JP2016047961A - Aluminum nitride thin film, formation method of aluminum nitride thin film, and electrode material - Google Patents

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Hiromoto Ishizaki
博基 石崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing an aluminum nitride thin film excellent in conductivity, by plasma on the surface of an aluminum substrate.SOLUTION: There is provided a method for forming an aluminum nitride thin film by irradiating an aluminum substrate 8 with plasma 7 containing nitrogen A and oxygen B. The thin film is preferably 5,000 nm, and is conductive (10 ohm or less in the thickness direction) and amorphous. An electroconductive polymer layer of polyaniline or the like may be laminated furthermore for an electricity storage device.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、導電性を有する窒化アルミニウム薄膜、窒化アルミニウム薄膜の形成方法、及び、電極材料に関する。   The present invention relates to a conductive aluminum nitride thin film, a method for forming an aluminum nitride thin film, and an electrode material.

現在、電池用電極やエレクトロルミネッセンス素子等に、金属材料が使用されている。また、金属材料をより化学的に安定材料として活用するために、例えば、金属材料表面の温度を、420〜590℃と高温の状態に保ちながら、窒素(窒素イオン)を含むプラズマにより処理を行い、窒化物層を形成し、耐蝕性や絶縁性に優れた材料を提供する方法が開示されている(特許文献1)。   Currently, metal materials are used for battery electrodes, electroluminescence elements, and the like. Further, in order to utilize the metal material as a more chemically stable material, for example, the surface of the metal material is treated with a plasma containing nitrogen (nitrogen ions) while maintaining a high temperature of 420 to 590 ° C. A method of forming a nitride layer and providing a material excellent in corrosion resistance and insulation is disclosed (Patent Document 1).

特に、電極等に使用される金属材料として、軽量化や加工性、経済性にも優れる点から、アルミニウム材料が使用されている。しかし、一般に、アルミニウム材料は、耐薬品性などが不足する問題を有しているため、このアルミニウム材料の表面に、化学的に非常に安定な窒化アルミニウム(AlN)膜を形成することにより、耐薬品性だけでなく、絶縁性、熱伝導性などを付与することができる。   In particular, as a metal material used for an electrode or the like, an aluminum material is used because it is excellent in weight reduction, workability, and economy. However, in general, an aluminum material has a problem that chemical resistance is insufficient. Therefore, by forming a chemically very stable aluminum nitride (AlN) film on the surface of this aluminum material, Not only chemical properties but also insulation and thermal conductivity can be imparted.

特開2006−257466号公報JP 2006-257466 A

しかし、アルミニウム材料のように融点の低い金属材料では、特許文献1のように、高温状態でのプラズマ処理を適切に行うことができず、問題を有している。   However, a metal material having a low melting point such as an aluminum material has a problem because it cannot properly perform plasma treatment in a high temperature state as in Patent Document 1.

また、窒化アルミニウム膜は、通常、絶縁性を有するため、導電性を必要とする電極等に使用する際に不向きとなる。   Moreover, since an aluminum nitride film usually has an insulating property, it is not suitable for use in an electrode or the like that requires electrical conductivity.

そこで、本発明者らは、鋭意検討した結果、下記窒化アルミニウム薄膜を見出し、本発明を完成するに至った。   Thus, as a result of intensive studies, the present inventors have found the following aluminum nitride thin film and have completed the present invention.

すなわち、本発明の窒化アルミニウム薄膜は、少なくとも、窒素及び酸素を含有する窒化アルミニウム薄膜であって、非結晶状態であり、かつ、導電性を有することを特徴とする。   That is, the aluminum nitride thin film of the present invention is an aluminum nitride thin film containing at least nitrogen and oxygen, is in an amorphous state, and has conductivity.

本発明の窒化アルミニウム薄膜は、膜厚方向の抵抗が、10Ω以下であることが好ましい。   The aluminum nitride thin film of the present invention preferably has a resistance in the film thickness direction of 10Ω or less.

本発明の窒化アルミニウム薄膜の形成方法は、前記窒化アルミニウム薄膜をアルミニウム基材上に形成する方法であって、窒素、及び、少なくとも酸素を含むドーパントガスの混合ガスを、プラズマに調製する工程と、前記アルミニウム基材上に、660℃以下の雰囲気下で、前記プラズマを照射し、前記アルミニウム基材上に窒化アルミニウム薄膜を形成する工程を含むことが好ましい。   The method for forming an aluminum nitride thin film of the present invention is a method for forming the aluminum nitride thin film on an aluminum substrate, and a step of preparing a mixed gas of nitrogen and a dopant gas containing at least oxygen into plasma, It is preferable to include a step of irradiating the plasma on the aluminum base material in an atmosphere of 660 ° C. or lower to form an aluminum nitride thin film on the aluminum base material.

本発明の窒化アルミニウム薄膜の形成方法は、前記混合ガス中の窒素と酸素の混合体積割合(酸素/窒素)が、0を超える値であることが好ましい。   In the method for forming an aluminum nitride thin film of the present invention, the mixed volume ratio of nitrogen and oxygen (oxygen / nitrogen) in the mixed gas is preferably a value exceeding 0.

本発明の窒化アルミニウム薄膜の形成方法は、前記プラズマを照射する際のプラズマ出力が、3kW/cm以下であることが好ましい。 In the method for forming an aluminum nitride thin film of the present invention, it is preferable that a plasma output when the plasma is irradiated is 3 kW / cm 2 or less.

本発明の窒化アルミニウム薄膜の形成方法は、前記プラズマを照射する際の圧力が、1MPa以下であることが好ましい。   In the method for forming an aluminum nitride thin film of the present invention, the pressure when irradiating the plasma is preferably 1 MPa or less.

本発明の窒化アルミニウム薄膜の形成方法は、大気圧プラズマ装置(たとえば、グロー放電プラズマ装置、コロナ放電プラズマ装置、バリア放電プラズマ装置、及び、マイクロ波プラズマ装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ装置からなる群より選択される少なくとも1種の大気圧プラズマ装置)により、プラズマを調製することが好ましい。   The method for forming an aluminum nitride thin film of the present invention is selected from the group consisting of an atmospheric pressure plasma apparatus (for example, a glow discharge plasma apparatus, a corona discharge plasma apparatus, a barrier discharge plasma apparatus, a microwave plasma apparatus, and an electron cyclotron resonance plasma apparatus). The plasma is preferably prepared by at least one atmospheric pressure plasma apparatus).

本発明の窒化アルミニウム薄膜の形成方法は、前記アルミニウム基材(板状、箔状、及び、粒子状)上の窒化アルミニウム薄膜の厚さが、5000nm以下であることが好ましい。   In the method for forming an aluminum nitride thin film of the present invention, the thickness of the aluminum nitride thin film on the aluminum base (plate, foil, and particles) is preferably 5000 nm or less.

本発明の電極材料は、前記窒化アルミニウム薄膜上に導電性高分子層を有することが好ましい。   The electrode material of the present invention preferably has a conductive polymer layer on the aluminum nitride thin film.

本発明の窒化アルミニウム薄膜は、導電性、耐腐食性などの化学的安定性、及び、熱伝導特性に優れているため、蓄電デバイスならびに電池デバイスの電極材料、半導体発光デバイスならびにパワー電源デバイスの電極材料および構成層、MOSFETデバイスの電極材料ならびに構成層、医療用基材、及び、腐食防食膜などの分野において、有用なものとなる。   Since the aluminum nitride thin film of the present invention is excellent in chemical stability such as conductivity and corrosion resistance, and heat conduction characteristics, it is an electrode material for power storage devices and battery devices, electrodes for semiconductor light emitting devices and power power supply devices. It becomes useful in fields such as materials and constituent layers, electrode materials and constituent layers of MOSFET devices, medical base materials, and corrosion protection films.

プラズマ処理装置の概略図Schematic diagram of plasma processing equipment プラズマ出力と窒化アルミニウム薄膜の膜厚の関係を示したグラフGraph showing the relationship between plasma output and film thickness of aluminum nitride thin film Working Distanceと窒化アルミニウム薄膜の膜厚との関係を示したグラフGraph showing the relationship between the working distance and the film thickness of the aluminum nitride thin film 耐腐食性評価後の窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材、及び、表面処理なしのアルミニウム基材の膜厚方向の抵抗との関係を示したグラフGraph showing the relationship between the resistance in the film thickness direction of the aluminum nitride thin film / aluminum substrate after the corrosion resistance evaluation and the aluminum substrate without surface treatment プラズマ出力と窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材の膜厚方向の抵抗との関係を示したグラフGraph showing the relationship between plasma power and resistance in the direction of film thickness of aluminum nitride thin film / aluminum substrate 窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材試料の抵抗測定装置の概略図Schematic diagram of resistance measuring device for aluminum nitride thin film / aluminum substrate sample プラズマ照射時間と窒化アルミニウム薄膜の膜厚との関係を示したグラフGraph showing the relationship between plasma irradiation time and aluminum nitride film thickness プラズマ照射時間と窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材の膜厚方向の抵抗との関係を示したグラフGraph showing the relationship between plasma irradiation time and resistance in the film thickness direction of aluminum nitride thin film / aluminum substrate プラズマ処理した窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材の薄膜X線回折図形(X線入射角が0.5°及び2.0°の場合)Thin film X-ray diffraction pattern of plasma-treated aluminum nitride thin film / aluminum substrate (when X-ray incident angles are 0.5 ° and 2.0 °) 大気圧プラズマ処理した窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材の薄膜X線回折図形Thin film X-ray diffraction pattern of aluminum nitride thin film / aluminum substrate treated with atmospheric pressure plasma プラズマ処理した窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材のX線蛍光スペクトルX-ray fluorescence spectrum of plasma-treated aluminum nitride thin film / aluminum substrate 大気圧プラズマ処理した窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材のX線蛍光スペクトルX-ray fluorescence spectrum of aluminum nitride thin film / aluminum substrate treated with atmospheric pressure plasma 大気圧プラズマ処理した窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材の膜厚方向(両端間)の抵抗とアルミニウム基材温度の関係Relationship between the resistance in the film thickness direction (between both ends) of an aluminum nitride thin film / aluminum substrate treated with atmospheric pressure plasma and the temperature of the aluminum substrate 大気圧プラズマ処理した窒化アルミニウム薄膜の膜厚とアルミニウム基材温度の関係Relationship between film thickness of aluminum nitride thin film treated with atmospheric pressure plasma and aluminum substrate temperature

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

<窒化アルミニウム薄膜の形成方法>
本発明の窒化アルミニウム薄膜の形成方法は、前記窒化アルミニウム薄膜をアルミニウム基材上に形成する方法であって、窒素、及び、少なくとも酸素を含むドーパントガスの混合ガスを、プラズマに調製する工程と、前記アルミニウム基材上に、660℃以下の雰囲気下で、前記プラズマを照射し、前記アルミニウム基材上に窒化アルミニウム薄膜を形成する工程を含むことが好ましい。本発明においては、プラズマ照射を660℃以下の雰囲気下で実施することが可能であるため、設備費用の軽減や、作業工程の削減、作業性の向上、及び、環境に優しい等などの点から、有用である。また、660℃以下の雰囲気下でのプラズマ処理を行うことにより、高温雰囲気下でプラズマ処理を行う場合のように、結晶状態の窒化アルミニウム薄膜ではなく、非結晶状態の窒化アルミニウム薄膜が得られることが推測される。また、詳細な理由は明らかではないが、窒化アルミニウム薄膜中に少なくとも酸素を含むことにより、これが不純物となり、窒化アルミニウム薄膜自体に、導電性が付与されるものと推測される。
<Method of forming aluminum nitride thin film>
The method for forming an aluminum nitride thin film of the present invention is a method for forming the aluminum nitride thin film on an aluminum substrate, and a step of preparing a mixed gas of nitrogen and a dopant gas containing at least oxygen into plasma, It is preferable to include a step of irradiating the plasma on the aluminum base material in an atmosphere of 660 ° C. or lower to form an aluminum nitride thin film on the aluminum base material. In the present invention, since plasma irradiation can be performed in an atmosphere of 660 ° C. or lower, from the viewpoints of reduction of equipment costs, reduction of work processes, improvement of workability, environmental friendliness, etc. Is useful. In addition, by performing plasma treatment in an atmosphere at 660 ° C. or lower, an amorphous aluminum nitride thin film can be obtained instead of a crystalline aluminum nitride thin film as in the case of performing plasma treatment in a high temperature atmosphere. Is guessed. Further, although the detailed reason is not clear, it is presumed that when at least oxygen is contained in the aluminum nitride thin film, it becomes an impurity, and conductivity is imparted to the aluminum nitride thin film itself.

より具体的な窒化アルミニウム薄膜の形成方法としては、以下の(i)〜(iv)の工程を含むことが好ましい。これらの工程により得られる窒化アルミニウム薄膜(不動態層)は、非結晶状態であり、かつ、導電性を有するものが得られる。
(i)アルミニウム基材を水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、前記アルミニウム基材表面に形成された酸化被膜(不動態)を除去する工程。
(ii)窒素、及び、少なくとも酸素を含むドーパントガスの混合ガスを調製する工程。
(iii)前記混合ガスを、プラズマに調製する工程。
(iv)前記アルミニウム基材上に、660℃以下の雰囲気下で、前記プラズマを照射し、前記アルミニウム基材上に窒化アルミニウム薄膜を形成する工程。
以下に、各工程(i)〜(iv)について、詳細に説明する。
As a more specific method for forming an aluminum nitride thin film, the following steps (i) to (iv) are preferably included. The aluminum nitride thin film (passive layer) obtained by these steps is in an amorphous state and has conductivity.
(I) A step of immersing the aluminum substrate in an aqueous sodium hydroxide solution to remove an oxide film (passive) formed on the surface of the aluminum substrate.
(Ii) A step of preparing a mixed gas of nitrogen and a dopant gas containing at least oxygen.
(Iii) A step of preparing the mixed gas into plasma.
(Iv) A step of irradiating the plasma on the aluminum base material in an atmosphere of 660 ° C. or lower to form an aluminum nitride thin film on the aluminum base material.
Below, each process (i)-(iv) is demonstrated in detail.

