JP5960543B2 - 銅微粒子の製造方法、および導電性ペーストの製造方法 - Google Patents
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Description
また、ペースト・インクに用いられる金属粒子としてサブミクロンを下回る平均粒子径を有する金属粒子は、ナノサイズ効果により融点降下が起こるという利点がある。この利点を活用して、銀インクでは常温焼成を可能とするインクが販売されている。
Cu2O+H2SO4→Cu+CuSO4+H2O (1)
特許文献1には、不均化反応において、ゼラチンなどの添加剤を、水を主成分とする水性媒体中で使用して銅粒子を得る方法が記載されている。なお、この方法では、平均粒径が0.5〜3.0μmの銅微粒子が得られることが開示されている。
また、特許文献2に記載の方法では、得られる銅微粒子の粒子径を制御するため、亜酸化銅と混合酸の混合時間を5分未満としている。しかしながら、この方法を用いた場合、得られる銅微粒子の粒径分布が広くなってしまうということを本発明者らは、知見した。
前記反応させる工程は、前記溶媒に前記銅源を分散させて得られる銅分散液と、前記硫酸とを混合する工程を含み、
前記混合する工程において、前記銅分散液を、前記硫酸に向けて霧状に噴射して混合することを特徴とする銅微粒子の製造方法が提供される。
前記銅微粒子を用いて導電性ペーストを得る工程と、
を有する導電性ペーストの製造方法が提供される。
本実施形態に係る銅微粒子の製造方法は、以下に記載の式(1)の不均化反応法を用いるものである。
Cu2O+H2SO4→Cu+CuSO4+H2O (1)
本実施形態に係る銅微粒子の製造方法によれば、まず、水、親水性溶媒またはこれらの混合溶媒からなる溶媒中(以下、「反応溶液」とも云う。)において、銅源に含まれる一価の銅化合物が酸に溶解する。なお、この銅化合物は、溶解したことにより、一価の銅イオンとして反応溶液中に含まれる。次に、一価の銅イオンが、不均化反応により零価の銅と二価の銅となり、このうち零価の銅は反応溶液中に析出する。こうすることにより、本実施形態に係る銅微粒子が得られる。
まず、銅分散液を、酸に対して、直接滴下して混合する場合、銅分散液は、滴下された箇所から、徐々に反応溶液中に拡散していく。これに対し、銅分散液を、酸に向けて、霧状に噴射する場合、広範囲に銅分散液を噴霧することができる。このため、酸に噴霧した銅分散液は、広範囲の噴霧箇所から反応溶液中に拡散する。このように、銅分散液と酸のうち一方を、他方に向けて霧状に噴射した混合する方法を用いることで、銅分散液と酸の混合時間を、直接滴下して混合する場合と比べて短時間に制御することができるものと考えられる。なお、銅分散液は、酸の溶液表面に噴霧することが好ましい。
図1および図2に示すように、スプレーガンは、液体1を放出するノズル3と、圧縮空気を通過させるエア通路5と、液体が噴霧される噴出口6と、圧縮空気を放出するエア孔4および7と、液体1の噴霧量を調節することができるニードル弁8とからなる。このスプレーガンによれば、図2に示すように、エア孔4から圧縮空気が放出される際に噴出口6に供給されている液体1が、高速で噴出口6から引き出され大気圧に開放される瞬間に霧状の液体1として噴霧することができる。エア孔7から放出する圧縮空気は、霧状の液体1の広がりを調製する役目をする。なお、霧状の液体1の噴霧量は、ニードル弁8の位置を調節することによって、調整することができる。
図1および図2では圧縮空気を使用しているが、圧縮空気の代わりにアルゴン、窒素または水素などの高圧の気体であっても同様の効果を得ることができる。
まず、一価の銅化合物を含む銅源を水、親水性溶媒またはこれらの混合溶媒からなる溶媒に分散し、銅分散液を調製する。この銅分散液と酸とを混合することによって、本実施形態に係る反応溶液を得ることができる。
また、本実施形態における合成高分子とその誘導体としては、例えば、ポリエチレングリコールとその誘導体、ポリビニルアルコールとその誘導体、ポリビニルピロリドンとその誘導体の中から一種類以上を組み合わせて使用することが好ましい。
このように、天然高分子とその誘導体、あるいは合成高分子とその誘導体を選択して用いることによって、平均粒子径が100nmを下回り、かつ分散性のよい銅微粒子をより一層安定的に製造することができる。
(一価の銅化合物を含む銅源)
銅源1:亜酸化銅粉(関東化学株式会社製、酸化銅(I),3N、平均粒子径1μm)
銅源2:亜酸化銅粉(亜酸化銅粉(古河ケミカルズ(株)製、亜酸化銅、平均粒子径3μm)
(実施例1)
まず、200mlビーカーに純水60.0gを入れ、マグネティックスターラーで攪拌を開始した。この純水に対し、塩化ナトリウムを0.05g、ポリビニルピロリドンK25(和光純薬工業(株)製、和光特級)を2.0gおよび銅源1を10.0g加え、攪拌することにより亜酸化銅粉スラリーを得た。
また、100mlビーカーに純水20.0gを入れ、濃硫酸(関東化学株式会社製、硫酸特級、濃度96%)25.0gを添加することにより希硫酸を調整した。
