JP2016527664A - 金属ナノプレート、その製造方法、これを含む導電性インク組成物および伝導性フィルム - Google Patents

Abstract

本発明は、金属ナノプレート、その製造方法、これを含む導電性インク組成物および伝導性フィルムに関するものである。前記金属ナノプレートは、高温および高圧を適用する必要なく低温および常圧で容易に製造可能なだけでなく、これを含む導電性インク組成物を基板上に印刷した後に低い温度で熱処理または乾燥工程を行っても優れた導電性を示す導電膜または導電性パターンなどを形成することができる。したがって、前記金属ナノプレートおよびこれを含む導電性インク組成物は、低温焼成が要求される環境下で各種半導体素子、表示装置または太陽電池の導電性パターンまたは導電膜などを形成するのに非常に適切に適用することができる。【選択図】 図１

Description

本発明は金属ナノプレート、その製造方法、これを含む導電性インク組成物、および伝導性フィルムに関するものである。

本出願は２０１３年６月１４日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２０１３−００６８４３３号の出願日の利益を主張し、その内容全部は本明細書に含まれる。

各種半導体素子、ＰＤＰまたはＬＣＤなどの表示装置または太陽電池などには、電極、配線または電磁波シールドフィルムのような導電性を帯びる多様な要素が含まれる。このような導電性要素の形成のために、最も多く使用される方法の一つは導電性を帯びる微細粒子、例えば、導電性ナノ粒子と溶媒などを含む導電性インク組成物を基板上に印刷した後、これを熱処理（例えば、焼成および乾燥）して、多様な導電性要素を成す各種導電性パターンまたは導電膜を基板上に形成する方法である。

しかし、現在まで開発された導電性ナノ粒子を用いて導電膜または導電性パターンを形成するためには、これを含む導電性インク組成物を基板上に印刷した後に、高温で焼成して前記導電性インク組成物に含まれている有機物（例えば、有機溶媒など）を除去しながら導電性ナノ粒子を還元させるか溶融連結させる工程が要求された。これは、導電性インク組成物に含まれている導電性ナノ粒子を還元させるか導電性ナノ粒子同士を溶融連結させて最終形成された導電性パターンまたは導電膜が均一でありながらも優れた導電性を帯びるようにするためであった。

しかし、このような高温焼成工程の必要性によって導電膜または導電性パターンを形成できる基板の種類に限界があるなどの限界が存在した。そのために、より低い温度の焼成工程その他の熱処理工程を適用しても、優れた導電性を有する導電性パターンなどを形成することができるようにする導電性ナノ粒子または導電性インク組成物が継続的に要求されてきた。

よって、多様な低温焼成用導電性ナノ粒子または導電性インク組成物が提案されたことがあるが、まだ焼成温度を十分に低くすることができなかったり十分な導電性を得ることができないなどの限界があり、新たな導電性ナノ粒子または導電性インク組成物の開発が必要であるのが実情である。

本発明は、低温焼成が要求される環境下でも優れた導電性を示す導電性パターンまたは導電膜などの形成を可能にする金属ナノプレートを提供する。

また、本発明は、前記金属ナノプレートを従来の工程より単純化された方法で製造できる金属ナノプレートの製造方法を提供する。

また、本発明は、前記金属ナノプレートを含み、基板上に印刷された後、低い温度の熱処理または乾燥工程を適用しても優れた導電性を示す導電性パターンまたは導電膜などを形成することができるようにする導電性インク組成物を提供する。

また、本発明は、前記金属ナノプレートを含む伝導性フィルムを提供する。

本発明は、伝導性高分子を媒介として連結された金属を含み、０．５ｎｍ乃至１００ｎｍの厚さと、２００ｎｍ以上の直径と、厚さより大きく直径より小さいか同じ幅を有し、前記幅／直径の比は約０．６乃至約１である金属ナノプレートを提供する。

また、本発明は、伝導性高分子および金属塩を反応させる段階を含む金属ナノプレートの製造方法を提供する。

また、本発明は、金属ナノプレートおよび第２溶媒を含む導電性インク組成物を提供する。

また、本発明は、金属ナノプレートを含む伝導性フィルムを提供する。

本発明によれば、高温焼成工程の適用なくても優れた導電性を示すことができる各種導電性パターンまたは導電膜の形成を可能にする金属ナノプレート、金属ナノプレートの製造方法、このような金属ナノプレートを含む導電性インク組成物、および伝導性フィルムの形成を可能にすることができ、また、低い貴金属含量でも優れた活性を有する触媒の提供を可能にするなどの多様な適用性を有する金属ナノプレートおよびその製造方法を提供することができる。

本発明の金属ナノプレートおよびこれを含む導電性インク組成物などを用いる場合、特に、低温焼成が要求される環境下で各種素子、表示装置または太陽電池などの導電性パターンまたは導電膜などを好ましく形成することができ、適用可能な基板の限界などの技術的限界が大きく減る。

実施例１で得られた金属ナノプレートのＳＥＭイメージを示したものである。 実施例２で得られた金属ナノプレートのＳＥＭイメージを示したものである。 実施例３で得られた金属ナノプレートのＳＥＭイメージを示したものである。

本発明の金属ナノプレートは、伝導性高分子を媒介として連結された金属を含み、０．５ｎｍ乃至１００ｎｍの厚さと、２００ｎｍ以上の直径と、厚さより大きく直径より小さいか同じ幅を有し、前記幅／直径の比は約０．６乃至約１である、板状を帯びる。

