JP4636496B2 - 導電性及び透明性を有するナノ被覆物及びナノインクの製造方法、並びにこの製造方法により製造されるナノ粉末被覆物及びインク - Google Patents

導電性及び透明性を有するナノ被覆物及びナノインクの製造方法、並びにこの製造方法により製造されるナノ粉末被覆物及びインク Download PDF

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Description

本発明は、一般に、透明で導電性を有する被覆物及びインクの製造方法、並びにこの方法により得られるナノ粉末被覆物及びインクに関する。
ナノ粒子、特に金属ナノ粒子は、これらの寸法と、粒子の原子の大部分が粒子表面又は粒子・粒間境界にあるという事実とに直接関係する非常に特殊な性質を有している。これらの性質には、光学的性質、焼結及び拡散の性質、キャパシタンス、インピーダンス、及び抵抗のような電気的性質、触媒活性、並びに他の多くの性質が含まれる。
改良されたこれらの性質は、化学反応用触媒、電極、燃料電池、医療機器、浄水技術、電子装置、被覆物等の広範囲の用途や応用を有している。
本願出願人に係る特許文献１では、出願人に対して、特に銀のナノ粉末の製造方法が提供されている。この方法は、(ａ) 特殊な混合組成のアルミニウム・銀合金を形成するステップと、(ｂ) アルミニウム成分を浸出し、処理された固体材料に対して新たな浸出剤が反応するという一連の浸出ステップの結果、多孔性及び均質性を有する銀合金を徐々に与えるステップと、を備えている。ステップ(ｃ)において、超音波振動を作用させて塊を分解し、多くの超音波振動を作用させることにより、合金において成長を続ける細孔に対する浸出剤の浸透を促進する。ステップ(ｄ)において、この浸出剤により銀の塊が残り、次に、最終ステップにおいて、この塊を洗浄し乾燥させる。
本願出願人に係る特許文献２によれば、金属薄片を形成するために用いられるプロセスと同じプロセスが用いられている。この結果、以下の二つの主要なステップが導入されている。即ち、前述した特許文献１に開示された方法により得られる合金を規定の微粉末に粉砕するステップと、次に、得られた粒子を、高い多孔性及び所定の特徴を有する細片状の合金に変えるステップとである。
米国特許第５,４７６,５３５号公報 米国特許第６,０１２,６５８号公報
本発明は、基材を被覆する有用且つ新規な方法を提供することを目的とする。
自発的に得られる又は印刷技術の結果として得られる秩序的又は無秩序的なパターンにあって導電性及び／又は透明性を有するナノ粉末により、基材を被覆する有用且つ新規な方法を提供することが本発明の核心である。可視光に透明で紫外波長に不透明な被覆物の製造に有用であることがわかっているナノ二酸化チタン添加剤の場合、特殊な抵抗特性を有する透明な被覆物の製造に有用であることがわかっているナノシリカ添加剤の場合、及び、透明な着色性被覆物の製造に有用であることがわかっているナノ色素の場合、ナノ金属添加剤を用いて透明で導電性の被覆物を製造することは充分に本発明の範囲内である。
金属ナノ粉末を含み導電性及び透明性を有する被覆物を製造するために有用且つ新規な方法を提供することも本発明の目的である。この方法は、（i）金属ナノ粉末と、結合剤、界面活性剤、添加剤、重合体、緩衝剤、分散剤及び／又はカップリング剤の少なくとも一つを伴う溶媒と、を均質な溶液となるように混合するステップと、（ii）スクリーン印刷、スプレッディング、スピンコーティング、ディッピング等の種々の方法により、ステップ（i）において均質化された混合物を、被覆すべき表面に塗布するステップと、（iii）均質化された混合物から溶媒を蒸発させるステップと、（iv）この表面の上に導電性及び透明性を有する被覆物を与えるべく被覆層を焼結するステップと、を備えている。
金属ナノ粉末が単独で用いられること、或いは、金属ナノ粉末が、金属コロイド類、及び／又は、被還元性金属塩（metal reducible salt）、及び／又は、有機金属錯体類、及び／又は、分解して導電性材料を形成する有機金属化合物類の少なくとも一つから選択される導電性改良剤と組み合わせて用いられること、は本発明の範囲内である。混合された溶液における金属ナノ粉末の濃度は、１重量％乃至５０重量％であることが好ましく、特に２重量％乃至１０重量％の範囲にあることが好ましい。
