JP6968543B2 - Copper particle structure and copper ink - Google Patents

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本発明は、銅粒子構造体及び銅インクに関する。 The present invention relates to a copper particle structure and copper ink.

直径2nm〜100nm程度までのサイズの金属ナノ微粒子は、光特性、磁気特性、熱特性、及び電気特性等において、バルク金属とは異なった性質を示すことから、各種の技術分野への応用が期待されている。例えば、粒子サイズが小さくなると表面積が増加して融点の低下が起こるという特性を利用し、金属ナノ微粒子を含む微細配線印刷用インクを用いて、基板上に金属微細配線からなる電子回路を作製する研究が進められている。 Metal nanoparticles with a diameter of about 2 nm to 100 nm show different properties from bulk metals in optical properties, magnetic properties, thermal properties, electrical properties, etc., and are expected to be applied to various technical fields. Has been done. For example, taking advantage of the property that the surface area increases and the melting point decreases as the particle size decreases, an electronic circuit made of metal fine wiring is manufactured on a substrate using an ink for fine wiring printing containing metal nanoparticles. Research is underway.

このような微細配線印刷用インクは、有機物で表面を保護した金属ナノ微粒子を含む分散液をインク材料とし、微細配線印刷技術を用いて基板の上に回路パターンを印刷し、低温加熱することにより、金属ナノ微粒子表面から有機物が除去されて金属ナノ微粒子間で金属接合を生じる。特に、直径10nm以下の金属ナノ微粒子を用いると、融点の低下が顕著である。これにより、熱伝導性及び電気伝導性が高い金属微細配線を形成することができる。 Such fine wiring printing ink uses a dispersion liquid containing metal nanoparticles whose surface is protected with an organic substance as an ink material, prints a circuit pattern on a substrate using fine wiring printing technology, and heats it at a low temperature. , Organic substances are removed from the surface of the metal nanoparticles to form a metal bond between the metal nanoparticles. In particular, when metal nanoparticles having a diameter of 10 nm or less are used, the melting point is significantly lowered. This makes it possible to form metal fine wiring having high thermal conductivity and electrical conductivity.

微細配線印刷用インク材料として、銅ナノ粒子が開示されている(特許文献1参照)。特許文献1には、銅の酸化が抑制されており、平均粒子径が10nmであるため融点降下が著しく、且つ分散性が高く、低温焼結可能であり、且つ保護層を150℃以下での低温焼結時に除去することができ、導電性銅ナノインク材料に好適に用いることができることを課題とする銅ナノ粒子に関する技術が開示されている。特許文献1は、この課題を解決するために、銅の単結晶からなる中心部と、その周囲の保護層とから形成された銅ナノ粒子であって、(1)前記銅ナノ粒子の平均粒子径が10nm以下であり、(2)前記保護層が、炭素数3〜6の1級アルコール、炭素数3〜6の2級アルコール及びそれらの誘導体から選択される少なくとも1種を含み、(3)前記保護層の沸点又は熱分解温度が150℃以下である、ことを特徴とする銅ナノ粒子を開示する。 Copper nanoparticles are disclosed as an ink material for fine wiring printing (see Patent Document 1). Patent Document 1 states that the oxidation of copper is suppressed, the average particle size is 10 nm, so that the melting point drops significantly, the dispersibility is high, low-temperature sintering is possible, and the protective layer is at 150 ° C. or lower. Disclosed is a technique relating to copper nanoparticles, which can be removed at low temperature sintering and can be suitably used for a conductive copper nanoink material. In order to solve this problem, Patent Document 1 is copper nanoparticles formed from a central portion made of a single crystal of copper and a protective layer around the central portion, and (1) average particles of the copper nanoparticles. The protective layer has a diameter of 10 nm or less, and (2) the protective layer contains at least one selected from a primary alcohol having 3 to 6 carbon atoms, a secondary alcohol having 3 to 6 carbon atoms and derivatives thereof (3). ) Disclosed are copper nanoparticles characterized in that the boiling point or thermal decomposition temperature of the protective layer is 150 ° C. or lower.

国際公開第2015/129466号International Publication No. 2015/12946

しかしながら、特許文献1に記載の銅ナノ粒子を用いても、銅ナノ粒子同士が凝集しやすく、日数経過に対する安定性が悪いという問題がある。また、−30℃での冷凍下で保存しても3ヶ月程度でインク(銅ナノ粒子を分散質として溶剤に分散させた)の分散性が損なわれてしまう。さらに、銅ナノ粒子を溶剤に分散させたインクの状態において室温下1時間程度で増粘してしまうという問題がある。 However, even if the copper nanoparticles described in Patent Document 1 are used, there is a problem that the copper nanoparticles tend to aggregate with each other and the stability with respect to the passage of days is poor. Further, even if the ink is stored under freezing at −30 ° C., the dispersibility of the ink (dispersed in a solvent as a dispersoid of copper nanoparticles) is impaired in about 3 months. Further, there is a problem that the ink thickens in about 1 hour at room temperature in the state of an ink in which copper nanoparticles are dispersed in a solvent.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、インク中における分散安定性を向上でき、粘度安定性を向上できる銅粒子構造体及び銅インクを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a copper particle structure and a copper ink capable of improving dispersion stability in ink and improving viscosity stability.

上記の目的を達成するため、銅粒子構造体の一態様は、1次粒子の平均粒径が0.1μm以上10μm以下である銅ベース粒子と、前記銅ベース粒子表面に固着した銅カチオンが還元して得られた平均粒径が10nm以下である銅ナノ粒子を有し、前記銅ナノ粒子は、銅の単結晶からなる中心部とその周囲の保護層とを備え、前記銅ナノ粒子の中心部が前記銅ベース粒子に金属結合しており、前記保護層は、炭素数3〜6の1級アルコール、炭素数3〜6の2級アルコール及びそれらの誘導体から選択される少なくとも1種を含み、前記保護層の沸点または熱分解温度が150℃以下であって、前記保護層のうち少なくとも1種は、下記式(1)または(2)で示される基を有する。

Figure 0006968543
In order to achieve the above object, one aspect of the copper particle structure is that copper-based particles having an average particle size of primary particles of 0.1 μm or more and 10 μm or less and copper cations adhered to the surface of the copper-based particles are reduced. The copper nanoparticles have an average particle size of 10 nm or less, and the copper nanoparticles include a central portion made of a single crystal of copper and a protective layer around the copper nanoparticles, and are the center of the copper nanoparticles. The portion is metal-bonded to the copper-based particles, and the protective layer contains at least one selected from primary alcohols having 3 to 6 carbon atoms, secondary alcohols having 3 to 6 carbon atoms and derivatives thereof. The boiling point or thermal decomposition temperature of the protective layer is 150 ° C. or lower, and at least one of the protective layers has a group represented by the following formula (1) or (2).
Figure 0006968543

また、上記の目的を達成するため、銅インクの一態様は、上述した銅粒子構造体と、分散溶剤とを含むものである。 Further, in order to achieve the above object, one aspect of the copper ink includes the above-mentioned copper particle structure and the dispersion solvent.

本発明によれば、インク中における分散安定性を向上でき、粘度安定性を向上できる銅粒子構造体及び銅インクを提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a copper particle structure and a copper ink capable of improving dispersion stability in ink and improving viscosity stability.