(i)アルミニウム基材をアルカリ水溶液に浸漬し、前記アルミニウム基材表面に形成された酸化被膜(不動態)を除去する工程
アルミニウム基材は、通常、表面に酸化被膜(不動態)を形成することが知られているが、この酸化被膜が存在するとアルミニウム基材表面に、窒化アルミニウム薄膜を形成することが難しくなる。そこで、水酸化ナトリウム水溶液のようなアルカリ水溶液に、アルミニウム基材を浸漬することにより、前記酸化被膜を除去することができる。前記アルカリ水溶液として、たとえば、水酸化ナトリウム水溶液を使用する場合、濃度としては、好ましくは、0.2〜10質量%、より好ましくは、0.5〜5質量%に調整し、浸漬時間としては、好ましくは、1分以上、より好ましくは、2〜20分である。
(I) A step of immersing an aluminum base in an alkaline aqueous solution to remove an oxide film (passive) formed on the surface of the aluminum base. An aluminum base usually forms an oxide film (passive) on the surface. However, it is known that when this oxide film is present, it becomes difficult to form an aluminum nitride thin film on the surface of the aluminum substrate. Then, the said oxide film can be removed by immersing an aluminum base material in alkaline aqueous solution like sodium hydroxide aqueous solution. For example, when using an aqueous sodium hydroxide solution as the alkaline aqueous solution, the concentration is preferably adjusted to 0.2 to 10% by mass, more preferably 0.5 to 5% by mass, and the immersion time as It is preferably 1 minute or longer, more preferably 2 to 20 minutes.

(ii)窒素、及び、少なくとも酸素を含むドーパントガスの混合ガスを調製する工程
本発明において使用される混合ガスは、窒素、及び、少なくとも酸素を含むドーパントガスをプラズマに調製できるものであれば、特に制限なく使用できるが、前記混合ガス中の窒素と酸素の混合体積割合(酸素/窒素)が、0を超える値であることが好ましく、より好ましくは、0.01〜0.5であり、更に好ましくは、0.02〜0.3である。前記混合割合であると、660℃以下の雰囲気下におけるプラズマ照射により、非結晶状態の窒化アルミニウム薄膜を得ることができ、かつ、導電性も付与できるため、好ましい態様となる。
(Ii) Step of preparing a mixed gas of nitrogen and a dopant gas containing at least oxygen As long as the mixed gas used in the present invention can prepare a dopant gas containing nitrogen and at least oxygen into plasma, Although it can be used without particular limitation, the mixed volume ratio of nitrogen and oxygen in the mixed gas (oxygen / nitrogen) is preferably a value exceeding 0, more preferably 0.01 to 0.5, More preferably, it is 0.02-0.3. When the mixing ratio is used, a non-crystalline aluminum nitride thin film can be obtained by plasma irradiation under an atmosphere of 660 ° C. or lower, and conductivity can be imparted, which is a preferable embodiment.

また、窒化アルミニウム(AlN)薄膜中の、窒素(元素)のアルミニウム(元素)に対する割合を1以下(好ましくは1未満)とすることで、窒化アルミニウムの化学量論組成が、窒素(元素):アルミニウム(元素)が、1:1から外れることにより、窒化アルミニウム薄膜自体の膜厚方向の抵抗が低くなり、これにより、窒化アルミニウム薄膜の膜厚方向の抵抗が10Ω以下の低抵抗の導電性を有する窒化アルミニウム薄膜を形成することができる。このようにして、アルミニウム基材の表面に窒化アルミニウム薄膜を形成することによって、アルミニウム基材表面の酸化による酸化被膜の生成を抑制し、不動態層として窒化アルミニウム薄膜の表面で、電解重合により形成される導電性高分子層との接触抵抗を著しく低減し、導電性に優れた電極材料を得ることができ、好ましい態様となる。なお、前記割合を1以下とするためには、前記混合ガス中の窒素と酸素の混合体積割合(酸素/窒素)を変えるなどの方法により、実施することができる。   Further, by setting the ratio of nitrogen (element) to aluminum (element) in the aluminum nitride (AlN) thin film to 1 or less (preferably less than 1), the stoichiometric composition of aluminum nitride is nitrogen (element): When aluminum (element) deviates from 1: 1, the resistance in the film thickness direction of the aluminum nitride thin film itself is lowered, and thereby the resistance in the film thickness direction of the aluminum nitride thin film is 10 Ω or less. An aluminum nitride thin film can be formed. In this way, by forming an aluminum nitride thin film on the surface of the aluminum substrate, the formation of an oxide film due to oxidation on the surface of the aluminum substrate is suppressed, and the passive layer is formed by electrolytic polymerization on the surface of the aluminum nitride thin film. The contact resistance with the conductive polymer layer is significantly reduced, and an electrode material excellent in conductivity can be obtained, which is a preferred embodiment. In addition, in order to make the said ratio 1 or less, it can implement by methods, such as changing the mixing volume ratio (oxygen / nitrogen) of nitrogen and oxygen in the said mixed gas.

前記プラズマに含まれる窒素及び酸素以外であっても、本発明の窒化アルミニウム薄膜の特性を悪化させない範囲であれば、その他の元素を含んでもよい。但し、ホウ素などのように、毒性の強い元素については、環境上の観点より、使用しないことが好ましい。例えば、炭素を含む二酸化炭素などの無機系、及び、有機系低分子等を含んでもよい。これらは、窒化アルミニウム薄膜において不純物として作用し、導電性を付与するのに役立つため、有効である。   Other than nitrogen and oxygen contained in the plasma, other elements may be included as long as the characteristics of the aluminum nitride thin film of the present invention are not deteriorated. However, it is preferable not to use a highly toxic element such as boron from the viewpoint of the environment. For example, an inorganic system such as carbon dioxide containing carbon, an organic small molecule, or the like may be included. These are effective because they act as impurities in the aluminum nitride thin film and serve to impart conductivity.

(iii)前記混合ガスを、プラズマに調製する工程
前記混合ガスを、プラズマに調製する工程において用いられるプラズマ処理装置(一般的なプラズマ処理装置を使用可能)を図1に示す。プラズマ処理装置の構成は、プロセスチャンバー、真空引きライン、ガス導入ライン、プラズマ放電電極、及び、プラズマ放電用直流電源からなる。
なお、前記プロセスチャンバー内の圧力としては、特に制限されないが、たとえば、1MPa以下が好ましく、より好ましくは、1Pa〜0.2MPaであり、更に好ましくは、1〜30Paであり、特に好ましくは、2〜20Paである。
プラズマ照射工程は、真空ポンプを用いて、図1中のプロセスチャンバー内を真空状態した後、窒素ガス、及び、少なくとも酸素ガスを含むドーパントガスをプロセスチャンバー内に導入し、全体真空度範囲を前記範囲(例えば、2〜20Pa)に設定した後、直流電源を用いて、プラズマ放電電極に印加電圧(0.3〜5.0kVが好ましく、より好ましくは、0.5〜3.0kV)、及び、印加電流(3〜100mAが好ましく、より好ましくは、5〜30mA)を印加することで、導入ガスのプラズマを生成する。
(Iii) Step of Preparing the Mixed Gas into Plasma FIG. 1 shows a plasma processing apparatus (a general plasma processing apparatus can be used) used in the step of preparing the mixed gas into plasma. The configuration of the plasma processing apparatus includes a process chamber, a vacuum line, a gas introduction line, a plasma discharge electrode, and a DC power source for plasma discharge.
The pressure in the process chamber is not particularly limited, but is preferably 1 MPa or less, more preferably 1 Pa to 0.2 MPa, still more preferably 1 to 30 Pa, and particularly preferably 2 MPa. ~ 20Pa.
In the plasma irradiation step, after the inside of the process chamber in FIG. 1 is evacuated using a vacuum pump, a nitrogen gas and a dopant gas containing at least oxygen gas are introduced into the process chamber, and the entire vacuum range is set to the above-mentioned range. After setting to a range (for example, 2 to 20 Pa), using a direct current power source, an applied voltage (preferably 0.3 to 5.0 kV, more preferably 0.5 to 3.0 kV) is applied to the plasma discharge electrode, and The plasma of the introduced gas is generated by applying an applied current (3 to 100 mA is preferable, more preferably 5 to 30 mA).

(iv)前記アルミニウム基材上に、660℃以下の雰囲気下で、前記プラズマを照射し、前記アルミニウム基材上に窒化アルミニウム薄膜を形成する工程
通常の窒化アルミニウム薄膜の調製方法としては、たとえば、スパッタリング法、CVD法では、耐腐食性を有する窒化アルミニウム薄膜を形成することができる。ただし、これらの方法では、耐腐食性とともに、導電性を有する窒化アルミニウム薄膜を形成することは困難である。また、従来、プラズマ処理する際のアルミニウム基材表面の温度を高温に保持しなければならない。
しかし、本発明においては、上記調製方法のいずれかを使用し、かつ、プラズマ処理する際のアルミニウム基材表面の温度を、好ましくは、660℃以下、より好ましくは、300℃以下、更に好ましくは、100℃以下、特に好ましくは、10〜80℃、最も好ましくは、15〜50℃の雰囲気下に設定することにより、非結晶状態で、かつ、導電性を有する窒化アルミニウム薄膜を得ることができ、好まし態様となる。
(Iv) A step of irradiating the plasma on the aluminum base material in an atmosphere of 660 ° C. or less to form an aluminum nitride thin film on the aluminum base material. In the sputtering method or the CVD method, an aluminum nitride thin film having corrosion resistance can be formed. However, in these methods, it is difficult to form an aluminum nitride thin film having conductivity as well as corrosion resistance. Conventionally, the temperature of the aluminum substrate surface during plasma treatment must be kept high.
However, in the present invention, any of the above preparation methods is used, and the temperature of the aluminum substrate surface during the plasma treatment is preferably 660 ° C. or less, more preferably 300 ° C. or less, and still more preferably. , 100 ° C. or less, particularly preferably 10 to 80 ° C., most preferably 15 to 50 ° C., so that an aluminum nitride thin film having an amorphous state and conductivity can be obtained. This is a preferred mode.

なお、前記窒化アルミニウム薄膜は、少なくとも窒素や酸素を含む放電プラズマ(単に「プラズマ」という。)中で、アルミニウム基材に正の電圧を印加して、アルミニウム基材の表面にプラズマを照射(注入)することによって形成することができる。アルミニウム基材への正の電圧としては、好ましくは、0.3〜5.0kVであり、より好ましくは、0.4〜3.0kVであり、更に好ましくは、0.5〜2.5kVである。   The aluminum nitride thin film irradiates (injects) plasma on the surface of the aluminum substrate by applying a positive voltage to the aluminum substrate in a discharge plasma containing at least nitrogen and oxygen (simply referred to as “plasma”). ). The positive voltage to the aluminum substrate is preferably 0.3 to 5.0 kV, more preferably 0.4 to 3.0 kV, and still more preferably 0.5 to 2.5 kV. is there.

前記プラズマを照射する際のプラズマ出力としては、好ましくは、3kW/cm以下であり、より好ましくは、0.5W/cm〜2kW/cmであり、更に好ましくは、1W/cm〜1.5kW/cmである。前記プラズマ出力に調整することにより、非結晶状態で、かつ、導電性を有する窒化アルミニウム薄膜を得ることができ、好まし態様となる。 The plasma output upon irradiation with the plasma is preferably 3 kW / cm 2 or less, more preferably 0.5 W / cm 2 to 2 kW / cm 2 , and still more preferably 1 W / cm 2 to 1.5 kW / cm 2 . By adjusting to the plasma output, an aluminum nitride thin film having an amorphous state and conductivity can be obtained, which is a preferred mode.

また、前記プラズマを照射する際のプラズマ照射時間としては、好ましくは、0秒を超え、10時間以下であり、より好ましくは、1秒〜8時間であり、更に好ましくは30秒〜6時間であり、特に好ましくは、1分〜5時間であり、最も好ましくは、10分〜1時間である。   The plasma irradiation time when irradiating the plasma is preferably more than 0 seconds and not more than 10 hours, more preferably 1 second to 8 hours, still more preferably 30 seconds to 6 hours. Yes, particularly preferably 1 minute to 5 hours, and most preferably 10 minutes to 1 hour.

