JP7164391B2 - Method for producing copper nanowires - Google Patents

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Description

本開示は、銅ナノワイヤの製造方法に関する。 The present disclosure relates to a method for manufacturing copper nanowires.

金属ナノワイヤは、直径が通常20nm以下、アスペクト比(すなわち長さ/直径の比)が通常100以上という極めて微細な細長素材であり、その優れた導電性及び熱伝導性から、透明導電膜、導電性インク(電子回路用インク等)、自動車用高熱伝導率冷媒等の用途で利用されている。中でも銅ナノワイヤは、導電性及び熱伝導性が良好である一方、比較的安価であるという利点を有する。 Metal nanowires are extremely fine elongated materials with a diameter of usually 20 nm or less and an aspect ratio (that is, length/diameter ratio) of usually 100 or more. It is used for applications such as high-performance ink (ink for electronic circuits, etc.) and high thermal conductivity coolant for automobiles. Among them, copper nanowires have the advantage of being relatively inexpensive while having good electrical and thermal conductivity.

特許文献1は、銅塩、ポリオール及びアルキルアミンを混合して銅塩を塩化物イオンの存在下で還元することを特徴とする銅ナノワイヤーの製造方法を記載する。 Patent Document 1 describes a method for producing copper nanowires, characterized by mixing a copper salt, a polyol and an alkylamine and reducing the copper salt in the presence of chloride ions.

特許文献2は、金属銅と、炭素薄膜のコーティングされたモリブデン基板とを、真空中で800~850℃の温度範囲に加熱し、銅ナノロッド若しくはナノワイヤーを生成させることを特徴とする銅ナノロッド若しくはナノワイヤーの製造方法を記載する。 Patent Document 2 discloses copper nanorods or nanowires by heating metallic copper and a molybdenum substrate coated with a carbon thin film to a temperature range of 800 to 850° C. in vacuum to generate copper nanorods or nanowires. A method of making nanowires is described.

特許文献3は、少なくとも銅錯体を含む前駆体と水とを、超臨界または亜臨界の二酸化炭素中で反応させてナノワイヤー状の水酸化物とする第1の工程と、前記水酸化物を還元する第2の工程と、を有することを特徴とする金属ナノワイヤーの製造方法を記載する。 Patent Document 3 describes a first step of reacting a precursor containing at least a copper complex with water in supercritical or subcritical carbon dioxide to form a nanowire-like hydroxide, and and a second step of reducing.

特許文献4は、水銀圧入法による平均細孔直径が1.0μm以上である多孔質セラミックフィルタを流路壁面に有する管状流路内に、液状媒体の流れに随伴して金属ナノワイヤを流し、流れている一部の金属ナノワイヤを一部の液状媒体とともに前記多孔質セラミックフィルタを通して前記管状流路の外に排出させ、前記管状流路の外に排出されずに当該流路を流れ進んだ金属ナノワイヤを回収する、金属ナノワイヤの製造方法を記載する。 In Patent Document 4, metal nanowires flow along with the flow of a liquid medium in a tubular channel having a porous ceramic filter having an average pore diameter of 1.0 μm or more by a mercury intrusion method on the channel wall surface, and the flow Some of the metal nanowires are discharged out of the tubular channel through the porous ceramic filter together with a part of the liquid medium, and the metal nanowires that have flowed through the channel without being discharged out of the tubular channel. A method for producing metal nanowires is described, in which the is recovered.

特開2014-148716号公報JP 2014-148716 A 特開2004-263318号公報JP 2004-263318 A 特開2011-168817号公報JP 2011-168817 A 特開2016-055283号公報JP 2016-055283 A

