JP2015081383A

JP2015081383A - 銀ナノワイヤの調製方法

Info

Publication number: JP2015081383A
Application number: JP2014066135A
Authority: JP
Inventors: 曉燕李; Shiao-Yen Lee; 瑞基林; Jui-Chi Lin; 佩芬楊; Peifen Yang; 定宇 ▲呉▼; Ting-Yu Wu; 翊翔徐; Yi-Hsiang Hsu
Original assignee: Taiwan Textile Research Institute
Current assignee: Taiwan Textile Research Institute
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2015-04-27
Also published as: US9393624B2; TW201516001A; CN104550996A; US20150107412A1; TWI520911B

Abstract

【課題】銀ナノワイヤの調製方法である。【解決手段】超音波振動で硝酸銀のエチレングリコール溶液の液滴を霧化した後、更にポリビニルピロリドン及び塩化ナトリウムを含有する加熱されたエチレングリコール溶液に加えて、銀ナノワイヤを生成する。超音波振動処理されていない方法に比べて、上記方法は、銀ナノワイヤの収率及びアスペクト比を向上させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、透明導電膜の調製方法に関し、特に、銀ナノワイヤの調製方法に関する。

透明導電性材料は、フラットパネルディスプレイ、タッチパネル及びソーラーパネル等のような光電素子のような多くの製品に適用されることができるため、需要量がますます大きくなる。現在、透明導電性材料としては、インジウムスズ酸化物（ｉｎｄｉｕｍｔｉｎｏｘｉｄｅ；ＩＴＯ）を主とする。インジウムが高価で、供給に制限があり、インジウムスズ酸化物フィルムが硬くて脆い特性があり、高価な沈着設備及び沈着条件を要求するため、インジウムスズ酸化物フィルムの製造コストが高止まりしている。従って、低コストで高プロセス安定性の透明導電膜を如何に得るかが、商品化技術の重点となっている。

従って、本発明の一側面は、下記の各工程を含む銀ナノワイヤの調製方法を提供することにある。まず、ポリビニルピロリドン（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ；ＰＶＰ）、塩化ナトリウム及び硝酸銀のそれぞれのエチレングリコール溶液を調製する。そして、前記ＰＶＰのエチレングリコール溶液を１５５〜１６５℃に加熱し、反応完了まで温度を維持する。更に、前記塩化ナトリウムのエチレングリコール溶液を前記ＰＶＰのエチレングリコール溶液に加えて、混合溶液を形成する。次に、前記硝酸銀のエチレングリコール溶液の液滴を霧化して、ミクロンレベルの霧滴を形成し、前記混合溶液に加えて、反応溶液を形成し、銀ナノワイヤを生成する。最後、反応を収束させ、純化させて銀ナノワイヤが得られる。

本発明の一実施例によると、前記硝酸銀のエチレングリコール溶液の液滴を霧化する上記方法は、超音波振動である。

本発明の別の実施例によると、上記超音波振動の周波数範囲は、２５〜１２０ＫＨｚである。

本発明の更に他の実施例によると、上記超音波振動のパワー範囲は、１〜７Ｗである。

本発明の更に１つの実施例によると、上記霧滴の寸法範囲は、２０〜８０μｍである。

本発明の更に１つの実施例によると、上記硝酸銀のエチレングリコール溶液の霧滴の添加速度は、３．７９×１０^−４〜４．６６×１０^−３Ｍ／ｍｉｎである。

上記発明内容は、読者に本開示内容を基本的に理解させるために、本開示内容の簡略化した要約を提示することを旨とする。この発明内容は、本開示内容の完備な概要ではなく、本発明の実施例の重要・大切な素子を指摘し又は本発明の範囲を限定することを意図するものではない。下記の実施形態を参照すると、当業者であれば、本発明の基本精神及び他の発明の目的、本発明で採用された技術手段と実施側面を簡単に理解できるべきである。

下記図面の説明は、本発明の下記又は他の目的、特徴、メリット、実施例をより分かりやすくするためのものである。
硝酸銀のエチレングリコール溶液を、他の試薬を含有する混合溶液に滴下する模式図である。対照例の走査電子顕微鏡図である。実験例２の走査電子顕微鏡図である。実験例３の走査電子顕微鏡図である。実験例４の走査電子顕微鏡図である。実験例５の走査電子顕微鏡図である。実験例６の走査電子顕微鏡図である。熱処理温度の銀ナノワイヤの電気伝導率に対する影響を表示する。