また、混合された溶液が、有機溶媒又は有機溶媒混合物を含むことは本発明の範囲内である。これらの有機溶媒は、通常条件下でその蒸発速度が水の蒸発速度より高いことを特徴とする。混合された溶液における有機溶媒又は有機溶媒混合物の濃度は２０重量％乃至８５重量％である。より特定すれば、これらの濃度は４０重量％乃至８０重量％の狭い範囲である。この点で、溶媒は、石油エーテル、ヘキサン、ヘプタン類、トルエン、ベンゼン、ジクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、ジクロロメタン、ニトロメタン、ジブロモメタン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンからなる群のうちの少なくとも一つ、又は、これらの何れかの混合物から選択可能であるとされている。
また、混合された溶液における前述した結合剤の濃度が０重量％乃至３重量％であることは本発明の範囲内である。この結合剤は、エチルセルロース及び／又は変性尿素（modified urea）から選択されることが好ましいが、これに限定されるものではない。
導電性及び透明性を有する被覆物を製造するための、金属ナノ粉末を含むインク又は溶液を製造するために有用且つ新規な方法を提供することは、本発明のもう一つの目的である。この方法は、上で定義した方法と原理が似ており、（i）金属ナノ粉末と、結合剤、界面活性剤、添加剤、重合体、緩衝剤、分散剤及び／又はカップリング剤の少なくとも一つを伴う溶媒と、を均質な溶液を得るように混合するステップと、（ii）均質化された混合物と、水又は水溶性溶媒又は水溶性溶媒混合物と、をＷ／Ｏ型乳濁液を得るように混合するステップと、（iii）ステップ（ii）において得られた乳濁液を、スプレッディング、スピンコーティング、ディッピング等により、被覆すべき表面に塗布するステップと、（iv）均質化された混合物から、溶媒を、自己組織化ネットワーク様パターンが表面のその場で展開するように、蒸発させるステップと、（v）自己組織化ネットワーク様パターンを焼結し、導電性及び透明性を有する被覆物を得るステップと、を備えている。
前述した界面活性剤又は界面活性剤混合物の濃度が０重量％乃至４重量％であること、及び／又は、分散した乳濁液における界面活性剤又は界面活性剤混合物の濃度が０重量％乃至４重量％であること、は本発明の範囲内である。Ｗ／Ｏ型乳濁液は、この方法で得るのが好ましい。
また、分散した乳濁液における水溶性溶媒又は水溶性溶媒混合物の濃度が５重量％乃至７０重量％であることは本発明の範囲内である。上で定義した界面活性剤又は界面活性剤混合物は、ＳＰＡＮ−２０、ＳＰＡＮ−８０、モノオレイン酸グリセロール、ドデシル硫酸ナトリウムから選択される非イオン性及びイオン性化合物の群のうちの少なくとも一つ、又は、当該非イオン性及びイオン性化合物の何れかの混合物を含むことが好ましいが、これに限定されるものではない。更に、分散した乳濁液における水溶性溶媒又は水溶性溶媒混合物の濃度が１５重量％乃至５５重量％であることも本発明の範囲内である。
また、前述した水溶性溶媒又は水溶性溶媒混合物が、水、メタノール、エタノール、エチレングリコール、グリセロール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドンからなる群の少なくとも一つ、又は、これらの何れかの混合物から選択される（限定ではない）ことは本発明の範囲内である。
本発明は、前述した何れかで定義される方法に関するものであって、この方法では、被覆すべき表面は、ガラス、可撓性の又は比較的非可撓性の高分子フィルム類又はシート類、又はこれらの何れかの組み合わせから選択されることが特徴である。より特定すれば、本発明は、これまでに定義された方法に関するものであって、この方法では、高分子フィルムは、ポリエステル類、ポリアミド類、ポリイミド類、ポリカーボネート類、ポリエチレン、ポリエチレン製品類、ポリプロピレン、アクリル酸含有製品類、メタクリル酸ポリメチル類（ＰＭＭＡ）、これらの共重合体からなる群の少なくとも一つ、又は、これらの何れかの組み合わせ及び他の何れか透明な基材を含むことが特徴である。更に又は代わりに、上で定義した方法は、被覆すべき表面をコロナ処理及び／又はプライマの被覆により処理するもう一つのステップを備えている。
また、前述したプライマが、３-アミノプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、グリシジルトリメトキシシラン、市販のＴｗｅｅｎ製品類、Ｔｗｅｅｎ−８０、ネオアルコキシトリチタン酸（リン酸チタン酸ジオクチルプロピル）からなる群の少なくとも一つ、又は、これらの何れかの組み合わせから選択される（限定ではない）、ことは本発明の範囲内である。
また、前述したナノ粉末が、銀、金、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、銅、又はこれらの何れかの組み合わせから選択される（限定ではない）金属又は金属混合物を含むことは本発明の範囲内である。