銅ナノワイヤ製品中には、通常、所望の銅ナノワイヤ以外に、粒状又は低アスペクト比の銅結晶等の不純物が存在する。銅ナノワイヤが単位質量当たりの高い導電性及び熱伝導性を発揮するためには、銅ナノワイヤ製品中のこのような不純物を低減することが必要であるが、特許文献1~3に記載される方法では銅ナノワイヤの純度(すなわち、生成する銅結晶中の所望の銅ナノワイヤの比率)になお改善の余地がある。一方、特許文献4に記載される方法は、高純度の金属ナノワイヤ製品の提供に関するものであるが、所望の銅ナノワイヤを高純度で含む銅結晶を得るために不純物除去工程を必要とするためプロセスが複雑であるという問題がある。 In copper nanowire products, there are usually impurities such as granular or low aspect ratio copper crystals other than the desired copper nanowires. In order for copper nanowires to exhibit high electrical conductivity and thermal conductivity per unit mass, it is necessary to reduce such impurities in copper nanowire products, but the methods described in Patent Documents 1 to 3 However, there is still room for improvement in the purity of copper nanowires (that is, the desired ratio of copper nanowires in the resulting copper crystals). On the other hand, the method described in Patent Document 4 relates to providing a high-purity metal nanowire product. is complicated.

したがって、本開示は、簡便なプロセスでありながら銅ナノワイヤを高収率及び高純度で製造することが可能な、銅ナノワイヤの製造方法の提供を目的とする。 Accordingly, an object of the present disclosure is to provide a method for producing copper nanowires, which is a simple process and capable of producing copper nanowires with high yield and high purity.

本開示の態様としては、下記の態様を挙げることができる。
〈態様1〉
少なくとも、銅(II)塩、金属塩化物、還元剤、及び水を混合して、A液を調製すること、
少なくとも、アルキルアミン、不飽和脂肪酸、及びエタノールを混合して、B液を調製すること、
A液とB液とを混合して、C液を調製すること、及び
C液を加熱して、銅ナノワイヤを生成すること、
を含み、
該A液において、Cu2+イオン濃度に対するClイオン濃度の比[Cl]/[Cu2+]が、3.0以上5.0以下である、銅ナノワイヤの製造方法。
〈態様2〉
該金属塩化物が、塩化ナトリウムである、上記態様1に記載の方法。
〈態様3〉
該還元剤が、グルコースである、上記態様1又は2に記載の方法。
Aspects of the present disclosure include the following aspects.
<Aspect 1>
Mixing at least a copper (II) salt, a metal chloride, a reducing agent, and water to prepare liquid A;
Mixing at least an alkylamine, an unsaturated fatty acid, and ethanol to prepare a liquid B;
Mixing A liquid and B liquid to prepare C liquid, and heating C liquid to generate copper nanowires,
including
A method for producing copper nanowires, wherein the ratio of Cl ion concentration to Cu 2+ ion concentration [Cl ]/[Cu 2+ ] in the solution A is 3.0 or more and 5.0 or less.
<Aspect 2>
A method according to aspect 1 above, wherein the metal chloride is sodium chloride.
<Aspect 3>
3. The method according to aspect 1 or 2 above, wherein the reducing agent is glucose.

本開示によれば、簡便なプロセスでありながら銅ナノワイヤを高収率及び高純度で製造することが可能な、銅ナノワイヤの製造方法を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a method for producing copper nanowires, which is a simple process and capable of producing copper nanowires with high yield and high purity.

実施例1及び2並びに比較例1~5で得た銅結晶の走査型電子顕微鏡(SEM)画像を示す図である。FIG. 1 shows scanning electron microscope (SEM) images of copper crystals obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1-5.

以下、本開示の例示の態様について説明するが、本開示は以下の態様に限定されない。
本開示の一態様は、
少なくとも、銅(II)塩、金属塩化物、還元剤、及び水を混合して、A液を調製すること、
少なくとも、アルキルアミン、不飽和脂肪酸、及びエタノールを混合して、B液を調製すること、
A液とB液とを混合して、C液を調製すること、及び
C液を加熱して、銅ナノワイヤを生成すること、
を含み、
該A液において、Cu2+イオン濃度に対するClイオン濃度の比[Cl]/[Cu2+]が、3.0以上5.0以下である、銅ナノワイヤの製造方法を提供する。
Although exemplary aspects of the present disclosure will be described below, the present disclosure is not limited to the following aspects.
One aspect of the present disclosure is
Mixing at least a copper (II) salt, a metal chloride, a reducing agent, and water to prepare liquid A;
Mixing at least an alkylamine, an unsaturated fatty acid, and ethanol to prepare a liquid B;
Mixing A liquid and B liquid to prepare C liquid, and heating C liquid to generate copper nanowires,
including
Provided is a method for producing copper nanowires, wherein the liquid A has a ratio of Cl ion concentration to Cu 2+ ion concentration [Cl ]/[Cu 2+ ] of 3.0 or more and 5.0 or less.

