JP4839785B2 - Method for producing metal oxide film - Google Patents

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Description

本発明は、Wetコートであって、構造部を有する基材に対して緻密な金属酸化物膜を得ることが可能な金属酸化物膜の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a metal oxide film which is a wet coat and can obtain a dense metal oxide film with respect to a substrate having a structure portion.

従来より、金属酸化物膜は様々な優れた物性を示すことが知られており、その特性を活かして、透明導電膜、光学薄膜、燃料電池用電解質等、幅広い分野において使用されている。このような金属酸化物膜の製造方法としては、例えば、ゾル・ゲル法、スパッタリング法、CVD法、PVD法、印刷法等が知られている。   Conventionally, it has been known that metal oxide films exhibit various excellent physical properties. Taking advantage of these properties, metal oxide films have been used in a wide range of fields such as transparent conductive films, optical thin films, and fuel cell electrolytes. As a method for producing such a metal oxide film, for example, a sol-gel method, a sputtering method, a CVD method, a PVD method, a printing method and the like are known.

このような金属酸化物膜の製造方法における問題として、構造部を有する基材に対して、均一な金属酸化物膜を設けることが困難であることが挙げられる。例えば、スパッタリング法においては、その原理上、形状追従性が乏しくなり、また、印刷法においては、インキに含まれるセラミックス微粒子より小さい微細構造部に対する成膜が困難であった。また、形状追従性に比較的優れるとされるCVD法においても、形状が単純で浅い溝等の構造部に対しては効果を発揮するものの、複雑な構造部に対しては、均一な金属酸化物膜を設けることが困難であった。また、ゾル・ゲル法等のWetコートは安価な手法であるが、複雑な構造部を有する基材への成膜が困難だけでなく、緻密な金属酸化物膜を得ることができないという問題があった。   A problem in such a method for producing a metal oxide film is that it is difficult to provide a uniform metal oxide film on a substrate having a structure. For example, in the sputtering method, shape followability is poor due to its principle, and in the printing method, it is difficult to form a film on a fine structure portion smaller than the ceramic fine particles contained in the ink. The CVD method, which is said to be relatively excellent in shape followability, is effective for structural parts such as shallow grooves with simple shapes, but uniform metal oxidation for complex structural parts. It was difficult to provide a material film. In addition, wet coating such as sol-gel method is an inexpensive method, but it is difficult not only to form a film on a substrate having a complicated structure, but also to obtain a dense metal oxide film. there were.

このような問題に対して、溶液から基材上に直接金属酸化物膜を成膜するソフト溶液プロセスが提唱されている(非特許文献1)。このようなソフト溶液プロセスは、金属酸化物膜形成用溶液に基材を接触させることから、構造部を有する基材であっても、上記溶液が構造部内に容易に侵入することができ、均一な金属酸化物膜が得られるといった利点を有している。   In order to solve such a problem, a soft solution process in which a metal oxide film is directly formed on a substrate from a solution has been proposed (Non-patent Document 1). In such a soft solution process, since the substrate is brought into contact with the metal oxide film forming solution, even if the substrate has a structure part, the solution can easily enter the structure part, and the uniform solution Advantageous metal oxide films can be obtained.

このようなソフト溶液プロセスを利用した試みとしては、例えば特許文献1において、所定の電圧が印加されたアノード電極とカソード電極との間に、形成すべき薄膜の構成元素を含む反応溶液を所定の流量で流すことにより、薄膜を形成する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献1における方法は、基板が導電体に限られ、得られる薄膜の膜質は粒子性の粗く、緻密な金属酸化物膜を得ることができないという問題があった。さらに、得られる金属酸化物膜が薄膜であり、充分な膜厚を有する金属酸化物膜を得ることができないという問題があった。
As an attempt to use such a soft solution process, for example, in Patent Document 1, a reaction solution containing a constituent element of a thin film to be formed between an anode electrode and a cathode electrode to which a predetermined voltage is applied is specified. A method of forming a thin film by flowing at a flow rate is disclosed.
However, the method in Patent Document 1 has a problem that the substrate is limited to a conductor, and the obtained thin film has a coarse particle quality and a dense metal oxide film cannot be obtained. Furthermore, there is a problem that the metal oxide film obtained is a thin film and a metal oxide film having a sufficient film thickness cannot be obtained.

一方、金属酸化物膜を得る別の方法として、スプレー熱分解法が提案されている(特許文献2および特許文献3)。スプレー熱分解法は、金属酸化物膜を構成する金属源を含有した溶液を、高温の基材に噴霧することにより金属酸化物膜を得る方法であり、通常500℃程度に加熱した基材を使用することから、瞬時に溶媒が蒸発し、金属源が熱分解反応を起こすため、短時間かつ簡略化された工程で金属酸化物膜を得ることができるという利点を有する。   On the other hand, spray pyrolysis has been proposed as another method for obtaining a metal oxide film (Patent Document 2 and Patent Document 3). The spray pyrolysis method is a method in which a metal oxide film is obtained by spraying a solution containing a metal source constituting the metal oxide film onto a high temperature substrate, and a substrate heated to about 500 ° C. is usually used. Since it is used, the solvent instantly evaporates and the metal source undergoes a thermal decomposition reaction, so that the metal oxide film can be obtained in a short and simplified process.

このようなスプレー熱分解法の研究としては、例えば、特許文献2において、TiO前駆体を含む溶液に過酸化水素又はアルミニウムアセチルアセトナートを添加して原料溶液を調製し、500℃程度に高温保持された基板に上記原料溶液を間歇噴霧することによりTiO前駆体をTiOに熱分解し、基材上に多孔質のTiO薄膜を得る方法を開示している。また、例えば、特許文献3は、特許文献2と同様に熱分解スプレー法により多孔質のTiO薄膜を得る方法であるが、原料溶液に可溶性チタン化合物を加えた溶液を添加することにより、TiO薄膜と基材との密着性向上を図るものであった。 As a research on such spray pyrolysis method, for example, in Patent Document 2, a raw material solution is prepared by adding hydrogen peroxide or aluminum acetylacetonate to a solution containing a TiO 2 precursor, and the temperature is as high as about 500 ° C. A method is disclosed in which a TiO 2 precursor is thermally decomposed into TiO 2 by intermittently spraying the raw material solution onto a held substrate to obtain a porous TiO 2 thin film on the substrate. Further, for example, Patent Document 3 is a method for obtaining a porous TiO 2 thin film by a thermal decomposition spray method as in Patent Document 2, but by adding a solution obtained by adding a soluble titanium compound to a raw material solution, TiO 2 is obtained. (2) The adhesion between the thin film and the substrate was improved.

このように、スプレー熱分解法は、短時間かつ簡略化された工程で金属酸化物膜を得ることができる方法ではあるものの、基材表面の影響を受けやすく、特に基材表面の結晶性に強く影響を受けるため、例えば基材が、複雑な構造部を有している場合や、多孔質材料である場合は、緻密で結晶性に優れた金属酸化物膜を得ることができないという問題があった。   As described above, although the spray pyrolysis method is a method that can obtain a metal oxide film in a short time and a simplified process, it is easily influenced by the surface of the base material, and particularly the crystallinity of the surface of the base material For example, when the base material has a complicated structure or is a porous material, a metal oxide film having a dense and excellent crystallinity cannot be obtained. there were.

資源と素材 Vol.116 p.649−655(2000)Resources and materials Vol. 116 p. 649-655 (2000) 特許第3353070号Japanese Patent No. 3353070 特開2002−145615公報JP 2002-145615 A 特開2003−176130公報JP 2003-176130 A

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、金属酸化物膜形成用溶液を用いる安価なWetコートであって、構造部を有する基材、例えば多孔質基材や多孔質膜を有する基材等に対しても表面の結晶性に影響を受けることなく均一かつ緻密で充分な膜厚を有する金属酸化物膜を得ることができる金属酸化物膜の製造方法を提供することを主目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above problems, and is an inexpensive Wet coat using a solution for forming a metal oxide film, and includes a substrate having a structural portion, such as a porous substrate or a porous film. It is a main object to provide a method for producing a metal oxide film that can obtain a metal oxide film that is uniform, dense, and has a sufficient film thickness without being affected by the surface crystallinity of the substrate having the same. It is the purpose.

上記課題を解決するために、金属源として金属塩または金属錯体と、酸化剤および還元剤の少なくとも一方とが溶解した第一金属酸化物膜形成用溶液と、基材とを接触させることにより上記基材上に第一金属酸化物膜を形成する第一金属酸化物膜形成工程と、上記第一金属酸化物膜を備えた基材を金属酸化物膜形成温度以上の温度まで加熱し、金属源として金属塩または金属錯体が溶解した第二金属酸化物膜形成用溶液と接触させることにより第二金属酸化物膜を得る第二金属酸化物膜形成工程とを有する金属酸化物膜の製造方法を提供する。   In order to solve the above-mentioned problems, a metal salt or metal complex as a metal source, a solution for forming a first metal oxide film in which at least one of an oxidizing agent and a reducing agent is dissolved, and a substrate are brought into contact with each other. A first metal oxide film forming step of forming a first metal oxide film on the substrate, and heating the substrate including the first metal oxide film to a temperature equal to or higher than a metal oxide film forming temperature, A method for producing a metal oxide film comprising a second metal oxide film forming step of obtaining a second metal oxide film by contacting with a solution for forming a second metal oxide film in which a metal salt or metal complex is dissolved as a source I will provide a.

本発明によれば、上記第一金属酸化物膜形成工程において、第一金属酸化物膜形成用溶液を用いることにより、例えば、基材が構造部を有する場合であっても、上記溶液が構造部内に容易に侵入することができることから、構造部内部または表面に第一金属酸化物膜を得ることができる。また、上記第二金属酸化物膜形成工程において、上記第一金属酸化物膜を備えた基材を金属酸化物膜形成温度以上の温度まで加熱し、第二金属酸化物膜形成用溶液と接触させることにより、上記第一金属酸化物膜上に第二金属酸化物膜を設けることができ、その結果、均一かつ緻密で充分な膜厚を有する金属酸化物膜を得ることができる。また、第一金属酸化物膜形成用溶液および第二金属酸化物膜形成用溶液に含まれる金属源の種類を変えることにより、例えば、多孔質材料の内部と表面部とで種類の異なる金属酸化物膜を形成することができる。   According to the present invention, in the first metal oxide film forming step, by using the first metal oxide film forming solution, for example, even when the substrate has a structure part, the solution has a structure. Since it can penetrate | invade easily in a part, a 1st metal oxide film can be obtained in a structure part inside or a surface. In the second metal oxide film forming step, the substrate provided with the first metal oxide film is heated to a temperature equal to or higher than the metal oxide film forming temperature and brought into contact with the second metal oxide film forming solution. By doing so, a second metal oxide film can be provided on the first metal oxide film, and as a result, a metal oxide film having a uniform, dense and sufficient film thickness can be obtained. In addition, by changing the type of metal source contained in the first metal oxide film forming solution and the second metal oxide film forming solution, for example, different types of metal oxides can be used in the porous material inside and on the surface portion. A physical film can be formed.

また、上記発明においては、上記第一金属酸化物膜形成用溶液と上記基材とを接触させる際に、酸化性ガスを混合することが好ましく、中でも上記酸化性ガスが、酸素またはオゾンであることがより好ましい。酸化性ガスを混合させることによって、第一金属酸化物膜の生成速度を向上させることができるからである。   Moreover, in the said invention, when making the said 1st metal oxide film formation solution and the said base material contact, it is preferable to mix oxidizing gas, and especially said oxidizing gas is oxygen or ozone. It is more preferable. This is because the generation rate of the first metal oxide film can be improved by mixing the oxidizing gas.

また、上記発明においては、上記第一金属酸化物膜形成用溶液と上記基材とを接触させる際に、紫外線を照射することが好ましい。紫外線を照射することによって、水の電気分解に相当する反応を誘発することができると考えられ、発生した水酸化物イオンによって、上記第一金属酸化物膜形成用溶液のpHを上昇させ、第一金属酸化物膜の形成しやすい環境とすることができるからである。さらに、紫外線を照射することによって、得られる第一金属酸化物膜の結晶性を向上させることもできる。   Moreover, in the said invention, when making the said 1st metal oxide film formation solution and the said base material contact, it is preferable to irradiate with an ultraviolet-ray. It is considered that the reaction corresponding to the electrolysis of water can be induced by irradiating with ultraviolet rays. The generated hydroxide ions raise the pH of the first metal oxide film forming solution, and It is because it can be set as the environment where a monometallic oxide film is easy to form. Furthermore, the crystallinity of the obtained first metal oxide film can be improved by irradiating with ultraviolet rays.

また、上記発明においては、上記第二金属酸化物膜形成用溶液を噴霧することにより、上記第一金属酸化物膜を備えた基材と接触させることが好ましい。上記第二金属酸化物形成用溶液を噴霧することにより、第一金属酸化物膜を備えた基材の温度を低下させることなく、上記第二金属酸化物形成用溶液を接触させることができるからである。   Moreover, in the said invention, it is preferable to make it contact with the base material provided with the said 1st metal oxide film by spraying the said solution for 2nd metal oxide film formation. By spraying the second metal oxide forming solution, the second metal oxide forming solution can be contacted without lowering the temperature of the base material provided with the first metal oxide film. It is.

また、上記発明においては、上記第二金属酸化物膜形成用溶液が、酸化剤および還元剤の少なくとも一方を含有することが好ましい。上記第二金属酸化物膜形成用溶液に、酸化剤および還元剤の少なくとも一方を含有させることにより、従来のスプレー熱分解法に比べ、より低い基材加熱温度で金属酸化物膜を得ることができるからである。また、本発明によれば、上記酸化剤および上記還元剤を組み合わせて使用しても、低い基材加熱温度で金属酸化物膜を得ることができる。   Moreover, in the said invention, it is preferable that the said 2nd metal oxide film formation solution contains at least one of an oxidizing agent and a reducing agent. By containing at least one of an oxidizing agent and a reducing agent in the second metal oxide film forming solution, a metal oxide film can be obtained at a lower substrate heating temperature compared to the conventional spray pyrolysis method. Because it can. Further, according to the present invention, even when the oxidizing agent and the reducing agent are used in combination, a metal oxide film can be obtained at a low substrate heating temperature.

また、上記発明においては、上記第二金属酸化物膜形成用溶液が、酸化剤として過酸化水素または亜硝酸ナトリウムを含有することが好ましい。第一金属酸化物膜を備えた基材の加熱温度を低下することができ、従来のスプレー熱分解法に比べ、低い基材加熱温度で金属酸化物膜を得ることができるからである。   Moreover, in the said invention, it is preferable that the said 2nd metal oxide film formation solution contains hydrogen peroxide or sodium nitrite as an oxidizing agent. This is because the heating temperature of the base material provided with the first metal oxide film can be lowered, and the metal oxide film can be obtained at a lower base material heating temperature as compared with the conventional spray pyrolysis method.

また、上記発明においては、上記第二金属酸化物膜形成用溶液が、還元剤としてボラン系錯体を含有することが好ましい。第一金属酸化物膜を備えた基材の加熱温度を低下することができ、従来のスプレー熱分解法に比べ、低い基材加熱温度で金属酸化物膜を得ることができるからである。   Moreover, in the said invention, it is preferable that the said 2nd metal oxide film formation solution contains a borane complex as a reducing agent. This is because the heating temperature of the base material provided with the first metal oxide film can be lowered, and the metal oxide film can be obtained at a lower base material heating temperature as compared with the conventional spray pyrolysis method.

また、上記発明においては、上記第一金属酸化物膜形成用溶液に用いられる金属源が、Mg、Al、Si、Ca、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Ag、In、Sn、Ce、Sm、Pb、La、Hf、Sc、Gd、およびTaからなる群から選択される少なくとも一つの金属元素を含有することが好ましい。上記金属元素は、プールベ線図において金属酸化物領域、あるいは金属水酸化物領域を有しているため、第一金属酸化物膜の主用構成元素として適している。   In the above invention, the metal source used for the first metal oxide film forming solution is Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, It is preferable to contain at least one metal element selected from the group consisting of Zr, Ag, In, Sn, Ce, Sm, Pb, La, Hf, Sc, Gd, and Ta. Since the metal element has a metal oxide region or a metal hydroxide region in the Pourbaille diagram, it is suitable as a main constituent element of the first metal oxide film.

また、上記発明においては、上記第二金属酸化物膜形成用溶液に用いられる金属源が、Mg、Al、Si、Ca、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Ag、In、Sn、Ce、Sm、Pb、La、Hf、Sc、Gd、Ta、Cr、Ga、Sr、Nb、Mo、Pd、Sb、Te、Ba、およびWからなる群から選択される少なくとも一つの金属元素を含有することが好ましい。上記金属元素は、安定した金属酸化物を作製できるため、第二金属酸化物膜の主用構成元素として適している。   In the above invention, the metal source used in the second metal oxide film forming solution is Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Selected from the group consisting of Zr, Ag, In, Sn, Ce, Sm, Pb, La, Hf, Sc, Gd, Ta, Cr, Ga, Sr, Nb, Mo, Pd, Sb, Te, Ba, and W It is preferable to contain at least one metal element. Since the metal element can produce a stable metal oxide, it is suitable as a main constituent element of the second metal oxide film.

