JP4122117B2 - Method for producing amorphous tin oxide sol - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非晶質酸化スズゾルの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に酸化スズは半導体であり、単体では高い導電性を示さないが、異原子をドープすることにより高い導電性を得ることが知られている。また、透明性、物理的化学的安定性に優れた材料であり、電気電子的用途に期待される材料である。
【０００３】
このような酸化スズは、アンチモンやインジウムとの複合による透明導電性酸化皮膜が有名であり多くの用途を有するが、高純度の酸化スズもしくは非晶質酸化スズについては導電性が低いためにあまり検討されていない。
【０００４】
これらの材料に関しては、科学技術庁刊行の無機材質研究所研究報告書第３５号「酸化スズに関する研究」に述べられているように、ある特定の金属化合物のドープもしくは複合化以外では、高い導電性を示さない。純度が高くなると半導体領域になり、その導電性は１０６Ωｃｍ以上まで達する。従って、透明導電材料の用途へ用いるためには、これまで導電性を高める多くの努力が成されてきた。
【０００５】
また、透明導電材料には一般に化学蒸着法、真空蒸着法、反応性イオンプレーティング法、スパッタ法、イオンビームスパッタ法等の膜形成法により基板に被覆され用いられる。
【０００６】
しかしこれらの方法は、いずれも装置が高価・複雑・大型であるだけでなく、膜形成速度が小さく、且つ大面積の膜を得ることができないという欠点をも有している。さらに複雑形状の膜を形成する場合、不均一となり易く、利用上の制約が多かった。
【０００７】
これらに対し、液状の原料を基板にディップして塗布する方法、或いはスプレーして塗布する方法、エアードクター、バーコーター等を用いて塗布する方法等は、比較的容易に大面積の膜が得られると共に、複雑形状の部位にも比較的容易に適用でき、工業的に有望な方法である。酸化スズ系の材料においても、このような塗布方法は幅広く検討されている。
【０００８】
従来より検討されている酸化スズ系材料は、主としてスズ及びアンチモンを共にイオンとして含有する有機或いは無機化合物の塩溶液である。従って、有機化合物の塩溶液の使用時には、有機物の残存がないように注意深く熱分解を行わなければならず、スズ及びアンチモンが有機塩として気散したり、溶液の極性が低くガラス等の基板とのなじみがなく均一な膜を得ることができなかった。
【０００９】
また、有機塩の液安定性を保つために安定化材を多く必要とする結果、薄い膜厚のものしか得られず、且つ有機物含量が多いために乾燥後に多層ディップを行っても焼成時に剥離する等の問題があった。
【００１０】
さらに熱分解時に生成する酸化スズ・アンチモンは一般に粒子径が粗く、特に均一微細性が要求される分野への適用については問題があった。かかる問題を解決する技術として、特開昭６２−２２３０１９号及び同６２−２７８７０５号には、製造方法の工夫により製造された結晶質酸化スズゾルを用いる方法が開示されている。
【００１１】
しかしこれらの技術では、ゾル溶液が着色していたり、結晶質であるためにゾルを塗布した時の表面の平滑性が損なわれたり、また一度焼成しなければ高い導電性を発現しない等の問題点を有していた。
【００１２】
そこで本発明者等は先に、特願平８−２２９３１９号によって、導電性が１０５Ω未満の非晶質酸化スズ粒子を含むことを特徴とする非晶質酸化スズゾルの製造方法を提案した。本発明者等はかかる先提案技術についての研究を続け、本発明に至った。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、着色が無く、導電性が良好である透明導電材料の用途に適した、更に改善された非晶質酸化スズゾルの製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明は、下記構成を有する。
１．加水分解性スズ化合物を加水分解処理し洗浄後、アンモニア水に溶解して加熱処理を行う酸化スズゾルの製造方法において、前記加水分解工程で加水分解性スズ化合物を分割投入するにあたり、２回目以降の投入量を直前の投入量の１／２以下とし、かつ前記加水分解工程の温度が７２℃以上９８℃以下であることを特徴とする非晶質酸化スズゾルの製造方法。
【００１５】
２．加水分解性スズ化合物とフッ素含有化合物又は炭酸塩であるＳｎ以外の元素を含む化合物とを用いて加水分解処理し洗浄後、アンモニア水に溶解して加熱処理を行う酸化スズゾルの製造方法において、前記加水分解工程で加水分解性スズ化合物を分割投入するにあたり、２回目以降の投入量を直前の投入量の１／２以下とし、かつ前記加水分解工程の温度が７２℃以上９８℃以下であることを特徴とする非晶質酸化スズゾルの製造方法。
【００１８】
３．加水分解性スズ化合物を加水分解処理し洗浄後、アンモニア水に溶解して加熱処理を行う酸化スズゾルの製造方法において、前記加水分解工程で加水分解性スズ化合物を分割投入するにあたり、２回目以降の投入量を直前の投入量の１／２以下とし、２回目以降の投入を直前の投入から１〜２５分後とし、前記洗浄工程において少なくとも１回４０℃以上８０℃以下の温湯を用いて洗浄を行うことを特徴とする非晶質酸化スズゾルの製造方法。
【００１９】
４．加水分解性スズ化合物とフッ素含有化合物又は炭酸塩であるＳｎ以外の元素を含む化合物とを用いて加水分解処理し洗浄後、アンモニア水に溶解して加熱処理を行う酸化スズゾルの製造方法において、加水分解工程で加水分解性スズ化合物を分割投入するにあたり、２回目以降の投入量を直前の投入量の１／２以下とし、前記２回目以降の投入を直前の投入から１〜２５分後とし、前記洗浄工程において少なくとも１回４０℃以上８０℃以下の温湯を用いて洗浄を行うことを特徴とする非晶質酸化スズゾルの製造方法。
【００２２】
５．前記洗浄工程において少なくとも１回アンモニアを洗浄水に添加して洗浄を行うことを特徴とする前記１又は３に記載の非晶質酸化スズゾルの製造方法。
【００２３】
６．洗浄工程において少なくとも１回アンモニアを洗浄水に添加して洗浄を行うことを特徴とする前記２又は４に記載の非晶質酸化スズゾルの製造方法。
【００２４】
７．前記加水分解工程における２回目以降の投入を直前の投入から１〜２５分後とすることを特徴とする前記１に記載の非晶質酸化スズゾルの製造方法。
【００２６】
８．前記加水分解工程における２回目以降の投入を直前の投入から１〜２５分後とすることを特徴とする前記２に記載の非晶質酸化スズゾルの製造方法。
【００２８】
９．前記加水分解工程における２回目以降の投入量を直前の投入量の１／５以下とすることを特徴とする前記１、２、７又は８に記載の非晶質酸化スズゾルの製造方法。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細について説明する。
