JP2017511817A - インク配合物 - Google Patents
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Abstract
Description
ナノシートの50%超が無機層状材料10層未満を含み、水性媒体が、
(i)多環芳香族化合物又は各多環芳香族化合物が、2〜10個の縮合芳香族ベンゼン環を含む環系を独立して有し、環系が1〜6個の(例えば1〜4個の)独立して選択された親水性基で置換されており、各親水性基は20個未満の原子で構成されている、少なくとも1つの水溶性多環芳香族化合物(例えば、その塩)と、
(ii)少なくとも1つの粘度調整剤と、
(iii)少なくとも1つの表面張力調整剤と
を含む、インク配合物が提供される。
a)本明細書で定められた水性媒体において、多層バルク無機材料(例えば、無機材料の粒子)を用意するステップと、
b)水性媒体における無機材料の多層粒子にエネルギー(例えば、音波エネルギー)を加えて、水性媒体におけるナノシートの水性分散体を得るステップであって、ナノシートの50%超が無機層状材料10層未満を含む、ステップと、
c)ステップb)で得られた分散体が無機層状材料の多層粒子も含む場合、該方法が、懸濁液における無機層状材料の多層粒子の量を減らすステップを任意選択でさらに含む、ステップと
を含む、インク配合物を調製する方法が提供される。
前述したように、本発明では、第1の態様において、インクジェット印刷に適したインク配合物であって、前記配合物が、水性媒体に分散された複数のナノシートを含み、
ナノシートの50%超が導電性層状無機材料10層未満を含み、水性媒体が、
(i)多環芳香族化合物又は各多環芳香族化合物が、2〜10個の縮合芳香族ベンゼン環を含む環系を独立して有し、環系が1〜4個の、独立して選択された親水性基で置換されており、各親水性基は20個未満の原子からなる、少なくとも1つの水溶性多環芳香族化合物(例えば、その塩)と、
(ii)少なくとも1つの粘度調整剤と、
(iii)少なくとも1つの表面張力調整剤と
を含む、インク配合物が提供される。
本発明の配合物に存在するナノシートは、適切には、多層無機材料のより大きな粒子の剥離によって調製される。剥離プロセスによって作製されたナノシートは、無機材料の、単層若しくはナノシート、又は2つ以上の層若しくはナノシートからなることができる。
本発明のナノシートは、水性媒体において分散されている。用語「水性媒体」は、水を含んだ液体媒体を意味すると理解することができる。
水性媒体に存在する構成要素の1つに、水溶性ポリ芳香族化合物がある。
配合物をインクジェット印刷に適したものにするために、水性媒体の粘度を、2〜30cPsの範囲内、より好ましくは10〜12cPsの範囲内へ増加させる必要がある。したがって、水の粘度は1cPsであるので、本発明の配合物は、適切には、水性媒体の構成要素として粘度調整剤を含む。
配合物をインクジェット印刷に適したものにするために、配合物の表面張力を、20〜50mN/mの範囲内、好ましくは28〜45mN/mの範囲内、より好ましくは28〜35mN/mの範囲内に調整する必要がある。したがって、本発明の配合物は、適切には、水性媒体の構成要素として表面張力調整剤を含む。
本明細書で前述されたように、本発明は、本明細書で定められたインク配合物を調製する方法をさらに提供する。
a)本明細書で定められた水性媒体において、多層バルク無機材料(例えば、無機材料の粒子)を用意するステップと、
b)水性媒体における無機材料の多層粒子にエネルギーを加えて、水性媒体におけるナノシートの水性分散体を得るステップであって、ナノシートの50%超が無機層状材料10層未満を含む、ステップと、
c)ステップb)で得られた分散体が無機層状材料の多層粒子も含む場合、該方法が、懸濁液における無機層状材料の多層粒子の量を減らすステップを任意選択でさらに含む、ステップと
を含む、インク配合物を調製する方法を提供する。
本明細書で前述したように、本発明のインク配合物は、被膜として、又はプリンテッドエレクトロニクスの構成で、膜又はトラックのインクジェット印刷に有用である。
グラフェン又は改質グラフェン(例えばドープされたグラフェン)を含む、第1の電極層と、
