JP2019502022A - 銀ナノプレートおよび貴金属がコーティングされた銀ナノプレートの合成方法、ならびに透明フィルムにおけるそれらの使用 - Google Patents
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Abstract
Description
銀ナノプレートおよび金がコーティングされた銀ナノプレートは、透明ポリマーフィルムのための有効な着色剤であることが見出されている。特に、金がコーティングされたナノプレートは、確立された促進摩耗試験下で、透明伝導性フィルムに対して安定な色相制御を提供することが見出されている。改善された方法は、銀ナノプレート、ならびに銀ナノプレートの貴金属コーティングの大規模合成に関して記載される。また、ナノワイヤーに基づく透明伝導性フィルムなどの透明フィルムの色相調整を提供するために、貴金属コーティングされたナノプレートが有効であるように、コーティングから生じるブルースペクトル吸収シフトを制限する貴金属コーティングの析出のための方法も記載される。合成方法は溶液ベースであり、かつ商業的品質のナノプレートの製造のためにより適切である、有意により濃縮された溶液による安定した均一ナノプレートの製造において有効である。
本明細書に記載されるように、銀ナノプレート装てんポリマーによる透明コーティングは、一般に、所望の構造中に組み込むために、透明基板上にコーティングされることができる。一般構造が記載され、そして透明伝導性フィルムの特定の用途は、以下のセクションにおいて見出される。一般に、透明充てんコーティングのための前駆体溶液は、適切なコーティング方法を使用して、透明基板上に析出され、透明構造を形成することができる。いくつかの実施形態において、透明基板は、発光デバイスまたは受光デバイスなどの最終デバイス、あるいは代わりに、または追加的に、集積光学部品への組み込みのためのフィルムであることが可能である。このセクションの議論は、単純な受動透明基板に焦点を合わせており、そして他の構造は、次のセクションで論議される。
透明電気伝導性構造またはフィルムは、一般に、光学特性に有意に悪影響を及ぼさない電気伝導性を提供する金属伝導性薄層と、機械的支持ならびに伝導性要素の保護を提供する種々の追加的な層とを含んでなることができる。ポリマーオーバーコートを、金属伝導性薄層上に配置することができる。本明細書に記載されるナノスケール着色剤を、オーバーコート層、アンダーコート層および/または直接的に金属伝導性薄層中に配置することができる。追加的な実施形態において、電気伝導性層は、フィルムとして、または粒子として、伝導性金属酸化物を含んでなることができる。ナノスケール着色剤は、一般に、観察される白色度を改善する、透明フィルムのb*値を低下させるか、またはフィルムに望ましい色相を提供するように選択することができる。
金属伝導性薄層は、一般に、金属ナノワイヤーから形成される。十分に装てんおよび選択されたナノワイヤー特性によって、対応する適切な光学特性とともに、妥当な電気伝導率をナノワイヤーで達成することができる。本明細書に記載される安定化フィルム構造は、種々の金属伝導性薄構造を有するフィルムのための所望の性能をもたらすことができると予想される。しかしながら、特に望マしい特性は、溶融金属ナノ構造化ネットワークで達成された。
銀ナノプレートは、一般に、許容範囲内の量以上に全透明度を減少させることなく、透明フィルムの望ましい色調整を提供するように選択される。透明度減少の許容範囲内の量は、適用に特定であり得る。いくつかの実施形態において、銀ナノプレートを有するフィルムが、継続的な低い曇りを有することがさらに望ましい。特に、銀ナノプレートは、曇りに対する低い寄与を有する良好な色調整を提供することがわかった。一般に、透明フィルムは、さらに、金属伝導性薄層などの透明伝導性層を含んでなる。
金属伝導性薄層、例えば、溶融金属ナノ構造化ネットワークは、良好な光学特性を提供ながら、低い電気抵抗を提供することができる。したがって、フィルムは、透明伝導性電極などとして有用となる可能性がある。透明伝導性電極は、太陽電池の受光面に沿っての電極などの広範囲の用途のために適切となる可能性がある。ディスプレイおよび特にタッチスクリーンのために、フィルムは、フィルムによって形成された電気伝導性パターンを提供するためにパターン化されることができる。パターン化フィルムを有する基板は、一般に、パターンのそれぞれの部分において良好な光学特性を有する。