先ず、本発明において非晶質とは、結晶質とは異なる物質を意味する。結晶質とは、電気・電子工学大系７２巻、結晶の評価（伊藤 次、犬塚直夫、コロナ社、１９８２年）第４頁に記載されているように、原子の配列に長距離秩序があり、その物質に固相の融点があることが特徴である。例えば、高純度で無色透明な結晶性の酸化スズであれば、正方晶系ルチル型構造であり、屈折率１．９９６８、電気伝導性は室温で１０６Ωｃｍ以上の高抵抗を示すことが知られている。また融点は１１２７℃であり、結晶性酸化スズであればこの温度まで熱的に安定である。故に、一般に非晶質酸化スズとは、以上の性質を示さない物質であり、
（１）原子の配列に長距離秩序がない、
（２）結晶性酸化スズの融点以下に、物質の変化を示す温度領域が存在する、
酸化スズといえる。
【００３０】
（１）については、Ｘ線回折によりその構造を同定することが可能であり、新版カリティＸ線回折要論（松村源太郎訳、アグネ社、１９７７年）に記載された結晶子サイズの測定から長距離秩序のおおよその値を知ることができる。例えば、酸化スズの（１１０）面の面間隔はおおよそ０．３３ｎｍであり、結晶性酸化スズならば数１０個以上の繰り返し単位がなければならず、結晶子測定を行えば、１０数ｎｍの値が観測される。従って、結晶子測定において１０ｎｍ未満であれば、もはや長距離秩序があるとはいえず、非晶質と思われる。５ｎｍ未満であれば、もはや繰り返し単位を仮定すれば１０個以下となり結晶ではない。
【００３１】
（２）については、固体の熱分析を行えば容易に明らかとなり、測定条件の影響、試料サイズの影響を考慮しても１０００℃未満で熱的な変化が生じるならば結晶とは言い難い。熱的な変化で容易に観測できるのは熱重量分析であり、２００℃での重量を測定開始重量として重量減少を融点よりはるかに低い５００℃までの温度領域で０．１ｗｔ％以上生じるならば単結晶酸化スズではない。
以上のように上記（１）もしくは（２）を満たす酸化スズの場合には明らかに非晶質である。
【００３２】
次に導電性については、酸化スズ粒子の導電性を意味し、その測定方法については、正確に導電性が評価できる限りいかなる方法でもよい。以下に測定例を示すが、本発明に制限を加えるものではない。
【００３３】
石英板に酸化スズ薄膜を形成し、２００℃空気中で処理を行う。室温２５℃で薄膜の膜厚を測定後、四端子法にて抵抗を測定し、この抵抗値と膜厚から体積固有抵抗を求める。このような方法で求めた体積固有抵抗が１０５Ωｃｍ未満、好ましくは１０−２Ωｃｍ以上１０５Ωｃｍ未満を示す酸化スズ粒子を含むゾルが本発明の酸化スズゾルである。
【００３４】
本発明者等は、前記先提案技術において、加熱処理による重量減少について開示した。即ち、重量減少は、一般に用いられる熱重量分析で測定した値を意味し、昇温速度は３０℃／分以下が好ましく、さらに好ましくは１０℃／分以下で測定し、２００℃から５００℃の範囲で重量減少を０．１ｗｔ％以上３０ｗｔ％未満生じる酸化スズを含むゾルである。
【００３５】
本発明のゾルを２００℃まで、空気中もしくは、Ｎ２やＡｒなどの非酸化性雰囲気で加熱すると、非晶質酸化スズとなる。結晶性酸化スズであれば、続いて行う２００℃以上の処理で熱的な変化を伴わない。非晶質酸化スズであれば０．１ｗｔ％以上の重量減少を示す。この重量減少量と導電性の関係は、明らかではないが、本発明者らは重量減少を示す酸化スズ粒子が導電性を有することを発見し、前記先提案技術を開示した。
【００３６】
不純物イオンについては、アンモニウムイオン、水素イオンなどの陽イオンや次に述べる陰イオンなど存在していると良好な結果を示す。
【００３７】
陰イオンについては、特にその存在を規定しないが、有機イオン、無機イオンなんでも存在していた方が高い導電性を示す。特に好ましいのは、カルボン酸基もしくはスルホン酸基、アミノ基、水酸基を含むイオン、炭酸イオンとハロゲンイオンである。これらのイオンは、非晶質酸化スズ粒子の内部に存在していても、外部もしくは内部と外部の両者に存在していてもいずれでもよい。但し、存在する量については、表面等の外部については、粒子に対して３０ｗｔ％以上存在するとゾルの安定性に問題が生じるので好ましくなく、３０ｗｔ％未満が好ましく、より好ましくは１０ｗｔ％未満、特に好ましくは６ｗｔ％未満がゾルにした時の安定性がよいことから選ばれる。粒子内部に存在する陰イオンについては、ゾルの安定性に影響がないのでその量を規定しないが、好ましくは０．００１ｗｔ％以上６ｗｔ％未満である。
【００３８】
これらの酸化スズゾルの製造方法としては、前記先提案技術では次の２つを開示した。
【００３９】
加水分解性スズ化合物を加水分解処理し洗浄後、得られたハロゲン濃度が０．００１％以上３％以下の原料をアンモニア水に溶解して加熱処理を行う方法、
加水分解性スズ化合物とフッ素を含む化合物とを用いて加水分解処理し洗浄後、得られたハロゲン濃度が０．００１％以上３％以下の原料をアンモニア水に溶解して加熱処理を行う方法、
である。
【００４０】
本発明の製造方法において、全体の製造工程でＳｎを含む化合物にかかる温度条件が重要であり、高温度の熱処理を伴う方法は、一次粒子の成長や、結晶性が高くなる現象を生じるので好ましくなく、熱処理を行う必要がある時には、４５０℃以下、特に３００℃以下、好ましくは２００℃以下、より好ましくは１５０℃以下とする。しかし、２５℃から１５０℃までの加温は、好適に選ばれる手段である。
【００４１】
また、製造工程は、加水分解性スズ化合物を加水分解処理する工程と、得られた沈殿物の洗浄工程を経てゾル化する工程の３工程からなる。各工程がさらに細分化された工程をとることに本発明は制限を加えない。例えば、加水分解工程は、原料を計量する工程と投入する工程、加水分解するために加えられる成分との混合工程、加熱工程等で構成されるが、本発明に係る加水分解工程は、下記構成を有する。
【００４２】
加水分解性スズ化合物を加水分解処理し洗浄後、アンモニア水に溶解して加熱処理を行う酸化スズゾルの製造方法において、加水分解工程で加水分解性スズ化合物を分割投入することが、本発明の特徴であり、且つその際、２回目以降の投入量を直前の投入量の１／２以下、好ましくは１／５以下とすることを特徴の１つとする。そして、加水分解性スズ化合物とフッ素含有化合物又は炭酸塩であるＳｎ以外の元素を含む化合物とを用いて加水分解処理し洗浄後、アンモニア水に溶解して加熱処理を行う酸化スズゾルの製造方法においても同様であり、加水分解工程で加水分解性スズ化合物を分割投入するにあたり、２回目以降の投入量を直前の投入量の１／２以下、好ましくは１／５以下とすることを特徴の１つとする。
【００４３】
また、加水分解性スズ化合物を用いて加水分解処理し洗浄後、アンモニア水に溶解して加熱処理を行う酸化スズゾルの製造方法において、加水分解工程の温度が７２℃以上９８℃以下であることを特徴の１つとする。そして加水分解性スズ化合物とフッ素含有化合物又は炭酸塩であるＳｎ以外の元素を含む化合物とを用いて加水分解処理し洗浄後、アンモニア水に溶解して加熱処理を行う酸化スズゾルの製造方法においても同様であり、加水分解工程の温度が７２℃以上９８℃以下であることを特徴の１つとする。