本実施形態に係る銅粒子構造体の焼成前後のイメージ図である。It is an image diagram before and after firing of the copper particle structure which concerns on this embodiment. 焼成後の銅インクの光学顕微鏡観察写真である。It is an optical microscope observation photograph of copper ink after firing. 比較例の銅インクの流動曲線を示す図である。It is a figure which shows the flow curve of the copper ink of a comparative example. 実施例の銅インクの流動曲線を示す図である。It is a figure which shows the flow curve of the copper ink of an Example. 実施例の銅インクにおいて、冷蔵保存後のシート抵抗値の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the sheet resistance value after refrigerating storage in the copper ink of an Example. 実施例と比較例のシート抵抗率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the sheet resistivity of an Example and a comparative example.

(銅粒子構造体)
本実施形態に係る銅粒子構造体は、1次粒子の平均粒径が0.1μm以上10μm以下である銅ベース粒子と、銅ベース粒子表面に固着した銅カチオンが還元して得られた平均粒径が10nm以下である銅ナノ粒子を有する銅粒子構造体である。銅ナノ粒子は、銅の単結晶からなる中心部とその周囲の保護層とを備え、銅ナノ粒子の中心部が銅ベース粒子に金属結合している。保護層は、炭素数3〜6の1級アルコール、炭素数3〜6の2級アルコール及びそれらの誘導体から選択される少なくとも1種を含み、保護層の沸点または熱分解温度が150℃以下であって、保護層のうち少なくとも1種は、下記式(1)または(2)で示される基を有する。

Figure 0006968543
(Copper particle structure)
The copper particle structure according to the present embodiment is obtained by reducing copper-based particles having an average particle size of primary particles of 0.1 μm or more and 10 μm or less and copper cations adhering to the surface of the copper-based particles. It is a copper particle structure having copper nanoparticles having a diameter of 10 nm or less. The copper nanoparticles include a central portion made of a single crystal of copper and a protective layer around the central portion, and the central portion of the copper nanoparticles is metal-bonded to the copper base particles. The protective layer contains at least one selected from primary alcohols having 3 to 6 carbon atoms, secondary alcohols having 3 to 6 carbon atoms and derivatives thereof, and the boiling point or thermal decomposition temperature of the protective layer is 150 ° C. or lower. At least one of the protective layers has a group represented by the following formula (1) or (2).
Figure 0006968543

図1は、本実施形態に係る銅粒子構造体の焼成前後のイメージ図である。図1に示すように、本実施形態に係る銅粒子構造体は、1次粒子の平均粒径が0.1μm以上10μm以下である銅ベース粒子と、銅ベース粒子表面に固着した銅カチオンが還元して得られた平均粒径が10nm以下である銅ナノ粒子を有する。図1に示す銅粒子構造体を加熱することで低融点を有する銅ナノ粒子が融着してミクロンサイズの銅ベース粒子どうしを接合し、導電性が発現する(図1右)。銅ナノ粒子の表面の保護層は、焼成により消失する。 FIG. 1 is an image diagram of the copper particle structure according to the present embodiment before and after firing. As shown in FIG. 1, in the copper particle structure according to the present embodiment, copper-based particles having an average particle size of primary particles of 0.1 μm or more and 10 μm or less and copper cations fixed on the surface of the copper-based particles are reduced. It has copper nanoparticles having an average particle size of 10 nm or less. By heating the copper particle structure shown in FIG. 1, copper nanoparticles having a low melting point are fused to bond micron-sized copper-based particles to each other, and conductivity is exhibited (FIG. 1, right). The protective layer on the surface of the copper nanoparticles disappears by firing.

本実施形態の銅粒子構造体によれば、1次粒子の平均粒径が0.1μm以上10μm以下である銅ベース粒子と、銅ベース粒子表面に固着した銅カチオンが還元して得られた平均粒径が10nm以下である銅ナノ粒子を有することにより、銅ナノ粒子の使用量を低減することができ、インクの分散安定性が向上する。銅ナノ粒子は担体である銅ベース粒子に均一に担持されている状態であるため、銅ナノ粒子同士の直接的な凝集を抑制でき、粘度安定性を向上できる。 According to the copper particle structure of the present embodiment, the average particle size of the primary particles is 0.1 μm or more and 10 μm or less, and the average obtained by reducing the copper cations fixed on the surface of the copper base particles. By having the copper nanoparticles having a particle size of 10 nm or less, the amount of the copper nanoparticles used can be reduced and the dispersion stability of the ink is improved. Since the copper nanoparticles are uniformly supported on the copper-based particles as a carrier, direct aggregation of the copper nanoparticles can be suppressed and the viscosity stability can be improved.

また、本実施形態の銅粒子構造体は、以下の効果も奏する。銅ナノ粒子の平均粒子径が10nm以下であるので、融点の低下が顕著であり、焼結温度が低く、熱に弱い紙やプラスチック等の基板上にも金属微細配線を形成することができる。 また、銅ナノ粒子は、銅の単結晶からなる中心部が、炭素数3〜6の1級及び/又は2級アルコール等を含む保護層に被覆されている。このため、銅の酸化が抑制されている。更に、保護層が炭素数3〜6の1級及び/又は2級アルコール等を含み、保護層の沸点又は熱分解温度が150℃以下であるので、当該保護層が低温で分解又は蒸発するため、銅ナノ粒子を150℃以下の低温で焼結させる際に、保護層も除去することができる。このため、本実施形態の銅粒子構造体は、インク材料として好適に用いることができる。また、本実施形態の銅粒子構造体は、保護層を形成する炭素数3〜6の1級及び/又は2級アルコール等が揮発性を示すので、減圧下での低温焼結の実施により、金属微細配線を形成することも可能である。このため、当該銅粒子構造体が分散されている銅インクは、金属微細配線を形成するのに好適に用いることができる。 In addition, the copper particle structure of the present embodiment also has the following effects. Since the average particle size of the copper nanoparticles is 10 nm or less, the melting point is remarkably lowered, the sintering temperature is low, and the metal fine wiring can be formed on a substrate such as paper or plastic which is sensitive to heat. Further, in the copper nanoparticles, the central portion made of a single crystal of copper is coated with a protective layer containing a primary and / or secondary alcohol having 3 to 6 carbon atoms. Therefore, the oxidation of copper is suppressed. Further, since the protective layer contains primary and / or secondary alcohol having 3 to 6 carbon atoms and the boiling point or thermal decomposition temperature of the protective layer is 150 ° C. or lower, the protective layer decomposes or evaporates at a low temperature. When the copper nanoparticles are sintered at a low temperature of 150 ° C. or lower, the protective layer can also be removed. Therefore, the copper particle structure of the present embodiment can be suitably used as an ink material. Further, in the copper particle structure of the present embodiment, since the primary and / or secondary alcohol having 3 to 6 carbon atoms forming the protective layer is volatile, it is possible to perform low temperature sintering under reduced pressure. It is also possible to form metal microwiring. Therefore, the copper ink in which the copper particle structure is dispersed can be suitably used for forming metal fine wiring.

