JP5243248B2 - 塗布液、及び金属化合物薄膜の形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、金属化合物薄膜の形成に用いられる塗布液、及び金属化合物薄膜形成方法関する。
ガラス、金属、セラミックスなどの表面へ金属酸化物薄膜を形成する技術としては、スパッタリング、物理吸着(PVD)、化学蒸着(CVD)などのドライ法、ゾル−ゲル法に代表されるウエット法がある。
しかし、スパッタリングやPVDなどの物理的手法によるドライプロセスは、高い真空度を必要とし、装置が大きくなるほど高真空を維持することは難しくなるため、大面積にわたって金属酸化物薄膜を形成することは困難である。また、材料を気化させるために大量のエネルギーが必要であるうえに、成膜性を良くするためには、金属酸化物薄膜を形成する基体も加熱しなければならず、膨大なエネルギーが必要となってしまう。さらに、基体が複雑な形状である場合は、基体において「影」になる部分への成膜が困難であるという問題がある。
また、CVDでは、化学反応を伴うため、組成を均一に保つことが難しく、さらに、副生成物を抑制するために、非常に複雑な制御が必要となる。
また、ゾルーゲル法では、温度や湿度によって縮重合反応の進み方に大きな差が生じることから、常に均一な薄膜を得ようとすると、厳しい成膜条件の制御が必要となる。また、塗布液のゾルが不安定な場合が多く、ゾルの粘度の維持や固形物の沈降を防ぐための工夫が必要となるなど、実施するうえで解消すべき問題点が多い。さらに、金属酸化物薄膜中に2種以上の金属種を含ませることで、金属酸化物薄膜に特定の機能を発現させたい場合があるが、ゾルーゲル法では、金属種によって加水分解速度が異なるため、異種金属を混合しても相分離してしまい、そのような機能を発現させることができない。
そこで、金属錯体を含む塗布液を基体の表面に塗布し、その後、焼成することで金属錯体を熱分解し、金属酸化物薄膜を形成する技術が提案されている(特許文献1〜3参照)。この技術において、金属錯体の配位子としては、エチレンジアミン四酢酸、ジエタノールアミン、アセチルアセトンなど、アミノ基やヒドロキシル基などの置換基が分子中に2つ以上ある多座配位子が多く利用される。
特開平09−278489号公報 特開平11−228113号公報 特開平11−256342号公報
しかしながら、従来の、金属錯体を含む塗布液を用いた金属酸化物薄膜形成方法では、塗膜形成後に金属錯体を加熱して熱分解するとき、有機物質である配位子が消失するため、塗膜に大幅な体積収縮が生じ、その結果、金属酸化物薄膜にクラックが生じたり、金属酸化物薄膜と基体との密着性が損なわれてしまうという問題があった。特に、クラックや密着性不良の問題は、金属酸化物薄膜の膜厚が厚いほど、顕著となってしまう。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、クラックや、金属化合物薄膜(例えば金属酸化物薄膜)と基体との密着性不良が生じず、良質な金属化合物薄膜を形成することができる塗布液、及び金属化合物薄膜の形成方法提供することを目的とする。
本願の第1の発明は、
化学式1で表される金属錯体A、化学式2で表される金属錯体B、及び化学式3で表される金属錯体Cより成る群から選ばれる1種以上を含む塗布液を要旨とする。
化学式1、化学式2、及び化学式3におけるMは金属イオンであり、化学式1、化学式2、及び化学式3におけるX1〜X4は、それぞれ、O、NH、CO2、及びSのうちのいずれかであり、化学式1におけるY1〜Y8及び化学式3におけるY1〜Y4は、それぞれ、CHまたはNであり、化学式2及び化学式3におけるZ1〜Z3と、化学式2におけるZ4〜Z6とは、それぞれ、O、NH、及びSより成る群から選ばれる1個と、CH及びNより成る群から選ばれる2個とから構成される。化学式1、化学式2、及び化学式3におけるLは軸配位子であり、Lとしては、例えば、アルコキシドイオン、ヒドロキシドイオン、ハロゲン化物イオンなどの陰イオンや、水、アルコール類、アミン類などの、金属と配位結合を形成する分子がある。化学式1、化学式2、及び化学式3におけるkは金属錯体の価数であり、M、X1〜X4、及びLの有する電荷の総和に等しい。
本発明に係る塗布液としては、金属錯体Aを含む塗布液、金属錯体Bを含む塗布液、金属錯体Cを含む塗布液、及びそれらのうちの2種以上を含む塗布液がある。
本発明の塗布液を用いれば、基体の表面に金属化合物薄膜を形成することができる。例えば、本発明の塗布液を基体の表面に塗布し、乾燥させると、基体の表面には、金属錯体A、金属錯体B、金属錯体C、またはそれらのうちの2種以上を含む塗膜が形成される。次に、その塗膜を焼成すると、上記の金属錯体が熱分解され、配位子が消失して、化学式18で表される、金属Mの化合物から成る薄膜が形成される。この金属Mの化合物は、化学式18におけるX5、X6の種類(X5、X6は、X1〜X4に含まれるO、N、及びSのうちのいずれかである)により相違する。例えば、X5、X6がともにOである場合、金属Mの化合物は、金属Mの酸化物となる。また、X5、X6は、ともにSであってもよいし、ともにNであってもよいし、O、S、Nから選ばれた2種であってもよい。
本発明の塗布液を用いて形成された金属化合物薄膜は、クラックが生じることがなく、基体との密着性が優れている。また、クラックが生じないため、金属化合物薄膜の膜厚を厚くすることができる。
上記のように、クラックが生じない理由は、次のように推測される。すなわち、金属錯体A〜金属錯体Cは、化学式1〜化学式3に表された分子構造から明らかなとおり、平板な構造を有しているから、塗布液を基体上に塗布して塗膜を形成したとき、金属錯体同士の相互作用により、金属錯体同士が重なるような分子集合構造(スタッキング)を形成する。また、配位子に含まれる芳香環同士の相互作用も、上記の分子集合構造の形成に寄与する。これにより、焼成時に配位子が消失しても、基体の表面に平行な方向への体積収縮が抑制され、クラック発生や剥離が抑制されると考えられる。
なお、従来用いられていた金属錯体により金属酸化物薄膜を形成したとき、クラックや密着性不良が生じていた理由は次のように考えられる。金属原子が錯形成する際には、最外殻のd軌道を使って結合を形成するが、この結合は金属原子を中心とした正八面体の各頂点の方向へ伸びており、その先端に配位子の置換基が存在するから、通常の金属錯体は、例えば、図8に示す分子構造のように、金属を中心とする立体構造を有している。そのため、金属錯体から成る塗膜を焼成し、熱分解によって配位子が消失すると、3次元方向に大きな体積の収縮が生じ、その結果として、クラックや、基体とのサイズ不整合による剥離が生じてしまう。
また、本発明の塗布液を用いて形成された金属化合物薄膜は、硬度が高い。さらに、本発明の塗布液を用いて形成された金属化合物薄膜は、平滑であり、透明性が高いため、例えば、ガラスの表面に金属化合物薄膜を形成した場合は、透過性を維持することができ、ミラーの表面に金属化合物薄膜を形成した場合は、反射率を維持することができる。
また、本発明の塗布液は、バインダーを含まなくても、耐久性がある金属化合物薄膜を形成することができる。そのため、形成された薄膜中における金属化合物の濃度が、バインダーより薄められてしまうことがないので、金属化合物による作用(例えば光触媒作用)が高い。
また、本発明の塗布液は、安定であるため、長期間保管することができる。
前記Mとしては、例えば、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、In、Sn、Eu、Ta、Pb等が挙げられる。Mとしては、1種類の金属のみを用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
前記MとしてTiを用いた場合、本発明の塗布液を用いて形成された金属化合物(化学式18においてMをTiとしたもの)の薄膜は、光触媒作用を奏する。ここで、X5、X6がいずれもOの場合(TiO2の場合)は、紫外光の波長領域において光触媒作用を奏する。また、X5、X6のうちの少なくとも一方を、SまたはNとした場合は、異なる波長領域(例えば可視光の領域)にて光触媒作用を奏することができる。
前記Mとして、InとSnの組み合わせ、GaとZnの組み合わせ、NbとTiの組み合わせを用い、X5、X6としてOを用いた場合、本発明の塗布液を用いて形成された金属酸化物薄膜(ITO、Ga−ZnO、Nb−TiO2)は、透明導電膜の機能を奏する。
前記MとしてSnを用い、X5、X6としてOを用いた場合、本発明の塗布液を用いて形成された金属酸化物薄膜(SnO2)は、Low−E膜として熱線遮断作用を奏する。MをVとし、X5、X6をOとした、本発明の塗布液を用いて金属酸化物薄膜(V25)をガラスの表面に形成すると、調光ガラスを製造することができる。
前記MとしてNbを用いた場合、本発明の塗布液を用いて形成された金属酸化物薄膜は、超親水性を発現する。
前記金属錯体Aは、例えば、化学式4〜化学式11で表される金属錯体のうちのいずれかとすることができる。
さらに、上記化学式4では、X1及びX3をSとし、X2及びX4をOとしているが、これとは別に、X1及びX4をSとし、X2及びX3をOとしてもよいし、X1及びX2をSとし、X3及びX4をOとしてもよいし、X1〜X4のうちの一つだけをSとし、その他をOとしてもよいし、X1〜X4のうちの一つだけをOとし、その他をSとしてもよい。同様に、化学式7、9、11においても、X1〜X4の組み合わせを上記のごとく変更してもよい。
また、化学式10では、Y4とY8をNとし、Y1〜Y3、及びY5〜Y7をCHとしているが、これとは別に、Y1とY8をNとし、Y1〜Y7をCHとしてもよい。
前記金属錯体Bは、例えば、化学式12〜化学式15で表される金属錯体のうちのいずれかとすることができる。
さらに、上記化学式13では、Z1とZ4をSとし、Z2〜Z3、及びZ5〜Z6をCHとしているが、これとは別に、Z1とZ6をSとし、Z2〜Z5をCHとしてもよい。
前記金属錯体Cは、例えば、化学式16〜17で表される金属錯体のうちのいずれかとすることができる。
