JP2020172026A - Method of manufacturing joined body and joined body - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書では、接合体の製造方法及び接合体を開示する。 In the present specification, a method for producing a bonded body and a bonded body are disclosed.
従来、接合体の製造方法としては、金属部材と樹脂部材との間に炭素繊維を介在させて、金属部材および樹脂部材のうち一方から他方に力を加えた状態で、炭素繊維から樹脂部材に伝達される熱によって樹脂部材を溶融して金属部材に樹脂部材を接合する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この接合方法では、炭素繊維を用いて樹脂部材の端面に熱を伝えるため、効率的に樹脂部材に熱を伝えることができ、樹脂部材の流れ性を改善し、接合時間を短くすることができる、としている。 Conventionally, as a method for manufacturing a bonded body, a carbon fiber is interposed between a metal member and a resin member, and a force is applied from one of the metal member and the resin member to the other, and the carbon fiber is changed to the resin member. A method of melting the resin member by the transferred heat and joining the resin member to the metal member has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this joining method, since heat is transferred to the end face of the resin member using carbon fibers, heat can be efficiently transferred to the resin member, the flowability of the resin member can be improved, and the joining time can be shortened. , And.
しかしながら、特許文献1では、炭素繊維の伝熱性を利用して効率的に接合することができるとしているが、接合体には樹脂部材を必須としており、例えば、金属部材と金属部材とを接合することは考慮されていなかった。また、接合体を作製する際に接合部を形成する部材を用いることも考えられるが、より低温で接合させるなど、複数の部材を、より簡便に接合させることが求められていた。 However, in Patent Document 1, although it is stated that efficient bonding can be performed by utilizing the heat transfer property of carbon fibers, a resin member is indispensable for the bonded body, and for example, a metal member and a metal member are bonded. That was not taken into account. Further, although it is conceivable to use a member forming a joint portion when producing a joined body, it has been required to join a plurality of members more easily, such as joining at a lower temperature.
本開示は、このような課題に鑑みなされたものであり、複数の部材をより簡便に接合することができる接合体の製造方法及び接合体を提供することを主目的とする。 The present disclosure has been made in view of such a problem, and an object of the present disclosure is to provide a method for manufacturing a bonded body and a bonded body capable of joining a plurality of members more easily.
上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、金属及び金属化合物を含むナノ構造を有する無機構造布を用いて、複数の部材を接合すると、融点の1/2の温度であるタンマン温度程度の加熱で無機構造布が溶融し、接合体を得ることができることを見出し、本開示の接合体の製造方法及び接合体を完成するに至った。 As a result of diligent research to achieve the above-mentioned object, the present inventors have made a temperature of 1/2 of the melting point when a plurality of members are joined by using an inorganic structural cloth having a nanostructure containing a metal and a metal compound. It has been found that the inorganic structural cloth can be melted by heating at about the Tanman temperature to obtain a bonded body, and the method for producing the bonded body and the bonded body of the present disclosure have been completed.
即ち、本開示の接合体の製造方法は、
金属及び/又は金属化合物を含む繊維体及び/又はシェルが3次元的に連結している自立構造を有する無機構造布を第1部材と第2部材との間に配置した積層体を、前記無機構造布を構成する金属及び/又は金属化合物の融点の1/2の温度であるタンマン温度以上の温度で熱処理し、前記無機構造布を接合部とし前記第1部材と前記第2部材とを接合する接合工程、を含むものである。
That is, the method for producing a bonded body of the present disclosure is as follows.
The inorganic structure is obtained by arranging an inorganic structure cloth having a self-supporting structure in which a fiber body containing a metal and / or a metal compound and / or a shell is three-dimensionally connected between the first member and the second member. Heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the Tanman temperature, which is half the melting point of the metal and / or metal compound constituting the structural cloth, and the inorganic structural cloth is used as a joint to join the first member and the second member. It includes a joining step to be performed.
本開示の接合体は、
第1部材と、
第2部材と、
金属及び/又は金属化合物を含む繊維体及び/又はシェルが3次元的に連結している自立構造を有する無機構造布構造を有し前記第1部材と前記第2部材との間に形成され前記第1部材と前記第2部材とを接合する接合部と、
を備えたものである。
The conjugate of the present disclosure is
With the first member
The second member and
The fiber body containing a metal and / or a metal compound and / or a shell has an inorganic structure cloth structure having a self-supporting structure in which the shell is three-dimensionally connected, and is formed between the first member and the second member. A joint portion that joins the first member and the second member,
It is equipped with.
本開示では、複数の部材をより簡便に接合することができる。この理由は、例えば、以下のように推察される。一般的に、金属部材と金属部材との接合においては、金属の融点以上の温度に加熱することにより、接合部を形成する必要があった。一方、金属及び/又は金属化合物を含む無機構造布は、ナノ構造を有しており、化学ポテンシャルがより高く、融点よりも低いタンマン温度で溶融することができるため、より低温で複数の部材を融着することができるものと推察される。 In the present disclosure, a plurality of members can be joined more easily. The reason for this can be inferred as follows, for example. Generally, in joining a metal member and a metal member, it is necessary to form a joint portion by heating to a temperature equal to or higher than the melting point of the metal. On the other hand, an inorganic structural cloth containing a metal and / or a metal compound has a nanostructure, has a higher chemical potential, and can be melted at a Tanman temperature lower than the melting point, so that a plurality of members can be formed at a lower temperature. It is presumed that they can be fused.
[接合体の製造方法]
以下、本開示の一実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図1は、接合体10の製造方法の一例を示す説明図である。図2は、無機構造布20の構成の概略の一例を示す説明図である。図3は、無機構造布(不織布構造)の作製工程の模式図である。本開示の接合体の製造方法は、第1部材と第2部材とを無機構造布を用いて接合する接合工程を含む。また、接合工程の前に、接合工程で用いる無機構造布を作製する作製工程を更に含むものとしてもよい。なお、無機構造布を事前に準備し、この作製工程を省略してもよい。この製造方法では、図1に示すように、第1部材11と、第2部材12との間に無機構造布20を配置したのち、熱処理を行いこの無機構造布を溶融させて接合部15とすることにより、接合体10を作製する。無機構造布20は、図2に示すように、繊維体21が3次元的に連結している自立構造を備えている。この繊維体21には、基材の繊維が除去されたあとの基材空間22が形成されている。また、繊維体21を拡大すると、その表面に直径が3nm以上10nm以下の突起構造23が形成されている。この繊維体21や突起構造23は、貴金属、典型金属及び遷移金属のうち少なくとも1以上を含むナノ粒子24の凝集体により構成されている。このような構造を有する無機構造布20では、柔軟性を有し、取り扱いしやすく、更に表面積が大きく、溶融しやすい。
[Manufacturing method of joint]
Hereinafter, one embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a method for manufacturing the bonded body 10. FIG. 2 is an explanatory view showing an outline example of the configuration of the inorganic structural cloth 20. FIG. 3 is a schematic view of a manufacturing process of an inorganic structural cloth (nonwoven fabric structure). The method for producing a bonded body of the present disclosure includes a joining step of joining a first member and a second member using an inorganic structural cloth. Further, the manufacturing step of manufacturing the inorganic structural cloth used in the joining step may be further included before the joining step. The inorganic structural cloth may be prepared in advance and this manufacturing step may be omitted. In this manufacturing method, as shown in FIG. 1, after arranging the inorganic structural cloth 20 between the first member 11 and the second member 12, heat treatment is performed to melt the inorganic structural cloth to form a joint portion 15. By doing so, the bonded body 10 is produced. As shown in FIG. 2, the inorganic structure cloth 20 has a self-supporting structure in which the fiber bodies 21 are three-dimensionally connected. A base material space 22 is formed in the fiber body 21 after the fibers of the base material have been removed. Further, when the fibrous body 21 is enlarged, a protrusion structure 23 having a diameter of 3 nm or more and 10 nm or less is formed on the surface thereof. The fibrous body 21 and the protrusion structure 23 are composed of aggregates of nanoparticles 24 containing at least one of a noble metal, a main group metal, and a transition metal. The inorganic structure cloth 20 having such a structure has flexibility, is easy to handle, has a large surface area, and is easily melted.