以下に、本実施形態に係る銅粒子構造体を構成する成分について説明する。 Hereinafter, the components constituting the copper particle structure according to the present embodiment will be described.

(銅ベース粒子)
銅ベース粒子は、銅ナノ粒子を還元析出させるためのベースとなる銅粒子であり、その1次粒子の平均粒径が0.1μm以上10μm以下である。銅ベース粒子の平均粒子径が0.1μmよりも小さいと、銅ナノ粒子の含有量低減効果が小さくなる。また、銅ベース粒子の平均粒子径が10μmよりも大きいと、銅ナノ粒子構造体を含む銅インクを用いて回路を形成した際に、回路の電気抵抗値を十分に低減できないおそれがある。
(Copper-based particles)
The copper-based particles are copper particles that serve as a base for reducing and precipitating copper nanoparticles, and the average particle size of the primary particles is 0.1 μm or more and 10 μm or less. When the average particle size of the copper-based particles is smaller than 0.1 μm, the effect of reducing the content of the copper nanoparticles becomes small. Further, if the average particle size of the copper-based particles is larger than 10 μm, the electric resistance value of the circuit may not be sufficiently reduced when the circuit is formed by using the copper ink containing the copper nanoparticle structure.

(銅ナノ粒子)
銅ナノ粒子は、銅ベース粒子表面に固着した銅カチオンが還元して得られたものであり、その平均粒径が10nm以下である。銅ナノ粒子は、銅の単結晶からなる中心部とその周囲の保護層とを備え、銅ナノ粒子の中心部が銅ベース粒子に金属結合している。
(Copper nanoparticles)
The copper nanoparticles are obtained by reducing the copper cations fixed on the surface of the copper base particles, and the average particle size thereof is 10 nm or less. The copper nanoparticles include a central portion made of a single crystal of copper and a protective layer around the central portion, and the central portion of the copper nanoparticles is metal-bonded to the copper base particles.

なお、本明細書における単結晶とは、結晶のどの部分をとっても同じ結晶方位をもっており、それを構成している原子が空間的に規則正しい配列になっているものをいう。すなわち、本発明の銅ナノ粒子の中心部を形成する銅の単結晶は、粒子全体が一つの結晶であり、色々な方向に成長した結晶が混ざり合っておらず、銅粒子が凝集等していないことを意味する。これは銅ナノ粒子のXRD解析のピーク測定と高分解能電子顕微鏡による原子配列の直接観察により確認することができる。 The term "single crystal" as used herein means that any part of the crystal has the same crystal orientation, and the atoms constituting the single crystal have a spatially regular arrangement. That is, in the copper single crystal forming the central portion of the copper nanoparticles of the present invention, the entire particles are one crystal, the crystals grown in various directions are not mixed, and the copper particles are aggregated or the like. Means not. This can be confirmed by peak measurement of XRD analysis of copper nanoparticles and direct observation of the atomic arrangement by a high-resolution electron microscope.

保護層は、炭素数3〜6の1級アルコール、炭素数3〜6の2級アルコール及びそれらの誘導体から選択される少なくとも1種を含む。 The protective layer contains at least one selected from primary alcohols having 3 to 6 carbon atoms, secondary alcohols having 3 to 6 carbon atoms and derivatives thereof.

上記炭素数3〜6の2級アルコール及びその誘導体としては、炭素数3〜6の2級アルコール、及び、当該炭素数3〜6の2級アルコールにアミノ基、カルボキシル基、水酸基等が付加された化合物が挙げられ、具体的には、1−アミノ−2−プロパノール、2− ヒドロキシ酪酸、3− ヒドロキシ酪酸、1,2−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオールが挙げられる。これらの2級アルコール等は、単独であってもよいし、混合して用いられてもよい。 As the secondary alcohol having 3 to 6 carbon atoms and its derivative, an amino group, a carboxyl group, a hydroxyl group and the like are added to the secondary alcohol having 3 to 6 carbon atoms and the secondary alcohol having 3 to 6 carbon atoms. Specific examples thereof include 1-amino-2-propanol, 2-hydroxybutyric acid, 3-hydroxybutyric acid, 1,2-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, and the like. Examples include 2,3-butanediol. These secondary alcohols and the like may be used alone or in combination.

2級アルコールのヒドロキシ基は,溶媒及び銅表面ともに親和性が高く、分散性向上に寄与する。2級アルコールのヒドロキシ基は還元能を有するために、銅の酸化を抑制し、かつ低温焼結の際に生成する酸化物が、ケトン化合物であるため、揮発分解し易い。 The hydroxy group of the secondary alcohol has a high affinity for both the solvent and the copper surface, and contributes to the improvement of dispersibility. Since the hydroxy group of the secondary alcohol has a reducing ability, it suppresses the oxidation of copper, and the oxide produced during low-temperature sintering is a ketone compound, so that it easily volatilizes and decomposes.

上記炭素数3〜6の2級アルコール及びその誘導体は、モノアルコールであることが好ましい。モノアルコールを用いることにより、保護層の沸点又は熱分解温度を150℃以下に調整し易くなる。 The secondary alcohol having 3 to 6 carbon atoms and a derivative thereof are preferably monoalcohols. By using monoalcohol, it becomes easy to adjust the boiling point or the thermal decomposition temperature of the protective layer to 150 ° C. or lower.

上記炭素数3〜6の2級アルコール及びその誘導体は、下記式(1)で示される基を有することが好ましい。なお、下記式(1)〜(5)中、*は、結合手を示す。 The secondary alcohol having 3 to 6 carbon atoms and its derivative preferably have a group represented by the following formula (1). In the following formulas (1) to (5), * indicates a bond.

Figure 0006968543
Figure 0006968543

上記式(1)で示される基は、当該基が酸化されてケトンとなり、下記式(3)で示される基を生成する。 The group represented by the above formula (1) is oxidized to a ketone to form a group represented by the following formula (3).

Figure 0006968543
Figure 0006968543

上記式(1)及び(3)で示される基は、高い配位力を示し、銅の単結晶からなる中心部の表面の銅原子と5員環を形成して、下記式(4)及び(5)で示されるメタラサイクル構造を有する基となり、安定化する。

Figure 0006968543
The groups represented by the above formulas (1) and (3) show high coordination force and form a 5-membered ring with a copper atom on the surface of the central portion composed of a copper single crystal, and the following formulas (4) and It becomes a base having the metallacycle structure shown in (5) and stabilizes.
Figure 0006968543

Figure 0006968543
Figure 0006968543

上記炭素数3〜6の1級アルコール及びその誘導体としては、炭素数3〜6の1級アルコール、及び、当該炭素数3〜6の1級アルコールにアミノ基、カルボキシル基、水酸基等が付加された化合物が挙げられ、具体的には、2−アミノ−2エチル−1,3−プロパンジオール、2−アミノ−1−ブタノールが挙げられる。これらの1級アルコール等は、単独であってもよいし、混合して用いられてもよい。 As the primary alcohol having 3 to 6 carbon atoms and its derivative, an amino group, a carboxyl group, a hydroxyl group and the like are added to the primary alcohol having 3 to 6 carbon atoms and the primary alcohol having 3 to 6 carbon atoms. Examples thereof include 2-amino-2ethyl-1,3-propanediol and 2-amino-1-butanol. These primary alcohols and the like may be used alone or in combination.