また、上記発明においては、上記第一金属酸化物膜形成用溶液および上記第二金属酸化物膜形成用溶液の少なくとも一方が、塩素酸イオン、過塩素酸イオン、亜塩素酸イオン、次亜塩素酸イオン、臭素酸イオン、次臭素酸イオン、硝酸イオン、および亜硝酸イオンからなる群から選択される少なくとも一つのイオン種を含有することが好ましい。上記イオン種は、電子と反応することにより、水酸化物イオンを発生することができ、金属酸化物膜形成用溶液のpHを上昇させ、金属酸化物膜等の形成しやすい環境とすることができるからである。   In the above invention, at least one of the first metal oxide film forming solution and the second metal oxide film forming solution is a chlorate ion, a perchlorate ion, a chlorite ion, or a hypochlorite. It is preferable to contain at least one ionic species selected from the group consisting of acid ions, bromate ions, hypobromate ions, nitrate ions, and nitrite ions. The ionic species can generate hydroxide ions by reacting with electrons, raise the pH of the metal oxide film forming solution, and make it easy to form a metal oxide film or the like. Because it can.

また、上記発明においては、上記第二金属酸化物膜形成用溶液が、さらにセラミックス微粒子を含有することが好ましい。上記セラミックス微粒子を用いることによって、上記セラミックス微粒子を取り囲むように金属酸化物膜が形成され、異種セラミックスの混合膜を得ることや金属酸化物膜の体積増加を図ることができるからである。   Moreover, in the said invention, it is preferable that the said 2nd metal oxide film formation solution contains ceramic fine particle further. This is because by using the ceramic fine particles, a metal oxide film is formed so as to surround the ceramic fine particles, and a mixed film of different ceramics can be obtained and the volume of the metal oxide film can be increased.

本発明は、複雑な構造部を有する基材や多孔質材料の基材等に対して、均一かつ緻密で充分な膜厚を有する金属酸化物膜を得ることができるという効果を奏する。   The present invention has an effect that a metal oxide film having a uniform, dense and sufficient film thickness can be obtained on a substrate having a complicated structure or a substrate made of a porous material.

以下、本発明の金属酸化物膜の製造方法について詳細に説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the metal oxide film of this invention is demonstrated in detail.

本発明の金属酸化物膜の製造方法は、金属源として金属塩または金属錯体と、酸化剤および還元剤の少なくとも一方とが溶解した第一金属酸化物膜形成用溶液と、基材とを接触させることにより上記基材上に第一金属酸化物膜を形成する第一金属酸化物膜形成工程と、上記第一金属酸化物膜を備えた基材を金属酸化物膜形成温度以上の温度まで加熱し、金属源として金属塩または金属錯体が溶解した第二金属酸化物膜形成用溶液と接触させることにより第二金属酸化物膜を得る第二金属酸化物膜形成工程とを有するものである。   In the method for producing a metal oxide film of the present invention, a metal salt or metal complex as a metal source, a solution for forming a first metal oxide film in which at least one of an oxidizing agent and a reducing agent is dissolved, and a substrate are contacted A first metal oxide film forming step for forming a first metal oxide film on the base material, and a base material provided with the first metal oxide film up to a temperature equal to or higher than a metal oxide film forming temperature. A second metal oxide film forming step of obtaining a second metal oxide film by heating and contacting with a solution for forming a second metal oxide film in which a metal salt or metal complex is dissolved as a metal source .

本発明においては、例えば、多孔質材料である基材に対して、均一かつ緻密で充分な膜厚を有する導電膜を付与することができる。具体的には、多孔質酸化チタンを表面に備えた基材に対して緻密なITO透明導電膜を付与することができる。
また、本発明においては、例えば、エッチング技術によって微細加工を施した金属基材に対して非金属的な性質を付与することができる。具体的には、絶縁性を付与することが挙げられ、従来の樹脂による絶縁手法と比較して高温で用いることが可能となる。さらに、このような方法で製造した金属酸化物膜は、金属基材との密着性に優れ、緻密であるため、従来の樹脂による絶縁手法が10μm程度の膜厚を必要としていたのに対して、1μm程度の膜厚の金属酸化物膜であっても同等の絶縁性を得ることができる。
また、本発明においては、例えば、エッチング技術によって微細加工を施した金属基材に対して耐食性を付与することができる。具体的には、酸やアルカリに強く、さらに導電性を有するような金属酸化物膜を成膜することにより、金属のみでは使用不可能であった環境においても、使用可能な部材を得ることができる。さらに、本発明においては、上記耐食性を備えた着色金属酸化物膜を得ることができることから、意匠性が求められる部材、具体的にはビルやプラントの酸性雨対策用部材等にも用いることができる。
また、本発明は、微細加工を施した樹脂基材等にも適用することができる。本発明を用いることによって、安価で加工しやすい樹脂を微細加工し、耐有機溶剤性、親水性、生体親和性を付与することができるため、有機溶剤プラント、有機溶剤容器、バイオチップ、理化学機器全般に使用することができる。
In the present invention, for example, a conductive film having a uniform, dense and sufficient film thickness can be applied to a substrate which is a porous material. Specifically, a dense ITO transparent conductive film can be applied to a substrate provided with porous titanium oxide on the surface.
Moreover, in this invention, a nonmetallic property can be provided with respect to the metal base material which performed the fine process with the etching technique, for example. Specifically, it is possible to provide insulation, and it can be used at a higher temperature than the conventional resin insulation method. Furthermore, since the metal oxide film manufactured by such a method has excellent adhesion to the metal substrate and is dense, the conventional insulation method using a resin requires a film thickness of about 10 μm. Even a metal oxide film having a thickness of about 1 μm can provide the same insulating property.
Moreover, in this invention, corrosion resistance can be provided with respect to the metal base material which performed the fine process with the etching technique, for example. Specifically, by forming a metal oxide film that is resistant to acids and alkalis and that has electrical conductivity, it is possible to obtain a usable member even in an environment that cannot be used only with metal. it can. Furthermore, in the present invention, since the colored metal oxide film having the above corrosion resistance can be obtained, it can be used for a member requiring design properties, specifically, a member for measures against acid rain in a building or a plant. it can.
The present invention can also be applied to a resin base material or the like that has been subjected to fine processing. By using the present invention, an inexpensive and easy-to-process resin can be finely processed to impart organic solvent resistance, hydrophilicity, and biocompatibility, so that an organic solvent plant, organic solvent container, biochip, physics and chemistry equipment Can be used in general.

次に、本発明の金属酸化物膜の製造方法について図を用いて説明する。例えば、図1に示すように、第一金属酸化物膜形成工程において、基材1を第一金属酸化物膜形成用溶液2に浸漬させることにより接触させ(図1(a))、基材1上に第一金属酸化物膜3を形成させる(図1(b))。続いて、第二金属酸化物膜形成工程において、第一金属酸化物膜3を備えた基材1を、金属酸化物膜形成温度以上の温度まで加熱し、第二金属酸化物膜形成用溶液4をスプレー装置5により噴霧することにより接触させ(図1(c))、第一金属酸化物膜上に第二金属酸化物膜を設け、その結果、緻密な金属酸化物膜6を得る方法である。   Next, the manufacturing method of the metal oxide film of this invention is demonstrated using figures. For example, as shown in FIG. 1, in the first metal oxide film forming step, the base material 1 is brought into contact with the first metal oxide film forming solution 2 by immersion (FIG. 1 (a)). 1 is formed with a first metal oxide film 3 (FIG. 1B). Subsequently, in the second metal oxide film formation step, the base material 1 provided with the first metal oxide film 3 is heated to a temperature equal to or higher than the metal oxide film formation temperature, and the second metal oxide film formation solution 4 is brought into contact by spraying with a spray device 5 (FIG. 1C), a second metal oxide film is provided on the first metal oxide film, and as a result, a dense metal oxide film 6 is obtained. It is.

次に、本発明の金属酸化物膜の製造方法における金属源の価数の変化について、金属源としてセリウムイオンCe3+を含有する第一および第二金属酸化物膜形成用溶液から酸化セリウム(CeO)膜を得る場合を用いて説明する。本発明においては、第一金属酸化物膜形成工程および第二金属酸化物膜形成工程のいずれの工程においても、セリウムイオンCe3+を含有する金属酸化物膜形成用溶液から酸化セリウム(CeO)が形成される。図2はセリウムのプールべ線図であるが、本発明においては、金属酸化物膜形成用溶液内でCe3+(図中のCe3+領域に相当)として存在しているセリウムが、価数を変化させCeO膜(図中のCeO領域に相当)になる。すなわち、本発明においては、セリウムイオンが、熱等の効果によって、図中のCe3+領域からCeO領域に至ったものだと考えることができる。また、本発明に好適に用いられる酸化剤、還元剤、酸化性ガス、紫外線等も加熱の場合と同様に、Ce3+領域のセリウムイオンをよりCeO領域に近づきやすい状態にさせていると考えることができる。このことから、同様の金属酸化物領域を有する金属元素であれば、本発明の製造方法により、同様に金属酸化物膜を製造することができると考えられる。また、金属水酸化物領域を有する金属元素であっても、金属水酸化物膜を加熱することにより金属酸化物膜が得られる。 Next, regarding the change in the valence of the metal source in the method for producing a metal oxide film of the present invention, cerium oxide (CeO) from the first and second metal oxide film forming solutions containing cerium ions Ce 3+ as the metal source. 2 ) A case of obtaining a film will be described. In the present invention, cerium oxide (CeO 2 ) is used from a metal oxide film forming solution containing cerium ions Ce 3+ in both the first metal oxide film forming process and the second metal oxide film forming process. Is formed. FIG. 2 is a pool line diagram of cerium. In the present invention, cerium existing as Ce 3+ (corresponding to the Ce 3+ region in the figure) in the metal oxide film forming solution has a valence of A CeO 2 film (corresponding to the CeO 2 region in the figure) is changed. That is, in the present invention, it can be considered that the cerium ions have reached the CeO 2 region from the Ce 3+ region in the figure by the effect of heat or the like. Further, the oxidant, reducing agent, oxidizing gas, ultraviolet light, and the like that are preferably used in the present invention are considered to make the cerium ions in the Ce 3+ region more likely to approach the CeO 2 region as in the case of heating. be able to. From this, it is considered that a metal oxide film can be similarly manufactured by the manufacturing method of the present invention as long as it is a metal element having a similar metal oxide region. Moreover, even if it is a metal element which has a metal hydroxide area | region, a metal oxide film is obtained by heating a metal hydroxide film | membrane.

本発明に用いられる上記還元剤の作用について、本発明の第一金属酸化物膜形成工程において、金属源として硝酸セリウム(Ce(NO)、還元剤としてボラン−ジメチルアミン錯体(別名:ジメチルアミンボラン、DMAB)、溶媒として水を用い、酸化セリウム(CeO)膜を形成する場合を用いて説明する。
上記酸化セリウム膜は、まだ明確ではないが、以下の6つの式により形成されると考えられている。
(i) Ce(NO → Ce3++3NO
(ii) (CHNHBH+2HO → BO +(CHNH+7H+6e
(iii) 2HO+2e → 2OH+H
(iv) Ce3+ → Ce4++e
(v) Ce4++2OH → Ce(OH) 2+
(vi) Ce(OH) 2+ → CeO+H
Regarding the action of the reducing agent used in the present invention, in the first metal oxide film forming step of the present invention, cerium nitrate (Ce (NO 3 ) 3 ) as a metal source and borane-dimethylamine complex (also known as: A case where a cerium oxide (CeO 2 ) film is formed using dimethylamine borane (DMAB) and water as a solvent will be described.
The cerium oxide film is not yet clear, but is considered to be formed by the following six equations.
(I) Ce (NO 3 ) 3 → Ce 3+ + 3NO 3
(Ii) (CH 3 ) 2 NHBH 3 + 2H 2 O → BO 2 + (CH 3 ) 2 NH + 7H + + 6e
(Iii) 2H 2 O + 2e → 2OH + H 2
(Iv) Ce 3+ → Ce 4+ + e
(V) Ce 4+ + 2OH → Ce (OH) 2 2+
(Vi) Ce (OH) 2 2+ → CeO 2 + H 2

この時、硝酸セリウムは水溶液中でセリウムイオンとなり((i)式)、続いて、還元剤DMABが分解((ii)式)することにより、電子を放出する。その後、放出された電子が水の電気分解((iii)式)を誘発し、水酸化物イオンを発生させ金属酸化物膜形成用溶液のpHを上昇させる。その結果、セリウムイオンは価数を変化させ((iv)式)、さらに発生した水酸化物イオンと反応し((v)式)、Ce(OH) 2+が生成する。その後、基材近傍のCe(OH) 2+が局所的なpHの上昇によりCeOとなる((vi)式)。そして、(ii)〜(vi)式の反応が繰り返されることによって、酸化セリウム膜が形成される。 At this time, cerium nitrate becomes cerium ions in the aqueous solution (formula (i)), and then the reducing agent DMAB decomposes (formula (ii)) to release electrons. Thereafter, the emitted electrons induce water electrolysis (formula (iii)) to generate hydroxide ions and raise the pH of the metal oxide film forming solution. As a result, the cerium ion changes the valence (formula (iv)) and further reacts with the generated hydroxide ion (formula (v)) to produce Ce (OH) 2 2+ . Thereafter, Ce (OH) 2 2+ in the vicinity of the substrate becomes CeO 2 due to a local increase in pH (formula (vi)). Then, the cerium oxide film is formed by repeating the reactions of formulas (ii) to (vi).

また、本発明に用いられる上記酸化剤の作用について、上記還元剤の場合と同じく第一金属酸化物膜形成工程において、金属源として硝酸セリウム(Ce(NO)を用い、酸化剤として塩素酸ナトリウム(NaClO)、溶媒として水を用い、酸化セリウム(CeO)膜を形成する場合を用いて説明する。
上記酸化セリウム膜は、まだ明確ではないが、以下の3つの式により形成されると考えられている。
(vii) Ce(NO → Ce3++3NO
(viii) 2Ce3++ClO → 2Ce4++ClO
(ix) Ce4++2HO → CeO+4H
As for the action of the oxidizing agent used in the present invention, cerium nitrate (Ce (NO 3 ) 3 ) is used as the metal source in the first metal oxide film forming step as in the case of the reducing agent, and the oxidizing agent is used. Description will be made using sodium chlorate (NaClO 3 ) and water as a solvent to form a cerium oxide (CeO 2 ) film.
Although the cerium oxide film is not yet clear, it is considered to be formed by the following three expressions.
(Vii) Ce (NO 3 ) 3 → Ce 3+ + 3NO 3
(Viii) 2Ce 3+ + ClO 3 → 2Ce 4+ + ClO 2
(Ix) Ce 4+ + 2H 2 O → CeO 2 + 4H +

この時、硝酸セリウムは水溶液中でセリウムイオンとなり((vii)式)、続いて、酸化剤(NaClO)が溶解してなる塩素酸イオン(ClO )がセリウムイオンの価数を変化させ((viii)式)、生じたCe4+は、水と反応することにより、CeOとなる((ix)式)。そして、(viii)〜(ix)式の反応が繰り返されることによって、酸化セリウム膜が形成される。なお、(viii)式で生じたCe4+は、プールベ線図では、CeOもしくはCe(OH) 2+としてしか存在できず、本発明においては、Ce4+が生じた段階で即座にCeOとして析出するものであると考えられる。 At this time, cerium nitrate becomes cerium ion in the aqueous solution (formula (vii)), and then chlorate ion (ClO 3 ) obtained by dissolving the oxidizing agent (NaClO 3 ) changes the valence of cerium ion. (Formula (viii)), and the resulting Ce 4+ reacts with water to become CeO 2 (formula (ix)). Then, the cerium oxide film is formed by repeating the reactions of formulas (viii) to (ix). In addition, Ce 4+ generated in the formula (viii) can exist only as CeO 2 or Ce (OH) 2 2+ in the Pourbaix diagram, and in the present invention, immediately after Ce 4+ is generated, it is immediately converted into CeO 2. It is thought that it precipitates.

なお、本発明においては、溶媒として、水ではなく、アルコール、有機溶媒等を使用した際においても、上記反応と類似の反応、もしくは溶媒中に含まれる微量の水分により、金属酸化物膜が生成すると考えられる。
以下、本発明の金属酸化物膜の製造方法について、第一金属酸化物膜形成用工程と第二金属酸化物膜形成工程とにわけて、それぞれ詳細に説明する。
In the present invention, even when an alcohol, an organic solvent, or the like is used as a solvent instead of water, a metal oxide film is formed by a reaction similar to the above reaction or a trace amount of water contained in the solvent. I think that.
Hereinafter, the method for producing a metal oxide film of the present invention will be described in detail, divided into a first metal oxide film forming step and a second metal oxide film forming step.

A.第一金属酸化物膜形成工程
本発明における第一金属酸化物膜形成工程は、金属源として金属塩または金属錯体と、酸化剤および還元剤の少なくとも一方とが溶解した第一金属酸化物膜形成用溶液と、基材とを接触させることにより上記基材上に第一金属酸化物膜を形成する工程である。
A. First metal oxide film forming step In the first metal oxide film forming step of the present invention, the first metal oxide film is formed by dissolving a metal salt or metal complex as a metal source and at least one of an oxidizing agent and a reducing agent. In this step, the first metal oxide film is formed on the substrate by bringing the solution for use into contact with the substrate.

本工程においては、第一金属酸化物膜形成用溶液を用いるWetコートであるため、例えば、基材が複雑な構造部を有する場合であっても、上記溶液が構造部内に容易に侵入することができることから、構造部内部または表面に第一金属酸化物膜を得ることができる。さらに、上記第一金属酸化物膜形成用溶液に含有される酸化剤および/または還元剤により、第一金属酸化物膜が生じやすい環境とすることができる。以下、本工程において用いられる第一金属酸化物膜形成用溶液等について、詳細に説明する。   In this step, since the wet coating uses the first metal oxide film forming solution, for example, even when the substrate has a complicated structure part, the solution easily penetrates into the structure part. Therefore, the first metal oxide film can be obtained inside or on the surface of the structure part. Furthermore, it can be set as the environment where a 1st metal oxide film tends to produce with the oxidizing agent and / or reducing agent which are contained in the said solution for 1st metal oxide film formation. Hereinafter, the first metal oxide film forming solution and the like used in this step will be described in detail.