遷移金属ジカルコゲナイドの、複数の、単層若しくは数層の粒子を含む薄膜と、
第2の電極層と
を具備する二次元ヘテロ構造体である、光電池であってもよく、又は該光電池を備えることができ、
層は、連続的に積み重ねられて積層構造を形成し、遷移金属ジカルコゲナイドの薄膜又は各薄膜が、第1の電極層と第2の電極層の間に位置しており、遷移金属ジカルコゲナイド層の薄膜又は各薄膜が、両方の電極と電気的に接触している。
ゲート電極と、
ソース電極及びドレイン電極に接続したグラフェン層と、無機層状材料の、複数の、単層又は数層の粒子を含む薄膜であって、グラフェン層と電極の両方とゲート電極との間に接触し、かつ位置している薄膜と
を具備する、光検出器であってもよく、又は該光検出器を備えることができる。
ソース電極と、
ドレイン電極と、
無機層状材料の、複数の、単層又は数層の粒子を含む薄膜であって、ソース電極とドレイン電極の両方の間に接触し、かつ位置している薄膜と
を備えたトランジスターであってもよく、
ソース電極及びドレイン電極のうち少なくとも一方は、グラフェンを含み、他方の電極は、導電性材料の層を含む。ソース電極とドレイン電極の両方がグラフェンを含んでいてもよい。
1−ピレンスルホン酸のナトリウム塩(1−PSA、Py−1SO3、>97.0%(HPLC))、エチレングリコールメチルエーテル、及びTritonは全て、Sigma−Aldrichから購入した。
グラフェン配合物
[実施例1]
グラファイト30mg及び1−PSA1mgをガラス容器内に置き、脱イオン水4.75g、エチレングリコールメチルエーテル0.2g、及びTriton 0.05gを含む水溶液10mlを添加した。
以下の量の試薬、
H2O−9.5g、
エチレングリコール−0.4g、
Triton−x100−0.5mg、
グラファイト(フレーク>100μm)−30mg、及び
1−ピレンスルホン酸ナトリウム−1.2mg
を12mLガラスバイアルに加えた。
MOS2配合物
以下の量の試薬、
H2O−47.5g、
エチレングリコール−2.0g
Triton−x100−3mg、
MoS2(フレーク約2μm)−150mg、及び
1−ピレンスルホン酸ナトリウム−6mg
をガラスポットに加えた。
六方晶窒化ホウ素(h−BN)配合物
以下の量の試薬、
H2O−8g、
エチレングリコール−2.0g、
Triton−x100−0.6mg、
h−BN(フレーク約1μm)−30mg、及び
1−ピレンスルホン酸ナトリウム−1mg
をガラスポットに加えた。
Claims (33)
- インクジェット印刷に適したインク配合物であって、前記配合物が、水性媒体に分散された複数のナノシートを含み、
前記ナノシートの50%超が、無機層状材料10層未満を含み、前記水性媒体が、
(i)多環芳香族化合物又は各多環芳香族化合物が、2〜10個の縮合芳香族ベンゼン環を含む環系を独立して有し、前記環系が1〜6個の(例えば1〜4個の)独立して選択された親水性基で置換されており、各親水性基は20個未満の原子からなる、少なくとも1つの水溶性多環芳香族化合物(例えば、その塩)と、
(ii)少なくとも1つの粘度調整剤と、
(iii)少なくとも1つの表面張力調整剤と
を含む、インク配合物。 - 2〜30cPsの範囲内の粘度を有する、請求項1に記載のインク配合物。
- 10〜12cPsの範囲内の粘度を有する、請求項2に記載のインク配合物。
- 20〜50mN/mの範囲内の表面張力を有する、請求項1から3のいずれか1項に記載のインク配合物。
- 28〜45mN/mの範囲内の表面張力を有する、請求項4に記載のインク配合物。
- 本発明の前記インク配合物に存在する無機材料の前記ナノシートの60%超が、前記無機材料10層未満を含む、請求項1から5のいずれか1項に記載のインク配合物。
- 本発明の前記インク配合物に存在する無機材料の前記ナノシートの80%超が、前記無機材料10層未満を含む、請求項6に記載のインク配合物。
- 前記ナノシートの長さ及び幅寸法が、10nm〜2ミクロンの範囲内である、請求項1から7のいずれか1項に記載のインク配合物。
- 前記ナノシートの長さ及び幅寸法が、10nm〜1ミクロンの範囲内である、請求項8に記載のインク配合物。
- 粒子の75重量%超が、3〜8個の分子層の厚さを有する、請求項1から9のいずれか1項に記載のインク配合物。