ここで、「自立構造」とは、ハンドリングが可能な程度の強度を持つ構造をいう。「ナノ粒子」とは、粒径が1nm以上10nm以下である粒子をいう。「繊維体」とは、例えば、繊維を基材としその表面に形成され、繊維に基づく形状を有しているものをいう。「シェル」とは、厚さ方向(z軸方向)の寸法に比べて、水平方向(x軸方向及び/又はy軸方向)の寸法が大きいシート状(殻状)の構造物をいう。「ナノ粒子の凝集体を含むシェル」とは、シェルの厚さ方向(z軸方向)の寸法が有限の値を持つことをいい、必ずしも厚さ方向に複数個のナノ粒子が積層していることを意味しない。すなわち、シェルは、ナノ粒子がx−y平面上に並んだ1層のナノ粒子層を含む場合と、2層以上のナノ粒子層の積層体を含む場合とを含む。「突起構造」とは、角錐、円錐等の錘状の外形を持つ突起物をいう。「突起構造の直径」とは、突起の最大直径(例えば、円錐の場合は、底面の直径)をいう。突起構造の直径及び数は、蒸着条件により制御することができる。一般に、直径の小さな突起構造の数が多くなるほど、無機構造布の比表面積が大きくなる。蒸着条件を最適化すると、繊維体やシェルの表面に、ナノ粒子からなり、かつ、直径が3nm以上10nm以下である突起構造を形成することができる。 Here, the "self-supporting structure" refers to a structure having a strength that allows handling. “Nanoparticles” refer to particles having a particle size of 1 nm or more and 10 nm or less. The “fibrous body” refers to, for example, a fiber that is formed on the surface of a fiber as a base material and has a shape based on the fiber. The "shell" refers to a sheet-like (shell-like) structure having a larger horizontal direction (x-axis direction and / or y-axis direction) than the thickness direction (z-axis direction). "Shell containing agglomerates of nanoparticles" means that the dimensions of the shell in the thickness direction (z-axis direction) have a finite value, and a plurality of nanoparticles are necessarily laminated in the thickness direction. Doesn't mean that. That is, the shell includes a case where the nanoparticles include one nanoparticle layer arranged on the xy plane and a case where the shell includes a laminate of two or more nanoparticles layers. The "protrusion structure" refers to a protrusion having a weight-like outer shape such as a pyramid or a cone. The "diameter of the protrusion structure" refers to the maximum diameter of the protrusion (for example, in the case of a cone, the diameter of the bottom surface). The diameter and number of protrusion structures can be controlled by vapor deposition conditions. In general, the larger the number of small diameter protrusions, the larger the specific surface area of the inorganic fabric. By optimizing the vapor deposition conditions, it is possible to form a protrusion structure composed of nanoparticles and having a diameter of 3 nm or more and 10 nm or less on the surface of the fiber body or the shell.
(作製工程)
この工程では、第1部材と第2部材とを接合する無機構造布を作製する。この作製工程では、例えば、基材表面に金属及び/又は金属化合物を形成する形成処理と、基材の一部又は全部を除去する除去処理とを実行するものとしてもよい。形成処理では、ポリマーを含む基材表面に金属及び/又は金属化合物を形成することにより、基材表面に金属及び/又は金属化合物を含む繊維体及び/又はシェルが3次元的に連結している自立構造を形成する。ここで、金属には、単元素の金属のほか金属合金が含まれるものとする。また、金属化合物は、金属元素を含む化合物であり、例えば、金属塩や、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、金属炭化物、金属リン化物、若しくは、金属ヨウ化物などが含まれる。この形成処理では、基材表面に金属及び/又は金属化合物を物理蒸着してもよい。基材には、ポリマーを用いることができる。基材としてポリマーを用いると、繊維体及び/又はシェルの形成時に基材表面において、ナノ粒子の核生成及び粒成長が比較的容易に進行する。基材に用いられるポリマーの組成は、特に限定されない。但し、基材の除去を容易化するためには、基材は、溶媒可溶性のポリマーが好ましい。溶媒可溶性のポリマーとしては、例えば、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリアクリレート、ポリプロピレンオキシドなどが挙げられる。基材の構造は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な構造を選択することができる。無機構造布は、基材の表面形状が転写された構造を持つ。そのため、ナノサイズの構造を有するポリマーを基材に用いると、ナノサイズの構造を有する自立膜を製造することができる。基材としては、例えば、(a)エレクトロスピニングなどにより作製したナノワイヤー不織布、(b)曲率半径が20nm以上200nm以下である細孔を備えた多孔膜(いわゆる、「メンブレーンフィルタ」)、(c)ポリスチレン粒子などのオパール構造を持つ多孔膜、などが挙げられる。基材に用いるポリマー製の不織布(基材不織布)は、電界紡糸により作製することができる。この基材不織布の繊維径は、例えば、上述した基材空間の直径の範囲とすることができ、具体的には、500nm以下や200nm以下の範囲などとすることができる。基材不織布の繊維径は、例えば、電界紡糸に用いる溶液のポリマー濃度、電場、溶液の供給速度などにより調節することができる。
(Manufacturing process)
In this step, an inorganic structural cloth for joining the first member and the second member is produced. In this manufacturing step, for example, a forming treatment for forming a metal and / or a metal compound on the surface of the base material and a removing treatment for removing a part or all of the base material may be performed. In the forming treatment, the metal and / or the metal compound is formed on the surface of the base material containing the polymer, so that the fiber and / or the shell containing the metal and / or the metal compound is three-dimensionally connected to the surface of the base material. Form a self-supporting structure. Here, it is assumed that the metal includes a metal alloy as well as a single element metal. Further, the metal compound is a compound containing a metal element, and includes, for example, a metal salt, a metal oxide, a metal sulfide, a metal nitride, a metal carbide, a metal phosphoride, a metal iodide, and the like. In this forming treatment, a metal and / or a metal compound may be physically vapor-deposited on the surface of the base material. A polymer can be used as the base material. When a polymer is used as the substrate, nucleation and grain growth of nanoparticles proceed relatively easily on the surface of the substrate during the formation of fibrous bodies and / or shells. The composition of the polymer used for the base material is not particularly limited. However, in order to facilitate the removal of the base material, the base material is preferably a solvent-soluble polymer. Examples of the solvent-soluble polymer include polyether sulfone (PES), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, polyvinyl alcohol (PVA), and polyacrylonitrile (polyacrylonitrile). PAN), polyethylene oxide (PEO), polyacrylate, polypropylene oxide and the like. The structure of the base material is not particularly limited, and the optimum structure can be selected according to the purpose. The inorganic structure cloth has a structure in which the surface shape of the base material is transferred. Therefore, when a polymer having a nano-sized structure is used as a base material, a self-supporting film having a nano-sized structure can be produced. Examples of the base material include (a) a nanowire non-woven fabric produced by electrospinning and the like, (b) a porous membrane having pores having a radius of curvature of 20 nm or more and 200 nm or less (so-called “Membrane filter”), ( c) Examples thereof include a porous membrane having an opal structure such as polystyrene particles. The non-woven fabric made of polymer used for the base material (base material non-woven fabric) can be produced by electrospinning. The fiber diameter of the base material non-woven fabric can be, for example, the range of the diameter of the base material space described above, and specifically, the range of 500 nm or less, 200 nm or less, and the like. The fiber diameter of the base non-woven fabric can be adjusted by, for example, the polymer concentration of the solution used for electrospinning, the electric field, the supply rate of the solution, and the like.