また、被覆すべき表面に対する均質化された混合物の塗布（スプレッディング）が、ただの塗布（スプレッディング）、浸漬（immersing）、スピンコーティング、ディッピング又は他の何れか適当な方法から選択される方法により行われることは本発明の範囲内である。更に、本発明の一つの実施形態によれば、被覆すべき表面に対する均質化された混合物の塗布（スプレッディング）により層又は複数層を被覆するステップは、５ミクロン乃至２００ミクロンの濡れ厚（wet thickness）を提供する。
また、均質化された溶液を蒸発させた後の焼結を、５０℃乃至３００℃の温度範囲で０.５時間乃至２時間行うことは本発明の範囲内である。或いは、ネットワーク様パターンの焼結は、５０℃乃至１５０℃の温度範囲で２分間乃至３０分間行う。
請求項１又は他の何れかの請求項で定義された方法で製造される、導電性及び透明性を有し金属ナノ粉末を含む、経済的で新規な被覆層を提供することは、本発明のもう一つの目的である。更に又は代わりに、導電性及び透明性を有するインク又は被覆層又は複数被覆層は、本発明により提供され、請求項１１又は前の何れかの請求項で定義される方法で製造される自己組織化ネットワークパターンを特徴とする。
前述した導電性及び透明性を有する被覆層が、４００ｎｍ乃至７００ｎｍの波長で３０％乃至９５％の範囲の光透過性と、０.１Ω/スクエア乃至２０ｋΩ/スクエアの範囲の抵抗値と、０.５％乃至１０％の範囲の曇り度と、により特徴付けられていること、及び、前述した導電性及び透明性を有する被覆層が、４００ｎｍ乃至７００ｎｍの波長で１０％乃至９０％の範囲の光透過性と、０.１Ω/スクエア乃至１０００Ω/スクエアの範囲の抵抗値と、０.１％乃至５％の範囲の曇り度と、により特徴付けられていること、は本発明の範囲内である。
また、上で定義された導電性及び透明性を有する被覆層が、印刷、インクジェット印刷、インクジェット処理（ink-jet disposition）、自己組織化、又は他の何れかの適当な方法により与えられた秩序的又は無秩序的なパターンにより特徴付けられることは本発明の範囲内である。更に、この被覆層又は複数被覆層配列は、保護層、傷防止層、導電性を高める層、被覆すべき表面への接着性を高める層又はこれらの何れかの組み合わせを供する、ことを特徴としてもよい。また更に、得られた導電性及び透明性を有する被覆層、又は前述した複数被覆層配列は、スクリーン、ディスプレイ、電極、プリント基板、インクジェット製品、インクジェット処理製品（ink-jet disposition products）、スマートカード、無線ＩＣタグ（RFID）、アンテナ、薄膜トランジスタ、液晶ディスプレイからなる群の少なくとも一つの使用、又はこれらの何れかの組み合わせの使用のために特に適合させてもよい。
基材を被覆する有用且つ新規な方法を提供することができる。
本発明を理解し、それが実際にどのように実施されるのかを理解するために、添付図面を参照しつつ、非制限的な例のみに基づき好ましい実施形態を説明する。
以下の説明は、本発明の全ての部分に渡り、当業者が本発明を実施可能となるように提供され、本発明の実施に際して発明者が最良と思う方法を示している。しかし、本発明の包括的原理は、特に、金属ナノ粉末被覆物類及びインク類の製造方法及びこの方法により製造される全ての製品に対して定義されているので、種々の変形例が存在することは当業者には明らかである。
金属ナノ粉末（即ち、被覆物又はインク）を含み導電性があり透明な被覆物及びインクの製造のための新規な方法をここで説明する。ここで定義する方法は、ナノサイズの粒子及び粒がバルクの材料と比べて非常に大きい表面積を有し、特殊な光学的性質を有し、導電性の相を生成できるという事実を充分に利用している。本発明により、予め分散させた「インク」、溶液、又はペーストで或る基材を被覆することにより、経済的なナノ導電性材料、及び／又は、導電性があり透明な被覆物を製造することができる。これらの被覆物及びインクは、一般に、（１）波長がおよそ４００ｎｍ乃至７００ｎｍの可視領域で４０％乃至９０％の光透過性、（２）０.１Ω／スクエア乃至９ｋΩ／スクエアの間の抵抗値、及び（３）一般に１％乃至１０％の範囲の比較的低い曇り度を有することにより特徴付けられる。
「被覆する」という用語は、本発明では、以下の如く製造されていれば、導電性及び透明性を有する光学層の如何なるものをも指す。即ち、溶媒中の金属ナノ粉末を、均質化された溶液が得られるように、結合剤、界面活性剤、添加剤、重合体、緩衝剤、分散剤及び／又はカップリング剤からなる群から選んだ少なくとも一つの成分と混合し、被覆しようとする表面上で、上記で得た均質化された混合物を塗布（スプレッディング、展布）し、その均質化された混合物から溶媒を蒸発させ、その表面上に導電性があり透明な被覆が得られるように、被覆層を焼結させるという手順の製造である。