【００４４】
更に、加水分解性スズ化合物を加水分解処理し洗浄後、アンモニア水に溶解して加熱処理を行う酸化スズゾルの製造方法において、加水分解工程で加水分解性スズ化合物を分割投入するにあたり、２回目以降の投入を直前の投入から１〜２５分後とすることを特徴の１つとする。そして、加水分解性スズ化合物とフッ素含有化合物又は炭酸塩であるＳｎ以外の元素を含む化合物とを用いて加水分解処理し洗浄後、アンモニア水に溶解して加熱処理を行う酸化スズゾルの製造方法においても同様であり、加水分解工程で加水分解性スズ化合物を分割投入するにあたり、２回目以降の投入を直前の投入から１〜２５分後とすることを特徴の１つとする。
【００４５】
一方、洗浄工程では、固液分離工程を伴い、その方法もデカンテーション、限外濾過等、適当な濾過器を用いる方法等、いかなる方法でもよいが本発明の洗浄工程は、下記構成を有する。
【００４６】
加水分解性スズ化合物を用いて加水分解処理し洗浄後、アンモニア水に溶解して加熱処理を行う酸化スズゾルの製造方法において、洗浄工程において少なくとも１回４０℃以上８０℃以下の温湯を用いて洗浄を行うことを特徴の１つとする。そして、加水分解性スズ化合物とフッ素含有化合物又は炭酸塩であるＳｎ以外の元素を含む化合物とを用いて加水分解処理し洗浄後、アンモニア水に溶解して加熱処理を行う酸化スズゾルの製造方法においても同様であり、洗浄工程において少なくとも１回４０℃以上８０℃以下の温湯を用いて洗浄を行うことを特徴の１つとする。
【００４７】
また、加水分解性スズ化合物を用いて加水分解処理し洗浄後、アンモニア水に溶解して加熱処理を行う酸化スズゾルの製造方法において、洗浄工程において少なくとも１回アンモニア（後記実施例５に示すアンモニア水参照）を洗浄水に添加して洗浄を行うことを特徴の１つとする。そして、加水分解性スズ化合物とフッ素含有化合物又は炭酸塩であるＳｎ以外の元素を含む化合物とを用いて加水分解処理し洗浄後、アンモニア水に溶解して加熱処理を行う酸化スズゾルの製造方法においても同様であり、洗浄工程において少なくとも１回アンモニアを含む化合物を洗浄水に添加して洗浄を行うことを特徴の１つとする。
【００４８】
更に、本発明の好ましい実施態様は、前記請求項１に記載の発明において、前記加水分解工程における２回目以降の投入を直前の投入から１〜２５分後とすることが特徴の１つである。
【００５０】
そして、加水分解性スズ化合物とフッ素含有化合物又は炭酸塩であるＳｎ以外の元素を含む化合物とを用いて加水分解処理し洗浄後、アンモニア水に溶解して加熱処理を行う酸化スズゾルの製造方法においても同様であり、前記請求項２に記載の発明において、前記加水分解工程における２回目以降の投入を直前の投入から１〜２５分後とすることが特徴の１つである。
【００５１】
特に、本発明においては、前記１、２、７又は８に記載された非晶質酸化スズゾルの製造方法において、２回目以降の投入量を直前の投入量の１／５以下とすることが、本発明の目的の効果を顕著に発揮する点で好ましい。
【００５２】
尚、ゾル化については、粒子を安定に分散するために加えられる添加剤、溶媒等は制限されないが、アンモニア水によるゾルの安定化が経済性の点で好ましい。
【００５３】
本発明に用いられる加水分解性スズ化合物とは、Ｋ２ＳｎＯ３・３Ｈ２Ｏのようなオキソ陰イオンを含む化合物、ＳｎＣｌ４、ＳｎＣｌ４・５Ｈ２Ｏのような水溶性ハロゲン化物、Ｒ′２ＳｎＲ２、Ｒ３ＳｎＸ、Ｒ２ＳｎＸ２［Ｒ′は脂肪族もしくは芳香族有機化合物、Ｒは脂肪族もしくは芳香族有機化合物、Ｘはハロゲンを示す。］の構造を有する化合物、例えば（ＣＨ３）３ＳｎＣｌ・（ピリジン）、（Ｃ４Ｈ９）２Ｓｎ（Ｏ２ＣＣ２Ｈ５）２等の有機金属化合物、Ｓｎ（ＳＯ４）２・２Ｈ２Ｏ等のオキソ塩等々を挙げることができる。
【００５４】
加水分解性スズ化合物の溶媒中における分解反応から製造する方法においては、プロセスの途中で溶媒に可溶なＳｎ以外の元素を含む化合物の添加も可能であり、例えば、溶媒に可溶なフッ素含有化合物の添加や、炭酸塩の添加である。溶媒に可溶なフッ素含有化合物とは、イオン性フッ化物もしくは共有性フッ化物のいずれでもよく、例えば、ＨＦもしくはＫＨＦ２、ＳｂＦ３、ＭｏＦ６等の金属フッ化物、ＮＨ４ＭｎＦ３、ＮＨ４ＢｉＦ４等のフルオロ錯陰イオンを生成する化合物、ＢｒＦ３、ＳＦ４、ＳＦ６等の無機分子性フッ化物、ＣＦ３Ｉ、ＣＦ３ＯＯＨ、Ｐ（ＣＦ３）３等の有機フッ素化合物を挙げることができるが、溶媒が水の場合にはＣａＦ２と硫酸との組み合わせのようにフッ素含有化合物と不揮発性酸との組み合わせも用いることができる。
【００５５】
以上の製造方法において、前記洗浄工程以外にも洗浄プロセスを途中に用いてもよい。洗浄プロセスを用いることにより、ゾルに含まれるイオンの量を制御することが可能である。洗浄方法は、特に限定されないが、例えば、デカンテーションによる方法、限外濾過膜による方法などが挙げられる。
【００５６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。先ず、前記先提案技術を参考例として挙げる。
参考例１
塩化第二スズ４５ｇを炭酸ガスを含んでいる３０℃の水２０００ｍｌに溶解し均一溶液を得た。次いでこれを２時間煮沸し共沈殿物を得た。生成した沈殿物をデカンテーションにより取り出し、蒸留水（２５℃）にて沈殿を１０回水洗する。蒸留水１０００ｍｌ添加し、全量を２０００ｍｌとする。さらに２０％アンモニア水を６０ｍｌ加え、水浴中で１００℃に加温し、無色透明なゾル溶液を得た。
このゾル溶液へ石英板をディップして乾燥する。この操作を１００回繰り返し石英板上に酸化スズ薄膜を形成した。この石英板を空気中１５０℃２時間処理した試料について四端子法にて体積固有抵抗を測定したところ、７×１０４Ωｃｍであった。
ゾル溶液をスプレードライ装置を用いて乾燥しゾル溶液から粉末を取り出した。この粉末を用いて粉末Ｘ線回折により（１００）面の結晶子測定を行ったところ、２．１ｎｍと求められ、非晶質粉末であることを確認した。また、この粉末の熱重量分析を１０℃／分の昇温速度で行ったところ、２００℃まで緩やかに重量減少を１．０ｗｔ％示した後、２００℃から５００℃までに２．５ｗｔ％の重量減少を示した。
【００５７】
参考比較例１
塩化第二スズ水和物６５ｇを蒸留水２０００ｍｌに１００℃で溶解し均一溶液を得た。次いでこれを煮沸し共沈殿物を得た。生成した沈殿物をデカンテーションにより取り出し、蒸留水にて沈殿を４０回水洗する。沈殿を洗浄した蒸留水中に硝酸銀を滴下し、塩素イオンの反応が無いことを確認後、蒸留水１０００ｍｌ添加し全量を２０００ｍｌとする。さらに２０％アンモニア水を６０ｍｌ加え、水浴中で１００℃に加温し、コロイド状ゲル分散液を得た。できたゾル溶液は、無色透明であった。
参考例１と同様の方法により石英板上に薄膜を形成した後、四端子法にて体積固有抵抗を測定したところ、２．１×１０５Ωｃｍであった。
また、結晶子測定を行ったところ、３．１ｎｍと測定された。
【００５８】
参考比較例２