また、前記プラズマ照射工程において、低圧(真空など)ではなく、大気圧近傍で、大気圧プラズマ装置(たとえば、グロー放電プラズマ装置、コロナ放電プラズマ装置、バリア放電プラズマ装置、及び、マイクロ波プラズマ装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ装置からなる群より選択される少なくとも1種の大気圧プラズマ装置)を用いて、プラズマを生成・照射することも可能である。大気圧近傍(好ましくは、大気圧)で、大気圧プラズマ装置を用いることで、低圧でのプラズマ照射工程を行う場合と比較して、製造ラインや運転コストなどの経済性においても、特に、有用である。
例えば、マイクロ波プラズマ装置を用いるマイクロ波プラズマ照射工程においては、前記プロセスチャンバー内の圧力として、特に制限はされないが、経済性の観点から、マイクロ波プラズマを用いて、大気圧近傍で実施することが、より好ましい態様となる。
具体的なマイクロ波プラズマ照射工程の条件としては、たとえば、窒素ガス、及び、少なくとも酸素ガスを含むドーパントガスを、大気圧近傍で、プロセスチャンバーに導入し、マイクロ波発生装置(周波数は1GHz〜10GHzが好ましく、より好ましくは、2GHz〜3GHz、更に好ましくは、2.3GHz〜2.6GHz)を用いて、導入ガスを振動させ、プラズマを生成させ、照射することができる。この工程を用いることにより、低圧の場合と比較して、大気圧近傍であっても、プラズマ照射を実施することができ、製造ラインや運転コストなどの経済性においても、有用である。
また、前記マイクロ波プラズマ照射工程におけるプラズマ出力としては、0.5W/cm〜2kW/cmで実施することができ、プラズマ処理する際のアルミニウム基材表面の温度としては、660℃以下(好ましくは、100℃以下、より好ましくは、20℃〜50℃)の低温雰囲気下で、かつ、大気圧近傍であっても、プラズマ照射が可能となり、一般的なプラズマ照射工程(高温雰囲気下、低圧条件)と比較して、製造ラインや運転コスト等の経済性においても、有用である。
In the plasma irradiation step, an atmospheric pressure plasma apparatus (for example, a glow discharge plasma apparatus, a corona discharge plasma apparatus, a barrier discharge plasma apparatus, and a microwave plasma apparatus, not near low pressure (such as vacuum) but near atmospheric pressure, It is also possible to generate and irradiate plasma using at least one atmospheric pressure plasma device selected from the group consisting of electron cyclotron resonance plasma devices. Use of an atmospheric pressure plasma device in the vicinity of atmospheric pressure (preferably atmospheric pressure) makes it particularly useful in terms of economics such as production lines and operating costs as compared with the case of performing a plasma irradiation process at low pressure. It is.
For example, in the microwave plasma irradiation process using a microwave plasma apparatus, the pressure in the process chamber is not particularly limited, but from the viewpoint of economy, it is performed near atmospheric pressure using microwave plasma. However, this is a more preferable embodiment.
As specific conditions for the microwave plasma irradiation process, for example, a nitrogen gas and a dopant gas containing at least oxygen gas are introduced into the process chamber near atmospheric pressure, and a microwave generator (frequency is 1 GHz to 10 GHz). And more preferably 2 GHz to 3 GHz, and still more preferably 2.3 GHz to 2.6 GHz), the introduced gas can be vibrated, plasma can be generated, and irradiation can be performed. By using this process, plasma irradiation can be performed even in the vicinity of atmospheric pressure as compared with the case of low pressure, which is useful in terms of economics such as production lines and operation costs.
As the plasma power in the microwave plasma irradiation step can be carried out at 0.5W / cm 2 ~2kW / cm 2 , as the temperature of the aluminum substrate surface during the plasma treatment, 660 ° C. or less ( Preferably, plasma irradiation is possible even in a low temperature atmosphere of 100 ° C. or lower, more preferably 20 ° C. to 50 ° C., and near atmospheric pressure, and a general plasma irradiation process (in a high temperature atmosphere, Compared with low pressure conditions), it is also useful in terms of economics such as production lines and operating costs.

プラズマ照射時間としては、好ましくは、1秒〜10時間であり、より好ましくは、1分〜5時間であり、更に好ましくは、30秒〜3時間であり、特に好ましくは、1分〜2時間である。   The plasma irradiation time is preferably 1 second to 10 hours, more preferably 1 minute to 5 hours, still more preferably 30 seconds to 3 hours, and particularly preferably 1 minute to 2 hours. It is.

<アルミニウム基材>
前記アルミニウム基材は、特に限定されるものではないが、一般的に集電体用途で使用されるアルミニウム箔などを用いることができる。なお、アルミニウム基材の純度が低いほど、リチウムイオン二次電池や、電気二重層キャパシタの集電体として用いた場合、充放電時にアルミニウム基材の腐食量が多くなり、また、表面抵抗が増加し、電極寿命の低下や、電池特性の低下が生じる恐れがある。そのため、アルミニウム基材の純度としては、たとえば、99.0質量%以上が好ましく、より好ましくは99.5質量%以上であり、更に好ましくは99.9質量%以上である。また、アルミニウム基材とは、特に形状は制限されないが、たとえば、板状、箔状、及び、粒子状等の形状を含むものを意味する。
<Aluminum substrate>
Although the said aluminum base material is not specifically limited, The aluminum foil etc. which are generally used for an electrical power collector use can be used. In addition, the lower the purity of the aluminum base material, the more the amount of corrosion of the aluminum base material during charging / discharging when used as a current collector for a lithium ion secondary battery or electric double layer capacitor, and the surface resistance increases. In addition, the electrode life may be reduced and the battery characteristics may be deteriorated. Therefore, the purity of the aluminum base material is preferably 99.0% by mass or more, more preferably 99.5% by mass or more, and still more preferably 99.9% by mass or more. In addition, the aluminum base material is not particularly limited in shape, but for example, includes a shape including a plate shape, a foil shape, and a particle shape.

前記アルミニウム基材の厚さは、特に限定されるものではないが、5〜100μmであることが好ましく、より好ましくは、10〜50μmである。前記アルミニウム基材の厚さであれば、製造工程中において、アルミニウム基材の破断などが生じる恐れがなく、質量や製造コストの点などからも、好ましい。   Although the thickness of the said aluminum base material is not specifically limited, It is preferable that it is 5-100 micrometers, More preferably, it is 10-50 micrometers. If it is the thickness of the said aluminum base material, there is no possibility that a fracture | rupture etc. of an aluminum base material may arise in a manufacturing process, and the point of mass, manufacturing cost, etc. are preferable.

<窒化アルミニウム薄膜>
本発明の窒化アルミニウム薄膜は、少なくとも、窒素及び酸素を含有する窒化アルミニウム薄膜であって、非結晶状態であり、かつ、導電性を有することを特徴とする。本発明の窒化アルミニウム薄膜は、強酸や強アルカリ、食塩水などに侵されない優れた耐腐食性(化学的安定性)を有する不動態層である。また、前記窒化アルミニウム薄膜は、非結晶状態であるため、詳細な理由は明らかではないが、導電性を有し、更に、アルミニウム基材の表面に、不動態層として窒化アルミニウム薄膜を形成することによって、前記窒化アルミニウム薄膜の表面において、電解重合により形成される導電性高分子層との接触抵抗を著しく低減し、導電性に優れた電極材料を得ることができ、好ましい態様となる。
<Aluminum nitride thin film>
The aluminum nitride thin film of the present invention is an aluminum nitride thin film containing at least nitrogen and oxygen, and is characterized by being in an amorphous state and having conductivity. The aluminum nitride thin film of the present invention is a passive layer having excellent corrosion resistance (chemical stability) that is not affected by strong acids, strong alkalis, saline solutions and the like. Moreover, since the said aluminum nitride thin film is an amorphous state, although a detailed reason is not clear, it has electroconductivity and also forms the aluminum nitride thin film as a passive layer on the surface of an aluminum base material Thus, on the surface of the aluminum nitride thin film, the contact resistance with the conductive polymer layer formed by electrolytic polymerization can be remarkably reduced, and an electrode material excellent in conductivity can be obtained, which is a preferred embodiment.

前記窒化アルミニウム(AlN)薄膜の厚みは、5000nm以下であることが好ましく、より好ましくは、30〜1500nmであり、更に好ましくは、30〜1000nmであり、特に好ましくは、50〜600nmである。   The thickness of the aluminum nitride (AlN) thin film is preferably 5000 nm or less, more preferably 30 to 1500 nm, still more preferably 30 to 1000 nm, and particularly preferably 50 to 600 nm.

前記窒化アルミニウム(AlN)薄膜の厚みは、窒素、酸素を含むドーパントガスなどのガス体積割合や、プラズマ出力、プラズマ照射時間、アルミニウム基材とプラズマの照射口までの距離(この距離をWorking Distanceとする)などによっても、制御することが可能である。   The thickness of the aluminum nitride (AlN) thin film includes the gas volume ratio of a dopant gas including nitrogen and oxygen, the plasma output, the plasma irradiation time, and the distance between the aluminum substrate and the plasma irradiation port (this distance is referred to as Working Distance). It is also possible to control it.

前記窒化アルミニウム(AlN)薄膜の膜厚方向の抵抗としては、好ましくは、10Ω以下、より好ましくは、0.1〜10Ω、更に好ましくは、0.2〜3Ωである。前記範囲内であれば、いわゆる導電性を示し、通常の窒化アルミニウム膜のように絶縁性を示すものではないため、電極等に使用でき、好ましい態様となる。   The resistance in the film thickness direction of the aluminum nitride (AlN) thin film is preferably 10Ω or less, more preferably 0.1 to 10Ω, and still more preferably 0.2 to 3Ω. If it is in the said range, since it will show what is called electroconductivity and will not show insulation like a normal aluminum nitride film, it can be used for an electrode etc., and becomes a desirable mode.

<電極材料>
本発明の電極材料は、前記窒化アルミニウム薄膜上に導電性高分子層を有することが好ましい。前記導電性を有する窒化アルミニウム薄膜上に導電性高分子層を有することにより、窒化アルミニウム薄膜と導電性高分子層が一体化した電極材料を得ることができ、蓄電デバイスなどの電池デバイス等の集電体に使用でき、有用である。
<Electrode material>
The electrode material of the present invention preferably has a conductive polymer layer on the aluminum nitride thin film. By having a conductive polymer layer on the conductive aluminum nitride thin film, an electrode material in which the aluminum nitride thin film and the conductive polymer layer are integrated can be obtained, and battery devices such as power storage devices can be collected. It can be used for electrical objects and is useful.

<導電性高分子>
前記窒化アルミニウム薄膜上に導電性高分子層を構成する単量体(導電性高分子単量体)としては、電解重合法に用いられる電解液に含まれるものであり、電解重合法による酸化により、高分子化して導電性を示す化合物であれば、特に限定されるものではない。例えば、前記単量体としては、ピロール、チオフェン、アニリン、フェニレン等の環式化合物、及びそのアルキル基、オキシアルキル基等の誘導体が挙げられる。その中でもピロール、チオフェン、アニリン等の複素五員環式化合物及びその誘導体が好ましく、特に、ピロールやアニリン、それらの誘導体を含む導電性高分子の場合、製造が容易であり、導電性高分子として化学的に安定であるため好ましい。上記モノマーは2種以上併用することができる。
<Conductive polymer>
The monomer (conductive polymer monomer) constituting the conductive polymer layer on the aluminum nitride thin film is included in the electrolytic solution used in the electrolytic polymerization method, and is oxidized by the electrolytic polymerization method. The compound is not particularly limited as long as the compound is polymerized and exhibits conductivity. For example, examples of the monomer include cyclic compounds such as pyrrole, thiophene, aniline, and phenylene, and derivatives such as alkyl groups and oxyalkyl groups. Among them, hetero five-membered cyclic compounds such as pyrrole, thiophene and aniline and derivatives thereof are preferable, and in particular, in the case of conductive polymers containing pyrrole, aniline and derivatives thereof, the production is easy, and the conductive polymer is It is preferable because it is chemically stable. Two or more of these monomers can be used in combination.

<電解質アニオン(ドーパント)>
前記電解重合法の際に、前記単量体と共に電解液に配合される電解質アニオン(ドーパント)としては、電解重合に用いられる溶媒中で溶解する化合物であれば特に限定されるものではない。前記電解質アニオンを構成するものとしては、例えば、ハロゲン、ハロゲン酸、硝酸、硫酸、ヒ酸、アンチモン酸、ホウ酸、リン酸、カルボン酸、スルホン酸、スルホイミド、スルホメチド等の誘導体や色素化合物が挙げられる。また、前記電解質アニオンを構成するものとしては、具体的には、過塩素酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロリン酸、ヘキサフルオロヒ酸、ヘキサフルオロアンチモン酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド、ベンジルエチル-[4'-(4''-(ベンジルエチルアミノ)-ジフェニルメチレン)-2',5-シクロヘキサジエニリデン]アンモニウム-2'''、3、3'''-トリスルホン酸、3-ヒドロキシ-4-[2-スルホ-4-(4-スルホフェニルアゾ)フェニルアゾ]-2,7-ナフタレンジスルホン酸を例示することができる。これらと共に、対イオンを伴う塩としては、アルカリ金属塩、アンモニウム塩、ホスホニウム塩、イミダゾリウム塩、ヨードニウム塩等の誘導体が挙げられる。更に詳しくは、前記塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩、テトラブチルアンモニウム塩、テトラブチルホスホニウム塩、1,3-ジメチルイミダゾリウム塩、4-イソプロピル4’-メチルジフェニルヨードニウム塩を例示することができる。前記電解質アニオンを構成するものの中でも、フッ素原子を含有するもの(支持電解質)を使用することが好ましく、アルキル化されたスルホニル基を有する化合物及びその誘導体がより好ましく、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(もしくはビス(トリフルオメタンスルホニル)イミドイオン)や、中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンを含む支持電解質を用いることが更に好ましい。また、上記支持電解質は2種以上併用することができる。なお、前記支持電解質が電離することにより、前記電解質アニオンを生成することができ、前記電解質アニオンが、本発明で使用される導電性高分子層中に、ドーパントとして、作用することになる。また、前記電解質に加えて、イオン性液体等も配合することができる。
<Electrolyte anion (dopant)>
In the electrolytic polymerization method, the electrolyte anion (dopant) blended in the electrolytic solution together with the monomer is not particularly limited as long as it is a compound that dissolves in a solvent used for electrolytic polymerization. Examples of the electrolyte anion include derivatives such as halogen, halogen acid, nitric acid, sulfuric acid, arsenic acid, antimonic acid, boric acid, phosphoric acid, carboxylic acid, sulfonic acid, sulfoimide, sulfomethide, and dye compounds. It is done. Further, as the constituent of the electrolyte anion, specifically, perchloric acid, tetrafluoroboric acid, hexafluorophosphoric acid, hexafluoroarsenic acid, hexafluoroantimonic acid, trifluoroacetic acid, trifluoromethanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, tris (trifluoromethanesulfonyl) methide, benzylethyl- [4 ′-(4 ″-(benzylethylamino) -diphenylmethylene) -2 ′, 5-cyclohex Sadenylidene] ammonium-2 ′ ″, 3,3 ′ ″-trisulfonic acid, 3-hydroxy-4- [2-sulfo-4- (4-sulfophenylazo) phenylazo] -2,7-naphthalene A disulfonic acid can be illustrated. Along with these, examples of the salt with a counter ion include derivatives such as alkali metal salts, ammonium salts, phosphonium salts, imidazolium salts, and iodonium salts. More specifically, examples of the salt include lithium salt, sodium salt, tetrabutylammonium salt, tetrabutylphosphonium salt, 1,3-dimethylimidazolium salt, and 4-isopropyl 4′-methyldiphenyliodonium salt. . Among the constituents of the electrolyte anion, those containing a fluorine atom (supporting electrolyte) are preferably used, compounds having an alkylated sulfonyl group and derivatives thereof are more preferable, and trifluoromethanesulfonate ions (or bis) (Trifluoromethanesulfonyl) imide ion) or a supporting electrolyte containing an anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to the central atom is more preferred. Two or more of the supporting electrolytes can be used in combination. In addition, when the said supporting electrolyte ionizes, the said electrolyte anion can be produced | generated and the said electrolyte anion will act as a dopant in the conductive polymer layer used by this invention. In addition to the electrolyte, an ionic liquid or the like can also be blended.