上記によると、銀ナノワイヤの調製方法を提供する。この調製方法に係る銀ナノワイヤは、収率が７０％より大きく、アスペクト比が４００まで達することが可能である。以下の記述において、上記の銀ナノワイヤの例示的な製造方法を紹介する。前記実施例を理解しやすくするために、以下、多くの技術細部を提供する。無論、全ての実施例がこれらの技術細部を必要とするものでもない。同時に、一部の周知の構造又は素子については、図面の内容を適宜に簡略化するために、ただ図面において模式的に示す。

銀ナノワイヤの調製方法
まず、ポリビニルピロリドン（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ；ＰＶＰ）、塩化ナトリウム及び硝酸銀のそれぞれのエチレングリコール（ｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ）溶液を調製した。上記ＰＶＰ溶液の濃度範囲は、０．０５〜０．５Ｍであった。塩化ナトリウム溶液の濃度範囲は、２．１×１０^−４〜１．０×１０^−２Ｍであった。上記硝酸銀溶液の濃度範囲は、５．０×１０^−４〜０．０３Ｍであった。

次に、ＰＶＰのエチレングリコール溶液を１５５〜１６５℃に加熱し、１０〜５０分間維持して、ＰＶＰを完全に溶解させた。そして、塩化ナトリウムのエチレングリコール溶液を加え、１０〜３０分間加熱し続けて、塩化ナトリウムを溶解させた。

図１は、硝酸銀のエチレングリコール溶液を、他の試薬を含有する混合溶液に滴下する模式図である。図１において、超音波振動子１１０を加えた滴下装置１２０を用いて、硝酸銀のエチレングリコール溶液１３０の液滴１４０をミクロン寸法の霧滴１５０に霧化させ、更に上記の加熱されている他の試薬を含有する混合溶液１６０に滴下し、攪拌を行った。攪拌速度は、１５０〜５００ｒｐｍであり、硝酸銀のエチレングリコール溶液の添加速度は、３．７９×１０^−４〜４．６６×１０^−３Ｍ／ｍｉｎであった。全ての硝酸銀溶液の添加が終り、つまり溶液の色が銀灰色になった後、更に０．５〜２．０時間反応させ、反応が自然に収束した。

次に、反応収束後の反応溶液に遠心工程（回転速度５０００〜１００００ｒｐｍ、遠心時間１０〜６０分間）を行わせて、銀ナノワイヤを遠心チューブの底部に沈着させた。そして、更に濾過膜（濾過膜の口径０．０２〜５μｍ）で、銀微粒子を除去した。

実施例一：超音波周波数の硝酸銀溶液の霧滴の寸法及び銀ナノワイヤの生成に対する影響
ここで、まず、超音波は、６．２Ｗのパワーで、異なる振動周波数が硝酸銀溶液の霧滴の寸法及び銀ナノワイヤの生成に対して、どのような影響を与えるかを検討した。まず、異なる超音波振動周波数を変化させて、異なる寸法の硝酸銀溶液の液滴又は霧滴を製造した。

そして、上記方法を用いて銀ナノワイヤを合成した。ＰＶＰ溶液の濃度が０．１５Ｍであり、塩化ナトリウム溶液の濃度が２．１×１０^−３Ｍであり、硝酸銀溶液の濃度が０．０９１Ｍであり、硝酸銀溶液の添加速度が２．４５×１０^−３Ｍ／ｍｉｎであった。他の反応パラメータとしては、反応温度が１６０±１℃であり、攪拌速度が２００ｒｐｍであった。

得られた結果は、下記の表１に示した。表１における比較例、実験例１及び実験例２を比較すると、反応過程中に硝酸銀溶液を添加する場合、先に超音波振動子によって硝酸銀溶液の液滴を霧化し、更に他の試薬を含有する混合溶液に滴下することができれば、銀ナノワイヤのアスペクト比の数値を向上させることができるだけでなく、収率を向上させることもできることが判明した。実験例１と実験例２を比較すると、超音波周波数が大きいほど、硝酸銀溶液の霧滴の寸法が小さくなるし、銀ナノワイヤのアスペクト比が大きくなり、収率も高くなることが判明した。