1.第一金属酸化物膜形成用溶液
まず、本発明の金属酸化物膜の製造方法に用いられる第一金属酸化物膜形成用溶液について説明する。本発明に用いられる第一金属酸化物膜形成用溶液は、酸化剤および/または還元剤と、金属源である金属塩または金属錯体と、溶媒とを少なくとも含有するものである。
1. First Metal Oxide Film Forming Solution First, the first metal oxide film forming solution used in the method for producing a metal oxide film of the present invention will be described. The first metal oxide film forming solution used in the present invention contains at least an oxidizing agent and / or a reducing agent, a metal salt or metal complex as a metal source, and a solvent.

(1)酸化剤
本発明の第一金属酸化物膜形成用溶液に用いられる酸化剤は、後述する金属源が溶解してなる金属イオン等の酸化を促進する働きを有するものである。金属イオン等の価数を変化させることにより、第一金属酸化物膜の発生しやすい環境とすることができる。
本発明に用いられる第一金属酸化物膜形成用溶液における上記酸化剤の濃度としては、酸化剤の種類に応じて異なるものではあるが、通常0.001〜1mol/lであり、
中でも0.01〜0.1mol/lであることが好ましい。濃度が上記範囲以下であると、第一金属酸化物膜が形成しない可能性があり、濃度が上記範囲以上であると、得られる効果に大差が見られず、コスト上好ましくないからである。
(1) Oxidizing agent The oxidizing agent used in the first metal oxide film forming solution of the present invention has a function of promoting oxidation of metal ions or the like formed by dissolving a metal source described later. By changing the valence of metal ions or the like, it is possible to create an environment in which the first metal oxide film is easily generated.
The concentration of the oxidant in the first metal oxide film forming solution used in the present invention is usually 0.001 to 1 mol / l, although it varies depending on the type of the oxidant.
Among these, 0.01 to 0.1 mol / l is preferable. This is because if the concentration is below the above range, the first metal oxide film may not be formed, and if the concentration is above the above range, there will be no significant difference in the obtained effect, which is not preferable in terms of cost.

このような酸化剤としては、後述する溶媒に溶解し、金属源の酸化を促進することができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、過酸化水素、亜硝酸ナトリウム、亜硝酸カリウム、臭素酸ナトリウム、臭素酸カリウム、酸化銀、二クロム酸、過マンガン酸カリウム等が挙げられ、中でも過酸化水素、亜硝酸ナトリウムを使用することが好ましい。   Such an oxidizing agent is not particularly limited as long as it can be dissolved in a solvent described later and accelerate the oxidation of the metal source. For example, hydrogen peroxide, sodium nitrite, potassium nitrite Sodium bromate, potassium bromate, silver oxide, dichromic acid, potassium permanganate and the like. Among them, hydrogen peroxide and sodium nitrite are preferably used.

(2)還元剤
本発明の第一金属酸化物膜形成用溶液に用いられる還元剤は、分解反応により電子を放出し、水の電気分解によって水酸化物イオンを発生させ、上記第一金属酸化物膜形成用溶液のpHを上げる働きを有するものである。上記第一金属酸化物膜形成用溶液のpHを上昇させ、プールベ線図における金属酸化物領域あるいは金属水酸化物領域へ誘導し、第一金属酸化物膜の発生しやすい環境とすることができる。
(2) Reducing agent The reducing agent used in the first metal oxide film-forming solution of the present invention releases electrons by a decomposition reaction and generates hydroxide ions by water electrolysis. It has the function of raising the pH of the substance film forming solution. The pH of the solution for forming the first metal oxide film can be raised and guided to the metal oxide region or the metal hydroxide region in the Pourbaix diagram, thereby creating an environment where the first metal oxide film is likely to be generated. .

本発明に用いられる第一金属酸化物膜形成用溶液における上記還元剤の濃度としては、還元剤の種類に応じて異なるものではあるが、通常0.001〜1mol/lであり、
中でも0.01〜0.1mol/lであることが好ましい。濃度が上記範囲以下であると、第一金属酸化物膜が形成しない可能性があり、濃度が上記範囲以上であると、得られる効果に大差が見られず、コスト上好ましくないからである。
The concentration of the reducing agent in the first metal oxide film forming solution used in the present invention varies depending on the type of the reducing agent, but is usually 0.001 to 1 mol / l.
Among these, 0.01 to 0.1 mol / l is preferable. This is because if the concentration is below the above range, the first metal oxide film may not be formed, and if the concentration is above the above range, there will be no significant difference in the obtained effect, which is not preferable in terms of cost.

このような還元剤としては、後述する溶媒に溶解し、分解反応により電子を放出することができるものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、ボラン−tert−ブチルアミン錯体、ボラン−N,Nジエチルアニリン錯体、ボラン−ジメチルアミン錯体、ボラン−トリメチルアミン錯体等のボラン系錯体、水酸化シアノホウ素ナトリウム、水酸化ホウ素ナトリウムを挙げることができ、中でもボラン系錯体を使用することが好ましい。   Such a reducing agent is not particularly limited as long as it can be dissolved in a solvent described later and can release electrons by a decomposition reaction. For example, borane-tert-butylamine complex, borane- Examples thereof include borane complexes such as N, N diethylaniline complex, borane-dimethylamine complex, borane-trimethylamine complex, sodium cyanoborohydride, and sodium borohydride. Among them, borane complex is preferably used.

また、本工程においては、還元剤と上述した酸化剤とを組み合わせて使用しても、第一金属酸化物膜を形成することができる。このような還元剤および酸化剤の組合せとしては、特に限定されるものではないが、例えば、過酸化水素または亜硝酸ナトリウムと任意の還元剤との組合せ、任意の酸化剤とボラン系錯体との組合せ等が挙げられ、中でも、過酸化水素とボラン系錯体との組合せが好ましい。   In this step, the first metal oxide film can be formed even when a reducing agent and the above-described oxidizing agent are used in combination. Such a combination of a reducing agent and an oxidizing agent is not particularly limited. For example, a combination of hydrogen peroxide or sodium nitrite and an arbitrary reducing agent, or an arbitrary oxidizing agent and a borane complex. The combination etc. are mentioned, Especially, the combination of hydrogen peroxide and a borane-type complex is preferable.

(3)金属源
本発明の第一金属酸化物膜形成用溶液に用いられる金属源は、第一金属酸化物膜形成用溶液に溶解し、上述した酸化剤、還元剤等の作用により第一金属酸化物膜を与えるものであれば、金属塩であっても良く、金属錯体であっても良い。なお、本発明における「金属錯体」とは、金属イオンに対して無機物または有機物が配位したもの、あるいは、分子中に金属−炭素結合を有する、いわゆる有機金属化合物を含むものである。
本発明に用いられる第一金属酸化物膜形成用溶液における上記金属源の濃度としては、金属源が金属塩の場合、通常0.001〜1mol/lであり、中でも0.01〜0.1mol/lであることが好ましく、金属源が金属錯体である場合、通常0.001〜1mol/lであり、中でも0.01〜0.1mol/lであることが好ましい。濃度が上記範囲以下であると、第一金属酸化物膜が充分に形成せず、緻密化に貢献できない可能性があり、濃度が上記範囲以上であると、均一な膜厚の金属酸化物膜を得ることができない可能性があるからである。
(3) Metal source The metal source used in the first metal oxide film-forming solution of the present invention is dissolved in the first metal oxide film-forming solution, and is first produced by the action of the oxidizing agent, reducing agent and the like described above. Any metal salt or metal complex may be used as long as it provides a metal oxide film. The “metal complex” in the present invention includes a metal ion coordinated with an inorganic substance or an organic substance, or a so-called organometallic compound having a metal-carbon bond in the molecule.
The concentration of the metal source in the first metal oxide film forming solution used in the present invention is usually 0.001 to 1 mol / l, particularly 0.01 to 0.1 mol when the metal source is a metal salt. When the metal source is a metal complex, it is usually 0.001 to 1 mol / l, and particularly preferably 0.01 to 0.1 mol / l. If the concentration is not more than the above range, the first metal oxide film may not be sufficiently formed and may not contribute to densification. If the concentration is not less than the above range, the metal oxide film has a uniform thickness. This is because there is a possibility that cannot be obtained.

このような金属源を構成する金属元素としては、所望の第一金属酸化物膜を得ることができれば特に限定されるものではないが、例えば、Mg、Al、Si、Ca、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Ag、In、Sn、Ce、Sm、Pb、La、Hf、Sc、Gd、およびTaからなる群から選択されることが好ましい。上記金属元素は、プールベ線図において金属酸化物領域、あるいは金属水酸化物領域を有しているため、第一金属酸化物膜の主用構成元素として適している。   The metal element constituting such a metal source is not particularly limited as long as a desired first metal oxide film can be obtained. For example, Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Mn Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Ag, In, Sn, Ce, Sm, Pb, La, Hf, Sc, Gd, and Ta are preferably selected. Since the metal element has a metal oxide region or a metal hydroxide region in the Pourbaille diagram, it is suitable as a main constituent element of the first metal oxide film.

上記金属元素を与える金属塩としては、具体的には、上記金属元素を含む塩化物、硝酸塩、硫酸塩、過塩素酸塩、酢酸塩、リン酸塩、臭素酸塩等を挙げることができる。中でも、本発明においては、塩化物、硝酸塩、酢酸塩を使用することが好ましい。これらの化合物は汎用品として入手が容易だからである。
また、上記金属錯体としては、具体的には、マグネシウムジエトキシド、アルミニウムアセチルアセトナート、カルシウムアセチルアセトナート二水和物、カルシウムジ(メトキシエトキシド)、グルコン酸カルシウム一水和物、クエン酸カルシウム四水和物、サリチル酸カルシウム二水和物、チタンラクテート、チタンアセチルアセトネート、テトライソプロピルチタネート、テトラノルマルブチルチタネート、テトラ(2−エチルヘキシル)チタネート、ブチルチタネートダイマー、チタニウムビス(エチルヘキソキシ)ビス(2−エチル−3−ヒドロキシヘキソキシド)、ジイソプロポキシチタンビス(トリエタノールアミネート)、ジヒドロキシビス(アンモニウムラクテート)チタニウム、ジイソプロポキシチタンビス(エチルアセトアセテート)、チタンペロキソクエン酸アンモニウム四水和物、ジシクロペンタジエニル鉄(II)、乳酸鉄(II)三水和物、鉄(III)アセチルアセトナート、コバルト(II)アセチルアセトナート、ニッケル(II)アセチルアセトナート二水和物、銅(II)アセチルアセトナート、銅(II)ジピバロイルメタナート、エチルアセト酢酸銅(II)、亜鉛アセチルアセトナート、乳酸亜鉛三水和物、サリチル酸亜鉛三水和物、ステアリン酸亜鉛、ストロンチウムジピバロイルメタナート、イットリウムジピバロイルメタナート、ジルコニウムテトラ−n−ブトキシド、ジルコニウム(IV)エトキシド、ジルコニウムノルマルプロピレート、ジルコニウムノルマルブチレート、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムモノアセチルアセトネート、ジルコニウムアセチルアセトネートビスエチルアセトアセテート、ジルコニウムアセテート、ジルコニウムモノステアレート、ペンタ−n−ブトキシニオブ、ペンタエトキシニオブ、ペンタイソプロポキシニオブ、トリス(アセチルアセトナト)インジウム(III)、2−エチルヘキサン酸インジウム(III)、テトラエチルすず、酸化ジブチルすず(IV)、トリシクロヘキシルすず(IV)ヒドロキシド、ランタンアセチルアセトナート二水和物、トリ(メトキシエトキシ)ランタン、ペンタイソプロポキシタンタル、ペンタエトキシタンタル、タンタル(V)エトキシド、セリウム(III)アセチルアセトナートn水和物、クエン酸鉛(II)三水和物、シクロヘキサン酪酸鉛等を挙げることができる。中でも、本発明においては、マグネシウムジエトキシド、アルミニウムアセチルアセトナート、カルシウムアセチルアセトナート二水和物、チタンラクテート、チタンアセチルアセトネート、テトライソプロピルチタネート、テトラノルマルブチルチタネート、テトラ(2−エチルヘキシル)チタネート、ブチルチタネートダイマー、ジイソプロポキシチタンビス(エチルアセトアセテート)、乳酸鉄(II)三水和物、鉄(III)アセチルアセトナート、亜鉛アセチルアセトナート、乳酸亜鉛三水和物、ストロンチウムジピバロイルメタナート、ペンタエトキシニオブ、トリス(アセチルアセトナト)インジウム(III)、2−エチルヘキサン酸インジウム(III)、テトラエチルすず、酸化ジブチルすず(IV)、ランタンアセチルアセトナート二水和物、トリ(メトキシエトキシ)ランタン、セリウム(III)アセチルアセトナートn水和物を使用することが好ましい。
また、本発明においては、第一金属酸化物膜形成用溶液が上記金属元素を2種類以上含有していても良く、複数種の金属元素を使用することにより、例えば、ITO、Gd−CeO、Sm−CeO、Ni−Fe等の複合第一金属酸化物膜を得ることができる。
Specific examples of the metal salt that gives the metal element include chlorides, nitrates, sulfates, perchlorates, acetates, phosphates, bromates, and the like containing the metal elements. Among these, in the present invention, it is preferable to use chloride, nitrate, and acetate. This is because these compounds are easily available as general-purpose products.
Specific examples of the metal complex include magnesium diethoxide, aluminum acetylacetonate, calcium acetylacetonate dihydrate, calcium di (methoxyethoxide), calcium gluconate monohydrate, citric acid Calcium tetrahydrate, calcium salicylate dihydrate, titanium lactate, titanium acetylacetonate, tetraisopropyl titanate, tetranormal butyl titanate, tetra (2-ethylhexyl) titanate, butyl titanate dimer, titanium bis (ethylhexoxy) bis (2 -Ethyl-3-hydroxyhexoxide), diisopropoxytitanium bis (triethanolaminate), dihydroxybis (ammonium lactate) titanium, diisopropoxytitanium bis (ethylacetate) Toacetate), titanium peroxo ammonium citrate tetrahydrate, dicyclopentadienyl iron (II), iron lactate (II) trihydrate, iron (III) acetylacetonate, cobalt (II) acetylacetonate , Nickel (II) acetylacetonate dihydrate, copper (II) acetylacetonate, copper (II) dipivaloylmethanate, copper (II) ethylacetoacetate, zinc acetylacetonate, zinc lactate trihydrate , Zinc salicylate trihydrate, zinc stearate, strontium dipivaloylmethanate, yttrium dipivaloylmethanate, zirconium tetra-n-butoxide, zirconium (IV) ethoxide, zirconium normal propyrate, zirconium normal butyrate , Zirconium tetraacetylacetonate, zirconium monoacetylacetonate, zir Nitroacetylacetonate bisethylacetoacetate, zirconium acetate, zirconium monostearate, penta-n-butoxyniobium, pentaethoxyniobium, pentaisopropoxyniobium, tris (acetylacetonato) indium (III), indium 2-ethylhexanoate (III), tetraethyltin, dibutyltin oxide (IV), tricyclohexyltin (IV) hydroxide, lanthanum acetylacetonate dihydrate, tri (methoxyethoxy) lanthanum, pentaisopropoxytantalum, pentaethoxytantalum, tantalum ( V) Ethoxide, cerium (III) acetylacetonate n-hydrate, lead (II) citrate trihydrate, lead cyclohexanebutyrate and the like. Among them, in the present invention, magnesium diethoxide, aluminum acetylacetonate, calcium acetylacetonate dihydrate, titanium lactate, titanium acetylacetonate, tetraisopropyl titanate, tetranormal butyl titanate, tetra (2-ethylhexyl) titanate , Butyl titanate dimer, diisopropoxy titanium bis (ethylacetoacetate), iron (II) lactate trihydrate, iron (III) acetylacetonate, zinc acetylacetonate, zinc lactate trihydrate, strontium dipivaloyl Methanate, pentaethoxyniobium, tris (acetylacetonato) indium (III), indium (III) 2-ethylhexanoate, tetraethyltin, dibutyltin oxide (IV), lanthanum acetylacetonate dihydrate , It is preferable to use tri (methoxyethoxy) lanthanum, cerium (III) acetylacetonate n-hydrate.
In the present invention, the first metal oxide film forming solution may contain two or more kinds of the above metal elements. By using a plurality of kinds of metal elements, for example, ITO, Gd—CeO 2 , Sm—CeO 2 , Ni—Fe 2 O 3 and other composite first metal oxide films can be obtained.