- 前記水性媒体におけるナノシートの濃度が、0.01〜5mg/mlの範囲内である、請求項1から10のいずれか1項に記載のインク配合物。
- 前記配合物の水含有量が、前記配合物の全重量に対して、80重量%以上99.9重量%以下の範囲内である、請求項1から11のいずれか1項に記載のインク配合物。
- 前記多環芳香族化合物が、2〜8個の、又は3〜6個の縮合ベンゼン環を含む環系を有し、前記環系が1〜4個の、独立して選択された親水性基で置換されており、各親水性基がSO3H、SO2H、B(OH)2、CO2H、OH、及びPO3Hからなる、請求項1から12のいずれか1項に記載のインク配合物。
- 前記多環芳香族化合物が、以下の
- 前記配合物に存在する水溶性ポリ芳香族化合物の量が、1×10−4モル/L〜200×10−4モル/Lである、請求項1から14のいずれか1項に記載のインク配合物。
- 前記粘度調整剤が水混和性共溶媒である、請求項1から15のいずれか1項に記載のインク配合物。
- 前記粘度調整剤が、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコール、プロピレングリコール、1−プロパノール、乳酸エチル、メチルエチルケトン(MEK)、及びスルホランからなる群から選択される、請求項1から16のいずれか1項に記載のインク配合物。
- 前記粘度調整剤が、エチレングリコールメチルエーテル又はエチレングリコールである、請求項17に記載のインク配合物。
- 前記粘度調整剤が、0.1〜60重量%の量で、本発明の前記配合物に存在する、請求項16に記載のインク配合物。
- 前記表面張力調整剤が界面活性剤である、請求項1から19のいずれか1項に記載のインク配合物。
- 前記表面張力調整剤が非イオン性界面活性剤(例えば、Triton)である、請求項20に記載のインク配合物。
- 前記表面張力調整剤が、0.01〜2重量%の量で、前記配合物に存在する、請求項1から21のいずれか1項に記載のインク配合物。
- 前記無機材料が、グラフェン、六方晶窒化ホウ素、及び遷移金属ジカルコゲナイド(TMDC)から選択される、請求項1から22のいずれか1項に記載のインク配合物。
- 前記無機材料がグラフェンである、請求項1から23のいずれか1項に記載のインク配合物。
- 請求項1に記載のインク配合物を調製する方法であって、
a)請求項1に記載の水性媒体において、多層バルク無機材料を用意するステップと、
b)前記水性媒体における前記無機材料の多層粒子にエネルギーを加えて、前記水性媒体におけるナノシートの水性分散体を含んだインク配合物を得るステップであって、前記ナノシートの50%超が前記無機層状材料10層未満を含む、ステップと、
c)ステップb)で得られた前記配合物が前記無機層状材料の多層粒子も含む場合、前記方法が、前記インク配合物における前記無機層状材料の多層粒子の量を減らすステップを任意選択でさらに含む、ステップと
を含む、方法。 - 前記水性媒体が、水溶性ポリ芳香族化合物、前記粘度調整剤、及び前記表面張力調整剤を水に溶かすことによって調製される、請求項25に記載の方法。
- 前記エネルギーが音波エネルギーである、請求項25又は26に記載の方法。
- 前記配合物における多層粒子の量を減らす前記ステップが、前記配合物からより大きな多層材料を分離するために遠心分離機を使用することを含む、請求項25から27のいずれか1項に記載の方法。
- 前記配合物に存在する多層粒子の量をさらに減らすために、ステップ(c)において、第2の超音波処理ステップをさらに含む、請求項28に記載の方法。
- 膜又はトラックを基板にインクジェット印刷するための、請求項1から24のいずれか1項に記載のインク配合物の使用。
- 印刷電子デバイスの調製における、膜をインクジェット印刷するための、請求項1から24のいずれか1項に記載のインク配合物の使用。
- 請求項1から24のいずれか1項に記載のインク配合物を基板にインクジェット印刷することによって調製された、膜及び/又はトラック。
- 請求項32に記載の膜又はトラックを備えた電子デバイス又はコンポーネント。
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