前記トリフルオロメタンスルホン酸イオンは、化学式CFSO で表される化合物である。また、中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンは、ホウ素、リン、アンチモン及びヒ素等の中心原子に複数のフッ素原子が結合をした構造を有している。中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンとしては、特に限定されるものではないが、テトラフルオロホウ酸イオン(BF )、ヘキサフルオロリン酸イオン(PF )、ヘキサフルオロアンチモン酸イオン(SbF )、及びヘキサフルオロヒ酸イオン(AsF )を例示することができる。前記中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンは、1種類のアニオンを用いても良く、複数種のアニオンを同時に用いても良く、さらには、トリフルオロメタンスルホン酸イオンと複数種の中心原子に対しフッ素原子を複数含むアニオンとを同時に用いても良い。 The trifluoromethanesulfonic acid ion is a compound represented by the chemical formula CF 3 SO 3 . An anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to the central atom has a structure in which a plurality of fluorine atoms are bonded to a central atom such as boron, phosphorus, antimony and arsenic. The anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to the central atom is not particularly limited, but includes tetrafluoroborate ion (BF 4 ), hexafluorophosphate ion (PF 6 ), hexafluoroantimonate ion. (SbF 6 ) and hexafluoroarsenate ion (AsF 6 ) can be exemplified. As the anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to the central atom, one kind of anion may be used, or a plurality of kinds of anions may be used at the same time. Furthermore, a trifluoromethanesulfonate ion and a plurality of kinds of central atoms may be used. On the other hand, an anion containing a plurality of fluorine atoms may be used simultaneously.

前記電解質アニオンは、電解液中の含有量が特に限定されるものではないが、電解液中に0.1〜35質量%含まれるのが好ましく、1〜20質量%含まれるのがより好ましい。前記範囲内において、前記支持電解質を用いて電解重合を行うことにより、蓄電デバイスにおいて、容量密度に優れた導電性高分子層を得ることができる。   Although content in the electrolyte solution is not particularly limited, the electrolyte anion is preferably contained in the electrolyte solution in an amount of 0.1 to 35% by mass, and more preferably 1 to 20% by mass. Within the above range, by conducting electropolymerization using the supporting electrolyte, a conductive polymer layer having an excellent capacity density can be obtained in the electricity storage device.

<その他の添加剤>
前記電解重合法に用いられる電解液には、前記単量体や電解質アニオン(ドーパント)(もしくは支持電解質)のほかに、さらにポリエチレングリコールやポリアクリルアミド、フェノール性水酸基含有化合物、イオン性液体などのその他の添加剤を配合することができる。
<Other additives>
In addition to the monomer and electrolyte anion (dopant) (or supporting electrolyte), the electrolytic solution used in the electropolymerization method may further include polyethylene glycol, polyacrylamide, phenolic hydroxyl group-containing compounds, ionic liquids, and the like. Additives can be blended.

<電解液の溶媒>
前記電解重合時の電解液に含まれる溶媒としては、特に限定されるものではないが、例えば、前記電解重合により得られる導電性高分子を蓄電デバイスに使用する場合、その容量密度を30Ah/kg以上に容易に調整するため、前記電解質アニオン(ドーパント)(もしくは支持電解質)以外に、エーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基及びニトリル基のうち少なくとも1つ以上の結合あるいは官能基を含む有機化合物及び/またはハロゲン化炭化水素を電解液の溶媒として含むことが好ましく、更に好ましくは、エステル結合をもつ溶媒を1種類以上含むことが、有効である。これらの溶媒を2種以上併用することもできる。また、水単独での溶媒とすることも可能であり、水とその他溶媒を混合しても使用することができる。
<Solvent of electrolyte>
The solvent contained in the electrolytic solution at the time of the electrolytic polymerization is not particularly limited. For example, when the conductive polymer obtained by the electrolytic polymerization is used for an electricity storage device, the capacity density is 30 Ah / kg. In order to easily adjust as described above, in addition to the electrolyte anion (dopant) (or supporting electrolyte), at least one bond selected from ether bond, ester bond, carbonate bond, hydroxyl group, nitro group, sulfone group and nitrile group Alternatively, it is preferable to include an organic compound containing a functional group and / or a halogenated hydrocarbon as a solvent for the electrolytic solution, and it is more preferable to include one or more solvents having an ester bond. Two or more of these solvents can be used in combination. Moreover, it can also be set as the solvent by water alone, and it can be used even if it mixes water and another solvent.

前記有機化合物としては、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン(以上、エーテル結合を含む有機化合物)、γ−ブチロラクトン、酢酸エチル、酢酸nブチル、酢酸-t-ブチル、1,2−ジアセトキシエタン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸ブチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ベンジル−2−エチルへキシル(以上、エステル結合を含む有機化合物)、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート(以上、カーボネート結合を含む有機化合物)、エチレングリコール、1−ブタノール、1−ヘキサノール、シクロヘキサノール、1−オクタノール、1−デカノール、1−ドデカノール、1−オクタデカノール(以上、ヒドロキシル基を含む有機化合物)、ニトロメタン、ニトロベンゼン(以上、ニトロ基を含む有機化合物)、スルホラン、ジメチルスルホン(以上、スルホン基を含む有機化合物)、及びアセトニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリル(以上、ニトリル基を含む有機化合物)、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンを例示することができる。なお、前記有機化合物は、前記の例示以外にも、分子中にエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基及びニトリル基のうち、2つ以上の結合あるいは官能基を任意の組み合わせで含む有機化合物であってもよい。それらは、例えば、3−メトキシプロピオン酸メチル、2−フェノキシエタノールなどである。   Examples of the organic compound include 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane (an organic compound containing an ether bond), γ-butyrolactone, and ethyl acetate. Nbutyl acetate, t-butyl acetate, 1,2-diacetoxyethane, 3-methyl-2-oxazolidinone, methyl benzoate, ethyl benzoate, butyl benzoate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dibutyl phthalate , Dioctyl phthalate, benzyl-2-ethylhexyl phthalate (an organic compound including an ester bond), propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate (an organic compound including a carbonate bond) , Et Lenglycol, 1-butanol, 1-hexanol, cyclohexanol, 1-octanol, 1-decanol, 1-dodecanol, 1-octadecanol (above, organic compound containing hydroxyl group), nitromethane, nitrobenzene (above, nitro group ), Sulfolane, dimethylsulfone (above, organic compound containing sulfone group), acetonitrile, butyronitrile, benzonitrile (above, organic compound containing nitrile group), 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone Can be illustrated. In addition to the above-mentioned examples, the organic compound may have any two or more bonds or functional groups among the ether bond, ester bond, carbonate bond, hydroxyl group, nitro group, sulfone group and nitrile group in the molecule. It may be an organic compound contained in combination. They are, for example, methyl 3-methoxypropionate, 2-phenoxyethanol and the like.

また、前記ハロゲン化炭化水素としては、炭化水素中の水素が少なくとも1つ以上ハロゲン原子に置換されたもので、電解重合条件で液体として安定に存在することができるものであれば、特に限定されるものではない。前記ハロゲン化炭化水素としては、例えば、ジクロロメタン、ジクロロエタンを挙げることができる。前記ハロゲン化炭化水素は、1種類のみを前記電解液中の溶媒として用いることもできるが、2種以上併用することもできる。また、前記ハロゲン化炭化水素は、上記有機化合物と混合して用いてもよく、有機溶媒との混合溶媒を前記電解液中の溶媒として用いることもできる。   The halogenated hydrocarbon is not particularly limited as long as at least one hydrogen in the hydrocarbon is substituted with a halogen atom and can stably exist as a liquid under electrolytic polymerization conditions. It is not something. Examples of the halogenated hydrocarbon include dichloromethane and dichloroethane. Although only one kind of the halogenated hydrocarbon can be used as a solvent in the electrolyte solution, two or more kinds can be used in combination. The halogenated hydrocarbon may be used by mixing with the organic compound, or a mixed solvent with an organic solvent may be used as a solvent in the electrolytic solution.

<作用電極(集電体)>
前記導電性高分子層を得るためには、重合作用電極として、前記アルミニウム基材表面に、窒化アルミニウム薄膜を有するものを用いることができる。通常使用される窒化アルミニウム膜は絶縁性であるため、窒化アルミニウム膜を有する電極上で、電解重合により、導電性高分子層を形成した電極材料を、一次電池用電極、二次電池用電極、キャパシタ用電極、太陽電池用電極、及び、エレクトロルミネッセンス素子等に使用したい場合に、窒化アルミニウム膜が絶縁性を有すると、電解重合自体が十分に実施できない恐れがある。しかし、本発明における前記窒化アルミニウム薄膜を有する前記アルミニウム基材は、導電性を有するため、重合用作用電極として、使用が可能であり、有用である。前記重合作用電極の形状としては特に制限されなく、容易に導電性高分子層を形成できる。特に、蓄電デバイスや、その他、無機系および有機系太陽電池デバイス、トランジスターなどの電子デバイスとして使用する場合には、前記アルミニウム基材(AlやAl合金等)のように、比重の小さいものは、重合用作用電極としてだけではなく、直接、導電性高分子層を有する電極材料(集電体、集電極)に適用することができる。
<Working electrode (current collector)>
In order to obtain the conductive polymer layer, a polymerizing electrode having an aluminum nitride thin film on the surface of the aluminum substrate can be used. Since the normally used aluminum nitride film is insulative, an electrode material in which a conductive polymer layer is formed by electrolytic polymerization on an electrode having an aluminum nitride film is used as an electrode for a primary battery, an electrode for a secondary battery, If the aluminum nitride film is insulative when it is desired to be used for a capacitor electrode, a solar cell electrode, an electroluminescence element, or the like, there is a possibility that the electropolymerization itself cannot be carried out sufficiently. However, since the aluminum base material having the aluminum nitride thin film in the present invention has conductivity, it can be used as a working electrode for polymerization and is useful. The shape of the polymerization working electrode is not particularly limited, and a conductive polymer layer can be easily formed. In particular, when used as an electrical storage device, and other electronic devices such as inorganic and organic solar cell devices and transistors, those having a low specific gravity, such as the aluminum substrate (Al, Al alloy, etc.) The present invention can be applied not only as a working electrode for polymerization but also directly to an electrode material (current collector, collector electrode) having a conductive polymer layer.

<電解重合条件>
前記導電性高分子層は、導電性高分子単量体を公知の電解重合法を用いることにより得ることができ、定電位法、定電流法及び電気掃引法のいずれをも用いることができる。例えば、前記電解重合法の条件としては、電流密度0.01〜20mA/cm2、重合時間0.4〜100時間、反応温度−70〜80℃で行うことができ、良好な膜質の導電性高分子を得るために、電流密度0.1〜5mA/cm、重合時間1〜20時間、反応温度−40〜40℃の条件下で行うことが好ましく、反応温度が−30〜30℃の条件であることがより好ましい。
<Electropolymerization conditions>
The conductive polymer layer can be obtained by using a known electropolymerization method of a conductive polymer monomer, and any of a constant potential method, a constant current method, and an electric sweep method can be used. For example, the conditions for the electrolytic polymerization method include a current density of 0.01 to 20 mA / cm 2 , a polymerization time of 0.4 to 100 hours, a reaction temperature of −70 to 80 ° C., and good film quality conductivity. In order to obtain a polymer, it is preferably carried out under conditions of a current density of 0.1 to 5 mA / cm 2 , a polymerization time of 1 to 20 hours, a reaction temperature of −40 to 40 ° C., and a reaction temperature of −30 to 30 ° C. It is more preferable that the conditions are satisfied.

