JP4603254B2 - Method for producing metal oxide sol liquid, crystalline metal double oxide sol and metal oxide film - Google Patents

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Description

本発明は、ひび割れ等のない緻密で均質な金属酸化物膜を形成できる金属酸化物ゾル液の製造方法、結晶質金属複酸化物ゾル及び前記金属酸化物ゾル液を用いる金属酸化物膜に関する。   The present invention relates to a method for producing a metal oxide sol solution capable of forming a dense and homogeneous metal oxide film free from cracks, a crystalline metal double oxide sol, and a metal oxide film using the metal oxide sol solution.

チタン酸バリウム等に代表される強誘電体材料は、コンデンサーやメモリー材料を始めとする電子デバイス分野で広く利用されている。近年においては、電子デバイスのさらなる小型化、高性能化が進み、より高機能で高品質の強誘電体特性を有する強誘電体薄膜の製造技術の確立が要望されている。   Ferroelectric materials such as barium titanate are widely used in the field of electronic devices including capacitors and memory materials. In recent years, electronic devices have been further reduced in size and performance, and establishment of a manufacturing technique for a ferroelectric thin film having higher performance and higher quality ferroelectric characteristics has been demanded.

従来の強誘電体薄膜の製造方法としては、スパッタリング等のPVD法や、有機金属化合物を用いた化学気相蒸着法(CVD法)等の気相法、ゾル−ゲル法に代表される液相法等が知られている。なかでも、薄膜形成の対象となる基体の形状やサイズに制約を受けにくいこと、及び薄膜形成に高価な装置や高エネルギーを必要としないこと等の理由から、ゾル−ゲル法による薄膜形成法が特に注目を集めている。   As a conventional method for producing a ferroelectric thin film, a liquid phase represented by a PVD method such as sputtering, a gas phase method such as a chemical vapor deposition method (CVD method) using an organometallic compound, or a sol-gel method. Laws are known. Among them, the thin film forming method by the sol-gel method is not easy to be restricted by the shape and size of the substrate on which the thin film is formed and because it does not require an expensive apparatus or high energy for forming the thin film. It has attracted particular attention.

従来のゾル−ゲル法による薄膜形成方法としては、例えば、特許文献1には、アルコキシアルコールを含む有機溶媒中で、金属アルコキシドに対して、0.1〜10倍モル量の水を用いて金属アルコキシドを加水分解することにより酸化物薄膜形成用塗布液を得、該塗布液を基体上に塗布して低温で焼成する方法が開示されている。しかしながら、この方法では金属アルコキシドの加水分解反応が完結していないため、得られる塗布液を基体上に塗布して焼成したときに重量減少が生じ、単分散性の緻密で均質な薄膜を得ることが困難であった。   As a conventional method for forming a thin film by a sol-gel method, for example, Patent Document 1 discloses that metal is used in an organic solvent containing an alkoxy alcohol by using 0.1 to 10 moles of water with respect to the metal alkoxide. A method is disclosed in which a coating liquid for forming an oxide thin film is obtained by hydrolyzing an alkoxide, the coating liquid is coated on a substrate and baked at a low temperature. However, since the hydrolysis reaction of the metal alkoxide is not completed in this method, weight loss occurs when the resulting coating solution is applied onto a substrate and baked, and a monodisperse dense and homogeneous thin film is obtained. It was difficult.

また、特許文献2には、金属アルコキシドの高濃度のゾル溶液を低温で加水分解し、得られた結晶性ゲルを有機溶媒中に分散させて塗布溶液を作成し、該塗布溶液を基体上に塗布して低温で焼成する方法が開示されている。しかしながら、この方法は、結晶性ゲルを分散させる際、結晶性ゲルがスラリー状又は塊状になり、均一に分散させるために機械的粉砕等が必要となる場合があった。また、この方法は比較的高濃度で加水分解を行うものであるため、反応物の混合が不十分となって、加水分解反応が円滑に進行しない場合があるという問題があった。   Patent Document 2 discloses that a high-concentration sol solution of a metal alkoxide is hydrolyzed at a low temperature, and the resulting crystalline gel is dispersed in an organic solvent to prepare a coating solution. A method of applying and baking at a low temperature is disclosed. However, in this method, when the crystalline gel is dispersed, the crystalline gel becomes a slurry or a lump, and mechanical pulverization or the like may be necessary to uniformly disperse the crystalline gel. Moreover, since this method hydrolyzes at a relatively high concentration, there is a problem that mixing of reactants becomes insufficient and the hydrolysis reaction may not proceed smoothly.

特開2001−233604号公報JP 2001-233604 A 特開2002−275390号公報JP 2002-275390 A

本発明は、かかる従来技術の実情に鑑みてなされたもので、ひび割れ等のない緻密かつ均質な金属酸化物膜を形成できる金属酸化物ゾル液の製造方法、結晶質金属複酸化物ゾル及び前記金属酸化物ゾル液を用いて形成される金属酸化物膜を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the actual situation of the prior art, and is a method for producing a metal oxide sol liquid capable of forming a dense and homogeneous metal oxide film free from cracks, a crystalline metal double oxide sol, and the above-mentioned It is an object to provide a metal oxide film formed using a metal oxide sol solution.

本発明者らは、上記課題を解決すべく、金属酸化物膜を形成するための金属酸化物ゾル液の製造方法について鋭意検討した。その結果、金属アルコキシドの有機溶媒溶液に水を添加して該金属アルコキシドを加水分解する際に、得られる金属酸化物ゾルの濃度が、金属酸化物に換算して5重量%以下になるように前記有機溶媒溶液中における金属アルコキシドの濃度を設定すると、単分散で、300℃以上に加熱しても重量減が少ない金属酸化物ゾルの溶液を得ることができ、この溶液を用いると、ひび割れ等のない緻密かつ均質な金属酸化物膜を形成することができることを見出し、本発明を完成するに至った。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors diligently studied a method for producing a metal oxide sol solution for forming a metal oxide film. As a result, when water is added to the organic solvent solution of the metal alkoxide to hydrolyze the metal alkoxide, the concentration of the metal oxide sol obtained is 5% by weight or less in terms of metal oxide. When the concentration of the metal alkoxide in the organic solvent solution is set, a solution of a metal oxide sol that is monodispersed and has a small weight loss even when heated to 300 ° C. or higher can be obtained. The present inventors have found that a dense and homogeneous metal oxide film can be formed without any defects, and the present invention has been completed.

かくして本発明の第1によれば、1種以上の金属アルコキシドを溶解した有機溶媒溶液に、金属アルコキシドに対して3〜10倍モルの水を添加して、金属アルコキシドを加水分解する工程を有する金属酸化物ゾル液の製造方法であって、金属アルコキシドを加水分解して得られる反応液における金属酸化物ゾルの濃度が、金属酸化物に換算して5重量%以下になるように、前記有機溶媒溶液中における金属アルコキシドの濃度を設定することを特徴とする金属酸化物ゾル液の製造方法が提供される。   Thus, according to the first aspect of the present invention, the method includes the step of hydrolyzing the metal alkoxide by adding 3 to 10 moles of water to the metal alkoxide in an organic solvent solution in which one or more metal alkoxides are dissolved. A method for producing a metal oxide sol solution, wherein the organic oxide sol solution has a concentration of 5% by weight or less in terms of metal oxide in a reaction solution obtained by hydrolyzing a metal alkoxide. There is provided a method for producing a metal oxide sol solution, characterized in that the concentration of metal alkoxide in a solvent solution is set.