本発明の塗布液は、容易に製造することができる。例えば、適当な溶媒中で金属アルコキシドや金属塩(例えば金属塩化物)などの原料に、配位子となる成分2等量を加えたのち、加熱することで金属錯体A及び/又は金属錯体Bを製造し、必要に応じて、ろ過・回収をするだけでよい。あるいは、適当な溶媒中で金属アルコキシドや金属塩(例えば金属塩化物)などの原料に、2種類の配位子となる成分を1等量ずつ加えたのち、加熱することで金属錯体Cを製造し、必要に応じて分離・精製を行えばよい。金属錯体A〜金属錯体Cの製造において、配位子となる成分は、1、2―置換型の芳香族化合物であって、化学式4で表される金属錯体Aの場合は、カテコール(化学式19)であり、化学式5〜11で表される金属錯体Aの場合は、それぞれ、化学式20〜化学式26で表される化合物であり、化学式12〜化学式15で表される金属錯体Bの場合は、それぞれ、化学式27〜化学式30で表される化合物であり、化学式16で表される金属錯体Cの場合は、カテコール(化学式19)と化学式27で表される化合物との組み合わせであり、化学式17で表される金属錯体Cの場合は、カテコール(化学式19)と化学式29で表される化合物との組み合わせである。
本発明の塗布液は、溶媒として、例えば、アルコール類(例えば、2−プロパノール、メタノール、エタノール、n−ブタノール)、エーテル類(例えば、ジエチルエーテル、MTBE、THF等)、炭化水素(例えば、オクタン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン等)、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ハロゲン化物(クロロホルム、ジブロモメタン、ジクロロメタン等)、ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、AcAc等)、酢酸エチル、水等を含むものとすることができる。
塗布液における金属錯体の濃度は、金属錯体の溶解度を超えない範囲であれば特に制限はないが、例えば、0.1〜5重量%の濃度が好適である。2種類以上の金属が均一に混合した複合金属化合物薄膜を形成するときには、相当する金属錯体を所望の割合で混合して用いればよい。
本願の第2の発明は、
上記第1の発明の塗布液を基体上に塗布して塗膜を形成し、前記塗膜に含まれる、前記金属錯体A、前記金属錯体B、及び前記金属錯体Cより成る群から選ばれる1種以上を、化学式18で表される金属化合物に変化させることを特徴とする金属化合物薄膜の形成方法を要旨とする。
化学式18におけるX5及びX6は、前記X1〜X4に含まれるO、N、及びSのうちのいずれかであり、l、m、及びnは、それぞれ、X5、X6、及びMの価数である。また、x及びyは、それぞれ、上記金属化合物におけるX5及びX6の含有率であり、xとyとの和が1を超えない値である。
本発明により形成された金属化合物薄膜は、クラックが生じることがなく、基体との密着性が優れており、硬度が高い。また、上記のように、クラックが生じないため、金属化合物薄膜の膜厚を厚くすることができる。
また、本発明により形成された金属化合物薄膜は、平滑であり、透明性が高いため、例えば、ガラスの表面に金属化合物薄膜を形成した場合は、透過性を維持することができ、ミラーの表面に金属化合物薄膜を形成した場合は、反射率を維持することができる。
また、本発明で用いる塗布液は、バインダーを含まなくても、耐久性がある金属化合物薄膜を形成することができる。そのため、形成された薄膜中における金属化合物の濃度が、バインダーより薄められてしまうことがないので、金属化合物による作用(例えば光触媒作用)が高い。特に、金属化合物がNb化合物である場合、金属化合物薄膜は、超親水性が著しい。また、金属化合物がTi化合物であり、且つ金属化合物の化学式(化学式1〜化学式3のいずれか)におけるX〜XのいずれかがNHまたはSである場合、金属化合物薄膜は、可視光応答光触媒となる。
前記基体は、特に限定されないが、金属錯体A〜金属錯体Cから、化学式18で表される金属化合物への変化の工程において焼成法を用いる場合は、焼成時の温度に耐えられる物質であることが望ましい。基体の具体例としては、例えば、ガラス(例えば、PYREX(登録商標)ガラス、並ガラス、石英ガラス)、金属(例えば、鉄、ステンレス、アルミ、銅、真鍮等)、セラミックス(例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ)、樹脂(例えばポリイミド樹脂等)の耐熱性高分子が挙げられる。
前記塗布の方法としては、塗布液の塗膜を形成できる方法であれば広く用いることができるが、例えば、スピンコート、ディップコート、スプレーコート等の、一般的に用いられるコーティング方法が挙げられる。なお、塗布液を塗布した後、塗膜を常温常圧下にて自然乾燥させることが好ましい。この後、例えば、塗膜の焼成を行うことができる。
前記金属錯体A〜前記金属錯体Cを、化学式18で表される金属化合物に変化させる方法としては、例えば、塗布液を塗布して形成された塗膜を焼成する方法がある。焼成温度は、例えば、250〜1800℃の範囲が好適である。250℃以上であれば、固く緻密な膜を形成することができる。このように、焼成温度が、250℃程度という、低い温度でよいため、本発明の塗布液を用いれば、熱に弱い基材の表面にも、金属化合物薄膜を形成することができる。また、基体が並ガラスである場合でも、アンダーコートなしで金属化合物薄膜を形成することができる。なお、焼成温度は、金属Mの種類と、所望する、金属化合物薄膜の結晶相とに応じて調整することができる。
金属酸化物薄膜の表面を表す写真である。 金属酸化物薄膜の表面にメチレンブルーを付着させておき、UVを照射したときの吸光度の推移を表すグラフである。 金属酸化物薄膜の表面を表すSEM像、及び元素分析結果を表すチャートである。 金属酸化物薄膜の表面を表すSEM像、及び元素分析結果を表すチャートである。 金属酸化物薄膜の表面を表すSEM像、及び元素分析結果を表すチャートである。 金属酸化物薄膜の表面を表すSEM像、及び元素分析結果を表すチャートである。 金属酸化物薄膜の表面を表すSEM像、及び元素分析結果を表すチャートである。 チタン−イミノジエタノール錯体の分子構造を表す説明図である。 金属酸化物薄膜の表面を表す写真である。 金属酸化物薄膜の表面を表すSEM像、及び元素分析結果を表すチャートである。 金属酸化物薄膜の表面を表すSEM像、及び元素分析結果を表すチャートである。 金属酸化物薄膜の表面を表すSEM像、及び元素分析結果を表すチャートである。 金属酸化物薄膜の表面を表すSEM像、及び元素分析結果を表すチャートである。 金属酸化物薄膜の表面を表すSEM像、及び元素分析結果を表すチャートである。 金属酸化物薄膜の表面を表すSEM像、及び元素分析結果を表すチャートである。 金属酸化物薄膜の可視光吸収特性を表すグラフである。 金属酸化物薄膜における接触角の変化を表すグラフである。
本発明を実施例に基づいて説明する。
(a)塗布液の製造
適量のキシレンにカテコールを溶解させた溶液を調製しておき、この溶液に、チタン(IV)イソプロポキシド(Titanium(IV)isopropoxide)を、チタン(IV)イソプロポキシドとカテコールとのモル比が1:2となる量だけ滴下し、混合した。この混合物を約1時間還流し、その後、蒸気温度が140℃になるまで蒸留を行った。蒸留後、残った混合物を常温下で一晩放置してから、生じた沈殿物をメンブレンフィルターを用いてろ過した。そして、ろ過された固形物を、140℃の真空中に置いて揮発成分を取り除き、乾燥させた。この乾燥は、固形物の量が理論値に近い値(約98%)となるまで続けた。得られた固形物は、チタンカテコレートである。
次に、アセチルアセトンとアセトンとを体積比1:14の割合で混合した混合液100mlに、上記チタンカテコレートのうちの1g(チタンカテコレート換算で3.79mmol)を溶解させることで、塗布液Aを完成した。
さらに、厚膜を作成するための塗布液として、アセチルアセトンとベンゼンとを体積比1:1の割合で混合した混合液10mlに、上記チタンカテコレートのうち1.32g(チタンカテコレート換算で5.0mmol)を溶解させることで、塗布液Bを完成した。
(b)ガラス基板の表面への金属酸化物薄膜の形成
PYREX(登録商標)ガラスから成る、50mm×50mmの大きさの基板の表面に、上記(a)で製造した塗布液Aをスピンコート法により塗布し、塗膜を形成した。スピンコート法における回転数は1000rpmとし、塗布時間は30秒とし、滴下量は約0.5mlとした。
次に、上記基板を焼成した。焼成は、下記に示す250℃条件、300℃条件、350℃条件、及び500℃条件により、それぞれ行った。
250℃条件:大気雰囲気中にて、室温から1時間かけて250℃まで昇温し、250℃にて25時間保持し、最後に、1時間かけて室温まで冷却する。
300℃条件:大気雰囲気中にて、室温から1時間かけて300℃まで昇温し、300℃にて25時間保持し、最後に、1時間かけて室温まで冷却する。
350℃条件:大気雰囲気中にて、室温から1時間かけて350℃まで昇温し、350℃にて25時間保持し、最後に、1時間かけて室温まで冷却する。
500℃条件:大気雰囲気中にて、室温から1時間かけて500℃まで昇温し、500℃にて1時間保持し、最後に、1時間かけて室温まで冷却する。
上記の焼成により、ガラス基板の表面に、金属酸化物(TiO2)薄膜が形成された。
さらに、下記の条件によって厚膜を作成した。
500℃厚膜条件:上記(a)で製造した塗布液Bを、PYREX(登録商標)ガラスから成る50mm×50mmの基板上に、上記と同じ条件にてスピンコート法により塗布したのち、大気雰囲気中にて、室温から1時間かけて500℃まで昇温し、500℃にて1時間保持し、最後に、1時間かけて室温まで冷却した。これにより、PYREX(登録商標)ガラス基板の上に、金属酸化物(TiO2)の厚膜が形成された。
(c)金属酸化物薄膜の評価
上記(b)で形成された金属酸化物薄膜のうち、塗布液Aを用い、焼成条件が上記500℃条件であるもの、及び、上記500℃厚膜条件で形成したものの表面を、それぞれ、光学顕微鏡により観察した。図1の上段は、塗布液Aを用い、焼成条件が500℃条件である金属酸化物薄膜の表面を撮影した写真であり、図1の下段は、500℃厚膜条件で形成した金属酸化物薄膜の表面を撮影した写真である。図1の上段及び下段の写真に示すとおり、いずれの金属酸化物薄膜にも、クラックは全く生じていなかった。
また、上記(b)で形成された金属酸化物薄膜の硬度を測定した。その結果を表1に示す。
表1に示すように、金属酸化物薄膜は、焼成条件が250℃条件、300℃条件、350℃条件、及び500℃条件のいずれの場合でも、H以上の硬度を有していた。なお、硬度の測定条件は、鉛筆引っかき試験(JIS K 5400)に準拠した。なお、表1には、後述する比較例2で作成した金属酸化物薄膜の測定結果をあわせて示す。
さらに、上記(b)で形成された金属化合物薄膜の透明性を測定したところ、濁度0.1以下であった。なお、透明性の測定方法は、プラスチック−透明材料のヘーズの求め方(JIS K 7136)に準拠した。