この形成処理において、繊維体及び/又はシェルの形成方法は、特に限定されないが、物理蒸着としてもよい。物理蒸着法としては、例えば、スパッタリング法、パルスレーザーデポジション(PLD)法などがある。基材表面に金属及び/又は金属化合物の物理蒸着を行う場合、物理蒸着は基材の片面から行ってもよく、あるいは、両面から行ってもよい。例えば、基材としてポリマー製のナノワイヤー不織布を用いる場合において、ナノワイヤー不織布の片面のみから物理蒸着を行うと、半チューブ型のナノワイヤーの金属製又は金属化合物製の不織布構造が得られる。半チューブ型のナノワイヤーは、チューブ型のナノワイヤー又はロッド型のナノワイヤーに比べて比表面積が大きい。そのため、例えば、これを触媒反応デバイスの触媒層に適用した場合には、金属及び/又は金属化合物の利用率を高めることができる。物理蒸着の条件は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な条件を選択することができる。一般に、蒸着時間が長くなるほど、繊維体及び/又はシェルの厚さを厚くすることができる。また、物理蒸着法は、蒸着量を原子レベルで制御可能である。そのため、蒸着条件を最適化すると、シェルの表面に直径が3nm以上10nm以下である突起構造を形成することもできる。 In this forming process, the method for forming the fibrous body and / or the shell is not particularly limited, but physical vapor deposition may be used. Examples of the physical vapor deposition method include a sputtering method and a pulse laser deposition (PLD) method. When physical vapor deposition of a metal and / or a metal compound is performed on the surface of the base material, the physical vapor deposition may be performed from one side of the base material or from both sides. For example, when a polymer nanowire non-woven fabric is used as a base material, physical vapor deposition is performed from only one side of the nanowire non-woven fabric to obtain a non-woven fabric structure made of a metal or a metal compound of a half-tube type nanowire. Semi-tube type nanowires have a larger specific surface area than tube-type nanowires or rod-type nanowires. Therefore, for example, when this is applied to the catalyst layer of the catalytic reaction device, the utilization rate of the metal and / or the metal compound can be increased. The conditions for physical vapor deposition are not particularly limited, and the optimum conditions can be selected according to the purpose. In general, the longer the deposition time, the thicker the fiber and / or shell can be. Further, in the physical vapor deposition method, the amount of vapor deposition can be controlled at the atomic level. Therefore, if the vapor deposition conditions are optimized, a protrusion structure having a diameter of 3 nm or more and 10 nm or less can be formed on the surface of the shell.
基材上に形成する繊維体の平均直径は、例えば、10nm以上であることが好ましく、50nm以上であることがより好ましく、100nm以上であるものとしてもよい。この繊維体の平均直径は、例えば、500nm以下であることが好ましく、200nm以下であることがより好ましく、100nm以下であるものとしてもよい。このとき、基材繊維の平均直径(図2の直径d参照)は、例えば、5nm以上であることが好ましく、40nm以上であることがより好ましく、80nm以上であるものとしてもよい。この基材繊維の平均直径は、例えば、180nm以下であることが好ましく、120nm以下であることがより好ましく、80nm以下であるものとしてもよい。基材繊維の平均直径は、繊維体の平均直径を決定する主因子であり、より細ければ無機構造布の表面積を増加することができる。基材繊維の平均直径や繊維体の平均直径は、使用する用途に応じて適宜選択することができる。繊維体を構成するナノ粒子の大きさが3nm〜4nmとすると、繊維体は、基材繊維に対して6nm以上を加えた平均直径とすることができる。なお、繊維体の断面が三日月形状など、一部欠けた形状である場合、繊維体の直径は、欠けた部分を含めて円形状にした疑似円の直径をいうものとする(図2の直径D参照)。この平均直径は、SEMで所定視野(例えば5視野)観察し、各繊維の直径を求め、その平均値から求めるものとする。 The average diameter of the fibrous bodies formed on the base material is, for example, preferably 10 nm or more, more preferably 50 nm or more, and may be 100 nm or more. The average diameter of the fibrous body is, for example, preferably 500 nm or less, more preferably 200 nm or less, and may be 100 nm or less. At this time, the average diameter of the base fiber (see the diameter d in FIG. 2) is preferably, for example, 5 nm or more, more preferably 40 nm or more, and may be 80 nm or more. The average diameter of the base fiber is, for example, preferably 180 nm or less, more preferably 120 nm or less, and may be 80 nm or less. The average diameter of the base fibers is a major factor in determining the average diameter of the fibers, and the finer the average diameter, the more the surface area of the inorganic structural cloth can be increased. The average diameter of the base fiber and the average diameter of the fiber body can be appropriately selected depending on the intended use. Assuming that the size of the nanoparticles constituting the fiber body is 3 nm to 4 nm, the fiber body can have an average diameter obtained by adding 6 nm or more to the base fiber. When the cross section of the fibrous body has a partially chipped shape such as a crescent shape, the diameter of the fibrous body means the diameter of a pseudo-circle having a circular shape including the chipped portion (diameter in FIG. 2). See D). This average diameter is determined by observing a predetermined visual field (for example, 5 visual fields) with an SEM, determining the diameter of each fiber, and obtaining the average value.