本発明の金属酸化物ゾル液の製造方法においては、前記反応液を濃縮することにより、金属酸化物ゾルの濃度が、金属酸化物に換算して25〜45重量%の金属酸化物ゾル液を得る工程を更に有するのが好ましい。
本発明の金属酸化物ゾル液の製造方法においては、溶存炭酸ガスを脱気した水を用いるのが好ましい。
In the method for producing a metal oxide sol solution of the present invention, a metal oxide sol solution having a concentration of 25 to 45% by weight in terms of metal oxide sol is obtained by concentrating the reaction solution. It is preferable to further have the process of obtaining.
In the method for producing a metal oxide sol solution of the present invention, it is preferable to use water obtained by degassing dissolved carbon dioxide gas.

本発明の金属酸化物ゾル液の製造方法においては、粒度分布が、5〜20nmにピークをもつ単分散である金属酸化物ゾルの溶液を得るのが好ましい。
本発明の金属酸化物ゾル液の製造方法においては、150℃から700℃まで加熱したときの熱重量変化が10重量%未満である金属酸化物ゾルの溶液を得るのが好ましい。
本発明の金属酸化物ゾル液の製造方法においては、粒度分布が、5〜20nmにピークをもつ単分散であり、かつ、150℃から700℃まで加熱したときの熱重量変化が10重量%未満である金属酸化物ゾルの溶液を得るのが特に好ましい。
In the method for producing a metal oxide sol solution of the present invention, it is preferable to obtain a metal oxide sol solution having a monodisperse particle size distribution having a peak at 5 to 20 nm.
In the method for producing a metal oxide sol solution of the present invention, it is preferable to obtain a metal oxide sol solution having a thermogravimetric change of less than 10% by weight when heated from 150 ° C. to 700 ° C.
In the method for producing a metal oxide sol solution of the present invention, the particle size distribution is monodisperse having a peak at 5 to 20 nm, and the thermogravimetric change when heated from 150 ° C. to 700 ° C. is less than 10% by weight. It is particularly preferred to obtain a metal oxide sol solution which is

本発明の金属酸化物ゾル液の製造方法においては、金属酸化物が結晶質である金属酸化物ゾルの溶液を得るのが好ましい。
本発明の金属酸化物ゾル液の製造方法においては、金属酸化物がペロブスカイト化合物である金属酸化物ゾルの溶液を得るのが好ましい。
また、本発明の金属酸化物ゾル液の製造方法においては、前記有機溶媒溶液として、有機溶媒に、長周期型周期表の第2、3、8〜12、14及び15族から選ばれる金属のアルコキシドと、長周期型周期表の第4、14及び15族から選ばれる金属のアルコキシドを溶解した溶液を用いるのが好ましい。
In the method for producing a metal oxide sol solution of the present invention, it is preferable to obtain a metal oxide sol solution in which the metal oxide is crystalline.
In the method for producing a metal oxide sol solution of the present invention, it is preferable to obtain a metal oxide sol solution in which the metal oxide is a perovskite compound.
Moreover, in the manufacturing method of the metal oxide sol solution of the present invention, the organic solvent solution is made of an organic solvent made of a metal selected from Groups 2, 3, 8-12, 14, and 15 of the long-period periodic table. It is preferable to use a solution in which an alkoxide and a metal alkoxide selected from Groups 4, 14, and 15 of the long-period periodic table are dissolved.

本発明の第2によれば、粒度分布が、5〜20nmにピークをもつ単分散である結晶質金属複酸化物ゾルが提供される。
本発明の結晶質金属複酸化物ゾルは、150℃から700℃まで加熱したときの熱重量変化が10重量%未満であるものが好ましく、粒度分布が、5〜20nmにピークをもつ単分散であり、さらに150℃から700℃まで加熱したときの熱重量変化が10重量%未満であるものがより好ましい。
本発明の結晶質金属複酸化物ゾルは、結晶質金属複酸化物がペロブスカイト化合物であるものが好ましい。
本発明の第3によれば、本発明の製造方法により製造された金属酸化物ゾル液から形成されてなる金属酸化物膜が提供される。
According to the second aspect of the present invention, there is provided a crystalline metal double oxide sol whose particle size distribution is monodisperse having a peak at 5 to 20 nm.
The crystalline metal double oxide sol of the present invention preferably has a thermogravimetric change of less than 10% by weight when heated from 150 ° C. to 700 ° C., and the particle size distribution is monodispersed with a peak at 5 to 20 nm. Further, it is more preferable that the thermogravimetric change when heated from 150 ° C. to 700 ° C. is less than 10% by weight.
The crystalline metal double oxide sol of the present invention is preferably such that the crystalline metal double oxide is a perovskite compound.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a metal oxide film formed from a metal oxide sol solution produced by the production method of the present invention.

本発明の金属酸化物ゾル液の製造方法によれば、透明で均質な金属酸化物ゾルの溶液を簡便に製造することができる。
本発明で得られる金属酸化物ゾル液は、濃縮しても安定であり、溶媒に再溶解させることもできる。
本発明の結晶質金属複酸化物ゾルは、誘電体薄膜、導電体薄膜、圧電体薄膜、半導体薄膜等の形成用材料として有用である。
本発明で得られる金属酸化物ゾル液を用いることにより、ひび割れ等のない緻密かつ均質な金属酸化物膜を形成することができる。
また、本発明の金属酸化物膜は、誘電体薄膜、導電体薄膜、圧電体薄膜、半導体薄膜等として、電子デバイス分野において広く利用することができる。
According to the method for producing a metal oxide sol liquid of the present invention, a transparent and homogeneous metal oxide sol solution can be easily produced.
The metal oxide sol solution obtained in the present invention is stable even when concentrated, and can be redissolved in a solvent.
The crystalline metal double oxide sol of the present invention is useful as a material for forming dielectric thin films, conductor thin films, piezoelectric thin films, semiconductor thin films and the like.
By using the metal oxide sol solution obtained in the present invention, a dense and homogeneous metal oxide film free from cracks and the like can be formed.
The metal oxide film of the present invention can be widely used in the field of electronic devices as a dielectric thin film, a conductor thin film, a piezoelectric thin film, a semiconductor thin film, and the like.

以下、本発明の金属酸化物ゾル液の製造方法、結晶質金属複酸化物ゾル及び前記金属酸化物ゾル液を用いる金属酸化物膜について詳細に説明する。
1)金属酸化物ゾル液の製造方法
本発明の金属酸化物ゾル液の製造方法は、1種以上の金属アルコキシドを溶解した有機溶媒溶液に、金属アルコキシドに対して3〜10倍モルの水を添加して、前記金属アルコキシドを加水分解する工程を有する金属酸化物ゾル液の製造方法であって、金属アルコキシドを加水分解して得られる反応液における金属酸化物ゾルの濃度が、金属酸化物に換算して5重量%以下になるように、前記有機溶媒溶液中における金属アルコキシドの濃度を設定することを特徴とする。
Hereinafter, a method for producing a metal oxide sol solution of the present invention, a crystalline metal double oxide sol, and a metal oxide film using the metal oxide sol solution will be described in detail.
1) Method for Producing Metal Oxide Sol Solution The method for producing the metal oxide sol solution of the present invention comprises adding 3 to 10 moles of water to an organic solvent solution in which one or more metal alkoxides are dissolved. A method for producing a metal oxide sol liquid comprising adding and hydrolyzing the metal alkoxide, wherein the concentration of the metal oxide sol in the reaction liquid obtained by hydrolyzing the metal alkoxide is reduced to the metal oxide. The concentration of the metal alkoxide in the organic solvent solution is set so as to be 5% by weight or less in terms of conversion.