また、上記(b)で形成された金属化合物薄膜は、平滑であり、ガラス基板との密着性が優れていた。
(d)光触媒作用の評価
(i)上記(b)で形成した金属酸化物薄膜のうち、焼成条件が500℃条件であるものの表面における水の接触角を測定した。測定は、UV照射前と、所定時間UV照射を行った後に、それぞれ行った。なお、光源には40W−BLBランプを使用し、UVの照射条件は、試料表面でのUV強度:2.4mW/cm2である。測定結果を表2に示す。
表2に示すとおり、接触角は、UV照射前においては、約64°であったが、1時間UV照射した後では接触角が約10°を示すまで親水化し、6時間UV照射した後では、接触角が3°以下である超親水性を示した。この結果は、金属酸化物薄膜が、光誘起超親水化することを示している。
また、上記(b)で形成した金属酸化物薄膜のうち、焼成条件が300℃、及び350℃条件であるものの表面における水の接触角を測定した。測定は、UV照射前(初期)、照射時間1時間、2時間、3時間において、それぞれ行った。なお、光源には40W−BLBランプを使用し、UVの照射条件は、試料表面でのUV強度:2.4mW/cm2である。測定結果を表3に示す。
表3に示すとおり、焼成条件が300℃条件の場合でも、350℃条件の場合でも、接触角が10°以下である超親水性が実現できた。特に、焼成条件が350℃の場合は、1時間照射するだけで、超親水性を実現できた。なお、表3には、後述する比較例2で作成した金属酸化物薄膜の測定結果をあわせて示す。
(ii)また、上記(b)にて金属酸化物薄膜を形成し、500℃条件にて焼成したガラス基板を0.1mMのメチレンブルー水溶液に一晩浸漬し、蒸留水で洗浄した後、ガラス基板の初期吸光度を測定した。次に、金属酸化物薄膜にUV照射を行いつつ、所定時間ごとに、吸光度を測定した。その結果を図2に示す。なお、試験条件は、光触媒製品における湿式分解性能試験方法(光触媒工業会)に準拠した。
図2に示すとおり、UV照射20分後からメチレンブルーに起因する波長664nm付近のピーク(吸光度)は小さくなり始め、UV照射時間の増加とともに、減少し続けた。UV照射開始から24時間の時点では、波長664nm付近のピークは、初期の吸光度の約1/3まで小さくなった。この結果は、金属酸化物薄膜が、光触媒作用により、メチレンブルーを分解したことを示している。
上記(i)、(ii)の実験結果から、本実施例1で製造した金属酸化物薄膜は、高い光触媒活性を有していることが確認できた。
(a)塗布液の製造
アセトンとベンゼンとを体積比1:1の割合で混合した溶液に、1.1g(10mmol)のカテコールを溶解させて、混合液を調製した。この混合液に、チタン(IV)イソプロポキシドを、チタン(IV)イソプロポキシドとカテコールとのモル比が1:2となる量だけ滴下し、塗布液を完成した。なお、塗布液における溶媒の総量は、チタン(IV)イソプロポキシドの濃度が0.1Mとなるように調整した。本実施例2で製造した塗布液は、前記実施例1の塗布液と同様に、チタンカテコレートの溶液である。
(b)ガラス基板の表面への金属酸化物薄膜の形成
前記実施例1と同様に、PYREX(登録商標)ガラスから成る、50mm×50mmの大きさの基板の表面に、上記(a)で製造した塗布液を用いて、金属酸化物薄膜を形成した。ただし、塗布液を塗布した後の焼成条件は、上記500℃条件とした。
本実施例2で形成した金属酸化物薄膜も、前記実施例1と同様の効果を奏する。
(a)金属酸化物薄膜の形成
前記実施例1の(a)で製造した塗布液を、後述する種々の材質から成る基板に塗布し、焼成して、金属酸化物薄膜を形成した。塗布液の塗布方法は、基板の材質がグラスファイバーの場合はドロップコート法とし、その他の材質の場合はフローコート法を用いた。また、焼成条件は、全て、上記500℃条件とした。
(b)光触媒活性の試験
(i)前記(a)で形成した金属酸化物薄膜のUV照射前と照射10分後における水の接触角を計測した。UV照射前における測定値(初期値)が20°以上であり、照射10分後における値が5°以下である場合は、金属酸化物薄膜の親水性を○と評価した。その結果を表4に示す。
表4に示すとおり、基板の材質が並ガラス、PYREX(登録商標)ガラス、石英ガラス、タイル、銅、真鍮、アルミ、洋白(Cu−Ni−Zn)の場合、いずれも、親水性の評価結果が○となった。
(ii)前記(a)で金属酸化物薄膜を形成した基板を0.01Mの硝酸銀に浸漬し、UVを10分間照射した。照射部分に銀の付着が見られれば、光触媒活性を○と評価した。その結果を表5に示す。
表5に示すとおり、基板の材質が並ガラス、PYREX(登録商標)ガラス、石英ガラス、タイル、銅、アルミ、洋白(Cu−Ni−Zn)、グラスファイバーの場合、いずれも、親水性の評価結果が○となった。
上記(i)、(ii)の実験結果から、前記実施例1で製造した塗布液は、基板の材質が上記のいずれのものである場合でも、その表面に金属酸化物薄膜を形成することができ、その金属酸化物薄膜は光触媒活性を有することが確認できた。
(a)塗布液の製造
アルミニウムsブトキシド(Aluminium(III) sec-butoxide)と適量のベンゼンとを混ぜ、これを溶液1とした。また、適量のベンゼンにカテコールを溶解させ、これを溶液2とした。溶液1を、アルミニウムsブトキシドとカテコールとのモル比が2:3となるように、溶液2に滴下し、混合溶液を得た。なお、この混合溶液における溶媒の総量は、アルミニウムsブトキシドの濃度が0.2Mとなるように調製した。次に、上記混合溶液を約10分間還流し、その後、アルミの濃度が0.05Mとなるようにベンゼンを足し、塗布液を完成した。この塗布液は、アルミニウムのカテコール錯体の溶液である。
(b)シリコンウェハー基板の表面への金属酸化物薄膜の形成
前記(a)で製造した塗布液を、スピンコート法(1000rpmで30秒間)によりシリコンウェハー基板の表面へ塗布した。次に、このシリコンウェハー基板を、上記500℃条件により焼成した。
(c)金属酸化物薄膜の評価
前記(b)にてスピンコート法により塗布液を塗布した後に、シリコンウェハー基板の表面を観察すると、均一な仕上がりとなっていた。
また、前記(b)にて焼成した後に、シリコンウェハー基板の表面をSEM観察するとともに、エネルギー分散型X線分光法(EDAX)により、元素分析を行った。図3〜5の上段は、観察したSEM像(同一場所の像)であり、このSEM像には、白く見える部分と黒く見える部分とが混在している。図3のSEM像において、スペクトル4と表示された部分は白く見える部分であり、この部分の元素分析を行ったところ、シリコンウェハー基板のSiが検出された(図3の中段及び下段)。また、図4のSEM像において、スペクトル3と表示された部分は黒く見える部分であり、この部分の元素分析を行ったところ、シリコンウェハー基板のSiと、金属酸化物薄膜のAlとが検出された(図4の中段及び下段)。また、図5のSEM像において、スペクトル2と表示された領域は、白く見える部分と黒く見える部分とを含む領域であるが、この領域の元素分析を行ったところ、シリコンウェハー基板のSiと、金属酸化物薄膜のAlとが検出された(図5の中段及び下段)。以上の結果から、シリコンウェハー基板上には、均質な酸化アルミニウムの薄膜が形成されていることが確認できた。
(a)塗布液の製造
トルエンにカテコールを溶解させた溶液に、ニオブ(V)エトキシド(niobium(V)ethoxide)を、ニオブ(V)エトキシドとカテコールとのモル比が1:2となるように滴下し、混合溶液を得た。なお、この混合溶液における溶媒の総量は、ニオブ(V)エトキシドの濃度が0.1Mとなるように調整した。次に、上記混合溶液を、蒸気温度が110℃となり、溶媒の半分が蒸発するまで蒸留した。その後、ニオブの濃度が0.05Mとなるようにトルエンを足し、塗布液を完成した。この塗布液は、ニオブのカテコール錯体の溶液である。
(b)シリコンウェハー基板の表面への金属酸化物薄膜の形成
前記(a)で製造した塗布液を、スピンコート法(1000rpmで30秒間)によりシリコンウェハー基板の表面へ塗布した。次に、このシリコンウェハー基板を、上記500℃条件により焼成した。
(c)金属酸化物薄膜の評価
前記(b)にてスピンコート法により塗布液を塗布した後に、シリコンウェハー基板の表面を観察すると、均一な仕上がりとなっていた。
また、前記(b)にて焼成した後に、シリコンウェハー基板の表面をSEM観察するとともに、エネルギー分散型X線分光法(EDAX)により元素分析を行った。図6における上段の像は観察したSEM像であり、このSEM像には不均一な模様は現れていない。このSEM像における一定の領域を元素分析したところ、図6の中段、及び下段に示すように、Nb、Si、O、Cが検出された。これらの結果から、シリコンウェハー基板上に、Nb25の膜が均一に形成されていることが確認できた。
(a)塗布液の製造
適量のキシレンにカテコールを溶解させた溶液に、オルトケイ酸エトキシド(TEOS-Tetraethyl Orthosillicate)を、オルトケイ酸エトキシドとカテコールとのモル比が1:2となるように滴下し、混合溶液を得た。なお、この混合溶液における溶媒の総量は、オルトケイ酸エトキシドの濃度が0.1Mとなるように調整した。次に、上記混合溶液を約1時間還流し、蒸留した。蒸留は、蒸気温度が140℃となり、溶媒の半分が蒸発するまで続けた。その後、シリコンの濃度が0.05Mとなるようにキシレンを足し、塗布液を完成した。この塗布液は、シリコンのカテコール錯体の溶液である。
(b)アルミ基板の表面への金属酸化物薄膜の形成
前記(a)で製造した塗布液を、スピンコート法(1000rpmで30秒間)によりアルミ基板の表面へ塗布した。次に、アルミ基板を、上記500℃条件により焼成した。
(c)金属酸化物薄膜の評価
前記(b)にてスピンコート法により塗布液を塗布した後に、アルミ基板の表面を観察すると、均一な仕上がりとなっていた。
また、前記(b)にて焼成した後に、アルミ基板の表面をSEM観察するとともに、エネルギー分散型X線分光法(EDAX)により元素分析を行った。図7における上段の像はSEM像であり、このSEM像には不均一な模様は現れていない。図7のSEM像において、スペクトル3と表示された領域の元素分析を行ったところ、アルミ基板のAlと、金属酸化物薄膜のSiとが検出された(図7の中段及び下段)。以上の結果から、アルミ基板上に、Siの酸化物薄膜が均一に形成されていることが確認できた。
(a)塗布液の製造