この形成処理では、金属として、例えば、貴金属、典型金属、遷移金属及びそれらの合金のうち1以上を無機構造布を構成する自立構造に用いることができる。また、この形成処理では、金属化合物として、金属塩、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、金属炭化物、金属リン化物、若しくは、金属ヨウ化物のうち1以上を自立構造に用いることができる。貴金属としては、例えば、Au、Ag、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru及びOsのうち1以上が挙げられる。また、典型金属としては、例えば、Sn、Al、Mg、Ti、V、Znのうち1以上が挙げられる。また、遷移金属としては、例えば、Cu、Fe、Co、Ni、Mn、Moのうち1以上が挙げられる。金属を含む合金としては、例えば、Pt−Fe合金、Pt−Ni合金、Pt−Co合金、Ir−Fe合金、Ir−Co合金、Ir−Ni合金などが挙げられる。金属酸化物としては、例えば、酸化イリジウム、酸化銅、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化コバルトなどが挙げられる。金属硫化物としては、例えば、硫化イリジウム、硫化銅、硫化鉄、硫化ニッケル、硫化コバルト、硫化モリブデンなどが挙げられる。金属窒化物としては、例えば、窒化銅、窒化鉄、窒化ニッケル、窒化マンガン、窒化コバルトなどが挙げられる。金属炭化物としては、例えば、炭化イリジウム、炭化ケイ素、炭化鉄、炭化銅、炭化コバルト、炭化マンガンなどが挙げられる。金属リン化物としては、例えば、リン化イリジウム、リン化鉄、リン化銅、リン化コバルト、リン化マンガンなどが挙げられる。金属ヨウ化物としては、例えば、ヨウ化イリジウム、ヨウ化鉄、ヨウ化銅、ヨウ化コバルト、ヨウ化マンガンなどが挙げられる。無機構造布は、これらのいずれか1種のナノ粒子を含むものでもよく、あるいは、2種以上を含むものでもよい。接合体の接合部に用いることから、融点は低いことが好ましい。また、接合体に導電性を要する場合では、接合部の抵抗は低いことが好ましい。 In this forming process, for example, one or more of noble metals, main group metals, transition metals and alloys thereof can be used as metals in the self-supporting structure constituting the inorganic structural cloth. Further, in this forming treatment, one or more of metal salts, metal oxides, metal sulfides, metal nitrides, metal carbides, metal phosphates, and metal iodides can be used for the self-supporting structure as the metal compound. .. Examples of the noble metal include one or more of Au, Ag, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru and Os. Further, as a typical metal, for example, one or more of Sn, Al, Mg, Ti, V, and Zn can be mentioned. Further, examples of the transition metal include one or more of Cu, Fe, Co, Ni, Mn, and Mo. Examples of alloys containing metals include Pt-Fe alloys, Pt-Ni alloys, Pt-Co alloys, Ir-Fe alloys, Ir-Co alloys, Ir-Ni alloys and the like. Examples of the metal oxide include iridium oxide, copper oxide, iron oxide, nickel oxide, manganese oxide, cobalt oxide and the like. Examples of the metal sulfide include iridium sulfide, copper sulfide, iron sulfide, nickel sulfide, cobalt sulfide, molybdenum sulfide and the like. Examples of the metal nitride include copper nitride, iron nitride, nickel nitride, manganese nitride, cobalt nitride and the like. Examples of the metal carbide include iridium carbide, silicon carbide, iron carbide, copper carbide, cobalt carbide, manganese carbide and the like. Examples of the metal phosphide include iridium phosphide, iron phosphide, copper phosphide, cobalt phosphide, and manganese phosphide. Examples of the metal iodide include iridium iodide, iron iodide, copper iodide, cobalt iodide, manganese iodide and the like. The inorganic structure cloth may contain nanoparticles of any one of these, or may contain two or more of them. It is preferable that the melting point is low because it is used for the joint portion of the bonded body. Further, when the joint body requires conductivity, the resistance of the joint portion is preferably low.
除去処理においては、基材表面に自立構造を形成した後、基材の全部又は一部を除去する処理を行う。基材は、その全部を除去してもよく、あるいは、一部を除去してもよい。接合部に用いるためには、基材の全部を除去するのが好ましい。基材の除去方法は、特に限定されるものではなく、基材の種類に応じて最適な方法を選択することができる。例えば、基材として溶媒可溶性のポリマーを用いた場合、溶媒を用いて基材を除去するのが好ましい。各種ポリマーを溶解可能な溶媒としては、例えば、ジメチルホルムアミド(DMF)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、NaBH4溶液(溶媒:水とエタノールの1対1混合液)、クロロホルム、アセトン、メタノール、エタノール等のアルコール類、水、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、ニトロメタンなどが挙げられる。 In the removal treatment, after forming a self-supporting structure on the surface of the base material, all or part of the base material is removed. The base material may be completely removed or a part thereof may be removed. For use in the joint, it is preferable to remove all of the substrate. The method for removing the base material is not particularly limited, and the optimum method can be selected according to the type of the base material. For example, when a solvent-soluble polymer is used as the base material, it is preferable to remove the base material using a solvent. Examples of the solvent capable of dissolving various polymers include dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), NaBH 4 solution (solvent: 1: 1 mixture of water and ethanol), chloroform, acetone, and the like. Examples thereof include alcohols such as methanol and ethanol, water, 2-methyl tetrahydrofuran, dioxane, dimethyl sulfoxide, sulfolane, and nitromethane.
図3は、無機構造布(不織布構造)の作製工程の模式図であり、図3Aが直径100〜200nmであるPVPナノワイヤーの不織布の模式図である。このような不織布を基材として用い、例えば、金属又は金属化合物(以下、「金属材料」ともいう)を基材表面に物理蒸着させると、図3Bに示すように、基材の表面に金属材料のシェルが形成された複合体が得られる。さらに、得られた複合体からPVPナノワイヤーを除去すると、図3Cに示すように、実質的に金属材料のみを含むナノワイヤーが3次元的に連結している不織布(ピュアな金属不織布)が得られる。この時、物理蒸着の条件を最適化すると、数ナノサイズの突起がナノワイヤー表面に形成される。 FIG. 3 is a schematic diagram of a manufacturing process of an inorganic structural cloth (nonwoven fabric structure), and FIG. 3A is a schematic diagram of a non-woven fabric of PVP nanowires having a diameter of 100 to 200 nm. When such a non-woven fabric is used as a base material and, for example, a metal or a metal compound (hereinafter, also referred to as “metal material”) is physically vapor-deposited on the surface of the base material, as shown in FIG. 3B, the metal material is formed on the surface of the base material. The complex in which the shell of is formed is obtained. Further, when the PVP nanowires are removed from the obtained composite, as shown in FIG. 3C, a non-woven fabric (pure metal non-woven fabric) in which the nanowires containing substantially only the metal material are three-dimensionally connected is obtained. Be done. At this time, if the physical vapor deposition conditions are optimized, protrusions having a size of several nanometers are formed on the surface of the nanowire.
ポリマーの基材表面に金属又は金属化合物を物理蒸着すると、基材表面に多数のナノ粒子の核が生成し、粒成長する。その結果、基材表面に、ナノ粒子の凝集体を含む繊維体やシェルが形成される。物理蒸着をさらに続行すると、繊維体やシェルの表面において、さらにナノ粒子の核生成及び粒成長が繰り返される。その結果、繊維体やシェルの表面に、直径が1〜10nmであるナノ粒子の突起構造が形成される。得られた繊維体やシェルは、3次元的に連結しているため、基材を除去しても自立構造は維持される。このようにして得られた無機構造布は、実質的に基材/ナノ粒子界面が存在しない。また、細孔の曲率半径が20〜200nmのポリマーメンブレーン、又は、直径が20〜200nmのナノワイヤーを鋳型として使用することで、このような構造が転写された無機構造布を得ることができる。また、スパッタなどの物理成膜プロセスは、蒸着量を原子レベルで制御可能であることから、最表面に直径3〜10nm程度の突起構造を形成することもできる。さらに、得られた無機構造布は均質性が高く、その製造プロセスもインクプロセスに比べて非常に簡便である。そして、自立している基材の表面にスパッタ法などの物理蒸着法を用いて、目的の金属及び/又は金属化合物を含む繊維体やシェルを作製することで、その下地の構造を模倣した自立膜が得られる。ポリマーを取り除くことで、反応を阻害するポリマーがなくなり、金属及び/又は金属化合物の表面が顕わになる。そのため、高い比表面積が得られ、化学ポテンシャルがより高く、融点よりも低いタンマン温度で溶融することができる。 When a metal or a metal compound is physically vapor-deposited on the surface of a polymer substrate, a large number of nanoparticles are formed on the surface of the substrate and the particles grow. As a result, fibrous bodies and shells containing agglomerates of nanoparticles are formed on the surface of the base material. When physical vapor deposition is further continued, nucleation and grain growth of nanoparticles are further repeated on the surface of the fiber or shell. As a result, a protruding structure of nanoparticles having a diameter of 1 to 10 nm is formed on the surface of the fiber or shell. Since the obtained fibers and shells are three-dimensionally connected, the self-supporting structure is maintained even if the base material is removed. The inorganic structural cloth thus obtained has substantially no substrate / nanoparticle interface. Further, by using a polymer membrane having a radius of curvature of 20 to 200 nm or a nanowire having a diameter of 20 to 200 nm as a template, an inorganic structural cloth to which such a structure is transferred can be obtained. .. Further, in a physical film forming process such as sputtering, since the amount of vapor deposition can be controlled at the atomic level, a protruding structure having a diameter of about 3 to 10 nm can be formed on the outermost surface. Furthermore, the obtained inorganic structural cloth has high homogeneity, and its manufacturing process is much simpler than that of the ink process. Then, by producing a fiber or shell containing the target metal and / or metal compound by using a physical vapor deposition method such as a sputtering method on the surface of the self-supporting base material, the self-supporting structure imitates the structure of the base material. A film is obtained. Removing the polymer removes the polymer that inhibits the reaction and reveals the surface of the metal and / or the metal compound. Therefore, a high specific surface area can be obtained, the chemical potential is higher, and melting can be performed at a Tanman temperature lower than the melting point.
