JP2018518399A - 金属ポリマー複合材料 - Google Patents
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Abstract
Description
a)少なくとも1つの導電金属の少なくとも1つの前駆体、少なくとも1つの光重合性モノマー、及び任意に少なくとも1つの光開始剤を含む液体組成物を調製する工程と、
b)前記モノマーを光重合してポリマーマトリックス50、150及び前記導電金属の粒子5、105を形成するために工程a)で得られた前記液体組成物をUV照射に曝す工程であって、前記粒子5、105は、少なくとも2つの粒子の集団を形成し、粒子の第1集団10、110は、前記ポリマーマトリックス50、150内に分散し、粒子の第2集団20、120は、前記複合材料1、101の少なくとも1つの表面8に位置する層25、125を形成する、工程と、を含む。
BASFから市販されている0.5%発色団Irgacure 819を2グラムのアクリルモノマー(SR610/PEG 600DA、以下「モノマー1」)に添加する。混合物を短時間攪拌して均質化する。混合物に、予め3滴のH2O(80μLH2O)に溶解させた5重量%のAgNO3を添加する。混合は、光開始剤及びAgNO3が完全に溶解するまで続けられる。全体を光の照射から遠ざける。
5%の金属前駆体(AgNO3)、0.5%の発色団(Irgacure 2959−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン)を含有する配合物(S1)及び2グラムのモノマー(SR610(ポリエチレングリコール(600)ジアクリレート、またはPEG600 DA))をガラスシート上に堆積させ、100μm較正バーを用いて広げた。次いで、膜をUVランプに曝した。UV−Vis分光法による特性評価を行い、ポリマーマトリックス中の金属ナノ粒子の合成を視覚化した。
サンプル(S1)は、約10ナノメートルの厚さを有する金の層をカソードスパッタリングすることによって予め真空蒸着された。
エネルギー分散型X線分析により、銀、金、炭素及び酸素の存在が確認された。炭素と酸素は、主としてポリマーマトリックスに由来する。金シグナルは、金属化中にサンプルの表面に堆積した金属層に由来し、シリコンシグナルは、サンプルが予め堆積したガラスシートに由来する。
サンプルS1は、次いで、TEMによって、サンプルのミクロトーム切断の後に特徴付けられた。
200mW/cm2で10分間照射した後、及び空気中で1ヶ月後に、銀鏡/ポリマー(サンプルS1)について記録したXPSスペクトルを得た。
50%及び100%の2つの光強度を試験した。表2は、対応する鏡膜のS1感光性配合物の組成をまとめたものである。
ナノ複合体合成に対する照射時間の影響を調べるために、S1配合物に異なる露光時間、50%ランプ強度で照射した。表3は、S1配合物の組成及び対応するナノ複合膜の照射条件をまとめたものである。
目的は、ナノ複合膜の物理的及び光学的特性に対する膜厚の影響を調べることであった。この目的のために、ガラスシート(薄い、中程度及び厚い)上に塗布された異なる量の配合物S1(異なるバーコータを用いて)から異なる膜厚を調製し、次いで50%ランプ強度で20分間照射した。
この研究の目的は、光化学プロセスによって得られたナノ複合膜の特性に及ぼす硝酸銀の濃度の影響を調べることだけでなく、鏡効果を得るための金属前駆体の最小濃度を評価することでもある。異なる濃度のAgNO3を用いていくつかの合成を行った。
光開始剤のタイプの影響を調べるために、発色団(0.5%)及び硝酸銀(5%)の一定濃度を40分間の露光時間で使用した。表6は、配合物の組成及び各合成における照射条件をまとめたものである。
いくつかのモノマーが試験された。
S1配合物を異なる基材上に堆積させ、100%ランプ強度(200mW/cm2)で10分間照射した。表8は、異なる試験基材、照射条件及び各合成についての対応する画像を示す。
配合物S1を、ガラス基板上に直接書き込むためのインクとしての使用について試験した。パスツールピペットを使用して、配合物で基材に銘刻を記載することが可能であると結論づけできた。次いで、サンプルに、例えば50%ランプ強度で20分間照射した。得られた結果は、本発明によるナノ粒子を有するポリマーマトリックスを調製するための実験条件下で、開発された配合物がインクとして明らかに使用できることを示した。
銀は非常に優れた電気及び熱伝導体である(電気伝導度=63×106S・m−1及び熱伝導度=429W・m−1・K−1)。
