JP2016100214A

JP2016100214A - 金属ナノ物質を用いた導電膜

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Publication number: JP2016100214A
Application number: JP2014236762A
Authority: JP
Inventors: 裕孝竹田; Hirotaka Takeda; 吉永　輝政; Terumasa Yoshinaga; 輝政吉永; 山田　宗紀; Munenori Yamada; 宗紀山田; 健太柴田; Kenta Shibata
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2016-05-30

Abstract

【課題】マイグレーションを抑制による絶縁不良が発生しにくい導電膜を提供する。
【解決手段】金属ナノ物質とポリ塩化ビニリデンまたはその共重合体とからなることを特徴とする導電膜、および、金属ナノ物質が、金属ナノワイヤーであることを特徴とする前記導電膜、および、光線透過率が８０％以上であることを特徴とする前記導電膜、および、基板上に、前記導電膜を形成したことを特徴とする導電積層体。本発明によれば、マイグレーションが抑制された金属ナノ物質からなる導電膜を提供することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、金属ナノ物質を用いた導電膜に関するものである。

金属ナノ物質は、電子デバイスの接合、配線材料としてエレクトロニクス分野での使用が期待されている。金属ナノ物質の中でも、ナノワイヤーは、透明導電膜とすることで、タッチパネル等への適用が検討されている。しかしながら、最も汎用されている銀は、マイグレーションを起こしやすく、特にナノワイヤーのような形状の金属ナノ物質では、マイグレーションによる電気特性の変化が顕著である。

金属のマイグレーションは他金属との合金とすることで抑制されることが知られており、例えば、銀は、パラジウム合金とすることによりマイグレーションが抑制される。しかしながら、合金のナノ物質を得ることは非常に難しく、コストが高くなるため、妥当な方法ではない。また、特許文献１には、銀ナノワイヤーの表面を硫化させることによりマイグレーションを防止する方法が開示されている。

特開２０１２−１９０６５９号公報

しかしながら、本発明者らの検討によると、銀ナノワイヤーを硫化させると、マイグレーションは防止できるものの、表面抵抗値が極端に大きくなり、導電性材料としての使用が困難となることがわかった。
このように、導電性材料としての金属ナノ物質のマイグレーションを防止する効果的な方法は知られていなかった。

本発明は、上記課題を解決するものであって、マイグレーションが抑制された金属ナノ物質からなる導電膜を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討の結果、特定種類のポリマーと、金属ナノ物質とからなる導電膜を用いることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
（１）金属ナノ物質とポリ塩化ビニリデンまたはその共重合体とからなることを特徴とする導電膜。
（２）金属ナノ物質が、金属ナノワイヤーであることを特徴とする（１）に記載の導電膜。
（３）光線透過率が８０％以上であることを特徴とする（１）または（２）に記載の導電膜。
（４）基板上に、（１）〜（３）いずれかに記載の導電膜を形成したことを特徴とする導電積層体。

本発明によれば、マイグレーションが抑制された金属ナノ物質からなる導電膜を提供することができる。

本発明の導電膜は、金属ナノ物質と特定種類のポリマーから構成される。

本発明に用いる金属ナノ物質とは、金属から構成されており、一次粒径または少なくとも１辺の長さがナノメートルスケールのものをいう。

金属ナノ物質の金属種は、特に限定されないが、例えば、銀、銅、金、アルミニウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、鉄、白金、スズ、クロム、鉛、チタン等の純金属や、黄銅、マンガニン、ステンレス等の合金が挙げられる。中でも、導電性が高く、比較的安価なことから、銀が好ましい。

金属ナノ物質の形状は、特に限定されないが、例えば、ナノ粒子、ナノプレート、ナノチューブ、ナノワイヤーが挙げられる。中でも、その製造方法が簡便であり、さらに、成膜後、高い導電性を確保しやすいことから、ナノワイヤーが好ましい。ナノワイヤーのサイズは、その製造方法や分散性等を考慮して、直径が１０〜５００ｎｍ、長さが１〜５０μｍであることが好ましい。

