. For example, when producing nickel metal particles, the reaction temperature is controlled to about 950 ° C to 1100 ° C.

この方法における粒径制御は、例えばキャリアガスの流速を制御することによって実施できる。一般に、キャリアガスの流速を上昇させれば、得られる金属粒子の粒径は小さくなる傾向がある。   The particle size control in this method can be carried out, for example, by controlling the flow rate of the carrier gas. Generally, if the flow rate of the carrier gas is increased, the particle size of the obtained metal particles tends to be small.

また、気相法は液相法に比べて製造コストが高価になりがちであるので、液相法を適用することは有利である。液相法のなかでも、金属多孔質体の空隙率を向上させるために、好ましくは第1の金属粒子の粒子径分布が狭いもの、より好ましくは第1の金属粒子の粒子径分布が狭いもの及び第2の金属粒子の粒子径分布が狭いものを選択することがよい。このような粒子径分布が狭い金属粒子を短時間で容易に製造する方法として、下記の工程A〜C;
A)第1の金属材料及び/又は前記第2の金属材料の前駆体である金属塩を有機溶媒に溶解して、金属錯体を生成させた錯化反応液を得る工程、
B)前記錯化反応液を、マイクロ波照射によって加熱して、前記第1の金属粒子のスラリー及び/又は前記第2の金属粒子のスラリーを得る工程、
C)前記第1の金属粒子のスラリー及び/又は前記第2の金属粒子のスラリーから前記第1の金属粒子及び/又は前記第2の金属粒子を単離する工程、
を具えることが好ましい。
Further, since the vapor phase method tends to be expensive to produce compared with the liquid phase method, it is advantageous to apply the liquid phase method. Among the liquid phase methods, in order to improve the porosity of the metal porous body, the first metal particles preferably have a narrow particle size distribution, more preferably the first metal particles have a narrow particle size distribution. It is preferable to select the second metal particles having a narrow particle size distribution. As a method for easily producing such metal particles having a narrow particle size distribution in a short time, the following steps A to C;
A) A step of obtaining a complexing reaction solution in which a metal complex is formed by dissolving a metal salt which is a precursor of the first metal material and / or the second metal material in an organic solvent,
B) heating the complexing reaction solution by microwave irradiation to obtain a slurry of the first metal particles and / or a slurry of the second metal particles;
C) isolating the first metal particles and / or the second metal particles from the first metal particle slurry and / or the second metal particle slurry;
It is preferable to comprise.

工程A)錯化反応液生成工程:
(金属塩)
金属塩の種類は特に限定されず、得られる金属粒子の金属材料の種類に応じて選定することができる。金属塩として、例えば水酸化物、ハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、カルボン酸塩、β−ジケトナト塩等が挙げられる。この中でも、還元過程での解離温度(分解温度)が比較的低いカルボン酸塩を用いることが好ましい。
Step A) Complexation reaction solution generation step:
(Metal salt)
The kind of metal salt is not particularly limited, and can be selected according to the kind of metal material of the obtained metal particles. Examples of the metal salt include hydroxide, halide, nitrate, sulfate, carbonate, carboxylate, β-diketonate salt and the like. Among these, it is preferable to use a carboxylate having a relatively low dissociation temperature (decomposition temperature) in the reduction process.

(有機溶媒)
有機溶媒は、金属塩を溶解できるものであれば、特に限定されず、例えばエチレングリコール、アルコール類、有機アミン類、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセトン等が挙げられるが、金属塩に対して還元作用があるエチレングリコール、アルコール類、有機アミン類等の有機溶媒が好ましい。このなかでも特に、1級の有機アミン(以下、「1級アミン」と略称する。)は、金属塩との混合物を溶解することにより、金属イオンとの錯体を形成することができ、金属錯体(又は金属イオン)に対する還元能を効果的に発揮すしやすく、加熱による還元温度が高温の金属塩に対して有利に使用できる。1級アミンは、金属イオンとの錯体を形成できるものであれば、特に限定するものではなく、常温で固体又は液体のものが使用できる。ここで、常温とは、20℃±15℃をいう。
(Organic solvent)
The organic solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the metal salt, and examples thereof include ethylene glycol, alcohols, organic amines, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, acetone, and the like. On the other hand, organic solvents such as ethylene glycol, alcohols and organic amines having a reducing action are preferred. Among these, primary organic amines (hereinafter abbreviated as “primary amines”) can form a complex with a metal ion by dissolving a mixture with a metal salt. It is easy to effectively exhibit the reducing ability for (or metal ions), and can be advantageously used for metal salts having a high reduction temperature by heating. The primary amine is not particularly limited as long as it can form a complex with a metal ion, and can be a solid or liquid at room temperature. Here, room temperature means 20 ° C. ± 15 ° C.