「インク」という用語は、本発明では、金属又は金属類のナノ粉末、特に材料を着色するために提供される乳濁液ベースの組成物を含むインクであれば如何なるインクをも指す。或いは、「インク」という用語は、プリント基板上に印刷するのに適したレジェンドインク（マーキングインク）を指す。
より特定すれば、「インク」という用語は、本発明では、以下の如く製造されていれば、導電性及び透明性を有する局所的パターンの如何なるものをも指す。即ち、溶媒中の金属ナノ粉末を、均質化された溶液が得られるように、結合剤、添加剤、重合体、緩衝剤、分散剤及び／又はカップリング剤からなる群から選んだ少なくとも一つの成分と混合し、均質化された溶液を水又は水溶性溶媒又は水溶性溶媒混合物とＷ／Ｏ型乳濁液が得られるように混合し、被覆しようとする表面上で、上記で得た均質化された混合物を塗布（スプレッディング、展布）し、その位置に自己組織化（自己集合）ネットワーク様パターンが展開するように、その均質化された混合物から溶媒を蒸発させ、次にその表面上に導電性があり透明な被覆が得られるようにネットワーク様パターンを焼結させるという手順で製造した、導電性があり透明な局所的パターンのことである。
インク類（例えば、インクペースト、インク、溶液、被覆物）は、本発明によれば、特に、透明な基材の中又は上で使用するようになっている。前述したインクは、固体又は半固体のマトリックスの上又は中を被覆し、覆い（covering）、浸漬し（長時間浸漬、immersing）、ディッピングし（短時間浸漬）、及び／又はトラップするように適合されている。或いは、前述したインクは、他の何れか適当な方法によって、可撓性の、半可撓性の、又は剛な材料を含む高分子マトリックスやガラス等の上に同様の処理を施すように適合されている。これらはおよそ４００ｎｍ乃至７００ｎｍの可視波長領域でかなり透明なので、上記の導電性インクは、スクリーン、ディスプレイ、液晶ディスプレイ、スマートカード、及び／又は、インクジェットプリンタ又は他の電子材料印刷技術に特に有用である。
我々が使用してきた被覆技術（coating technique）は、スクリーン印刷、手動塗布及び手動スプレッディング（展布）である。スピンコーティング、スプレイコーティング、インクジェット印刷、オフセット印刷等のような他の適当な技術を使用してもよい。被覆技術は、例えばガラス、ポリカーボネート、高分子フィルム、及びその他の如何なる透明又は不透明な基材をも被覆できる技術である。
透明で導電性がある被覆を得るには、配合のコンセプトと、導電性及び透明性につながる主成分とが異なる種々のインク／ペースト及び被覆システムが有用であることが見出されている。この主な成分とは、金属ナノ粉末、金属コロイドを有する金属ナノ粉末、被還元性金属塩（metal reducible salt）を有する金属ナノ粉末、及び／又は、有機金属錯体類及び／又は分解して導電性材料を形成する有機金属化合物類、及び自己組織化系における上記全てから選択される。
これらのナノ金属ベースの被覆システムは、９５％までの光透過性（４００ｎｍ乃至７００ｎｍの間で測定）、低い曇り度、及び１Ω／スクエアという低い抵抗値を達成する。
インク又はペーストは、後述する一般的な手順に従って調製する。導電性添加剤（金属ナノ粉末、塩、コロイド及び他の添加剤）が良く分散するように注意する。
基材は、インク又はペーストで被覆されるものである。この被覆は前述した種々の技術により実施することができる。この技術は（所望の透過性や抵抗値を得るために）厚み及び印刷の幾何的配列（printed geometry）のような物理的パラメータを制御可能に選択される。所望の抵抗値を得るために試料を５０℃乃至３００℃の間で０.５時間乃至２時間加熱してもよい。
本発明では、「焼結」という用語は、粉末をその融点より低い温度で加熱することにより、金属粉末から目的物を形成する如何なるプロセスをも指す。小さな金属製の目的物の製造では、これらを鋳造することは実際的でないことが多い。化学的又は機械的操作により、金属の微粉末を製造できる。粉末を所望の形に圧縮して３時間まで加熱（即ち、焼結）した場合、粉末を構成する粒子が互いに結合し一つの固体の目的物が生成する。
以下、各方法の配合例を説明する。これらは代表例にすぎず、本発明がカバーする広い範囲の可能性を証明するためにここで述べられるものである。本発明により、我々はナノ金属粉末類の特殊な性質を利用できる。また、ここで説明する実施例の配合は、異なる結合剤、溶媒、金属粉末、添加剤、重合体、緩衝剤、界面活性剤、分散剤及び／又はカップリング剤についても同様に作成可能と認められる。しかし、やはり本発明による、導電性を有し小粒径（Ｄ９０＜０．１μｍ）であるという特徴を持つナノ粉末金属及び／又はナノ粉末金属塩が特に好ましい。実施例の濃度は、粘性並びに被覆された基材の抵抗値及び透過性を制御するように調節可能である。