また、本発明の金属ナノプレート製造方法は、伝導性高分子および金属塩を反応させる段階を含む。

また、本発明の導電性インク組成物は、金属ナノプレートおよび第２溶媒を含む。

また、本発明の伝導性フィルムは金属ナノプレートを含む。

本発明において、第１、第２などの用語は多様な構成要素を説明することに用いられ、前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使用される。

また、本明細書で使用される用語は単に例示的な実施例を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なるものを意味しない限り、複数の表現を含む。本明細書で、“含む”、“備える”または“有する”などの用語は実施された特徴、数字、段階、構成要素またはこれらを組み合わせたものが存在するのを指定しようとするものであって、一つまたはそれ以上の異なる特徴や数字、段階、構成要素、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないと理解されなければならない。

本発明は多様な変更を加えることができ、様々な形態を有し得るところ、特定実施例を例示して下記で詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に対して限定しようとするのではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むと理解されなければならない。

明示的な他の記載がない限り、本明細書全体で使用されるいくつかの用語は次のように定義される。

本明細書全体で、“金属ナノプレート”は、金属を含み、３次元的に見て、いずれか一側平面方向に面積が広く形成され、それより小さい厚さを備え、板（ｐｌａｔｅ）状を帯びているナノ構造体を称することができる。

前記板状ナノ構造体の広く形成された平面の外周上の任意の二点をつなぐ直線のうちの最も長い直線距離を“直径”と定義することができる。

また、前記直径方向と垂直な方向で、前記板状の外周上の二点をつなぐ直線のうちの最も長い直線距離を“幅”と定義することができる。

また、前記平面と垂直な方向に前記金属ナノプレートの一端から反対側端までの平均直線距離を“厚さ”と定義することができる。

このような金属ナノプレートは、直径、幅、または厚さのうち、一つ以上（例えば、厚さ）がナノスケールの大きさを有し、直径または幅は厚さより大きい値を有することによって、薄い厚さの多角形、円形または楕円形などの平面形態を備えた板（プレート、ｐｌａｔｅ）形状を帯びることができる。

また、前記金属ナノプレートが“実質的に金属酸化物を含まない”ということは、前記金属ナノプレートに含まれている“金属”が酸化されない状態で存在し、金属ナノプレートが金属酸化物を全く含まないか、その製造過程または使用過程中にやむをえず微量の金属、例えば、金属ナノプレート総重量に対して１重量％未満、或いは０．１重量％未満の金属のみが酸化され金属ナノプレートがこれに対応する微量の金属酸化物のみを含む場合を称することができる。

そして、前記金属ナノプレートがある単一金属、例えば、“銀（Ａｇ）のみを”含むというのは、一つの種類の金属成分、例えば、“銀（Ａｇ）”の単一金属成分のみを含み、他の種類の金属成分は含まないことを意味すると定義することができる。但し、“銀（Ａｇ）のみを”のように特に限定されず単に“銀（Ａｇ）を”含むというときには、前記金属ナノプレートに他の金属成分の付加が制限されないと定義することができる。

また、“導電性インク組成物”は比較的に粘度が高い“ペースト”状態であるか或いは水と類似に粘度が低い状態であるかに関係なく、高分子、ガラスまたは金属などからなる任意の基質（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）上に印刷または塗布されて導電性を帯びる膜、フィルムまたはパターンを形成することができる任意の組成物を称することができる。

そして、“伝導性フィルム”とは、高分子、ガラスまたは金属などからなる任意の基質（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）上に形成され熱または電気に導電性を帯びる任意の膜、フィルムまたはパターンを称することができる。

以下、本発明の金属ナノプレート、その製造方法、これを含む導電性インク組成物および伝導性フィルムを詳細に説明する。

本発明の一側面による金属ナノプレートは、伝導性高分子を媒介として連結された金属を含み、約０．５ｎｍ乃至約１００ｎｍの厚さと、約２００ｎｍ以上の直径と、厚さより大きく直径より小さいか同じ幅を有し、前記幅／直径の比は約０．６乃至約１である、板状を帯びる。

本発明の一実施形態によれば、前記金属ナノプレートは厚さが約０．５ｎｍ乃至約１００ｎｍであり、好ましくは約０．５ｎｍ乃至約５０ｎｍであり得る。

また、前記金属ナノプレートは、直径が約２００ｎｍ乃至約１００μｍであり、好ましくは約２００ｎｍ乃至約５０μｍであり、さらに好ましくは、約２００ｎｍ乃至約２０μｍであり得る。

また、前記金属ナノプレートは、直径／厚さの比が約２以上であり、好ましくは約１０乃至約２０，０００であり、さらに好ましくは、約１００乃至約２，０００であり得る。

また、前記金属ナノプレートは、幅が約１２０ｎｍ乃至約１００μｍであり、好ましくは約１２０ｎｍ乃至約５０μｍであり、さらに好ましくは、約２００ｎｍ乃至約２０μｍであり得る。