本発明に用いる1種以上の金属アルコキシドの金属アルコキシドとしては、有機溶媒溶液中で加水分解することにより、金属酸化物ゾルの溶液を製造できるものであれば特に制約はない。
金属アルコキシドの金属としては、例えば、長周期型周期表の第2〜4、8〜12、14〜16族から選ばれる金属が挙げられる。金属アルコキシドのアルコキシ基としては特に制約はないが、入手容易性及び加水分解反応性等の観点から、炭素数1〜4のアルコキシ基が好ましい。
The metal alkoxide of one or more metal alkoxides used in the present invention is not particularly limited as long as it can produce a metal oxide sol solution by hydrolysis in an organic solvent solution.
Examples of the metal of the metal alkoxide include metals selected from Groups 2-4, 8-12, and 14-16 of the long-period periodic table. Although there is no restriction | limiting in particular as an alkoxy group of a metal alkoxide, From viewpoints, such as availability and a hydrolysis reactivity, a C1-C4 alkoxy group is preferable.

また、金属アルコキシドとしては、単一の金属原子を含む単一金属アルコキシド及び複数種の金属原子を含む複合金属アルコキシドのいずれも用いることができる。
単一金属アルコキシドの具体例としては、バリウムジメトキシド、バリウムジエトキシド、バリウムジプロポキシド、バリウムジブトキシド等のバリウムアルコキシド;チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシド、チタンテトラプロポキシド、チタンテトラブトキシド等のチタンアルコキシド;トリエトキシイットリウム、トリイソプロポキシイットリウム等のイットリウムアルコキシド;トリエトキシランタン、トリイソプロポキシランタン等のランタンアルコキシド;ジエトキシストロンチウム、ジイソプロポキシストロンチウム等のストロンチウムアルコキシド;等が挙げられる。
As the metal alkoxide, both a single metal alkoxide containing a single metal atom and a composite metal alkoxide containing a plurality of types of metal atoms can be used.
Specific examples of single metal alkoxides include barium alkoxides such as barium dimethoxide, barium diethoxide, barium dipropoxide, barium dibutoxide; titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium tetrapropoxide, titanium tetrabutoxide Titanium alkoxides such as triethoxy yttrium and triisopropoxy yttrium; lanthanum alkoxides such as triethoxy lanthanum and triisopropoxy lanthanum; strontium alkoxides such as diethoxy strontium and diisopropoxy strontium;

複合金属アルコキシドの具体例としては、バリウムチタンメトキシド、バリウムチタンエトキシド、バリウムチタンプロポキシド、バリウムチタンブトキシド等のバリウムチタンアルコキシド;ストロンチウムチタンメトキシド、ストロンチウムチタンエトキシド、ストロンチウムチタンプロポキシド、ストロンチウムチタンブトキシド等のストロンチウムチタンアルコキシド;等が挙げられる。   Specific examples of the composite metal alkoxide include barium titanium alkoxide such as barium titanium methoxide, barium titanium ethoxide, barium titanium propoxide, barium titanium butoxide; strontium titanium methoxide, strontium titanium ethoxide, strontium titanium propoxide, strontium titanium Strontium titanium alkoxides such as butoxide; and the like.

これらの単一金属アルコキシド及び複合金属アルコキシドは1種単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明においては、2種以上の金属アルコキシドを用いるのが好ましく、チタンアルコキシドとアルカリ土類金属アルコキシドを組み合わせて用いるのがより好ましい。具体的には、チタンアルコキシドとバリウムアルコキシドの組み合わせ、チタンアルコキシドとバリウムアルコキシドとストロンチウムアルコキシドの組み合わせ等が挙げられる。2種以上の金属アルコキシドを用いる場合には、得られる金属酸化物ゾル液から、複酸化物(複数の金属からなる酸化物)の薄膜を形成することができる。特に、長周期型周期表の第2、3、8〜12、14及び15族から選ばれる金属のアルコキシドと、長周期型周期表の第4、14及び15族から選ばれる金属のアルコキシドとを組み合わせて用いる場合には、優れた物性を有する強誘電体膜が得られるペロブスカイト化合物のゾル液を得ることができる。
These single metal alkoxides and composite metal alkoxides can be used singly or in combination of two or more.
In the present invention, it is preferable to use two or more metal alkoxides, and it is more preferable to use a combination of titanium alkoxide and alkaline earth metal alkoxide. Specific examples include a combination of titanium alkoxide and barium alkoxide, a combination of titanium alkoxide, barium alkoxide, and strontium alkoxide. When two or more metal alkoxides are used, a thin film of a double oxide (an oxide composed of a plurality of metals) can be formed from the obtained metal oxide sol solution. In particular, a metal alkoxide selected from Groups 2, 3, 8-12, 14, and 15 of the long periodic table, and a metal alkoxide selected from Groups 4, 14, and 15 of the long periodic table. When used in combination, a sol solution of a perovskite compound from which a ferroelectric film having excellent physical properties can be obtained can be obtained.

金属アルコキシドの有機溶媒溶液中における濃度は、任意の値に設定可能であるが、本発明においては、金属アルコキシドを加水分解して得られる反応液における金属酸化物ゾルの濃度が、金属酸化物に換算して5重量%以下になるように設定する。このように金属アルコキシド濃度を低く設定することで、反応物が溶媒中で均一に混合され、加水分解反応を円滑に進行させることができ、単分散の緻密で均質な金属酸化物ゾル液を得ることができる。   The concentration of the metal alkoxide in the organic solvent solution can be set to an arbitrary value. However, in the present invention, the concentration of the metal oxide sol in the reaction solution obtained by hydrolyzing the metal alkoxide is the metal oxide. It is set to be 5% by weight or less in terms of conversion. Thus, by setting the metal alkoxide concentration low, the reactants are uniformly mixed in the solvent, the hydrolysis reaction can proceed smoothly, and a monodispersed dense and homogeneous metal oxide sol solution is obtained. be able to.

金属アルコキシドを溶解する有機溶媒としては、金属アルコキシドを溶解するものであれば特に制約はない。具体的には、メタノール、エタノール等のアルコール系溶媒;2−メトキシメタノール、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−プロポキシエタノール、2−ブトキシエタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、3−メトキシプロパノール、3−エトキシプロパノール、4−メトキシブタノール、4−エトキシブタノール、4−プロポキシブタノール等のアルコキシアルキルアルコール系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒;塩化メチレン、クロロホルム等の塩素系溶媒;へキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン等の炭化水素系溶媒;ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン等の非プロトン性極性溶媒等が挙げられる。
これらの溶媒は1種単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
The organic solvent for dissolving the metal alkoxide is not particularly limited as long as it dissolves the metal alkoxide. Specifically, alcohol solvents such as methanol and ethanol; 2-methoxymethanol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2-propoxyethanol, 2-butoxyethanol, 1-methoxy-2-propanol, 3-methoxy Alkoxyalkyl alcohol solvents such as propanol, 3-ethoxypropanol, 4-methoxybutanol, 4-ethoxybutanol, 4-propoxybutanol; Ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone; Chlorine solvents such as methylene chloride and chloroform Solvents; hydrocarbon solvents such as hexane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, chlorobenzene; aprotic polar solvents such as dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone, etc. And the like.
These solvents can be used alone or in combination of two or more.