得られた無機構造布は、金属及び/又は金属化合物を含む繊維体及び/又はシェルが3次元的に連結している自立構造を備えている。この無機構造布において、繊維体やシェル(殻)は、金属及び/又は金属化合物を含むナノ粒子の凝集体を含むものとしてもよい。ナノ粒子は、結晶質であっても良く、あるいは、非晶質であってもよい。このナノ粒子の材料は特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な材料を選択することができる。金属ナノ粒子は、例えば、貴金属、典型金属及び遷移金属のうちいずれかを含むものとしてもよいし、貴金属、典型金属及び遷移金属のうち少なくとも1以上を含む合金を含むものとしてもよい。また、無機構造布は、表面に直径が3nm以上10nm以下の金属及び/又は金属化合物の突起構造を有するものとしてもよい。繊維体としては、例えば、チューブ型や半チューブ型のナノワイヤーなどが挙げられる。この繊維体は、例えば、その太さ(直径)が500nm以下、より好ましくは200nmであるものとしてもよい。また、この繊維体は、粒子の突起構造を実現する観点からはその太さが1μm以下であるものとしてもよい。無機構造布は、柔軟性を有するものとしてもよい。例えば、無機構造布が金属や合金で形成されるものとすれば、金属や合金のように、柔軟性を有するものとすることができ、取り扱いをより容易にできる。 The obtained inorganic structural cloth has a self-supporting structure in which fibrous bodies and / or shells containing a metal and / or a metal compound are three-dimensionally connected. In this inorganic structural cloth, the fibrous body and the shell may contain an aggregate of nanoparticles containing a metal and / or a metal compound. The nanoparticles may be crystalline or amorphous. The material of the nanoparticles is not particularly limited, and the optimum material can be selected according to the purpose. The metal nanoparticles may contain, for example, any of a noble metal, a main group element and a transition metal, or may contain an alloy containing at least one of the noble metal, the main group element and the transition metal. Further, the inorganic structure cloth may have a protrusion structure of a metal and / or a metal compound having a diameter of 3 nm or more and 10 nm or less on the surface. Examples of the fiber body include tube-type and semi-tube-type nanowires. The fiber body may have, for example, a thickness (diameter) of 500 nm or less, more preferably 200 nm. Further, the fiber body may have a thickness of 1 μm or less from the viewpoint of realizing the protruding structure of the particles. The inorganic structure cloth may have flexibility. For example, if the inorganic structural cloth is made of a metal or an alloy, it can be made flexible like a metal or an alloy, and can be handled more easily.
(接合工程)
この工程では、無機構造布を接合部とし第1部材と第2部材とを接合する。無機構造布は、上記作製したものを利用することができる。具体的には、無機構造布を第1部材と第2部材との間に配置して積層体を形成する積層処理と、無機構造布を構成する金属及び/又は金属化合物の融点の1/2の温度であるタンマン温度以上の温度で加熱する熱処理と、を実行する。積層処理では、第1部材と第2部材とを接合したい状態で配置し、その間に無機構造布を配置させる。このとき、無機構造布を第1部材及び/又は第2部材に転写するものとしてもよい。熱処理では、第1部材と第2部材とを押しつける方向に加圧しながら加熱することが好ましい。この熱処理は、例えば、ホットプレート、アイロンなどの簡易の装置を用いてもよいし、バーナーなどを用いてもよい。熱処理温度は、タンマン温度以上であればよいが、エネルギー消費の観点からはより低いことが好ましく、融点未満とすることが好ましい。なお、接合強度の観点からは、より高い温度とすることが好ましい。熱処理時間は、用いる部材に応じて、十分な接合強度が得られる時間を適宜設定すればよい。
(Joining process)
In this step, the first member and the second member are joined by using an inorganic structural cloth as a joining portion. As the inorganic structure cloth, the one produced above can be used. Specifically, a laminating treatment in which the inorganic structural cloth is arranged between the first member and the second member to form a laminated body, and 1/2 of the melting point of the metal and / or the metal compound constituting the inorganic structural cloth. The heat treatment is performed by heating at a temperature equal to or higher than the Tanman temperature, which is the temperature of the above. In the laminating process, the first member and the second member are arranged in a state where they are desired to be joined, and an inorganic structural cloth is arranged between them. At this time, the inorganic structural cloth may be transferred to the first member and / or the second member. In the heat treatment, it is preferable to heat while pressurizing in the direction of pressing the first member and the second member. For this heat treatment, for example, a simple device such as a hot plate or an iron may be used, or a burner or the like may be used. The heat treatment temperature may be equal to or higher than the Tanman temperature, but is preferably lower, preferably lower than the melting point, from the viewpoint of energy consumption. From the viewpoint of bonding strength, it is preferable to set the temperature higher. The heat treatment time may be appropriately set to a time during which sufficient bonding strength can be obtained, depending on the member to be used.
第1部材としては、金属及び樹脂のうち1以上が挙げられる。第1部材としての金属は、無機構造布で説明した金属や合金などが挙げられ、例えば、Al金属、Cu金属、ステンレス金属などが挙げられる。樹脂としては、主として耐熱性のある樹脂などが好ましく、例えば、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、フッ素樹脂(PTFE)、フェノール樹脂(PF)、メラミン樹脂(MF)、ユリア樹脂(UF)、ポリウレタン(PUR)、エポキシ樹脂(EP)、不飽和ポリエステル樹脂(UP)などのうち1以上が挙げられる。また、樹脂としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、塩化ビニル(PVC)、ポリスチレン(PS)、ポリエチレンテレフタレート(PET)などのうち1以上が挙げられる。第1部材の形状は、例えば、柱状や板状など、任意の形状としてもよい。第2部材は、第1部材と同じであっても異なってもよいし、金属及び樹脂のうち1以上の部材としてもよい。 Examples of the first member include one or more of metals and resins. Examples of the metal as the first member include the metal and alloy described in the inorganic structural cloth, and examples thereof include Al metal, Cu metal, and stainless metal. As the resin, a heat-resistant resin or the like is mainly preferable, and for example, polycarbonate (PC), polyamide (PA), polyacetylene (POM), polybutylene terephthalate (PBT), fluororesin (PTFE), phenol resin (PF), One or more of melamine resin (MF), urea resin (UF), polyurethane (PUR), epoxy resin (EP), unsaturated polyester resin (UP) and the like can be mentioned. Examples of the resin include one or more of polyethylene (PE), polypropylene (PP), vinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), polyethylene terephthalate (PET) and the like. The shape of the first member may be any shape such as a columnar shape or a plate shape. The second member may be the same as or different from the first member, or may be one or more members of metal and resin.