常温で液体の1級アミンは、ニッケル錯体を形成する際の有機溶媒としても機能する。なお、常温で固体の1級の有機アミンであっても、加熱によって液体であるか、又は有機溶媒を用いて溶解するものであれば、特に問題はない。   The primary amine that is liquid at room temperature also functions as an organic solvent for forming the nickel complex. Even if it is a primary organic amine that is solid at room temperature, there is no particular problem as long as it is liquid by heating or can be dissolved using an organic solvent.

1級アミンは、芳香族1級アミンであってもよいが、反応液におけるニッケル錯体形成の容易性の観点からは脂肪族1級アミンが好適である。脂肪族1級アミンは、例えばその炭素鎖の長さを調整することによって生成する金属粒子の粒径を制御することができる。金属粒子の粒径を制御する観点から、脂肪族1級アミンは、その炭素数が6〜20程度のものから選択して用いることが好適である。炭素数が多いほど得られる金属粒子の粒径が小さくなる。このようなアミンとして、例えばオクチルアミン、トリオクチルアミン、ジオクチルアミン、ヘキサデシルアミン、ドデシルアミン、テトラデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、ミリスチルアミン、ラウリルアミン等を挙げることができる。   The primary amine may be an aromatic primary amine, but an aliphatic primary amine is preferred from the viewpoint of easy nickel complex formation in the reaction solution. Aliphatic primary amine can control the particle size of the metal particles produced | generated by adjusting the length of the carbon chain, for example. From the viewpoint of controlling the particle size of the metal particles, the aliphatic primary amine is preferably selected from those having about 6 to 20 carbon atoms. The larger the carbon number, the smaller the particle size of the metal particles obtained. Examples of such amines include octylamine, trioctylamine, dioctylamine, hexadecylamine, dodecylamine, tetradecylamine, stearylamine, oleylamine, myristylamine, and laurylamine.

1級アミンは、還元反応後の生成したナノ粒子の固体成分と溶剤または未反応の1級アミン等を分離する洗浄工程における処理操作の容易性の観点からは室温で液体のものが好ましい。更に、1級アミンは、金属錯体を還元して金属粒子を得るときの反応制御の容易性の観点からは還元温度より沸点が高いものが好ましい。1級アミンの量は、金属塩1molに対して2mol以上用いることが好ましく、2.2mol以上用いることがより好ましい。1級アミンの量が2mol未満では、得られる金属粒子の粒子径の制御が困難となり、粒子径がばらつきやすくなる。また、1級アミンの量の上限は特にはないが、例えば生産性の観点からは20mol以下とすることが好ましい。   The primary amine is preferably liquid at room temperature from the viewpoint of ease of processing operation in the washing step of separating the solid component of the produced nanoparticles after the reduction reaction from the solvent or the unreacted primary amine. Further, the primary amine is preferably one having a boiling point higher than the reduction temperature from the viewpoint of ease of reaction control when the metal complex is reduced to obtain metal particles. The amount of the primary amine is preferably 2 mol or more, more preferably 2.2 mol or more, relative to 1 mol of the metal salt. When the amount of primary amine is less than 2 mol, it is difficult to control the particle size of the resulting metal particles, and the particle size tends to vary. The upper limit of the amount of primary amine is not particularly limited, but is preferably 20 mol or less from the viewpoint of productivity, for example.