これらの中でも、長周期型周期表の第2、3、8〜12、14及び15族から選ばれる金属のアルコキシドと、長周期型周期表の第4、14及び15族から選ばれる金属のアルコキシドとを組み合わせて用いる場合には、メタノール、エタノール等のアルコール系溶媒;及び/または2−メトキシメタノール、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール等のアルコキシアルキルアルコール系溶媒の使用が好ましく、アルコール系溶媒とアルコキシアルキルアルコール系溶媒との混合溶媒の使用がより好ましい。アルコール系溶媒とアルコキシアルキルアルコール系溶媒との混合溶媒を用いる場合、その混合比は特に制限されないが、通常体積比で、アルコール系溶媒:アルコキシアルキルアルコール系溶媒=1:100〜100:1、好ましくは20:80〜80:20である。本発明においては、メタノールとメトキシエタノールからなる混合溶媒の使用が特に好ましい。   Among these, metal alkoxides selected from groups 2, 3, 8-12, 14 and 15 of the long periodic table, and metal alkoxides selected from groups 4, 14 and 15 of the long periodic table Are preferably used in combination with alcohol solvents such as methanol and ethanol; and / or alkoxyalkyl alcohol solvents such as 2-methoxymethanol, 2-methoxyethanol and 2-ethoxyethanol. It is more preferable to use a mixed solvent of an alkoxyalkyl alcohol solvent. When a mixed solvent of an alcohol solvent and an alkoxyalkyl alcohol solvent is used, the mixing ratio is not particularly limited, but is usually a volume ratio of alcohol solvent: alkoxyalkyl alcohol solvent = 1: 100 to 100: 1, preferably Is 20: 80-80: 20. In the present invention, it is particularly preferable to use a mixed solvent composed of methanol and methoxyethanol.

本発明で用いる水は特に制約はないが、不純物の少ない均質な金属酸化物膜を得るためには、蒸留水やイオン交換水等の精製水が好ましい。
また本発明においては、溶存炭酸ガスを脱気した水を用いるのがより好ましい。溶存炭酸ガスを脱気した水を用いることにより、反応液中に金属炭酸塩が析出するのを防ぐことができる。溶存炭酸ガスを脱気した水を得る方法としては、水を煮沸する方法、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスをバブリングする方法等が挙げられる。
水の使用量は、用いる金属アルコキシドに対して3〜10倍モルであれば特に制限されず、用いる金属アルコキシドの反応性等によって任意に選択することができる。
Although there is no restriction | limiting in particular in the water used by this invention, In order to obtain a homogeneous metal oxide film with few impurities, purified water, such as distilled water and ion exchange water, is preferable.
In the present invention, it is more preferable to use water obtained by degassing dissolved carbon dioxide gas. By using water from which the dissolved carbon dioxide gas has been degassed, it is possible to prevent the metal carbonate from being precipitated in the reaction solution. Examples of a method for obtaining water from which dissolved carbon dioxide gas has been degassed include a method of boiling water, a method of bubbling an inert gas such as nitrogen gas and argon gas, and the like.
The usage-amount of water will not be restrict | limited especially if it is 3-10 times mole with respect to the metal alkoxide to be used, It can select arbitrarily by the reactivity etc. of the metal alkoxide to be used.

また、滴下時における局部的な反応を抑制して、金属アルコキシドの均質な加水分解を行うことができることから、水は有機溶媒で希釈して用いるのが好ましい。
希釈用の溶媒としては、水と相溶性のあるものが好ましく、金属アルコキシドの溶解に用いる有機溶媒と同じであっても異なっていてもよい。例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、n−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール等のアルコール系溶媒;2−メトキシメタノール、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール等のアルコキシアルキルアルコール系溶媒等が挙げられる。
Moreover, since local reaction at the time of dripping can be suppressed and a homogeneous hydrolysis of a metal alkoxide can be performed, it is preferable to dilute and use water with an organic solvent.
As a solvent for dilution, a solvent compatible with water is preferable, and it may be the same as or different from the organic solvent used for dissolving the metal alkoxide. Examples thereof include alcohol solvents such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, and n-butyl alcohol; alkoxyalkyl alcohol solvents such as 2-methoxymethanol, 2-methoxyethanol, and 2-ethoxyethanol.

金属アルコキシドの有機溶媒溶液中に所定量の水を添加し、添加終了後、全容を所定温度で撹拌することにより、金属アルコキシドの加水分解反応を進行させる。
反応温度は特に制限されないが、通常、−50℃〜+100℃の範囲、好ましくは0℃から有機溶媒の還流温度までの範囲である。撹拌時間は、通常数分から数日間、好ましくは数十分から数時間である。
A predetermined amount of water is added to the organic solvent solution of the metal alkoxide, and after completion of the addition, the entire volume is stirred at a predetermined temperature to advance the hydrolysis reaction of the metal alkoxide.
The reaction temperature is not particularly limited, but is usually in the range of −50 ° C. to + 100 ° C., preferably 0 ° C. to the reflux temperature of the organic solvent. The stirring time is usually several minutes to several days, preferably tens of minutes to several hours.

本発明においては、撹拌終了後も反応液を密閉容器中で室温で数時間から数日間放置することにより反応を熟成させるのが好ましい。反応液を熟成させることで、より均質で透明な金属酸化物ゾル液を得ることができる。   In the present invention, the reaction is preferably aged by allowing the reaction solution to stand at room temperature for several hours to several days after completion of stirring. By aging the reaction solution, a more homogeneous and transparent metal oxide sol solution can be obtained.

本発明においては、加水分解反応は反応が均質に完全に進行するように低濃度で行い、加水分解反応完結後においては、塗布用の金属酸化物ゾル液として好適な濃度にゾル液を濃縮する方法を採用するのが好ましい。具体的には、上記で得られた金属酸化物ゾル液を濃縮して、金属酸化物ゾルの濃度が、金属酸化物に換算して25〜45重量%、好ましくは30〜40重量%の金属酸化物ゾルの溶液とするのが好ましい。   In the present invention, the hydrolysis reaction is carried out at a low concentration so that the reaction proceeds homogeneously and completely, and after completion of the hydrolysis reaction, the sol solution is concentrated to a concentration suitable as a metal oxide sol solution for coating. The method is preferably adopted. Specifically, the metal oxide sol solution obtained above is concentrated, and the metal oxide sol concentration is 25 to 45% by weight, preferably 30 to 40% by weight in terms of metal oxide. An oxide sol solution is preferred.

金属酸化物ゾル液が塗布された基体を加熱する等による基体へのダメージを極力少なくし、金属酸化物膜の品質を保つためには、金属酸化物のゾル液に含まれる有機溶媒の量は初めからできるだけ少ない方がよい。一方、あまり濃度を高くすると、ゾル液の均質性が失われたり、塗布操作が困難となり好ましくない。これらを考慮すると、金属酸化物膜形成用の金属酸化物のゾル液の濃度は、金属酸化物に換算して25〜45重量%、好ましくは30〜40重量%であるのが好ましい。
金属アルコキシドの加水分解反応により得られた金属酸化物ゾル液を濃縮する方法は特に制約されず、通常の濃縮方法を採用できる。
In order to minimize the damage to the substrate caused by heating the substrate coated with the metal oxide sol solution and maintain the quality of the metal oxide film, the amount of organic solvent contained in the metal oxide sol solution is: It is better to have as few as possible from the beginning. On the other hand, if the concentration is too high, the homogeneity of the sol solution is lost and the coating operation becomes difficult, which is not preferable. Considering these, the concentration of the metal oxide sol solution for forming the metal oxide film is preferably 25 to 45% by weight, preferably 30 to 40% by weight in terms of the metal oxide.
The method for concentrating the metal oxide sol solution obtained by the hydrolysis reaction of the metal alkoxide is not particularly limited, and a normal concentration method can be adopted.