上記炭素数3〜6の1級アルコール及びその誘導体は、モノアルコールであることが好ましい。モノアルコールを用いることにより、保護層の沸点又は熱分解温度を150℃以下に調整し易くなる。 The primary alcohol having 3 to 6 carbon atoms and its derivative thereof are preferably monoalcohols. By using monoalcohol, it becomes easy to adjust the boiling point or the thermal decomposition temperature of the protective layer to 150 ° C. or lower.

上記炭素数3〜6の1級アルコール及びその誘導体は、下記式(2)で示される基を有することが好ましい。 The primary alcohol having 3 to 6 carbon atoms and its derivative preferably have a group represented by the following formula (2).

Figure 0006968543
Figure 0006968543

上記式(2)で示される基も、銅の単結晶からなる中心部の表面の銅原子と5員環を形成して、メタラサイクル構造を有する基となり、安定化する。 The group represented by the above formula (2) also forms a 5-membered ring with a copper atom on the surface of the central portion made of a single crystal of copper to become a group having a metallacycle structure and is stabilized.

保護層の沸点又は熱分解温度は150℃以下である。ここで、保護層の熱分解温度とは、保護層を構成する物質が熱により銅の単結晶からなる中心部から脱離する温度であり、上記脱離には、保護層を構成する物質が熱により蒸散する形態を含む。これにより、150℃以下の低温加熱で保護層を除去することが可能となり、且つ、銅ナノ粒子の低温焼結が可能となる。 The boiling point or thermal decomposition temperature of the protective layer is 150 ° C. or lower. Here, the thermal decomposition temperature of the protective layer is a temperature at which the substance constituting the protective layer is desorbed from the central portion composed of a single crystal of copper by heat, and the desorption includes the substance constituting the protective layer. Includes a form that evaporates by heat. As a result, the protective layer can be removed by heating at a low temperature of 150 ° C. or lower, and copper nanoparticles can be sintered at a low temperature.

銅ナノ粒子の保護層の沸点又は熱分解温度は、銅ナノ粒子の乾燥粉末を用いて、窒素雰囲気下でTG−DTAによる熱分析を行うことにより測定することができる。 The boiling point or the thermal decomposition temperature of the protective layer of the copper nanoparticles can be measured by performing a thermal analysis by TG-DTA in a nitrogen atmosphere using the dry powder of the copper nanoparticles.

保護層のうち少なくとも1種は、上記式(1)または(2)で示される基を有する。保護層のうち他の1種は、上記炭素数3〜6の1級アルコール、炭素数3〜6の2級アルコール及びそれらの誘導体から選択される少なくとも1種以外の他の成分を含有していてもよいが、上記保護層は、銅ナノ粒子の低温焼結を容易にすることができる点で、炭素数3〜6の1級アルコール、炭素数3〜6の2級アルコール及びそれらの誘導体から選択される少なくとも1種のみからなることが好ましい。 At least one of the protective layers has a group represented by the above formula (1) or (2). The other one of the protective layers contains other components other than at least one selected from the above-mentioned primary alcohols having 3 to 6 carbon atoms, secondary alcohols having 3 to 6 carbon atoms and derivatives thereof. However, the protective layer may be a primary alcohol having 3 to 6 carbon atoms, a secondary alcohol having 3 to 6 carbon atoms, and derivatives thereof, in that the protective layer can facilitate low-temperature sintering of copper nanoparticles. It is preferable that it consists of at least one selected from.

銅ナノ粒子中の保護層の質量比は、銅ナノ粒子の質量を100質量%として10〜30質量%が好ましい。保護層の質量比が高過ぎると、銅ナノ粒子を焼結させる際に、150℃以下の低温で加熱しても保護層が十分に除去できないおそれがある。保護層の質量比が低過ぎると、銅の単結晶を十分に保護できないおそれがある。 The mass ratio of the protective layer in the copper nanoparticles is preferably 10 to 30% by mass, with the mass of the copper nanoparticles being 100% by mass. If the mass ratio of the protective layer is too high, the protective layer may not be sufficiently removed even when heated at a low temperature of 150 ° C. or lower when sintering copper nanoparticles. If the mass ratio of the protective layer is too low, the copper single crystal may not be sufficiently protected.

銅ナノ粒子は、平均粒子径が10nm以下である。銅ナノ粒子の平均粒子径が10nmを超えると、銅ナノ粒子を低温で焼結できない。上記平均粒子径は3〜8nmが好ましく、3〜6nmがより好ましい。銅ナノ粒子の平均粒子径が3nmよりも小さいと、銅ナノ粒子が凝集してしまうおそれがある。 Copper nanoparticles have an average particle size of 10 nm or less. If the average particle size of the copper nanoparticles exceeds 10 nm, the copper nanoparticles cannot be sintered at a low temperature. The average particle size is preferably 3 to 8 nm, more preferably 3 to 6 nm. If the average particle size of the copper nanoparticles is smaller than 3 nm, the copper nanoparticles may aggregate.

なお、本明細書における平均粒子径は、TEM観察像中の任意の100個の粒子の粒子径の算術平均値である。 The average particle size in the present specification is an arithmetic mean value of the particle size of any 100 particles in the TEM observation image.

本発明の銅ナノ粒子は、粒度分布に基づく標準偏差が銅ナノ粒子の平均粒子径の20%以下であることが好ましい。すなわち、銅ナノ粒子の粒度分布に基づく標準偏差を銅ナノ粒子の平均粒子径で除して、百分率で示した値が20%以下であることが好ましい。銅ナノ粒子の粒度分布に基づく標準偏差を上述の範囲とすることで、銅ナノ粒子の平均粒子径が均一化されて、低温で焼結するのに適した銅ナノ粒子とすることができる。 The copper nanoparticles of the present invention preferably have a standard deviation based on the particle size distribution of 20% or less of the average particle size of the copper nanoparticles. That is, it is preferable that the standard deviation based on the particle size distribution of the copper nanoparticles is divided by the average particle size of the copper nanoparticles and the value expressed as a percentage is 20% or less. By setting the standard deviation based on the particle size distribution of the copper nanoparticles in the above range, the average particle size of the copper nanoparticles can be made uniform, and the copper nanoparticles suitable for sintering at a low temperature can be obtained.

(銅インク)
本実施形態に係る銅インクは、上述した銅粒子構造体と、分散溶剤(分散媒)とを含むものである。
(Copper ink)
The copper ink according to this embodiment contains the above-mentioned copper particle structure and a dispersion solvent (dispersion medium).