[接合体]
本開示の接合体は、第1部材と、第2部材と、接合部とを備えている。第1部材及び第2部材は、上述したいずれかとしてもよい。接合部は、第1部材と第2部材とを接合する部位であり、金属及び/又は金属化合物を含む繊維体及び/又はシェルが3次元的に連結している自立構造を有する無機構造布に基づく構造を有している。例えば、無機構造布が、半チューブ型のナノワイヤーが3次元的に連結した構造を有する場合は、ナノワイヤー状の溶融金属によって接合部が形成される。
[Joint]
The joint body of the present disclosure includes a first member, a second member, and a joint portion. The first member and the second member may be any of the above. The joint portion is a portion for joining the first member and the second member, and is formed on an inorganic structural cloth having a self-supporting structure in which fibrous bodies and / or shells containing a metal and / or a metal compound are three-dimensionally connected. It has a structure based on it. For example, when the inorganic structure cloth has a structure in which half-tube type nanowires are three-dimensionally connected, a joint portion is formed by the nanowire-shaped molten metal.
以上詳述した本開示の接合体の製造方法及び接合体では、複数の部材をより簡便に接合することができる。この理由は、例えば、以下のように推察される。一般的に、金属部材と金属部材との接合においては、金属の融点以上の温度に加熱することにより、接合部を形成する必要があった。また、はんだのように合金を介して複数の部材を接合する場合は、この合金の融点以上に加熱する必要があった。一方、金属及び/又は金属化合物を含む無機構造布は、ナノ構造を有しており、化学ポテンシャルがより高く、融点よりも低いタンマン温度で溶融することができる。このため、無機構造布を用いて部材を接合する本開示では、より低温で複数の部材を融着することができるものと推察される。 In the method for producing a joined body and the joined body described in detail above, a plurality of members can be joined more easily. The reason for this can be inferred as follows, for example. Generally, in joining a metal member and a metal member, it is necessary to form a joint portion by heating to a temperature equal to or higher than the melting point of the metal. Further, when a plurality of members are joined via an alloy such as solder, it is necessary to heat the alloy above the melting point. On the other hand, the inorganic structural cloth containing a metal and / or a metal compound has a nanostructure, has a higher chemical potential, and can be melted at a Tanman temperature lower than the melting point. Therefore, in the present disclosure of joining members using an inorganic structural cloth, it is presumed that a plurality of members can be fused at a lower temperature.
なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It goes without saying that the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various embodiments as long as it belongs to the technical scope of the present disclosure.
以下には、まず、自立構造を有する無機構造布を具体的に作製した例を実験例として説明する。 In the following, first, an example in which an inorganic structural cloth having a self-supporting structure is specifically produced will be described as an experimental example.
[実験例1,2]
PES製のメンブレーンフィルター(商品名:ミリポアPES)を4cm角に切り出し、その表面に、スパッタ法を用いてPt膜を形成した(形成工程)。スパッタは、HITACHI社製MC1000イオンスパッタ装置を用い、Ar雰囲気中で行った。次いで、DMF及びNMPを用いてPESを除去し(除去工程)、Ptのみを含む自立構造を有する無機構造布を得た。これを実験例1とした。また、基材として、PVDF製のメンブレーンフィルターを用いた以外は、実験例1と同様にして、Ptのみを含む自立構造を有する無機構造布を得た。これを実験例2とした。
[Experimental Examples 1 and 2]
A PES membrane filter (trade name: Millipore PES) was cut into 4 cm squares, and a Pt film was formed on the surface thereof by a sputtering method (forming step). Sputtering was performed in an Ar atmosphere using an MC1000 ion sputtering apparatus manufactured by Hitachi, Ltd. Then, PES was removed using DMF and NMP (removal step) to obtain an inorganic structural cloth having a self-supporting structure containing only Pt. This was designated as Experimental Example 1. Further, an inorganic structural cloth having a self-supporting structure containing only Pt was obtained in the same manner as in Experimental Example 1 except that a PVDF membrane filter was used as a base material. This was designated as Experimental Example 2.
[実験例3]
図4は、IrO2ナノワイヤー不織布(実験例3)の作製手順を示す説明図である。まず、PVPの8質量%メタノール溶液を1kV/cmで電界紡糸することで、直径が100〜200nmのPVPポリマーナノワイヤーの不織布を作製した。図3Aは、作製したPVPナノワイヤー不織布の写真である。次に、このPVPナノワイヤー不織布の表面に、スパッタ法を用いてIrO2膜を形成した。IrO2膜は、酸素5%−アルゴン95%雰囲気下において、Irをスパッタすることにより形成した。図3Bは、IrO2をスパッタしたPVPナノワイヤー不織布の写真である。また、図3C及び図3Dは、それぞれ、IrO2膜を形成したPVPナノワイヤーのSEM写真及び模式図である。
[Experimental Example 3]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a procedure for producing an IrO 2 nanowire non-woven fabric (Experimental Example 3). First, a non-woven fabric of PVP polymer nanowires having a diameter of 100 to 200 nm was produced by electrospinning an 8 mass% methanol solution of PVP at 1 kV / cm. FIG. 3A is a photograph of the prepared PVP nanowire non-woven fabric. Next, an IrO 2 film was formed on the surface of this PVP nanowire non-woven fabric by a sputtering method. The IrO 2 film was formed by sputtering Ir in an atmosphere of 5% oxygen-95% argon. FIG. 3B is a photograph of a PVP nanowire non-woven fabric sputtered with IrO 2 . In addition, FIGS. 3C and 3D are SEM photographs and schematic views of PVP nanowires forming an IrO 2 film, respectively.
次に、得られた不織布を0.5MのNaBH4溶液(溶媒:水とエタノールの1対1混合液)に入れ、80℃で30分間攪拌することでPVPを除去し、IrO2ナノワイヤー不織布を得た。図3Eは、脱PVP処理のための攪拌過程を撮影した写真である。図3Fは、脱PVP処理後のIrO2ナノワイヤー不織布を水溶液に浮かべた様子を撮影した写真である。図3Gは、脱PVP処理後のIrO2ナノワイヤーの模式図である。脱PVP処理後、Ti板を用いてIrO2ナノワイヤー不織布を水面からすくい上げた。図3Hは、このようにして得られたIrO2/Ti板の写真である。 Next, the obtained non-woven fabric was placed in a 0.5 M NaBH 4 solution (solvent: a 1: 1 mixture of water and ethanol), and the mixture was stirred at 80 ° C. for 30 minutes to remove PVP, and the IrO 2 nanowire non-woven fabric was removed. Got FIG. 3E is a photograph of the stirring process for the de-PVP treatment. FIG. 3F is a photograph of the IrO 2 nanowire non-woven fabric after the de-PVP treatment floating in an aqueous solution. FIG. 3G is a schematic diagram of IrO 2 nanowires after the de-PVP treatment. After the de-PVP treatment, the IrO 2 nanowire non-woven fabric was scooped up from the water surface using a Ti plate. FIG. 3H is a photograph of the IrO 2 / Ti plate thus obtained.