<蓄電デバイス>
本発明の前記窒化アルミニウム薄膜上に導電性高分子層を有する電極材料は、蓄電デバイスに使用することができる。前記蓄電デバイスには、電極を構成する集電体などや、前記電極を正極または負極の電極自体のいずれか一方に用いることができ、前記電極を正極に用いることが好ましく、前記電極を負極及び正極に用いることがより好ましい。前記電極を正極に用いた場合には、前記蓄電デバイスは、リチウムイオン電池、リチウム電池、レドックスキャパシタ、電気二重層キャパシタ等となるため、高い容量密度を得ることができる。
<Power storage device>
The electrode material having a conductive polymer layer on the aluminum nitride thin film of the present invention can be used for an electricity storage device. In the electricity storage device, a current collector constituting an electrode, the electrode can be used as either a positive electrode or a negative electrode itself, the electrode is preferably used as a positive electrode, and the electrode is used as a negative electrode and More preferably, it is used for the positive electrode. When the electrode is used as a positive electrode, the power storage device is a lithium ion battery, a lithium battery, a redox capacitor, an electric double layer capacitor, or the like, so that a high capacity density can be obtained.

前記蓄電デバイスは、電解質を含むことになるが、前記電解質は、公知の電解質を使用することができ、前記電解重合時に使用する電解質アニオン(ドーパント)として機能し得るアニオンを含むものであれば、特に限定されるものではなく、前記電解重合時に使用する電解液を用いることができる。前記電解液に含まれる溶媒は、特に限定されるものではなく、水、もしくは極性有機溶媒を用いることができる。前記極性有機溶媒は、化学的に安定であり、電気化学反応の反応場として用いることができるものであれば、特に限定されるものではなく、前記電解重合時に使用する電解液の溶媒などを例示することができる。前記極性有機溶媒としては、電解液のイオン伝導度が大きいために、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトンが好ましい。なお、前記集電体に使用する金属種等に合わせて、使用する溶媒を選択する。   The electricity storage device will contain an electrolyte, and the electrolyte can be a known electrolyte, and if it contains an anion that can function as an electrolyte anion (dopant) used during the electrolytic polymerization, There is no particular limitation, and an electrolytic solution used during the electrolytic polymerization can be used. The solvent contained in the electrolytic solution is not particularly limited, and water or a polar organic solvent can be used. The polar organic solvent is not particularly limited as long as it is chemically stable and can be used as a reaction field for an electrochemical reaction. Examples thereof include a solvent for an electrolytic solution used during the electrolytic polymerization. can do. As the polar organic solvent, propylene carbonate and γ-butyrolactone are preferable because the ionic conductivity of the electrolytic solution is large. The solvent to be used is selected according to the metal species used for the current collector.

以下に、本発明の実施例等を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Examples of the present invention are shown below, but the present invention is not limited to these.

(実施例1)
(1)アルミニウム基材(JIS合金識別名:A1N30H、アルミニウム含量:99.3質量%、厚さ:30μm)を5質量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液に2分間浸漬し、前記アルミニウム基材表面に形成された酸化被膜(不動態)を除去した。
(2)窒素、及び、ドーパントガス(酸素ガス:21vol%、二酸化炭素ガス:0.04vol%)の混合ガス (窒素:ドーパントガス(混合比)=3.7:1)(窒素:酸素=1:0.27)を、プロセスチャンバーに導入し、プラズマ出力を制御して、プラズマを生成した。
(3)前記アルミニウム基材上に、温度25℃、圧力2Pa雰囲気下で、前記プラズマ(アルミニウム基材とプラズマ照射口までの距離:26mm)をプラズマ出力3W/cmで、30分間照射し、前記アルミニウム基材上に、厚み140nmの窒化アルミニウム薄膜を形成し、重合作用電極とした。
(4)続いて、重合溶媒として、水を用いて、モノマーであるアニリン(和光純薬工業社製)0.5mol/L、支持電解質として、硫酸(和光純薬社製)1.0mol/Lを溶解し、重合電解液とした。
(5)前記重合作用電極(集電体)、及び、対極として、金属板(例えば、ニッケル板。以下同様。)を組み合わせて、重合セルを作製し、ここに前記重合電解液を満たして、前記重合作用電極上に、電流密度4mA/cm、25℃で、電解重合して、ポリアニリン膜(膜厚:190μm)を成膜した。
(6)得られたポリアニリン膜を有する重合作用電極(窒化アルミニウム薄膜を有するアルミニウム基材)を水洗し、ポリアニリン膜、及び、窒化アルミニウム薄膜を有するアルミニウム基材から形成される電極材料を作製した。
(Example 1)
(1) An aluminum substrate (JIS alloy identification name: A1N30H, aluminum content: 99.3% by mass, thickness: 30 μm) is immersed in a 5% by mass sodium hydroxide aqueous solution for 2 minutes, The formed oxide film (passive) was removed.
(2) Mixed gas of nitrogen and dopant gas (oxygen gas: 21 vol%, carbon dioxide gas: 0.04 vol%) (nitrogen: dopant gas (mixing ratio) = 3.7: 1) (nitrogen: oxygen = 1) : 0.27) was introduced into the process chamber and the plasma output was controlled to generate plasma.
(3) Irradiating the plasma (distance between the aluminum substrate and the plasma irradiation port: 26 mm) at a plasma output of 3 W / cm 2 for 30 minutes on the aluminum substrate at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 2 Pa. An aluminum nitride thin film having a thickness of 140 nm was formed on the aluminum base material to obtain a polymerization working electrode.
(4) Subsequently, water is used as a polymerization solvent, aniline (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a monomer is 0.5 mol / L, and sulfuric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is 1.0 mol / L as a supporting electrolyte. Was dissolved to obtain a polymerization electrolyte.
(5) As a polymerization electrode (current collector) and a counter electrode, a metal plate (for example, a nickel plate; the same applies hereinafter) is combined to prepare a polymerization cell, and the polymerization electrolyte is filled therein, On the polymerization working electrode, a polyaniline film (film thickness: 190 μm) was formed by electrolytic polymerization at a current density of 4 mA / cm 2 and 25 ° C.
(6) The obtained polymerization working electrode (aluminum substrate having an aluminum nitride thin film) having a polyaniline film was washed with water to produce an electrode material formed from the polyaniline film and an aluminum substrate having an aluminum nitride thin film.

(実施例2)
(1)アルミニウム基材(株式会社ニラコ社製、製品名:純アルミニウムシート、アルミニウム含量:99.99質量%、厚さ:500μm)を5質量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液に2分間浸漬し、前記アルミニウム基材表面に形成された酸化被膜(不動態)を除去した。
(2)窒素、及び、ドーパントガス(酸素ガス:21vol%、二酸化炭素ガス:0.04vol%)の混合ガス (窒素:ドーパントガス(混合比)=3.7:1)(窒素:酸素=1:0.27)を、プロセスチャンバーに導入し、プラズマ出力を制御してプラズマを生成する。
(3)前記アルミニウム基材上に、温度25℃、圧力2Pa雰囲気下で、前記プラズマ(アルミニウム基材とプラズマ照射口までの距離:26mm)をプラズマ出力3W/cmで、30分間照射し、前記アルミニウム基材上に、厚み140nmの窒化アルミニウム薄膜を形成し、重合作用電極とした。
(4)続いて、重合溶媒として、水を用いて、モノマーであるアニリン(和光純薬工業社製)0.5mol/L、支持電解質として、硫酸(和光純薬社製)1.0mol/Lを溶解し、重合電解液とした。
(5)前記重合作用電極(集電体)、及び、対極として、金属板を組み合わせて、重合セルを作製し、ここに前記重合電解液を満たして、前記重合作用電極上に、電流密度4mA/cm、25℃で、電解重合して、ポリアニリン膜(膜厚:190μm)を成膜した。
(6)得られたポリアニリン膜を有する重合作用電極(窒化アルミニウム薄膜を有するアルミニウム基材)を水洗し、ポリアニリン膜、及び、窒化アルミニウム薄膜を有するアルミニウム基材から形成される電極材料を作製した。
(Example 2)
(1) An aluminum base material (manufactured by Niraco Co., Ltd., product name: pure aluminum sheet, aluminum content: 99.99% by mass, thickness: 500 μm) is immersed in an aqueous 5% by weight sodium hydroxide solution for 2 minutes, The oxide film (passive) formed on the aluminum substrate surface was removed.
(2) Mixed gas of nitrogen and dopant gas (oxygen gas: 21 vol%, carbon dioxide gas: 0.04 vol%) (nitrogen: dopant gas (mixing ratio) = 3.7: 1) (nitrogen: oxygen = 1) : 0.27) is introduced into the process chamber, and the plasma output is controlled to generate plasma.
(3) Irradiating the plasma (distance between the aluminum substrate and the plasma irradiation port: 26 mm) at a plasma output of 3 W / cm 2 for 30 minutes on the aluminum substrate at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 2 Pa. An aluminum nitride thin film having a thickness of 140 nm was formed on the aluminum base material to obtain a polymerization working electrode.
(4) Subsequently, water is used as a polymerization solvent, aniline (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a monomer is 0.5 mol / L, and sulfuric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is 1.0 mol / L as a supporting electrolyte. Was dissolved to obtain a polymerization electrolyte.
(5) A polymerization cell is prepared by combining a metal plate as the polymerization working electrode (current collector) and a counter electrode, and the polymerization electrolyte is filled therein, and a current density of 4 mA is formed on the polymerization working electrode. / in cm 2, 25 ° C., electrolytic polymerization to, polyaniline film (thickness: 190 .mu.m) was formed.
(6) The obtained polymerization working electrode (aluminum substrate having an aluminum nitride thin film) having a polyaniline film was washed with water to produce an electrode material formed from the polyaniline film and an aluminum substrate having an aluminum nitride thin film.

(実施例3)
(1)アルミニウム基材(大和物産株式会社製、製品名:アルミホイル、厚さ:12μm)を5質量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液に2分間浸漬し、前記アルミニウム基材表面に形成された酸化被膜(不動態)を除去した。
(2)窒素、及び、ドーパントガス(酸素ガス:21vol%、二酸化炭素ガス:0.04vol%)の混合ガス (窒素:ドーパントガス(混合比)=3.7:1)(窒素:酸素=1:0.27)を、プロセスチャンバーに導入し、プラズマ出力を制御して、プラズマを生成した。
(3)前記アルミニウム基材上に、温度25℃、圧力2Pa雰囲気下で、前記プラズマ(アルミニウム基材とプラズマ照射口までの距離:26mm)をプラズマ出力3W/cmで、30分間照射し、前記アルミニウム基材上に、厚み140nmの窒化アルミニウム薄膜を形成し、重合作用電極とした。
(4)続いて、重合溶媒として、水を用いて、モノマーであるアニリン(和光純薬工業社製)0.5mol/L、支持電解質として、硫酸(和光純薬社製)1.0mol/Lを溶解し、重合電解液とした。
(5)前記重合作用電極(集電体)、及び、対極として、金属板を組み合わせて、重合セルを作製し、ここに前記重合電解液を満たして、前記重合作用電極上に、電流密度4mA/cm、25℃で、電解重合して、ポリアニリン膜(膜厚:190μm)を成膜した。
(6)得られたポリアニリン膜を有する重合作用電極(窒化アルミニウム薄膜を有するアルミニウム基材)を水洗し、ポリアニリン膜、及び、窒化アルミニウム薄膜を有するアルミニウム基材から形成される電極材料を作製した。
(Example 3)
(1) An aluminum substrate (manufactured by Daiwa Bussan Co., Ltd., product name: aluminum foil, thickness: 12 μm) is immersed in a 5% by weight aqueous sodium hydroxide solution for 2 minutes, and an oxidation formed on the surface of the aluminum substrate. The coating (passive) was removed.
(2) Mixed gas of nitrogen and dopant gas (oxygen gas: 21 vol%, carbon dioxide gas: 0.04 vol%) (nitrogen: dopant gas (mixing ratio) = 3.7: 1) (nitrogen: oxygen = 1) : 0.27) was introduced into the process chamber and the plasma output was controlled to generate plasma.
(3) Irradiating the plasma (distance between the aluminum substrate and the plasma irradiation port: 26 mm) at a plasma output of 3 W / cm 2 for 30 minutes on the aluminum substrate at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 2 Pa. An aluminum nitride thin film having a thickness of 140 nm was formed on the aluminum base material to obtain a polymerization working electrode.
(4) Subsequently, water is used as a polymerization solvent, aniline (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a monomer is 0.5 mol / L, and sulfuric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is 1.0 mol / L as a supporting electrolyte. Was dissolved to obtain a polymerization electrolyte.
(5) A polymerization cell is prepared by combining a metal plate as the polymerization working electrode (current collector) and a counter electrode, and the polymerization electrolyte is filled therein, and a current density of 4 mA is formed on the polymerization working electrode. / in cm 2, 25 ° C., electrolytic polymerization to, polyaniline film (thickness: 190 .mu.m) was formed.
(6) The obtained polymerization working electrode (aluminum substrate having an aluminum nitride thin film) having a polyaniline film was washed with water to produce an electrode material formed from the polyaniline film and an aluminum substrate having an aluminum nitride thin film.