本発明者の研究結果、伝導性高分子および金属塩を所定の反応条件下に共に反応させるなどの方法によって、導電性ナノ構造体として適切なナノスケールの厚さを有しながら、ある程度の広い一平面面積を有しているため、０．５ｎｍ乃至１００ｎｍの厚さと、２００ｎｍ以上の直径と、厚さより大きく直径より小さいか同じ幅を有し、前記幅／直径の比は約０．６乃至約１である板状のナノ構造体、即ち、金属ナノプレートが得られることが明らかになった。このような金属ナノプレートは、従来に知られた導電性ナノ構造体または導電性ナノ粒子に比べて、広い一平面面積を有するように形成されたものであって、直径、幅、または厚さのうち、一つ以上（例えば、厚さ）がナノスケールの大きさを有し、直径または幅は厚さより大きい値を有することにより、薄い厚さの多角形、円形または楕円形などの平面形態を備えた板（プレート、ｐｌａｔｅ）状を帯びることができる。また、前記金属ナノプレートは、以下でさらに詳しく説明するが、相対的に低い圧力および温度下での単純な前記の反応を含む方法によって製造することができるため、実質的に金属酸化物を含まないことが可能であり、例えば、銀（Ａｇ）のような単一金属成分のみを含むように形成することができる。

本発明の一実施形態による金属ナノプレートは少なくともナノスケールの厚さを有する微細な金属粒子が十分に広い一平面面積を有するように連結された状態で得られ、また、実質的に金属酸化物を含まないことが可能である。したがって、このような金属ナノプレートを含む導電性インク組成物を基板上に印刷すれば、導電性ナノ粒子などを還元させるか溶融連結させるために適用されていた高温焼成工程を別途に行わなくても、これから形成された伝導性フィルム、例えば、導電膜または導電性パターンが十分に優れた導電性を示すことができる。また、前記金属ナノプレートは、例えば、銀（Ａｇ）のような単一金属成分のみを含むように形成することができる。したがって、前記金属ナノプレートがより低い抵抗を示す銀（Ａｇ）などの単一金属成分のみを含むように形成され、これから形成された伝導性フィルムがより優れた導電性を示すようにすることができる。

したがって、本発明の金属ナノプレートは特に低温焼成が要求される環境下で各種半導体素子、表示装置または太陽電池などの導電性パターンまたは導電膜などを形成するための導電性インク組成物に非常に好ましく用いることができる。

一方、前記金属ナノプレートは、伝導性高分子、および金属塩の反応によって形成されることにより、前記伝導性高分子を媒介として微細な金属粒子が連結され広い面積の一平面を有する板状を帯びることができるようになる。このような金属ナノプレートは金属粒子を相互連結して板状が適切に維持されるようにする伝導性高分子を含むことができる。このような伝導性高分子などの含有および高温焼成なく金属ナノプレートが製造可能であることによって、前記金属ナノプレートは実質的に金属酸化物を含まないながらも広い面積の一平面を有する板状を成すことができる。したがって、前述のように、このような金属ナノプレートを含む導電性インク組成物を用いて印刷すれば、従来導電性ナノ粒子などを還元させるか溶融連結させるために行っていた別途の高温焼成工程なくても、これから形成された伝導性フィルム、例えば、導電性パターンまたは導電膜が均一でありながらも優れた導電性を示すことができる。

本発明の一実施形態によれば、前記金属ナノプレートは実質的に金属酸化物を含まないことが可能である。即ち、金属ナノプレート総重量に対して１重量％未満、或いは０．１重量％未満の金属のみが酸化され金属ナノプレートがこれに対応する微量の金属酸化物のみを含むことができる。以下でも説明するとおり、前記金属ナノプレートは、従来の金属ナノ構造体製造条件より低い温度および常圧下、例えば、零下４０℃、１ａｔｍで伝導性高分子および金属塩の反応によって形成することができるので、従来に導電性ナノ粒子の製造のための高温反応工程などによって引き起こされていた金属の酸化を最少化し実質的に金属酸化物を含まないことが可能である。これにより、従来に導電性インク組成物を印刷した後にこれに含まれている導電性ナノ粒子などを還元させるために行っていた高温焼成工程を別途に行わなくてもこれから形成された伝導性フィルムが優れた導電性を示すことができる。

また、本発明の一実施形態によれば、前記金属ナノプレートは優れた導電性を示す任意の導電性金属、貴金属または合金を含むことができ、例えば、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ）およびニッケル（Ｎｉ）からなる群より選択される１種以上の金属またはこれらの合金を含むことができる。これにより、前記金属ナノプレートおよびこれを含む導電性インク組成物から形成された各種導電性パターンまたは導電膜がより優れた導電性を示すことができ、また、前記金属ナノプレートが触媒などとしてより適切に使用され得る。これにより、前記金属ナノプレートは、これを成す金属成分を様々に調節して、伝導性フィルム形成のための導電性インク組成物または触媒など多様な分野に適切に適用することができる。

特に、前記金属ナノプレートは、伝導性高分子などが含まれ板状を帯びることができるので、単一金属成分、例えば、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ）およびニッケル（Ｎｉ）からなる群より選択される１種以上の金属のみを含んで形成され得る。即ち、前記伝導性高分子などが金属成分を連結する役割を果たして板状の金属ナノプレートが形成されるため、２種以上の金属成分が含まれそのうちの１種以上の金属成分が板状の骨格または基本的鋳型などを成す必要がなく、前記金属ナノプレートは単一金属成分のみを含むことができる。したがって、各適用分野に適した金属成分のみからなる金属ナノプレートを容易に得ることができ、このような金属ナノプレートを伝導性フィルムまたは触媒などの多様な分野により適切に適用することができる。例えば、前記金属ナノプレートは金属成分として銀（Ａｇ）などの単一金属成分のみを含むことができ、この場合、銀（Ａｇ）などの金属成分が低い電気抵抗を示し、前記金属ナノプレートおよびこれから形成された伝導性フィルムがより優れた導電性を示すことができる。