均一溶液での反応をより効率的に進行させるために、1級アミンとは別の有機溶媒を新たに添加してもよい。使用できる有機溶媒としては、1級アミンと金属イオンとの錯形成を阻害しないものであれば、特に限定するものではなく、例えば炭素数4〜30のエーテル系有機溶媒、炭素数7〜30の飽和又は不飽和の炭化水素系有機溶媒、炭素数8〜18のアルコール系有機溶媒等を使用することができる。また、マイクロ波照射による加熱条件下でも使用を可能とする観点から、使用する有機溶媒は、沸点が170℃以上のものを選択することが好ましく、より好ましくは200〜300℃の範囲内にあるものを選択することがよい。このような有機溶媒の具体例としては、例えばテトラエチレングリコール、n−オクチルエーテル等が挙げられる。   In order to proceed the reaction in a homogeneous solution more efficiently, an organic solvent other than the primary amine may be newly added. The organic solvent that can be used is not particularly limited as long as it does not inhibit the complex formation between the primary amine and the metal ion. For example, the ether-based organic solvent having 4 to 30 carbon atoms and the carbon number having 7 to 30 carbon atoms. A saturated or unsaturated hydrocarbon organic solvent, an alcohol organic solvent having 8 to 18 carbon atoms, or the like can be used. Moreover, from the viewpoint of enabling use even under heating conditions by microwave irradiation, it is preferable to select an organic solvent having a boiling point of 170 ° C. or higher, more preferably in the range of 200 to 300 ° C. It is better to choose one. Specific examples of such an organic solvent include tetraethylene glycol and n-octyl ether.

錯形成反応は室温に於いても進行することができるが、十分且つ、より効率の良い錯形成反応を行うために、例えば50℃〜160℃の範囲内に加熱して反応を行う。この加熱は、後に続く金属錯体(又は金属イオン)のマイクロ波照射による加熱還元の過程と確実に分離し、前記の錯形成反応を完結させるという観点から、上記上限を適宜設定することができる。   Although the complex formation reaction can proceed even at room temperature, in order to perform a sufficient and more efficient complex formation reaction, for example, the reaction is performed by heating within a range of 50 ° C. to 160 ° C. This heating can be appropriately set from the viewpoint of reliably separating the subsequent metal complex (or metal ion) from the process of heat reduction by microwave irradiation and completing the complex formation reaction.

工程B)金属粒子スラリー生成工程:
本工程では、金属塩と有機溶媒との錯形成反応によって得られた錯化反応液を、マイクロ波照射によって加熱し、錯化反応液中の金属イオンを還元して金属粒子のスラリーを得る。マイクロ波照射によって加熱する温度は、得られるナノ粒子の形状のばらつきを抑制するという観点から、好ましくは170℃以上、より好ましくは180℃以上とすることがよい。加熱温度の上限は特にないが、処理を能率的に行う観点からは例えば270℃以下とすることが好適である。なお、マイクロ波の使用波長は、特に限定するものではなく、例えば2.45GHzである。
Step B) Metal particle slurry generation step:
In this step, a complexing reaction solution obtained by a complex formation reaction between a metal salt and an organic solvent is heated by microwave irradiation to reduce metal ions in the complexing reaction solution to obtain a slurry of metal particles. The temperature for heating by microwave irradiation is preferably 170 ° C. or higher, more preferably 180 ° C. or higher, from the viewpoint of suppressing variation in the shape of the obtained nanoparticles. The upper limit of the heating temperature is not particularly limited, but is preferably set to 270 ° C. or less, for example, from the viewpoint of efficiently performing the treatment. In addition, the use wavelength of a microwave is not specifically limited, For example, it is 2.45 GHz.

本工程では、マイクロ波が反応液内に浸透するため、均一加熱が行われ、かつ、エネルギーを媒体に直接与えることができるため、急速加熱を行うことができる。これにより、反応液全体を所望の温度に均一にすることができ、金属錯体(又は金属イオン)の還元、核生成、核成長各々の過程を溶液全体において同時に生じさせ、結果として粒径分布の狭い単分散な粒子を短時間で容易に製造することができる。   In this step, since microwaves penetrate into the reaction solution, uniform heating is performed, and energy can be directly applied to the medium, so that rapid heating can be performed. As a result, the entire reaction solution can be made uniform at a desired temperature, and the processes of reduction, nucleation, and nucleation of the metal complex (or metal ions) can occur simultaneously in the entire solution. Narrow monodisperse particles can be easily produced in a short time.