＜＜＜実施例１＞＞＞
溶媒（例えば、芳香族エステル及びアルデヒド、好ましくはテルピノール）中１３重量％の結合剤（例えば、エチルセルロース）を混合する。更に、高速回転ホモジナイザにより、得られた結合剤溶液の２５重量部を以下の材料と均質化する。銀ナノ粉末（Ｄ９０＜０．１μｍ）５０％（ｗ／ｗ）、溶媒（例えば、テルピノール）２０％（ｗ／ｗ）、及び結合剤（例えば、チタン酸イソプロピルジオレイック（ジオクチルホスファト）、市販のＮＤＺ−１０１ ＫＲＴＴＳとしても知られる）１％（ｗ／ｗ）。
＜＜＜実施例２＞＞＞
金属ナノ粉末（例えば、コロイド状銀）１２％（ｗ／ｗ）、接着促進剤である結合剤（例えば、ポリビニルピロリドン(ＰＶＰ)）２.５％（ｗ／ｗ）、及び水３２％（ｗ／ｗ）を混合する。超音波エネルギー及び／又は高速回転分散装置により、全ての成分を強く混合する。別に、金属ナノ粉末（例えば、銀ナノ粉末（Ｄ９０＜０．１μｍ））１４％（ｗ／ｗ）、及び溶媒（例えば、エタノール）３９.５％（ｗ／ｗ）を高速回転ホモジナイザにより混合する。最後に、第一ステップで得られた溶液を、第二ステップで得られた溶液と混合し、均質化された溶液を得る。
＜＜＜実施例３＞＞＞
溶媒（例えば、酢酸エチル）８０％（ｗ／ｗ）中で金属ナノ粉末（例えば、ギ酸銀）１重量部と分散剤（例えば、トリオクチルホスフィンオキサイド(ＴＯＰＯ)２％（ｗ／ｗ）とを混合する。溶液をおよそ６０℃まで加熱し、全ての成分を溶解させる。金属ナノ粉末（例えば、銀粉末（Ｄ９０＜０.１μｍ））１７％（ｗ／ｗ）を第一ステップで得られた褐色の溶液に混合し、得られた混合物を高速回転ホモジナイザにより均質化する。
＜＜＜実施例４＞＞＞
緩衝剤（例えば、アンモニア２５％溶液）９.５％（ｗ／ｗ）中で金属ナノ粉末（例えば、硝酸銀）４％（ｗ／ｗ）を混合する。更に、水４７％（ｗ／ｗ）、ポリカルボン酸アンモニウム塩（例えば、市販のＴ１１２４製品）等の分散剤３.５％（ｗ／ｗ）、溶媒（例えば、エタノール）２４％（ｗ／ｗ）、金属ナノ粉末（例えば、銀粉末（Ｄ９０＜０.１μｍ））１２％（ｗ／ｗ）を混合し、得られた混合物を高速回転ホモジナイザにより均質化する。
以上定義された実施例で製造された金属ナノ粉末被覆及びインクの光学的データ及び抵抗値データをここに示す。
Figure 0004636496
光透過性は４００ｎｍ乃至７００ｎｍの間で測定した。熱処理は２８０℃でおよそ１時間行った。
ガラス及び／又は重合体の表面に透明で導電性の被覆及びインクを生成する新しい単純な方法を提供することは、本発明のもう一つの実施形態である。この新規な方法は、被覆しようとする表面上に、上記で定義した予定された混合物を塗布（スプレッディング、展布）することに基づく。塗布（スプレッディング、展布）された混合物から有機溶媒が蒸発する間に、その場、即ち表面上に自己組織化ネットワーク様パターンが展開する。乾燥終了後、展開したパターンを比較的低温（例えば、５０℃乃至１５０℃の温度範囲）でおよそ２分間乃至３０分間焼結する。導電層の最終的な抵抗値はおよそ１〜１,０００Ω／スクエアの範囲にあり、光透過率はおよそ５０％乃至９５％の範囲にあり、曇り度はおよそ０.５％乃至５％の範囲内にある。
この特殊な混合物は、水と混じらない一つの有機溶媒又は二つ以上の有機溶媒の混合物中に金属微粒子が懸濁している、水又は水溶性溶媒（又はこれらの溶媒の混合物）のＷ/Ｏ型乳濁液である。
本発明のこの実施形態によれば、混合物はまた、乳化剤、結合剤又はこれらの混合物の少なくとも一つを含む。従って、本発明のまた別の実施形態によれば、分散相は、水、メタノール、エタノール、エチレングリコール、グリセロール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、Ｎ-メチルピロリドン及び／又は他の水溶性溶媒からなる群から選択されるが、これらに限定されない。
本発明の別の実施形態によれば、連続相は、石油エーテル、ヘキサン類、ヘプタン類、トルエン、ベンゼン、ジクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、ジクロロメタン、ニトロメタン、ジブロモメタン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン又はこれらの混合物からなる群から選択されるが、これらに限定されない。この連続相で使用する溶媒又は溶媒類は、分散相の溶媒より高い揮発性を有することが好ましい。
同様に、乳化剤は、市販のＳＰＡＮ−２０、ＳＰＡＮ−８０、モノオレイン酸グリセロール、ドデシル硫酸ナトリウム、又はこれらの混合物のような非イオン性又はイオン性化合物からなる群から選択されるが、これらに限定されない。更に、結合剤は、分子量が１００,０００〜２００,０００のエチルセルロースのような変性セルロース（modified cellulose）、変性尿素（modified urea、例えば、ＢＹＫケミー社が製造している市販のＢＹＫ−４１０、ＢＹＫ−４１１、ＢＹＫ−４２０）から選択されるが、これらに限定されない。