適量のキシレンにカテコールを溶解させた溶液に、ゲルマニウム(IV)プロポキシド(Germanium(IV)propoxide)を、ゲルマニウム(IV)プロポキシドとカテコールとのモル比が1:2となるように滴下し、混合溶液を得た。なお、この混合溶液における溶媒の総量は、ゲルマニウム(IV)プロポキシドの濃度が0.1Mとなるように調整した。次に、上記混合溶液を約1時間還流し、蒸留した。蒸留は、蒸気温度が140℃となり、溶媒の半分が蒸発するまで続けた。その後、ゲルマニウムの濃度が0.05Mとなるようにキシレンを足し、塗布液を完成した。この塗布液は、ゲルマニウムのカテコール錯体の溶液である。
(b)アルミ基板の表面への金属酸化物薄膜の形成
前記(a)で製造した塗布液を、スピンコート法(1000rpmで30秒間)によりアルミ基板の表面へ塗布した。次に、アルミ基板を、上記500℃条件により焼成した。
(a)塗布液の製造
適量のトルエンにカテコールを溶解させた溶液を調製しておき、この溶液に、ニオブ(V)エトキシド(Niobium(V)ethoxide)を、ニオブ(V)エトキシドとカテコールのモル比が2:5となるように、滴下した。溶媒の総量はニオブ(V)エトキシドの濃度が0.5Mとなるように調整した。その後、その溶液の半分を蒸留した。蒸留時は蒸気温度が100℃になることを確認し、蒸留後残った混合液の揮発成分をロータリエバポレータの減圧下で蒸発させた。残った固形分を、さらに真空乾燥機を使い、真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。乾燥は、理論値に近い量(約98%)の固形物(ニオブカテコレート)を得るまで続けた。
本実施例8では、ニオブ(V)エトキシド(50.0g,0.157mol)、カテコール(43.3g,0.939mol)、トルエン(320mL)の溶液から、56.0g(収率98%)の固形物(ニオブカテコレート)を得ることができた。得られた固形物(ニオブカテコレート)を、体積比1:4の割合でアセチルアセトンとトルエンを混合した混合液に溶解させ、ニオブの濃度が0.10M若しくは4wt.%となるように調整し、塗布液とした。
(b)金属酸化物薄膜の形成
ソーダライムガラス(SLG)またはPYREX(登録商標)ガラスから成る、縦横50mm×50mm、厚み3mmの基板の表面に、上記(a)で製造した塗布液をスピンコート法により塗布し、塗膜を形成した。スピンコート法における回転数は750rpmとし、滴下量は約0.4mlとした。
塗布液がコーティングされたコーティングガラス基板を、電気炉を用いて大気中で焼成し、Nbコーティングガラスを得た。焼成条件は、昇温速度10℃/minで所定の焼成温度(300,350,400,450,500,550,600℃)まで昇温し、その焼成温度で1時間保持してから、自然冷却するものとした。焼成後、コーティングガラス基板上に良好なニオブ酸化物薄膜を得ることができた。
(c)金属酸化物(ニオブ酸化物)薄膜の評価
(i)全透過度、濁度、色差の測定
前記(b)においてニオブ酸化物薄膜を形成したコーティングガラスの全透過度、濁度及び色差を測定した。なお、全透過度と濁度は、日本電色工業(株)のNDH−500Wを使用し、JISK7136に基づき測定した。また、色差は日本電色工業(株)のSE−2000を使用し、JISZ8722に基づき測定した。その結果を下記表6に示す
(ii)硝酸銀の光誘起還元反応試験(ニオブ酸化物)
前記(b)においてニオブ酸化物薄膜を形成したコーティングガラスを、水面下50mmの位置となるように、0.01M硝酸銀水溶液に浸漬した。その状態で人工太陽光を1時間照射し、光触媒反応による金属銀の析出の有無(すなわち、光触媒活性)を評価した。結果を下記表7に示す。なお、銀の析出(反応の有無)は、目視により確認した。
(iii)光誘起超親水性の試験
前記(b)においてニオブ酸化物薄膜を形成したコーティングガラスにUV照射を行い、照射前後における水の接触角の変化を測定した。その結果を下記表8に示す。UV照射は、40WBLBランプを用い、2.4mW/cmの強度(光の波長が365nmでの強度)で行った。また、接触角の測定は、照射前、照射1時間後、照射2時間後、照射3時間後、照射6時間後、照射24時間後にそれぞれ行った。
(iv)試験結果
基体がソーダライムガラスの場合、光触媒活性の発現が著しく、特に、焼成温度が500℃以上のとき、光触媒活性が一層顕著となった。また、焼成温度によらず、超親水性を示したが、特に、焼成温度が500〜550℃のとき、超親水性が顕著となった。なお、焼成温度が600℃のとき、親水性活性が悪かった原因としては、ニオブ酸化物が他の結晶系に変化した可能性が考えられる。
以上の試験結果より、酸化ニオブ薄膜が光セルフクリーニング用コーティングとして有効であることが確認できた。
トルエン/2‐ブタノン(モル比1 : 1)溶媒(10 mL)に、2‐アミノフェノール(218mg、 2mmol)とチタニウム(IV)イソプロポキシド(TTIP)(284mg、1mmol)とを加えてから、超音波を利用して試薬を溶解したものを塗布液とした。その後、パイレックス(登録商標)ガラス基板上に塗布液をスピンコート法によりコーティングし、電気炉を用いて500℃で1時間焼成を行った。この結果、ガラス基板上に、金属酸化物(CNO-Ti)薄膜が形成された。
上記のようにして金属酸化物薄膜を形成したガラス基板の吸光度スペクトルを、可視・紫外分光光度計((株)日立ハイテクノロジーズ製:U−3310)を用いて測定し、金属酸化物薄膜の可視光吸収特性を評価した(図16参照)。
また、形成した金属酸化物薄膜の可視光応答性(光誘起親水性)を、以下の方法で評価した。すなわち、金属酸化物薄膜に対し、可視光を照射してから、水の接触角を測定し、光誘起親水性を評価した(図17参照)。ここで、光源には蛍光灯(20000lx)を用い、420nm以下の波長はフィルターによりカットした。また、接触角計は、dataphysics社製のOCA 15plusを用いた。
可視・紫外分光光度計を用いた測定結果は、金属酸化物薄膜膜の吸収端の立ち上がりが400〜450nm付近であること(通常の酸化チタン薄膜よりも可視光吸収特性が高いこと)を示した。また、波長420nm以下の紫外光をカットした光照射後の水接触角は、照射前の値よりも小さく、照射時間の増加に伴ってさらに小さくなった。これは、光触媒活性の一つである光誘起親水性が、可視光によって発現していることを示している。
トルエン溶媒(10mL)に、2‐アミノフェノール(250mg、2mmol)とTTIP(284mg、1mmol)とを加えてから、超音波を利用して試薬を溶解したものを塗布液とした。その後、パイレックス(登録商標)ガラス基板上に塗布液をスピンコート法によりコーティングし、電気炉を用いて500℃で1時間焼成を行った。この結果、ガラス基板上に、金属酸化物(CNS-Ti)薄膜が形成された。
上記のように形成された金属酸化物薄膜について、前記実施例9と同様にして、可視光吸収特性と、光誘起親水性とを評価した(図16、図17参照)。その結果は実施例9の場合と略同様であった。
トルエン溶媒(10mL)に、2‐メルカプトフェノール(252mg、2mmol)とTTIP(284mg、1 mmol)とを加えてから、超音波を利用して試薬を溶解したものを塗布液とした。その後、パイレックス(登録商標)ガラス基板上に塗布液をスピンコート法によりコーティングし、電気炉を用いて500℃で1時間焼成を行った。この結果、ガラス基板上に、金属酸化物(COS-Ti)薄膜が形成された。
上記のように形成された金属酸化物薄膜について、前記実施例9と同様にして、可視光吸収特性と、光誘起親水性とを評価した(図16、図17参照)。その結果は実施例9の場合と略同様であった。
トルエン/2‐ブタノン(モル比1:1)溶媒(10mL)に、アントラニル酸(274mg、2mmol)とTTIP(284mg、1mmol)とを加えてから、超音波を利用して試薬を溶解したものを塗布液とした。その後、パイレックス(登録商標)ガラス基板上に塗布液をスピンコート法によりコーティングし、電気炉を用いて500℃で1時間焼成を行った。この結果、ガラス基板上に、金属酸化物(ANT-Ti)薄膜が形成された。
上記のように形成された金属酸化物薄膜について、前記実施例9と同様にして、可視光吸収特性と、光誘起親水性とを評価した(図16、図17参照)。その結果は実施例9の場合と略同様であった。
トルエン/2‐ブタノン(モル比1:1)溶媒(10mL)に、チオサリチル酸(308mg、2mmol)とTTIP(284mg、1mmol)とを加えてから、超音波を利用して試薬を溶解したものを塗布液とした。その後、パイレックス(登録商標)ガラス基板上に塗布液をスピンコート法によりコーティングし、電気炉を用いて500℃で1時間焼成を行った。この結果、ガラス基板上に、金属酸化物(TAL-Ti)薄膜が形成された。
上記のように形成された金属酸化物薄膜について、前記実施例9と同様にして、可視光吸収特性と、光誘起親水性とを評価した(図16、図17参照)。その結果は実施例9の場合と略同様であった。
アセチルアセトン/酢酸エチル(モル比1:4)溶媒(10mL)に、3,4-ジヒドロキシ安息香酸‐チタン錯体(176mg、1mmol)を加えてから、超音波を利用して試薬を溶解したものを塗布液とした。その後、パイレックス(登録商標)ガラス基板上に塗布液をスピンコート法によりコーティングし、電気炉を用いて500℃で1時間焼成を行った。この結果、ガラス基板上に、金属酸化物(HOOC-CT-Ti)薄膜が形成された。
上記のように形成された金属酸化物薄膜について、前記実施例9と同様にして、可視光吸収特性と、光誘起親水性とを評価した(図16、図17参照)。その結果は実施例9の場合と略同様であった。
(比較例1)
(a)塗布液の製造
適量のトルエンに2,2'イミノジエタノール(2,2'-iminodiethanol)を溶解させた溶液に、チタン(IV)イソプロポキシドを滴下し、混合溶液を得た。なお、この混合溶液における溶媒の総量は、チタン(IV)イソプロポキシドの濃度が0.5Mとなるように調整した。次に、上記混合溶液を約1時間還流し、蒸留した。蒸留は、蒸気温度が110℃となり、混合溶液の量が半分になるまで続けた。その後、上記混合溶液1mlに対し1mlの割合でベンゼンを加え、塗布液を完成した。この塗布液は、チタン2,2'イミノジエトキシド(チタン−イミノジエタノール錯体)の溶液である。図8に、チタン2,2'イミノジエトキシドの分子構造を示す。
(b)ガラス基板の表面への金属酸化物薄膜の形成
前記(a)で製造した塗布液を、スピンコート法(1000rpmで30秒間、約0.5mlを滴下)によりガラス基板(50mm×50mmのPYREX(登録商標)ガラス)の表面へ塗布した。次に、ガラス基板を、上記500℃条件により焼成した。
(c)金属酸化物薄膜の評価