均一な粒径を有する金属粒子を生成させるには、錯化反応液生成工程の加熱温度を特定の範囲内で調整し、金属粒子スラリー生成工程におけるマイクロ波による加熱温度よりも確実に低くしておくことで、粒径・形状の整った粒子が生成し易い。例えば、錯化反応液生成工程で加熱温度が高すぎると金属錯体の生成と金属(0価)への還元反応が同時に進行し異種の金属種が発生することで、金属粒子スラリー生成工程での粒子形状の整った粒子の生成が困難となるおそれがある。また、金属粒子スラリー生成工程の加熱温度が低すぎると金属(0価)への還元反応速度が遅くなり核の発生が少なくなるため粒子が大きくなるだけでなく、金属粒子の収率の点からも好ましくはない。   In order to generate metal particles having a uniform particle size, the heating temperature in the complexing reaction liquid generation step is adjusted within a specific range, and is surely lower than the heating temperature by the microwave in the metal particle slurry generation step. This makes it easy to produce particles having a uniform particle size and shape. For example, if the heating temperature is too high in the complexing reaction liquid generation process, the metal complex formation and the reduction reaction to metal (zero valence) proceed simultaneously to generate different kinds of metal species. There is a possibility that it is difficult to generate particles having a uniform particle shape. In addition, if the heating temperature in the metal particle slurry generation step is too low, the reduction reaction rate to metal (zero valence) is slowed and the generation of nuclei is reduced, so that not only the particles are enlarged, but also from the viewpoint of the yield of metal particles. Is also not preferred.

金属粒子スラリー生成工程においては、必要に応じ、前述した有機溶媒を加えてもよい。なお、前記したように、錯形成反応に使用する1級アミンを有機溶媒としてそのまま用いることは、本発明の好適な実施の形態である。   In the metal particle slurry generation step, the organic solvent described above may be added as necessary. As described above, it is a preferred embodiment of the present invention to use the primary amine used in the complex formation reaction as an organic solvent as it is.

工程C)金属粒子単離工程:
本工程では、マイクロ波照射によって加熱して得られる金属粒子スラリーを、例えば、静置分離し、上澄み液を取り除いた後、適当な溶媒を用いて洗浄し、乾燥することで、金属粒子が得られる。
Step C) Metal particle isolation step:
In this step, the metal particle slurry obtained by heating by microwave irradiation, for example, standing and separating, removing the supernatant liquid, washing with an appropriate solvent, and drying to obtain metal particles. It is done.

以上のように、本実施の形態に係る第1の金属粒子及び第2の金属粒子の製造方法によれば、多量の還元剤を使用することなく、簡便な方法で、均一な粒子径を有する金属粒子を製造できるが、上述した製法によって得られたものに限定されるものではなく、適宜市販のものを用いることができる。   As mentioned above, according to the manufacturing method of the 1st metal particle and 2nd metal particle which concern on this Embodiment, it has a uniform particle diameter by a simple method, without using a lot of reducing agents. Although metal particles can be produced, it is not limited to those obtained by the above-described production method, and commercially available products can be used as appropriate.

[金属多孔質体生成工程]
本工程では、第1の金属粒子及び第2の金属粒子を混合した後、この混合物を加熱して、第2の金属粒子を溶融させ、得られた第2の金属粒子の溶融物によって第1の金属粒子を結合して、金属多孔質体を得る。
[Metallic porous material production process]
In this step, after mixing the first metal particles and the second metal particles, the mixture is heated to melt the second metal particles, and the first metal particles are melted by the obtained melt of the second metal particles. The metal particles are bonded to obtain a porous metal body.