電気抵抗は、S1配合物(表9)を用いて調製したサンプルについて、20及び40分間の照射時間後に測定した。
得られた膜の抵抗に対する金属前駆体の濃度の影響を調べた。様々な濃度のAgNO3(5%、2%及び1%)で得られた3つの膜の電気抵抗を表10に示す。
2つの光強度を使用した。光の公称出力の50%及び100%。表11は、S1配合物及び照射時間20分後に得られた電気抵抗値と共に用いられる条件を示す。
実施例1と同じプロトコールを使用した:銀前駆体(AgNO3)の代わりに金前駆体(AuBr3、液体組成物の全重量の1重量%または2重量%)を使用した。
実施例1と同じプロトコールを使用した:銀前駆体(AgNO3)の代わりに、銅前駆体((Cu(CH3COO)2)、開始組成物の全重量の0.5重量%、1重量%、2重量%、及び5重量%)を使用した。
実施例1と同じプロトコールを使用した:銀前駆体(AgNO3)の代わりにパラジウム前駆体(PdCl2、液体組成物の全重量の2重量%または5重量%)を使用した。金属前駆体の溶解は、少量のHCl、例えば50μL及び50μLのH2Oの添加を必要とする。
実施例1と同じプロトコールを使用した:銀前駆体(AgNO3)の代わりにスズ前駆体(SnCl4、液体組成物の全重量の2または5重量%)を使用した。また、スズ前駆体をモノマー中に直接溶解した。
実施例1と同じプロトコールを使用した:銀前駆体(AgNO3)の代わりに亜鉛前駆体(Zn(NO3)2、液体組成物の全重量の2または5重量%)を使用した。
実施例1で使用した配合物を50%(v/v)水(実施例1による1容量の配合物及び1容量の水)で希釈した。希釈組成物の動的粘度は、40℃で10cPに低下し、それにより、従来のインクジェットプリンタによる印刷が可能になる。従来のインクジェットプリンタは、組成物をガラスサンプル上に印刷するように作用させる。
実施例1より調製された複合材料の反射率を試験し、光学的に研磨された塊状の金属銀と比較した。この試験は、積分球を有するUV可視分光光度計を用いて行った。
実施例1により調製された複合材料は、金属鏡面の反射率に対するそのような処理の影響を評価するために異なる熱処理を受けていた。
表面は、複合材料の表面への入射光に応じて、青色または赤褐色を呈する。
表面は真珠の様相を呈する。
表面は金の様相を呈する。
表面は未加工の銀の様相を呈する。
(付記1)
マトリックス(50、150)と複合材料(1、101)の少なくとも1つの表面(8)に位置する金属層(25、125)とを含む複合材料(1、101)であって、前記マトリックス(50、150)は、少なくとも1つのポリマー(55、155)と少なくとも1つの導電金属の粒子の第1集団(10、110)とを含み、前記層(25、125)は、少なくとも1つの導電金属の粒子の第2集団(20、120)を含み、前記層の前記第2集団(20、120)の粒子の濃度は、前記マトリックス(50、150)の前記第1集団(10、110)の粒子の濃度よりも大きい、複合材料(1、101)。
マトリックス(50、150)と複合材料(1、101)の少なくとも1つの表面(8)に位置する金属層(25、125)とを含む複合材料(1、101)であって、前記マトリックス(50、150)は、少なくとも1つのポリマー(55、155)と少なくとも1つの導電金属の粒子の第1集団(10、110)とを含み、前記層(25、125)は、少なくとも1つの導電金属の粒子の第2集団(20、120)を含み、前記複合材料(1、101)の少なくとも1つの表面(8)に位置する前記層(25、125)は、導電層である、複合材料(1、101)。
マトリックス(50、150)と複合材料(1、101)の少なくとも1つの表面(8)に位置する金属層(25、125)とを含む複合材料(1、101)であって、前記マトリックス(50、150)は、少なくとも1つのポリマー(55、155)と少なくとも1つの導電金属の粒子の第1集団(10、110)とを含み、前記層(25、125)は、少なくとも1つの導電金属の粒子の第2集団(20、120)を含み、前記複合材料(1、101)の少なくとも1つの表面(8)に位置する前記層(25、125)は、金属鏡面を形成する、複合材料(1、101)。
ナノ粒子(20、120)の前記層(25、125)は、前記マトリックス(50、150)に少なくとも部分的に埋め込まれている、またはナノ粒子(20、120)の前記層(25、125)は、前記マトリックス(50、150)に全体的に埋め込まれている、またはナノ粒子(20、120)の前記層(25、125)は、前記マトリックス(50、150)上にある、付記1から3のいずれか1つに記載の複合材料。