塩化第二スズ水和物６５ｇを３０℃の蒸留水２０００ｍｌに溶解し均一溶液を得た。次いでこれを煮沸し共沈殿物を得た。生成した沈殿物をデカンテーションにより取り出し、蒸留水（２５℃）にて沈殿を４０回水洗する。水洗後８００℃の筒状の電気炉の中へスプレーし粉末を取り出した。この粉末を２０００ｍｌの水中に分散し、２０％アンモニア水を６０ｍｌ加え、水浴中で１００℃に加温し、コロイド状ゲル分散液を得た。できたゾル溶液はやや白濁していた。
参考例１と同様の方法により、石英板上に薄膜を形成した後、四端子法にて体積固有抵抗を測定したところ、７．１×１０６Ωｃｍであった。
また、結晶子測定を行ったところ、３０．５ｎｍと測定された。
【００５９】
以上、参考例１と参考比較例１及び参考比較例２とから、僅かな製造条件の違いで得られる酸化スズの体積固有抵抗が異なることが明らかである。
【００６０】
参考例２
塩化第二スズ４５ｇを５０℃の蒸留水２０００ｍｌに溶解し均一溶液を得た。次いでこれを２時間煮沸し共沈殿物を得た。生成した沈殿物をデカンテーションにより取り出し、蒸留水（２５℃）にて沈殿を８回水洗する。蒸留水１０００ｍｌ添加し全量を２０００ｍｌとする。さらに２０％アンモニア水を６０ｍｌ加え、水浴中で１００℃に加温し、無色透明なゾル溶液を得た。
イオンクロマトグラフィーを用いて、ゾル溶液に含まれる塩素イオン濃度を求めたところ、０．００８ｗｔ％塩素イオンが含まれていた。
参考例１と同様に石英板上にこのゾル溶液を用いて薄膜を形成し、熱処理後の体積固有抵抗を求めたところ、９．５×１０４Ωｃｍであった。
また、参考例１と同様に結晶子測定を行ったところ、２．７ｎｍであった。
【００６１】
参考例３
塩化第二スズ４５ｇを４０℃の蒸留水２０００ｍｌに溶解し均一溶液を得た。次いでこれを２時間煮沸し共沈殿物を得た。生成した沈殿物をデカンテーションにより取り出し、蒸留水にて沈殿を７回水洗する。蒸留水１０００ｍｌ添加し全量を２０００ｍｌとする。さらに２０％アンモニア水を６０ｍｌ加え、水浴中で１００℃に加温し、無色透明なゾル溶液を得た。
イオンクロマトグラフィーを用いて、ゾル溶液に含まれる塩素イオン濃度を求めたところ、０．０１６ｗｔ％塩素イオンが含まれていた。
参考例１と同様に石英板上にこのゾル溶液を用いて薄膜を形成し、熱処理後の体積固有抵抗を求めたところ、９．５×１０４Ωｃｍであった。
また、参考例１と同様に結晶子測定を行ったところ、２．２ｎｍであった。
【００６２】
参考例４
塩化第二スズ４５ｇとＫ２ＴｉＦ６を５ｇとを３０℃の蒸留水２０００ｍｌに溶解し均一溶液を得た。次いでこれを２時間煮沸し共沈殿物を得た。生成した沈殿物をデカンテーションにより取り出し、蒸留水にて沈殿を８回水洗する。蒸留水１０００ｍｌ添加し全量を２０００ｍｌとする。さらに２０％アンモニア水を６０ｍｌ加え、水浴中で１００℃に加温し、無色透明なゾル溶液を得た。
イオンクロマトグラフィーを用いて、ゾル溶液に含まれる塩素イオン濃度を求めたところ、０．００８ｗｔ％塩素イオンが含まれていた。
参考例１と同様に石英板上にこのゾル溶液を用いて薄膜を形成し、熱処理後の体積固有抵抗を求めたところ、１．５×１０４Ωｃｍであった。
また、参考例１と同様に結晶子測定を行ったところ、２．４ｎｍであった。
【００６３】
参考例５
塩化第二スズ４５ｇとＫＦ５ｇとを３０℃の蒸留水２０００ｍｌに溶解し均一溶液を得た。次いでこれを２時間煮沸し共沈殿物を得た。生成した沈殿物をデカンテーションにより取り出し、蒸留水にて沈殿を８回水洗する。蒸留水１０００ｍｌ添加し全量を２０００ｍｌとする。さらに２０％アンモニア水を６０ｍｌ加え、水浴中で１００℃に加温し、無色透明なゾル溶液を得た。
イオンクロマトグラフィーを用いて、ゾル溶液に含まれる塩素イオン濃度を求めたところ、０．００８ｗｔ％塩素イオンが含まれていた。
参考例１と同様に石英板上にこのゾル溶液を用いて薄膜を形成し、熱処理後の体積固有抵抗を求めたところ、６．５×１０３Ωｃｍであった。
また、参考例１と同様に結晶子測定を行ったところ、２．１ｎｍであった。
【００６４】
参考比較例３
塩化第二スズ水和物６５ｇと三塩化アンチモン１．０ｇを３０℃の水／エタノール混合溶液２０００ｍｌに溶解し均一溶液を得た。次いでこれを２時間煮沸し共沈殿物を得た。生成した沈殿物をデカンテーションにより取り出し、蒸留水にて沈殿を４０回水洗する。沈殿を洗浄した蒸留水中に硝酸銀を滴下し、塩素イオンの反応が無いことを確認後、蒸留水１０００ｍｌ添加し全量を２０００ｍｌとする。さらに２０％アンモニア水を６０ｍｌ加え、水浴中で１００℃に加温し、コロイド状ゲル分散液を得た。やや赤みを帯びたゾル溶液が得られた。
【００６５】
以上、参考例２、参考例３、参考例４、参考例５と参考比較例３との比較より、先提案技術によれば、着色の無い、導電性の良好な酸化スズゾルを製造することが可能である。
【００６６】
参考例６、７
参考例１において、加水分解工程でも塩化第二スズ（水和物）を分割投入する方法を採用し、第１回投入量に対して第２回投入量を１／２及び１／５とし、第３回投入量を第２回投入量の１／２及び１／５とし、順次１分間隔で５回に亘って分割投入したことのみ異ならせた。尚、前回投入量の１／２の方を参考例６とする。
【００６７】
実施例１、２
参考例７（分割投入量１／５の例）において、加水分解工程を７５℃及び９５℃で行ったことのみ異ならせた。尚、７５℃の方を実施例１とする。
【００６８】
参考例８、９
参考例７（分割投入量１／５の例）において、分割投入間隔を５分及び２０分としたことのみ異ならせた。尚、５分間隔の方を参考例８とする。
【００６９】
比較例１
参考例１において、分割投入量を直前の１／１．５量としたことのみ異ならせ、他は参考例６と同様に行った。
【００７０】
比較例２、３
参考例１において、加水分解工程を７０℃及び９９℃で行ったことのみ異ならせ、他は実施例１と同様に行った。尚、７０℃の方を比較例２とする。
【００７１】
参考例１０
参考例７において、分割投入量を直前の１／５量にすると共に、分割間隔を１０分としたことのみ異ならせ、他は参考例７と同様に行った。
【００７２】
実施例３、４
参考例７において、洗浄工程で沈殿物を、５回だけ、４５℃及び７５℃の温湯を用いて水洗し、残りの回数は蒸留水（２５℃）で水洗したことのみ異ならせた。尚、４５℃の方を実施例３とする。
【００７３】
実施例５
参考例２において、洗浄工程で沈殿物を、５回だけ、アンモニア水（２５℃）を用いて水洗し、残りの回数は蒸留水（２５℃）で水洗したことのみ異ならせた。
【００７４】
実施例１〜５及び比較例１〜３、参考例１〜１０、参考比較例１〜３について、結晶子測定及び体積固有抵抗を測定した。その結果を表１に示す。
【００７５】
【表１】
【発明の効果】
本発明によれば、着色が無く、導電性が良好である透明導電材料の用途に適した非晶質酸化スズゾルの製造方法の改善法を提供することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing an amorphous tin oxide sol.