銅源1ではなく、銅源2を用いた点、および塩化ナトリウムを添加しなかった点以外は、実施例9と同様の方法を用いて銅微粒子を析出させた。なお、銅源2は銅源1より多く塩素を含有しているため、10.0gの銅源2を用いた場合、反応溶液中の塩化物イオン濃度は0.5mmol/lとなる。
室温(加熱又は冷却なし)において、撹拌しつづけている亜酸化銅粉スラリーに対し、希硫酸を30秒かけて混合した。なお、希硫酸の添加方法は、ビーカーより直接滴下して混合する方法を用いた。亜酸化銅粉スラリーに希硫酸を混合した後、1時間撹拌を続けることにより銅微粒子を析出させた。
銅源1ではなく、銅源2を用いた点、および塩化ナトリウムを添加しなかった点以外は、比較例1と同様の方法を用いて銅微粒子を析出させた。
以下、参考形態の例を付記する。
1.水、親水性溶媒またはこれらの混合溶媒からなる溶媒中において、一価の銅化合物を含む銅源と酸とを反応させる工程を有し、
前記反応させる工程は、前記溶媒に前記銅源を分散させて得られる銅分散液と、前記酸とを混合する工程を含み、
前記混合する工程において、前記銅分散液と、前記酸のうち一方を、他方に向けて霧状に噴射して混合することを特徴とする銅微粒子の製造方法。
2.前記反応させる工程が、前記酸に前記一価の銅化合物を溶解させる工程と、
前記酸に溶解した前記一価の銅化合物が反応することによって、銅微粒子を析出する工程と、
をさらに含む1に記載の銅微粒子の製造方法。
3.前記銅微粒子を析出する工程において、前記酸に溶解した前記一価の銅化合物は、不均化反応により還元されることを特徴とする1または2に記載の銅微粒子の製造方法。
4.前記混合する工程において、スプレーガンを用いて霧状に噴射することを特徴とする1乃至3のいずれかに記載の銅微粒子の製造方法。
5.前記混合する工程において、前記銅分散液を、前記酸に対して霧状に噴射することを特徴とする1乃至4のいずれかに記載の銅微粒子の製造方法。
6.前記反応させる工程における前記溶媒中に、水溶性高分子およびハロゲンイオンをさらに含む事を特徴とする1乃至5のいずれかに記載の銅微粒子の製造方法。
7.前記一価の銅化合物を含む銅源が、亜酸化銅を含む材料からなる1乃至6のいずれかに記載の銅微粒子の製造方法。
8.前記亜酸化銅を含む材料がハロゲンイオンを含んでいることを特徴とする7に記載の銅微粒子の製造方法。
9.前記ハロゲンイオンが、塩素イオンである6乃至8のいずれかに記載の銅微粒子の製造方法。
10.前記親水性溶媒が、低級アルコール類である1乃至9のいずれかに記載の銅微粒子の製造方法。
11.前記酸が、硫酸である1乃至10のいずれかに記載の銅微粒子の製造方法。
12.前記混合する工程の前に、前記銅分散液と前記酸のうち、いずれか一方に、ヒドロキシカルボン酸を添加する1乃至11のいずれかに記載の銅微粒子の製造方法。
13.前記反応させる工程により銅微粒子を得た後、前記銅微粒子をヒドロキシカルボン酸の水溶液に浸漬する工程をさらに含む1乃至11のいずれかに記載の銅微粒子の製造方法。
14.平均粒子径が1μm以下の銅微粒子が得られる1に記載の銅微粒子の製造方法。
15.1乃至14のいずれかに記載の銅微粒子の製造方法により得られた銅微粒子を用いて作製する導電性ペースト。
16.1乃至14のいずれかに記載の銅微粒子の製造方法により得られた銅微粒子を得る工程と、
前記銅微粒子を用いて導電性ペーストを得る工程と、
を有する導電性ペーストの製造方法。
17.前記導電性ペーストを得る工程は、ペースト化溶媒を添加する工程を含んでおり、
前記ペースト化溶媒としてアミンを使用することを特徴とする16に記載の導電性ペーストの製造方法。
18.前記導電性ペーストを得る工程は、ペースト化溶媒を添加する工程を含んでおり、
前記ペースト化溶媒として水を使用することを特徴とする16に記載の導電性ペーストの製造方法。
3 ノズル
4 エア孔
5 エア通路
6 噴出口
7 エア孔
8 ニードル弁
Claims (4)
- 水、親水性溶媒またはこれらの混合溶媒からなる溶媒中において、亜酸化銅を含む銅源と硫酸とを反応させる工程を有し、
前記反応させる工程は、前記溶媒に前記銅源を分散させて得られる銅分散液と、前記硫酸とを混合する工程を含み、
前記混合する工程において、前記銅分散液を、前記硫酸に向けて霧状に噴射して混合することを特徴とする銅微粒子の製造方法。 - 前記混合する工程において、スプレーガンを用いて霧状に噴射することを特徴とする請求項1に記載の銅微粒子の製造方法。
- 平均粒子径が1μm以下の銅微粒子が得られる請求項1に記載の銅微粒子の製造方法。
- 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の銅微粒子の製造方法により得られた銅微粒子を得る工程と、
前記銅微粒子を用いて導電性ペーストを得る工程と、
を有する導電性ペーストの製造方法。
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