JP2013512300A - Aqcおよび金属ナノ粒子の組合せにより得られる導電性インク - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、様々なサイズの金属ナノ粒子と、150℃未満の融点、有利には100℃未満の融点を有する半導電性融剤成分との混合物に基づく安定なコロイドインクの新たな配合に関する。前記融剤成分は、結合成分(焼結成分)として作用し、ナノ粒子間の金属接触を達成し、極めて低い温度(<150℃)での熱処理で極低抵抗(バルク材料の抵抗に近い)を有する電子構造体を達成する驚くべき効果をもたらす。
1.三峰性の分布+AQC
上記によれば、導電性インクの配合の最適化のために半導電性融剤成分、特にAQCと、様々なサイズのナノ粒子との組合せが提案されており、ここでAQCは以下のように理解される:
500個未満の金属原子(Mn、n<500)で構成されるものとして特徴付けられる安定な原子量子クラスターAQC
200個未満の金属原子(Mn、n<200)で構成されるものとして特徴付けられるAQC
2個超27個未満の間の金属原子(Mn、2<n<27)で構成されるものとして特徴付けられるAQC
2〜5個の間の金属原子で構成されるものとして特徴付けられるAQC
金属がAu、Ag、Co、Cu、Pt、Fe、Cr、Pd、Ni、Rh、Pbまたはそれらの二元金属および多金属の組合せから選択されるAQC。
a)様々なサイズの金属ナノ粒子を混合する工程、
b)融解温度が金属ナノ粒子の初期混合物のものより実質的に低く、特に150℃未満である低温の融剤で、サイズが2nm未満である半導電体成分を添加する工程、
c)紙、ポリアミドタイプのポリマー、カプトン、可撓性または比較的非可撓性のポリマー、ポリエチレン製品、ポリプロピレン、アクリレート含有製品、ポリメチルメタクリレート、上述したポリマーの共重合体またはそれらの組合せである基板のいずれかにインクを堆積させる工程と、
d)基板上に堆積したインクの温度を、金属ナノ粒子がその融点に達せず、半導電体融剤成分が融解して、金属ナノ粒子間の金属接点が高い導電性となり得るようにインクの焼結を達成するために上昇させる工程とを備えることを特徴とする。
25%の大きなAgナノ粒子:12.5g
4.9%の小さなAgナノ粒子:2.45g
0.1%のAg AQC:0.05g
35%のエチレングリコール(EG):17.5g
35%のエタノール(E):17.5g
Claims (22)
- a)金属ナノ粒子と、
b)安定な原子量子クラスター(AQC)からなる融剤成分との組合せを含む導電性インク。 - 前記金属ナノ粒子に使用すべき金属が、Au、Ag、Co、Cu、Pt、Fe、Cr、Pd、Ni、Rh、Pbまたはそれらの二元金属および多金属の組合せから好ましくは選択されることを特徴とする請求項1に記載の導電性インク。
- 前記金属ナノ粒子が様々なサイズの金属ナノ粒子の混合物である請求項2に記載の導電性インク。
- 前記使用したナノ粒子の量の容積比が、より大きいサイズと、直ぐ近くの小さいサイズとの間で1/3であることを特徴とする請求項3に記載の導電性インク。
- 前記ナノ粒子の混合物が双峰性分布、すなわち二つの異なるサイズの金属ナノ粒子であり、常に選択したサイズ間の1/10の比で実質的に維持されることを特徴とする請求項3に記載の導電性インク。
- 前記双峰性分布において好ましくは最大粒子のサイズが100〜250nmの間からなり、最小粒子のサイズが10〜25nmの間からなることを特徴とする請求項5に記載の導電性インク。
- 前記最大ナノ粒子に対して使用するAQCの量の容積比が、約1/10以下である請求項5または6に記載の導電性インク。
- 前記ナノ粒子の混合物が、三峰性分布、すなわち三つの異なるサイズの金属ナノ粒子であり、常に選択した異なるより大きいサイズと直ぐ近くの小さいサイズ間の1/5の比で維持されることを特徴とする請求項3に記載の導電性インク。