上記(b)で形成された金属酸化物薄膜を光学顕微鏡により観察した。図9は、金属酸化物薄膜の表面を撮影した写真である。図9に示すとおり、金属酸化物薄膜の表面には、多数のクラックが生じていた。
この理由は、次のように推測される。すなわち、本比較例1の塗布液に含まれるチタン2,2'イミノジエトキシドは、図3に示すように、金属を中心とする立体構造を有している。そのため、チタン2,2'イミノジエトキシドから成る塗膜を焼成し、熱分解によって配位子が消失すると、3次元方向に大きな体積の収縮が生じ、その結果として、クラックが生じてしまうと考えられる。
(比較例2)
(a)塗布液の製造
1wt%のTNS(チタニアナノシート)水懸濁液を、エタノールで希釈して0.25wt%とし、5分間超音波照射を行って、塗布液を完成した。
(b)ガラス基板の表面への金属酸化物薄膜の形成
前記(a)で製造した塗布液を、スピンコート法(1000rpmで30秒間、約0.5mlを滴下)によりガラス基板(50mm×50mmの大きさのPYREX(登録商標)ガラス)の表面へ塗布し、次に、このガラス基板を焼成した。焼成は、上記250°C条件、300℃条件、及び上記350℃で、それぞれで行った。
(c)金属酸化物薄膜の評価
上記(b)で形成された金属酸化物薄膜の硬度を測定した。その結果を上記表1に示す。表1に示すように、本比較例2で形成した金属酸化物薄膜の硬度は、焼成条件が250℃条件、300℃条件、及び350℃条件のいずれの場合でも、6B以下であった。なお、硬度の測定条件は、前記実施例1における測定条件と同様である。
また、上記(b)で形成した金属酸化物薄膜について、水の接触角を測定した。測定結果を上記表3に示す。
上記表3に示すとおり、焼成条件が300℃条件の場合でも、350℃条件の場合でも、3時間照射後の接触角は、いずれも4.9°であり、前記実施例1において実現した接触角と同程度であった。
(比較例3)
(a)塗布液の製造
アルミニウムsブトキシド(Aluminium(III) sec-butoxide)と適量のベンゼンとを混ぜ、これを溶液1とした。また、適量のベンゼンに2,2'−イミノジエタノールを溶解させ、これを溶液2とした。溶液1を、アルミニウムsブトキシドと2,2'−イミノジエタノールとのモル比が2:3となるように、溶液2に滴下し、混合溶液を得た。なお、この混合溶液における溶媒の総量は、アルミニウムsブトキシドの濃度が0.1Mとなるように調整した。次に、上記混合溶液を約1時間還流し、さらに、上記温度が110°となり、溶媒の半分が蒸発するまで、約1時間蒸留した。その後、アルミの濃度が0.05Mとなるようにベンゼンを足し、塗布液を完成した。この塗布液は、アルミニウムの2,2'−イミノジエタノール錯体の溶液である。
(b)シリコンウェハー基板の表面への金属酸化物薄膜の形成
前記(a)で製造した塗布液を、スピンコート法(1000rpmで30秒間)によりシリコンウェハー基板の表面へ塗布した。次に、このシリコンウェハー基板を、上記500℃条件により焼成した。
(c)金属酸化物薄膜の評価
前記(b)にてスピンコート法により塗布液を塗布した後に、シリコンウェハー基板の表面を観察すると、均一な仕上がりとなっていた。
また、前記(b)にて焼成した後に、シリコンウェハー基板の表面をSEM観察するとともに、エネルギー分散型X線分光法(EDAX)により元素分析を行った。図10〜図13における上段の像は、観察したSEM像である(図10と図11は同じ場所のSEM写真であり、図12と図13は同じ場所のSEM写真である)。図10及び図11のSEM像には、白く見える部分、黒く見える部分が混在する。また、図12及び図13のSEM像には、数十μmのスケールで、見え方が異なる領域が存在する。
図10のSEM像において、スペクトル2と表示された部分は黒く見える部分であり、この部分の元素分析を行ったところ、シリコンウェハー基板のSiと金属酸化物薄膜のAlとが検出された(図10の中段及び下段)。また、図11のSEM像において、スペクトル3と表示された部分は白く見える部分であり、この部分の元素分析を行ったところ、シリコンウェハー基板のSiが検出された(図11の中段及び下段)。また、図12のSEM像において、スペクトル3と表示された領域の元素分析を行ったところ、シリコンウェハー基板のSiと、金属酸化物薄膜のAlとが検出された(図12の中段及び下段)。また、図13のSEM像において、スペクトル2と表示された領域の元素分析を行ったところ、シリコンウェハー基板のSiが検出された(図13の中段及び下段)。
以上のように、微視的なスケールで見て、Alが検出されない部分(白く見える部分)が存在する(図11の元素分析の結果)だけでなく、比較的広い領域について、Alが検出されない領域が存在すること(図13の元素分析の結果)から、シリコンウェハー基板上に形成されたAl23の酸化物薄膜は、非常に不均一であることが分かった。
(比較例4)
(a)塗布液の製造
適量のキシレンに2,2'−イミノジエタノールを溶解させた溶液に、オルトケイ酸エトキシド(TEOS-Tetraethyl Orthosillicate)を、オルトケイ酸エトキシドと2,2'−イミノジエタノールとのモル比が1:2となるように滴下し、混合溶液を得た。なお、この混合溶液における溶媒の総量は、オルトケイ酸エトキシドの濃度が0.1Mとなるように調整した。次に、上記混合溶液を約1時間還流し、蒸留した。蒸留は、蒸気温度が140℃となり、溶媒の半分が蒸発するまで続けた。その後、シリコンの濃度が0.05Mとなるようにキシレンを足し、塗布液を完成した。この塗布液は、シリコンの2,2'−イミノジエタノール錯体の溶液である。
(b)アルミ基板の表面への金属酸化物薄膜の形成
前記(a)で製造した塗布液を、スピンコート法(1000rpmで30秒間)によりアルミ基板の表面へ塗布した。次に、アルミ基板を、上記500℃条件により焼成した。
(c)金属酸化物薄膜の評価
前記(b)にてスピンコート法により塗布液を塗布した後に、アルミ基板の表面を観察すると、均一な仕上がりとなっていた。
また、前記(b)にて焼成した後に、アルミ基板の表面をSEM観察するとともに、エネルギー分散型X線分光法(EDAX)により元素分析を行った。図14及び図15における上段の像はSEM像(同一部分の像)であり、このSEM像には、白く見える部分と黒く見える部分とが混在する。図14のSEM像において、スペクトル2と表示された部分は白く見える部分であり、この部分の元素分析を行ったところ、アルミ基板のAlが検出された(図14の中段及び下段)。また、図15のSEM像において、スペクトル2と表示された部分は黒く見える部分であり、この部分の元素分析を行ったところ、アルミ基板のAlと、Siの酸化物由来のSiとが検出された(図15の中段及び下段)。
以上の結果から、アルミ基板上には、Siの酸化物薄膜が形成されていない部分(SEM像において白く見える部分)と、Siの酸化物薄膜が形成されている部分(SEM像において黒く見える部分)とが混在しており、Siの酸化物薄膜は不均質であることが分かった。
(比較例5)
(a)塗布液の製造
適量のキシレンにジエタノールアミンを溶解させた溶液に、ゲルマニウム(IV)プロポキシド(Germanium(IV)propoxide)を、ゲルマニウム(IV)プロポキシドとジエタノールアミンとのモル比が1:2となるように滴下し、混合溶液を得た。なお、この混合溶液における溶媒の総量は、ゲルマニウム(IV)プロポキシドの濃度が0.1Mとなるように調整した。次に、上記混合溶液を約1時間還流し、蒸留した。蒸留は、蒸気温度が140℃となり、溶媒の半分が蒸発するまで続けた。その後、ゲルマニウムの濃度が0.05Mとなるようにキシレンを足し、塗布液を完成した。この塗布液は、ゲルマニウムの2,2'−イミノジエタノール錯体の溶液であるが、ゲル化してしまい、基板に塗布することができなかった。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、前記各実施例における金属錯体、またはそれを含む塗布液は、下記の方法で製造されたものであってもよい。これらの金属錯体、または塗布液を用いても、前記各実施例と略同様の効果が得られる。
(1)Titanium catecholate(分子量264)
カテコール(22.0g、 200mmol)とトルエン(220ml)とから成る溶液を脱水させるように、20mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、チタニウム(IV)イソプロポキシド(TTIP)を、28.4g(100mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が100℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐チタン錯体)の色は茶色であり、その収量は、26.0g (98.5mmol)であり、収率は98%であった。2.64gのカテコール‐チタン錯体を、100mLの1:4アセチルアセトン/トルエンに溶解させ、塗布液とした。
(2)Titanium naphthalene-2,3-dioxide(分子量366)
2,3-ジヒドロキシナフタレン(32.0g、200mmol)とトルエン(220ml)とから成る溶液を脱水させるように、20mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、チタニウム(IV)イソプロポキシド(TTIP)を、28.4g(100mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が100℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(2,3-ジヒドロキシナフタレン‐チタン錯体)の色は茶色であり、その収量は36.2g(98.9mmol)、であり収率は99%であった。3.66gの2,3-ジヒドロキシナフタレン‐チタン錯体を、100mLの1:4アセチルアセトン/トルエンに溶解させ、塗布液とした。
(3)Titanium cyanocatecholate(分子量314)
3,4-ジヒドロキシベンゾニトリル(5.00g、37.0mmol)とトルエン(45ml)とから成る溶液を脱水させるように、5mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、チタニウム(IV)イソプロポキシド(TTIP)を、5.25g(18.5mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が100℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(3,4-ジヒドロキシベンゾニトリル‐チタン錯体)の色は茶色であり、その収量は5.80g(18.5mmol)であり、収率は100%であった。3.14gの3,4-ジヒドロキシベンゾニトリル‐チタン錯体を、100mLのエタノールに溶解させ、塗布液とした。