[実験例4]
PVPの4質量%メタノール溶液を1kV/cmで電界紡糸することで、直径が10〜20nmのPVPポリマーナノワイヤーの不織布を作製した。以下、このPVPナノワイヤー不織布を基材に用いた以外は実験例3と同様にして、IrO2ナノワイヤー不織布を得た。これを実験例4とした。
[Experimental Example 4]
A non-woven fabric of PVP polymer nanowires having a diameter of 10 to 20 nm was produced by electrospinning a 4 mass% methanol solution of PVP at 1 kV / cm. Hereinafter, IrO 2 nanowire non-woven fabric was obtained in the same manner as in Experimental Example 3 except that this PVP nanowire non-woven fabric was used as a base material. This was designated as Experimental Example 4.
[評価]
作製した実験例1〜4の無機構造布に対して、走査型電子顕微鏡(SEM,HITACHI社製FE5500)を用いて微細構造の観察を行った。図5は、実験例1〜3の観察結果であり、図5Aが実験例1の低倍率SEM像、図5Bが実験例1の高倍率SEM像である。また、図5Cが実験例2の低倍率SEM像、図5Dが実験例2の高倍率SEM像である。また、図5Eが実験例3の低倍率SEM像、図5Fが実験例3の高倍率SEM像である。図5A〜図5Dより、以下のことがわかった。上記作製方法によれば、ポリマーのメンブレーンフィルターの細孔構造がそのまま転写され、柔軟性があるPtを含む自立構造を有する無機構造布が得られた。この無機構造布は、直径が3〜10nmのPtナノ粒子の凝集体からなっていることがわかった。また、図5E及び図5Fに示すように、上記作製方法によれば、ポリマー製の不織布のナノ構造がそのまま転写され、柔軟性があるIrO2ナノワイヤー不織布が得られることがわかった。また、このIrO2ナノワイヤー不織布構造は、直径が3〜10nmのIrO2ナノ粒子の凝集体を含むことがわかった。
[Evaluation]
The fine structure of the prepared inorganic structure cloths of Experimental Examples 1 to 4 was observed using a scanning electron microscope (SEM, FE5500 manufactured by HITACHI). 5A and 5B are observation results of Experimental Examples 1 to 3, FIG. 5A is a low-magnification SEM image of Experimental Example 1, and FIG. 5B is a high-magnification SEM image of Experimental Example 1. Further, FIG. 5C is a low-magnification SEM image of Experimental Example 2, and FIG. 5D is a high-magnification SEM image of Experimental Example 2. Further, FIG. 5E is a low-magnification SEM image of Experimental Example 3, and FIG. 5F is a high-magnification SEM image of Experimental Example 3. From FIGS. 5A to 5D, the following was found. According to the above-mentioned production method, the pore structure of the polymer membrane filter was transferred as it was, and an inorganic structure cloth having a self-supporting structure containing flexible Pt was obtained. It was found that this inorganic structural cloth consisted of agglomerates of Pt nanoparticles having a diameter of 3 to 10 nm. Further, as shown in FIGS. 5E and 5F, it was found that according to the above-mentioned production method, the nanostructure of the non-woven fabric made of polymer was transferred as it was, and a flexible IrO 2 nanowire non-woven fabric was obtained. It was also found that this IrO 2 nanowire non-woven fabric structure contained aggregates of IrO 2 nanoparticles having a diameter of 3 to 10 nm.
図6は、実験例3、4の観察結果であり、図6AがIrO2ナノワイヤー不織布(実験例3)のスパッタ面及のSEM像であり、図6Bが実験例3のスパッタ面の裏面のSEM像である。また、図6Cが実験例3の低倍率STEM像であり、図6Dが実験例3の高倍率STEM像(拡大図)である。また、図6Eが実験例3の断面のSEM像を示す。また、図6Fが実験例2のSTEM像であり、図6Gが実験例4のSTEM像であり、図6Hが図6Fの一部を取り出して撮影したTEM像である。図6A〜図6Eより、以下のことが分かった。実験例3では、ポリマー不織布の一方の面からIrO2をスパッタしていることから、IrO2ナノワイヤーは、半チューブ状となっていた(図6A,6B,6E参照)。また、IrO2ナノワイヤーの表面には、直径が3〜10nmのナノ粒子が連結した突起物が形成されていた(図6C,6D参照)。また、図6Gに示すように、直径10〜20nm程度の極細のポリマーナノワイヤーを鋳型に用いた場合であっても、上記作製方法によれば、不織布構造を有する無機構造布を作製することができることがわかった。また、図6F,6Hより、以下のことが分かった。上記作製方法によれば、ポリマー製のメンブレーンフィルターのナノ構造がそのまま転写された、直径が3〜10nmであるPtナノ粒子を含む多孔膜構造の無機構造布が得られることがわかった。 FIG. 6 shows the observation results of Experimental Examples 3 and 4, FIG. 6A is an SEM image of the sputtered surface of the IrO 2 nanowire non-woven fabric (Experimental Example 3), and FIG. 6B shows the back surface of the sputtered surface of Experimental Example 3. It is an SEM image. Further, FIG. 6C is a low-magnification STEM image of Experimental Example 3, and FIG. 6D is a high-magnification STEM image (enlarged view) of Experimental Example 3. Further, FIG. 6E shows an SEM image of the cross section of Experimental Example 3. Further, FIG. 6F is a STEM image of Experimental Example 2, FIG. 6G is an STEM image of Experimental Example 4, and FIG. 6H is a TEM image taken by taking out a part of FIG. 6F. From FIGS. 6A to 6E, the following was found. In Experimental Example 3, since IrO 2 was sputtered from one surface of the polymer non-woven fabric, the IrO 2 nanowires had a semi-tube shape (see FIGS. 6A, 6B, 6E). Further, on the surface of the IrO 2 nanowires, protrusions in which nanoparticles having a diameter of 3 to 10 nm were connected were formed (see FIGS. 6C and 6D). Further, as shown in FIG. 6G, even when an ultrafine polymer nanowire having a diameter of about 10 to 20 nm is used as a mold, an inorganic structural cloth having a non-woven fabric structure can be produced according to the above production method. I found that I could do it. In addition, the following was found from FIGS. 6F and 6H. According to the above-mentioned production method, it was found that an inorganic structure cloth having a porous membrane structure containing Pt nanoparticles having a diameter of 3 to 10 nm was obtained by directly transferring the nanostructure of the polymer membrane filter.
[実験例5〜11]
小型電界紡糸装置を用いてポリマー製不織布を作製し、小型卓上スパッタ装置(HITACHI社製MC1000イオンスパッタ装置)を用いてこのポリマー製不織布の表面に金属の自立構造を形成したのち、ポリマー製不織布を除去し、無機構造布を得た。スパッタには、Pt、Au、Ag、Cu、Sn、Ru、Irの金属ターゲットを用い、得られた無機構造布をそれぞれを実験例5〜11とした。スパッタは、不活性雰囲気(Arガス)中で行った。
[Experimental Examples 5 to 11]
A polymer non-woven fabric is produced using a small electrospinning device, and a self-supporting structure of metal is formed on the surface of the polymer non-woven fabric using a small tabletop sputtering device (MC1000 ion sputtering device manufactured by Hitachi), and then the polymer non-woven fabric is formed. It was removed to obtain an inorganic structural cloth. Metal targets of Pt, Au, Ag, Cu, Sn, Ru, and Ir were used for sputtering, and the obtained inorganic structural cloths were designated as Experimental Examples 5 to 11 respectively. Sputtering was carried out in an inert atmosphere (Ar gas).