本発明の製造方法により得られる金属酸化物ゾル液は透明で均質であり、また、濃縮して金属酸化物ゾル液の濃度を、金属酸化物に換算して25〜45重量%とした金属酸化物ゾル液も透明で均質である。   The metal oxide sol liquid obtained by the production method of the present invention is transparent and homogeneous, and the metal oxide sol liquid is concentrated to a metal oxide sol liquid concentration of 25 to 45% by weight in terms of metal oxide. The product sol solution is also transparent and homogeneous.

本発明の製造方法により得られる金属酸化物ゾル液は、粒度分布が狭く、5〜20nm、好ましくは7〜13nmに単一のピークをもつ単分散の金属酸化物ゾルを含有する。
金属酸化物ゾル液中の金属酸化物ゾルの粒度分布は、例えば、非接触後方散乱光学技術により測定することができる。
The metal oxide sol solution obtained by the production method of the present invention contains a monodispersed metal oxide sol having a narrow particle size distribution and having a single peak at 5 to 20 nm, preferably 7 to 13 nm.
The particle size distribution of the metal oxide sol in the metal oxide sol liquid can be measured by, for example, a non-contact backscattering optical technique.

本発明の製造方法により得られる金属酸化物ゾル液は、金属アルコキシドの加水分解反応がほぼ完結して得られるものであるため、アルコキシ基の残存が少なく、高温で加熱しても重量減少がほとんどない。TGA(Thermal Gravity Analysis)により、この金属酸化物ゾル液を150℃から700℃まで加熱したときの熱重量変化は、10重量%未満、好ましくは5重量%未満である。   The metal oxide sol solution obtained by the production method of the present invention is obtained by almost completing the hydrolysis reaction of the metal alkoxide, so there is little residual alkoxy group, and there is almost no weight loss even when heated at high temperatures. Absent. The thermogravimetric change when this metal oxide sol solution is heated from 150 ° C. to 700 ° C. by TGA (Thermal Gravity Analysis) is less than 10% by weight, preferably less than 5% by weight.

本発明の金属酸化物ゾル液の製造方法により得られる金属酸化物ゾル液は、粒度分布が5〜20nmに単一のピークをもつ単分散であり、150℃から700℃まで加熱したときの熱重量変化が10重量%未満である金属酸化物ゾルを含有するものが特に好ましい。   The metal oxide sol solution obtained by the method for producing a metal oxide sol solution of the present invention is monodispersed with a single peak at a particle size distribution of 5 to 20 nm, and heat when heated from 150 ° C. to 700 ° C. Particularly preferred are those containing a metal oxide sol whose weight change is less than 10% by weight.

2)結晶質金属複酸化物ゾル
本発明の第2は結晶質金属複酸化物ゾルである。本発明の結晶質金属複酸化物ゾルは、本発明の製造方法により得られる金属酸化物ゾル液に含まれる金属酸化物ゾルであるのが好ましい。
本発明の結晶質金属複酸化物ゾルは、結晶質の金属複酸化物のゾルであり、好ましくはペロブスカイト構造を有する化合物(ペロブスカイト化合物)のゾルである。

2) Crystalline metal double oxide sol The second aspect of the present invention is a crystalline metal double oxide sol. The crystalline metal double oxide sol of the present invention is preferably a metal oxide sol contained in a metal oxide sol liquid obtained by the production method of the present invention.
The crystalline metal double oxide sol of the present invention is a crystalline metal double oxide sol, preferably a sol of a compound having a perovskite structure (perovskite compound).

金属複酸化物は、2種以上の金属からなる酸化物である。結晶質とは、金属複酸化物を構成する原子団が規則正しく配列しているという意味である。金属複酸化物が結晶質であるか否かは、X線回折により分析することができる。   The metal double oxide is an oxide composed of two or more metals. Crystalline means that the atomic groups constituting the metal double oxide are regularly arranged. Whether or not the metal double oxide is crystalline can be analyzed by X-ray diffraction.

ペロブスカイト構造は、金属複酸化物の取りうる結晶構造の一種であり、ペロブスカイト化合物は、式:M1M2O(式中、M1及びM2は、それぞれ金属原子を表す。)で表すことができる化合物である。 The perovskite structure is a kind of crystal structure that can be taken by the metal double oxide, and the perovskite compound is a compound that can be represented by the formula: M1M2O 3 (wherein M1 and M2 each represent a metal atom). .

前記式:M1M2OにおけるM1金属としては、元素の長周期型周期表の第2、3、8〜12、14及び15族から選ばれる少なくとも1種以上を含有しているのが好ましく、具体的には、Cu、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Pb、Bi、Fe、Co、Ni等が挙げられる。またM2金属としては、第4、14及び15族から選ばれる少なくとも1種以上を含有しているのが好ましく、具体的には、Ti、Zr、Hf、Sn、Sb等が挙げられる。 Formula: As the M1 metal in M1M2O 3, it is preferable to contain at least one or more selected from the 2,3,8~12,14 and group 15 of the long form periodic table of the elements, specifically Cu, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Pb Bi, Fe, Co, Ni and the like. Further, the M2 metal preferably contains at least one selected from Groups 4, 14 and 15, and specifically includes Ti, Zr, Hf, Sn, Sb and the like.

前記式:M1M2Oで表されるペロブスカイト化合物としては、i)金属M1の一部が、置換可能な1種以上の他の金属で置き換えられたもの、ii)金属M2の一部が、置換可能な1種以上の他の金属で置き換えられたもの、iii)金属M1の一部が、置換可能な1種以上の他の金属で置き換えられ、金属M2の一部が、置換可能な1種以上の他の金属で置き換えられたものであってもよい。例えば、BaTiO(チタン酸バリウム)の場合では、式:(Ba1−XSr)TiO又は式:(Ba1−X’−Y−ZSrX’La)TiOで表される化合物等であってもよい。 Formula: As the perovskite compound represented by M1M2O 3, i) that part of the metal M1 is replaced by the replaceable one or more other metals, ii) a part of the metal M2 is replaceable Iii) A part of the metal M1 is replaced with one or more other replaceable metals, and a part of the metal M2 is one or more replaceable It may be replaced with another metal. For example, in the case of BaTiO 3 (barium titanate), the formula: (Ba 1-X Sr X ) TiO 3 or the formula: (Ba 1-X′-YZ Sr X ′ La Y Y Z ) TiO 3 Or the like.