混合方法は、特に限定されず、第1の金属粒子及び第2の金属粒子のそれぞれを粉末の状態で混合してもよく、スラリーの状態にして混合してもよく、ペースト状態にして混合してもよい。また、汎用の混練機、撹拌機、分散機、乳化装置等を用いてもよい。このようにして得られた混合物は、後工程の加熱の前に、所定の容器に入れられるか、あるいは所定の基材上に堆積又は塗布し、必要に応じ、乾燥させる。乾燥させる方法としては、特に制限されず、例えば30〜150℃の範囲内の温度で乾燥を行うことがよい。   The mixing method is not particularly limited, and each of the first metal particles and the second metal particles may be mixed in a powder state, mixed in a slurry state, or mixed in a paste state. May be. Moreover, you may use a general purpose kneader, a stirrer, a disperser, an emulsifier, etc. The mixture thus obtained is placed in a predetermined container or heated or deposited on a predetermined substrate before heating in the subsequent step, and dried as necessary. The method for drying is not particularly limited, and for example, drying is preferably performed at a temperature in the range of 30 to 150 ° C.

また、上記の混合物を加熱して第2の金属粒子を溶融させる前に、例えば0.1MPa〜10MPaの範囲内で加圧して所定の成型体を形成しておくことが好ましい。この成型体は、例えば所定の容器に入れた混合物を加圧することも形成できるし、所定の基材上に堆積させた状態の混合物をプレスすることによって形成することもできる。なお、加圧は、続く加熱による第2の金属粒子を溶融させる際にも継続して行うこともできる。   In addition, before the mixture is heated to melt the second metal particles, it is preferable to press the pressure within a range of, for example, 0.1 MPa to 10 MPa to form a predetermined molded body. This molded body can be formed, for example, by pressurizing a mixture placed in a predetermined container, or by pressing the mixture deposited on a predetermined substrate. In addition, pressurization can also be performed continuously when the second metal particles are melted by subsequent heating.

加熱処理は、例えば150℃〜600℃の範囲内、好ましくは170℃〜400℃の範囲内にて行うことができる。この温度は、第1の金属粒子を完全には溶融させずに、第2の金属粒子を溶融させることができる温度に適宜設定すればよい。加熱処理は、例えば窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中、1〜5KPaの真空中、大気中、又は水素ガス中で行うことができ、第1の金属粒子の種類や得られる金属多孔質体の使用目的によって適宜選択すればよい。また、必要に応じ、加圧又はプレスを併用して加熱を行ってもよい。   The heat treatment can be performed, for example, within a range of 150 ° C. to 600 ° C., preferably within a range of 170 ° C. to 400 ° C. This temperature may be appropriately set to a temperature at which the second metal particles can be melted without completely melting the first metal particles. The heat treatment can be performed, for example, in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas, in a vacuum of 1 to 5 KPa, in the air, or in hydrogen gas. What is necessary is just to select suitably according to the use purpose of a mass. Moreover, you may heat using pressurization or a press together as needed.

次に、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。なお、本発明の実施例において特にことわりのない限り、各種測定、評価は下記によるものである。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited at all by these Examples. In the examples of the present invention, various measurements and evaluations are as follows unless otherwise specified.

[金属粒子の平均粒子径]
金属粒子の平均粒子径は、SEM(走査電子顕微鏡)により試料の写真を撮影して、その中から無作為に200個を抽出してそれぞれの粒子径を求め、平均粒子径を算出した。
[Average particle diameter of metal particles]
The average particle size of the metal particles was obtained by taking a photograph of the sample with an SEM (scanning electron microscope), randomly extracting 200 samples from the sample, obtaining each particle size, and calculating the average particle size.

[5%熱収縮温度]
5%熱収縮温度は、試料を5Φ×2mmの円柱状成型器に入れ、プレス成型して得られる成型体を作製し、これを窒素ガス(水素ガス3%含有)の雰囲気下で、熱機械分析装置(TMA)により測定される5%熱収率の温度とした。
[5% heat shrink temperature]
The 5% heat shrink temperature is obtained by placing a sample in a 5Φ × 2 mm cylindrical molding machine and producing a molded product obtained by press molding, and then heating it in an atmosphere of nitrogen gas (containing 3% hydrogen gas). The temperature was 5% thermal yield measured by an analyzer (TMA).