金属ナノ物質の製造方法は、特に限定されないが、例えば、液相法、気相法等の公知の方法を採用することができる。

本発明に用いるポリマーは、ポリ塩化ビニリデンまたはその共重合体であることが必要である。前記共重合体中の塩化ビニリデン成分の含有量は、５０質量％以上とすることが好ましく、８０質量％以上とすることがより好ましい。共重合成分としては、例えば、塩化ビニル、アクリロニトリル、アクリル酸エステルを挙げることができる。

本発明に用いるポリマーは、その水蒸気透過係数が、温度４０℃、湿度９０％ＲＨの条件下、４００μｍ・ｇ／（ｍ^２・２４時間）以下であることが好ましく、３００μｍ・／（ｍ^２・２４時間）以下であることがより好ましい。また、吸水率としては、２３℃の水中に２４時間浸漬した後の重量増加が０．１％以下であることが好ましい。前記水蒸気透過係数を４００μｍ・／（ｍ^２・２４時間）以下、かつ、吸水率を０．５％とすることにより、水分を原因とするマイグレーションを抑制することができると推測される。

本発明の導電膜における、ポリマーの含有量は、金属ナノ物質１質量部に対して０．０１〜１０質量部とすることが好ましい。ポリマーの含有量が０．０１質量部未満の場合、金属ナノ物質のマイグレーションの抑制効果が十分に得られない場合があり、ポリマーの含有量が１０質量部を超える場合は、導電性を発現しない場合がある。

本発明の導電膜における、金属ナノ物質の目付量は特に限定されないが、例えば、１〜２０ｍｇ／ｍ^２の範囲とすることにより、導電膜の透明性が高まり、結果として光線透過率を８０％以上とすることができる。

本発明の導電膜は、金属ナノ物質の溶液とポリマーの溶液を別々に基板上にコーティングする、または、金属ナノ物質とポリマーを含む溶液を基板上にコーティングする方法により製造することができる。コーティング方法としては、特に限定されないが、例えば、ワイヤーバーコーター塗り、フィルムアプリケーター塗り、グラビアロールコーティング法、スクリーン印刷法、リバースロールコーティング法、リップコーティング法、エアナイフコーティング法、カーテンフローコーティング法、浸漬コーティング法、ダイコート法、凸版印刷法、凹版印刷法、静電塗布法、化学気相成長法、物理気相成長法が挙げられる。導電膜は、コーティング後、表面の平滑化や表面抵抗値の安定化のために、ローラープレス等により加圧してもよい。

導電膜を形成するための基板としては、例えば、ガラス基板、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリカーボネートフィルムが挙げられる。

本発明の導電膜には、その効果を損なわない限り、各種添加剤が含まれていてもよい。添加剤としては、例えば、界面活性剤、レベリング剤、粘度調整剤、展色剤、耐光安定剤が挙げられる。

本発明の導電膜は、優れた導電性を有するため、例えば、タッチパネル、フラットパネルディスプレイ、太陽電池用途に好適に用いることができる。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの発明によって限定されるものではない。

１．評価方法
実施例および比較例で用いた評価方法は、以下の通りである。

（１）ポリマーの水蒸気透過係数
用いるポリマーを固形分１５質量％で溶媒に溶解し、樹脂用液を作製した。ＰＶＤＣコポリマーを溶解する溶媒にはＮ−メチルピロリドン、ＰＭＭＡを溶解する溶媒にはクロロホルムを用いた。
得られた樹脂用液を、ガラス基板上に、アプリケーターで塗布し、１５０℃で６０秒間乾燥をおこない、厚さ２５μｍの被膜を作製した。
ガラス基板から被膜を剥離し、得られたフィルムを試料として、モコン社製の酸素透過度測定器（ＰＲＥＭＡＴＲＡＮ−Ｗ３／３１）により、４０℃、相対湿度９０％の雰囲気下、水蒸気透過量を測定し、得られた測定値から水蒸気透過係数を求めた。