本実施例は、ナノプレートの有効な高濃度合成を実証し、そして結果は、ベースプロセスに関して、およびベース合成プロセスの変形に関して提示される。
実施例1の2ステップH2O2添加方法との比較として、差異を示すために、1ステップH2O2添加方法が実行された。水素化ホウ素ナトリウム(0.1M)溶液の迅速な注入の前に、実施例1における第1および第2の添加からの過酸化水素溶液(30重量%)の組み合わせた量を使用したことを除き、実施例1と同一の手順に従った。コロイド溶液は、30分後に濃黄色に変化し、銀ナノ粒子の形成を示した。図4に示すUV−visスペクトルは、銀ナノ粒子の形成のみを証明する。
銀がより高濃度である場合でもナノプレート製造は首尾よく達成され、そして濃度が増加したため、より多くの部分の過酸化水素が滴下される必要があり、また安定化化合物の相対量は、吸収スペクトルによって特徴づけられる所望のナノプレート特性を達成するために調整されるべきであることが発見された。ナノプレートの吸収スペクトルは、ナノプレートの径およびアスペクト比によって影響を受けると考えられる。例えば、0.68mg/mLの濃度の銀ナノプレートの合成を達成するために、1443mLのDI(脱イオン)水を4Lのエルレンマイヤーフラスコに最初に添加する。次いで、10.2mLの硝酸銀水溶液(1M)、6mLのクエン酸三ナトリウム水溶液(0.75mM)、14mLのグリセロール水溶液(35mM)および過酸化水素溶液(30重量%)の第1の部分を添加し、そして混合物溶液を室温で空気中、強力に撹拌した。13.2mLの水素化ホウ素ナトリウム水溶液(1M)をこの混合物に迅速に注入した。コロイド溶液は、濃黄色に変化した。さらに数分以内に、コロイド溶液の色は、次第に茶褐色に変化した。次いで、コロイド溶液の色が、銀ナノプレートの形成を示す青色に変化するまで、別の110mLの過酸化水素溶液(30重量%)を滴下によって添加した。
本実施例は、銀ナノプレートの貴金属コーティングおよび結果として生じる金がコーティングされたナノプレートの光学特性を実証した。
様々な温度条件に関してのナノプレートの安定性を試験した。
本実施例は、銀ナノプレートを有するポリマーコーティングの色相に対する影響を実証し、そして色相調整の安定性も示される。
Claims (25)
- 銀ナノプレートの合成方法であって、
混合条件下で、銀イオン、ポリカルボキシレートアニオン、多官能性水酸化物化合物、第1の量の過酸化水素および還元剤のブレンドの水溶液に、第2の量の過酸化水素を徐々に添加することを含んでなり、前記水溶液が、約0.00025M〜約0.1Mの銀イオン濃度を有し、かつ還元剤に対する全過酸化水素のモル比が、約10〜約120である、方法。 - 前記ポリカルボキシレートアニオンが、シトレート、スクシネート、シトラマレート、マロネート、タルトレート、イソシトレート、シス−アコネート、トリカルバリレートまたはその混合物である、請求項1に記載の方法。
- 前記多官能性ヒドロキシド化合物が、式R1C(OH)R2R3によって表され、ここで、R1が、ヒドロキシル基、エステル基、エーテル基、アルデヒド基、カルボン酸基、ケトン基、複素環式基、アミノ基、アミド基またはその複数を有する部分であり、かつR2およびR3が、独立して、H、あるいは任意選択的にヒドロキシル基、エステル基、エーテル基、アルデヒド基、カルボン酸基、ケトン基、複素環式基、アミノ基、アミド基またはその複数を有するアルキル部分であり、前記R1、R2およびR3部分が、存在する場合、隣接するか、または−C(OH)−部分からエチレン部分−CH2−によって空間をあけられた、前記示された官能基を有するC(OH)基に結合した炭素原子を有する、請求項1または請求項2に記載の方法。
- 前記多官能性ヒドロキシド化合物が、グリセロール、乳酸エチル、ジアセトンアルコール、プロピレングリコールまたはその混合物である、請求項1または請求項2に記載の方法。
- 前記過酸化物対還元剤のモル比が、少なくとも約70である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記還元剤が、水素化ホウ素塩を含んでなる、請求項5に記載の方法。