ペロブスカイト化合物の具体例としては、BeTiO、MgTiO、CaTiO、SrTiO、BaTiO、PbTiO、ZrTiO、CeTiO、BiTiO、(Ba1−XSr)TiO、(Bi1−XSr)TiO、(Ba1−XZr)TiO、(Pb1−XLa)TiO等のチタン酸塩;BaSnO、CaSnO、SrSnO、MgSnO、PbSnO、CoSnO、NiSnO等の錫酸塩;BaZrO、CaZrO、SrZrO、MgZrO、PbZrO等のジルコン酸塩;MgNbO、CaNbO、SrNbO、BaNbO、LiNbO等のニオブ酸塩;LiTaO、BaTaO、SrTaO、CaTaO、MgTaO、(Bi1−XSr)TaO、(Bi1−XNb)TaO等のタンタル酸塩;Pb(Zr1−XTi)O等の鉛酸塩;等が挙げられる。
上記式中、Xは0<X<1であり、X’は0≦X’≦1であり、Yは0≦Y≦1であり、Zは0≦Z≦1であり、かつ0≦X’+Y+Z≦1である。
本発明の結晶質複酸化物ゾルとしては、強誘電特性を有するBaTiO、(Ba1−XSr)TiOのゾルが特に好ましい。
Specific examples of perovskite compound, BeTiO 3, MgTiO 3, CaTiO 3, SrTiO 3, BaTiO 3, PbTiO 3, ZrTiO 3, CeTiO 3, BiTiO 3, (Ba 1-X Sr X) TiO 3, (Bi 1- X Sr X) TiO 3, ( Ba 1-X Zr X) TiO 3, (Pb 1-X La X) or the like TiO 3 titanates; BaSnO 3, CaSnO 3, SrSnO 3, MgSnO 3, PbSnO 3, CoSnO 3, NiSnO 3 etc. stannates; BaZrO 3, CaZrO 3, SrZrO 3, MgZrO 3, PbZrO 3 , etc. zirconate; MgNbO 3, CaNbO 3, SrNbO 3, BaNbO 3, niobium salts such as LiNbO 3; LiTaO 3, BaTaO 3, SrTaO , CaTaO 3, MgTaO 3, ( Bi 1-X Sr X) TaO 3, (Bi 1-X Nb X) tantalate of 3 such TaO; Pb (Zr 1-X Ti X) Namarisanshio of O 3, And the like.
In the above formula, X is 0 <X <1, X ′ is 0 ≦ X ′ ≦ 1, Y is 0 ≦ Y ≦ 1, Z is 0 ≦ Z ≦ 1, and 0 ≦ X. '+ Y + Z ≦ 1.
The crystalline double oxide sol of the present invention is particularly preferably a sol of BaTiO 3 or (Ba 1-X Sr X ) TiO 3 having ferroelectric characteristics.

3)金属酸化物膜
本発明の第3は、本発明の製造方法により製造された金属酸化物ゾル液から形成されてなる金属酸化物膜である。
本発明の金属酸化物膜は、本発明の製造方法により得られた金属酸化物ゾル液を基体表面に塗布し、乾燥・焼成することによって形成することができる。
3) Metal Oxide Film A third aspect of the present invention is a metal oxide film formed from a metal oxide sol solution produced by the production method of the present invention.
The metal oxide film of the present invention can be formed by applying a metal oxide sol solution obtained by the production method of the present invention to the surface of a substrate, followed by drying and baking.

金属酸化物膜の形成に用いる基体は、本発明の金属酸化物膜を形成できるものであれば、その材質や大きさに制限はない。基体の材質としては、金属、セラミックス、ガラス、プラスチック、紙、繊維、皮革等が挙げられる。基体の形状も、シート状、板状、フィルム状、立体物等いかなる形状であってもよい。また、表面が塗装された基体を用いることもできる。   The substrate used for forming the metal oxide film is not limited in its material and size as long as it can form the metal oxide film of the present invention. Examples of the material of the substrate include metal, ceramics, glass, plastic, paper, fiber, leather, and the like. The shape of the substrate may be any shape such as a sheet shape, a plate shape, a film shape, and a three-dimensional object. Moreover, the base | substrate with which the surface was coated can also be used.

金属酸化物ゾル液を基体表面に塗布する方法(塗工法)は特に制限されず、公知の塗工法を採用できる。例えば、スピンコート法、デイップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、電気泳動電着法等が挙げられる。また、これらの塗工法の2種以上を組み合わせて使用してもよい。   The method (coating method) for applying the metal oxide sol solution to the substrate surface is not particularly limited, and a known coating method can be adopted. Examples thereof include spin coating, dip coating, spray coating, roll coating, screen printing, offset printing, and electrophoretic electrodeposition. Further, two or more of these coating methods may be used in combination.

基体表面に形成された金属酸化物ゾル液の塗膜は、乾燥・加熱処理することにより、有機溶媒が除去され、金属酸化物が結晶化して、目的とする金属酸化物膜となる。金属酸化物ゾル液の塗膜を乾燥・加熱処理する方法としては、例えば、基体上に形成された塗布膜を、酸素ガス気流中で10〜200℃で0.5〜5時間放置した後、基体と共に焼成する方法が挙げられる。   The coating film of the metal oxide sol solution formed on the surface of the substrate is dried and heat-treated to remove the organic solvent, and the metal oxide crystallizes to become a target metal oxide film. As a method for drying and heat-treating the coating film of the metal oxide sol solution, for example, after the coating film formed on the substrate is left in an oxygen gas stream at 10 to 200 ° C. for 0.5 to 5 hours, The method of baking with a base | substrate is mentioned.

本発明の製造方法により得られる金属酸化物ゾル液が、金属アルコキシドを加水分解した後、濃縮して得られたものである場合には、溶媒使用量が少ないので、乾燥・焼成時間を短くできる。焼成時間は特に限定されないが、基体に負荷がかからないように短時間であるのが好ましく、通常1〜120分である。   When the metal oxide sol obtained by the production method of the present invention is obtained by hydrolyzing a metal alkoxide and then concentrating, the amount of solvent used is small, so that the drying and firing time can be shortened. . The firing time is not particularly limited, but is preferably a short time so that the substrate is not loaded, and is usually 1 to 120 minutes.

本発明の製造方法により得られる金属酸化物ゾル液は、金属アルコキシドの加水分解反応がほぼ完結して得られるものであるため、アルコキシ基の残存が少なく、高温で加熱しても重量減少がほとんどない。焼成温度は、従来と比較して低温でよく、通常150〜700℃である。基体を高温にさらさなくてもよいため、基体や金属酸化物膜と基体の接合面が、加熱により剥離等の損傷を受けるおそれが少ない。   The metal oxide sol solution obtained by the production method of the present invention is obtained by almost completing the hydrolysis reaction of the metal alkoxide, so there is little residual alkoxy group, and there is almost no weight loss even when heated at high temperatures. Absent. The firing temperature may be lower than that in the prior art, and is usually 150 to 700 ° C. Since the substrate does not have to be exposed to a high temperature, the bonding surface between the substrate and the metal oxide film and the substrate is less likely to be damaged such as peeling by heating.

本発明の金属酸化物膜は、出発原料として用いる金属アルコキシドの種類にもよるが、好ましくは結晶質の金属複酸化物の薄膜であり、より好ましくはペロブスカイト化合物の薄膜である。金属酸化物膜中の金属複酸化物が結晶質であるか否かは、金属酸化物膜をX線回折により分析することで確認することができる。   The metal oxide film of the present invention is preferably a crystalline metal double oxide thin film, more preferably a perovskite compound thin film, although depending on the type of metal alkoxide used as a starting material. Whether or not the metal double oxide in the metal oxide film is crystalline can be confirmed by analyzing the metal oxide film by X-ray diffraction.