粒子の前記第1集団(10、110)は、1から100ナノメートル、例えば50から50ナノメートルの平均直径を有する、付記1から4のいずれか1つに記載の複合材料。
粒子の前記第2集団(20、120)は、連続金属層を形成する、付記1から5のいずれの1つに記載の複合材料。
前記導電金属は、Ag、Au、Cu、Pd、Pt、Al、またはそれらの任意の混合物から選択される、付記1から6のいずれか1つに記載の複合材料。
前記ポリマー(55、155)は、少なくとも1つの光重合性モノマー、例えばエチレングリコールモノマーの重合により形成される光誘発ポリマーであり、好ましくは前記ポリマー(55、155)は、ポリエチレングリコール(PEG)であり、またはPEGブロックポリマーもしくはPEGと他のモノマーとの混合物を含む、付記1から7のいずれか1つに記載の複合材料。
前記複合材料(1)は、基材(60、100)を更に含む、付記1から8のいずれの1つに記載の複合材料。
付記1から9のいずれか1つに記載の複合材料を調製する方法であって、
a)少なくとも1つの導電金属の少なくとも1つの前駆体、少なくとも1つの光重合性モノマー、及び任意に少なくとも1つの光開始剤を含む液体組成物を調製する工程と、
b)前記モノマーを光重合してポリマーマトリックス(50、150)及び前記導電金属の粒子(5、105)を形成するために工程a)で得られた前記液体組成物をUV照射に曝す工程であって、前記粒子(5、105)は、少なくとも2つの粒子の集団を形成し、粒子の第1集団(10、110)は、前記ポリマーマトリックス(50、150)内に分散し、粒子の第2集団(20、120)は、前記複合材料(1、101)の少なくとも1つの表面(8)に位置する層(25、125)を形成する、工程と、
を含む、方法。
前記液体組成物は、基材に堆積される、付記10に記載の方法。
前記光重合は、導電金属の粒子を形成するために前記導電金属の前駆体の光重合及び光還元を誘発するのに十分な強度のUVを提供するUV源の存在下で行われ、前記粒子は、付記1から9のいずれか1つに記載されるような少なくとも2つの粒子の集団を形成する、付記10または11に記載の方法。
前記光重合は、前記液体組成物に少なくとも0.5W/cm2、好ましくは少なくともの1W/cm2の強度のUVを提供するUV源の存在下で行われる、付記10から12のいずれか1つに記載の方法。
前記光重合は、導電金属の粒子を形成するために前記導電金属の前駆体の光重合及び光還元を誘発するのに十分な時間の間に行われ、前記粒子は付記1から9のいずれか1つに記載されるような少なくとも2つの粒子の集団を形成する、付記10から13のいずれか1つに記載の方法。
付記1から9のいずれか1つに記載の、または付記10から14のいずれか1つに記載の方法により得られる少なくとも1つの複合材料(101)を含む、基材(100)。
前記基材(100)は、布地であり、前記複合材料(101)は布地基材(100)の領域(102)に埋め込まれている、付記15に記載の基材(100)。
付記1から9のいずれか1つに記載の、または付記10から14のいずれか1つに記載の方法により得られる少なくとも1つの複合材料(1)の導電表面(8)を熱または電気に接触させることと、前記複合材料(1)の前記導電表面(8)を介して熱または電気をそれぞれ伝えることと、を含む、熱または電気を伝える方法。
Claims (17)
- マトリックス(50、150)と複合材料(1、101)の少なくとも1つの表面(8)に位置する金属層(25、125)とを含む複合材料(1、101)であって、前記マトリックス(50、150)は、少なくとも1つのポリマー(55、155)と少なくとも1つの導電金属の粒子の第1集団(10、110)とを含み、前記層(25、125)は、少なくとも1つの導電金属の粒子の第2集団(20、120)を含み、前記層の前記第2集団(20、120)の粒子の濃度は、前記マトリックス(50、150)の前記第1集団(10、110)の粒子の濃度よりも大きい、複合材料(1、101)。
- マトリックス(50、150)と複合材料(1、101)の少なくとも1つの表面(8)に位置する金属層(25、125)とを含む複合材料(1、101)であって、前記マトリックス(50、150)は、少なくとも1つのポリマー(55、155)と少なくとも1つの導電金属の粒子の第1集団(10、110)とを含み、前記層(25、125)は、少なくとも1つの導電金属の粒子の第2集団(20、120)を含み、前記複合材料(1、101)の少なくとも1つの表面(8)に位置する前記層(25、125)は、導電層である、複合材料(1、101)。