前述の金属ナノプレートはこれを含む導電性インク組成物を高分子、ガラスまたは金属などからなる任意の基質または基板上に印刷した後、高温焼成工程が適用されなくても優れた導電性を示す各種導電性パターンまたは導電膜などの伝導性フィルムを形成することができるようにする。特に、このような金属ナノプレートおよびこれを含む導電性インク組成物は高温焼成工程の必要性がないためいかなる材質からなる基板にも適用されて多様な導電性パターンまたは導電膜を形成することができる。したがって、このような金属ナノプレートは、ＰＤＰまたはＬＣＤなどの各種表示装置、半導体素子または太陽電池などに含まれる多様な伝導性フィルム、例えば、各種電極、配線または電磁波シールドフィルムなどの多様な導電膜または導電性パターンを形成するためのインク組成物に非常に好ましく適用することができる。例えば、前記金属ナノプレートは、透明基板上に印刷されてタッチパネルに含まれる透明導電膜などの透明伝導性フィルムを形成するために適用されるか、半導体基板の各種配線パターンまたは電極を形成するために適用されるか、各種表示装置の各種配線パターン、電極または電磁波シールドフィルターなどを形成するために適用される。また、前記金属ナノプレートは、多様な熱条件でも優れた伝導性を示すことができるので、様々な熱伝導性フィルムを形成するために適用することもできる。特に、前記金属ナノプレートは低温焼成が要求される環境下でさらに好ましく適用され得る。

一方、本発明の一側面による金属ナノプレートの製造方法は、伝導性高分子および金属塩を反応させる段階を含む。このような反応工程を通じて、比較的低い温度および圧力下で反応を行っても前記伝導性高分子を媒介として微細な金属粒子が広い面積の一平面を有する板状に連結され、前述の特性を有する金属ナノプレートを製造することができるのが明らかになった。特に、このような反応工程では高温および高圧の反応条件が要求されず、反応物が単一段階で反応するので、前記金属ナノプレートの製造過程が非常に容易であり単純化され、高温および高圧反応などによって引き起こされた金属の酸化を抑制して実質的に金属酸化物を含まない金属ナノプレートの製造を可能にする。

本発明の一実施形態によれば、このような金属ナノプレートの製造方法は、伝導性高分子が含まれている分散液を形成する段階、および前記分散液に金属塩を投入して前記伝導性高分子と前記金属塩とを反応させる段階を含んで行うことができ、前記反応段階は低温および常圧下でも効果的に行うことができ、特に低温環境、例えば、このような反応段階は約−４０乃至約３０℃、さらに好ましくは、約−４０乃至約１５℃、約０．５乃至約２気圧で約１０分乃至約２５０時間行うことができ、これにより前述の特性を有する発明の一実施形態による金属ナノプレートを効果的に製造することができる。

本発明の一実施形態によれば、このような製造方法で、前記伝導性高分子としては、以前から知られた任意の伝導性高分子、例えば、ポリピロール、ポリアニリンまたはポリチオフェンやこれらの共重合体などを特別な制限なく使用することができる。

また、前記金属塩としては、導電性を示す金属の任意の塩であって、従来から導電性ナノ粒子を形成するための前駆体として使用されていた通常の金属塩を特別な制限なく使用することができる。例えば、前記金属塩は銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ）およびニッケル（Ｎｉ）からなる群より選択される１種以上の金属の塩を使用でき、前記金属または貴金属の硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、ハロゲン化塩、炭酸塩、乳酸塩、シアン化塩、シアン酸塩またはスルホン酸塩などを使用することができる。

より具体的に、例えば、金属成分として優れた導電性を有する銀（Ａｇ）を含む金属ナノプレートを製造しようとする場合、前記金属塩としては銀（Ａｇ）の塩を使用することができ、硝酸銀（ＡｇＮＯ₃）、硫酸銀（Ａｇ₂ＳＯ₄）、酢酸銀（Ａｇ（ＣＨ₃ＣＯＯ））や、フッ化銀（ＡｇＦ）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、臭化銀（ＡｇＢｒ）またはヨウ化銀（ＡｇＩ）のハロゲン化銀、シアン化銀（ＡｇＣＮ）、シアン酸銀（ＡｇＯＣＮ）、乳酸銀（Ａｇ（ＣＨ₃ＣＨＯＨＣＯＯ））、炭酸銀（Ａｇ₂ＣＯ₃）、過塩素酸銀（ＡｇＣｌＯ₄）、三フッ化酢酸銀（Ａｇ（ＣＦ₃ＣＯＯ））または三フッ化スルホン酸銀（Ａｇ（ＣＦ₃ＳＯ₃））などを使用することができるが、これに限定されるのではなく、本技術分野で導電性ナノ粒子を形成するための前駆体として使用される通常の金属の塩を特別な制限なく使用することができる。

そして、前記で例示された伝導性高分子または金属塩以外にも任意の伝導性高分子または導電性を示す金属の多様な塩を使用することができるのはもちろんである。

また、前記金属ナノプレートの製造のために、金属塩および伝導性高分子のみを反応させてもよいが、前記金属塩の金属成分、即ち、金属ナノプレートに含まれる金属成分の還元電位が比較的低い場合、還元剤の存在下に前記金属塩および伝導性高分子の反応段階を遂行すれば、伝導性高分子上で金属塩から金属成分をより効果的に還元させ反応が速くなり収率がより高くなる。これにより、金属ナノプレートをより容易に高い収率で得ることができる。