（２）ポリマーの吸水率
（１）で得られたフィルムについて、２３℃の水中に２４時間浸漬し、浸漬前後の導電膜フィルムの質量から吸水率を求めた。

（３）導電積層体の表面固有抵抗値
実施例、比較例で得られたナノワイヤー分散液を、ガラス基板上に、アプリケーターで塗布し、１２０℃で３０秒間乾燥をおこない、厚さ２０μｍの被膜を有する導電積層体を作製した。
得られた導電積層体について、三菱化学アナリテック社製抵抗率計ＭＣＰ−Ｔ６１０により、ＪＩＳＫ７１９４に準拠して、１０Ｖの電圧を印加して測定した。
導電膜として使用する場合、１．０×１０^４Ω／ｓｑ．以下が好ましい。

（４）導電積層体の光線透過率
（３）で作製した導電積層体を、日立ハイテク社製分光光度計Ｕ−４０００により、ガラス基板をブランクとして、波長５５０ｎｍの光線透過率を測定した。
導電膜として使用する場合、８０％以上が好ましい。

（５）マイグレーションの判定（絶縁性）
実施例、比較例で得られたナノワイヤー分散液を、ガラス基板上に、ライン／スペース＝１００／１００μｍ、長さ＝１．５ｃｍになるように塗布し、１２０℃で３０秒間乾燥をおこない、テスト用導電積層体を得た。
テスト用導電積層体に対して、４０℃で相対湿度７０％ＲＨの条件下、隣り合うライン間で直流１．０Ｖの電圧を１０時間印加し続け、ライン間の電圧降下をモニタリングすることにより、絶縁性を評価した。
○：電圧降下が見られず、絶縁性が保たれている。
×：電圧降下が見られ、絶縁性は不良である。

２．材料
実施例および比較例で用いた材料は、以下の通りである。

Ａ．金属ナノ物質
（１）Ａｇナノワイヤー
・アルドリッチ社製Ａｇナノワイヤー（６０ｎｍ×１０μｍ）

Ｂ．ポリマー
（１）ＰＶＤＣコポリマー
・ＰＶＤＣ−ＰＡＮ
和光純薬社製ポリ(塩化ビニリデン−ｃｏ−アクリロニトリル) 、塩化ビニリデン：アクリロニトリル＝８０：２０（質量比）
・ＰＶＤＣ−ＰＶＣ
Ａｌｄｒｉｃｈ社製ポリ（塩化ビニリデン−ｃｏ−塩化ビニル）、塩化ビニリデン：塩化ビニル＝６５：３５（質量比）

（２）ＰＭＭＡ
和光純薬社製ポリ（メタクリル酸メチル）

実施例１
Ａｇナノワイヤー０．５質量部、ＰＶＤＣ−ＰＡＮ０．１質量部、およびＮ−メチルピロリドン９９．４質量部を混合し、ボルテックスミキサーでよく撹拌し、ナノワイヤー分散液を得た。
得られたＡｇナノワイヤー分散液を、ガラス基板上に、凹版印刷にて、１．５ｃｍ角に塗布し、１２０℃で３０秒間乾燥をおこない、導電積層体を得た。

実施例２、３、比較例１、２
表１のように、ポリマーの種類と含有量を変更した以外は、実施例１と同様にして導電積層体を得た。

実施例、比較例で用いたポリマーの特性値および得られた導電積層体の特性値を表１に示す。

実施例１〜３の導電積層体は、ポリ塩化ビニリデン共重合体を用いたため、いずれも、マイグレーションによる絶縁不良が発生しなかった。

比較例１および２の導電積層体は、導電膜にポリマーを含んでいない、あるいはポリ塩化ビニリデン共重合体以外であったため、マイグレーションによる絶縁不良が発生した。

Claims

金属ナノ物質とポリ塩化ビニリデンまたはその共重合体とからなることを特徴とする導電膜。
金属ナノ物質が、金属ナノワイヤーであることを特徴とする請求項１に記載の導電膜。
光線透過率が８０％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の導電膜。
基板上に、請求項１〜３いずれかに記載の導電膜を形成したことを特徴とする導電積層体。