(4)溶媒
本発明の第一金属酸化物膜形成用溶液に用いられる溶媒は、上述した還元剤および金属源等を溶解することができるものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、金属源が金属塩の場合は、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、プロパノール、ブタノール等の総炭素数が5以下の低級アルコール、トルエン、およびこれらの混合溶媒等を挙げることができ、金属源が金属錯体の場合は、上述した低級アルコール、トルエン、およびこれらの混合溶媒を挙げることができる。また、本工程のおいては、上記溶媒を組み合わせて使用しても良く、例えば、水への溶解性は低いが有機溶媒への溶解性は高い有機金属錯体と、有機溶媒への溶解性は低いが水への溶解性が高い還元剤とを使用する場合は、水と有機溶媒とを混合することにより両者を溶解させ、均一な金属酸化物膜形成用溶液とすることができる。
(5)添加剤
また、本発明に用いられる第一金属酸化物膜形成用溶液は、補助イオン源や界面活性剤等の添加剤を含有していても良い。
上記補助イオン源は、電子と反応し水酸化物イオンを発生するものであり、第一金属酸化物膜形成用溶液のpHを上昇させ、第一金属酸化物膜の形成しやすい環境とすることができる。また、上記補助イオン源の使用量は、使用する金属源や還元剤に合わせて適宜選択して使用することが好ましい。
(4) Solvent The solvent used in the first metal oxide film forming solution of the present invention is not particularly limited as long as it can dissolve the reducing agent and the metal source described above. In the case where the metal source is a metal salt, water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, propanol, butanol and other lower alcohols having a total carbon number of 5 or less, toluene, and mixed solvents thereof can be exemplified. When is a metal complex, the above-mentioned lower alcohol, toluene, and a mixed solvent thereof can be exemplified. In this step, the above solvents may be used in combination, for example, an organometallic complex that has low solubility in water but high solubility in organic solvent, and solubility in organic solvent is When using a reducing agent that is low but has high solubility in water, water and an organic solvent are mixed to dissolve both of them, and a uniform metal oxide film forming solution can be obtained.
(5) Additive The solution for forming the first metal oxide film used in the present invention may contain additives such as an auxiliary ion source and a surfactant.
The auxiliary ion source reacts with electrons to generate hydroxide ions, and raises the pH of the first metal oxide film forming solution so that the first metal oxide film can be easily formed. Can do. The amount of the auxiliary ion source used is preferably appropriately selected according to the metal source and the reducing agent to be used.

このような補助イオン源としては、具体的には、塩素酸イオン、過塩素酸イオン、亜塩素酸イオン、次亜塩素酸イオン、臭素酸イオン、次臭素酸イオン、硝酸イオン、および亜硝酸イオンからなる群から選択されるイオン種を挙げることができる。これらの補助イオン源は、溶液中で下記の反応を起こすと考えられている。
ClO + HO + 2e ⇔ ClO + 2OH
ClO + HO + 2e ⇔ ClO + 2OH
ClO + HO + 2e ⇔ ClO + 2OH
2ClO + 2HO + 2e ⇔ Cl(g)+ 4OH
BrO + 2HO + 4e ⇔ BrO + 4OH
2BrO + 2HO + 2e ⇔ Br + 4OH
NO + HO + 2e ⇔ NO + 2OH
NO + 3HO + 3e ⇔ NH + 3OH
Specific examples of such auxiliary ion sources include chlorate ions, perchlorate ions, chlorite ions, hypochlorite ions, bromate ions, hypobromate ions, nitrate ions, and nitrite ions. An ionic species selected from the group consisting of These auxiliary ion sources are believed to cause the following reactions in solution.
ClO 4 - + H 2 O + 2e - ⇔ ClO 3 - + 2OH -
ClO 3 - + H 2 O + 2e - ⇔ ClO 2 - + 2OH -
ClO 2 - + H 2 O + 2e - ⇔ ClO - + 2OH -
2ClO - + 2H 2 O + 2e - ⇔ Cl 2 (g) + 4OH -
BrO 3 - + 2H 2 O + 4e - ⇔ BrO - + 4OH -
2BrO - + 2H 2 O + 2e - ⇔ Br 2 + 4OH -
NO 3 - + H 2 O + 2e - ⇔ NO 2 - + 2OH -
NO 2 + 3H 2 O + 3e NH NH 3 + 3OH

また、上記界面活性剤は、第一金属酸化物膜形成用溶液と基材表面との界面に作用し、基材表面に金属酸化物膜が生成し易くする働きを有するものである。上記界面活性剤の使用量は、使用する金属源や還元剤に合わせて適宜選択して使用することが好ましい。
このような界面活性剤は、具体的にはサーフィノール485、サーフィノールSE、サーフィノールSE−F、サーフィノール504、サーフィノールGA、サーフィノール104A、サーフィノール104BC、サーフィノール104PPM、サーフィノール104E、サーフィノール104PA等のサーフィノールシリーズ(以上、全て日信化学工業(株)社製)、NIKKOL AM301、NIKKOL AM313ON(以上、全て日光ケミカル社製)等を挙げることができる。
The surfactant acts on the interface between the first metal oxide film forming solution and the substrate surface, and has a function of facilitating the formation of a metal oxide film on the substrate surface. The amount of the surfactant used is preferably selected and used in accordance with the metal source and reducing agent used.
Such surfactants are specifically Surfinol 485, Surfinol SE, Surfinol SE-F, Surfinol 504, Surfinol GA, Surfinol 104A, Surfinol 104BC, Surfinol 104PPM, Surfinol 104E, Surfynol series such as Surfinol 104PA (all manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd.), NIKKOL AM301, NIKKOL AM313ON (all manufactured by Nikko Chemical Co., Ltd.) and the like can be mentioned.

2.第一金属酸化物膜
次に、本工程において形成される第一金属酸化物膜について説明する。本発明において、上記第一金属酸化物膜は、上述した第一金属酸化物膜形成用溶液と基材とを接触させることにより形成するものである。
基材上に担持される第一金属酸化物膜は、後述する第二金属酸化物膜形成工程により所望の緻密性を有する金属酸化物膜を得ることができれば、特に限定されるものではなく、例えば、基材を完全に被覆し金属酸化物膜となっても良く、基材を部分的に被覆していても良い。上記基材を部分的に被覆している第一金属酸化物膜としては、例えば、多孔質基材の内部に海島状に存在している場合、平滑な基材表面上にパターン状に存在している場合等を挙げることができる。
また、第1金属酸化物膜は、第2金属酸化物膜を構成する金属酸化物と結晶系が近いことが好ましく、中でも第2金属酸化物膜を構成する主たる元素を含む金属酸化物膜であることがより好ましい。
2. First Metal Oxide Film Next, the first metal oxide film formed in this step will be described. In the present invention, the first metal oxide film is formed by bringing the first metal oxide film forming solution and the substrate into contact with each other.
The first metal oxide film supported on the substrate is not particularly limited as long as a metal oxide film having a desired denseness can be obtained by a second metal oxide film forming step described later. For example, the base material may be completely covered to form a metal oxide film, or the base material may be partially covered. As the first metal oxide film partially covering the base material, for example, when it exists in the shape of a sea island inside the porous base material, it exists in a pattern on the smooth base material surface. And the like.
The first metal oxide film preferably has a crystal system close to that of the metal oxide constituting the second metal oxide film, and is a metal oxide film containing a main element constituting the second metal oxide film. More preferably.

3.基材
次に、本発明の金属酸化物膜の製造方法に用いられる基材について説明する。本発明に用いられる基材の材料としては、後述する第二金属酸化物膜形成工程における加熱温度に対して耐熱性を有するものであれば、特に限定されるものではないが、例えばガラス、SUS、金属板、セラミック基板、耐熱性プラスチック等を挙げることができ、中でもガラス、SUS、金属板、セラミック基板を使用することが好ましい。汎用性があり、充分な耐熱性を有しているからである。
また、本発明に用いられる基材は、特に限定されるものではないが、例えば、平滑な表面を有するもの、微細構造部を有するもの、穴が開いているもの、溝が刻まれているもの、流路が存在するもの、多孔質であるもの等が挙げられ、中でも、本発明においては、基材が構造部を有するものが好ましく、例えば基材が複雑な微細構造を有するもの、多孔質基材であるもの、多孔質膜を備えた基材等であることが好ましい。第一金属酸化物膜形成用溶液が、これら基材の内部まで侵入して、第一金属酸化物膜を形成し、後述する第二金属酸化物膜形成工程を経ることで良好な形状追従性を有する緻密な金属酸化物膜を得ることができるからである。
3. Next, the base material used in the method for producing a metal oxide film of the present invention will be described. The material of the substrate used in the present invention is not particularly limited as long as it has heat resistance with respect to the heating temperature in the second metal oxide film forming step described later. For example, glass, SUS , Metal plates, ceramic substrates, heat-resistant plastics, etc., among which glass, SUS, metal plates, ceramic substrates are preferably used. This is because it is versatile and has sufficient heat resistance.
The substrate used in the present invention is not particularly limited. For example, a substrate having a smooth surface, a microstructure, a hole, or a groove is engraved. In the present invention, it is preferable that the base material has a structural part, for example, the base material has a complicated fine structure, and is porous. The substrate is preferably a substrate or a substrate provided with a porous film. The first metal oxide film forming solution penetrates into the inside of the base material to form the first metal oxide film, and has a good shape following property through the second metal oxide film forming process described later. This is because a dense metal oxide film having the above can be obtained.

4.基材と第一金属酸化物膜形成用溶液との接触方法
次に、本工程における基材と第一金属酸化物膜形成用溶液との接触方法について説明する。本工程における上記接触方法としては、上述した基材と上述した第一金属酸化物膜形成用溶液とを接触させる方法であれば、特に限定されるものではなく、具体的には、ロールコート法、ディッピング法、枚葉式による方法、溶液を霧状にして塗布する方法等が挙げられる。
例えば、ロールコート法は、例えば図3に示すように、ロール7とロール8の間に、基材1を通過させることにより、基材1上に第一金属酸化物膜を形成する方法であり、連続的な金属酸化物膜の製造に適している。また、ディッピング法は、基材を第一金属酸化物膜形成用溶液に浸漬することにより、基材上に第一金属酸化物膜を形成する方法であって、例えば図4(a)に示すように、基材1全体を第一金属酸化物膜形成用溶液2に浸漬することにより基材1全面に第一金属酸化物膜を形成する方法である。また、図4(a)には示していないが、基材1の表面上に遮蔽部を設けることによって、基材1の表面上にパターン状の第一金属酸化物膜を設けることができる。また、例えば図4(b)に示すように、第一金属酸化物膜形成用溶液2を一定の流量で流し、基材1の内周面にのみ第一金属酸化物膜形成用溶液2を接触させることにより、内周面にのみに第一金属酸化物膜を設けることができる。また、枚葉式による方法は、例えば図5に示すように、第一金属酸化物膜形成用溶液2をポンプ9で循環させ、基材1のみを加熱することにより、基材表面近傍における第一金属酸化物膜形成反応を促進し、基材上に第一金属酸化物膜を形成する方法である。
4). Next, a contact method between the base material and the first metal oxide film forming solution in this step will be described. The contact method in this step is not particularly limited as long as it is a method in which the above-described substrate and the above-described first metal oxide film forming solution are brought into contact with each other. , A dipping method, a single-wafer method, a method of applying the solution in the form of a mist, and the like.
For example, the roll coating method is a method of forming a first metal oxide film on the base material 1 by passing the base material 1 between a roll 7 and a roll 8 as shown in FIG. Suitable for continuous metal oxide film production. The dipping method is a method of forming the first metal oxide film on the base material by immersing the base material in the first metal oxide film forming solution. For example, as shown in FIG. As described above, the first metal oxide film is formed on the entire surface of the base material 1 by immersing the entire base material 1 in the first metal oxide film forming solution 2. Although not shown in FIG. 4A, a patterned first metal oxide film can be provided on the surface of the substrate 1 by providing a shielding portion on the surface of the substrate 1. For example, as shown in FIG. 4B, the first metal oxide film forming solution 2 is allowed to flow at a constant flow rate, and the first metal oxide film forming solution 2 is applied only to the inner peripheral surface of the substrate 1. By contacting, the first metal oxide film can be provided only on the inner peripheral surface. In addition, as shown in FIG. 5, for example, the single-wafer method circulates the first metal oxide film forming solution 2 with a pump 9 and heats only the base material 1, so that This is a method for promoting a reaction for forming a single metal oxide film and forming a first metal oxide film on a substrate.

また、本工程においては、上述した基材と上述した第一金属酸化物膜形成用溶液とを接触させる際に、酸化性ガスを混合すること、紫外線を照射すること、加熱すること、またはこれらを組み合わせることにより、第一金属酸化物膜の生成速度を向上させることができる。以下、これらの方法について説明する。   Further, in this step, when the above-described base material and the above-described first metal oxide film forming solution are brought into contact with each other, an oxidizing gas is mixed, irradiated with ultraviolet rays, heated, or these By combining these, the production speed of the first metal oxide film can be improved. Hereinafter, these methods will be described.

(1)酸化性ガスの混合による生成速度の向上
本工程においては、基材と第一金属酸化物膜形成用溶液とを接触させる際に、酸化性ガスを混合することが好ましい。
このような酸化性ガスとしては、酸化能を有する気体であって、第一金属酸化物膜の生成速度を向上させることができるものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、酸素、オゾン、亜硝酸ガス、二酸化窒素、二酸化窒素、二酸化塩素、ハロゲンガス等が挙げられ、中でも酸素およびオゾンを使用することが好ましく、特にオゾンを使用することが好ましい。工業的に入手が容易であり、低コスト化を図ることができるからである。
(1) Improvement of production rate by mixing of oxidizing gas In this step, it is preferable to mix oxidizing gas when the substrate and the first metal oxide film forming solution are brought into contact with each other.
Such an oxidizing gas is not particularly limited as long as it is a gas having an oxidizing ability and can improve the production rate of the first metal oxide film. For example, oxygen, Examples thereof include ozone, nitrous acid gas, nitrogen dioxide, nitrogen dioxide, chlorine dioxide, and halogen gas. Among them, oxygen and ozone are preferably used, and ozone is particularly preferably used. This is because it is easy to obtain industrially and can reduce the cost.

また、上記酸化性ガスの混合方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、上述した浸漬法を用いた場合は、基材と第一金属酸化物膜形成用溶液とが接触している部分に、気泡状の上記酸化性ガスを接触させる方法が挙げられる。このような気泡状の酸化性ガスの導入は、特に限定されるものではないが、例えば、バブラーを用いる方法が挙げられる。バブラーを使用することにより、酸化性ガスと上記溶液との接触面積を増大させることができ、効率的に第一金属酸化物膜の生成速度を向上させることができるからである。このようなバブラーとしては、一般的なバブラーを使用することができ、例えば、ナフロンバブラー(アズワン社製)等を挙げることができる。また、上記酸化性ガスは、通常ガスボンベから供給することができ、オゾンに関しては、オゾン発生装置から第一金属酸化物膜形成用溶液に供給することができる。   Further, the mixing method of the oxidizing gas is not particularly limited. For example, when the above-described immersion method is used, the base material and the first metal oxide film forming solution are in contact with each other. For example, a method in which the bubble-like oxidizing gas is brought into contact with the portion that is present. The introduction of such a bubble-like oxidizing gas is not particularly limited, and examples thereof include a method using a bubbler. By using a bubbler, the contact area between the oxidizing gas and the solution can be increased, and the production rate of the first metal oxide film can be improved efficiently. As such a bubbler, a general bubbler can be used, and examples thereof include a Naflon bubbler (manufactured by ASONE). In addition, the oxidizing gas can be normally supplied from a gas cylinder, and ozone can be supplied from the ozone generator to the first metal oxide film forming solution.

(2)紫外線の照射による生成速度の向上
また、本工程においては、基材と第一金属酸化物膜形成用溶液とを接触させる際に、紫外線を照射することが好ましい。紫外線を照射することによって、水の電気分解に相当する反応を誘発することや還元剤の分解を促進することができると考えられ、発生した水酸化物イオンによって、上記第一金属酸化物膜形成用溶液のpHを上昇させ、第一金属酸化物膜の形成しやすい環境とすることができるからである。さらに、紫外線を照射することによって、得られる第一金属酸化物膜の結晶性を向上させることもできる。
(2) Improvement of production rate by irradiation with ultraviolet rays Further, in this step, it is preferable to irradiate ultraviolet rays when the substrate and the first metal oxide film forming solution are brought into contact with each other. By irradiating ultraviolet rays, it is considered that the reaction corresponding to the electrolysis of water can be induced and the decomposition of the reducing agent can be promoted. The generated hydroxide ions form the first metal oxide film. This is because the pH of the working solution can be raised, and an environment in which the first metal oxide film can be easily formed can be obtained. Furthermore, the crystallinity of the obtained first metal oxide film can be improved by irradiating with ultraviolet rays.

本工程における紫外線の照射方法としては、基材と第一金属酸化物膜形成用溶液との接触部分に照射する方法であれば特に限定されるものではないが、例えば、上述した浸漬法を用いる場合は、図6に示すように、基材1を第一金属酸化物膜形成用溶液2に浸漬させ、溶液側から紫外線10を照射する方法等が挙げられる。この場合においては、基材と金属第一酸化物膜形成用溶液との接触部分に正確に紫外線を照射するという観点から、紫外線が照射される基材表面上に存在する金属酸化物膜形成用溶液の厚みは薄いことが好ましい。
また、上記紫外線の波長としては、通常、185〜470nmであり、中でも185〜260nmであることが好ましい。また、本態様に用いられる紫外線の強度としては、通常、1〜20mW/cmであり、中でも5〜15mW/cmであることが好ましい。
このような紫外線照射を行う紫外線照射装置としては、一般に市販されているUV光照射装置やレーザー発振装置等を使用することができるが、例えば、SEN特殊光源社製のHB400X−21等を挙げることができる。
The ultraviolet irradiation method in this step is not particularly limited as long as it is a method of irradiating the contact portion between the substrate and the first metal oxide film forming solution. For example, the above-described immersion method is used. In such a case, as shown in FIG. 6, a method of immersing the base material 1 in the first metal oxide film forming solution 2 and irradiating ultraviolet rays 10 from the solution side can be used. In this case, from the viewpoint of accurately irradiating the contact portion between the base material and the metal first oxide film forming solution with ultraviolet rays, the metal oxide film forming surface existing on the substrate surface irradiated with the ultraviolet rays is used. The solution is preferably thin.
Moreover, as a wavelength of the said ultraviolet-ray, it is 185-470 nm normally, and it is preferable that it is 185-260 nm especially. Moreover, as an intensity | strength of the ultraviolet-ray used for this aspect, it is 1-20 mW / cm < 2 > normally, and it is preferable that it is 5-15 mW / cm < 2 > especially.
As an ultraviolet irradiation apparatus that performs such ultraviolet irradiation, a commercially available UV light irradiation apparatus, laser oscillation apparatus, or the like can be used, and examples thereof include HB400X-21 manufactured by SEN Special Light Source Co., Ltd. Can do.