(4)Titanium carboxycatecholate(分子量352)
3,4-ジヒドロキシ安息香酸(30.8g, 200mmol)とトルエン(220ml)とから成る溶液を脱水させるように、20mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、チタニウム(IV)イソプロポキシド(TTIP)を28.4g(100mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が100℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(3,4-ジヒドロキシ安息香酸‐チタン錯体)の色は茶色であり、その収量は35.0g(99.4mmol)であり、収率は99%であった。3.52gの3,4-ジヒドロキシ安息香酸‐チタン錯体を、100mLの1:4アセチルアセトン/酢酸エチルに溶解させ、塗布液とした。
(5)Titanium nitrocatecholate(分子量354)
4-ニトロカテコール(10g、64.5mmol)とトルエン(220ml)とから成る溶液を脱水させるように、20mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、チタニウム(IV)イソプロポキシド(TTIP)を9.15g(32.2mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が100℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(4-ニトロカテコール‐チタン錯体)の色は茶色であり、その収量は 11.0g(31.1mmol)であり、収率は97%であった。3.54gの4-ニトロカテコール‐チタン錯体を、100mLの1:4アセチルアセトン/トルエンに溶解させ、塗布液とした。
(6)Titanium pyridine-2,3-dioxide(分子量266)
2,3-ジヒドロキシピリジン(22.2g、200mmol)とトルエン(220ml)とから成る溶液を脱水させるように、20mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、チタニウム(IV)イソプロポキシド(TTIP)を28.4g(100mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が100℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(2,3-ジヒドロキシピリジン‐チタン錯体)の色は黄色であり、その収量は26.6g(100mmol)であり、収率は100%であった。
(7)Titanium 1,4-dioxane-2,3-dioxide(分子量284)
1,4-ジオキサン-2,3-ジオル(10.0g、83.3mmol)とトルエン(90ml)とから成る溶液を脱水させるように、6mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、チタニウム(IV)イソプロポキシド(TTIP)を11.8g(41.6mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が100℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(1,4-ジオキサン-2,3-ジオル‐チタン錯体)の色は茶色であり、その収量は12.2g(35.9mmol)であり、収率は 86%であった。
(8)Titanium salicylate (分子量320)
サリチル酸(27.6g、200mmol)とトルエン(220ml)とから成る溶液を脱水させるように、20mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、チタニウム(IV)イソプロポキシド(TTIP)を28.4 g(100mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が100℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(サリチル酸‐チタン錯体)の色は赤であり、その収量は32.0g(100mmol)であり、収率は100%であった。3.20gのサリチル酸‐チタン錯体を100mLの1:4アセチルアセトン/トルエンに溶解させ、塗布液とした。
(9)Zirconium catecholate
カテコール(2.20g、20mmol)とトルエン(25ml)とから成る溶液を脱水させるように、5mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、ジルコニウム(IV)イソプロポキシドを5.00g(10.6mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が100℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐ジルコニウム錯体)の色は黒であり、その収量は3.07g (10.0mmol)であり、収率は 100%であった。
(10)Hafnium catecholate
カテコール(2.34g、2.12mmol)とトルエン(26ml)とから成る溶液を脱水させるように、5mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、ハフニウム(IV)ブトキシドを5.00g(10.6mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が100 ℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐ハフニウム錯体)の色は黒であり、その収量は4.18g(10.6mmol)であり、収率は100%であった。カテコール‐ハフニウム錯体を、アセチルアセトンに飽和するまで溶解し、濾過して、塗布液とした。
(11)Vanadium catecholate(分子量213)
カテコール(3.30g、30mmol)とキシレン(45ml)とから成る溶液を脱水させるように、5 mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、バナジニウム(III)アセチルアセトネトを6.97g(20mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が132℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐バナジニウム錯体)の色は黒であり、その収量は4.26g(20.0mmol)であり、収率は100%であった。カテコール‐バナジニウム錯体を、アセチルアセトンに飽和するまで溶解し、濾過して、塗布液とした。
(12)Niobium catecholate(分子量363)
カテコール(8.64g、78.5mmol)とトルエン(70ml)とから成る溶液を脱水させるように、10mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、ニオブ(V)エトキシドを10.0g,(31.4mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が110℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、残った混合液の揮発成分をロータリエバポレータの減圧下で蒸発させた。残った固形分を、さらに真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐ニオブ錯体)の色は茶色であり、その収量は11.4g(31.4mmol)であり、収率は100%であった。3.63gのカテコール‐ニオブ錯体を、100mLの1:4アセチルアセトン/トルエンに溶解させ、塗布液とした。
(13)Tantalum catecholate(分子量451)
カテコール(5.51g、50.0mmol)とトルエン(50ml)とから成る溶液を脱水させるように、10mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、タンタル(V)エトキシドを8.13g(20.0mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が110℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、残った混合液の揮発成分をロータリエバポレータの減圧下で蒸発させた。残った固形分を、さらに真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐タンタル錯体)の色は黄色であり、その収量は9.02g(20.0mmol)であり、収率は100%であった。4.51gのカテコール‐タンタル錯体を、100mLの1:4アセチルアセトン/トルエンに溶解させ、塗布液とした。
(14)Molybdenum catecholate (dioxy)(分子量236)
カテコール(1.10g、10mmol)とキシレン(25ml)とから成る溶液を脱水させるように、5mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、ジオキシモリブデヌム(VI)ビスアセチルアセトネトを3.26g(10mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が132℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、残った混合液の揮発成分をロータリエバポレータの減圧下で蒸発させた。残った固形分を、さらに真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐モリブデヌム錯体)の色は黒であり、その収量は3.26g(10.0mmol)であり、収率は100%であった。カテコール‐モリブデヌム錯体を、エタノールに飽和するまで溶解し、濾過して、塗布液とした。
(15)Tungsten catecholate(分子量400)