この時、使用可能な還元剤の種類は前記金属塩の金属成分の種類によって変化させることができ、該当金属塩を還元させることができるようにこのような金属塩またはこれに対応する金属イオンより標準還元電位が低いものを選択して使用することができる。このような還元剤としては各金属成分の種類によって通常知られた還元剤を特別な制限なく使用することができ、例えば、ヒドラジン、アスコルビン酸、ハイドロキノン、レゾルシノールまたはカテコールなどの多価フェノール系化合物；トリエチルアミンのようなアミン系化合物；ジメチルアミノピリジンのようなピリジン系化合物；またはエチレングリコールなどの多価アルコール系化合物やこれらから選択された２種以上の混合物を使用することができる。

本発明の一実施形態によれば、前記伝導性高分子、および金属塩の反応は水、アルコール、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、エチレングリコール、ホルムアミド（ＨＣＯＯＨ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）およびＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）からなる群より選択される溶媒または一つ以上の混合溶媒（以下、第１溶媒という）内で行うことができる。

例えば、伝導性高分子をアルコールに分散させて分散液を形成した後、この分散液に金属塩を加えて反応させる方法で前記伝導性高分子および金属塩の反応を行うことができ、ポリアニリンのような水溶性伝導性高分子の場合、これを水に分散させこの分散液に金属塩を添加して前記反応段階を行うことができる。

この時、前記金属塩は固体状態で加えてもよく、溶液状態とした後に添加してもよい。このように製造された混合分散液を前述の温度および圧力条件下に一定時間以上維持すれば、前記分散液内で金属ナノプレートが形成される。このような反応工程で各反応物の添加順序や分散液の形成方法および混合順序などは通常の範囲内で当業者に自明に変更できるのはもちろんである。

前述の方法で製造された金属ナノプレートは溶媒と混合されて印刷可能な導電性インク組成物として提供されるか、各種反応の触媒などとして提供され得る。

一方、本発明の他の一側面による導電性インク組成物は、伝導性高分子を媒介として連結された金属を含み、約０．５ｎｍ乃至約１００ｎｍの厚さと、約２００ｎｍ以上の直径と、厚さより大きく直径より小さいか同じ幅を有し、前記幅／直径の比は約０．６乃至約１である金属ナノプレートおよび第２溶媒を含む。

前記導電性インク組成物において前記金属ナノプレートに関する説明は前述のとおりである。即ち、前記金属ナノプレートは、実質的に金属酸化物を含まないながら銀（Ａｇ）などの単一の低抵抗金属成分から形成することができ、ナノスケールの大きさ（厚さ）を有する微細な金属粒子が広い面積の一平面を有する板形態であり得る。

本発明の一実施形態によれば、前記第２溶媒は従来の導電性インク組成物に含まれる任意の溶媒を特別な制限なく使用することができ、例えば、エタノールのようなアルコール系溶媒、アルコールアルキルエーテル系溶媒、アルコールアリールエーテル系溶媒、エステル系溶媒、アミド系溶媒、アミン系溶媒、脂肪族炭化水素系溶媒および芳香族炭化水素系溶媒からなる群より選択される１種以上の溶媒を使用することができるが、これに限定されるのではない。

このような導電性インク組成物を基板上に印刷した後、従来の導電性ナノ粒子を還元または溶融連結させるために行われていた高温焼成工程を適用しなくても、優れた導電性を示す各種導電膜または導電性パターンなどの伝導性フィルムの形成が可能である。

即ち、このような導電性インク組成物の場合、これを基板上に印刷またはコーティングした後に前記溶媒などを除去するために低温で乾燥（または熱処理）のみを行っても、実質的に金属酸化物を含まずナノスケール厚さの金属膜が広い面積の一平面を有する板形態に形成された金属ナノプレートが複数含まれている伝導性フィルム、例えば、各種導電膜または導電性パターンを形成することができるので、このような導電膜または導電性パターンが非常に優れた導電性を示すことができる。

したがって、このような導電性インク組成物は、ＰＤＰまたはＬＣＤなどの各種表示装置、半導体素子または太陽電池に含まれる各種電極、配線または電磁波シールドフィルムなどの多様な導電膜または導電性パターンや、熱伝導性フィルムのような多様な伝導性フィルムを形成するために好ましく適用することができる。例えば、前記導電性インク組成物は、透明基板上に印刷されてタッチパネルに含まれる透明導電膜を形成するために適用されるか、半導体基板の各種配線パターンまたは電極を形成するために適用されるか、各種表示装置の各種配線パターン、電極または電磁波シールドフィルターなどを形成するために適用され得る。特に、前記導電性インク組成物は低温焼成が要求される環境下でさらに好ましく適用され、高温焼成が要求されないことにより適用可能な基板種類の限界などを克服することができるようにする。

また、前記金属ナノプレートは各種反応で触媒として提供され、各反応によって適した貴金属成分を含むことができる。このような触媒は、一般の貴金属微細粒子（貴金属ナノ粒子）の代わりに貴金属成分を含有した金属ナノプレートを含むことによって、触媒活性を有する貴金属成分と反応物の接触面積を相対的に増加させることができる。したがって、低い含量の貴金属成分を含む場合にも相対的により優れた活性を示すことができる。

一方、前述の金属ナノプレートを含む導電性インク組成物または触媒などは通常の金属ナノ粒子またはその他の形態の金属ナノ構造体の代わりに金属ナノプレートを含むことを除いては、本技術分野で一般に知られた導電性インク組成物または貴金属触媒の構成を有してもよい。例えば、前記導電性インク組成物は前記金属ナノプレートおよび第２溶媒以外にも、その他必要によって導電性インク組成物に含まれた任意の成分、例えば、分散剤、バインダーまたは顔料などをさらに含むこともできる。