(3)加熱による生成速度の向上
また、本工程においては、基材と第一金属酸化物膜形成用溶液とを接触させる際に、加熱を行うことが好ましい。加熱することにより、第一金属酸化物膜の生成速度を向上させることができるからである。加熱を行う方法としては、第一金属酸化物膜の生成速度を向上させることができる方法であれば特に限定されるものではないが、中でも基材を加熱することが好ましく、特に基材および第一金属酸化物膜形成用溶液を加熱することが好ましい。基材近傍での第一金属酸化物膜の生成反応を促進することができるからである。
このような加熱温度としては、使用する第一金属酸化物膜形成用溶液等の特徴に合わせて適宜選択することが好ましいが、具体的には50〜150℃の範囲内であることが好ましく、中でも70〜100℃の範囲内であることがより好ましい。
(3) Improvement of production rate by heating Moreover, in this process, it is preferable to perform heating when the substrate and the first metal oxide film forming solution are brought into contact with each other. This is because the production rate of the first metal oxide film can be improved by heating. The method for heating is not particularly limited as long as it is a method capable of improving the production rate of the first metal oxide film. It is preferable to heat the monometallic oxide film forming solution. This is because the formation reaction of the first metal oxide film in the vicinity of the substrate can be promoted.
Such a heating temperature is preferably appropriately selected according to the characteristics of the first metal oxide film forming solution to be used, etc., but specifically, preferably within a range of 50 to 150 ° C., Especially, it is more preferable that it exists in the range of 70-100 degreeC.

B.第二金属酸化物膜形成工程
本発明における第二金属酸化物膜形成工程は、上記第一金属酸化物膜を備えた基材を、金属酸化物膜形成温度以上の温度まで加熱し、金属源として金属塩または金属錯体が溶解した第二金属酸化物膜形成用溶液と接触させることにより第二金属酸化物膜を得る工程である。なお、本発明において、「金属酸化物膜形成温度」とは、第二金属酸化物膜形成用溶液に含まれる金属源を構成する金属元素が酸素と結合し、基材上に金属酸化物膜を形成することが可能な温度をいい、金属塩、金属錯体といった金属源の種類、および溶媒等の第二金属酸化物膜形成用溶液の組成によって大きく異なるものである。本発明において、このような「金属酸化物膜形成温度」は、以下の方法により測定することができる。すなわち、実際に所望の金属源を含有する第二金属酸化物膜形成用溶液を用意し、基材の加熱温度を変化させて接触させることにより、金属酸化物膜を形成することができる最低の基材加熱温度を測定する。この最低の基材加熱温度を本発明における「金属酸化物膜形成温度」とすることができる。この際、金属酸化物膜が形成したか否かは、X線回折装置(リガク製、RINT−1500)より得られた結果から判断し、結晶性のないアモルファス膜の場合は、光電子分光分析装置(V.G.Scientific社製、ESCALAB 200i−XL)より得られた結果から判断するものとする。
B. Second metal oxide film forming step In the second metal oxide film forming step of the present invention, the substrate provided with the first metal oxide film is heated to a temperature equal to or higher than the metal oxide film forming temperature, The second metal oxide film is obtained by contacting with a solution for forming a second metal oxide film in which a metal salt or metal complex is dissolved. In the present invention, “metal oxide film forming temperature” means that the metal element constituting the metal source contained in the second metal oxide film forming solution is combined with oxygen, and the metal oxide film is formed on the substrate. The temperature at which can be formed is greatly different depending on the type of metal source such as a metal salt or metal complex and the composition of the second metal oxide film forming solution such as a solvent. In the present invention, such “metal oxide film formation temperature” can be measured by the following method. That is, by preparing a solution for forming a second metal oxide film that actually contains a desired metal source, and changing the heating temperature of the base material, it is possible to form a metal oxide film. The substrate heating temperature is measured. This minimum substrate heating temperature can be set as the “metal oxide film forming temperature” in the present invention. At this time, whether or not the metal oxide film is formed is determined from the result obtained from the X-ray diffraction apparatus (Rigaku, RINT-1500). In the case of an amorphous film having no crystallinity, a photoelectron spectrometer is used. It shall be judged from the result obtained from (V. G. Scientific, ESCALAB 200i-XL).

本工程においては、上記第一金属酸化物膜を備えた基材を金属酸化物膜形成温度以上の温度まで加熱し、第二金属酸化物膜形成用溶液を接触させることにより、上記第一金属酸化物膜上に、第二金属酸化物膜を設けることができ、その結果、均一かつ緻密で充分な膜厚を有する金属酸化物膜を得ることができる。
以下、本工程について各構成毎に詳細に説明する。
In this step, the first metal oxide film is heated to a temperature equal to or higher than the metal oxide film formation temperature, and the second metal oxide film forming solution is brought into contact with the first metal oxide film. A second metal oxide film can be provided on the oxide film, and as a result, a metal oxide film having a uniform, dense, and sufficient film thickness can be obtained.
Hereinafter, this process is demonstrated in detail for every structure.

1.第二金属酸化物膜形成用溶液
まず、本発明の金属酸化物膜の製造方法に用いられる第二金属酸化物膜形成用溶液について説明する。本発明に用いられる第二金属酸化物膜形成用溶液は、金属源である金属塩または金属錯体と、溶媒とを少なくとも含有するものである。
また、本発明においては、上記第二金属酸化物膜形成用溶液が、酸化剤および還元剤の少なくとも一方を含有することが好ましい。酸化剤および還元剤の少なくとも一方を含有させることにより、従来のスプレー熱分解法に比べ、より低い基材加熱温度で第二金属酸化物膜を得ることができるからである。以下、このような第二金属酸化物膜形成用溶液の構成について説明する。
1. Second Metal Oxide Film Forming Solution First, the second metal oxide film forming solution used in the method for producing a metal oxide film of the present invention will be described. The solution for forming a second metal oxide film used in the present invention contains at least a metal salt or metal complex as a metal source and a solvent.
Moreover, in this invention, it is preferable that the said solution for 2nd metal oxide film formation contains at least one of an oxidizing agent and a reducing agent. This is because by containing at least one of an oxidizing agent and a reducing agent, the second metal oxide film can be obtained at a lower substrate heating temperature as compared with the conventional spray pyrolysis method. Hereinafter, the configuration of the second metal oxide film forming solution will be described.

(1)金属源
本発明の第二金属酸化物膜形成用溶液に用いられる金属源は、第二金属酸化物膜形成用溶液に溶解し、第一金属酸化物膜を備えた基材上に第二金属酸化物膜を与えるものである。上記金属源は、後述する溶媒に溶解するものであれば、金属塩であっても良く、金属錯体であっても良い。
本発明に用いられる第二金属酸化物膜形成用溶液における上記金属源の濃度としては、金属源が金属塩の場合、通常0.001〜1mol/lであり、中でも0.01〜0.5mol/lであることが好ましく、金属源が金属錯体である場合、通常0.001〜1mol/lであり、中でも0.01〜0.5mol/lであることが好ましい。濃度が上記範囲以下であると、基材を第二金属酸化物膜成膜に時間がかかり、工業的に好適でない可能性があり、濃度が上記範囲以上であると、均一な膜厚の第二金属酸化物膜を得ることができない可能性があるからである。
(1) Metal source The metal source used in the second metal oxide film-forming solution of the present invention is dissolved in the second metal oxide film-forming solution and on the substrate provided with the first metal oxide film. A second metal oxide film is provided. As long as the said metal source melt | dissolves in the solvent mentioned later, a metal salt may be sufficient and a metal complex may be sufficient.
The concentration of the metal source in the second metal oxide film forming solution used in the present invention is usually 0.001 to 1 mol / l, particularly 0.01 to 0.5 mol when the metal source is a metal salt. When the metal source is a metal complex, it is usually 0.001 to 1 mol / l, and particularly preferably 0.01 to 0.5 mol / l. If the concentration is below the above range, it may take time to form the second metal oxide film on the substrate, which may not be industrially suitable. This is because a bimetallic oxide film may not be obtained.

このような金属源を構成する金属元素としては、所望の第二金属酸化物膜を得ることができれば特に限定されるものではないが、例えば、Mg、Al、Si、Ca、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Ag、In、Sn、Ce、Sm、Pb、La、Hf、Sc、Gd、Ta、Cr、Ga、Sr、Nb、Mo、Pd、Sb、Te、Ba、およびWからなる群から選択されることが好ましい。上記金属元素は、安定した金属酸化物を作製できるため、第二金属酸化物膜の主用構成元素として適している。   The metal element constituting such a metal source is not particularly limited as long as a desired second metal oxide film can be obtained. For example, Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Mn Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Ag, In, Sn, Ce, Sm, Pb, La, Hf, Sc, Gd, Ta, Cr, Ga, Sr, Nb, Mo, Pd, Sb , Te, Ba, and W are preferably selected. Since the metal element can produce a stable metal oxide, it is suitable as a main constituent element of the second metal oxide film.

上記金属元素を与える金属塩としては、具体的には、上記金属元素を含む塩化物、硝酸塩、硫酸塩、過塩素酸塩、酢酸塩、リン酸塩、臭素酸塩等を挙げることができる。中でも、本発明においては、塩化物、硝酸塩、酢酸塩を使用することが好ましい。これらの化合物は汎用品として入手が容易だからである。
また、上記金属錯体としては、具体的には、上述した第一金属酸化物膜形成用溶液で挙げた金属錯体を挙げることができ、さらには、カルシウムアセチルアセトナート二水和物、クロム(III)アセチルアセトナート、トリフルオロメタンスルホン酸ガリウム(III)、ストロンチウムジピバロイルメタナート、五塩化ニオブ、モリブデニルアセチルアセトナート、パラジウム(II)アセチルアセトナート、塩化アンチモン(III)、テルル酸ナトリウム、塩化バリウム二水和物、塩化タングステン(VI)等を挙げることができる。
Specific examples of the metal salt that gives the metal element include chlorides, nitrates, sulfates, perchlorates, acetates, phosphates, bromates, and the like containing the metal elements. Among these, in the present invention, it is preferable to use chloride, nitrate, and acetate. This is because these compounds are easily available as general-purpose products.
Specific examples of the metal complex include the metal complexes mentioned in the above-mentioned first metal oxide film forming solution, and further include calcium acetylacetonate dihydrate, chromium (III ) Acetylacetonate, gallium (III) trifluoromethanesulfonate, strontium dipivaloylmethanate, niobium pentachloride, molybdenylacetylacetonate, palladium (II) acetylacetonate, antimony (III) chloride, sodium tellurate, Examples thereof include barium chloride dihydrate and tungsten chloride (VI).

また、本発明においては、第二金属酸化物膜形成用溶液が上記金属元素を2種類以上含有していても良く、複数種の金属元素を使用することにより、例えば、ITO、Gd−CeO、Sm−CeO、Ni−Fe等の複合金属酸化物膜を得ることができる。 In the present invention, the second metal oxide film forming solution may contain two or more of the above metal elements. By using a plurality of kinds of metal elements, for example, ITO, Gd—CeO 2 , Sm—CeO 2 , Ni—Fe 2 O 3 and other composite metal oxide films can be obtained.

(2)酸化剤
本発明の第二金属酸化物膜形成用溶液に用いられる酸化剤は、後述する金属源が溶解してなる金属イオン等の酸化を促進する働きを有するものである。金属イオン等の価数を変化させることにより、第二金属酸化物の発生しやすい環境とすることができ、従来のスプレー熱分解法に比べ、より低い基材加熱温度で第二金属酸化物膜を得ることができる。
本発明に用いられる第二金属酸化物膜形成用溶液における上記酸化剤の濃度としては、酸化剤の種類に応じて異なるものではあるが、通常0.001〜1mol/lであり、
中でも0.01〜0.1mol/lであることが好ましい。濃度が上記範囲以下であると、基材加熱温度を低下させる効果を充分に発揮することができない可能性があり、濃度が上記範囲以上であると、得られる効果に大差が見られず、コスト上好ましくないからである。また、このような酸化剤の具体例は、「A.第一金属酸化物膜形成工程」に記載したものと同じであるので、ここでの説明は省略する。
(2) Oxidizing agent The oxidizing agent used in the second metal oxide film forming solution of the present invention has a function of promoting oxidation of metal ions or the like formed by dissolving a metal source described later. By changing the valence of metal ions, etc., it is possible to create an environment in which the second metal oxide is likely to be generated, and the second metal oxide film can be formed at a lower substrate heating temperature compared to the conventional spray pyrolysis method. Can be obtained.
The concentration of the oxidizing agent in the second metal oxide film forming solution used in the present invention is usually 0.001 to 1 mol / l, although it varies depending on the type of the oxidizing agent.
Among these, 0.01 to 0.1 mol / l is preferable. If the concentration is below the above range, the effect of lowering the substrate heating temperature may not be sufficiently exhibited. If the concentration is above the above range, there will be no significant difference in the obtained effect, and the cost This is because it is not preferable. Moreover, since the specific example of such an oxidizing agent is the same as what was described in "A. 1st metal oxide film formation process", description here is abbreviate | omitted.

(3)還元剤
本発明の第二金属酸化物膜形成用溶液に用いられる還元剤は、分解反応により電子を放出し、水の電気分解によって水酸化物イオンを発生させ、上記第二金属酸化物膜形成用溶液のpHを上げる働きを有するものである。上記第二金属酸化物膜形成用溶液のpHが上昇することで、プールベ線図における金属酸化物領域あるいは金属水酸化物領域へ誘導し、金属酸化物膜の発生しやすい環境とすることができ、従来のスプレー熱分解法に比べ、より低い基材加熱温度で第二金属酸化物膜を得ることができる。
(3) Reducing agent The reducing agent used in the solution for forming a second metal oxide film of the present invention releases electrons by a decomposition reaction and generates hydroxide ions by electrolysis of water. It has the function of raising the pH of the substance film forming solution. When the pH of the second metal oxide film forming solution is increased, the solution can be guided to a metal oxide region or a metal hydroxide region in the Pourbaix diagram, and an environment in which a metal oxide film is easily generated can be obtained. Compared to the conventional spray pyrolysis method, the second metal oxide film can be obtained at a lower substrate heating temperature.

本発明に用いられる第二金属酸化物膜形成用溶液における上記還元剤の濃度としては、還元剤の種類に応じて異なるものではあるが、通常0.001〜1mol/lであり、
中でも0.01〜0.1mol/lであることが好ましい。濃度が上記範囲以下であると、基材加熱温度を低下させる効果を充分に発揮することができない可能性があり、濃度が上記範囲以上であると、得られる効果に大差が見られず、コスト上好ましくないからである。また、このような還元剤の具体例は、「A.第一金属酸化物膜形成工程」に記載したものと同じであるので、ここでの説明は省略する。
The concentration of the reducing agent in the second metal oxide film forming solution used in the present invention varies depending on the type of the reducing agent, but is usually 0.001 to 1 mol / l.
Among these, 0.01 to 0.1 mol / l is preferable. If the concentration is below the above range, the effect of lowering the substrate heating temperature may not be sufficiently exhibited. If the concentration is above the above range, there will be no significant difference in the obtained effect, and the cost This is because it is not preferable. Moreover, since the specific example of such a reducing agent is the same as what was described in "A. 1st metal oxide film formation process", description here is abbreviate | omitted.

また、本発明においては、還元剤と上述した酸化剤とを組み合わせて使用しても、従来のスプレー熱分解法に比べ、より低い基材加熱温度で第二金属酸化物膜を得ることができる。このような還元剤および酸化剤の組合せとしては、基材加熱温度を低下させることができる組合せであれば特に限定されるものではないが、例えば、過酸化水素または亜硝酸ナトリウムと任意の還元剤との組合せ、任意の酸化剤とボラン系錯体との組合せ等が挙げられ、中でも、過酸化水素とボラン系錯体との組合せが好ましい。   In the present invention, the second metal oxide film can be obtained at a lower substrate heating temperature as compared with the conventional spray pyrolysis method even when the reducing agent and the oxidizing agent described above are used in combination. . Such a combination of a reducing agent and an oxidizing agent is not particularly limited as long as it is a combination capable of lowering the substrate heating temperature. For example, hydrogen peroxide or sodium nitrite and any reducing agent can be used. And a combination of an arbitrary oxidizing agent and a borane complex. Among them, a combination of hydrogen peroxide and a borane complex is preferable.

(4)溶媒
本発明の第二金属酸化物膜形成用溶液に用いられる溶媒は、上述した金属源等を溶解することができるものであれば、特に限定されるものではないが、このような溶媒の具体例は、「A.第一金属酸化物膜形成工程」に記載したものと同じであるので、ここでの説明は省略する。
(4) Solvent The solvent used in the solution for forming the second metal oxide film of the present invention is not particularly limited as long as it can dissolve the above-described metal source and the like. Specific examples of the solvent are the same as those described in “A. First Metal Oxide Film Forming Step”, and thus description thereof is omitted here.