[重量損失開始温度]
重量損失開始温度は、熱重量測定(TGA)(島津製作所社製、商品名;TGA−50)により、窒素ガス(窒素ガス流量100mL/分)の雰囲気下、昇温速度;10℃/分で測定される試料の重量変化の開始温度とした。
[Weight loss start temperature]
The weight loss starting temperature is determined by thermogravimetry (TGA) (manufactured by Shimadzu Corporation, trade name: TGA-50) under an atmosphere of nitrogen gas (nitrogen gas flow rate 100 mL / min), at a temperature rising rate of 10 ° C./min. It was set as the starting temperature of the weight change of the sample to be measured.

(実施例1)
第1の金属粒子として、10gのニッケル粒子1a(JFEミネラル社製、商品名;NFP201S、ニッケル含有率;99wt%、平均粒子径;200nm、比表面積;3.4m/g、5%熱収縮温度;400℃)を準備し、第2の金属粒子として、2gの銀粒子1b(DOWAエレクトロニクス社製、商品名;DOWA銀ナノ粒子乾粉、銀含有率;95wt%、平均粒子径;20nm、比表面積;17.5m/g)を準備した。
Example 1
As the first metal particles, 10 g of nickel particles 1a (trade name: NFP201S, nickel content: 99 wt%, average particle diameter: 200 nm, specific surface area: 3.4 m 2 / g, 5% heat shrinkage, manufactured by JFE Mineral Co., Ltd. Temperature: 400 ° C., and 2 g of silver particles 1b (manufactured by DOWA Electronics, trade name: DOWA silver nanoparticle dry powder, silver content: 95 wt%, average particle size: 20 nm, ratio) Surface area; 17.5 m 2 / g) was prepared.

上記ニッケル粒子1a及び銀粒子1bに20gのイソプロピルアルコールを加え、シンキー社製の自動公転式ミキサーを用いて、10分間混錬した後、風乾してイソプロピルアルコールを除去し、混合物1を得た。この混合物1を10Φ×2nmの円柱状の金型容器に入れ、プレス機で1MPaの圧力下で成型体を作製し、その成型体を窒素ガス(水素ガス3%含有)の雰囲気下で、350℃、3時間加熱し、目的とする金属多孔質体1を得た。   20 g of isopropyl alcohol was added to the nickel particles 1a and the silver particles 1b, and the mixture was kneaded for 10 minutes using an automatic revolution mixer manufactured by Sinky Co., Ltd., and then air-dried to remove isopropyl alcohol, whereby a mixture 1 was obtained. This mixture 1 is put into a cylindrical mold container of 10Φ × 2 nm, a molded body is produced under a pressure of 1 MPa with a press machine, and the molded body is 350 in an atmosphere of nitrogen gas (containing 3% hydrogen gas). The objective metal porous body 1 was obtained by heating at 3 ° C. for 3 hours.

金属多孔質体1の窒素吸収等温線からBET法によって比表面積を求めたところ、0.7m/gであった。さらに、DH法(Dollimore-Heal法)で求められたメソ細孔分布から、細孔径約45nmをピークとし、1nm〜85nm程度の細孔分布を有することが判明した。 It was 0.7 m < 2 > / g when the specific surface area was calculated | required by the BET method from the nitrogen absorption isotherm of the metal porous body 1. FIG. Furthermore, it was found from the mesopore distribution obtained by the DH method (Dollimore-Heal method) that the pore diameter is about 45 nm and has a pore distribution of about 1 nm to 85 nm.

(実施例2)
144.9gのジメチルミリスチルアミンに18.5gのギ酸ニッケル二水和物を加え、窒素フロー下、120℃で10分間加熱することによって、ギ酸ニッケルを溶解させて錯化反応液2aを得た。次いで、その錯化反応液2に、さらに96.6gのジメチルミリスチルアミンを加え、マイクロ波を用いて180℃で10分間加熱することによって、ニッケル粒子スラリー2aを得た。
(Example 2)
By adding 18.5 g of nickel formate dihydrate to 144.9 g of dimethyl myristylamine and heating at 120 ° C. for 10 minutes under a nitrogen flow, nickel formate was dissolved to obtain complexing reaction solution 2a. Next, 96.6 g of dimethyl myristylamine was further added to the complexing reaction solution 2 and heated at 180 ° C. for 10 minutes using a microwave to obtain a nickel particle slurry 2a.