銅ナノワイヤの生成機構は、以下のように考えられる。すなわち、銅イオンと還元剤とを共存させると、銅イオンが還元されて銅の結晶核が生じる。この結晶核に、形態制御剤の存在下で銅イオン及び還元剤を更に適用すると、結晶核上に銅が析出することによって結晶成長が生じる際に、形態制御剤の寄与によって異方性粒子が成長し、この異方性粒子は、形態制御剤存在下での銅イオンの更なる還元析出によってナノワイヤに成長する。 The generation mechanism of copper nanowires is considered as follows. That is, when copper ions and a reducing agent coexist, the copper ions are reduced to form copper crystal nuclei. When copper ions and a reducing agent are further applied to the crystal nuclei in the presence of a morphology control agent, anisotropic grains are formed due to the contribution of the morphology control agent when crystal growth occurs due to the precipitation of copper on the crystal nuclei. Grown, the anisotropic particles grow into nanowires by further reductive deposition of copper ions in the presence of a morphology control agent.

本発明者らは、不純物が少ない銅ナノワイヤを簡便なプロセスで高収率かつ高純度で得るために、銅ナノワイヤの原料としての銅(II)塩の一部を結晶核の材料としても利用すること、銅イオンから銅への還元反応を緩やかに進行させる(すなわち結晶核の過度の生成を抑制する)ことで不純物の生成自体を低減すること、更に、還元反応を、塩化物イオン濃度/銅イオン濃度の比が特定範囲に制御された系中で行うことで、析出した銅結晶の適度な酸化的エッチングを生じさせて所望形状の銅ナノワイヤを選択的に生成することに着目した。 In order to obtain copper nanowires with few impurities in a simple process with high yield and high purity, the present inventors use part of the copper (II) salt as a raw material for copper nanowires as a material for crystal nuclei. that the reduction reaction from copper ions to copper proceeds slowly (that is, excessive generation of crystal nuclei is suppressed), thereby reducing the generation of impurities itself; The inventors focused on the fact that by performing the etching in a system in which the ion concentration ratio is controlled within a specific range, moderate oxidative etching of the precipitated copper crystals is caused to selectively generate copper nanowires of a desired shape.

すなわち、本開示の一態様に係る方法は、銅ナノワイヤの原料である銅(II)塩を、金属塩化物、還元剤、アルキルアミン及び不飽和脂肪酸と組み合わせて水熱条件下におくことで、銅イオンの適度な速度での還元析出、及び析出した銅結晶の酸化的エッチングの適度な進行を生じさせる。これにより、当該方法によれば、不純物の少ない銅ナノワイヤを簡便なプロセスにて高収率で製造することができる。理論に拘束されるものではないが、アルキルアミン及び不飽和脂肪酸と銅イオンとが安定な錯体を形成し、水熱条件下での銅イオンからの銅への緩やかな還元が進行すると考えられる。 That is, in the method according to one aspect of the present disclosure, a copper (II) salt, which is a raw material for copper nanowires, is combined with a metal chloride, a reducing agent, an alkylamine, and an unsaturated fatty acid under hydrothermal conditions, A moderate rate of reductive deposition of copper ions and moderate progress of oxidative etching of the deposited copper crystals occurs. Thereby, according to the said method, the copper nanowire with few impurities can be manufactured with a high yield by a simple process. Without being bound by theory, it is believed that copper ions form stable complexes with alkylamines and unsaturated fatty acids to facilitate the slow reduction of copper ions to copper under hydrothermal conditions.

以下、一態様に係る方法の各工程について説明する。 Each step of the method according to one aspect is described below.