(5)添加剤
また、本発明に用いられる第二金属酸化物膜形成用溶液は、セラミックス微粒子、補助イオン源、および界面活性剤等の添加剤を含有していても良い。
(5) Additive The solution for forming a second metal oxide film used in the present invention may contain additives such as ceramic fine particles, an auxiliary ion source, and a surfactant.

上記セラミックス微粒子が上記第二金属酸化物膜形成用溶液に含有されることにより、上記セラミックス微粒子を取り囲むように第二金属酸化物膜が形成され、異種セラミックスの混合膜を得ることや金属酸化物膜の体積増加を図ることができる。また、上記セラミックス微粒子の含有量は、使用する部材の特徴に合わせて適宜選択されることが好ましい。
このようなセラミックス微粒子は、上記目的を達成することができるものであれば特に限定されるものではないが、例えばITO、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、珪素酸化物、チタン酸化物、スズ酸化物、セリウム酸化物、カルシウム酸化物、マンガン酸化物、マグネシウム酸化物、チタン酸バリウム等を挙げることができる。
また、上記補助イオン源および界面活性剤については、「A.第一金属酸化物膜形成工程」に記載したものと同じであるので、ここでの説明は省略する。
When the ceramic fine particles are contained in the second metal oxide film forming solution, a second metal oxide film is formed so as to surround the ceramic fine particles, and a mixed film of different ceramics can be obtained. The volume of the film can be increased. Moreover, it is preferable that the content of the ceramic fine particles is appropriately selected according to the characteristics of the member to be used.
Such ceramic fine particles are not particularly limited as long as the above object can be achieved. For example, ITO, aluminum oxide, zirconium oxide, silicon oxide, titanium oxide, tin oxide , Cerium oxide, calcium oxide, manganese oxide, magnesium oxide, barium titanate and the like.
The auxiliary ion source and the surfactant are the same as those described in “A. First metal oxide film forming step”, and thus description thereof is omitted here.

2.第二金属酸化物膜
次に本発明における金属酸化物膜について説明する。本発明における金属酸化物膜は、本工程である第二金属酸化物膜形成工程において、第二金属酸化物膜形成用溶液と、金属酸化物膜形成温度まで加熱され、上記第一金属酸化物膜を備えた基材とを接触させることにより、得られるものである。上記第一金属酸化物膜上に第二金属酸化物膜を設けることにより、均一かつ緻密で充分な膜厚を有する金属酸化物膜を得ることができる。
本発明においては、第一金属酸化物膜と、第二金属酸化物膜との組み合わせは、所望の緻密性を有する金属酸化物膜を得ることができれば特に限定されるものではないが、中でも、金属酸化物の結晶系が近い組合せが好ましく、特に、金属酸化物膜を構成する金属元素が共通である組合せがより好ましい。
例えば、第二金属酸化物膜をITO膜とした場合、第一金属酸化物膜としては、第二金属酸化物膜として緻密なITO膜を形成することができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ZnO、ZrO、Al、Y、Fe、Ga、La、Sb、ITO、In、SnO等を挙げることができ、中でも、金属酸化物膜(ITO膜)と結晶系が近いという観点から、Al、Y、Fe、Ga、La、Sb、ITO、In、SnOであることが好ましく、特に金属酸化物膜(ITO膜)を構成する金属元素(In、Sn)が共通であるという観点から、ITO、In、SnOであることがより好ましい。
2. Second Metal Oxide Film Next, the metal oxide film in the present invention will be described. The metal oxide film in the present invention is heated to the second metal oxide film forming solution and the metal oxide film forming temperature in the second metal oxide film forming step, which is the present step. It can be obtained by contacting a substrate provided with a film. By providing the second metal oxide film on the first metal oxide film, a metal oxide film having a uniform, dense and sufficient film thickness can be obtained.
In the present invention, the combination of the first metal oxide film and the second metal oxide film is not particularly limited as long as a metal oxide film having a desired density can be obtained. A combination in which the crystal systems of metal oxides are close to each other is preferable, and a combination in which metal elements constituting the metal oxide film are common is more preferable.
For example, when the second metal oxide film is an ITO film, the first metal oxide film is particularly limited as long as a dense ITO film can be formed as the second metal oxide film. but not, for example, ZnO, ZrO 2, Al 2 O 3, Y 2 O 3, Fe 2 O 3, Ga 2 O 3, La 2 O 3, Sb 2 O 3, ITO, in 2 O 3, SnO 2 Among them, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Ga 2 O 3 , La 2 O 3 from the viewpoint that the crystal system is close to the metal oxide film (ITO film). , Sb 2 O 3 , ITO, In 2 O 3 , SnO 2 , and in particular, from the viewpoint that the metal elements (In, Sn) constituting the metal oxide film (ITO film) are common, ITO, It is in 2 O 3, SnO 2 Theft is more preferable.

3.第一金属酸化物膜を備えた基材と第二金属酸化物膜形成用溶液との接触方法
次に、本工程における第一金属酸化物膜を備えた基材と第二金属酸化物膜形成用溶液との接触方法について説明する。本工程における上記接触方法としては、上述した基材と上述した第二金属酸化物膜形成用溶液とを接触させる方法であれば特に限定されるものではないが、上記第二金属酸化物膜形成用溶液と上記基材が接触した際に、基材の温度を低下させない方法であることが好ましい。基材の温度が低下すると成膜反応が起こらず所望の第二金属酸化物膜を得ることができない可能性があるからである。このような基材の温度を低下させない方法としては、例えば、上記第二金属酸化物膜形成用溶液を液滴として基材に接触させる方法等が挙げられ、中でも上記液滴の径が小さいことが好ましい。上記液滴の径が小さければ、第二金属酸化物膜形成用溶液の溶媒が瞬時に蒸発し、基材温度の低下をより抑制することができ、さらに液滴の径が小さいことで、均一な金属酸化物膜を得ることができるからである。
このような径が小さい金属酸化物膜形成用溶液の液滴を基材に接触させる方法は、特に限定されるものではないが、具体的には、上記第二金属酸化物膜形成用溶液を噴霧することにより基材に接触させる方法、上記第二金属酸化物膜形成用溶液をミスト状にした空間の中に基材を通過させる方法等が挙げられる。
3. Method of contacting base material provided with first metal oxide film and second metal oxide film forming solution Next, base material provided with first metal oxide film and second metal oxide film formation in this step The contact method with the solution for preparation will be described. The contact method in this step is not particularly limited as long as it is a method in which the above-described base material and the above-described second metal oxide film forming solution are brought into contact with each other. It is preferable that the temperature of the base material is not lowered when the solution for use and the base material are in contact with each other. This is because when the temperature of the substrate is lowered, the film formation reaction does not occur and a desired second metal oxide film may not be obtained. Examples of a method for not lowering the temperature of the base material include a method of bringing the second metal oxide film forming solution into contact with the base material as a droplet, and the diameter of the droplet is particularly small. Is preferred. If the droplet diameter is small, the solvent of the solution for forming the second metal oxide film is instantly evaporated, and the decrease in the substrate temperature can be further suppressed. This is because a simple metal oxide film can be obtained.
The method for bringing the droplets of the metal oxide film forming solution having such a small diameter into contact with the substrate is not particularly limited, but specifically, the second metal oxide film forming solution is used. Examples thereof include a method of bringing the substrate into contact with the substrate by spraying, a method of allowing the substrate to pass through a space in which the solution for forming the second metal oxide film is made into a mist.

上記第二金属酸化物形成用溶液を噴霧することにより基材に接触させる方法は、例えばスプレー装置等を用いて噴霧する方法等が挙げられる。上記スプレー装置等を用いて噴霧する場合、液滴の径は、通常0.001〜1000μm、中でも0.01〜300μm、特に0.01〜100μmであることが好ましい。液滴の径が上記範囲内にあれば、基材温度の低下を抑制することができ、均一な第二金属酸化物膜を得ることができるからである。
また、上記スプレー装置の噴射ガスとしては、第二金属酸化物膜の形成を阻害しない限り特に限定されるものではないが、例えば、空気、窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素等を挙げることができ、中でも不活性な気体である窒素、アルゴン、ヘリウムが好適に使用される。また、上記噴射ガスの噴射量としては、0.1〜50l/min、中でも1〜20l/minであることが好ましい。また、上記スプレー装置は固定されていているもの、可動式のもの、回転によって上記溶液を噴射させるもの、圧力によって上記溶液のみを噴射させるもの等であっても良い。このようなスプレー装置としては、一般的に用いられるスプレー装置を用いることができ、例えばハンドスプレー(スプレーガンNo.8012、アズワン社製)、超音波ネプライザー(NE−U17、オムロン社製)等を用いることができる。
Examples of the method of bringing the second metal oxide forming solution into contact with the substrate by spraying include a method of spraying using a spray device or the like. When spraying using the above spray apparatus or the like, the diameter of the droplets is usually 0.001 to 1000 μm, preferably 0.01 to 300 μm, and particularly preferably 0.01 to 100 μm. This is because if the droplet diameter is within the above range, the substrate temperature can be prevented from lowering, and a uniform second metal oxide film can be obtained.
Further, the spray gas of the spray device is not particularly limited as long as it does not inhibit the formation of the second metal oxide film, and examples thereof include air, nitrogen, argon, helium, oxygen, and the like. Among these, inert gases such as nitrogen, argon, and helium are preferably used. In addition, the injection amount of the injection gas is preferably 0.1 to 50 l / min, and more preferably 1 to 20 l / min. The spray device may be a fixed device, a movable device, a device that ejects the solution by rotation, a device that ejects only the solution by pressure, or the like. As such a spray device, a commonly used spray device can be used, for example, hand spray (spray gun No. 8012, manufactured by ASONE), ultrasonic nepriser (NE-U17, manufactured by OMRON), etc. Can be used.

また、第二金属酸化物膜形成用溶液をミスト状にした空間の中に基材を通過させる方法においては、液滴の径は、通常0.1〜300μm、中でも1〜100μmであることが好ましい。液滴の径が上記範囲内にあれば、基材温度の低下を抑制することができ、均一な第二金属酸化物膜を得ることができるからである。   Moreover, in the method of allowing the substrate to pass through the space in which the second metal oxide film forming solution is made into a mist, the diameter of the droplets is usually 0.1 to 300 μm, particularly 1 to 100 μm. preferable. This is because if the droplet diameter is within the above range, the substrate temperature can be prevented from lowering, and a uniform second metal oxide film can be obtained.

本発明においては、上記第二金属酸化物膜形成用溶液と加熱された基材とを接触させるのであるが、その際、基材は上述した「金属酸化物膜形成温度」以上の温度まで加熱される。このような「金属酸化物膜形成温度」は、金属源の種類、溶媒等の第二金属酸化物膜形成用溶液の組成によってものであるが、上側第1電極層形成用塗工液に酸化剤および/または還元剤を加えない場合、通常400〜1000℃の範囲内とすることができ、中でも、450〜700℃の範囲内であることが好ましい。一方、上側第1電極層形成用塗工液に酸化剤および/または還元剤を加える場合、通常150〜400℃の範囲内とすることができ、中でも、200〜400℃の範囲内であることが好ましい。
また、このような基材の加熱方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、ホットプレート、オーブン、焼成炉、赤外線ランプ、熱風送風機等の加熱方法を挙げることができ、中でも基材温度を上記温度に保持しながら上記第二金属酸化物膜形成用溶液に接触できる方法が好ましく、具体的にはホットプレート等を使用することが好ましい。
In the present invention, the second metal oxide film forming solution and the heated base material are brought into contact with each other. At this time, the base material is heated to a temperature equal to or higher than the above-mentioned “metal oxide film forming temperature”. Is done. Such “metal oxide film formation temperature” depends on the type of the metal source, the composition of the second metal oxide film forming solution such as the solvent, etc., but is oxidized into the upper first electrode layer forming coating liquid. When an agent and / or a reducing agent are not added, the temperature can usually be in the range of 400 to 1000 ° C, and in particular, it is preferably in the range of 450 to 700 ° C. On the other hand, when an oxidizing agent and / or a reducing agent is added to the upper first electrode layer forming coating solution, it can usually be in the range of 150 to 400 ° C, and in particular, in the range of 200 to 400 ° C. Is preferred.
In addition, the heating method for the base material is not particularly limited, and examples thereof include a heating method such as a hot plate, an oven, a firing furnace, an infrared lamp, a hot air blower, etc. A method in which the second metal oxide film forming solution can be contacted while maintaining the temperature at the above temperature is preferable, and specifically, a hot plate or the like is preferably used.

次に、本発明における基材と第二金属酸化物膜形成用溶液との接触方法について具体的に説明する。上述した第二金属酸化物形成用溶液を噴霧することにより基材に接触させる方法としては、例えば、ローラーによって基材を連続的に移動させ噴霧する方法、固定された基材上に噴霧する方法、パイプのような流路に噴霧する方法等が挙げられる。
上記ローラーによって基材を連続的に移動させ噴霧する方法は、例えば、図7に示すように、第一金属酸化物膜を備えた基材1を、金属酸化物膜形成温度以上の温度まで加熱したローラー11〜13を用いて連続的に移動させ、スプレー装置5により第二金属酸化物膜形成用溶液4を噴霧し金属酸化物膜を形成する方法である。この方法は、連続的に金属酸化物膜を形成することができるという利点を有する。
また、上記固定された基材上に噴霧する方法は、例えば、図1(c)に示すように、第一金属酸化物膜3を備えた基材1を金属酸化物膜形成温度以上の温度まで加熱し、この基板1に対して、スプレー装置5を用いて第二金属酸化物膜形成用溶液4を噴霧することにより、第二金属酸化物膜を形成し、その結果、緻密な金属酸化物膜を得る方法である。
Next, the contact method between the substrate and the second metal oxide film forming solution in the present invention will be specifically described. Examples of the method for bringing the substrate into contact with the substrate by spraying the second metal oxide forming solution described above include, for example, a method of continuously moving and spraying the substrate with a roller, and a method of spraying on a fixed substrate. And a method of spraying on a flow path such as a pipe.
For example, as shown in FIG. 7, the base material 1 provided with the first metal oxide film is heated to a temperature equal to or higher than the metal oxide film formation temperature. In this method, the metal oxide film is formed by spraying the solution 4 for forming the second metal oxide film with the spray device 5 and continuously moving the film using the rollers 11 to 13. This method has an advantage that a metal oxide film can be continuously formed.
Moreover, the method of spraying on the fixed base material is, for example, as shown in FIG. 1C, the base material 1 provided with the first metal oxide film 3 at a temperature equal to or higher than the metal oxide film formation temperature. The substrate 1 is sprayed with the spray device 5 to spray the second metal oxide film forming solution 4 to form a second metal oxide film. As a result, a dense metal oxide is formed. This is a method for obtaining a material film.

また、上述した第二金属酸化物膜形成用溶液をミスト状にした空間の中に基材を通過させる方法は、例えば、図8に示すように、第二金属酸化物膜形成用溶液4をミスト状にした空間に、金属酸化物膜形成温度以上の温度まで加熱され、第一金属酸化物膜を備えた基材1を通過させることにより第二金属酸化物膜を形成し、緻密な金属酸化物膜を形成する方法である。   In addition, for example, as shown in FIG. 8, the second metal oxide film forming solution 4 is prepared by passing the substrate through a space in which the second metal oxide film forming solution is made into a mist. In the mist-like space, the metal oxide film is heated to a temperature equal to or higher than the metal oxide film formation temperature, and the second metal oxide film is formed by passing the substrate 1 provided with the first metal oxide film. This is a method of forming an oxide film.

C.その他
また、本発明の金属酸化物膜の製造方法においては、上述した接触方法等により得られた金属酸化物膜の洗浄を行っても良い。上記金属酸化物膜の洗浄は、金属酸化物膜の表面等に存在する不純物を取り除くために行われるものであって、例えば、金属酸化物膜形成用溶液に使用した溶媒を用いて洗浄する方法等を挙げることができる。
C. In addition, in the method for producing a metal oxide film of the present invention, the metal oxide film obtained by the above-described contact method or the like may be washed. The cleaning of the metal oxide film is performed to remove impurities present on the surface of the metal oxide film, for example, a method of cleaning using a solvent used in the metal oxide film forming solution. Etc.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.