- 前記ナノ粒子の混合物が、三峰性分布、すなわち三つの異なるサイズの金属ナノ粒子であり、ここで最大粒子のサイズが約100〜250nmの間からなり、中間粒子のサイズが約25〜50nmからなり、最小粒子のサイズが約5〜10nmからなることを特徴とする請求項8に記載の導電性インク。
- 前記最大ナノ粒子に対して使用するAQCの量の容積比が、約1/30以下であることを特徴とする請求項8または9に記載の導電性インク。
- 前記AQCのサイズが、2nm未満、好ましくは1nm未満である前記請求項のいずれかに記載の導電性インク。
- 前記AQCの融解温度が、150℃以下である前記請求項のいずれかに記載の導電性インク。
- 前記AQCが、下記の群:
500未満の金属原子(Mn、n<500)からなることを特徴とするAQC、
200未満の金属原子(Mn、n<200)からなることを特徴とするAQC、
2超27未満の金属原子(Mn、2<n<27)からなることを特徴とするAQC、
2〜5の金属原子からなることを特徴とするAQC
の一つまたはいくつかに属する前記請求項のいずれかに記載の導電性インク。 - 前記AQC用の金属が、Au、Ag、Co、Cu、Pt、Fe、Cr、Pd、Ni、Rh、Pbまたはそれらの二元金属および多金属の組合せから選択される前記請求項のいずれかに記載の導電性インク。
- 前記AQCのみを融解して金属ナノ粒子間の金属結合を可能とし、かつ前記金属ナノ粒子が融点に達しないような温度での焼結処理により生成する前記請求項のいずれかに記載の導電性インク。
- 紙、ポリアミド類のポリマー、カプトン、可撓性もしくは比較的非可撓性のポリマー、ポリエチレン製品、ポリプロピレン、アクリレート含有製品、ポリメチルメタクリレート、上記ポリマーの共重合体またはそれらの組合せのような温度感受性基板への印刷用である前記請求項のいずれかに記載の導電性インク。
- 請求項1〜16のいずれかに記載の金属ナノ粒子を有する導電性インクを焼結するための焼結処理での低温融剤物質としての前記AQCの使用であって、前記融剤が様々なサイズの金属ナノ粒子間の結合成分または連結子として作用して導電性を付与し得ることを特徴とするAQCの使用。
- スクリーン印刷、パッド印刷およびインクジェット印刷用プリントエレクトロニクスへの請求項17に記載のAQCの使用。
- 大量印刷、オフセット印刷、彫版印刷およびフレキソ印刷への請求項17に記載のAQCの使用。
- 紙、ポリアミド類のポリマー、カプトン、可撓性もしくは比較的非可撓性のポリマー、ポリエチレン製品、ポリプロピレン、アクリレート含有製品、ポリメチルメタクリレート、上記ポリマーの共重合体またはそれらの組合せのような温度感受性基板に印刷するための請求項17に記載のAQCの使用。
- ポリエステル類、ポリアミド類、ポリカーボネート類、ポリエチレン、ポリプロピレン並びにその共重合体およびそれらの組合せの群より選択した少なくとも一つを含有するポリマーフィルムへ印刷するための請求項17に記載のAQCの使用。
- 請求項1〜16のいずれかに記載の導電性インクを製造するに当たり、
a)様々なサイズの金属ナノ粒子を混合する工程と、
b)AQCからなる融剤成分を添加する工程と、
c)紙、ポリアミド類のポリマー、カプトン、可撓性または比較的非可撓性のポリマー、ポリエチレン製品、ポリプロピレン、アクリレート含有製品、ポリメチルメタクリレート、上記ポリマーの共重合体またはそれらの組合せである基板のいずれかにインクを堆積させる工程と、
d)前記基板に堆積したインクの焼結を達成するために、前記金属ナノ粒子が融点に達せず、かつ前記AQCが融解して金属ナノ粒子間の金属接点を可能にし、高い導電性となるように前記インクの温度を上昇させる工程と、
を備えることを特徴とする導電性インクの製造方法。
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