〈A液の調製〉
A液は、少なくとも、銅(II)塩、金属塩化物、還元剤、及び水を混合して得られる。一態様において、A液は、本開示の銅ナノワイヤの製造方法に用いる成分のうち、水溶性の成分を含有する。
<Preparation of liquid A>
Liquid A is obtained by mixing at least a copper (II) salt, a metal chloride, a reducing agent, and water. In one aspect, liquid A contains a water-soluble component among the components used in the method for producing copper nanowires of the present disclosure.

銅(II)塩としては、塩化銅、硝酸銅、硫酸銅、リン酸銅、炭酸銅、カルボン酸銅(例えば酢酸銅、シュウ酸銅等)等が挙げられ、特に塩化銅及び硝酸銅が好ましい。 Copper (II) salts include copper chloride, copper nitrate, copper sulfate, copper phosphate, copper carbonate, copper carboxylate (e.g., copper acetate, copper oxalate, etc.), etc. Copper chloride and copper nitrate are particularly preferred. .

一態様において、A液中の銅(II)塩の量は、銅ナノワイヤの効率的な製造の観点から、5mmol/L以上、又は10mmol/L以上、又は20mmol/L以上、又は30mmol/L以上、又は40mmol/L以上であり、不純物の生成抑制の観点から、500mmol/L以下、又は300mmol/L以下、又は100mmol/L以下、又は80mmol/L以下、又は60mmol/L以下である。一態様において、銅(II)塩の量は、C液中で、好ましくは5mmol/L以上、又は10mmol/L以上、又は20mmol/L以上、又は30mmol/L以上、好ましくは500mmol/L以下、又は300mmol/L以下、又は100mmol/L以下、又は80mmol/L以下、又は60mmol/L以下、又は50mmol/L以下となるように調整される。 In one aspect, the amount of copper (II) salt in liquid A is 5 mmol/L or more, or 10 mmol/L or more, or 20 mmol/L or more, or 30 mmol/L or more, from the viewpoint of efficient production of copper nanowires. , or 40 mmol/L or more, and from the viewpoint of suppressing generation of impurities, it is 500 mmol/L or less, or 300 mmol/L or less, or 100 mmol/L or less, or 80 mmol/L or less, or 60 mmol/L or less. In one aspect, the amount of copper (II) salt in solution C is preferably 5 mmol/L or more, or 10 mmol/L or more, or 20 mmol/L or more, or 30 mmol/L or more, preferably 500 mmol/L or less, Alternatively, it is adjusted to be 300 mmol/L or less, 100 mmol/L or less, 80 mmol/L or less, 60 mmol/L or less, or 50 mmol/L or less.

金属塩化物は、塩化物イオン源として使用される。典型的な態様において、金属塩化物は、銅以外の金属の塩化物である。金属塩化物としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム等が挙げられ、好ましくは塩化ナトリウムである。塩化物イオンは、銅イオンの還元によって生じた銅結晶の表面を再溶解させる(本開示で、酸化的エッチングともいう。)作用を有する。酸化的エッチングは、銅結晶のうち不純物(すなわち低アスペクト比の銅結晶)を主として再溶解させ、所望の銅ナノワイヤの比率向上に寄与する。 Metal chlorides are used as the chloride ion source. In typical embodiments, the metal chloride is a chloride of a metal other than copper. Examples of metal chlorides include sodium chloride, potassium chloride, calcium chloride and the like, preferably sodium chloride. Chloride ions have the effect of redissolving the surface of copper crystals produced by the reduction of copper ions (also referred to as oxidative etching in the present disclosure). Oxidative etching mainly re-dissolves impurities (that is, low-aspect-ratio copper crystals) in copper crystals, and contributes to improving the ratio of desired copper nanowires.