[実施例1]
<微細加工を施したSUS基材への酸化ジルコニウム膜形成>
本実施例においては、微細加工を施したSUS基材に酸化ジルコニウム膜を形成させることにより、絶縁性を付与する実験を行った。
まず、本実施例においては、エッチング法によって微細加工(溝:幅100μm、長さ10mm、深さ50μm)を施したSUS304(1mm厚)を基材とした。
次に、硝酸酸化ジルコニウム二水和物(関東化学社製)の0.05mol/l水溶液1000gに、還元剤であるボラン−トリメチルアミン錯体(関東化学社製)を5g添加し、第一金属酸化物膜形成用溶液を得た。
次に、上記第一金属酸化物膜形成用溶液を温度80℃になるまで加熱し、温度80℃一定の下でナフロンバブラー(アズワン社製)を用いて空気の気泡を発生させた。この時、上記第一金属酸化物膜形成用溶液を循環させ、フィルターを通すことで沈殿物や混入するゴミを排除した。
次に、中性洗剤で超音波洗浄し、さらに硝酸と塩酸(等量)の30%水溶液中に3分間浸漬させた上記基材を用意し、上記第一金属酸化物膜形成用溶液に1時間浸漬し、上記基材上に第一金属酸化物膜を得た。
上記方法により得られた第一金属酸化物膜を、純水で洗浄した後に、目視で確認したところ、基材両面および微細加工部に干渉色が観測される程度の膜が確認された。
次に、塩化ジルコニウム(IV)(関東化学社製)の0.1mol/l水溶液1000gに、酸化剤である過酸化水素水を10g添加し、第二金属酸化物膜形成用溶液を得た。
次に、上記第一金属酸化物膜を備えた基材をホットプレート(アズワン社製)で400℃に加熱し、この基材に上記第二金属酸化物膜形成用溶液をハンドスプレー(スプレーガンNo.8012、アズワン社製)を用いてスプレーすることにより第二金属酸化物膜を形成し、上記基材上に金属酸化物膜を得た。
上記方法により得られた金属酸化物膜を、X線回折装置(リガク製、RINT−1500)を用いて測定したところ、アモルファス膜であることが分かった。そこで、光電子分光分析装置(V.G.Scientific社製、ESCALAB 200i−XL)により、上記金属酸化物膜の組成を分析したところ、Zrが32.8Atomic%、Oが68.1Aotmic%となり、酸化ジルコニウム膜が形成していることを確認することができた。さらに、上記基材上に形成された金属酸化物膜の表面抵抗を、ロレスタ(三菱化学社製)を用いて測定したところ、絶縁性を確認することができた。
[Example 1]
<Zirconium oxide film formation on SUS base material subjected to microfabrication>
In this example, an experiment for imparting insulating properties was performed by forming a zirconium oxide film on a SUS base material subjected to microfabrication.
First, in this example, SUS304 (1 mm thickness) that was finely processed (groove: width 100 μm, length 10 mm, depth 50 μm) by an etching method was used as a base material.
Next, 5 g of borane-trimethylamine complex (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) as a reducing agent is added to 1000 g of 0.05 mol / l aqueous solution of zirconium nitrate dihydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), and the first metal oxide A film forming solution was obtained.
Next, the first metal oxide film forming solution was heated to a temperature of 80 ° C., and air bubbles were generated using a Naflon bubbler (manufactured by ASONE) at a constant temperature of 80 ° C. At this time, the first metal oxide film forming solution was circulated and passed through a filter to eliminate precipitates and contaminated dust.
Next, the substrate was ultrasonically washed with a neutral detergent and further immersed in a 30% aqueous solution of nitric acid and hydrochloric acid (equal amount) for 3 minutes, and 1% was added to the first metal oxide film forming solution. It was immersed for a time to obtain a first metal oxide film on the substrate.
The first metal oxide film obtained by the above method was visually confirmed after washing with pure water. As a result, a film having an interference color observed on both sides of the substrate and the finely processed portion was confirmed.
Next, 10 g of hydrogen peroxide as an oxidizing agent was added to 1000 g of a 0.1 mol / l aqueous solution of zirconium (IV) chloride (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) to obtain a second metal oxide film forming solution.
Next, the base material provided with the first metal oxide film is heated to 400 ° C. with a hot plate (manufactured by ASONE), and the second metal oxide film forming solution is hand sprayed (spray gun) onto the base material. No. 8012 (manufactured by AS ONE) was sprayed to form a second metal oxide film, and a metal oxide film was obtained on the substrate.
When the metal oxide film obtained by the above method was measured using an X-ray diffraction apparatus (Rigaku, RINT-1500), it was found to be an amorphous film. Therefore, when the composition of the metal oxide film was analyzed by a photoelectron spectroscopic analyzer (manufactured by V. G. Scientific, ESCALAB 200i-XL), Zr was 32.8 Atomic%, O was 68.1 Aotic%, and oxidation was performed. It was confirmed that a zirconium film was formed. Furthermore, when the surface resistance of the metal oxide film formed on the base material was measured using Loresta (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), insulation could be confirmed.

[実施例2]
<微細加工を施した銅基材への酸化亜鉛膜形成>
本実施例においては、微細加工を施した銅基材に酸化亜鉛膜を形成させることにより、導電性を維持しつつも耐食性を付与する実験を行った。
まず、本実施例においては、エッチング法によって微細加工(溝:幅50μm、長さ10mm、深さ20μm)を施した銅(1mm厚)を基材とした。
次に、酢酸亜鉛(関東化学社製)の0.05mol/lエタノール溶液1000gに、還元剤であるボラン−ジメチルアミン錯体(関東化学社製)を0.08mol/lとなるように添加し、さらに補助イオン源として亜硝酸カリウム(関東化学社製)1gを加え、第一金属酸化物膜形成用溶液を得た。
次に、上記第一金属酸化物膜形成用溶液を温度70℃になるまで加熱し、温度70℃一定の下でナフロンバブラー(アズワン社製)を用いて空気の気泡を発生させた。この時、上記第一金属酸化物膜形成用溶液を循環させ、フィルターを通すことで沈殿物や混入するゴミを排除した。
次に、中性洗剤で超音波洗浄した上記基材を90℃に加熱したホットプレート上に設置し、バブラーによって気泡が生じている上記第一金属酸化物膜形成用溶液を、上記基材上に流し、再び循環させる状態を片面それぞれ1時間ずつ行った。その後、純水で洗浄したところ、基材両面および微細加工部に干渉色が観測される程度の膜が確認された。
次に、硝酸亜鉛0.1mol/l水溶液1000gに、界面活性剤(日信化学工業株式会社製、サーフィノール485)10g添加し、さらに還元剤であるボラン−tert−ブチルアミン錯体(関東化学社製)を5g加え、第二金属酸化物膜形成用溶液を得た。
次に、上記第一金属酸化物膜を備えた基材をホットプレート(アズワン社製)で350℃に加熱し、この基材に上記第二金属酸化物膜形成用溶液をハンドスプレー(スプレーガンNo.8012、アズワン社製)を用いてスプレーすることにより第二金属酸化物膜を形成し、上記基材上に金属酸化物膜を得た。
上記方法により得られた金属酸化物膜を、X線回折装置(リガク製、RINT−1500)を用いて測定したところ、酸化亜鉛膜が形成していることを確認された。さらに、上記基材上に形成された酸化亜鉛膜の表面抵抗を、ロレスタ(三菱化学社製)を用いて測定したところ、表面抵抗が100Ω/□となり導電性を確認することができた。また、上記酸化亜鉛膜を備えた基材をヨウ素(和光純薬)溶液中へ24時間浸漬したが、基材に変化は見られず、充分な耐食性を示した。なお、金属酸化物膜を備えていない銅基材に対して、同様にヨウ素(和光純薬)溶液中へ24時間浸漬した場合は、孔質腐食が見られた。
[Example 2]
<Zinc oxide film formation on finely processed copper substrate>
In this example, an experiment was performed in which corrosion resistance was imparted while maintaining conductivity by forming a zinc oxide film on a finely processed copper base material.
First, in this example, copper (1 mm thickness) that was finely processed (groove: width 50 μm, length 10 mm, depth 20 μm) by an etching method was used as a base material.
Next, to 1000 g of a 0.05 mol / l ethanol solution of zinc acetate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), a borane-dimethylamine complex (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) as a reducing agent was added so as to be 0.08 mol / l, Furthermore, 1 g of potassium nitrite (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was added as an auxiliary ion source to obtain a first metal oxide film forming solution.
Next, the first metal oxide film forming solution was heated to a temperature of 70 ° C., and air bubbles were generated using a Naflon bubbler (manufactured by ASONE) at a constant temperature of 70 ° C. At this time, the first metal oxide film forming solution was circulated and passed through a filter to eliminate precipitates and contaminated dust.
Next, the base material ultrasonically cleaned with a neutral detergent is placed on a hot plate heated to 90 ° C., and the solution for forming the first metal oxide film in which bubbles are generated by a bubbler is placed on the base material. Then, the state of circulating again was performed for one hour on each side. Then, when it wash | cleaned with a pure water, the film | membrane of the grade which can observe an interference color on both surfaces of a base material and a fine process part was confirmed.
Next, 10 g of a surfactant (manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd., Surfynol 485) is added to 1000 g of a zinc nitrate 0.1 mol / l aqueous solution, and a borane-tert-butylamine complex (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) which is a reducing agent. ) Was added to obtain a second metal oxide film forming solution.
Next, the base material provided with the first metal oxide film is heated to 350 ° C. with a hot plate (manufactured by ASONE), and the second metal oxide film forming solution is hand sprayed (spray gun) onto the base material. No. 8012 (manufactured by AS ONE) was sprayed to form a second metal oxide film, and a metal oxide film was obtained on the substrate.
When the metal oxide film obtained by the above method was measured using an X-ray diffractometer (RINT-1500, manufactured by Rigaku), it was confirmed that a zinc oxide film was formed. Furthermore, when the surface resistance of the zinc oxide film formed on the substrate was measured using Loresta (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), the surface resistance was 100Ω / □, and the conductivity could be confirmed. Moreover, although the base material provided with the said zinc oxide film | membrane was immersed in the iodine (Wako Purechemical) solution for 24 hours, the change was not looked at by the base material and sufficient corrosion resistance was shown. In addition, when it immersed in the iodine (Wako Purechemical) solution for 24 hours similarly with respect to the copper base material which is not provided with the metal oxide film, the porous corrosion was seen.

[比較例1]
<ディップコート法による微細加工を施した銅基材へのITO膜形成>
本比較例においては、実施例2に用いた微細加工を施した銅(溝:幅50μm、長さ10mm、深さ20μm)を基材とした。
次に、ITO微粒子(ホソカワミクロン社製)の10%エタノール溶液を用意し、上記基材にディップコートにて塗布し、電気マッフル炉(デンケン社製、P90)によって、温度500℃で2時間焼成することにより、上記基材上にITO膜を得た。
上記方法により得られたITO膜を、ヨウ素(和光純薬)溶液中へ24時間浸漬したところ、未処理基材と同様、孔食腐食が確認され、充分な耐食性を示さなかった。さらに、ロレスタ(三菱化学社製)を用いて表面抵抗を測定したところ、10000Ω/□となり導電性に劣ることがわかった。
[Comparative Example 1]
<ITO film formation on a copper substrate finely processed by dip coating>
In this comparative example, the finely processed copper (groove: width 50 μm, length 10 mm, depth 20 μm) used in Example 2 was used as the base material.
Next, a 10% ethanol solution of ITO fine particles (manufactured by Hosokawa Micron) is prepared, applied to the substrate by dip coating, and baked at a temperature of 500 ° C. for 2 hours in an electric muffle furnace (Denken, P90). As a result, an ITO film was obtained on the substrate.
When the ITO film obtained by the above method was immersed in an iodine (Wako Pure Chemicals) solution for 24 hours, pitting corrosion was confirmed as in the case of the untreated substrate, and sufficient corrosion resistance was not exhibited. Furthermore, when surface resistance was measured using Loresta (Mitsubishi Chemical Corporation), it was found to be 10000Ω / □ and poor in conductivity.

[実施例3]
<多孔質基材へのITO透明電極膜形成>
本実施例においては、多孔質酸化チタン膜付ガラス基材に対して、均一で緻密なITO透明電極膜を付与する実験を行った。
まず、溶媒である水およびイソプロピルアルコールに、一次粒子20nmの酸化チタン微粒子(日本アエロジル社製、P25)37.5重量%、アセチルアセトン1.25重量%、ポリエチレングリコール(平均分子量3000)1.88重量%となるように添加し、ホモジナイザーを用いて上記試料が溶解、分散されたスラリーを作製した。このスラリーをドクターブレード法にてガラス基材上に塗布後、20分放置し、100℃で30分間乾燥させた。続いて、電気マッフル炉(デンケン社製、P90)を用い500℃で30分間、大気圧雰囲気下にて焼成した。これにより、多孔質酸化チタン膜付ガラス基材を得た。
次に、塩化インジウム0.03mol/lと塩化スズ0.001mol/lとの水溶液1000gに、還元剤であるボラン−トリメチルアミン錯体(関東化学社製)を0.05mol/lとなるように添加し、さらに、硝酸イオン源である硝酸1.42(関東化学社製、硝酸の70%水溶液)2gを加え、第一金属酸化物膜形成用溶液を得た。
次に、上記多孔質酸化チタン膜付ガラス基材を上記溶液に、温度80℃で2分間浸漬し、上記基材上に第一金属酸化物膜を得た。この際、目視にて、酸化チタンの白色が黄色になることを確認した。
次に、塩化インジウム0.1mol/lと、塩化スズ0.05mol/lとのエタノール−水混合溶液(エタノール:水=1:1)1000gに、補助イオン源である臭素酸ナトリウム2gと、酸化剤である過酸化水素水10gとを添加し、第二金属酸化物膜形成用溶液を得た。
次に、上記第一金属酸化物膜を備えた基材をホットプレート(アズワン社製)で300℃に加熱し、この基材に上記第二金属酸化物膜形成用溶液をハンドスプレー(スプレーガンNo.8012、アズワン社製)を用いてスプレーすることにより第二金属酸化物膜を形成し、上記基材上に金属酸化物膜を得た。純水で洗浄した後に、得られた金属酸化物膜を目視にて確認したところ、緻密な金属酸化物膜の形成によると思われる光沢が確認された。
上記方法により得られた金属酸化物膜を、X線回折装置(リガク製、RINT−1500)を用いて測定したところ、ITO膜が形成していることを確認された。さらに、ロレスタ(三菱化学社製)を用いて、基材の多孔質酸化チタン膜上に設けたITO膜の表面抵抗を測定したところ、0.4Ω/□であった。なお、多孔質酸化チタン膜を有さない、ガラス基材のみに、同様のITO膜を設けたところ、表面抵抗は0.4Ω/□であり、ガラス面の全光線透過率は86%であった。
[Example 3]
<Formation of ITO transparent electrode film on porous substrate>
In this example, an experiment was performed to give a uniform and dense ITO transparent electrode film to a glass substrate with a porous titanium oxide film.
First, in water and isopropyl alcohol as solvents, titanium oxide fine particles having a primary particle size of 20 nm (P25, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) 37.5% by weight, acetylacetone 1.25% by weight, polyethylene glycol (average molecular weight 3000) 1.88% by weight %, And a homogenizer was used to prepare a slurry in which the sample was dissolved and dispersed. This slurry was applied on a glass substrate by the doctor blade method, left for 20 minutes, and dried at 100 ° C. for 30 minutes. Then, it baked in an atmospheric pressure atmosphere for 30 minutes at 500 degreeC using the electric muffle furnace (made by Denken, P90). Thereby, a glass substrate with a porous titanium oxide film was obtained.
Next, a borane-trimethylamine complex as a reducing agent (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was added to 1000 g of an aqueous solution of 0.03 mol / l indium chloride and 0.001 mol / l tin chloride so as to be 0.05 mol / l. Further, 2 g of nitric acid 1.42 (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc., 70% aqueous solution of nitric acid) as a nitrate ion source was added to obtain a first metal oxide film forming solution.
Next, the glass substrate with the porous titanium oxide film was immersed in the solution at a temperature of 80 ° C. for 2 minutes to obtain a first metal oxide film on the substrate. At this time, it was visually confirmed that the white color of titanium oxide turned yellow.
Next, 1000 g of ethanol-water mixed solution of 0.1 mol / l indium chloride and 0.05 mol / l tin chloride (ethanol: water = 1: 1), 2 g of sodium bromate as an auxiliary ion source, and oxidation Hydrogen peroxide solution 10 g as an agent was added to obtain a second metal oxide film forming solution.
Next, the base material provided with the first metal oxide film is heated to 300 ° C. with a hot plate (manufactured by ASONE), and the second metal oxide film forming solution is hand sprayed (spray gun) onto the base material. No. 8012 (manufactured by AS ONE) was sprayed to form a second metal oxide film, and a metal oxide film was obtained on the substrate. When the obtained metal oxide film was visually confirmed after washing with pure water, the luster that was thought to be due to the formation of a dense metal oxide film was confirmed.
When the metal oxide film obtained by the above method was measured using an X-ray diffractometer (Rigaku, RINT-1500), it was confirmed that an ITO film was formed. Furthermore, when the surface resistance of the ITO film provided on the porous titanium oxide film of the base material was measured using Loresta (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), it was 0.4Ω / □. When a similar ITO film was provided only on a glass substrate that does not have a porous titanium oxide film, the surface resistance was 0.4Ω / □, and the total light transmittance on the glass surface was 86%. It was.

[比較例2]
実施例3と同じ多孔質酸化チタン膜付ガラス基材を用い、この多孔質基材に対してスパッタリング法にてITO透明導電膜を付与した。成膜条件としては、印加電力1.0kW、酸素ガス流量90sccmで5分間行った。その結果、多孔質酸化チタン膜がガラス基材より剥離した。スパッタリング法による膜の応力が高いためだと考えられる。
[Comparative Example 2]
Using the same glass substrate with a porous titanium oxide film as in Example 3, an ITO transparent conductive film was applied to the porous substrate by a sputtering method. The film formation was performed at an applied power of 1.0 kW and an oxygen gas flow rate of 90 sccm for 5 minutes. As a result, the porous titanium oxide film was peeled off from the glass substrate. This is thought to be due to the high stress of the film formed by sputtering.