本発明の金属酸化物膜は、単分散で、300℃以上に加熱しても重量減が少ない金属酸化物ゾル液を用いて形成されるものであるので、ひび割れ等がなく緻密で均質である。したがって、本発明の金属酸化物膜は、電子デバイス分野における誘電体薄膜、導電体薄膜、圧電体薄膜、半導体薄膜等の各種薄膜として広く利用することができる。特に、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムバリウム等の強誘電体材料からなる本発明の金属酸化物膜は、コンデンサー、圧電素子、薄膜メモリー等の誘電体薄膜、導電体薄膜、圧電体薄膜、半導体薄膜等の各種薄膜として好適である。   The metal oxide film of the present invention is monodispersed and is formed using a metal oxide sol liquid that loses little weight even when heated to 300 ° C. or higher, so it is dense and homogeneous without cracks and the like. . Therefore, the metal oxide film of the present invention can be widely used as various thin films such as dielectric thin films, conductor thin films, piezoelectric thin films, and semiconductor thin films in the field of electronic devices. In particular, the metal oxide film of the present invention made of a ferroelectric material such as barium titanate or strontium barium titanate is a dielectric thin film such as a capacitor, a piezoelectric element or a thin film memory, a conductive thin film, a piezoelectric thin film, or a semiconductor thin film. It is suitable as various thin films.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。但し本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

実施例1
四つ口フラスコ中で、バリウムジエトキシドをメタノールと2−メトキシエタノールの混合溶液に溶解した。この溶液中に、チタンテトライソプロポキシドを、バリウムジエトキシドとチタンテトライソプロポキシドとのモル比が1:1となるように添加し、混合した(A液)。A液中の金属アルコキシドの濃度は、水を滴下して金属アルコキシドを加水分解して得られる反応液中に存在する金属酸化物ゾルが酸化物換算で5重量%となる量である。
Example 1
In a four-necked flask, barium diethoxide was dissolved in a mixed solution of methanol and 2-methoxyethanol. To this solution, titanium tetraisopropoxide was added and mixed so that the molar ratio of barium diethoxide and titanium tetraisopropoxide was 1: 1 (solution A). The concentration of the metal alkoxide in the liquid A is such that the metal oxide sol present in the reaction liquid obtained by hydrolyzing the metal alkoxide by dropping water is 5% by weight in terms of oxide.

一方、イオン交換水を数分間煮沸して溶存炭酸ガスを除去して得られた水を2−メトキシメタノールと混合(混合重量比:水/2−メトキシメタノール=1/9)した混合液(B液)を用意した。   On the other hand, water obtained by boiling ion-exchanged water for several minutes to remove dissolved carbon dioxide gas and mixing with 2-methoxymethanol (mixing weight ratio: water / 2-methoxymethanol = 1/9) (B Liquid).

次に、上記B液をA液に撹拌しながら滴下した。水の滴下量は、バリウムジエトキシドとチタンテトライソプロポキシドの合計モル数の6倍モルとなる量である。B液の滴下終了後、約70℃で1時間還流した。反応液を室温まで放冷し、密閉容器に移して、室温で数日間放置することにより金属酸化物ゾル液(C1液)を得た。得られたC1液をロータリーエバポレータでバス温度60℃で濃縮して、酸化物換算で40重量%の金属酸化物ゾル液(D1液)を得た。   Next, the B liquid was added dropwise to the A liquid while stirring. The dripping amount of water is an amount that is 6 times the total number of moles of barium diethoxide and titanium tetraisopropoxide. After completion of dropping of the liquid B, the mixture was refluxed at about 70 ° C. for 1 hour. The reaction solution was allowed to cool to room temperature, transferred to a sealed container, and allowed to stand at room temperature for several days to obtain a metal oxide sol solution (C1 solution). The obtained C1 liquid was concentrated with a rotary evaporator at a bath temperature of 60 ° C. to obtain a 40% by weight metal oxide sol liquid (D1 liquid) in terms of oxide.

得られた濃縮ゾル液(D1液)をスパチュラですくい取り、ガラス基板表面に塗りつけ、得られた塗膜を室温で風乾して金属酸化物膜を得た。得られた金属酸化物をX線回折により分析した。X線回折の測定結果を図1に示す。図1中、横軸は2θを、縦軸は強度をそれぞれ示す。
図1より、結晶質チタン酸バリウムのピークが確認された。また、平均結晶子サイズをシエラーの式により求めたところ8nmであった。
また、D1液の粒度分布を高感度高濃度粒子径測定装置(シスメック(株)製)により測定した。測定結果を図2に示す。図2中、横軸は粒径(nm)、縦軸はピーク強度をそれぞれ示す。図2より、D1液に含まれる金属酸化物ゾルは、10nm〜20nmにピークを持つ単分散であることが判った。
The obtained concentrated sol solution (D1 solution) was scooped with a spatula, applied to the surface of the glass substrate, and the obtained coating film was air-dried at room temperature to obtain a metal oxide film. The obtained metal oxide was analyzed by X-ray diffraction. The measurement result of X-ray diffraction is shown in FIG. In FIG. 1, the horizontal axis represents 2θ, and the vertical axis represents intensity.
From FIG. 1, the peak of crystalline barium titanate was confirmed. Moreover, it was 8 nm when the average crystallite size was calculated | required by the Sierra equation.
Moreover, the particle size distribution of D1 liquid was measured with the highly sensitive high concentration particle diameter measuring apparatus (made by Sysmec Co., Ltd.). The measurement results are shown in FIG. In FIG. 2, the horizontal axis indicates the particle size (nm), and the vertical axis indicates the peak intensity. From FIG. 2, it was found that the metal oxide sol contained in the D1 solution was monodispersed having a peak at 10 nm to 20 nm.

また、D1液を室温から700℃まで加熱したときの重量変化を測定した。測定は、熱重量分析装置(TGA、理学電機(株)製、差動型示差熱天秤TG8120)により行った。
測定結果を図3に示す。図3中、横軸は測定温度(℃)、縦軸(左)は重量減少率(%)、縦軸(右)は熱量の変化(μV)をそれぞれ示す。aは温度変化に対する重量変化、bは温度変化に対する熱量変化をそれぞれ示す。図3より、100℃付近で溶剤蒸発による重量減少が認められたが、それより高温(150℃〜700℃)においては、重量変化がほとんど見られなかった。D1液は、金属アルコキシドの加水分解反応がほぼ完結して得られるものであり、アルコキシ基の残存が少なく、高温で加熱しても重量減少がほとんどないものと考えられた。
Moreover, the weight change when D1 liquid was heated from room temperature to 700 degreeC was measured. The measurement was performed with a thermogravimetric analyzer (TGA, manufactured by Rigaku Corporation, differential differential thermal balance TG8120).
The measurement results are shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the measured temperature (° C.), the vertical axis (left) indicates the weight reduction rate (%), and the vertical axis (right) indicates the change in heat (μV). “a” represents a weight change with respect to a temperature change, and “b” represents a heat amount change with respect to the temperature change. From FIG. 3, weight reduction due to solvent evaporation was observed at around 100 ° C., but almost no change in weight was observed at higher temperatures (150 ° C. to 700 ° C.). The D1 liquid was obtained by almost completing the hydrolysis reaction of the metal alkoxide, and it was considered that there was little remaining alkoxy groups and there was almost no weight loss even when heated at high temperatures.