[0002]
[Prior art]
In general, tin oxide is a semiconductor and does not exhibit high conductivity by itself, but it is known that high conductivity can be obtained by doping different atoms. Moreover, it is a material excellent in transparency and physical and chemical stability, and is expected to be used for electrical and electronic applications.
[0003]
Such tin oxide is famous for its transparent conductive oxide film composed of a combination of antimony and indium and has many uses. However, high-purity tin oxide or amorphous tin oxide has low conductivity, so Not considered.
[0004]
For these materials, as described in Research Report No. 35 “Study on Tin Oxide” published by the Science and Technology Agency published by the Science and Technology Agency, it has high conductivity except for doping or compounding of certain metal compounds. Does not show sex. When the purity increases, it becomes a semiconductor region, and its conductivity is 106It reaches to Ωcm or more. Therefore, many efforts have been made to increase conductivity in order to use the transparent conductive material in applications.
[0005]
The transparent conductive material is generally used by being coated on a substrate by a film forming method such as chemical vapor deposition, vacuum vapor deposition, reactive ion plating, sputtering, or ion beam sputtering.
[0006]
However, these methods have disadvantages that not only the apparatus is expensive, complicated and large, but also the film formation rate is low and a film having a large area cannot be obtained. Further, when forming a film having a complicated shape, it tends to be non-uniform and there are many restrictions on use.
[0007]
On the other hand, a method of dipping a liquid raw material on a substrate, a method of applying by spraying, a method of applying using an air doctor, a bar coater, etc. can obtain a film of a large area relatively easily. In addition, the method can be applied relatively easily to a part having a complicated shape, and is an industrially promising method. Such a coating method has been widely studied also for tin oxide-based materials.
[0008]
The tin oxide-based material that has been studied conventionally is a salt solution of an organic or inorganic compound mainly containing both tin and antimony as ions. Therefore, when using a salt solution of an organic compound, it must be carefully pyrolyzed so that no organic matter remains, and tin and antimony are scattered as an organic salt, and the polarity of the solution is low and a substrate such as glass is used. A uniform film could not be obtained.
[0009]
In addition, as a result of requiring a large amount of stabilizing material to maintain the liquid stability of the organic salt, only a thin film thickness can be obtained, and because of the high organic matter content, even if multi-layer dipping is performed after drying, it is peeled off during firing. There was a problem such as.
[0010]
Furthermore, tin oxide / antimony produced during pyrolysis generally has a coarse particle size, and there has been a problem in application to fields requiring uniform fineness. As a technique for solving such a problem, JP-A-62-223019 and JP-A-62-278705 disclose a method using a crystalline tin oxide sol produced by devising a production method.
[0011]
However, with these technologies, the sol solution is colored, the surface is not smooth when coated with sol because it is crystalline, and high conductivity is not exhibited unless it is fired once. Had a point.
[0012]
Therefore, the present inventors previously stated that the conductivity was 10% according to Japanese Patent Application No. 8-229319.5A method for producing an amorphous tin oxide sol characterized by containing amorphous tin oxide particles of less than Ω was proposed. The inventors of the present invention have continued research on the previously proposed technology and have arrived at the present invention.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a further improved method for producing an amorphous tin oxide sol suitable for the use of a transparent conductive material having no coloration and good conductivity.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the above problems has the following configuration.
1. In the method for producing a tin oxide sol in which a hydrolyzable tin compound is hydrolyzed and washed, dissolved in aqueous ammonia and subjected to heat treatment,SaidIn splitting the hydrolyzable tin compound in the hydrolysis step, the second and subsequent inputs should be ½ or less of the previous input.And the temperature of the hydrolysis step is 72 ° C. or higher and 98 ° C. or lower.Process for producing amorphous tin oxide sol.
[0015]
2. With hydrolyzable tin compoundsFluorine-containing compound or carbonateIn the method for producing a tin oxide sol, which is hydrolyzed using a compound containing an element other than Sn and washed, and then dissolved in ammonia water and subjected to heat treatment,SaidIn splitting the hydrolyzable tin compound in the hydrolysis step, the second and subsequent inputs should be ½ or less of the previous input.And the temperature of the hydrolysis step is 72 ° C. or higher and 98 ° C. or lower.Process for producing amorphous tin oxide sol.
[0018]
3.In the method for producing a tin oxide sol in which a hydrolyzable tin compound is hydrolyzed and washed, dissolved in aqueous ammonia and subjected to heat treatment,SaidIn splitting the hydrolyzable tin compound in the hydrolysis process,Make the input amount for the second and subsequent times less than 1/2 of the previous input amount,The second and subsequent inputs are 1 to 25 minutes after the previous input.In the cleaning step, cleaning is performed at least once using hot water of 40 ° C. or higher and 80 ° C. or lower.Process for producing amorphous tin oxide sol.
[0019]
4).With hydrolyzable tin compoundsFluorine-containing compound or carbonateIn the method for producing a tin oxide sol which is hydrolyzed using a compound containing an element other than Sn and washed, then dissolved in ammonia water and subjected to a heat treatment, in the divided addition of the hydrolyzable tin compound in the hydrolysis step,The input amount after the second time is set to 1/2 or less of the previous input amount,The second and subsequent inputs are 1 to 25 minutes after the previous input.In the cleaning step, cleaning is performed at least once using hot water of 40 ° C. or higher and 80 ° C. or lower.Process for producing amorphous tin oxide sol.
[0022]
5. Ammoni at least once in the washing step.A4. The method for producing an amorphous tin oxide sol according to 1 or 3, wherein the washing is performed by adding to washing water.
[0023]
6). Ammoni at least once in the washing processA5. The method for producing an amorphous tin oxide sol as described in 2 or 4 above, wherein the washing is performed by adding to washing water.
[0024]
7). The second and subsequent charging in the hydrolysis step is 1 to 25 minutes after the previous charging.It is characterized byAs described in 1 aboveMethod for producing amorphous tin oxide sol.
[0026]
8). The second and subsequent charging in the hydrolysis step is 1 to 25 minutes after the previous charging.It is characterized byAs described in 2 aboveMethod for producing amorphous tin oxide sol.
[0028]
9. In the hydrolysis stepThe input amount after the second time is set to 1/5 or less of the immediately previous input amount.As described in 1, 2, 7 or 8Method for producing amorphous tin oxide sol.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Details of the present invention will be described below.