また、前記導電性インク組成物は、組成物の全体重量を基準に約０．０１乃至約９５重量％の金属ナノプレートを含むことができる。これにより、前記導電性インク組成物内の金属ナノプレートの分散性が良好になり、以後に溶媒などを容易に除去して導電膜または導電性パターンを形成することができる。

一方、本発明の他の一側面による伝導性フィルムは前述の金属ナノプレートを含む。前記伝導性フィルムは、例えば、導電膜または導電性パターンであり得る。このような伝導性フィルムは、優れた導電性を示しながらもその形成過程で高温焼成工程が要求されないため、適用可能な基板の限界などの技術的限界を克服しより多様な基板および電気、電子装置などに適用することができる。

このような伝導性フィルムは、例えば、基板上に前述の導電性インク組成物を印刷または塗布した後、例えば、約５０乃至約２００℃の低温で乾燥または熱処理して前記導電性インク組成物に含まれている溶媒などを除去する方法で形成することができる。

このように形成された伝導性フィルムでは、前記金属ナノプレート、例えば、銀（Ａｇ）ナノプレートが互いに連結されて伝導性チャネルを形成することができる。このような伝導性チャネルで、前記金属ナノプレートが互いに接する接点では、これら金属ナノプレートの広い面同士が接するか、狭い面同士が接するか、或いは角部や頂点が互いに接する可能性がある。但し、前記金属ナノプレートは前述のような広い面積の一平面を有するという点と共に前記伝導性フィルムをコーティングする時に加えられるせん断力（ｓｈｅａｒ）を考慮すれば、前記金属ナノプレートは伝導性フィルム内で広い面が底に横たわる形態に分布する可能性が高く、前記金属ナノプレートの広い面同士が接して連結される可能性がより高くなる。従来のナノワイヤーなどの他の形態のナノ構造体を含むインク組成物から伝導性フィルムを形成する場合には、ナノ構造体同士が接する接点が狭い線または点で形成される蓋然性がより高いため、伝導性チャネルの抵抗がより高くなり相対的に導電性は低くなることがあるのに比べて、前記発明の他の実施形態による伝導性フィルムは金属ナノプレート同士が接する接点が広い面で形成される蓋然性が高いため、従来に知らされたことより優れた導電性を示すと予測することができる。

よって、前記伝導性フィルムは、各種表示装置、半導体素子または太陽電池などに含まれる電極、配線または電磁波シールドフィルムなどの任意の導電膜または導電性パターンであり得、透明基板上に形成されてタッチパネルなどに含まれる透明導電膜などの透明伝導性フイルムであり得る。

特に、このような伝導性フィルムが適用されたタッチパネル、太陽電池、表示装置または半導体素子などは高温焼成なく形成されながらも優れた導電性を示す導電性要素を含むことによって、適用可能な基板の限界などの技術的限界が減って、優れた特性を示すことができる。

一方、このようなタッチパネル、太陽電池、表示装置または半導体素子などは、前述の導電性インク組成物から形成された伝導性フィルムを含むことを除いては、通常の工程によって製造できる。

以下、発明の具体的な実施例を通じて、発明の作用および効果をより詳しく述べる。但し、このような実施例は発明の例示として提示されたものに過ぎず、これによって発明の権利範囲が決められるのではない。

試薬の用意
後述の銀ナノプレートの製造に使用された試薬は次のとおりであり、特別な精製なく購入した状態で使用した：
塩酸アニリン（ａｎｉｌｉｎｅ ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ）（Ａｌｄｒｉｃｈ、９７％）、２−アミノ安息香酸（２−ａｍｉｎｏｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ）（Ａｌｄｒｉｃｈ、９９％）、１，３−フェニレンジアミン（１，３−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ）（Ａｌｄｒｉｃｈ、９９＋％）、１，３−プロパンスルトン（１，３−ｐｒｏｐａｎｅ ｓｕｌｔｏｎｅ）（Ａｌｄｒｉｃｈ、９８％）、過硫酸アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｅｒｓｕｌｆａｔｅ）（Ａｃｒｏｓ、９８％）、Ｋ₂ＰｔＣｌ₄（Ａｌｄｒｉｃｈ）、Ｐｄ（ＮＯ₃）₂・Ｈ２Ｏ（Ａｌｄｒｉｃｈ、〜４０％Ｐｄ ｂａｓｉｓ）、ＡｕＣｌ₃（Ａｌｄｒｉｃｈ、９９％）、ＨＣｌ（トクサン）、ＨＮＯ３（トクサン）、ＡｇＮＯ₃（Ａｃｒｏｓ、Ｗａｋｏ、９９％）、エチレングリコール（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ）（Ａｌｄｒｉｃｈ、９９．８％）
伝導性高分子の合成
＜合成例１＞
Ｎ−（１’，３’−フェニレンジアミノ）−３−プロパンスルホナートの合成
１Ｌフラスコにｍ−フェニレンジアミン５４．０７ｇ（０．５００ｍｏｌ）と１，３−プロパンスルトン６１．０７ｇ（０．５００ｍｏｌ）をＴＨＦ５００ｍｌに溶かし２４時間還流および攪拌した。室温に冷ましガラスフィルターでろ過した後、ＴＨＦ：ｎ−Ｈｅｘ １：１（ｖ／ｖ）混合溶媒１０００ｍｌで洗浄し真空乾燥して灰青色の粉末１０８．５２ｇ（０．４７２ｍｏｌ、９４．３％ｙｉｅｌｄ）を得た。このように得られたＮ−（１’，３’−フェニレンジアミノ）−３−プロパンスルホナートは下記反応式ａの反応結果物のような化学構造を有していた。