[比較例3]
実施例3と同じ多孔質酸化チタン膜付ガラス基材を用い、この多孔質基材に対して印刷法にてITO透明導電膜を付与した。ITO微粒子(ホソカワミクロン社製)の10%エタノール溶液を、上記多孔質酸化チタン膜付ガラス基材の酸化チタン面にマイヤーバー(16番)にて上記ITO微粒子溶液を塗布後、室温下にて10分間放置し、その後100℃で30分間乾燥させた。続いて、電気マッフル炉(デンケン社製、P90)を用い350℃で30分間、大気圧雰囲気下にて焼成した。
このようにして得られた多孔質酸化チタン膜付ガラス基材の酸化チタン面の表面抵抗をロレスタ(三菱化学社製)にて測定すると、5000Ω/□の抵抗が得られたが、緻密ではないため抵抗が高かった。また、走査型電子顕微鏡(日立製作所、S−4500)で観察したところ、多孔質のITO膜であった。
[Comparative Example 3]
Using the same glass substrate with a porous titanium oxide film as in Example 3, an ITO transparent conductive film was applied to the porous substrate by a printing method. A 10% ethanol solution of ITO fine particles (manufactured by Hosokawa Micron Corporation) was applied to the titanium oxide surface of the glass substrate with the porous titanium oxide film with a Meyer bar (No. 16), and then 10% at room temperature. It was allowed to stand for 1 minute and then dried at 100 ° C. for 30 minutes. Subsequently, firing was performed in an atmospheric atmosphere at 350 ° C. for 30 minutes using an electric muffle furnace (P90, manufactured by Denken).
When the surface resistance of the titanium oxide surface of the glass substrate with the porous titanium oxide film thus obtained was measured with Loresta (Mitsubishi Chemical Corporation), a resistance of 5000Ω / □ was obtained, but it was not dense. Therefore resistance was high. Moreover, when observed with a scanning electron microscope (Hitachi, S-4500), it was a porous ITO film.

[実施例4]
本態様においては、基材としてガラスを用い、ガラス上に酸化チタン膜を形成した。まず、水80vol%およびイソプロピルアルコール(IPA)20vol%の混合溶媒に、金属源として塩化チタン(TiCl)を溶解させ、濃度0.06mol/lの溶液1000gを用意した。その後、上記溶液に、還元剤であるボラン−ジメチルアミン錯体(関東化学社製)を0.1mol/lとなるように添加し第一金属酸化物膜形成用溶液を得た。
次に、上記第一金属酸化物膜形成用溶液を温度90℃一定の下で、上記基材を12時間浸漬することにより、上記基材上に第一金属酸化物膜を得た。
次に、水10vol%、IPA80vol%、およびトルエン10vol%の混合溶媒1000gに、金属源としてチタンアセチルアセトナート((CO)Ti(C)を0.1mol/lとなるように溶解させ、第二金属酸化物膜形成用溶液を得た。
次に、上記第一金属酸化物膜を備えた基材をホットプレート(アズワン社製)で380℃に加熱し、この基材に上記第二金属酸化物膜形成用溶液をハンドスプレー(スプレーガンNo.8012、アズワン社製)を用いて3分間スプレーすることにより第二金属酸化物膜を形成し、基材上に金属酸化物膜を得た。
上記金属酸化物膜を、上記X線回折装置を用いて測定したところ、酸化チタン膜が形成していることを確認することができた。さらに、上記金属酸化物膜を、光電子分光分析装置(V.G.Scientific社製、ESCALAB 200i−XL)により測定した結果、酸化チタン膜が形成していることを確認できた。また、上記金属酸化物膜の膜厚を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて測定したところ、600nmであった。
[Example 4]
In this embodiment, glass was used as the substrate, and a titanium oxide film was formed on the glass. First, titanium chloride (TiCl 4 ) was dissolved as a metal source in a mixed solvent of 80 vol% water and 20 vol% isopropyl alcohol (IPA) to prepare 1000 g of a solution having a concentration of 0.06 mol / l. Thereafter, a borane-dimethylamine complex (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), which is a reducing agent, was added to the above solution so as to be 0.1 mol / l to obtain a first metal oxide film forming solution.
Next, the first metal oxide film was obtained on the base material by immersing the base metal in the first metal oxide film forming solution at a constant temperature of 90 ° C. for 12 hours.
Next, titanium acetylacetonate ((C 3 H 7 O) 2 Ti (C 5 H 7 O 2 ) 2 ) as a metal source was added to 1000 g of a mixed solvent of 10 vol% water, 80 vol% IPA, and 10 vol% toluene. The solution was dissolved to 1 mol / l to obtain a second metal oxide film forming solution.
Next, the base material provided with the first metal oxide film is heated to 380 ° C. with a hot plate (manufactured by ASONE), and the second metal oxide film forming solution is hand sprayed (spray gun) onto the base material. No. 8012 (manufactured by ASONE) was sprayed for 3 minutes to form a second metal oxide film, and a metal oxide film was obtained on the substrate.
When the metal oxide film was measured using the X-ray diffraction apparatus, it was confirmed that a titanium oxide film was formed. Furthermore, as a result of measuring the said metal oxide film with the photoelectron spectroscopy analyzer (the product made by VG Scientific, ESCALAB 200i-XL), it has confirmed that the titanium oxide film was forming. Moreover, it was 600 nm when the film thickness of the said metal oxide film was measured using the scanning electron microscope (SEM).

[実施例5〜45]
実施例5〜45においては、下記表1〜表9に示す実験条件で基材上に金属酸化物膜を形成した。なお、金属酸化物膜の形成方法および物性の測定方法は、実施例4に準じるものとする。なお、酸化剤および還元剤は、金属酸化物形成用溶液調製時に添加され、バブリングにはナフロンバブラー(アズワン社製)を用い、紫外線照射装置はSEN特殊光源株式会社製HB400X−21を用いた。また、ハンドスプレーとしてアズワン社製スプレーガンNo.8012を使用し、超音波ネプライザーとしてオムロン社製NE−U17を使用した。
また、ガラス/TiO基材とは、ガラス上にTiO微粒子をペースト状に塗布したものである。具体的な製造方法としては、まず、溶媒である水およびイソプロピルアルコールに、一次粒子20nmの酸化チタン微粒子(日本アエロジル社製、P25)37.5重量%、アセチルアセトン1.25重量%、ポリエチレングリコール(平均分子量3000)1.88重量%となるように添加し、ホモジナイザーを用いて上記試料が溶解、分散されたスラリーを作製した。このスラリーをドクターブレード法にてガラス基材上に塗布後、20分放置し、100℃で30分間乾燥させた。続いて、電気マッフル炉(デンケン社製、P90)を用い500℃で30分間、大気圧雰囲気下にて焼成した。これにより、多孔質酸化チタン膜付ガラス基材を得た。
[Examples 5 to 45]
In Examples 5 to 45, a metal oxide film was formed on a substrate under the experimental conditions shown in Tables 1 to 9 below. Note that the method for forming the metal oxide film and the method for measuring physical properties are the same as in Example 4. The oxidizing agent and the reducing agent were added at the time of preparing the metal oxide forming solution, a naflon bubbler (manufactured by ASONE) was used for bubbling, and HB400X-21 manufactured by SEN Special Light Source Co., Ltd. was used as the ultraviolet irradiation device. As a hand spray, spray gun No. 8012 was used, and NE-U17 manufactured by OMRON Corporation was used as an ultrasonic nebulizer.
Further, the glass / TiO 2 substrate is obtained by applying TiO 2 fine particles in a paste form on glass. As a specific production method, first, water and isopropyl alcohol as a solvent were mixed with titanium oxide fine particles having a primary particle size of 20 nm (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., P25) 37.5% by weight, acetylacetone 1.25% by weight, polyethylene glycol ( (Average molecular weight 3000) was added to 1.88% by weight, and a slurry in which the above sample was dissolved and dispersed using a homogenizer was prepared. This slurry was applied on a glass substrate by the doctor blade method, left for 20 minutes, and dried at 100 ° C. for 30 minutes. Then, it baked in an atmospheric pressure atmosphere for 30 minutes at 500 degreeC using the electric muffle furnace (made by Denken, P90). Thereby, a glass substrate with a porous titanium oxide film was obtained.

表1には、表2〜表9で用いられる還元剤、酸化剤、補助イオン源およびスプレー器具の種類を示す。表2〜表5には、第一金属酸化物膜形成用溶液を用いた第一金属酸化物膜形成工程(金属酸化物結晶核形成工程)の具体的な実験条件を示し、表6〜表9には、第二金属酸化物膜形成用溶液を用いた第二金属酸化物膜形成工程(金属酸化物膜成長工程)の具体的な実験条件を示す。なお、表6〜表9に示す膜厚は、第一金属酸化物膜および第二金属酸化物膜の合算値を示すものである。実施例4〜45におけるいずれの結果も、光電子分光分析装置(ESCA)において、金属酸化物膜が形成されていることが確認された。   Table 1 shows types of reducing agents, oxidizing agents, auxiliary ion sources, and spray devices used in Tables 2 to 9. Tables 2 to 5 show specific experimental conditions of the first metal oxide film forming step (metal oxide crystal nucleus forming step) using the first metal oxide film forming solution. 9 shows specific experimental conditions for the second metal oxide film forming step (metal oxide film growing step) using the second metal oxide film forming solution. In addition, the film thickness shown to Table 6-Table 9 shows the total value of a 1st metal oxide film and a 2nd metal oxide film. As for any result in Examples 4-45, it was confirmed that the metal oxide film is formed in the photoelectron spectroscopy analyzer (ESCA).

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本発明の金属酸化物膜の製造方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing method of the metal oxide film of this invention. セリウムに対するpHと電位差との関係を示す関係図(プールベ線図)である。It is a relationship figure (Pourbaix diagram) which shows the relationship between pH with respect to cerium, and an electrical potential difference. 第一金属酸化物膜形成工程における第一金属酸化物膜の製造方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing method of the 1st metal oxide film in a 1st metal oxide film formation process. 第一金属酸化物膜形成工程における第一金属酸化物膜の製造方法の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the manufacturing method of the 1st metal oxide film in a 1st metal oxide film formation process. 第一金属酸化物膜形成工程における第一金属酸化物膜の製造方法の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the manufacturing method of the 1st metal oxide film in a 1st metal oxide film formation process. 第一金属酸化物膜形成工程における第一金属酸化物膜の製造方法の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the manufacturing method of the 1st metal oxide film in a 1st metal oxide film formation process. 第二金属酸化物膜形成工程における金属酸化物膜の製造方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing method of the metal oxide film in a 2nd metal oxide film formation process. 第二金属酸化物膜形成工程における金属酸化物膜の製造方法の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the manufacturing method of the metal oxide film in a 2nd metal oxide film formation process.

符号の説明Explanation of symbols

1 … 基材
2 … 第一金属酸化物膜形成用溶液
3 … 第一金属酸化物膜
4 … 第二金属酸化物膜形成用溶液
5 … スプレー装置
6 … 金属酸化物膜
7、8 … ローラー
9 … ポンプ
10 … 紫外線
11〜13 … ローラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base material 2 ... Solution for 1st metal oxide film formation 3 ... 1st metal oxide film 4 ... Solution for 2nd metal oxide film formation 5 ... Spray apparatus 6 ... Metal oxide film 7, 8 ... Roller 9 ... Pump 10 ... Ultraviolet light 11-13 ... Roller

Claims (12)

金属源として金属塩または金属錯体と、酸化剤および還元剤の少なくとも一方とが溶解した第一金属酸化物膜形成用溶液と、基材とを接触させることにより前記基材上に第一金属酸化物膜を形成する第一金属酸化物膜形成工程と、
前記第一金属酸化物膜を備えた基材を、第二金属酸化物膜形成用溶液に含まれる金属源を構成する金属元素が酸素と結合する金属酸化物膜形成温度以上の温度まで加熱し、前記金属源として金属塩または金属錯体が溶解した前記第二金属酸化物膜形成用溶液と接触させることにより第二金属酸化物膜を得る第二金属酸化物膜形成工程と、を有し、
前記第一金属酸化物膜形成工程が、50〜150℃の温度条件下で、前記第一金属酸化物膜形成用溶液を用いるWetコートにより第一金属酸化物膜を形成する工程であり、
前記第二金属酸化物膜形成工程が、400〜1000℃の温度条件下で、前記第二金属酸化物膜形成用溶液を液滴として前記基材に接触させ、前記第二金属酸化物膜形成用溶液の溶媒を瞬時に蒸発させ、前記第二金属酸化物膜を形成する工程であり、
前記第1金属酸化物膜は、前記第2金属酸化物膜を構成する主たる元素を含む金属酸化物膜であることを特徴とする金属酸化物膜の製造方法。
A first metal oxide film is formed on the base material by contacting the base material with a solution for forming a first metal oxide film in which at least one of an oxidizing agent and a reducing agent is dissolved as a metal salt or metal complex as a metal source. A first metal oxide film forming step for forming a material film;
The substrate provided with the first metal oxide film is heated to a temperature equal to or higher than the metal oxide film forming temperature at which the metal element constituting the metal source contained in the second metal oxide film forming solution is combined with oxygen. A second metal oxide film forming step of obtaining a second metal oxide film by contacting with the second metal oxide film forming solution in which a metal salt or a metal complex is dissolved as the metal source,
The first metal oxide film forming step is a step of forming the first metal oxide film by wet coating using the first metal oxide film forming solution under a temperature condition of 50 to 150 ° C. ,
In the second metal oxide film forming step, the second metal oxide film formation is performed by bringing the second metal oxide film forming solution into contact with the base material as droplets under a temperature condition of 400 to 1000 ° C. the solvent instantaneously evaporate the use solution, Ri step der of forming the second metal oxide film,
The first metal oxide film, method for producing a metal oxide film, wherein the metal oxide film der Rukoto comprising a main element forming the second metal oxide film.
前記第一金属酸化物膜形成用溶液と前記基材とを接触させる際に、両者が接触している部分に酸化性ガスを接触させることを特徴とする請求項1に記載の金属酸化物膜の製造方法。   2. The metal oxide film according to claim 1, wherein when the first metal oxide film-forming solution and the base material are brought into contact with each other, an oxidizing gas is brought into contact with a portion where both are in contact with each other. Manufacturing method. 前記酸化性ガスが、酸素またはオゾンであることを特徴とする請求項2に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide film according to claim 2, wherein the oxidizing gas is oxygen or ozone. 前記第一金属酸化物膜形成用溶液と前記基材とを接触させる際に、紫外線を照射することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The metal oxide according to any one of claims 1 to 3, wherein ultraviolet rays are irradiated when the first metal oxide film forming solution and the substrate are brought into contact with each other. A method for producing a membrane. 前記第二金属酸化物膜形成用溶液を噴霧することにより、前記第一金属酸化物膜を備えた基材と接触させることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The said 2nd metal oxide film formation solution is sprayed, It is made to contact with the base material provided with said 1st metal oxide film, The claim in any one of Claim 1 to 4 characterized by the above-mentioned. The manufacturing method of the metal oxide film as described in 2. 前記第二金属酸化物膜形成用溶液が、酸化剤および還元剤の少なくとも一方を含有することを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれかの請求項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The metal oxide film according to any one of claims 1 to 5, wherein the second metal oxide film forming solution contains at least one of an oxidizing agent and a reducing agent. Production method. 前記第二金属酸化物膜形成用溶液が、酸化剤として過酸化水素または亜硝酸ナトリウムを含有することを特徴とする請求項6に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide film according to claim 6, wherein the second metal oxide film forming solution contains hydrogen peroxide or sodium nitrite as an oxidizing agent. 前記第二金属酸化物膜形成用溶液が、還元剤としてボラン系錯体を含有することを特徴とする請求項6または請求項7に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide film according to claim 6 or 7, wherein the second metal oxide film forming solution contains a borane complex as a reducing agent. 前記第一金属酸化物膜形成用溶液に用いられる金属源が、Mg、Al、Si、Ca、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Ag、In、Sn、Ce、Sm、Pb、La、Hf、Sc、Gd、およびTaからなる群から選択される少なくとも一つの金属元素を含有することを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれかの請求項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   Metal sources used for the first metal oxide film forming solution are Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Ag, In, Sn. 9. The method according to claim 1, further comprising at least one metal element selected from the group consisting of Ce, Sm, Pb, La, Hf, Sc, Gd, and Ta. The manufacturing method of the metal oxide film as described in a term. 前記第二金属酸化物膜形成用溶液に用いられる金属源が、Mg、Al、Si、Ca、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Ag、In、Sn、Ce、Sm、Pb、La、Hf、Sc、Gd、Ta、Cr、Ga、Sr、Nb、Mo、Pd、Sb、Te、Ba、およびWからなる群から選択される少なくとも一つの金属元素を含有することを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれかの請求項に記載の金属酸化物膜の
製造方法。
Metal sources used in the second metal oxide film forming solution are Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Ag, In, Sn At least one metal element selected from the group consisting of Ce, Sm, Pb, La, Hf, Sc, Gd, Ta, Cr, Ga, Sr, Nb, Mo, Pd, Sb, Te, Ba, and W It contains, The manufacturing method of the metal oxide film of any one of Claim 1- Claim 9 characterized by the above-mentioned.
前記第一金属酸化物膜形成用溶液および前記第二金属酸化物膜形成用溶液の少なくとも一方が、塩素酸イオン、過塩素酸イオン、亜塩素酸イオン、次亜塩素酸イオン、臭素酸イオン、次臭素酸イオン、硝酸イオン、および亜硝酸イオンからなる群から選択される少なくとも一つのイオン種を含有することを特徴とする請求項1から請求項10までのいずれかの請求項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   At least one of the first metal oxide film forming solution and the second metal oxide film forming solution is chlorate ion, perchlorate ion, chlorite ion, hypochlorite ion, bromate ion, 11. The metal according to claim 1, comprising at least one ionic species selected from the group consisting of hypobromide ions, nitrate ions, and nitrite ions. Manufacturing method of oxide film. 前記第二金属酸化物膜形成用溶液が、さらにセラミックス微粒子を含有することを特徴とする請求項1から請求項11までのいずれかの請求項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide film according to any one of claims 1 to 11, wherein the second metal oxide film forming solution further contains ceramic fine particles.
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