First, in the present invention, amorphous means a substance different from crystalline. Crystalline refers to a long-range order in the atomic arrangement, as described in page 4 of the University of Electrical and Electronics Engineering Vol. 72, Evaluation of Crystals (Jun Ito, Nao Inuzuka, Corona, 1982). The substance is characterized by having a solid-phase melting point. For example, a highly pure, colorless and transparent crystalline tin oxide has a tetragonal rutile structure, a refractive index of 1.9968, and an electrical conductivity of 10 at room temperature.6It is known to exhibit a high resistance of Ωcm or more. The melting point is 1127 ° C., and crystalline tin oxide is thermally stable up to this temperature. Therefore, in general, amorphous tin oxide is a substance that does not exhibit the above properties,
(1)There is no long-range order in the atomic arrangement,
(2)Below the melting point of crystalline tin oxide, there is a temperature range showing the change of the substance,
It can be said that it is tin oxide.
[0030]
(1)The structure can be identified by X-ray diffraction. From the measurement of the crystallite size described in the new edition of Karity X-ray diffraction theory (translated by Gentaro Matsumura, Agne, 1977) You can know the approximate value. For example, the spacing between the (110) planes of tin oxide is approximately 0.33 nm. For crystalline tin oxide, there must be several tens or more of repeating units. A value is observed. Therefore, if the crystallite measurement is less than 10 nm, it can no longer be said that there is long-range order, and it seems amorphous. If it is less than 5 nm, the number of repeating units is no longer 10 and it is not a crystal.
[0031]
(2)Is easily clarified by thermal analysis of a solid, and even if the influence of the measurement conditions and the influence of the sample size are taken into consideration, it is difficult to say that it is a crystal if a thermal change occurs below 1000 ° C. Thermogravimetric analysis can be easily observed with a thermal change. If weight at 200 ° C. is used as a measurement starting weight and a weight loss is 0.1 wt% or more in a temperature range of up to 500 ° C., which is much lower than the melting point. It is not single crystal tin oxide.
As above(1)Or(2)In the case of tin oxide satisfying the above, it is clearly amorphous.
[0032]
Next, the term “conductivity” means the conductivity of the tin oxide particles, and the measurement method may be any method as long as the conductivity can be accurately evaluated. Although a measurement example is shown below, the present invention is not limited.
[0033]
A tin oxide thin film is formed on a quartz plate and processed in air at 200 ° C. After measuring the thickness of the thin film at room temperature of 25 ° C., the resistance is measured by the four-terminal method, and the volume resistivity is obtained from the resistance value and the film thickness. The volume resistivity determined by such a method is 105Less than Ωcm, preferably 10-2Ωcm or more 105A sol containing tin oxide particles exhibiting less than Ωcm is the tin oxide sol of the present invention.
[0034]
The present inventors disclosed weight reduction by heat treatment in the previously proposed technique. That is, the weight loss means a value measured by a commonly used thermogravimetric analysis, and the rate of temperature rise is preferably 30 ° C./min or less, more preferably 10 ° C./min or less, and from 200 ° C. to 500 ° C. It is a sol containing tin oxide that causes a weight loss in the range of 0.1 wt% or more and less than 30 wt%.
[0035]
The sol of the present invention up to 200 ° C. in air or N2When heated in a non-oxidizing atmosphere such as Ar or Ar, it becomes amorphous tin oxide. If it is crystalline tin oxide, it is not accompanied by a thermal change by the process of 200 degreeC or more performed subsequently. Amorphous tin oxide shows a weight loss of 0.1 wt% or more. Although the relationship between the weight reduction amount and the conductivity is not clear, the present inventors have discovered that the tin oxide particles exhibiting the weight reduction have conductivity, and disclosed the previously proposed technique.
[0036]
As for impurity ions, good results are obtained when cations such as ammonium ions and hydrogen ions and the following anions are present.
[0037]
The presence of anions is not particularly defined, but organic ions and inorganic ions are more conductive when they are present. Particularly preferred are carboxylic acid group or sulfonic acid group, amino group, ion containing hydroxyl group, carbonate ion and halogen ion. These ions may be present inside the amorphous tin oxide particles, or may be present outside or both inside and outside. However, as for the amount present, it is not preferable for the outside such as the surface to be present in an amount of 30 wt% or more with respect to the particles because it causes a problem in the stability of the sol, preferably less than 30 wt%, more preferably less than 10 wt%, particularly Preferably, less than 6 wt% is selected because of its good stability when made into a sol. The amount of anion present inside the particle is not specified because it does not affect the stability of the sol, but is preferably 0.001 wt% or more and less than 6 wt%.
[0038]
As the method for producing these tin oxide sols, the following two techniques have been disclosed in the above-mentioned prior art.
[0039]
A method in which a hydrolyzable tin compound is hydrolyzed and washed, and then the raw material having a halogen concentration of 0.001% or more and 3% or less is dissolved in aqueous ammonia and heat-treated;
A method of performing a heat treatment by dissolving a raw material having a halogen concentration of 0.001% or more and 3% or less in ammonia water after being hydrolyzed using a hydrolyzable tin compound and a fluorine-containing compound and washing,
It is.
[0040]
In the production method of the present invention, the temperature condition applied to the compound containing Sn is important in the whole production process, and a method involving high-temperature heat treatment is preferable because it causes the growth of primary particles and the phenomenon that the crystallinity increases. When heat treatment is required, the temperature is set to 450 ° C. or lower, particularly 300 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. or lower. However, heating from 25 ° C. to 150 ° C. is a preferred means to be selected.
[0041]
Moreover, a manufacturing process consists of three processes, the process of hydrolyzing a hydrolysable tin compound, and the process of solling through the washing | cleaning process of the obtained deposit. The present invention does not place a restriction on each step being further subdivided. For example, the hydrolysis step is composed of a step of metering and feeding raw materials, a mixing step with components added for hydrolysis, a heating step, etc., but the hydrolysis step according to the present invention has the following constitution Have
[0042]
In the method for producing a tin oxide sol in which a hydrolyzable tin compound is hydrolyzed, washed and then dissolved in ammonia water and subjected to heat treatment, the hydrolyzable tin compound is dividedly added in the hydrolysis step. And, at that time, the input amount after the second time is set to 1/2 or less, preferably 1/5 or less of the immediately previous input amount.One ofAnd And hydrolyzable tin compoundsFluorine-containing compound or carbonateThe same applies to a method for producing a tin oxide sol that is hydrolyzed using a compound containing an element other than Sn, washed, then dissolved in ammonia water and subjected to heat treatment, and the hydrolyzable tin compound is divided in the hydrolysis step. When charging, the second and subsequent inputs are set to 1/2 or less, preferably 1/5 or less of the immediately preceding input.One ofAnd
[0043]
Moreover, in the manufacturing method of the tin oxide sol which hydrolyzes using a hydrolysable tin compound, wash | cleans, melt | dissolves in ammonia water, and heat-processes, the temperature of a hydrolysis process is 72 degreeC or more and 98 degrees C or less. CharacteristicOne ofAnd And hydrolyzable tin compoundsFluorine-containing compound or carbonateThe same applies to a method for producing a tin oxide sol that is hydrolyzed using a compound containing an element other than Sn, washed, dissolved in ammonia water, and subjected to heat treatment. The temperature of the hydrolysis step is 72 ° C. or higher and 98 ° C. FeaturesOne ofAnd
[0044]
Further, in the method for producing a tin oxide sol in which the hydrolyzable tin compound is hydrolyzed, washed, dissolved in aqueous ammonia and subjected to heat treatment, the hydrolyzable tin compound is divided into the hydrolyzing step and the second and subsequent times. 1 to 25 minutes after the last entryOne ofAnd And hydrolyzable tin compoundsFluorine-containing compound or carbonateThe same applies to a method for producing a tin oxide sol that is hydrolyzed using a compound containing an element other than Sn, washed, then dissolved in ammonia water and subjected to heat treatment, and the hydrolyzable tin compound is divided in the hydrolysis step. When charging, the second and subsequent times should be 1 to 25 minutes after the previous time.One ofAnd
[0045]
On the other hand, the washing step involves a solid-liquid separation step, and the method may be any method such as decantation, ultrafiltration, or the like using an appropriate filter, but the washing step of the present invention has the following configuration.