上記分散媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロピレングリコール、グリセロール等のアルコール、トルエン、アルカノールアミン、N,N−ジメチルホルミアミド等の極性溶媒が挙げられる。これらの分散媒は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。例えば、プロピレングリコールとグリセロールとを体積比で1:1の割合で混合して用いてもよい。これらの中でも、アルカノールアミンを用いることが好ましく、高い分散安定性を維持できる点で、銅ナノ粒子の保護層を形成する炭素数3〜6の1級及び/又は2級アルコールと同一の炭素数3〜6のアルカノールアミンを用いることがより好ましい。これらの分散媒は、銅ナノインクを適用する印刷手法、所望の粘度、形成したい銅回路の種類等によって適宜選択することができる。 Examples of the dispersion medium include alcohols such as methanol, ethanol, propylene glycol and glycerol, and polar solvents such as toluene, alkanolamines and N, N-dimethylformiamides. These dispersion media may be used alone or in combination of two or more. For example, propylene glycol and glycerol may be mixed and used at a volume ratio of 1: 1. Among these, it is preferable to use an alkanolamine, which has the same number of carbon atoms as the primary and / or secondary alcohol having 3 to 6 carbon atoms forming the protective layer of the copper nanoparticles in that high dispersion stability can be maintained. It is more preferable to use 3 to 6 alkanolamines. These dispersion media can be appropriately selected depending on the printing method to which the copper nanoink is applied, the desired viscosity, the type of copper circuit to be formed, and the like.

なお、本実施形態に係る銅粒子構造体は、金属微細配線を形成するためのインク材料として好適に用いることができるが、当該用途に限られず、触媒材料(触媒又は触媒担体)としても利用することができ、また、ITOに変わる透明導電膜、反射防止コーティング材料としても利用することができる。 The copper particle structure according to the present embodiment can be suitably used as an ink material for forming metal fine wiring, but is not limited to this application and is also used as a catalyst material (catalyst or catalyst carrier). It can also be used as a transparent conductive film or an antireflection coating material instead of ITO.

(実施例)
以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されない。
(Example)
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited to the examples.

<実施例1>
(銅粒子構造体の調製)
イソプロパノールアミン(和光純薬工業、3.75g)をエチレングリコール(和光純薬工業、46.75g)に溶解させ、混合溶液を作製した。酢酸銅(II)(和光純薬工業、0.91g)を混合溶液に溶解させ、0.1Mの酢酸銅溶液を調整した。錯形成にともない溶液は濃い青色に変化した。これに球形形状の銅ベース粒子となる銅マイクロ粉(高純度化学研究所、D50 1μm、1g)を溶解させた。銅マイクロ粉の添加にともない、溶液は茶色に変化した。以下,これを「原料溶液」とする。
<Example 1>
(Preparation of copper particle structure)
Isopropanolamine (Wako Pure Chemical Industries, 3.75 g) was dissolved in ethylene glycol (Wako Pure Chemical Industries, 46.75 g) to prepare a mixed solution. Copper (II) acetate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 0.91 g) was dissolved in a mixed solution to prepare a 0.1 M copper acetate solution. The solution turned deep blue with complex formation. Copper micropowder (High Purity Chemical Laboratory, D 50 1 μm, 1 g), which is a spherical copper-based particle, was dissolved therein. With the addition of copper micropowder, the solution turned brown. Hereinafter, this is referred to as a “raw material solution”.

原料溶液を1100rpmで撹拌しながら大気圧下(窒素雰囲気下)で25℃において、一日放置した。次いで、銅モル換算で約15倍量のヒドラジン(和光純薬工業、2.43ml)を添加した。ヒドラジンの添加直後に原料溶液から大量の気泡が発生して、瞬時に赤みのある黒色へと変化した。次いで、空気雰囲気下で一日放置した。この反応の結果、銅ベース粒子表面上に銅ナノ粒子が析出して担持された銅粒子構造体が溶液中で得られた。銅粒子構造体が分散した溶液から銅粒子構造体の分離・精製、および回収は、下記の操作により行なった。 The raw material solution was left at 25 ° C. for one day under atmospheric pressure (under a nitrogen atmosphere) while stirring at 1100 rpm. Then, about 15 times the amount of hydrazine (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 2.43 ml) was added in terms of copper molars. Immediately after the addition of hydrazine, a large amount of bubbles were generated from the raw material solution, and the color instantly changed to reddish black. Then, it was left for a day in an air atmosphere. As a result of this reaction, a copper particle structure in which copper nanoparticles were precipitated and supported on the surface of copper-based particles was obtained in solution. The separation, purification, and recovery of the copper particle structure from the solution in which the copper particle structure was dispersed were carried out by the following operations.

(操作1:銅粒子構造体の分離)
銅粒子構造体が分散した溶液に対して、7000rpm、5分間の条件で遠心分離を行ない、銅粒子構造体が沈殿した溶液を得た。溶液を除去して沈殿した銅粒子構造体にジメチルアセトアミド(DMA、和光純薬工業)を加え、ジメチルアセトアミドに分散させた。次いで、7000rpm、5分間の条件で遠心分離を行ない、銅粒子構造体が沈殿した溶液を得た。溶液を除去して沈殿した銅粒子構造体にトルエン(和光純薬工業)を加え、トルエン(和光純薬工業)に分散させた。次いで、7000rpm、5分間の条件で遠心分離を行ない、銅粒子構造体が沈殿した溶液を得た。溶液を除去して沈殿した銅粒子構造体にヘキサン(和光純薬工業)を加え、ヘキサンに分散させた。次いで、7000rpm、5分間の条件で遠心分離を行ない、銅粒子構造体が沈殿した溶液を得た。溶液を除去することで銅粒子構造体を分離して回収した。
(Operation 1: Separation of copper particle structure)
The solution in which the copper particle structure was dispersed was centrifuged at 7000 rpm for 5 minutes to obtain a solution in which the copper particle structure was precipitated. Dimethylacetamide (DMA, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to the copper particle structure precipitated by removing the solution, and dispersed in dimethylacetamide. Then, centrifugation was performed at 7000 rpm for 5 minutes to obtain a solution in which the copper particle structure was precipitated. Toluene (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to the copper particle structure precipitated by removing the solution, and the mixture was dispersed in toluene (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Then, centrifugation was performed at 7000 rpm for 5 minutes to obtain a solution in which the copper particle structure was precipitated. Hexane (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to the precipitated copper particle structure after removing the solution, and the mixture was dispersed in hexane. Then, centrifugation was performed at 7000 rpm for 5 minutes to obtain a solution in which the copper particle structure was precipitated. The copper particle structure was separated and recovered by removing the solution.

(操作2:銅インクの調製)
プロピレングリコール(和光純薬工業)とグリセロール(和光純薬工業)をそれぞれ50体積比(1:1)とした混合溶媒を作製した。操作1で得られた銅粒子構造体に上記混合溶媒を固形分濃度が80重量比となるように加えて、均一に銅粒子構造体が分散した銅インクを得た。
(Operation 2: Preparation of copper ink)
A mixed solvent was prepared in which propylene glycol (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and glycerol (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) each had a 50 volume ratio (1: 1). The mixed solvent was added to the copper particle structure obtained in operation 1 so that the solid content concentration was 80% by weight to obtain a copper ink in which the copper particle structure was uniformly dispersed.