本発明のもう一つの実施形態によれば、金属微粒子及びナノ粉末は、銀、金、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、銅又はこれらの混合物から選択されるが、これらに限定されない。この金属又は金属混合物は、１ミクロンより小さな平均粒径を特徴とし、より良くは０.５ミクロンより小さいことを特徴とし、最も好ましくは０.１ミクロンより小さいことを特徴とする。小さい粒径は、本発明により提供される方法で得られる被覆物の光学的性質を向上させる。本発明の一つの特に好ましい実施形態によれば、前述した金属又は金属混合物は、化学的安定性及び電気伝導度の向上の理由から、貴金属が選択される。
上記の実施例で定義され説明された方法により得られたナノインク及びナノ粉末の基本的混合物の配合を表２に示す。
Figure 0004636496
混合物は次の方法で調製する。乳化剤及び／又は結合剤を有機溶媒又は混合物に溶かし、金属粉末を添加する。金属粉末は、超音波処理、高剪断攪拌（high shear mixing）、高速攪拌、又は懸濁液や乳濁液を調製するのに使われる他の方法により、有機相中に分散させる。この後、水溶性溶媒又は混合物を添加し、超音波処理、高剪断攪拌（high shear mixing）、高速攪拌、又は乳濁液を調製するのに使われる他の方法により、Ｗ/Ｏ型乳濁液を調製する。
上記の自己組織化ネットワークパターンは、ガラス、高分子フィルム及びシート（ポリエステル類、ポリアミド類、ポリカーボネート類、ポリエチレン、ポリプロピレン等）のような種々の表面上に展開することができる。被覆しようとする表面は、表面の性質を変えるために処理しても処理しなくてもよい（コロナ処理やプライマによる被覆）。３-アミノプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、グリシジルトリメトキシシラン、Ｔｗｅｅｎ−８０、ネオアルコキシトリチタン酸（リン酸チタン酸ジオクチルプロピル）等の１〜２％アセトン又はヘキサン溶液をプライマとして使用してよい。被覆方法は、次のもの、即ち、単純な塗布（スプレッディング、展布）、スピンコーティング、ディッピング（短時間浸漬）であり、被覆の濡れ厚は５ミクロン乃至２００ミクロンであってよい。
高分子フィルム類を被覆するその他の方法は、ガラス上に自己組織化ネットワークを展開すること及び高分子上にパターンを印刷することである。
＜＜＜実施例５＞＞＞
水４０ｇに０.１ｇのＳＤＳ等の界面活性剤を混合する。次に、トルエン等の溶媒６０ｇ中のエチルセルロース等の結合剤１ｇと、銀ナノ粉末（Ｄ９０＜０.１μｍ）等のナノ粉末金属８ｇとを混合する。次に、得られた溶液を超音波エネルギー及び／又は高速回転分散装置によって均質化する。最後に、第一ステップで得られた溶液３１ｇを、第二ステップで得られた溶液と混合する。
＜＜＜実施例６＞＞＞
銀粉末（最大粒径が０.１２ミクロン未満）等の金属ナノ粉末４ｇ、１，２-ジクロロエタン等の溶媒３０ｇ、ＢＹＫ−４１０等の結合剤０.２ｇを混合し、出力１８０Ｗの超音波で１.５分間均質化し、蒸留水を１５ｇ混合し、得られた乳濁液を出力１８０Ｗの超音波で３０秒間均質化する。この調製物をガラスの表面に印刷すると、４０ミクロンより大きく７０ミクロンまでの大きなセルと、およそ２〜６ミクロンの幅の線とをなし、良く展開されたネットワークが生成した。抵抗値は７から４０Ω／スクエア、透過率は７２から８１％、曇り度は０.８から１.８％の間であった。図１は、実施例６に記載の方法で得られたガラス表面上のパターンを示す光学顕微鏡像である。
＜＜＜実施例７＞＞＞
銀粉末（最大粒径が０.１２ミクロン未満）等の金属ナノ粉末４ｇ、トルエン等の溶媒３０ｇ、ＢＹＫ−４１０等の結合剤０.２ｇを混合し、出力１８０Ｗの超音波で１.５分間均質化し、蒸留水を１５ｇ混合し、得られた乳濁液を出力１８０Ｗの超音波で３０秒間均質化する。この調製物をガラスの表面に印刷すると、およそ１０ミクロンの小さなセルと、およそ１〜４ミクロンの幅の線とをなし、良く展開されたネットワークが生成した。１５０℃で５分間焼結後、抵抗値は７から４０Ω／スクエア、透過率は４５から６５％、曇り度は１.５から３.０％の間であった。図２は、実施例７に記載の方法で得られたガラス表面上のパターンを示す光学顕微鏡像である。
＜＜＜実施例８＞＞＞