(実施例4)
(1)アルミニウム基材(JIS合金識別名:A1N30H、アルミニウム含量:99.3質量%、厚さ:30μm)を5質量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液に2分間浸漬し、前記アルミニウム基材表面に形成された酸化被膜(不動態)を除去した。
(2)窒素、及び、ドーパントガス(酸素ガス:21vol%、二酸化炭素ガス:0.04vol%)の混合ガス (窒素:ドーパントガス(混合比)=3.7:1)(窒素:酸素=1:0.27)を、プロセスチャンバーに導入し、プラズマ出力を制御して、プラズマを生成した。
(3)前記アルミニウム基材上に、温度25℃、圧力2Pa雰囲気下で、前記プラズマ(アルミニウム基材とプラズマ照射口までの距離:26mm)をプラズマ出力2W/cmで、30分間照射し、前記アルミニウム基材上に、厚み110nmの窒化アルミニウム薄膜を形成し、重合作用電極とした。
(4)続いて、重合溶媒として、水を用いて、モノマーであるアニリン(和光純薬工業社製)0.5mol/L、支持電解質として、硫酸(和光純薬工業社製)1.0mol/Lを溶解し、重合電解液とした。
(5)前記重合作用電極(集電体)、及び、対極として、金属板を組み合わせて、重合セルを作製し、ここに前記重合電解液を満たして、前記重合作用電極上に、電流密度4mA/cm25℃で、電解重合して、ポリアニリン膜(膜厚:190μm)を成膜した。
(6)得られたポリアニリン膜を有する重合作用電極(窒化アルミニウム薄膜を有するアルミニウム基材)を水洗し、ポリアニリン膜、及び、窒化アルミニウム薄膜を有するアルミニウム基材から形成される電極材料を作製した。
Example 4
(1) An aluminum substrate (JIS alloy identification name: A1N30H, aluminum content: 99.3% by mass, thickness: 30 μm) is immersed in a 5% by mass sodium hydroxide aqueous solution for 2 minutes, The formed oxide film (passive) was removed.
(2) Mixed gas of nitrogen and dopant gas (oxygen gas: 21 vol%, carbon dioxide gas: 0.04 vol%) (nitrogen: dopant gas (mixing ratio) = 3.7: 1) (nitrogen: oxygen = 1) : 0.27) was introduced into the process chamber and the plasma output was controlled to generate plasma.
(3) Irradiation of the plasma (distance between the aluminum base and the plasma irradiation port: 26 mm) at a plasma output of 2 W / cm 2 for 30 minutes on the aluminum base at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 2 Pa. An aluminum nitride thin film having a thickness of 110 nm was formed on the aluminum base material to obtain a polymerization working electrode.
(4) Subsequently, water is used as a polymerization solvent, aniline (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) as a monomer is 0.5 mol / L, and sulfuric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) is 1.0 mol / L as a supporting electrolyte. L was dissolved to obtain a polymerization electrolyte.
(5) A polymerization cell is prepared by combining a metal plate as the polymerization working electrode (current collector) and a counter electrode, and the polymerization electrolyte is filled therein, and a current density of 4 mA is formed on the polymerization working electrode. Electrolytic polymerization was performed at 25 ° C./cm 2 to form a polyaniline film (film thickness: 190 μm).
(6) The obtained polymerization working electrode (aluminum substrate having an aluminum nitride thin film) having a polyaniline film was washed with water to produce an electrode material formed from the polyaniline film and an aluminum substrate having an aluminum nitride thin film.

(実施例5)
(1)アルミニウム基材(JIS合金識別名:A1N30H、アルミニウム含量:99.3質量%、厚さ:30μm)を5質量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液に2分間浸漬し、前記アルミニウム基材表面に形成された酸化被膜(不動態)を除去した。
(2)窒素、及び、ドーパントガス(酸素ガス:21vol%、二酸化炭素ガス:0.04vol%)の混合ガス (窒素:ドーパントガス(混合比)=3.7:1)(窒素:酸素=1:0.27)を、プロセスチャンバーに導入し、プラズマ出力を制御して、プラズマを生成した。
(3)前記アルミニウム基材上に、温度25℃、圧力2Pa雰囲気下で、前記プラズマ(アルミニウム基材とプラズマ照射口までの距離:26mm)をプラズマ出力4W/cmで、30分間照射し、前記アルミニウム基材上に、厚み260nmの窒化アルミニウム薄膜を形成し、重合作用電極とした。
(4)続いて、重合溶媒として、水を用いて、モノマーであるアニリン(和光純薬工業社製)0.5mol/L、支持電解質として、硫酸(和光純薬工業社製)1.0mol/Lを溶解し、重合電解液とした。
(5)前記重合作用電極(集電体)、及び、対極として、金属板を組み合わせて、重合セルを作製し、ここに前記重合電解液を満たして、前記重合作用電極上に、電流密度4mA/cm、25℃で、電解重合して、ポリアニリン膜(膜厚:190μm)を成膜した。
(6)得られたポリアニリン膜を有する重合作用電極(窒化アルミニウム薄膜を有するアルミニウム基材)を水洗し、ポリアニリン膜、及び、窒化アルミニウム薄膜を有するアルミニウム基材から形成される電極材料を作製した。
(Example 5)
(1) An aluminum substrate (JIS alloy identification name: A1N30H, aluminum content: 99.3% by mass, thickness: 30 μm) is immersed in a 5% by mass sodium hydroxide aqueous solution for 2 minutes, The formed oxide film (passive) was removed.
(2) Mixed gas of nitrogen and dopant gas (oxygen gas: 21 vol%, carbon dioxide gas: 0.04 vol%) (nitrogen: dopant gas (mixing ratio) = 3.7: 1) (nitrogen: oxygen = 1) : 0.27) was introduced into the process chamber and the plasma output was controlled to generate plasma.
(3) Irradiation of the plasma (distance between the aluminum substrate and the plasma irradiation port: 26 mm) at a plasma output of 4 W / cm 2 for 30 minutes on the aluminum substrate at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 2 Pa. An aluminum nitride thin film having a thickness of 260 nm was formed on the aluminum base material to obtain a polymerization working electrode.
(4) Subsequently, water is used as a polymerization solvent, aniline (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) as a monomer is 0.5 mol / L, and sulfuric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) is 1.0 mol / L as a supporting electrolyte. L was dissolved to obtain a polymerization electrolyte.
(5) A polymerization cell is prepared by combining a metal plate as the polymerization working electrode (current collector) and a counter electrode, and the polymerization electrolyte is filled therein, and a current density of 4 mA is formed on the polymerization working electrode. / in cm 2, 25 ° C., electrolytic polymerization to, polyaniline film (thickness: 190 .mu.m) was formed.
(6) The obtained polymerization working electrode (aluminum substrate having an aluminum nitride thin film) having a polyaniline film was washed with water to produce an electrode material formed from the polyaniline film and an aluminum substrate having an aluminum nitride thin film.

(実施例6)
(1)アルミニウム基材(JIS合金識別名:A1N30H、アルミニウム含量:99.3質量%、厚さ:30μm)を5質量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液に2分間浸漬し、前記アルミニウム基材表面に形成された酸化被膜(不動態)を除去した。
(2)窒素、及び、ドーパントガス(酸素ガス:21vol%、二酸化炭素ガス:0.04vol%)の混合ガス (窒素:ドーパントガス(混合比)=3.7:1)(窒素:酸素=1:0.27)を、アルミニウム基材上に導入し、プラズマ出力を制御して、プラズマを生成した。
(3)前記アルミニウム基材上に、温度25℃、大気圧雰囲気下で、前記プラズマ(アルミニウム基材とプラズマ照射口までの距離:3mm)をプラズマ出力213W/cmで、i)2分、ii)5分、iii)10分、及び、iv)30分のプラズマ照射時間で照射し、前記アルミニウム基材上に窒化アルミニウム薄膜を形成した(窒化アルミニウム薄膜の膜厚については、表1中のi)〜iv)を参照)。
また、大気圧雰囲気下でのプラズマ照射時間と窒化アルミニウム薄膜の膜厚と関係を図7に示した。なお、図7中のプラズマ照射時間は、2分、5分、10分、及び、30分の場合をプロットした。
図7の結果より、プラズマ照射時間により、形成した窒化アルミニウム薄膜の膜厚を制御できることが確認できた。
また、大気圧雰囲気下でのプラズマ照射時間と膜厚方向の抵抗との関係を図8に示した。なお、図8中のプラズマ照射時間は、0分、2分、5分、10分、及び、30分の場合をプロットした。
図8の結果より、プラズマ照射時間により膜厚方向の抵抗を制御できることが確認できた。
(Example 6)
(1) An aluminum substrate (JIS alloy identification name: A1N30H, aluminum content: 99.3% by mass, thickness: 30 μm) is immersed in a 5% by mass sodium hydroxide aqueous solution for 2 minutes, The formed oxide film (passive) was removed.
(2) Mixed gas of nitrogen and dopant gas (oxygen gas: 21 vol%, carbon dioxide gas: 0.04 vol%) (nitrogen: dopant gas (mixing ratio) = 3.7: 1) (nitrogen: oxygen = 1) : 0.27) was introduced onto the aluminum substrate, and the plasma output was controlled to generate plasma.
(3) On the aluminum substrate, the plasma (distance between the aluminum substrate and the plasma irradiation port: 3 mm) at a temperature of 25 ° C. and atmospheric pressure, with a plasma output of 213 W / cm 2 , i) 2 minutes, ii) Irradiated with a plasma irradiation time of 5 minutes, iii) 10 minutes, and iv) 30 minutes to form an aluminum nitride thin film on the aluminum substrate (for the film thickness of the aluminum nitride thin film in Table 1) i) to iv)).
FIG. 7 shows the relationship between the plasma irradiation time in the atmospheric pressure atmosphere and the film thickness of the aluminum nitride thin film. In addition, the plasma irradiation time in FIG. 7 plotted the case of 2 minutes, 5 minutes, 10 minutes, and 30 minutes.
From the result of FIG. 7, it was confirmed that the film thickness of the formed aluminum nitride thin film can be controlled by the plasma irradiation time.
FIG. 8 shows the relationship between the plasma irradiation time under atmospheric pressure and the resistance in the film thickness direction. In addition, the plasma irradiation time in FIG. 8 plotted the case of 0 minute, 2 minutes, 5 minutes, 10 minutes, and 30 minutes.
From the result of FIG. 8, it was confirmed that the resistance in the film thickness direction can be controlled by the plasma irradiation time.

(実施例7)
実施例4の(1)〜(3)において、(3)前記アルミニウム基材上に、温度25℃、圧力0.2Pa雰囲気下で、前記プラズマ(アルミニウム基材とプラズマ照射口までの距離:26mm)をプラズマ出力2W/cmで、30分のプラズマ照射時間で照射し、前記アルミニウム基材上に窒化アルミニウム薄膜(膜厚:110nm)を形成した以外は、実施例4と同様の方法にて、アルミニウム基材上に、窒化アルミニウム薄膜を形成した。なお、実施例4の(4)〜(6)は実施しなかった。つまり、ポリアニリン膜の形成は行わなかった。
薄膜X線回折測定により、図9の結果において、アルミニウム基材の回折ピークは確認されたが、窒化アルミニウム薄膜に基づく回折ピークは認められず、つまり、結晶構造を形成していないことが確認され、非結晶構造を形成していることが確認できた。
(Example 7)
In (1) to (3) of Example 4, (3) the plasma (distance between the aluminum substrate and the plasma irradiation port: 26 mm on the aluminum substrate in an atmosphere at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 0.2 Pa. ) With a plasma output of 2 W / cm 2 and a plasma irradiation time of 30 minutes to form an aluminum nitride thin film (film thickness: 110 nm) on the aluminum base material. An aluminum nitride thin film was formed on the aluminum substrate. In addition, (4)-(6) of Example 4 was not implemented. That is, the polyaniline film was not formed.
The thin film X-ray diffraction measurement confirmed the diffraction peak of the aluminum substrate in the result of FIG. 9, but did not recognize the diffraction peak based on the aluminum nitride thin film, that is, it did not form a crystal structure. It was confirmed that an amorphous structure was formed.

(実施例8)
実施例6の(1)〜(3)において、(3)前記アルミニウム基材上に、温度25℃、大気圧雰囲気下で、前記プラズマ(アルミニウム基材とプラズマ照射口までの距離:3mm)をプラズマ出力1.2kW/cmで、10分のプラズマ照射時間で照射し、前記アルミニウム基材上に窒化アルミニウム薄膜(膜厚:1910nm)を形成した以外は、実施例6と同様の方法にて、アルミニウム基材上に、窒化アルミニウム薄膜を形成した。
薄膜X線回折測定により、図10の結果において、アルミニウム基材の回折ピークは確認されたが、窒化アルミニウム薄膜に基づく回折ピークは認められず、つまり、結晶構造を形成していないことが確認され、非結晶構造を形成していることが確認できた。
(Example 8)
In (1) to (3) of Example 6, (3) the plasma (distance between the aluminum substrate and the plasma irradiation port: 3 mm) on the aluminum substrate at a temperature of 25 ° C. and an atmospheric pressure atmosphere. A method similar to that in Example 6 was used except that an aluminum nitride thin film (film thickness: 1910 nm) was formed on the aluminum substrate by irradiating with a plasma output of 1.2 kW / cm 2 and a plasma irradiation time of 10 minutes. An aluminum nitride thin film was formed on the aluminum substrate.
The thin film X-ray diffraction measurement confirmed the diffraction peak of the aluminum base material in the results of FIG. 10, but no diffraction peak based on the aluminum nitride thin film was observed, that is, no crystal structure was formed. It was confirmed that an amorphous structure was formed.

(実施例9)
実施例7と同様の方法にて、アルミニウム基材上に、窒化アルミニウム薄膜を形成した。
X線光電子分光法によるアルミニウム基材上の窒素分析の評価により、図11の結果において、アルミニウム基材表面に存在する窒化アルミニウム薄膜(層)に由来するN1sピーク((c):Al−N)、及び、N1sピーク((d):Al−N−O)が確認できた。
Example 9
In the same manner as in Example 7, an aluminum nitride thin film was formed on the aluminum substrate.
According to the evaluation of nitrogen analysis on the aluminum substrate by X-ray photoelectron spectroscopy, in the result of FIG. 11, the N1s peak derived from the aluminum nitride thin film (layer) existing on the aluminum substrate surface ((c): Al—N) N1s peak ((d): Al—N—O) was confirmed.