＜合成例２＞
Ｐ［アントラニル酸］ _0.5 −［Ｎ−（１’，３’−フェニレンジアミノ）−３−プロパンスルホナート］ _0.5 の合成
アントラニル酸３．４３ｇと合成例１で得られたＮ−（１’，３’−フェニレンジアミノ）−３−プロパンスルホナート５．７５ｇを０．２Ｍ ＨＣｌ溶液３００ｍｌとＥｔＯＨ１００ｍｌの混合溶液に溶かし、過硫酸アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｅｒｓｕｌｆａｔｅ）１４．２１ｇが溶解された０．２Ｍ ＨＣｌ溶液２００ｍｌを１０分にわたって添加した後、２４時間攪拌した。この溶液をアセトン３．６Ｌに加えポリアニリン高分子沈殿を得て、４０００ｒｐｍおよび１時間条件で遠心分離して沈殿を分離した。その後、アセトン／０．２Ｍ ＨＣｌ混合溶液（６：１ｖ／ｖ）で３回洗浄し乾燥して６．１２ｇのＰ［アントラニル酸］_0.5−［Ｎ−（１’，３’−フェニレンジアミノ）−３−プロパンスルホナート］_0.5を得た（６６．４％ｙｉｅｌｄ）。このように得られたポリアニリンの二つの繰り返し単位の組成比は５２：４８であることが確認され（ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ＮＭＲで分析）、重量平均分子量は２８３０程度（ＧＰＣ分析）であることが確認された。また、このようなＰ［アントラニル酸］_0.5−［Ｎ−（１’，３’−フェニレンジアミノ）−３−プロパンスルホナート］_0.5の伝導性高分子は下記反応式ｂの反応結果物のような化学構造を有することが確認された。

＜合成例３＞
Ｐ［ＡＮｉ］ _0.5 −［Ｎ−（１’，３’−フェニレンジアミノ）−３−プロパンスルホナート］ _0.5 の合成
アントラニル酸３．４３ｇを使用する代わりに、塩酸アニリン（Ａｎｉｌｉｎｅ ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ）３．２４ｇを使用したこと以外には合成例１と同様な方法で合成してＰ［ＡＮｉ］_0.5−［Ｎ−（１’，３’−フェニレンジアミノ）−３−プロパンスルホナート］_0.5４．７２ｇを得た。このように得られたＰ［ＡＮｉ］_0.5−［Ｎ−（１’，３’−フェニレンジアミノ）−３−プロパンスルホナート］_0.5は下記の化学式ａの繰り返し単位構造で表示される。

金属ナノプレートの製造
＜実施例１＞
合成例２で製造された伝導性高分子Ｐ［アントラニル酸］_0.5−［Ｎ−（１’，３’−フェニレンジアミノ）−３−プロパンスルホナート］_0.5１００ｍｇとＡｇＮＯ₃１６７ｍｇを蒸溜水５０ｍｌに分散させ、４℃で１６８時間放置した。底に沈殿した金属ナノプレート塊りを紙フィルターを用いてろ過し、蒸溜水５０ｍｌで洗浄した後によく乾燥して精製された金属ナノプレートを得た。

＜実施例２＞
合成例２で製造された伝導性高分子Ｐ［アントラニル酸］_0.5−［Ｎ−（１’，３’−フェニレンジアミノ）−３−プロパンスルホナート］_0.5１００ｍｇとＡｇＮＯ₃１６７ｍｇを蒸溜水２５ｍｌとエチレングリコール２５ｍｌの混合溶液に分散させ、−２５℃で１６８時間放置した。底に沈殿した金属ナノプレート塊りを紙フィルターを用いてろ過し、蒸溜水５０ｍｌで洗浄した後によく乾燥して精製された金属ナノプレートを得た。

＜実施例３＞
合成例３で製造された伝導性高分子Ｐ［ＡＮｉ］_0.5−［Ｎ−（１’，３’−フェニレンジアミノ）−３−プロパンスルホナート］_0.5１００ｍｇとＡｇＮＯ₃１００１６７ｍｇを蒸溜水５０ｍｌに分散させ、４℃で１６８時間放置した。底に沈殿した金属ナノプレート塊りを紙フィルターを用いてろ過し、蒸溜水５０ｍｌで洗浄した後によく乾燥して精製された金属ナノプレートを得た。

図１、２、３に実施例１、２、３で得られた銀ナノプレートのＳＥＭ写真を示した。このように得られた銀ナノプレートの大きさをＳＥＭを用いて測定した結果、平均的に約１０ｎｍ乃至約２０ｎｍの厚さと、約１μｍ乃至約２μｍの直径または幅を有する板状を帯びていることを確認した。

本発明の一実施形態によれば、前記伝導性高分子、および金属塩の反応は水、アルコール、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、エチレングリコール、ホルムアミド（ＨＣＯＯＮＨ ₂ ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）およびＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）からなる群より選択される溶媒または一つ以上の混合溶媒（以下、第１溶媒という）内で行うことができる。

