JP5649080B2 - 接着剤、複合膜材料および成膜方法 - Google Patents
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Description
しかし、酸化チタン膜を得るためには酸化チタン粒子などを焼結(500℃の高温で焼き固める製造法)している。そのため、高温に耐えられる基材(ガラス等)上にしか成膜できず融点の低い基材(プラスチック等)上では成膜できないという課題があった。
低温で低融点基材上に成膜できれば、コストダウンや用途の拡大が図られるだけではなく、焼結に要するエネルギーも節約できるために省エネにも繋がる。
図1は、本実施形態にかかる接着剤を説明するための説明図である。
本実施形態にかかる接着剤は、金属粒子と、金属と親和性を有する有機分子とを含む。より具体的には、図1(A)に例示するように、接着剤10は、金属粒子100と、この金属粒子100を取り囲むように結合した有機分子110とからなる。
金属粒子100は、例えば、粒径10nm以下の金属ナノ粒子であり、より好ましくは、粒径4nm以下の金属ナノ粒子である。より具体的には、金属粒子100は、銀又は白金のナノ粒子である。
有機分子110は、図1(B)に例示するように、酸化物と結合する酸化物結合部位112と、金属と親和性を持つ金属粒子結合部位114とを有する有機化合物である。酸化物結合部位112は、例えば、シラノール基である。また、金属粒子結合部位114は、チオール基である。より具体的には、有機分子110は、図2に例示するように、(3−メルカプトプロピル)トリメトキシシラン、又は、(3−メルカプトプロピル)トリエトキシシランなどである。
図1(C)に例示するように、この有機分子100の金属粒子結合部位114が、金属ナノ粒子100の表面に結合して、接着剤10が構成される。接着剤10の外表面には、酸化物結合部位112が多数配列され、これによって、酸化物の接着が達成される。
図3は、本実施形態にかかる成膜方法の概要を説明するための説明図である。
図3(A)に例示するように、基材20の表面に、接着剤10と酸化物30の混合溶液を塗布し、その後、これを乾燥させることにより、基材20の上に、酸化物30の薄膜が形成される。酸化物30は、図3(B)に例示するように、接着剤10によって互いに結合されている。
図3(C)は、粒径10〜100nmの酸化チタンナノ粒子と、白金ナノ粒子を核とする接着剤10とを、(白金)/(酸化チタン)が0.005以上となるように、混合した混合溶液を、プラスチックの基材20に塗布し乾燥させた場合のSEM画像である。
図4(C)は、図4(A)の成膜方法により形成された酸化チタン膜のSEM画像である。
図5に例示するように、PET及び透明電極からなる基材に、上記成膜方法で酸化チタン膜を形成して色素吸着酸化チタン膜とし、その上に、電解質、電極の各層を形成することにより、色素増感型太陽電池が作成される。また、低温成膜であるために層ごとに色素を吸着させて、異なる多数の色素を吸着させた酸化チタン膜も得られる。
以下、上記実施形態の実施例を説明する。
銀ナノ粒子は、アセトン溶媒中で修飾材である(3-メルカプトプロピル)トリエトキシシラン溶液0.3ml(4.16mM)に硝酸銀溶液(2.5mM)を0.5ml加えた。溶液を60℃で攪拌しながら20mMの水酸化ホウ素ナトリウム溶液を0.2ml添加し、30分攪拌した。
また、白金ナノ粒子は、アセトン溶媒中で修飾材である(3-メルカプトプロピル)トリエトキシシラン溶液0.6ml(4.16mM)にヘキサクロロ白金酸六水和物溶液を9.5ml加えた。溶液に20mMの水酸化ホウ素ナトリウム溶液を2ml添加し、30分間超音波器で超音波をかけた。
得られたそれぞれの金属ナノ粒子は、Hitachi H-7650電子顕微鏡を用いて観察し、平均粒径及びサイズ分布を算出した。
銀ナノ粒子は60℃で加温しながら合成し、白金ナノ粒子は超音波下で合成することほぼ均一に分散している金属ナノ粒子を得ることができた。
図8(A)は、銀ナノ粒子のUVスペクトルであり、図8(B)は、銀ナノ粒子と修飾部(MPE)とのモル比を変化させた場合のUVピーク波長を示すグラフである。
上記で合成された接着剤(銀ナノ粒子を核とする接着剤、及び、白金ナノ粒子を核とする接着剤)を用いて、酸化チタン膜を生成した。図3(C)は、粒径10〜100nmの酸化チタンナノ粒子と、白金ナノ粒子を核とする接着剤とを、(白金)/(酸化チタン)が0.005以上となるように、混合した混合溶液を、プラスチックの基材に塗布し乾燥させた場合のSEM画像である。また、図4(C)は、図4(A)の成膜方法で形成された酸化チタン膜のSEM画像である。
図9(A)は、図4の成膜方法で形成された積層膜(積層数が異なる)のUV吸収スペクトルであり、図9(B)は、各積層膜によるピーク波長の吸光度を示すグラフである。積層数を増やすごとに、直線的に吸光度が増加している。
図9(C)は、図4の成膜方法で形成された4層の積層膜のX線回折の測定結果である。積層膜が層を形成しているため、低角にピークが存在する。
100 …金属粒子
110 …有機分子
Claims (4)
- 基材と、
酸化チタンと、
前記酸化チタンを前記基板上に接着している、有機分子で修飾された修飾金属粒子と
を有し、
前記修飾金属粒子の金属粒子の粒径は、10nm以下であり、
前記有機分子は、酸化チタンと結合するシラノール基と、前記金属粒子と親和性を持つチオール基とを有し、
溶媒中において、前記有機分子で表面を取り囲まれて修飾されている修飾金属粒子の溶液を、前記基材に塗布する第1の工程と、
前記修飾金属粒子の溶液が塗布された基材に、前記酸化チタンの溶液を塗布する第2の工程と
で形成された
複合膜材料。 - 溶媒中において、有機分子で表面を取り囲まれて修飾されている修飾金属粒子の溶液を、基材に塗布する第1の工程と、
前記修飾金属粒子の溶液が塗布された基材に、酸化物の溶液を塗布する第2の工程と
を有し、
前記修飾金属粒子の金属粒子の粒径は、10nm以下であり、
前記有機分子は、酸化物と結合するシラノール基と、前記金属粒子と親和性を持つチオール基とを有する
成膜方法。 - 前記酸化物は、酸化チタンであり、
前記第1の工程と、前記第2の工程とを交互に複数回繰り返して、酸化チタンの積層膜を生成する
請求項2に記載の成膜方法。 - 溶媒中において、有機分子で表面を取り囲まれて修飾されている修飾金属粒子と、酸化物との混合溶液を、基材に塗布する塗布工程と、
前記混合溶液が塗布された基材を乾燥させる乾燥工程と
を有し、
前記修飾金属粒子の金属粒子の粒径は、10nm以下であり、
前記有機分子は、酸化物と結合するシラノール基と、前記金属粒子と親和性を持つチオール基とを有する
成膜方法。
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