実施例2
実施例1において、A液にB液を滴下した。水の滴下量は、バリウムジエトキシドとチタンテトライソプロポキシドの合計モル数の10倍モルとした。
B液の滴下終了後、約70℃で1時間還流した。反応液を室温まで放冷し、密閉容器に移して数日間放置した。得られたゾル液(C2液)をロータリーエバポレータでバス温度60℃で、酸化物換算で30重量%となるまで濃縮して濃縮ゾル液(D2液)を得た。
Example 2
In Example 1, B liquid was dripped at A liquid. The amount of water dropped was 10 times the total number of moles of barium diethoxide and titanium tetraisopropoxide.
After completion of dropping of the liquid B, the mixture was refluxed at about 70 ° C. for 1 hour. The reaction solution was allowed to cool to room temperature, transferred to a sealed container and allowed to stand for several days. The obtained sol solution (C2 solution) was concentrated by a rotary evaporator at a bath temperature of 60 ° C. until it became 30% by weight in terms of oxide to obtain a concentrated sol solution (D2 solution).

得られた濃縮ゾル液(D2液)をスパチュラですくい取り、ガラス基板表面に塗りつけ、得られた塗膜を室温で風乾して金属酸化物膜を得た。得られた金属酸化物をX線回折により分析した。X線回折の測定結果を図1に示す。図1より、結晶質チタン酸バリウムのピークが確認された。また、結晶子サイズをシエラーの式により求めたところ10nmであった。
D2液を実施例1と同様にして熱重量分析したところ、実施例1と同様の結果を得た。
また、濃縮ゾル液(D2液)は安定に存在し、メタノールと2−メトキシエタノールの混合溶媒を加えたところ、再溶解した。
The obtained concentrated sol solution (D2 solution) was scooped with a spatula, applied to the surface of the glass substrate, and the obtained coating film was air-dried at room temperature to obtain a metal oxide film. The obtained metal oxide was analyzed by X-ray diffraction. The measurement result of X-ray diffraction is shown in FIG. From FIG. 1, the peak of crystalline barium titanate was confirmed. Further, the crystallite size was determined by the Sierra equation and found to be 10 nm.
The D2 solution was subjected to thermogravimetric analysis in the same manner as in Example 1. As a result, the same result as in Example 1 was obtained.
Further, the concentrated sol solution (D2 solution) was stably present and redissolved when a mixed solvent of methanol and 2-methoxyethanol was added.

実施例3
水を、バリウムジエトキシドとチタンテトライソプロポキシドの合計モル数の6倍モルの代わりに3倍モル用いる以外は、実施例1と同様の操作を行い、濃縮ゾル液(D3液)を得た。得られた濃縮ゾル液(D3液)をスパチュラですくい取り、ガラス基板表面に塗りつけ、得られた塗膜を室温で風乾して金属酸化物膜を得た。得られた金属酸化物をX線回折により分析した。X線回折の測定結果を図1に示す。図1より、結晶質チタン酸バリウムのピークが確認された。
Example 3
A concentrated sol solution (D3 solution) is obtained by performing the same operation as in Example 1 except that water is used in 3 times mole instead of 6 times the total mole number of barium diethoxide and titanium tetraisopropoxide. It was. The obtained concentrated sol solution (D3 solution) was scooped with a spatula, applied to the surface of the glass substrate, and the obtained coating film was air-dried at room temperature to obtain a metal oxide film. The obtained metal oxide was analyzed by X-ray diffraction. The measurement result of X-ray diffraction is shown in FIG. From FIG. 1, the peak of crystalline barium titanate was confirmed.

図1は、実施例1、2及び3のD1液〜D3液のX線回折の測定結果を示す図である。FIG. 1 is a graph showing the X-ray diffraction measurement results of the D1 liquid to D3 liquid of Examples 1, 2 and 3. 図2は、実施例1のD1液の粒度分布を示す図である。FIG. 2 is a graph showing the particle size distribution of the D1 liquid in Example 1. 図3は、実施例1のD1液の熱重量分析を示すグラフ図である。FIG. 3 is a graph showing the thermogravimetric analysis of the D1 solution of Example 1.

Claims (8)

チタンアルコキシドおよびアルカリ土類金属アルコキシドを溶解した有機溶媒溶液であって、前記有機溶媒溶液中における、チタンアルコキシドおよびアルカリ土類金属アルコキシドの濃度が、チタンアルコキシドおよびアルカリ土類金属アルコキシドを加水分解して得られる反応液における金属酸化物に換算して5重量%以下になるように設定された有機溶媒溶液に、チタンアルコキシドおよびアルカリ土類金属アルコキシドの合計に対して3〜10倍モルの、溶存炭酸ガスを脱気した水を添加して、チタンアルコキシドおよびアルカリ土類金属アルコキシドを加水分解する工程と、
得られた反応液を濃縮することにより、粒度分布が、5〜20nmにピークをもつ単分散である金属酸化物ゾルの溶液であって、金属酸化物ゾルの濃度が、金属酸化物に換算して25〜45重量%の金属酸化物ゾル液を得る工程と
を有することを特徴とする金属酸化物ゾル液の製造方法。
An organic solvent solution in which titanium alkoxide and alkaline earth metal alkoxide are dissolved, wherein the concentration of titanium alkoxide and alkaline earth metal alkoxide in the organic solvent solution is obtained by hydrolyzing titanium alkoxide and alkaline earth metal alkoxide. In an organic solvent solution set so as to be 5% by weight or less in terms of metal oxide in the obtained reaction solution, 3 to 10 times mol of dissolved carbonic acid with respect to the total of titanium alkoxide and alkaline earth metal alkoxide Adding water degassed to hydrolyze titanium alkoxide and alkaline earth metal alkoxide;
By concentrating the obtained reaction solution, the particle size distribution is a monodispersed metal oxide sol solution having a peak at 5 to 20 nm, and the concentration of the metal oxide sol is converted to a metal oxide. And a step of obtaining a metal oxide sol solution of 25 to 45% by weight.
150℃から700℃まで加熱したときの熱重量変化が10重量%未満である金属酸化物ゾルの溶液を得ることを特徴とする請求項に記載の金属酸化物ゾル液の製造方法。 The method for producing a metal oxide sol liquid according to claim 1 , wherein a solution of the metal oxide sol having a thermogravimetric change of less than 10% by weight when heated from 150 ° C to 700 ° C is obtained. 金属酸化物が結晶質であることを特徴とする請求項1又は2に記載の金属酸化物ゾル液の製造方法。 3. The method for producing a metal oxide sol solution according to claim 1, wherein the metal oxide is crystalline. 金属酸化物がペロブスカイト化合物であることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の金属酸化物ゾル液の製造方法。 The method for producing a metal oxide sol solution according to any one of claims 1 to 3 , wherein the metal oxide is a perovskite compound. 請求項1〜4のいずれかの製造方法により製造される、金属酸化物として結晶質のものを含む結晶質金属複酸化物ゾル。

A crystalline metal double oxide sol produced by the production method according to claim 1 and containing a crystalline metal oxide.

150℃から700℃まで加熱したときの熱重量変化が10重量%未満である請求項に記載の結晶質金属複酸化物ゾル。 The crystalline metal double oxide sol according to claim 5 , wherein the thermogravimetric change when heated from 150 ° C to 700 ° C is less than 10% by weight. 結晶質金属複酸化物がペロブスカイト化合物である請求項5又は6に記載の結晶質金属複酸化物ゾル。 The crystalline metal double oxide sol according to claim 5 or 6 , wherein the crystalline metal double oxide is a perovskite compound. 請求項1〜のいずれかの製造方法により製造された金属酸化物ゾル液から形成されてなる金属酸化物膜。 The metal oxide film formed from the metal oxide sol liquid manufactured by the manufacturing method in any one of Claims 1-4 .
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