(操作3:電気抵抗測定)
操作2で得られた銅インク(約80重量比担持粉含量)をポリイミド基板上にて製膜し、塗膜を形成した。この塗膜を窒素雰囲気下にて、150℃で30分間低温加熱したところ、銅ナノ粒子が融解して銅ベース粒子と導電性パスを形成し,クラックのない赤茶色の銅箔膜を得た(図2の光学顕微鏡観察写真参照)。得られた銅箔膜について三菱化学アナリティックロレスタを用いて四探針法による電気抵抗測定を行なった。当該銅箔膜のシート抵抗率は12m(/sqであった。
(Operation 3: Electrical resistance measurement)
The copper ink (content of about 80 weight-weight-supported powder) obtained in operation 2 was formed into a film on a polyimide substrate to form a coating film. When this coating film was heated at a low temperature of 150 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, the copper nanoparticles melted to form a conductive path with the copper base particles, and a crack-free reddish brown copper foil film was obtained. (See the optical microscope observation photograph in FIG. 2). The obtained copper foil film was measured for electrical resistance by the four-probe method using Mitsubishi Chemical Analytic Loresta. The sheet resistivity of the copper foil film was 12 m (/ sq).

(操作4:流動曲線測定)
回転粘度計を用いて、室温、銅インクの流動曲線を0,1,2,3,4,7.5時間(hr)ごとにせん断速度0〜1000s-1の範囲で測定した。銅ナノ粒子が分散した比較例の銅インクも合わせて同様の条件にて測定した。図3は、比較例の銅インクの流動曲線を示し、図4は実施例の銅インクの流動曲線を示す。実施例の銅インクと比較例の銅インクの流動曲線を比較すると、実施例の銅インクの粘度は7.5時間経過しても低いままであった(図4)。比較例の銅インクは1時間で増粘した(図3)。
(Operation 4: Flow curve measurement)
Using a rotational viscometer, the flow curves of the copper ink at room temperature were measured every 0,1,2,3,4,5 hours (hr) with a shear rate in the range of 0 to 1000 s -1. The copper ink of the comparative example in which the copper nanoparticles were dispersed was also measured under the same conditions. FIG. 3 shows the flow curve of the copper ink of the comparative example, and FIG. 4 shows the flow curve of the copper ink of the example. Comparing the flow curves of the copper ink of the example and the copper ink of the comparative example, the viscosity of the copper ink of the example remained low even after 7.5 hours (FIG. 4). The copper ink of the comparative example thickened in 1 hour (Fig. 3).

(操作5:電気抵抗の経時変化測定)
担持粉のインクを−4℃で一週間冷蔵保管して、操作3と同様に銅箔膜を形成し、銅箔膜の電気抵抗測定を行ったところ、シート抵抗率はほとんど変化していなかった(図5)。
(Operation 5: Measurement of changes in electrical resistance over time)
The ink of the supported powder was refrigerated at -4 ° C for one week to form a copper foil film in the same manner as in operation 3, and the electrical resistance of the copper foil film was measured. As a result, the sheet resistivity was hardly changed. (Fig. 5).

<比較例>
比較例として、銅マイクロ粒子と、銅ナノ粒子とを別々に分散媒中に分散させた銅インクを準備した。比較例の銅インクは、銅ナノ粒子が銅マイクロ粒子に固着しておらず、銅ナノ粒子の中心部が銅マイクロ粒子に金属結合していない点で、本実施例の銅インクと相違する。以下、比較例の銅インクの製造方法について説明する。
<Comparison example>
As a comparative example, a copper ink in which copper microparticles and copper nanoparticles were separately dispersed in a dispersion medium was prepared. The copper ink of the comparative example is different from the copper ink of the present embodiment in that the copper nanoparticles are not adhered to the copper nanoparticles and the central portion of the copper nanoparticles is not metal-bonded to the copper nanoparticles. Hereinafter, a method for manufacturing the copper ink of the comparative example will be described.

(操作1:銅ナノ粒子の調製)
イソプロパノールアミン(和光純薬工業、3.75g)をエチレングリコール(和光純薬工業、46.75g)に溶解させ、混合溶液を作製した。酢酸銅(II)(和光純薬工業、0.91g)を混合溶液に溶解させ、0.1Mの酢酸銅溶液を調整した。錯形成にともない溶液は濃い青色に変化した。次いで、実施例と同様にして、得られた溶液にヒドラジンを添加し、空気雰囲気下で一日放置した。この反応の結果、銅ナノ粒子が分散した分散液を得た。
(Operation 1: Preparation of copper nanoparticles)
Isopropanolamine (Wako Pure Chemical Industries, 3.75 g) was dissolved in ethylene glycol (Wako Pure Chemical Industries, 46.75 g) to prepare a mixed solution. Copper (II) acetate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 0.91 g) was dissolved in a mixed solution to prepare a 0.1 M copper acetate solution. The solution turned deep blue with complex formation. Then, hydrazine was added to the obtained solution in the same manner as in Examples, and the mixture was left to stand in an air atmosphere for one day. As a result of this reaction, a dispersion liquid in which copper nanoparticles were dispersed was obtained.

(操作2:銅ナノ粒子の分離)
体積比で分散液の3倍量のN,N−ジメチルアセトアミド(DMA)を別途用意した。ヒドラジン添加から24時間後、用意したDMAに対して銅ナノ粒子分散液を液滴が見える程度にゆっくりと滴下して混合溶液を調整した。DMAにより過剰なヒドラジン、イソプロパノールアミン、およびエチレングリコールが除去できた。当該混合溶液を、数分間大気に放置して、空気にさらした。上述の操作により、混合溶液が懸濁し始めて、遠心分離での粒子の回収が可能な状態となった。
(Operation 2: Separation of copper nanoparticles)
N, N-dimethylacetamide (DMA), which is three times the volume of the dispersion, was prepared separately. Twenty-four hours after the addition of hydrazine, a copper nanoparticle dispersion was slowly added dropwise to the prepared DMA so that the droplets could be seen, and the mixed solution was prepared. DMA was able to remove excess hydrazine, isopropanolamine, and ethylene glycol. The mixed solution was left in the air for a few minutes and exposed to the air. By the above operation, the mixed solution began to suspend, and the particles could be recovered by centrifugation.

懸濁した混合溶液に6000rpm、2分間の条件で遠心分離を行ない、銅ナノ粒子の沈殿物が沈殿した溶液を得た。溶液から透明な上澄みを除去し、銅ナノ粒子の沈殿物を採取して、さらにDMAを添加した。次いで、銅ナノ粒子の沈殿物をDMAに分散させて、再洗浄を行った。 The suspended mixed solution was centrifuged at 6000 rpm for 2 minutes to obtain a solution in which a precipitate of copper nanoparticles was precipitated. The clear supernatant was removed from the solution, a precipitate of copper nanoparticles was collected and further DMA was added. Then, the precipitate of copper nanoparticles was dispersed in DMA and rewashed.