ニッケル粒子スラリー2を静置分離し、上澄み液を取り除いた後、ヘキサンとメタノールを用いて洗浄した後、60℃に維持される真空乾燥機で6時間乾燥してニッケル粒子2a(ニッケル含有率;98wt%、平均粒子径;71nm、比表面積;12m/g、5%熱収縮温度;290℃)を得た。 The nickel particle slurry 2 was allowed to stand and separated, the supernatant was removed, washed with hexane and methanol, and then dried for 6 hours in a vacuum dryer maintained at 60 ° C. to obtain nickel particles 2a (nickel content; 98 wt%, average particle size; 71 nm, specific surface area; 12 m 2 / g, 5% heat shrinkage temperature;

4200gのエチレングリコールに50gのステアリン酸ナトリウムを加え、窒素フロー下、85℃で10分間加熱し、その後、この溶液に、800gのエチレングリコールに28gの硝酸銀を溶かした溶液を添加し、マイクロ波で140℃で1分加熱した。それを大量のメタノール溶液に入れて急冷し、沈殿物をデカンテーションし、メタノールで2回、アセトンで1回洗浄し、乾燥して銀ナノ粒子2bを得た(銀含有率;30wt%、平均粒子径;15nm、重量損失開始温度;200℃)。   Add 50 g of sodium stearate to 4200 g of ethylene glycol, heat at 85 ° C. for 10 minutes under a nitrogen flow, and then add a solution of 28 g of silver nitrate in 800 g of ethylene glycol to this solution. Heated at 140 ° C. for 1 minute. It was rapidly cooled by putting it in a large amount of methanol solution, the precipitate was decanted, washed twice with methanol, once with acetone, and dried to obtain silver nanoparticles 2b (silver content: 30 wt%, average) Particle diameter: 15 nm, weight loss onset temperature: 200 ° C.).

上記ニッケル粒子2aの10g及び銀粒子2bの2gを準備し、実施例1と同様にして、混錬、風乾して、混合物2を得た。この混合物2を10Φ×2nmの円柱状の金型容器に入れ、プレス機で1MPaの圧力下で成型体を作製し、その成型体を窒素ガス(水素ガス3%含有)の雰囲気下で、250℃、3時間加熱し、目的とする金属多孔質体2を得た。   10 g of the nickel particles 2a and 2 g of the silver particles 2b were prepared, and kneaded and air-dried in the same manner as in Example 1 to obtain a mixture 2. This mixture 2 is put into a cylindrical mold container of 10Φ × 2 nm, a molded body is produced with a press machine under a pressure of 1 MPa, and the molded body is 250 under an atmosphere of nitrogen gas (containing 3% hydrogen gas). The objective metal porous body 2 was obtained by heating at 3 ° C. for 3 hours.

BET法によって求めた金属多孔質体2の比表面積は、2.5m/gであった。さらに、DH法で求められたメソ細孔分布から、細孔径約36nmをピークとし、1nm〜75nm程度の細孔分布を有することが判明した。 The specific surface area of the porous metal body 2 determined by the BET method was 2.5 m 2 / g. Furthermore, from the mesopore distribution determined by the DH method, it was found that the pore diameter is about 36 nm and has a pore distribution of about 1 nm to 75 nm.

上述した実施例から明らかなように、本発明によれば、互いに平均粒子径の異なるナノ粒子である第1の金属粒子及び第2の金属粒子を準備すれば、その後、これらの金属粒子を混合及び加熱するという、いわゆる通常の粉末冶金等における汎用の焼結技術を用いるのみで、目的とする微細孔を有する金属多孔質体を得ることができる。すなわち、湿式法のような複雑な製法を用いることなく、極めて簡易に微細孔を有する金属多孔質体を得ることができる。   As is clear from the above-described examples, according to the present invention, if the first metal particles and the second metal particles, which are nanoparticles having different average particle diameters, are prepared, then these metal particles are mixed. And the metal porous body which has the target micropore can be obtained only by using the general purpose sintering technique in what is called normal powder metallurgy etc. of heating. That is, a metal porous body having fine pores can be obtained very easily without using a complicated production method such as a wet method.

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。   While the present invention has been described in detail based on the above specific examples, the present invention is not limited to the above specific examples, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention.