[0046]
In the method for producing a tin oxide sol, which is hydrolyzed using a hydrolyzable tin compound and washed, and then dissolved in ammonia water and subjected to heat treatment, washing is performed using hot water of 40 ° C. or more and 80 ° C. or less at least once in the washing step. Featured to doOne ofAnd And hydrolyzable tin compoundsFluorine-containing compound or carbonateThe same applies to a method for producing a tin oxide sol that is hydrolyzed using a compound containing an element other than Sn, washed, then dissolved in ammonia water and subjected to heat treatment, and at least once in the washing step at 80 ° C. to 40 ° C. Washing with the following hot waterOne ofAnd
[0047]
Further, in the method for producing a tin oxide sol, which is hydrolyzed using a hydrolyzable tin compound, washed, then dissolved in aqueous ammonia and subjected to a heat treatment, the ammonia is dissolved at least once in the washing step.A (Ammonia water shown in Example 5 belowreference) Is added to the washing water for cleaning. And in the manufacturing method of the tin oxide sol which hydrolyzes using the compound containing elements other than Sn which is a hydrolysable tin compound and a fluorine-containing compound or carbonate, melt | dissolves in ammonia water, and heat-processes This is also the case, and one of the features is that the compound containing ammonia is added to the washing water at least once in the washing step.
[0048]
Furthermore, preferred embodiments of the present invention are:The invention according to claim 1 is characterized in that the second and subsequent charging in the hydrolysis step is 1 to 25 minutes after the previous charging.
[0050]
And hydrolyzable tin compoundsFluorine-containing compound or carbonateThe same applies to a method for producing a tin oxide sol that is hydrolyzed using a compound containing an element other than Sn, washed, then dissolved in ammonia water and subjected to heat treatment,The invention according to claim 2 is characterized in that the second and subsequent charging in the hydrolysis step is 1 to 25 minutes after the previous charging.
[0051]
In particular, in the present invention, the above 1, 2,7Or8In the method for producing an amorphous tin oxide sol described in 1), it is preferable that the input amount after the second time is set to 1/5 or less of the immediately previous input amount in order to exhibit the effect of the present invention remarkably.
[0052]
For the sol formation, there are no restrictions on additives, solvents, and the like that are added to stably disperse the particles, but stabilization of the sol with aqueous ammonia is preferable from the viewpoint of economy.
[0053]
The hydrolyzable tin compound used in the present invention is K.2SnO3・ 3H2A compound containing an oxoanion such as O, SnCl4, SnCl4・ 5H2Water-soluble halides such as O, R ′2SnR2, R3SnX, R2SnX2[R 'represents an aliphatic or aromatic organic compound, R represents an aliphatic or aromatic organic compound, and X represents a halogen. ], For example, (CH3)3SnCl · (pyridine), (C4H9)2Sn (O2CC2H5)2Organometallic compounds such as Sn (SO4)2・ 2H2Oxo salts such as O can be exemplified.
[0054]
In the method of producing from a decomposition reaction of a hydrolyzable tin compound in a solvent, it is possible to add a compound containing an element other than Sn that is soluble in the solvent in the middle of the process. Compound addition and carbonate addition. The fluorine-containing compound soluble in the solvent may be either an ionic fluoride or a covalent fluoride, such as HF or KHF.2, SbF3, MoF6Metal fluoride such as NH4MnF3, NH4BiF4A compound that produces a fluoro complex anion such as BrF3, SF4, SF6Inorganic molecular fluoride such as CF3I, CF3OOH, P (CF3)3In the case where the solvent is water, CaF2A combination of a fluorine-containing compound and a non-volatile acid can also be used, such as a combination of sulfuric acid and sulfuric acid.
[0055]
In the above manufacturing method, a cleaning process may be used in the middle other than the cleaning step. By using a cleaning process, it is possible to control the amount of ions contained in the sol. Although the washing | cleaning method is not specifically limited, For example, the method by a decantation, the method by an ultrafiltration membrane, etc. are mentioned.
[0056]
【Example】
Examples of the present invention will be described below. First, the previously proposed technique is given as a reference example.
Reference example 1
A homogeneous solution was obtained by dissolving 45 g of stannic chloride in 2000 ml of 30 ° C. water containing carbon dioxide. This was then boiled for 2 hours to obtain a coprecipitate. The produced precipitate is taken out by decantation, and the precipitate is washed 10 times with distilled water (25 ° C.). Add 1000 ml of distilled water to make the total volume 2000 ml. Further, 60 ml of 20% ammonia water was added and heated to 100 ° C. in a water bath to obtain a colorless and transparent sol solution.
The quartz plate is dipped into this sol solution and dried. This operation was repeated 100 times to form a tin oxide thin film on the quartz plate. When the volume resistivity of a sample obtained by treating this quartz plate in air at 150 ° C. for 2 hours was measured by the four probe method, 7 × 104It was Ωcm.
The sol solution was dried using a spray drying apparatus, and the powder was taken out from the sol solution. When the crystallite measurement of (100) plane was performed by powder X-ray diffraction using this powder, it was calculated | required with 2.1 nm, and it confirmed that it was an amorphous powder. Further, when thermogravimetric analysis of this powder was performed at a temperature rising rate of 10 ° C./min, it showed 1.0 wt% of the weight decrease gradually to 200 ° C., and then 2.5 wt% from 200 ° C. to 500 ° C. It showed a weight loss.
[0057]
Reference Comparative Example 1
65 g of stannic chloride hydrate was dissolved in 2000 ml of distilled water at 100 ° C. to obtain a uniform solution. This was then boiled to obtain a coprecipitate. The produced precipitate is taken out by decantation, and the precipitate is washed with distilled water 40 times. Silver nitrate is dropped into distilled water from which the precipitate has been washed, and after confirming that there is no reaction of chlorine ions, 1000 ml of distilled water is added to make the total amount 2000 ml. Further, 60 ml of 20% aqueous ammonia was added and heated to 100 ° C. in a water bath to obtain a colloidal gel dispersion. The resulting sol solution was colorless and transparent.
After forming a thin film on a quartz plate by the same method as in Reference Example 1, the volume resistivity was measured by the four-terminal method.5It was Ωcm.
Moreover, when crystallite measurement was performed, it was measured to be 3.1 nm.
[0058]
Reference Comparative Example 2
65 g of stannic chloride hydrate was dissolved in 2000 ml of distilled water at 30 ° C. to obtain a uniform solution. This was then boiled to obtain a coprecipitate. The produced precipitate is taken out by decantation, and the precipitate is washed with distilled water (25 ° C.) 40 times. After washing with water, it was sprayed into a cylindrical electric furnace at 800 ° C. to take out the powder. This powder was dispersed in 2000 ml of water, 60 ml of 20% aqueous ammonia was added, and the mixture was heated to 100 ° C. in a water bath to obtain a colloidal gel dispersion. The resulting sol solution was slightly cloudy.