銅ナノ粒子の沈殿物がDMA中に分散したことを確認した後、すぐに6000rpm、3分間の条件で遠心分離を行なった。上澄みを除去し、残った沈殿物に対してトルエンを添加して、再分散させて洗浄を行った。銅ナノ粒子の沈殿物がトルエンに分散したことを確認した後、6000rpm、1分間の条件で遠心分離を行なって銅ナノ粒子の沈殿物を分離した。透明な上澄みを除去し、残った沈殿物に対してヘキサンを添加して、再分散させて洗浄を行った。銅ナノ粒子の沈殿物がヘキサンに分散したことを確認した後、6000rpm、5分間の条件で遠心分離を行ない、透明な上澄みを除去して銅ナノ粒子の沈殿物を分離し、洗浄を完了した。得られた銅ナノ粒子の平均粒子径は3nmであった。 Immediately after confirming that the precipitate of copper nanoparticles was dispersed in DMA, centrifugation was performed under the conditions of 6000 rpm for 3 minutes. The supernatant was removed, toluene was added to the remaining precipitate, and the residue was redispersed for washing. After confirming that the precipitate of copper nanoparticles was dispersed in toluene, centrifugation was performed at 6000 rpm for 1 minute to separate the precipitate of copper nanoparticles. The clear supernatant was removed, hexane was added to the remaining precipitate, redispersed and washed. After confirming that the precipitate of copper nanoparticles was dispersed in hexane, centrifugation was performed under the condition of 6000 rpm for 5 minutes to remove the transparent supernatant and separate the precipitate of copper nanoparticles, and the washing was completed. .. The average particle size of the obtained copper nanoparticles was 3 nm.

(操作3:銅ナノ粒子を含むインクの調製)
実施例1の操作2と同様、プロピレングリコールとグリセロールをそれぞれ50体積比(1:1)とした混合溶媒を作製した。(操作2)で得られた銅ナノ粒子に上記混合溶媒を固形分濃度が40重量比となるように加えて、銅ナノインクを得た。
(Operation 3: Preparation of ink containing copper nanoparticles)
Similar to operation 2 of Example 1, a mixed solvent was prepared in which propylene glycol and glycerol were each in a 50 volume ratio (1: 1). The above mixed solvent was added to the copper nanoparticles obtained in (Operation 2) so that the solid content concentration was 40% by weight to obtain copper nanoinks.

(操作4:比較例のインクの調製)
(操作3)と同様、平均粒子径1(mの銅マイクロ粒子が分散した銅マイクロ粒子分散液(以下、「銅マイクロインク」)を得た。この銅マイクロインクと(操作3)により得られた銅ナノインクを表1に記載の混合比で混合したインクを調整した。この比較例のインクは、銅ナノ粒子と銅マイクロ粒子が分散している銅インクである。

Figure 0006968543
(Operation 4: Preparation of ink for comparative example)
Similar to (Operation 3), a copper microparticle dispersion liquid (hereinafter, “copper microink”) in which copper microparticles having an average particle diameter of 1 (m) were dispersed was obtained. This copper microink and (Operation 3) were obtained. The ink was prepared by mixing the copper nano-inks with the copper nano-inks at the mixing ratios shown in Table 1. The ink of this comparative example is a copper ink in which copper nanoparticles and copper microparticles are dispersed.
Figure 0006968543

実施例1(操作3)と同様にして、銅マイクロインクと銅ナノインクが混合されたインクを用いて厚さ80μmの銅の薄膜を作製した。図6は、比較例2〜6及び本実施例の銅インクで形成した銅の導電膜の電気抵抗の結果を示す。図6では、銅ナノインクを100重量比としたときの電気抵抗を1としたとき、銅ナノインクの添加量に応じた銅の導電膜の電気抵抗の相対値を示す。本実施例の銅インクを用いた場合、銅ナノインクを100重量比としたときと同等の電気抵抗値が得られ、また導電膜の表面において気泡や亀裂の生成も見られなかった。比較例の銅インクでは、銅ナノインクの重量比が増すにつれて導電膜の電気抵抗は低下していった。しかし、同時に導電膜の表面において気泡や亀裂の生成も見られるようになった。なお、銅マイクロインク100重量比としたインクでは導通は確認できなかった。 In the same manner as in Example 1 (Operation 3), a copper thin film having a thickness of 80 μm was prepared using an ink in which copper micro ink and copper nano ink were mixed. FIG. 6 shows the results of the electrical resistance of the copper conductive film formed by the copper inks of Comparative Examples 2 to 6 and this example. FIG. 6 shows the relative value of the electric resistance of the copper conductive film according to the addition amount of the copper nanoink, when the electric resistance when the copper nanoink is 100 weight ratio is 1. When the copper ink of this example was used, an electric resistance value equivalent to that when the copper nanoink was used at a weight ratio of 100 was obtained, and no bubbles or cracks were observed on the surface of the conductive film. In the copper ink of the comparative example, the electric resistance of the conductive film decreased as the weight ratio of the copper nanoink increased. However, at the same time, the formation of bubbles and cracks was also observed on the surface of the conductive film. In addition, continuity could not be confirmed with the ink having a copper micro ink 100 weight ratio.

<実施例2>
実施例2は、銅ベース粒子として扁平形状の銅マイクロ粉を用いた点が実施例1と異なり、その他の点は実施例1と同様である。
<Example 2>
Example 2 is different from Example 1 in that flat copper micropowder is used as the copper base particles, and is the same as Example 1 in other points.

すなわち、イソプロパノールアミン(和光純薬工業、3.75g)をエチレングリコール(和光純薬工業、46.75g)に溶解させ、混合溶液を作製した。酢酸銅(II)(和光純薬工業、0.91g)を混合溶液に溶解させ、0.1Mの酢酸銅溶液を調整した。錯形成にともない溶液は濃い青色に変化した。これに銅ベース粒子として扁平形状の銅マイクロ粉(三井金属鉱業、1050YP、1g)を溶解させた。銅マイクロ粉の添加にともない、溶液は茶色に変化した。以下,これを「原料溶液」とする。 That is, isopropanolamine (Wako Pure Chemical Industries, 3.75 g) was dissolved in ethylene glycol (Wako Pure Chemical Industries, 46.75 g) to prepare a mixed solution. Copper (II) acetate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 0.91 g) was dissolved in a mixed solution to prepare a 0.1 M copper acetate solution. The solution turned deep blue with complex formation. Flat copper micropowder (Mitsui Mining & Smelting, 1050YP, 1g) was dissolved in this as copper-based particles. With the addition of copper micropowder, the solution turned brown. Hereinafter, this is referred to as a “raw material solution”.

原料溶液を1100rpmで撹拌しながら大気圧下(窒素雰囲気下)で25℃において、一日放置した。次いで、銅モル換算で約15倍量のヒドラジン(和光純薬工業、2.43mL)を添加した。ヒドラジンの添加直後に原料溶液から大量の気泡が発生して、瞬時に赤みのある黒色へと変化した。次いで、空気雰囲気下で一日放置した。この反応の結果、銅ベース粒子表面上に銅ナノ粒子が析出して担持された銅粒子構造体が溶液中で得られた。 The raw material solution was left at 25 ° C. for one day under atmospheric pressure (under a nitrogen atmosphere) while stirring at 1100 rpm. Then, about 15 times the amount of hydrazine (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 2.43 mL) was added in terms of copper molars. Immediately after the addition of hydrazine, a large amount of bubbles were generated from the raw material solution, and the color instantly changed to reddish black. Then, it was left for a day in an air atmosphere. As a result of this reaction, a copper particle structure in which copper nanoparticles were precipitated and supported on the surface of copper-based particles was obtained in solution.