カテコール(2.20g、20mmol)を、キシレン(60ml)と2-プロパノール(20ml)とから成る溶液に混合した。次に、攪拌しながら、塩化タングステン(IV)を3.26g(10mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、溶液の量が10mLになるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐タングステン錯体)の色は黒であり、その収量は4.00g (10.0mmol)であり、収率は100%であった。カテコール‐タングステン錯体を、アセチルアセトンに飽和するまで溶解し、濾過して、塗布液とした。
(16)Manganese catecholate( 分子量163)
カテコール(2.20g、20mmol)とキシレン(45ml)とから成る溶液を脱水させるように、5mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、酢酸マンガン(II)を3.46g(20mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が132℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐マンガン錯体)の色は緑であり、その収量は3.26g(20.0mmol)であり、収率は100%であった。カテコール‐マンガン錯体を、アセチルアセトンに飽和するまで溶解し、塗布液とした。
(17)Iron catecholate(分子量164)
カテコール(2.20g、20mmol)とキシレン(45ml)とから成る溶液を脱水させるように、5mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、酢酸鉄(II)を3.48g(20mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が132℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐鉄錯体)の色はオレンジ・茶色であり、その収量は3.28g(20.0mmol)であり、収率は100%であった。カテコール‐鉄錯体を、アセチルアセトンに飽和するまで溶解し、濾過して、塗布液とした。
(18)Cobalt catecholate(分子量167)
カテコール(2.20g、20mmol)とキシレン(45ml)とから成る溶液を脱水させるように、5mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、酢酸コバルト(II)を3.54g(20mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が132℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐コバルト錯体)の色は緑であり、その収量は3.34g(20.0mmol)であり、収率は100%であった。カテコール‐コバルト錯体を、アセチルアセトンに錯体に飽和するまで溶解し、濾過して、塗布液とした。
(19)Copper catecholate (分子量171.6)
カテコール(2.20g、20mmol)とトルエン(45ml)とから成る溶液を脱水させるように、5mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、銅(II)メトキシドを2.50g(20mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が100℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐銅錯体)の色は紫であり、その収量は3.30g(19.2mmol)であり、収率は96%であった。カテコール‐銅錯体を、アセチルアセトンに飽和するまで溶解し、濾過して、塗布液とした。
(20)Zinc catecholate(分子量173)
カテコール(2.20g、20mmol)とキシレン(45ml)とから成る溶液を脱水させるように、5mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、酢酸亜鉛(II)を3.76g(20mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が132℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐亜鉛錯体)の色は白であり、その収量は3.46g(20.0mmol)であり、収率は100%であった。カテコール‐亜鉛錯体を、アセチルアセトンに飽和するまで溶解し、濾過して、塗布液とした。
(21)Aluminum catecholate(分子量189)
カテコール(3.30g、30.0mmol)とトルエン(45ml)とから成る溶液を脱水させるように、5mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、アルミニウム(III)イソプロポキシドを4.08g(20.0mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が100℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、残った混合液の揮発成分をロータリエバポレータの減圧下で蒸発させた。残った固形分を、さらに真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐アルミニウム錯体)の色は緑であり、その収量は3.78g(20.0mmol)であり、収率は100%であった。カテコール‐アルミニウム錯体1.89gを、100mLの1:4アセチルアセトン/トルエンに溶解させ、塗布液とした。
(22)Gallium(III) catecholate(分子量232)
カテコール(1.65g、15mmol)とキシレン(25ml)とから成る溶液を脱水させるように、5mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、ガリウム(III)アセチルアセトネトを3.67g(10mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が132℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐ガリウム錯体)の色は灰色であり、その収量は2.32g(10.0mmol)であり、収率は100%であった。カテコール‐ガリウム錯体を、アセチルアセトンに飽和するまで溶解し、濾過して、塗布液とした。
(23)Indium(III) catecholate(分子量277)
カテコール(3.30g、30mmol)とキシレン(90ml)とから成る溶液を脱水させるように、10mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、酢酸インジウムを5.84g(20mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が132℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、残った混合液の揮発成分をロータリエバポレータの減圧下で蒸発させた。残った固形分を、さらに真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐インジウム錯体)の色は緑であり、その収量は5.54g(20mmol)であり、収率は100%であった。カテコール‐インジウム錯体6.93gを、100mLの1:4アセチルアセトン/トルエンに溶解させ、塗布液とした。
(24)Silicon(IV) catecholate(分子量244)
カテコール(22.0g、0.20mol)とトルエン(220mL)とから成る溶液を脱水させるように、20mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、テトラエトキシシラン(TEOS)を20.8g(0.10mol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が100℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が100mLになるまで、液流速度15mL/hで蒸留した。この結果、カテコール-シリコン錯体トルエンが得られた。2mLのカテコール-シリコン錯体トルエンに、2mLのアセチルアセトンを加え、塗布液とした。
(25)Silicon(IV) carbonylcatecholate(分子量300)
3,4-ジヒドロキシベンズアルデヒド(27.6g、200mmol)とトルエン(220mL)とから成る溶液を脱水させるように、5mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、テトラエトキシシラン(TEOS)を20.8g(100mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が100 ℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(3,4-ジヒドロキシベンズアルデヒド-シリコン錯体)の色は黒であり、その収量は30.0g(100mmol)であり、収率は100%であった。3,4-ジヒドロキシベンズアルデヒド-シリコン錯体15gを、100mLの1:9ジメチルスルホキシド/エタノールに溶解させ、塗布液とした。
(26)Germanium catecholate(288.6)
カテコール(2.20g、20mmol)とトルエン(25ml)とから成る溶液を脱水させるように、5mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、ゲルマニウム(IV)イソプロポキシドを3.09g(10.0mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が100℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐ゲルマニウム錯体)の色は灰色であり、その収量は2.89g(10.0mmol)であり、収率は100%であった。カテコール‐ゲルマニウム錯体を、アセチルアセトンに飽和するまで溶解し、濾過して、塗布液とした。
(27)Tin catecholate(分子量335)