一態様において、A液中の金属塩化物の量は、酸化的エッチングの良好な進行の観点から、5mmol/L以上、又は10mmol/L以上、又は30mmol/L以上、又は50mmol/L以上であり、1000mmol/L以下、又は500mmol/L以下、又は300mmol/L以下、又は200mmol/L以下、又は150mmol/L以下である。一態様において、金属酸化物の量は、C液中で、好ましくは10mmol/L以上、又は20mmol/L以上、又は40mmol/L以上、又は60mmol/L以上、好ましくは1000mmol/L以下、又は500mmol/L以下、又は200mmol/L以下、又は150mmol/L以下、又は100mmol/L以下となるように調整される。 In one embodiment, the amount of metal chloride in liquid A is 5 mmol/L or more, or 10 mmol/L or more, or 30 mmol/L or more, or 50 mmol/L or more, from the viewpoint of good progress of oxidative etching. , 1000 mmol/L or less, or 500 mmol/L or less, or 300 mmol/L or less, or 200 mmol/L or less, or 150 mmol/L or less. In one aspect, the amount of metal oxide in solution C is preferably 10 mmol/L or more, or 20 mmol/L or more, or 40 mmol/L or more, or 60 mmol/L or more, preferably 1000 mmol/L or less, or 500 mmol/L. /L or less, or 200 mmol/L or less, or 150 mmol/L or less, or 100 mmol/L or less.

A液において、銅(II)イオン濃度に対する塩化物イオン濃度の比が大きすぎると、不純物のみでなく所望の銅ナノワイヤまでがエッチングされてしまうこと、更に、銅ナノワイヤよりも安定な粒状粒子がむしろエッチングされずに残ること等が原因で、回収された銅結晶中の銅ナノワイヤ比率が低くなる。一方上記比が小さすぎる場合、銅(II)塩濃度が比較的低くても銅結晶が生成するものの、不純物の一部しか再溶解されない結果、回収された銅結晶中の銅ナノワイヤ比率が低くなる。このような観点から、A液において、銅(II)イオン濃度に対する塩化物イオン濃度の比[Cl]/[Cu2+]は、3.0以上5.0以下であり、好ましくは3.0以上4.0以下である。A液中、銅(II)イオンは銅(II)塩、塩化物イオンは金属塩化物にそれぞれ由来する。塩化銅は銅(II)塩及び金属塩化物の両方の概念に包含され、A液中に銅(II)イオン及び塩化物イオンの両者を与える。 In solution A, if the ratio of the chloride ion concentration to the copper (II) ion concentration is too large, not only the impurities but also the desired copper nanowires are etched, and moreover, the granular particles are more stable than the copper nanowires. The percentage of copper nanowires in the recovered copper crystals becomes low due to the fact that they remain without being etched. On the other hand, if the above ratio is too small, copper crystals are formed even if the copper (II) salt concentration is relatively low, but only a part of the impurities are redissolved, resulting in a low ratio of copper nanowires in the recovered copper crystals. . From this point of view, in liquid A, the ratio of chloride ion concentration to copper (II) ion concentration [Cl ]/[Cu 2+ ] is 3.0 or more and 5.0 or less, preferably 3.0 4.0 or less. In liquid A, copper (II) ions are derived from copper (II) salts, and chloride ions are derived from metal chlorides. Copper chloride is included in the concepts of both copper(II) salts and metal chlorides, providing both copper(II) ions and chloride ions in Part A.

A液中の塩化物イオン濃度は、酸化的エッチングを良好に進行させる観点から、好ましくは10mmol/L以上、又は50mmol/L以上、又は100mmol/L以上、又は150mmol/L以上であり、過度な酸化的エッチングを回避して銅ナノワイヤを高収率で製造する観点から、好ましくは1000mmol/L以下、又は500mmol/L以下、又は300mmol/L以下、又は250mmol/L以下である。一態様において、塩化物イオン濃度は、C液中で、好ましくは20mmol/L以上、又は50mmol/L以上、又は100mmol/L以上、又は130mmol/L以上、又は150mmol/l以上、好ましくは2000mmol/L以下、又は1000mmol/L以下、又は500mmol/L以下、又は300mmol/L以下、又は250mmol/L以下又は200mmol/L以下となるように調整される。 The chloride ion concentration in liquid A is preferably 10 mmol/L or more, or 50 mmol/L or more, or 100 mmol/L or more, or 150 mmol/L or more, from the viewpoint of good progress of oxidative etching. From the viewpoint of avoiding oxidative etching and producing copper nanowires at a high yield, it is preferably 1000 mmol/L or less, 500 mmol/L or less, 300 mmol/L or less, or 250 mmol/L or less. In one aspect, the chloride ion concentration in solution C is preferably 20 mmol/L or more, or 50 mmol/L or more, or 100 mmol/L or more, or 130 mmol/L or more, or 150 mmol/L or more, preferably 2000 mmol/L or more. L or less, or 1000 mmol/L or less, or 500 mmol/L or less, or 300 mmol/L or less, or 250 mmol/L or less, or 200 mmol/L or less.