- 前記還元剤が、前記反応混合物中に注入され、前記合成が完了するまで、前記反応が続けられる、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記反応溶液の体積が、少なくとも約500ミリリットルである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- ポリマーキャッピング剤および/または無機コーティングを含まずに約120nm以下の平均円相当径を有し、かつ約40nm以下のピーク吸収スペクトル波長のシフトによって決定される周囲条件下での少なくとも21日の暗室貯蔵に対する安定性を有する、銀ナノプレートの分散体。
- 前記銀ナノプレートの分散体が、約500nm〜約750nmのピーク吸収を有する、請求項9に記載の分散体。
- 少なくとも約0.6の600nmにおける標準化光吸収を有する、請求項9または請求項10に記載の分散体。
- 約25nm〜約90nmの平均銀ナノプレート円相当径を有する、請求項9〜11のいずれか一項に記載の分散体。
- 少なくとも約4週間の室温および周囲雰囲気における分散体の暗室貯蔵における安定性を有する、請求項9〜12のいずれか一項に記載の分散体。
- 少なくとも約5重量%の貴金属を有し、かつ少なくとも約0.6標準化吸収単位である600nmにおける光吸収を有し、かつ貴金属コーティングのない対応する銀ナノプレートも、少なくとも約0.6標準化吸収単位である600nmにおける光の吸収を有する、貴金属がコーティングされた銀ナノプレートの分散体。
- 金属の全重量の少なくとも約7.5重量%の貴金属を有する、請求項14に記載の分散体。
- 少なくとも約0.7標準化単位である600nmにおける光吸収を有する、請求項14または請求項15に記載の分散体。
- 前記ナノプレートが、約120nm以下の平均円相当径を有する、請求項14〜16のいずれか一項に記載の分散体。
- 銀ナノプレート上への貴金属コーティングの適用方法であって、
銀ナノプレート、ポリカルボキシレートアニオン、ポリマーキャッピング剤、配位子および還元剤の水性分散体を含んでなる反応溶液に、複合貴金属イオンおよびポリマーキャッピング剤の水溶液を含んでなるコーティング溶液を徐々に添加することを含んでなり、全ての形態における銀の全濃度が、少なくとも約0.75mMである、方法。 - 前記貴金属イオンが、金イオンおよび/またはプラチナイオンを含んでなる、請求項18に記載の方法。
- 前記複合貴金属イオンが、ヨウ化物イオン、臭化物イオン、スルフィット、CN−、SCN−、チオスルフェートまたはその混合物を複合化剤として含んでなる、請求項18または請求項19に記載の方法。
- 前記ポリカルボキシレートアニオンが、シトレート、スクシネート、シトラマレート、マロネート、タルトレート、イソシトレート、シス−アコネート、トリカルバリレートまたはその組合せである、請求項18〜20のいずれか一項に記載の方法。
- 前記キャッピングポリマーが、ポリビニルピロリドンを含んでなる、請求項18〜21のいずれか一項に記載の方法。
- 前記配位子が、ニトレート、ジエチルアミン、エチレンジアミン、ニトリロ三酢酸、イミノビス(メチレンホスホン酸)、アミノトリス(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、1,3−プロピレンジアミン四酢酸(1,3−PDTA)、トリエチレンテトラミン、トリ(2−アミノエチル)アミン、ジエチレントリアミン五酢酸、1,2−シクロヘキサンジアミノ四酢酸、イミノ二酢酸、メチルイミノ二酢酸、N−(2−アセトアミド)イミノ酢酸、N−(2−カルボキシエチル)イミノ二酢酸、N−(2−カルボキシメチル)イミノジプロピオン酸、ピコリン酸、ジピコリン酸、ヒスチジンまたはその組合せを含んでなる、請求項18〜22のいずれか一項に記載の方法。
- 前記還元剤が、アスコルビン酸、シュウ酸、酒石酸、ヒドロキシルアミン、ギ酸またはその混合物を含んでなる、請求項18〜23のいずれか一項に記載の方法。
- 前記銀ナノプレートが、前記銀ナノプレートの合成からの未精製溶液として提供される、請求項18〜24のいずれか一項に記載の方法。
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