実験例二：硝酸銀溶液の添加速度が銀ナノワイヤの生成に対する影響
本実験例では、上記方法によって銀ナノワイヤを合成した。ＰＶＰエチレングリコール溶液の濃度が０．１５Ｍであり、硝酸銀のエチレングリコール溶液の濃度が０．０９１Ｍであり、塩化ナトリウムのエチレングリコール溶液の濃度が２．１×１０^−３Ｍであった。他の反応パラメータとしては、反応温度が１６０±１℃であり、攪拌速度が２００ｒｐｍであった。超音波振動の振動周波数が４８ｋＨｚであり、パワーが６．２Ｗであった。

硝酸銀のエチレングリコール溶液の添加速度の算出方式としては、単位時間当たりに添加される硝酸銀の総モル数を、他の試薬を含有するエチレングリコール溶液の総体積（即ち、図１における混合溶液１６０の総体積）で割って、単位時間当たりに添加される濃度が得られた。硝酸銀のエチレングリコール溶液の添加速度と銀ナノワイヤの外形のデータについて、下記の表２に入れた。

上記表２のデータから分かるように、銀ナノワイヤのアスペクト比は、硝酸銀溶液の添加速度の増加に伴って増加したが（実験例３〜５）、その後、また低下した（実験例６）。硝酸銀のエチレングリコール溶液の添加速度は、約１．２〜５×１０^−３Ｍ／ｍｉｎ程度の適切な範囲を有することが示された。

実験例三：熱処理温度が銀ナノワイヤの電気伝導率に対する影響
この実施例において、合成された銀ナノワイヤが、異なる温度で熱処理された後の電気伝導率の変化状況を測定した。試験用の銀ナノワイヤは、長さが１７〜２０μｍであり、直径が１００ｎｍであった。銀ナノワイヤの懸濁水溶液の固形分が０．４％であり、同じ重量の銀ナノワイヤ懸濁水溶液を量り取ってから、それぞれ異なる温度で３０分間ベーキングすることで、試験サンプルが得られた。室温に戻った後、更に４点プローブによって電気伝導率を検出した。得られたデータは、下記の表３及び図８の通りであった。

表３及び図８の結果から分かるように、銀ナノワイヤは、８０℃以上の温度でベーキングされた後、電気伝導率が大幅に向上することができる。特に、１００〜２６０℃の範囲で熱処理を行うことで、銀ナノワイヤの電気伝導率は、１０００Ｓ／ｃｍを超えるまで向上させることができる。この結果により、また、得られた銀ナノワイヤが２６０℃未満の高温環境で適用されることもできることが示された。

上記の結果から分かるように、超音波振動で硝酸銀の液滴を霧化し、硝酸銀の給料速度を制御することで、高収率と高品質の銀ナノワイヤを得ることができる。透明導電性フィルムの製造コストの低減に大いに寄与する。

本発明では実施形態を前述の通り開示したが、これは本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神と領域から逸脱しない限り、多様の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

１１０超音波振動子
１２０滴下装置
１３０硝酸銀溶液
１４０液滴
１５０霧滴
１６０混合溶液

Claims

ポリビニルピロリドン（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ；ＰＶＰ）、塩化ナトリウム及び硝酸銀のそれぞれのエチレングリコール溶液を調製する工程と、
前記ＰＶＰのエチレングリコール溶液を１５５〜１６５℃に加熱し、反応完了まで温度を維持する工程と、
前記塩化ナトリウムのエチレングリコール溶液を前記ＰＶＰのエチレングリコール溶液に加えて、混合溶液を形成する工程と、
前記硝酸銀のエチレングリコール溶液の液滴を霧化して、ミクロンレベルの霧滴を形成する工程と、
前記霧滴を前記混合溶液に加えて、反応溶液を形成し、複数の銀ナノワイヤを生成する工程と、
前記反応溶液を冷却する工程と、
前記銀ナノワイヤを純化する工程と、
を含む銀ナノワイヤの調製方法。
前記硝酸銀のエチレングリコール溶液の液滴を霧化する方法は、超音波振動である請求項１に記載の銀ナノワイヤの調製方法。
前記超音波振動の周波数範囲は、２５〜１２０ＫＨｚである請求項２に記載の銀ナノワイヤの調製方法。
前記超音波振動のパワー範囲は、１〜７Ｗである請求項２に記載の銀ナノワイヤの調製方法。
前記霧滴の寸法範囲は、２０〜８０μｍである請求項１に記載の銀ナノワイヤの調製方法。
前記硝酸銀のエチレングリコール溶液の霧滴の添加速度としては、３．７９×１０^−４〜４．６６×１０^−３Ｍ／ｍｉｎの硝酸銀を添加する請求項１に記載の銀ナノワイヤの調製方法。