ＢＹＫ−４１０等の結合剤０.０６ｇ、ＳＰＡＮ−８０等の界面活性剤０.０３ｇ、シクロペンタノン０．８ｇ及びトルエン１６ｇ等の溶媒、銀粉末（最大粒径が０.１２ミクロン未満）等の金属ナノ粉末０.８ｇを混合し、出力１８０Ｗの超音波で３０秒間均質化する。蒸留水９ｍｌを混合し、得られた乳濁液を出力１８０Ｗの超音波で２０秒間均質化する。３-アミノプロピルトリエトキシシランの１％アセトン溶液で前処理したガラスの表面にこの調製物を印刷すると、４０〜７０ミクロンのセルと、およそ２〜６ミクロンの幅の線とをなし、良く展開されたネットワークが生成した。ギ酸蒸気中５０℃で３０分間焼結後、抵抗値は２から１６Ω／スクエア、透過率は７２から８１％、曇り度は０.８から１.８％の間であった。ガラスから種々の高分子フィルムまで、印刷パターンの電気的・光学的性質には差がなかった。
＜＜＜実施例９＞＞＞
銀粉末（最大粒径が０.１２ミクロン未満）等の金属ナノ粉末４ｇ、トリクロロエチレン等の溶媒３０ｇ、ＢＹＫ−４１０等の結合剤０.２ｇを混合し、出力１８０Ｗの超音波で１.５分間均質化する。蒸留水１５ｍｌを混合し、得られた乳濁液を出力１８０Ｗの超音波で３０秒間均質化する。ガラスの表面にこの調製物を印刷すると、およそ１０〜４０ミクロンの小さなセルと、およそ２〜４ミクロンの幅の線とをなし、良く展開されたネットワークが生成した。１５０℃で５分間焼結後、抵抗値は７から４０Ω／スクエア、透過率は４５から６５％の間であった。超音波処理の代わりに高速攪拌（プレミア型）を行った場合にもこの調製物が得られた。この場合には、得られたネットワークのセルがより大きく、透過性が向上した。この調製物は、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ポリエチレン等の、トリクロロエチレンに溶けない高分子フィルム上に印刷され、より良い特性が得られた。図３は、実施例９に記載の方法で得られたガラス表面上のパターンを示す光学顕微鏡像である。
＜＜＜実施例１０＞＞＞
ＢＹＫ−４１０等の結合剤０.０６ｇ、ＳＰＡＮ−２０等の界面活性剤０.０３ｇ、シクロヘキサノン０.８ｇ及びトリクロロエチレン２４ｇ等の溶媒混合物、銀粉末（最大粒径が０.１２ミクロン未満）等の金属ナノ粉末１ｇを混合し、出力１８０Ｗの超音波で３０秒間均質化する。蒸留水９ｍｌを混合し、得られた乳濁液を出力１８０Ｗの超音波で２０秒間均質化する。３-アミノプロピルトリエトキシシランの１％アセトン溶液で前処理したガラスの表面にこの調製物を印刷すると、５０〜１００ミクロンのセルと、およそ２〜８ミクロンの幅の線とをなし、良く展開されたネットワークが生成した。ギ酸蒸気中５０℃で３０分間焼結後、抵抗値は１.８から１０Ω／スクエア、透過率は７９から８６％、曇り度は１.８から２.８％の間であった。図４は、実施例１０に記載の方法で得られたガラス表面上のパターンを示す光学顕微鏡像である。種々の高分子フィルム上にパターンが印刷されたが、電気的・光学的性質に大差はなかった。図５は、実施例１０に記載の方法で得られた高分子フィルム上のパターンを示す光学顕微鏡像である。
＜＜＜実施例１１＞＞＞
ＢＹＫ−４１１等の結合剤０.０６ｇ、ＳＰＮ−８０等の界面活性剤０.２ｇ、シクロヘキサノン１ｇ及び石油エーテル１０ｇ等の溶媒混合物、銀粉末（最大粒径が０.１２ミクロン未満）等の金属ナノ粉末１ｇを混合し、出力１８０Ｗの超音波で３０秒間均質化する。蒸留水７ｍｌを混合し、得られた乳濁液を出力１８０Ｗの超音波で２０秒間均質化する。フェニルトリメトキシシランの１％アセトン溶液で前処理したポリイミド重合体の表面にこの調製物を印刷すると、２０〜６０ミクロンのセルと、およそ２〜６ミクロンの幅の線とをなし、良く展開されたネットワークが生成した。１５０℃で５分間焼結後、抵抗値は２０から３０Ω／スクエア、透過率は６８から７８％、曇り度は８から１０％の間であった。
本発明の一実施形態の方法により得られた、ガラス表面に配置されたインクの自己組織化パターンを示す光学顕微鏡像を示す図である。 本発明のもう一つの実施形態の方法により得られた、ガラス表面に配置されたインクの自己組織化パターンを示す光学顕微鏡像を示す図である。 本発明のもう一つの実施形態の方法により得られた、ガラス表面に配置されたインクの自己組織化パターンを示す光学顕微鏡像を示す図である。 本発明のもう一つの実施形態の方法により得られた、ガラス表面に配置されたインクの自己組織化パターンを示す光学顕微鏡像を示す図である。 本発明のもう一つの実施形態の方法により得られた、ガラス表面に配置されたインクの自己組織化パターンを示す光学顕微鏡像を示す図である。 本発明のもう一つの実施形態の方法により得られた、ガラス表面に配置されたインクの印刷パターンを示す図である。

Claims (17)

  1. 金属ナノ粉末を含んでいて、透明でかつ導電性を有する被覆物を形成する方法であって、