＜合成例３＞
Ｐ［ＡＮｉ］ _0.5 −［Ｎ−（１’，３’−フェニレンジアミノ）−３−プロパンスルホナート］ _0.5 の合成
アントラニル酸３．４３ｇを使用する代わりに、塩酸アニリン（Ａｎｉｌｉｎｅ ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ）３．２４ｇを使用したこと以外には合成例２と同様な方法で合成してＰ［ＡＮｉ］_0.5−［Ｎ−（１’，３’−フェニレンジアミノ）−３−プロパンスルホナート］_0.5４．７２ｇを得た。このように得られたＰ［ＡＮｉ］_0.5−［Ｎ−（１’，３’−フェニレンジアミノ）−３−プロパンスルホナート］_0.5は下記の化学式ａの繰り返し単位構造で表示される。

＜実施例３＞
合成例３で製造された伝導性高分子Ｐ［ＡＮｉ］_0.5−［Ｎ−（１’，３’−フェニレンジアミノ）−３−プロパンスルホナート］_0.5１００ｍｇとＡｇＮＯ₃ １６７ｍｇを蒸溜水５０ｍｌに分散させ、４℃で１６８時間放置した。底に沈殿した金属ナノプレート塊りを紙フィルターを用いてろ過し、蒸溜水５０ｍｌで洗浄した後によく乾燥して精製された金属ナノプレートを得た。

Claims (22)

1. 伝導性高分子を媒介として連結された金属を含み、
   ０．５ｎｍ乃至１００ｎｍの厚さと、２００ｎｍ以上の直径と、厚さより大きく直径より小さいか同じ幅を有し、
   前記幅／直径の比は０．６乃至１である金属ナノプレート。
2. 前記直径は、２００ｎｍ乃至１００μｍである請求項１に記載の金属ナノプレート。
3. 前記幅は、１２０ｎｍ乃至１００μｍである請求項１に記載の金属ナノプレート。
4. 前記直径／厚さの比は、１０乃至２０，０００である請求項１に記載の金属ナノプレート
5. 多角形、円形または楕円形の板状を帯びている請求項１に記載の金属ナノプレート。
6. １重量％未満の金属酸化物を含む請求項１に記載の金属ナノプレート。
7. 前記金属は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ）およびニッケル（Ｎｉ）からなる群より選択される１種以上の金属を含む請求項１に記載の金属ナノプレート。
8. 金属成分として銀（Ａｇ）のみを含む請求項７に記載の金属ナノプレート。
9. 伝導性高分子および金属塩を反応させる段階を含む金属ナノプレートの製造方法。
10. 前記伝導性高分子および金属塩を反応させる段階は、−４０乃至３０℃で行われる請求項９に記載の金属ナノプレートの製造方法。
11. 前記反応させる段階は、１０分乃至２５０時間行われる請求項１０に記載の金属ナノプレートの製造方法。
12. 伝導性高分子が含まれている分散液を形成する段階；および
    前記分散液に金属塩を投入して前記伝導性高分子と前記金属塩とを反応させる段階；を含む請求項９に記載の金属ナノプレートの製造方法。
13. 前記伝導性高分子は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンおよびこれらの共重合体からなる群より選択される１種以上の高分子を含む請求項９に記載の金属ナノプレートの製造方法。
14. 前記金属塩は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ）およびニッケル（Ｎｉ）からなる群より選択される１種以上の金属の塩である請求項９に記載の金属ナノプレートの製造方法。
15. 前記銀（Ａｇ）の塩は、硝酸銀（ＡｇＮＯ₃）、硫酸銀（Ａｇ₂ＳＯ₄）、酢酸銀（Ａｇ（ＣＨ₃ＣＯＯ））、フッ化銀（ＡｇＦ）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、臭化銀（ＡｇＢｒ）、ヨウ化銀（ＡｇＩ）、シアン化銀（ＡｇＣＮ）、シアン酸銀（ＡｇＯＣＮ）、乳酸銀（Ａｇ（ＣＨ₃ＣＨＯＨＣＯＯ））、炭酸銀（Ａｇ₂ＣＯ₃）、過塩素酸銀（ＡｇＣｌＯ₄）および三フッ化酢酸銀（Ａｇ（ＣＦ₃ＣＯＯ））、三フッ化スルホン酸銀（Ａｇ（ＣＦ₃ＳＯ₃）からなる群より選択される１種以上を含む請求項１４に記載の金属ナノプレートの製造方法。
16. 伝導性高分子および金属塩の反応は、水、アルコール、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、エチレングリコール、ホルムアミド（ＨＣＯＯＨ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）からなる群より選択される１種以上の第１溶媒内で行われる請求項９に記載の金属ナノプレートの製造方法。
17. 請求項１乃至８のうちのいずれか一項による金属ナノプレートおよび第２溶媒を含む導電性インク組成物。
18. 分散剤、バインダー、顔料からなる群より選択した１種以上をさらに含む請求項１７に記載の導電性インク組成物。
19. 前記第２溶媒は、水、アルコール系溶媒、アルコールアルキルエーテル系溶媒、アルコールアリールエーテル系溶媒、エステル系溶媒、アミド系溶媒、アミン系溶媒、脂肪族炭化水素系溶媒および芳香族炭化水素系溶媒からなる群より選択される１種以上を含む請求項１７に記載の導電性インク組成物。
20. 請求項１乃至８のうちのいずれか一項による金属ナノプレートを含む伝導性フィルム。
21. 表示装置、半導体素子、太陽電池の導電膜、または導電性パターンである請求項２０に記載の伝導性フィルム。
22. タッチパネルの透明伝導性フィルムである、請求項２１に記載の伝導性フィルム。