Claims (7)

第1の金属材料を含有する金属粒子であって、該金属粒子の平均粒子径が50nm〜1μmの範囲内にある第1の金属粒子と、
前記第1の金属材料の融点よりも低い融点の第2の金属材料を含有する金属粒子であって、該金属粒子の平均粒子径が5nm〜500nmの範囲内にあり、且つ該平均粒子径が前記第1の金属粒子の平均粒子径以下である第2の金属粒子とを準備する工程と、
前記第1の金属粒子及び前記第2の金属粒子を混合して混合物を得る工程と、
前記混合物を加熱して、前記第2の金属粒子を溶融させ、得られた溶融物によって前記第1の金属粒子を結合し、金属多孔質体を得る金属多孔質体生成工程と、
を具えることを特徴とする、金属多孔質体の製造方法。
Metal particles containing a first metal material, wherein the metal particles have an average particle diameter in the range of 50 nm to 1 μm;
Metal particles containing a second metal material having a melting point lower than the melting point of the first metal material, wherein the average particle size of the metal particles is in the range of 5 nm to 500 nm, and the average particle size is Preparing a second metal particle having an average particle diameter equal to or less than the first metal particle;
Mixing the first metal particles and the second metal particles to obtain a mixture;
Heating the mixture to melt the second metal particles, and bonding the first metal particles with the obtained melt to obtain a metal porous body;
A method for producing a metal porous body, comprising:
前記第1の金属粒子の平均粒子径d1が、50nm〜200nmの範囲内にあって、前記第2の金属粒子の平均粒子径d2との比d1/d2が、5〜200の範囲内にあることを特徴とする、請求項1に記載の金属多孔質体の製造方法。   The average particle diameter d1 of the first metal particles is in the range of 50 nm to 200 nm, and the ratio d1 / d2 to the average particle diameter d2 of the second metal particles is in the range of 5 to 200. The method for producing a porous metal body according to claim 1, wherein: 前記第1の金属材料の融点と前記第2の金属材料の融点との差が、50℃以上であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の金属多孔質体の製造方法。   The method for producing a metal porous body according to claim 1 or 2, wherein a difference between the melting point of the first metal material and the melting point of the second metal material is 50 ° C or more. 前記第2の金属粒子の、前記第1の金属粒子に対する割合が、5質量%〜40質量%の範囲であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一に記載の金属多孔質体の製造方法。   The metal porous according to any one of claims 1 to 3, wherein a ratio of the second metal particles to the first metal particles is in a range of 5% by mass to 40% by mass. Body manufacturing method. 前記第1の金属材料は、ニッケル、コバルト、鉄及び銅からなる群より選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一に記載の金属多孔質体の製造方法。   The metal porous body according to any one of claims 1 to 4, wherein the first metal material is at least one selected from the group consisting of nickel, cobalt, iron, and copper. Method. 前記第2の金属材料は、金、銀及び銅からなる群より選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一に記載の金属多孔質体の製造方法。   The method for producing a metal porous body according to any one of claims 1 to 5, wherein the second metal material is at least one selected from the group consisting of gold, silver, and copper. 前記第1の金属材料及び/又は前記第2の金属材料の前駆体である金属塩を有機溶媒に溶解して、金属錯体を生成させた錯化反応液を得る工程と、
前記錯化反応液を、マイクロ波照射によって加熱して、前記第1の金属粒子のスラリー及び/又は前記第2の金属粒子のスラリーを得る工程と、
前記第1の金属粒子のスラリー及び/又は前記第2の金属粒子のスラリーから前記第1の金属粒子及び/又は前記第2の金属粒子を単離する工程と、
を具えることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一に記載の金属多孔質体の製造方法。
Dissolving a metal salt that is a precursor of the first metal material and / or the second metal material in an organic solvent to obtain a complexing reaction solution in which a metal complex is formed;
Heating the complexing reaction solution by microwave irradiation to obtain a slurry of the first metal particles and / or a slurry of the second metal particles;
Isolating the first metal particles and / or the second metal particles from the slurry of the first metal particles and / or the slurry of the second metal particles;
The method for producing a metal porous body according to any one of claims 1 to 6, further comprising:
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