還元剤としては、グルコース、フルクトース、グリセルアルデヒド、ラクトース、アラビノース、マルトース等の還元糖、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール等のポリオール、等が挙げられ、好ましくはグルコースである。 Examples of the reducing agent include reducing sugars such as glucose, fructose, glyceraldehyde, lactose, arabinose and maltose, and polyols such as ethylene glycol, propylene glycol and diethylene glycol, preferably glucose.

A液中の還元剤濃度は、5mmol/L以上、又は10mmol/L以上、又は20mmol/L以上、又は30mmol/L以上、又は40mmol/L以上であり、500mmol/L以下、又は300mmol/L以下、又は100mmol/L以下、又は80mmol/L以下、又は60mmol/L以下である。一態様において、還元剤の量は、C液中で、好ましくは5mmol/L以上、又は10mmol/L以上、又は20mmol/L以上、又は30mmol/L以上、好ましくは500mmol/L以下、又は300mmol/L以下、又は100mmol/L以下、又は80mmol/L以下、又は60mmol/L以下、又は50mmol/L以下となるように調整される。 The reducing agent concentration in liquid A is 5 mmol/L or more, or 10 mmol/L or more, or 20 mmol/L or more, or 30 mmol/L or more, or 40 mmol/L or more, and 500 mmol/L or less, or 300 mmol/L or less. , or 100 mmol/L or less, or 80 mmol/L or less, or 60 mmol/L or less. In one aspect, the amount of the reducing agent in solution C is preferably 5 mmol/L or more, or 10 mmol/L or more, or 20 mmol/L or more, or 30 mmol/L or more, preferably 500 mmol/L or less, or 300 mmol/L. L or less, or 100 mmol/L or less, or 80 mmol/L or less, or 60 mmol/L or less, or 50 mmol/L or less.

A液中、還元剤の銅(II)塩に対するモル比は、還元反応の良好な進行の観点から、好ましくは0.5以上、又は0.7以上、又は0.8以上、又は0.9以上、又は0.95以上であり、結晶核の過度な生成の抑制の観点から、好ましくは1.5以下、又は1.3以下、又は1.2以下、又は1.1以下、又は1.05以下である。 In liquid A, the molar ratio of the reducing agent to the copper (II) salt is preferably 0.5 or more, or 0.7 or more, or 0.8 or more, or 0.9, from the viewpoint of good progress of the reduction reaction. or more, or 0.95 or more, and from the viewpoint of suppressing excessive formation of crystal nuclei, it is preferably 1.5 or less, or 1.3 or less, or 1.2 or less, or 1.1 or less, or 1.1. 05 or less.

A液は、上記成分を、例えば室温にて撹拌下で混合することで調製できる。本発明の効果を損なわない範囲でA液が上記成分以外に任意成分を含むことは排除されない。 Liquid A can be prepared by mixing the above components at room temperature, for example, under stirring. It is not excluded that the liquid A contains optional components other than the above components within a range that does not impair the effects of the present invention.

〈B液の調製〉
B液は、少なくとも、アルキルアミン、不飽和脂肪酸、及びエタノールを混合して得られる。一態様において、B液は、本開示の銅ナノワイヤの製造方法に用いる成分のうち、水不溶性かつエタノール可溶性の成分を含有する。
<Preparation of liquid B>
Liquid B is obtained by mixing at least alkylamine, unsaturated fatty acid and ethanol. In one aspect, the B liquid contains water-insoluble and ethanol-soluble components among the components used in the method for producing copper nanowires of the present disclosure.