図7は、基材の不織布及び不織布除去前の実験例5〜11の無機構造布の写真である。図8は、水中での実験例5〜11の不織布構造を有する無機構造布の写真である。図8は、水中にて不織布を除去したのちの無機構造布を撮影したものであり、水中にて一部がめくれた状態になっている。図7、8に示すように、貴金属としてのPt、Au、Ag、Ru、Irや、遷移金属としてのCu、典型金属としてのSnなど、各金属を用いても、柔軟性があり、不織布の自立構造を有する無機構造布を作製することができることがわかった。特に、導電性の高い金属(例えばCuやSnなど)においては、蓄電装置や駆動装置の電極部材、集電部材、導電部材の接合に好適である。特に、上記無機構造布は、厚さが極めて薄く、柔軟性を有しているため、取り扱いしやすいメリットがある。 FIG. 7 is a photograph of the non-woven fabric of the base material and the inorganic structural cloth of Experimental Examples 5 to 11 before removing the non-woven fabric. FIG. 8 is a photograph of an inorganic structural cloth having a non-woven fabric structure of Experimental Examples 5 to 11 in water. FIG. 8 is a photograph of the inorganic structural cloth after removing the non-woven fabric in water, and a part of the cloth is turned up in water. As shown in FIGS. 7 and 8, even if each metal such as Pt, Au, Ag, Ru, Ir as a noble metal, Cu as a transition metal, and Sn as a typical metal is used, the non-woven fabric is flexible. It was found that an inorganic structural cloth having a self-supporting structure can be produced. In particular, a metal having high conductivity (for example, Cu or Sn) is suitable for joining an electrode member, a current collector member, or a conductive member of a power storage device or a drive device. In particular, the inorganic structural cloth has an advantage that it is easy to handle because it is extremely thin and has flexibility.
[実験例12]
実験例5と同様に、直径100〜200nmのPVPナノファイバー不織布の表面に、Niターゲットを用いてNi膜を100nm厚でスパッタ蒸着した。この蒸着体を、水溶液に浸漬することで、ナノワイヤー不織布状のNi構造体(Niナノ構造布)を得た。図9は、実施例12の不織布構造を有する無機構造体の写真であり、図9Aが10mm角のNiナノ構造布を純水に浮かべた写真であり、図9BがNiナノ構造布のSEM写真である。図9に示すように、Niを用いても、柔軟性があり、不織布の自立構造を有する無機構造体を作製することができることがわかった。
[Experimental Example 12]
Similar to Experimental Example 5, a Ni film was sputter-deposited with a thickness of 100 nm on the surface of a PVP nanofiber non-woven fabric having a diameter of 100 to 200 nm using a Ni target. By immersing this vapor-deposited body in an aqueous solution, a nanowire non-woven fabric-like Ni structure (Ni nanostructured cloth) was obtained. 9A and 9B are photographs of an inorganic structure having a non-woven fabric structure of Example 12, FIG. 9A is a photograph of a 10 mm square Ni nanostructured cloth floating in pure water, and FIG. 9B is an SEM photograph of the Ni nanostructured cloth. Is. As shown in FIG. 9, it was found that even if Ni is used, an inorganic structure that is flexible and has a self-supporting structure of a non-woven fabric can be produced.
(実施例1、2)
次に、上記作製した無機構造布を用いた接合体を作製する検討を行った。第1部材としてAl金属板を用い、第2部材としてポリアミド樹脂板を用い、無機構造布として実験例12のNi金属不織布を用いた。実験例12と同様の手法で、無機構造布を純水に浮かべたのち、第1部材のAl金属板上にすくい取ることによって、無機構造布を第1部材上に転写した。転写後、550℃に加熱して第1部材上に無機構造布を融着し、第1部材上にナノ構造を形成した。このナノ構造を転写した第1部材の表面にポリアミド樹脂板を加熱プレス治具を用いて120℃に加熱しながら押しつけ、第2部材を融着させ、接合体を作製した。第1部材と第2部材との平板を平行に配置して接合したものを実施例1とし、垂直に接合したものを実施例2とした。図10が、実施例1の接合体の写真である。図11が実施例2の接合体の写真である。図10、11に示すように、無機構造布を用いると、金属の融点の1/2の温度であるタンマン温度において、複数の部材を接合することができることがわかった。また、金属の無機構造布を接合部とするため、導電性を有した状態で第1部材と第2部材とを接合することができる。
(Examples 1 and 2)
Next, a study was conducted to prepare a bonded body using the above-mentioned prepared inorganic structural cloth. An Al metal plate was used as the first member, a polyamide resin plate was used as the second member, and the Ni metal non-woven fabric of Experimental Example 12 was used as the inorganic structural cloth. The inorganic structural cloth was floated in pure water in the same manner as in Experimental Example 12, and then scooped onto the Al metal plate of the first member to transfer the inorganic structural cloth onto the first member. After the transfer, it was heated to 550 ° C. to fuse the inorganic structural cloth on the first member to form a nanostructure on the first member. A polyamide resin plate was pressed against the surface of the first member to which the nanostructure was transferred while heating at 120 ° C. using a heating press jig, and the second member was fused to prepare a bonded body. Example 1 was formed by arranging and joining flat plates of the first member and the second member in parallel, and Example 2 was formed by vertically joining the flat plates. FIG. 10 is a photograph of the joined body of Example 1. FIG. 11 is a photograph of the joined body of Example 2. As shown in FIGS. 10 and 11, it was found that when an inorganic structural cloth is used, a plurality of members can be joined at the Tanman temperature, which is 1/2 the melting point of the metal. Further, since the metal inorganic structural cloth is used as the joint portion, the first member and the second member can be joined in a state of having conductivity.
以上、本開示の実施例について詳細に説明したが、本開示は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。 Although the examples of the present disclosure have been described in detail above, the present disclosure is not limited to the above-mentioned examples, and various modifications can be made without departing from the gist of the present disclosure.
本開示の接合体の製造方法及び接合体は、複数の部材を接合する技術分野に利用することができる。 The method for producing a bonded body and the bonded body of the present disclosure can be used in a technical field for joining a plurality of members.
10 接合体、11 第1部材、12 第2部材、15 接合部、20 無機構造布、21 繊維体、22 基材空間、23 突起構造、24 ナノ粒子。 10 Joined body, 11 First member, 12 Second member, 15 Jointed part, 20 Inorganic structure cloth, 21 Fibrous body, 22 Base material space, 23 Projection structure, 24 Nanoparticles.
Claims (7)
(1)貴金属、典型金属及び遷移金属のうちいずれかを含む金属ナノ粒子を含む。
(2)貴金属、典型金属及び遷移金属のうち少なくとも1以上を含む合金の金属ナノ粒子を含む。
(3)表面に直径が3nm以上10nm以下の前記金属及び/又は金属化合物の突起構造を含む。 The method for producing a bonded body according to claim 1 or 2, wherein in the bonding step, an inorganic structural cloth having one or more of the characteristics of (1) to (3) is used.
(1) Includes metal nanoparticles containing any of precious metals, main group elements and transition metals.
(2) Includes metal nanoparticles of an alloy containing at least one of a noble metal, a main group metal and a transition metal.
(3) The surface contains a protruding structure of the metal and / or metal compound having a diameter of 3 nm or more and 10 nm or less.
第2部材と、
金属及び/又は金属化合物を含む繊維体及び/又はシェルが3次元的に連結している自立構造を有する無機構造布構造を有し前記第1部材と前記第2部材との間に形成され前記第1部材と前記第2部材とを接合する接合部と、
を備えた接合体。 With the first member
The second member and
The fiber body containing a metal and / or a metal compound and / or a shell has an inorganic structure cloth structure having a self-supporting structure in which the shell is three-dimensionally connected, and is formed between the first member and the second member. A joint portion that joins the first member and the second member,
Joined body with.
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