(実施例10)
実施例8と同様の方法にて、アルミニウム基材上に、窒化アルミニウム薄膜を形成した。
X線光電子分光法によるアルミニウム基材上の窒素分析の評価により、図12の結果において、アルミニウム基材表面に存在する窒化アルミニウム薄膜(層)に由来する大きなN1sピーク((c):Al−N)、及び、N1sピーク((d):Al−N−O)が確認できた。特に、大気圧雰囲気下でプラズマ処理(大気圧マイクロ波プラズマ処理)を行うことにより、詳細は明らかではないが、窒素ラジカルの生成量が多くなり、真空度0.2Paの実施例9に比べて、アルミニウム基材表面の窒化領域が大きいことが確認できた。
(Example 10)
In the same manner as in Example 8, an aluminum nitride thin film was formed on an aluminum substrate.
According to the evaluation of nitrogen analysis on the aluminum substrate by X-ray photoelectron spectroscopy, in the result of FIG. 12, a large N1s peak ((c): Al—N) derived from the aluminum nitride thin film (layer) existing on the aluminum substrate surface. ) And N1s peak ((d): Al—N—O) were confirmed. In particular, by performing plasma treatment (atmospheric pressure microwave plasma treatment) in an atmospheric pressure atmosphere, the details are not clear, but the amount of nitrogen radicals generated is increased, compared with Example 9 having a degree of vacuum of 0.2 Pa. It was confirmed that the nitrided area on the surface of the aluminum substrate was large.

(実施例11)
実施例8において、アルミニウム基材温度を25℃だけでなく、100℃、200℃、300℃、470℃と変化させた以外は、実施例8と同様の方法にて、アルミニウム基材上に、窒化アルミニウム薄膜を形成したサンプルを調製した。
これらサンプルについて、膜厚方向(両端間)の抵抗評価により、図13において、アルミニウム基材の温度を低温(25℃)から高温(470℃)まで変化させた場合に、徐々に膜厚方向(両端間)の抵抗値が低下することが確認できた。これは、高温になることにより、アルミニウム基材中のアニオン元素の欠落濃度が上昇したことによるものと推測される。
(Example 11)
In Example 8, except that the aluminum base material temperature was changed not only to 25 ° C but also 100 ° C, 200 ° C, 300 ° C, and 470 ° C, in the same manner as in Example 8, on the aluminum base material, A sample on which an aluminum nitride thin film was formed was prepared.
About these samples, when the temperature of the aluminum base material was changed from a low temperature (25 ° C.) to a high temperature (470 ° C.) in FIG. It was confirmed that the resistance value between both ends was lowered. This is presumed to be due to an increase in the missing concentration of the anionic element in the aluminum substrate due to the high temperature.

(実施例12)
実施例8において、アルミニウム基材温度を25℃だけでなく、100℃、200℃、300℃、470℃と変化させた以外は、実施例8と同様の方法にて、アルミニウム基材上に、窒化アルミニウム薄膜を形成したサンプルを調製した。
これらサンプルについて、窒化アルミニウム薄膜の厚みを測定したところ、図14において、低温域(25〜100℃付近)において、窒化アルミニウム薄膜の厚みの大きな増大は認められなかったが、高温域(およそ100℃以上)では、窒化アルミニウム薄膜の厚みの増大が認められた。これは、窒素ラジカルとアルミニウムの反応速度の増加に基づくものと推測される。
(Example 12)
In Example 8, except that the aluminum base material temperature was changed not only to 25 ° C but also 100 ° C, 200 ° C, 300 ° C, and 470 ° C, in the same manner as in Example 8, on the aluminum base material, A sample on which an aluminum nitride thin film was formed was prepared.
When the thickness of the aluminum nitride thin film was measured for these samples, no significant increase in the thickness of the aluminum nitride thin film was observed in the low temperature region (around 25-100 ° C.) in FIG. 14, but the high temperature region (approximately 100 ° C.). In the above, an increase in the thickness of the aluminum nitride thin film was observed. This is presumed to be based on an increase in the reaction rate between the nitrogen radical and aluminum.

(評価方法)
<窒化アルミニウム薄膜の厚みに関連する評価>
(1)窒化アルミニウム薄膜の厚み測定
実施例で得られた窒化アルミニウム薄膜の膜厚は、紫外可視分光光度計(V−660紫外可視分光光度計、反射測定ユニット、JASCO社製)を用いて測定した反射スペクトルを測定し、窒化アルミニウムの屈折率により、膜厚を測定した(表1参照)。
(Evaluation method)
<Evaluation related to the thickness of the aluminum nitride thin film>
(1) Thickness measurement of aluminum nitride thin film The film thickness of the aluminum nitride thin film obtained in the examples was measured using a UV-visible spectrophotometer (V-660 UV-visible spectrophotometer, reflection measurement unit, manufactured by JASCO). The reflection spectrum was measured, and the film thickness was measured by the refractive index of aluminum nitride (see Table 1).

(2)プラズマ出力における窒化アルミニウム薄膜の膜厚への影響
上記(1)と同様に、プラズマ照射(Working Distanceを全て26mm一定)により得られた窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材の膜厚は、紫外可視分光光度計(V−660紫外可視分光光度計、反射測定ユニット、JASCO社製)を用いて、測定および評価を行った。その結果を図2に示した。
なお、図2(グラフ)において、プラズマ出力が3W/cm(実施例1〜3)、2W/cm(実施例4)、4W/cm(実施例5)についてプロットし、更に、プラズマ出力に対する窒化アルミニウム薄膜の膜厚への影響を確認するため、その他のプラズマ出力に対する窒化アルミニウム薄膜の膜厚もプロットした。
図2の結果より、プラズマ出力による窒化アルミニウム薄膜の膜厚への影響として、プラズマ出力の増加と共に、窒化アルミニウム薄膜の膜厚が増加した。この結果から容易にプラズマ出力を制御することにより、窒化アルミニウム薄膜の膜厚を制御できることが確認できた。
(2) Influence of Plasma Output on Aluminum Nitride Thin Film Thickness Similar to (1) above, the film thickness of the aluminum nitride thin film / aluminum substrate obtained by plasma irradiation (working distance is all 26 mm constant) is UV Measurement and evaluation were performed using a visible spectrophotometer (V-660 UV-visible spectrophotometer, reflection measurement unit, manufactured by JASCO). The results are shown in FIG.
In FIG. 2 (graph), the plasma output is plotted for 3 W / cm 2 (Examples 1 to 3), 2 W / cm 2 (Example 4), and 4 W / cm 2 (Example 5). In order to confirm the influence on the film thickness of the aluminum nitride thin film on the output, the film thickness of the aluminum nitride thin film on other plasma outputs was also plotted.
From the results of FIG. 2, as the influence of the plasma output on the film thickness of the aluminum nitride thin film, the film thickness of the aluminum nitride thin film increased as the plasma output increased. From this result, it was confirmed that the film thickness of the aluminum nitride thin film can be controlled by easily controlling the plasma output.

(3)Working Distanceにおける窒化アルミニウム薄膜の膜厚への影響
実施例で、プラズマ照射により得られた窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材について、上記(1)と同様に、反射スペクトルを用いて、窒化アルミニウム薄膜の膜厚を測定および評価を行った。その結果を図3に示した。
なお、図3(グラフ)において、プラズマ出力が3W/cm(実施例1〜3)について、Working Distanceを0mm、15mm、26mmに対する窒化アルミニウム膜厚をプロットし、更に、プラズマ出力を、5W/cm、及び、7W/cmに変え、Working Distanceを0mm、15mm、26mmに対する窒化アルミニウム薄膜の膜厚への影響を確認するため、その他のプラズマ出力に対する窒化アルミニウム薄膜の膜厚もプロットした。
図3の結果より、Working Distanceによる窒化アルミニウム薄膜の膜厚への影響として、プラズマ出力が3W/cmの場合、Working Distanceの増加と共に、窒化アルミニウム薄膜の膜厚が減少することが確認できた。これは、Working Distanceの増加とともに、窒化アルミニウムの生成に重要な窒化ラジカル濃度が減少したためであると推測される。
また、プラズマ出力が5W/cm以上(5W/cm、及び、7W/cm)の場合、Working Distanceの増加と共に、窒化アルミニウム薄膜の膜厚が増加することが確認できた。これは、5W/cm以上のプラズマ出力において、Working Distanceの減少に伴い、窒素ラジカルのプラズマ中での運動エネルギーが高くなり、窒化アルミニウム薄膜の形成に使用される窒素ラジカル濃度が減少したためと推測される。
以上のことから、各プラズマ出力において、Working Distanceによって窒化アルミニウム薄膜の膜厚を容易に制御することが可能となることが確認できた。
(3) Influence on film thickness of aluminum nitride thin film in working distance In the example, aluminum nitride thin film / aluminum base material obtained by plasma irradiation was used in the same manner as in (1) above, using the reflection spectrum, and aluminum nitride. The thickness of the thin film was measured and evaluated. The results are shown in FIG.
In FIG. 3 (graph), when the plasma output is 3 W / cm 2 (Examples 1 to 3), the working distance is plotted with respect to 0 mm, 15 mm, and 26 mm, and the aluminum nitride film thickness is plotted. cm 2 and, instead of the 7W / cm 2, 0 mm to Working Distance, 15 mm, in order to confirm the effect on the thickness of the aluminum nitride thin film for 26 mm, also plotted thickness of aluminum nitride thin film to other plasma power.
From the results of FIG. 3, it was confirmed that, as the influence of the working distance on the film thickness of the aluminum nitride thin film, when the plasma output is 3 W / cm 2 , the film thickness of the aluminum nitride thin film decreases with the increase of the working distance. . This is presumably because the concentration of nitriding radicals important for the formation of aluminum nitride decreased with the increase in working distance.
Moreover, when the plasma output was 5 W / cm 2 or more (5 W / cm 2 and 7 W / cm 2 ), it was confirmed that the film thickness of the aluminum nitride thin film increased as the working distance increased. This is presumably because the kinetic energy of nitrogen radicals in plasma increased with the reduction of the working distance at the plasma output of 5 W / cm 2 or more, and the concentration of nitrogen radicals used to form the aluminum nitride thin film decreased. Is done.
From the above, it was confirmed that the film thickness of the aluminum nitride thin film can be easily controlled by the working distance at each plasma output.

<結晶構造の評価>
(薄膜X線回折測定)
X線回折測定では、X線回折装置(RINT2500型、理学電気株式会社製)を用いて評価した。X線源にCukαを用いて、X線出力は、管電圧40kV、管電流100mAで行い、回折線の測定範囲(走査軸;2θ)は、20°から70°とした。また、X線の入射角0.5°及び2.0°で測定する薄膜X線測定モードで行った(図9及び図10参照)。なお、図9及び図10中のAl(111)、Al(200)、Al(220)の回折線に関して、アルミニウムによることが記載されている文献として、Phys. Status Solidi A,1992,130,,273-292,Popovic S., Grzeta B., Ilakovac V., Kroggel R., Wendrock G., Loffler H.が挙げられる。
<Evaluation of crystal structure>
(Thin film X-ray diffraction measurement)
In the X-ray diffraction measurement, evaluation was performed using an X-ray diffractometer (RINT 2500 type, manufactured by Rigaku Corporation). Using Cukα as the X-ray source, the X-ray output was performed at a tube voltage of 40 kV and a tube current of 100 mA, and the measurement range of the diffraction line (scanning axis; 2θ) was 20 ° to 70 °. The measurement was performed in a thin film X-ray measurement mode in which the X-ray incident angles were 0.5 ° and 2.0 ° (see FIGS. 9 and 10). In addition, regarding the diffraction lines of Al (111), Al (200), and Al (220) in FIG. 9 and FIG. 10, Phys. Status Solidi A, 1992, 130,. 273-292, Popovic S., Grzeta B., Ilakovac V., Kroggel R., Wendrock G., Loffler H ..