After forming a thin film on a quartz plate by the same method as in Reference Example 1, the volume resistivity was measured by the four-terminal method.6It was Ωcm.
Moreover, when crystallite measurement was performed, it was measured to be 30.5 nm.
[0059]
As described above, it is clear from Reference Example 1, Reference Comparative Example 1, and Reference Comparative Example 2 that the volume resistivity of tin oxide obtained by a slight difference in manufacturing conditions is different.
[0060]
Reference example 2
A uniform solution was obtained by dissolving 45 g of stannic chloride in 2000 ml of distilled water at 50 ° C. This was then boiled for 2 hours to obtain a coprecipitate. The produced precipitate is taken out by decantation, and the precipitate is washed with distilled water (25 ° C.) 8 times. Add 1000 ml of distilled water to make the total volume 2000 ml. Further, 60 ml of 20% ammonia water was added and heated to 100 ° C. in a water bath to obtain a colorless and transparent sol solution.
When the chloride ion concentration contained in the sol solution was determined using ion chromatography, 0.008 wt% chloride ion was contained.
As in Reference Example 1, a thin film was formed on the quartz plate using this sol solution, and the volume resistivity after heat treatment was determined to be 9.5 × 10.4It was Ωcm.
Moreover, it was 2.7 nm when the crystallite measurement was performed similarly to the reference example 1.
[0061]
Reference example 3
A homogeneous solution was obtained by dissolving 45 g of stannic chloride in 2000 ml of distilled water at 40 ° C. This was then boiled for 2 hours to obtain a coprecipitate. The produced precipitate is taken out by decantation, and the precipitate is washed with distilled water seven times. Add 1000 ml of distilled water to make the total volume 2000 ml. Further, 60 ml of 20% ammonia water was added and heated to 100 ° C. in a water bath to obtain a colorless and transparent sol solution.
When the concentration of chlorine ions contained in the sol solution was determined using ion chromatography, 0.016 wt% chlorine ions were contained.
As in Reference Example 1, a thin film was formed on the quartz plate using this sol solution, and the volume resistivity after heat treatment was determined to be 9.5 × 10.4It was Ωcm.
Moreover, it was 2.2 nm when the crystallite measurement was performed similarly to the reference example 1.
[0062]
Reference example 4
Stannic chloride 45g and K2TiF6Was dissolved in 2000 ml of distilled water at 30 ° C. to obtain a uniform solution. This was then boiled for 2 hours to obtain a coprecipitate. The produced precipitate is taken out by decantation, and the precipitate is washed with distilled water 8 times. Add 1000 ml of distilled water to make the total volume 2000 ml. Further, 60 ml of 20% ammonia water was added and heated to 100 ° C. in a water bath to obtain a colorless and transparent sol solution.
When the chloride ion concentration contained in the sol solution was determined using ion chromatography, 0.008 wt% chloride ion was contained.
As in Reference Example 1, a thin film was formed on a quartz plate using this sol solution, and the volume resistivity after heat treatment was determined to be 1.5 × 104It was Ωcm.
Moreover, it was 2.4 nm when the crystallite measurement was performed similarly to the reference example 1.
[0063]
Reference Example 5
45 g of stannic chloride and 5 g of KF were dissolved in 2000 ml of distilled water at 30 ° C. to obtain a uniform solution. This was then boiled for 2 hours to obtain a coprecipitate. The produced precipitate is taken out by decantation, and the precipitate is washed with distilled water 8 times. Add 1000 ml of distilled water to make the total volume 2000 ml. Further, 60 ml of 20% ammonia water was added and heated to 100 ° C. in a water bath to obtain a colorless and transparent sol solution.
When the chloride ion concentration contained in the sol solution was determined using ion chromatography, 0.008 wt% chloride ion was contained.
As in Reference Example 1, a thin film was formed on the quartz plate using this sol solution, and the volume resistivity after the heat treatment was determined to be 6.5 × 10.3It was Ωcm.
Moreover, it was 2.1 nm when the crystallite measurement was performed similarly to the reference example 1. FIG.
[0064]
Reference Comparative Example 3
A homogeneous solution was obtained by dissolving 65 g of stannic chloride hydrate and 1.0 g of antimony trichloride in 2000 ml of a 30 ° C. water / ethanol mixed solution. This was then boiled for 2 hours to obtain a coprecipitate. The produced precipitate is taken out by decantation, and the precipitate is washed with distilled water 40 times. Silver nitrate is dropped into distilled water from which the precipitate has been washed, and after confirming that there is no reaction of chlorine ions, 1000 ml of distilled water is added to make the total amount 2000 ml. Further, 60 ml of 20% aqueous ammonia was added and heated to 100 ° C. in a water bath to obtain a colloidal gel dispersion. A slightly reddish sol solution was obtained.
[0065]
As described above, according to the comparison between Reference Example 2, Reference Example 3, Reference Example 4, Reference Example 5 and Reference Comparative Example 3, according to the previously proposed technique, it is possible to produce a tin oxide sol having no coloring and good conductivity. Is possible.
[0066]
Reference Examples 6 and 7
In Reference Example 1, a method of dividing and adding stannic chloride (hydrate) in the hydrolysis step was adopted, and the second input amount was set to 1/2 and 1/5 with respect to the first input amount, The third charging amount was set to 1/2 and 1/5 of the second charging amount, and the only difference was that the divided charging was sequentially performed five times at 1 minute intervals. In addition, half of the previous input amountReference Example 6And
[0067]
Example1, 2
In Reference Example 7 (example of divided input 1/5), the only difference was that the hydrolysis step was performed at 75 ° C and 95 ° C. In addition, the direction of 75 ° C.1And
[0068]
Reference examples 8 and 9
Reference Example 7In (example of divided input amount 1/5), the only difference was that the divided input interval was 5 minutes and 20 minutes. In addition, the interval of 5 minutesReference Example 8And
[0069]
Comparative Example 1
In Reference Example 1, the only difference was that the divided input amount was the previous 1 / 1.5 amount.Reference Example 6As well as.
[0070]
Comparative Examples 2 and 3
In Reference Example 1, the only difference was that the hydrolysis step was performed at 70 ° C. and 99 ° C.1As well as. Incidentally, 70 ° C. is referred to as Comparative Example 2.
[0071]
Reference Example 10
Reference Example 7In the above, the divided input amount is set to the previous 1/5 amount, and only the dividing interval is set to 10 minutes.Reference Example 7As well as.
[0072]
Example3, 4
Reference Example 7In the washing step, the precipitate was washed only 5 times with hot water of 45 ° C. and 75 ° C., and the remaining number of times was changed only by washing with distilled water (25 ° C.). In addition, 45 degrees C3And
[0073]
Example5
In Reference Example 2, the precipitate was washed with water using ammonia water (25 ° C.) only 5 times in the washing step, and the remaining number of times was changed only by washing with distilled water (25 ° C.).
[0074]
Example 15And Comparative Examples 1-3Reference Examples 1-10, Reference Comparative Examples 1-3The crystallite measurement and the volume resistivity were measured. The results are shown in Table 1.
[0075]
[Table 1]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the improvement method of the manufacturing method of the amorphous tin oxide sol suitable for the use of the transparent conductive material which is not colored and has favorable electroconductivity can be provided.
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