銅粒子構造体が分散した溶液から銅粒子構造体の分離・精製、インクの作製、電気抵抗測定は、前述の実施例1の(操作1)〜(操作3)と同等である。 Separation / purification of the copper particle structure from the solution in which the copper particle structure is dispersed, preparation of ink, and measurement of electrical resistance are the same as those of (Operation 1) to (Operation 3) of Example 1 described above.

実施例2の銅粒子構造体を含む銅インクも、実施例1と同様の効果を奏することが確認された。 It was confirmed that the copper ink containing the copper particle structure of Example 2 also had the same effect as that of Example 1.

<実施例3>
実施例3は、銅ベース粒子として銅サブミクロン粉を用いた点が実施例1と異なり、その他の点は実施例1と同様である。
<Example 3>
Example 3 is different from Example 1 in that copper submicron powder is used as the copper base particles, and is the same as Example 1 in other points.

すなわち、イソプロパノールアミン(和光純薬工業、3.75g)をエチレングリコール(和光純薬工業、46.75g)に溶解させ、混合溶液を作製した。酢酸銅(II)(和光純薬工業、0.91g)を混合溶液に溶解させ、0.1Mの酢酸銅溶液を調整した。錯形成にともない溶液は濃い青色に変化した。これに銅ベース粒子として粒径D50:300nmの銅サブミクロン粉(SSN社、0811XX、1g)を溶解させた。銅マイクロ粉の添加にともない、溶液は茶色に変化した。以下,これを「原料溶液」とする。 That is, isopropanolamine (Wako Pure Chemical Industries, 3.75 g) was dissolved in ethylene glycol (Wako Pure Chemical Industries, 46.75 g) to prepare a mixed solution. Copper (II) acetate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 0.91 g) was dissolved in a mixed solution to prepare a 0.1 M copper acetate solution. The solution turned deep blue with complex formation. Copper submicron powder (SSN, 0811XX, 1 g) having a particle size of D 50 : 300 nm was dissolved therein as copper-based particles. With the addition of copper micropowder, the solution turned brown. Hereinafter, this is referred to as a “raw material solution”.

原料溶液を1100rpmで撹拌しながら大気圧下(窒素雰囲気下)で25℃において、一日放置した。次いで、銅モル換算で約15倍量のヒドラジン(和光純薬工業、2.43mL)を添加した。ヒドラジンの添加直後に原料溶液から大量の気泡が発生して、瞬時に赤みのある黒色へと変化した。次いで、空気雰囲気下で一日放置した。この反応の結果、銅ベース粒子表面上に銅ナノ粒子が析出して担持された銅粒子構造体が溶液中で得られた。 The raw material solution was left at 25 ° C. for one day under atmospheric pressure (under a nitrogen atmosphere) while stirring at 1100 rpm. Then, about 15 times the amount of hydrazine (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 2.43 mL) was added in terms of copper molars. Immediately after the addition of hydrazine, a large amount of bubbles were generated from the raw material solution, and the color instantly changed to reddish black. Then, it was left for a day in an air atmosphere. As a result of this reaction, a copper particle structure in which copper nanoparticles were precipitated and supported on the surface of copper-based particles was obtained in solution.

銅粒子構造体が分散した溶液から銅粒子構造体の分離・精製、インクの作製、電気抵抗測定は、前述の実施例1の(操作1)〜(操作3)と同等である。 Separation / purification of the copper particle structure from the solution in which the copper particle structure is dispersed, preparation of ink, and measurement of electrical resistance are the same as those of (Operation 1) to (Operation 3) of Example 1 described above.

実施例3の銅粒子構造体を含む銅インクも、実施例1と同様の効果を奏することが確認された。 It was confirmed that the copper ink containing the copper particle structure of Example 3 also had the same effect as that of Example 1.

以上の実施例及び比較例の結果から、以下のことがいえる。
銅ナノ粒子が銅ベース粒子に固着していることから、銅ナノ粒子同士が直接的に接触することを抑制できるため、分散安定性の高いインクを作製できる。
銅ナノ粒子が焼成中に溶融して濡れ拡がり、塗膜中で導電性経路を形成するため、銅ナノ粒子を単独で用いたときと同等の低い電気抵抗を示す導電膜を作製できる。
銅インク調整後、導電膜成膜までに時間が経過したとしても低い粘度のインクを扱うことができる。
From the results of the above Examples and Comparative Examples, the following can be said.
Since the copper nanoparticles are fixed to the copper-based particles, it is possible to prevent the copper nanoparticles from coming into direct contact with each other, so that an ink with high dispersion stability can be produced.
Since the copper nanoparticles melt and spread wet during firing to form a conductive path in the coating film, it is possible to produce a conductive film having a low electrical resistance equivalent to that when the copper nanoparticles are used alone.
Even if time elapses from the adjustment of the copper ink to the film formation of the conductive film, it is possible to handle the ink having a low viscosity.

なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更/改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。さらに、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。 It should be noted that each of the embodiments described above is for facilitating the understanding of the present invention, and is not for limiting the interpretation of the present invention. The present invention can be modified / improved without departing from the spirit thereof, and the present invention also includes an equivalent thereof. That is, those skilled in the art with appropriate design changes to each embodiment are also included in the scope of the present invention as long as they have the features of the present invention. For example, each element included in each embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those exemplified, and can be appropriately changed. Furthermore, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the ratios shown. Further, each embodiment is an example, and it goes without saying that partial substitution or combination of the configurations shown in different embodiments is possible, and these are also included in the scope of the present invention as long as the features of the present invention are included. ..

Claims (1)

1次粒子の平均粒径が0.1μm以上10μm以下である銅ベース粒子と、
前記銅ベース粒子表面に固着した銅カチオンが還元して得られた平均粒径が10nm以下である銅ナノ粒子を有し、
前記銅ナノ粒子は、銅の単結晶からなる中心部とその周囲の保護層とを備え、
前記銅ナノ粒子の中心部が前記銅ベース粒子に金属結合しており、
前記銅ナノ粒子は、粒度分布に基づく標準偏差が銅ナノ粒子の平均粒子径の20%以下であり、
前記保護層は、炭素数3〜6の1級アルコール、炭素数3〜6の2級アルコール及びそれらの誘導体から選択される少なくとも1種を含み、前記保護層の沸点または熱分解温度が150℃以下であって、
前記保護層のうち少なくとも1種は、下記式(1)または(2)で示される基を有する銅粒子構造体の製造方法。
Figure 0006968543
Copper-based particles having an average particle size of 0.1 μm or more and 10 μm or less of the primary particles, and
It has copper nanoparticles having an average particle size of 10 nm or less obtained by reducing copper cations fixed on the surface of the copper base particles.
The copper nanoparticles include a central portion made of a single crystal of copper and a protective layer around the central portion.
The central portion of the copper nanoparticles is metal-bonded to the copper-based particles.
The standard deviation of the copper nanoparticles based on the particle size distribution is 20% or less of the average particle size of the copper nanoparticles.
The protective layer contains at least one selected from primary alcohols having 3 to 6 carbon atoms, secondary alcohols having 3 to 6 carbon atoms and derivatives thereof, and the boiling point or thermal decomposition temperature of the protective layer is 150 ° C. Below,
At least one of the protective layers is a method for producing a copper particle structure having a group represented by the following formula (1) or (2).
Figure 0006968543
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