<耐腐食性>
(耐アルカリ性、耐食塩水性、及び、耐酸性)
プラズマ照射により得られた窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材の耐腐食性を評価するために、下記の3種類の溶液中に、窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材、及び、表面処理を施さないアルミニウム基材を3時間、浸漬し、強アルカリ性溶液、アルカリ性水溶液、強酸性溶液、及び、食塩水に対する窒化アルミニウム薄膜の膜厚方向の抵抗への影響を図4に示した。なお、耐腐食性が、実用上問題のないレベルの場合を○として評価した(表1参照)。
なお、図4(グラフ)において、実施例1〜3の窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材(図4中の前方の棒グラフ)、及び、表面処理を施さないアルミニウム基材(比較例、図4中の後方の棒グラフ)に関して、膜厚方向の抵抗を(Ω)を測定した(表1参照)。
また、実施例4〜6についても、同様の評価を行った(図示せず、評価結果は表1を参照)。
浸漬溶液A:強アルカリ性溶液(30mmol/L)[LiOH(関東化学株式会社製)、及び、メタノール(関東化学株式会社製)を含む溶液(pH12.4)]
浸漬溶液B:アルカリ性水溶液(20vol%)[ヒドラジン一水和物(関東化学株式会社製)、及び、メタノール(関東化学株式会社製)を含む水溶液(pH11)]
浸漬溶液C:食塩水(1mol/L)[NaCl(関東化学株式会社製)]
浸漬溶液D:強酸性溶液、硫酸(1mol/L)[HSO(和光純薬工業社製)]
図4の結果より、表面処理施さない(表面処理なしの)アルミニウム基材(比較例)と比較して、実施例1〜3により得られた窒化アルミニウム/アルミニウム基材の膜厚方向の抵抗は、浸漬溶液A、B、C、及び、Dに浸漬したが、大きな変化は確認されなかった。これらの結果から、実施例で得られた窒化アルミニウム薄膜は、耐アルカリ性、耐酸性、及び、耐食塩水性に優れていることが確認できた。また、耐腐食性試験については、ポリアニリン重合前の窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材で行った。
<Corrosion resistance>
(Alkali resistance, salt water resistance, and acid resistance)
In order to evaluate the corrosion resistance of the aluminum nitride thin film / aluminum substrate obtained by plasma irradiation, the aluminum nitride thin film / aluminum substrate and the aluminum substrate not subjected to surface treatment in the following three types of solutions: Was immersed for 3 hours, and the influence on the resistance in the film thickness direction of the aluminum nitride thin film with respect to the strongly alkaline solution, the alkaline aqueous solution, the strongly acidic solution, and the saline is shown in FIG. In addition, the case where corrosion resistance was a level which does not have a problem practically was evaluated as (circle) (refer Table 1).
In addition, in FIG. 4 (graph), the aluminum nitride thin film / aluminum substrate of Examples 1 to 3 (front bar graph in FIG. 4) and the aluminum substrate not subjected to surface treatment (comparative example, in FIG. 4) With respect to the rear bar graph), the resistance in the film thickness direction (Ω) was measured (see Table 1).
Moreover, the same evaluation was performed also about Examples 4-6 (not shown and refer to Table 1 for the evaluation result).
Immersion solution A: strong alkaline solution (30 mmol / L) [LiOH (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and methanol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) (pH 12.4)]
Immersion solution B: alkaline aqueous solution (20 vol%) [aqueous solution (pH 11) containing hydrazine monohydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and methanol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.)]
Immersion solution C: saline (1 mol / L) [NaCl (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.)]
Immersion solution D: Strongly acidic solution, sulfuric acid (1 mol / L) [H 2 SO 4 (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)]
From the results of FIG. 4, the resistance in the film thickness direction of the aluminum nitride / aluminum base materials obtained in Examples 1 to 3 was compared with the aluminum base material (comparative example) not subjected to surface treatment (no surface treatment). Although immersed in the immersion solutions A, B, C, and D, no significant change was confirmed. From these results, it was confirmed that the aluminum nitride thin film obtained in the examples was excellent in alkali resistance, acid resistance, and salt water resistance. In addition, the corrosion resistance test was performed using an aluminum nitride thin film / aluminum base material before polyaniline polymerization.

<導電性>
(膜厚方向の抵抗(両端間の抵抗))
実施例により得られた窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材の膜厚方向の抵抗を、電極プローブ(面積;1cm)を用いて、図6に示すように接触させて、LCRメータ(日置電機株式会社製、LCRハイテスタ3522)により抵抗を測定し、導電性の評価を行った。その結果を図5、及び、表1に示した。
図5(グラフ)において、プラズマ出力が3W/cm(実施例1〜3)、2W/cm(実施例4)、4W/cm(実施例5)についてプロットし、更に、プラズマ出力に対する窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材の膜厚方向の抵抗の影響を確認するため、その他のプラズマ出力に対する窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材の膜厚方向の抵抗もプロットした。なお、ここでのプラズマ照射する際のWorking Distanceは、全て26mm一定で行った。
図5の結果より、窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材の膜厚方向の抵抗への影響として、プラズマ出力が4.5W/cm付近を下回る場合では、窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材の膜厚方向の抵抗が低いものとなり、一方、プラズマ出力が4.5W/cm付近を上回る場合では、窒化アルミニウム薄膜/アルミニウム基材の膜厚方向の抵抗が急減に増加が認められた。この原因については、プラズマ出力と共に、窒素ラジカル生成濃度の増加することから、膜厚方向の抵抗が増加したものと推測される。
また、実施例6のi)〜iv)についても、抵抗を測定し、導電性の評価を行った(図8、及び、表1参照)。
<Conductivity>
(Resistance in film thickness direction (resistance between both ends))
The resistance in the film thickness direction of the aluminum nitride thin film / aluminum substrate obtained in the example was brought into contact with an electrode probe (area: 1 cm 2 ) as shown in FIG. The resistance was measured by an LCR HiTester 3522), and the conductivity was evaluated. The results are shown in FIG.
In FIG. 5 (graph), the plasma output is plotted for 3 W / cm 2 (Examples 1 to 3), 2 W / cm 2 (Example 4), and 4 W / cm 2 (Example 5). In order to confirm the influence of the resistance in the film thickness direction of the aluminum nitride thin film / aluminum substrate, the resistance in the film thickness direction of the aluminum nitride thin film / aluminum substrate with respect to other plasma outputs was also plotted. In addition, all the working distances at the time of plasma irradiation here were 26 mm.
From the results of FIG. 5, as the influence on the resistance in the film thickness direction of the aluminum nitride thin film / aluminum base material, when the plasma output is less than around 4.5 W / cm 2 , the film thickness direction of the aluminum nitride thin film / aluminum base material On the other hand, in the case where the plasma output exceeds about 4.5 W / cm 2 , the resistance in the film thickness direction of the aluminum nitride thin film / aluminum base material was sharply increased. About this cause, it is estimated that the resistance in the film thickness direction increased because the nitrogen radical generation concentration increased with the plasma output.
Moreover, also about i) -iv) of Example 6, resistance was measured and electroconductivity was evaluated (refer FIG. 8 and Table 1).

<X線光電子分光法によるアルミニウム基材上の窒素分析>
X線光電子分光法による窒素分析には、島津製作所-KRATOS製のAXIS-ULTRA DLDを用いて評価した。X線源を単色化Alkα線(1484.6eV)とし、X線出力を75Wとした。また測定分析時の真空度は、10−8Torr以下で、Binding Energy範囲を392eV〜405eVとして、N1sの分析を行なった。
<Nitrogen analysis on aluminum substrate by X-ray photoelectron spectroscopy>
Nitrogen analysis by X-ray photoelectron spectroscopy was evaluated using AXIS-ULTRA DLD manufactured by Shimadzu Corporation-KRATOS. The X-ray source was a monochromatic Alkα ray (1484.6 eV), and the X-ray output was 75 W. The degree of vacuum during measurement analysis was 10 −8 Torr or less, and the binding energy range was 392 eV to 405 eV, and N1s analysis was performed.

注)表1及び表2中の単位以外の(−)は、評価を実施していないことを示す。 Note) (-) other than the units in Tables 1 and 2 indicates that evaluation is not performed.

上記表1及び表2の結果より、全ての実施例において、結晶性が、非結晶状態であり、耐腐食性に優れ、窒化アルミニウム薄膜上での導電性高分子層の調製が可能であり、膜厚方向の抵抗値が小さく、導電性を示すことが確認できた。   From the results of Table 1 and Table 2, in all examples, the crystallinity is in an amorphous state, excellent in corrosion resistance, and a conductive polymer layer can be prepared on an aluminum nitride thin film. It was confirmed that the resistance value in the film thickness direction was small, indicating conductivity.

本発明の窒化アルミニウム薄膜は、導電性及び耐腐食性に優れるため、リチウムイオン二次電池の集電体・リチウムイオンキャパシタの集電体・導電性高分子アルミ電解コンデンサの集電体などの電池やキャパシタの蓄電デバイス部品、フレキシブル回路基板などの電子部品、燃料電池の隔壁、太陽電池の電極材料、水電解電極、電気めっき用電極やその他電極(例えば、有機太陽電池用など)、導電性高分子の重合時の作用極と対極、導電性高分子アクチュエータの補助電極、導電性高分子アクチュエータの作用極の基材及び対極、機構部品(電磁波シールド、アンテナなど)、フィラー用材料、熱交換器用冷却フィン、半導体発光デバイス、パワー電源デバイス、MOSFETデバイス、医療用基材、及び、腐食防食膜などへの使用に有用である。   Since the aluminum nitride thin film of the present invention is excellent in conductivity and corrosion resistance, a battery such as a current collector of a lithium ion secondary battery, a current collector of a lithium ion capacitor, a current collector of a conductive polymer aluminum electrolytic capacitor, etc. Power storage device parts for capacitors and capacitors, electronic parts such as flexible circuit boards, partition walls for fuel cells, electrode materials for solar cells, water electrolysis electrodes, electrodes for electroplating and other electrodes (for example, for organic solar cells), high conductivity Working electrode and counter electrode during polymerization of molecules, auxiliary electrode of conductive polymer actuator, base and counter electrode of working electrode of conductive polymer actuator, mechanism parts (electromagnetic wave shield, antenna, etc.), filler material, heat exchanger Useful for cooling fins, semiconductor light emitting devices, power supply devices, MOSFET devices, medical substrates, corrosion protection films, etc. A.

A:窒素ガス
B:酸素ガス(ドーパントガス)
C:空気(ドーパントガス)
1:ガス導入ライン
2:直流電源
3:正の電圧(+)
4:負の電圧(−)
5:プラズマ放電電極
6:プラズマ照射口
7:プラズマ
8:アルミニウム基材
9:Working Distance
10:サンプル固定台
11:プロセスチャンバー
12:真空引きライン
13:ロータリーポンプ
14:LCRメータ
15:電極
16:窒化アルミニウム薄膜
17:膜厚方向の抵抗(測定)
(a):X線入射角(0.5°)
(b):X線入射角(2.0°)
(c):Al−NによるN1sピーク
(d):Al−N−OによるN1sピーク
A: Nitrogen gas B: Oxygen gas (dopant gas)
C: Air (dopant gas)
1: Gas introduction line 2: DC power supply 3: Positive voltage (+)
4: Negative voltage (-)
5: Plasma discharge electrode 6: Plasma irradiation port 7: Plasma 8: Aluminum base material 9: Working distance
10: Sample fixing table 11: Process chamber 12: Vacuum drawing line 13: Rotary pump 14: LCR meter 15: Electrode 16: Aluminum nitride thin film 17: Resistance in film thickness direction (measurement)
(A): X-ray incident angle (0.5 °)
(B): X-ray incident angle (2.0 °)
(C): N1s peak due to Al—N (d): N1s peak due to Al—N—O

Claims (9)

少なくとも、窒素及び酸素を含有する窒化アルミニウム薄膜であって、非結晶状態であり、かつ、導電性を有することを特徴とする窒化アルミニウム薄膜。 An aluminum nitride thin film containing at least nitrogen and oxygen, which is in an amorphous state and has conductivity. 膜厚方向の抵抗が、10Ω以下であることを特徴とする請求項1に記載の窒化アルミニウム薄膜。 The aluminum nitride thin film according to claim 1, wherein a resistance in a film thickness direction is 10Ω or less. 請求項1又は2に記載の窒化アルミニウム薄膜をアルミニウム基材上に形成する方法であって、
窒素、及び、少なくとも酸素を含むドーパントガスの混合ガスを、プラズマに調製する工程と、前記アルミニウム基材上に、660℃以下の雰囲気下で、前記プラズマを照射し、前記アルミニウム基材上に窒化アルミニウム薄膜を形成する工程を含むことを特徴とする窒化アルミニウム薄膜の形成方法。
A method of forming the aluminum nitride thin film according to claim 1 or 2 on an aluminum substrate,
A step of preparing a mixed gas of nitrogen and a dopant gas containing at least oxygen into plasma, and irradiating the plasma on the aluminum base material in an atmosphere of 660 ° C. or lower to nitride the aluminum base material A method for forming an aluminum nitride thin film, comprising the step of forming an aluminum thin film.
前記混合ガス中の窒素と酸素の混合体積割合(酸素/窒素)が、0を超える値であることを特徴とする請求項3に記載の窒化アルミニウム薄膜の形成方法。 4. The method for forming an aluminum nitride thin film according to claim 3, wherein a mixed volume ratio (oxygen / nitrogen) of nitrogen and oxygen in the mixed gas exceeds 0. 前記プラズマを照射する際のプラズマ出力が、3kW/cm以下であることを特徴とする請求項3又は4に記載の窒化アルミニウム薄膜の形成方法。 The method for forming an aluminum nitride thin film according to claim 3 or 4, wherein the plasma output upon irradiation with the plasma is 3 kW / cm 2 or less. 前記プラズマを照射する際の圧力が、1MPa以下であることを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の窒化アルミニウム薄膜の形成方法。 The method for forming an aluminum nitride thin film according to any one of claims 3 to 5, wherein a pressure when the plasma is irradiated is 1 MPa or less. 大気圧プラズマ装置により、プラズマを調製することを特徴とする請求項3〜6のいずれかに記載の窒化アルミニウム薄膜の形成方法。 The method for forming an aluminum nitride thin film according to any one of claims 3 to 6, wherein the plasma is prepared by an atmospheric pressure plasma apparatus. 前記アルミニウム基材上の窒化アルミニウム薄膜の厚さが、5000nm以下であることを特徴とする請求項3〜7のいずれかに記載の窒化アルミニウム薄膜の形成方法。 The method for forming an aluminum nitride thin film according to any one of claims 3 to 7, wherein a thickness of the aluminum nitride thin film on the aluminum substrate is 5000 nm or less. 請求項1又は2に記載の窒化アルミニウム薄膜上に導電性高分子層を有することを特徴とする電極材料。




An electrode material comprising a conductive polymer layer on the aluminum nitride thin film according to claim 1.




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