アルキルアミンは、結晶核の過度な生成の抑制に寄与する。理論に拘束されるものではないが、アルキルアミンは、A液とB液との混合物であるC液中で、不飽和脂肪酸とともに銅イオンとの安定な錯体を形成することによって結晶核の生成抑制に寄与している可能性がある。アルキルアミンにおけるアルキル基の炭素数は、銅イオンの安定化効果を良好に得る観点から、好ましくは5以上、又は10以上、又は15以上であり、好ましくは30以下、又は25以下、又は20以下である。好ましい態様において、アルキルアミンは、オレイルアミンである。 Alkylamine contributes to suppression of excessive formation of crystal nuclei. Although not bound by theory, alkylamine suppresses the formation of crystal nuclei by forming a stable complex with copper ions together with unsaturated fatty acids in solution C, which is a mixture of solutions A and B. may have contributed to The number of carbon atoms in the alkyl group in the alkylamine is preferably 5 or more, or 10 or more, or 15 or more, and preferably 30 or less, or 25 or less, or 20 or less, from the viewpoint of obtaining a good stabilizing effect of copper ions. is. In a preferred embodiment, the alkylamine is oleylamine.

一態様において、B液中のアルキルアミンの量は、B液中のエタノール100体積部に対して、好ましくは5体積部以上、又は10体積部以上、又は20体積部以上、又は30体積部以上、又は40体積部以上、又は50体積部以上であり、好ましくは500体積部以下、又は300体積部、又は100体積部以下、又は80体積部以下、又は70体積部以下である。一態様において、アルキルアミンの量は、C液中での銅イオンに対するモル比が、好ましくは1以上、又は3以上、又は5以上、又は6以上、好ましくは20以下、又は15以下、又は10以下、又は8以下、又は7以下となる量に調整される。 In one embodiment, the amount of alkylamine in liquid B is preferably 5 parts by volume or more, or 10 parts by volume or more, or 20 parts by volume or more, or 30 parts by volume or more with respect to 100 parts by volume of ethanol in liquid B. or 40 volume parts or more, or 50 volume parts or more, preferably 500 volume parts or less, or 300 volume parts, or 100 volume parts or less, or 80 volume parts or less, or 70 volume parts or less. In one aspect, the amount of alkylamine is preferably 1 or more, or 3 or more, or 5 or more, or 6 or more, preferably 20 or less, or 15 or less, or 10 or less, or 8 or less, or 7 or less.

不飽和脂肪酸は、結晶核の過度な生成の抑制に寄与する。理論に拘束されるものではないが、不飽和脂肪酸は、A液とB液との混合物であるC液中で、アルキルアミンとともに銅イオンとの安定な錯体を形成することによって、結晶核の生成抑制に寄与している可能性がある。不飽和脂肪酸における不飽和炭化水素基の炭素数は、銅イオンの安定化効果を良好に得る観点から、好ましくは5以上、又は10以上、又は15以上であり、好ましくは30以下、又は25以下、又は20以下である。好ましい態様において、不飽和脂肪酸は、オレイン酸である。 Unsaturated fatty acids contribute to suppression of excessive formation of crystal nuclei. Although not bound by theory, unsaturated fatty acids form stable complexes with alkylamines and copper ions in liquid C, which is a mixture of liquids A and B, to generate crystal nuclei. may contribute to suppression. The number of carbon atoms of the unsaturated hydrocarbon group in the unsaturated fatty acid is preferably 5 or more, or 10 or more, or 15 or more, and preferably 30 or less, or 25 or less, from the viewpoint of obtaining a good stabilizing effect of copper ions. , or 20 or less. In preferred embodiments, the unsaturated fatty acid is oleic acid.