カテコール(2.20g、20.0mmol)とトルエン(25ml)とから成る溶液を脱水させるように、5mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、スズ(IV)ブトキシドを4.11g(10.0mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が100℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、残った混合液の揮発成分をロータリエバポレータの減圧下で蒸発させた。残った固形分を、さらに真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐スズ錯体)の色は緑であり、その収量は3.35g(10.0mmol)であり、収率は100%であった。カテコール‐スズ錯体6.70gを、100mLの1:4アセチルアセトン/トルエンに溶解させ、塗布液とした。
(28)Bismuth catecholate(分子量371)
カテコール(1.65g、15mmol)とキシレン(25ml)とから成る溶液を脱水させるように、5mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、ビスマス(III)ペントキシドを4.70g(10mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が132℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、残った混合液の揮発成分をロータリエバポレータの減圧下で蒸発させた。残った固形分を、さらに真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐ビスマス錯体)の色は黒であり、その収量は3.71g(10mmol)であり、収率は100%であった。カテコール‐ビスマス錯体を、エタノールに飽和するまで溶解し、濾過して、塗布液とした。
(29)Magnesium catecholate(分子量132)
カテコール(2.20g、20mmol)とトルエン(45ml)とから成る溶液を脱水させるように、5mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、マグネシウム(II)エトキシドを2.29g(20mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が100℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、さらに真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐マグネシウム錯体)の色は黒であり、その収量は2.57g(19.5mmol)であり、収率は97%であった。カテコール‐マグネシウム錯体を、アセチルアセトンに飽和するまで溶解し、濾過して、塗布液とした。
(30)Barium catecholate(分子量245)
カテコール(1.37g、12.5mmol)とトルエン(25ml)とから成る溶液を脱水させるように、5mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、バリウム(II)イソプロポキシドを(3.20g(12.5mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が100℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、さらに真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐バリウム錯体)の色は緑灰色であり、その収量は3.08g(12.5mmol)であり、収率は100%であった。カテコール‐バリウム錯体を、アセチルアセトンに飽和するまで溶解し、濾過して、塗布液とした。
(31)Europium(III) catecholate(分子量314)
カテコール(3.30g、30mmol)とキシレン(45ml)とから成る溶液を脱水させるように、5mLを蒸留した。次に、攪拌しながら、酢酸ユウロピウムを6.58g(20mmol)加えた。その混合液を1時間還流させ、その後、蒸留温度が132℃以上であることを確認しつつ、溶液の量が半分になるまで蒸留した。蒸留後、メンブレンフィルターを用いる吸引濾過で生成物の固形分を単離した。残った固形分を、さらに真空乾燥機を使い真空下で100℃に加熱し、残りの揮発成分を完全に取り除いた。固形分(カテコール‐ユウロピウム錯体)の色は黄色であり、その収量は6.28g(20mmol)であり、収率は100%であった。カテコール‐ユウロピウム錯体0.314gを、10mLの1:4アセチルアセトン/トルエンに溶解させ、塗布液とした。

Claims (16)

  1. 化学式1で表される金属錯体A、化学式2で表される金属錯体B、及び化学式3で表される金属錯体Cより成る群から選ばれる1種以上を含む塗布液。
    化学式1、化学式2、及び化学式3におけるMは金属イオンであり、化学式1、化学式2、及び化学式3におけるX1〜X4は、それぞれ、O、NH、CO2、及びSのうちのいずれかであり、化学式1におけるY1〜Y8及び化学式3におけるY1〜Y4は、それぞれ、CHまたはNであり、化学式2及び化学式3におけるZ1〜Z3と、化学式2におけるZ4〜Z6とは、それぞれ、O、NH、及びSより成る群から選ばれる1個と、CH及びNより成る群から選ばれる2個とから構成される。化学式1、化学式2、及び化学式3におけるLは軸配位子である。化学式1、化学式2、及び化学式3におけるkは金属錯体の価数であり、M、X1〜X4、及びLの有する電荷の総和に等しい。
  2. 前記Mが、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、In、Sn、Eu、Ta及びPbからなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項1に記載の塗布液。
  3. 化学式1で表される金属錯体Aを含む塗布液。
    化学式1におけるMは金属イオンであり、X1〜X4は、それぞれ、O、NH、CO2、及びSのうちのいずれかであり、Y1〜Y8は、それぞれ、CHまたはNである。化学式1におけるLは軸配位子である。化学式1におけるkは金属錯体Aの価数であり、M、X1〜X4、及びLの有する電荷の総和に等しい。
  4. 前記Mが、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、In、Sn、Eu、Ta及びPbからなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項3に記載の塗布液。
  5. 化学式2で表される金属錯体Bを含む塗布液。
    化学式2におけるMは金属イオンであり、X1〜X4は、それぞれ、O、NH、CO2、及びSのうちのいずれかであり、Z1〜Z3と、Z4〜Z6とは、それぞれ、O、NH、及びSより成る群から選ばれる1個と、CH及びNより成る群から選ばれる2個とから構成される。化学式2におけるLは軸配位子である。化学式2におけるkは金属錯体Bの価数であり、M、X1〜X4、及びLの有する電荷の総和に等しい。
  6. 前記Mが、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、In、Sn、Eu、Ta及びPbからなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項5に記載の塗布液。
  7. 化学式3で表される金属錯体Cを含む塗布液。
    化学式3におけるMは金属イオンであり、X1〜X4は、それぞれ、O、NH、CO2、及びSのうちのいずれかであり、Y1〜Y4は、それぞれ、CHまたはNであり、Z1〜Z3は、O、NH、及びSより成る群から選ばれる1個と、CH及びNより成る群から選ばれる2個とから構成される。化学式3におけるLは軸配位子である。化学式3におけるkは金属錯体Cの価数であり、M、X1〜X4、及びLの有する電荷の総和に等しい。
  8. 前記Mが、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、In、Sn、Eu、Ta及びPbからなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項7に記載の塗布液。
  9. 前記金属錯体Aが、化学式4〜化学式11で表される金属錯体のうちのいずれかであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の塗布液。
  10. 前記金属錯体Bが、化学式12〜化学式15で表される金属錯体のうちのいずれかであることを特徴とする請求項1、2、5、6のいずれかに記載の塗布液。
  11. 前記金属錯体Cが、化学式16〜化学式17で表される金属錯体のうちのいずれかであることを特徴とする請求項1、2、7、8のいずれかに記載の塗布液。
  12. 金属アルコキシドまたは金属塩を含む溶液と、
    化学式19〜化学式30のいずれかで表される配位子とを、
    前記金属アルコキシドまたは金属塩に対する前記配位子のモル比が2となるように混合して成る塗布液。
  13. 前記金属が、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、In、Sn、Eu、Ta及びPbからなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項12に記載の塗布液。
  14. 請求項1〜13のいずれかに記載の塗布液を基体上に塗布して塗膜を形成し、前記塗膜に含まれる金属錯体を、化学式18で表される金属化合物に変化させることを特徴とする金属化合物薄膜の形成方法。
    化学式18におけるX5及びX6は、前記X1〜X4に含まれるO、N、及びSのうちのいずれかであり、l、m、及びnは、それぞれ、X5、X6、及びMの価数である。また、x及びyは、それぞれ、上記金属化合物におけるX5及びX6の含有率であり、xとyとの和が1を超えない値である。
  15. 焼成することにより、前記金属錯体を前記金属化合物に変化させることを特徴とする請求項14に記載の金属化合物薄膜の形成方法。
  16. 前記焼成における温度が250〜1800℃の範囲にあることを特徴とする請求項15に記載の金属化合物薄膜の形成方法。
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