    （ａ）以下の成分：（ｉ）金属ナノ粉末；（ｉｉ）有機溶媒；（ｉｉｉ）水、水溶性溶媒、又は複数種の水溶性溶媒の混合物；および（ｉｖ）結合剤、界面活性剤、添加剤、重合体、緩衝液、分散剤、及びカップリング剤からなる群から選択された少なくとも一つの成分；を乳濁液となるように混合し、
    （ｂ）前記乳濁液を被覆しようとする表面に塗布し、
    （ｃ）自己組織化ネットワーク様パターンが元の位置で形成されるように、前記乳濁液から（ｉ）前記有機溶媒；および（ｉｉ）前記水、水溶性溶媒、又は複数種の水溶性溶媒の混合物；を蒸発させ、
    （ｄ）前記表面に透明でかつ導電性を有する被覆物を形成するために、前記ネットワーク様パターンを焼結する
    ことを特徴とする方法。
  2. 前記焼結ステップが、５０℃から１５０℃の温度範囲で、２から３０分間行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記乳濁液中における、前記金属ナノ粉末の濃度が、１重量％から５０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 前記乳濁液中における、前記金属ナノ粉末の濃度が、２重量％から１０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 前記乳濁液が、水よりも蒸発速度が大きい有機溶媒又は複数種の有機溶媒の混合物を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 前記水、水溶性溶媒、又は複数種の水溶性溶媒の濃度が、５重量％から７０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 前記水、水溶性溶媒、又は複数種の水溶性溶媒の濃度が、１５重量％から５５重量％であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 前記被覆しようとする表面が、ガラス、柔軟な高分子フィルム又はシート、比較的に柔軟でない高分子フィルム又はシート、ポリエチレン製品、ポリプロピレン製品、アクリル酸塩含有製品、メタクリル酸ポリメチル（ＰＭＭＡ）、共重合体、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  9. 前記被覆しようとする表面が、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、これらの共重合体、あるいはそれらの組み合わせから選択される高分子物質のフィルムであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  10. 前記金属ナノ粉末が、銀、金、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、銅、又はこれらの組み合わせから選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  11. 前記金属ナノ粉末のＤ９０値が０．１μｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  12. 前記乳濁液が、金属コロイド、被還元性金属塩、有機金属錯体、分解して導電性物質を形成する有機金属化合物、又はそれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  13. 前記乳濁液を、あらかじめ定められたパターンに従って前記表面に塗布することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  14. 前記乳濁液を、インクジェット印刷により前記表面に塗布することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  15. 前記透明でかつ導電性を有する被覆物について、その４００ｎｍから７００ｎｍの可視光波長領域における光透過率が４０％から９０％であり、その抵抗値が０．１Ω／スクエアから９０００Ω／スクエアであり、その曇り値が１％から１０％であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  16. 請求項１から請求項１９までのいずれかに記載の方法によって作成された透明でかつ導電性を有する被覆物。
  17. スクリーン、ディスプレイ、電極、プリント回路基板（ＰＣＢ）、インクジェット製品、インクジェット処理製品、スマートカード、ＲＦＩＤ部品、アンテナ、薄膜トランジスタ、液晶ディスプレイ、又はこれらの組み合わせに組み込まれることを特徴とする請求項２０に記載の透明でかつ導電性を有する被覆層。
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