- マトリックス(50、150)と複合材料(1、101)の少なくとも1つの表面(8)に位置する金属層(25、125)とを含む複合材料(1、101)であって、前記マトリックス(50、150)は、少なくとも1つのポリマー(55、155)と少なくとも1つの導電金属の粒子の第1集団(10、110)とを含み、前記層(25、125)は、少なくとも1つの導電金属の粒子の第2集団(20、120)を含み、前記複合材料(1、101)の少なくとも1つの表面(8)に位置する前記層(25、125)は、金属鏡面を形成する、複合材料(1、101)。
- ナノ粒子(20、120)の前記層(25、125)は、前記マトリックス(50、150)に少なくとも部分的に埋め込まれている、またはナノ粒子(20、120)の前記層(25、125)は、前記マトリックス(50、150)に全体的に埋め込まれている、またはナノ粒子(20、120)の前記層(25、125)は、前記マトリックス(50、150)上にある、請求項1から3のいずれか1項に記載の複合材料。
- 粒子の前記第1集団(10、110)は、1から100ナノメートル、例えば50から50ナノメートルの平均直径を有する、請求項1から4のいずれか1項に記載の複合材料。
- 粒子の前記第2集団(20、120)は、連続金属層を形成する、請求項1から5のいずれの1項に記載の複合材料。
- 前記導電金属は、Ag、Au、Cu、Pd、Pt、Al、またはそれらの任意の混合物から選択される、請求項1から6のいずれか1項に記載の複合材料。
- 前記ポリマー(55、155)は、少なくとも1つの光重合性モノマー、例えばエチレングリコールモノマーの重合により形成される光誘発ポリマーであり、好ましくは前記ポリマー(55、155)は、ポリエチレングリコール(PEG)であり、またはPEGブロックポリマーもしくはPEGと他のモノマーとの混合物を含む、請求項1から7のいずれか1項に記載の複合材料。
- 前記複合材料(1)は、基材(60、100)を更に含む、請求項1から8のいずれの1項に記載の複合材料。
- 請求項1から9のいずれか1項に記載の複合材料を調製する方法であって、
a)少なくとも1つの導電金属の少なくとも1つの前駆体、少なくとも1つの光重合性モノマー、及び任意に少なくとも1つの光開始剤を含む液体組成物を調製する工程と、
b)前記モノマーを光重合してポリマーマトリックス(50、150)及び前記導電金属の粒子(5、105)を形成するために工程a)で得られた前記液体組成物をUV照射に曝す工程であって、前記粒子(5、105)は、少なくとも2つの粒子の集団を形成し、粒子の第1集団(10、110)は、前記ポリマーマトリックス(50、150)内に分散し、粒子の第2集団(20、120)は、前記複合材料(1、101)の少なくとも1つの表面(8)に位置する層(25、125)を形成する、工程と、
を含む、方法。 - 前記液体組成物は、基材に堆積される、請求項10に記載の方法。
- 前記光重合は、導電金属の粒子を形成するために前記導電金属の前駆体の光重合及び光還元を誘発するのに十分な強度のUVを提供するUV源の存在下で行われ、前記粒子は、請求項1から9のいずれか1項に記載されるような少なくとも2つの粒子の集団を形成する、請求項10または11に記載の方法。
- 前記光重合は、前記液体組成物に少なくとも0.5W/cm2、好ましくは少なくともの1W/cm2の強度のUVを提供するUV源の存在下で行われる、請求項10から12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記光重合は、導電金属の粒子を形成するために前記導電金属の前駆体の光重合及び光還元を誘発するのに十分な時間の間に行われ、前記粒子は請求項1から9のいずれか1項に記載されるような少なくとも2つの粒子の集団を形成する、請求項10から13のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1から9のいずれか1項に記載の、または請求項10から14のいずれか1項に記載の方法により得られる少なくとも1つの複合材料(101)を含む、基材(100)。
- 前記基材(100)は、布地であり、前記複合材料(101)は布地基材(100)の領域(102)に埋め込まれている、請求項15に記載の基材(100)。
- 請求項1から9のいずれか1項に記載の、または請求項10から14のいずれか1項に記載の方法により得られる少なくとも1つの複合材料(1)の導電表面(8)を熱または電気に接触させることと、前記複合材料(1)の前記導電表面(8)を介して熱または電気をそれぞれ伝えることと、を含む、熱または電気を伝える方法。
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