一態様において、B液中の不飽和脂肪酸の量は、B液中のエタノール100体積部に対して、好ましくは0.05体積部以上、又は0.1体積部、又は0.3体積部以上、又は0.5体積部以上であり、好ましくは5.0体積部以下、又は3.0体積部以下、又は1.0体積部以下、又は0.7体積部以下である。一態様において、不飽和脂肪酸の量は、C液中での銅イオンに対するモル比が、好ましくは0.01以上、又は0.03以上、又は0.05以上、好ましくは0.2以下、又は0.15以下、又は0.1以下、又は0.08以下となる量に調整される。 In one aspect, the amount of unsaturated fatty acid in liquid B is preferably 0.05 parts by volume or more, or 0.1 parts by volume, or 0.3 parts by volume or more with respect to 100 parts by volume of ethanol in liquid B. or 0.5 volume parts or more, preferably 5.0 volume parts or less, or 3.0 volume parts or less, or 1.0 volume parts or less, or 0.7 volume parts or less. In one aspect, the amount of unsaturated fatty acid is preferably 0.01 or more, or 0.03 or more, or 0.05 or more, preferably 0.2 or less, or a molar ratio to copper ions in solution C, or The amount is adjusted to 0.15 or less, or 0.1 or less, or 0.08 or less.

B液は、上記成分を、例えば室温にて撹拌下で混合することで調製できる。本発明の効果を損なわない範囲でB液が上記成分以外に任意成分を含むことは排除されない。 Liquid B can be prepared by mixing the above components at room temperature, for example, under stirring. It is not excluded that the B liquid contains optional components other than the above components within the range that does not impair the effects of the present invention.

〈C液の調製〉
次いで、水溶液であるA液と、エタノール溶液であるB液とを撹拌混合して、C液を調製する。A液:B液の体積比率は、好ましくは1:1~10:1、又は3:1~8:1、又は5:1~7:1である。混合温度は、通常、室温から70℃、例えば50℃であってよく、混合時間は、通常1時間~10時間、例えば6時間であってよく、混合圧力は通常常圧であってよい。一態様において、C液は均一なエマルションとして得られる。一態様において、C液中では、銅(II)塩に由来する銅イオンとアルキルアミン及び不飽和脂肪酸とが錯体を形成している。
<Preparation of solution C>
Next, liquid A, which is an aqueous solution, and liquid B, which is an ethanol solution, are stirred and mixed to prepare liquid C. The volume ratio of liquid A: liquid B is preferably 1:1 to 10:1, or 3:1 to 8:1, or 5:1 to 7:1. The mixing temperature may generally be from room temperature to 70° C., eg 50° C., the mixing time may generally be 1 hour to 10 hours, eg 6 hours, and the mixing pressure may generally be normal pressure. In one aspect, Liquid C is obtained as a uniform emulsion. In one aspect, in solution C, copper ions derived from copper (II) salt and alkylamine and unsaturated fatty acid form a complex.

〈銅ナノワイヤの生成〉
次いで、C液を加熱して、銅イオンの還元反応を進行させ、銅ナノワイヤを析出させる。典型的な態様において、加熱は、圧力容器を用いて加圧下で行う。加熱温度は、通常140~170℃であり、加熱時間は、通常6~36時間である。生じた銅結晶を冷却し、脱イオン水及びヘキサン等で洗浄し、目的の銅ナノワイヤを得ることができる。
<Generation of copper nanowires>
Next, the liquid C is heated to advance the reduction reaction of copper ions and deposit copper nanowires. In a typical embodiment, heating is under pressure using a pressure vessel. The heating temperature is usually 140-170° C., and the heating time is usually 6-36 hours. The resulting copper crystals are cooled and washed with deionized water, hexane, or the like to obtain the desired copper nanowires.

典型的な態様において、銅ナノワイヤは、直径20nm以下、アスペクト比(長さ/直径の比)100以上である。銅ナノワイヤのアスペクト比(長さ/直径の比)は、優れた導電性能を得る観点から、好ましくは150以上、又は200以上、又は500以上、又は1000以上であり、製造容易性の観点から、好ましくは10000以下、又は5000以下、又は3000以下である。一態様において、上記洗浄後の銅結晶の総数に対する直径20nm以下かつアスペクト比100以上の銅結晶の数の比率は、特段の不純物除去処理を伴わずに、例えば75%以上、又は80%以上、又は85%以上、又は90%以上であることができる。銅結晶の数及びサイズは走査型電子顕微鏡(SEM)画像上で計測できる。 In a typical embodiment, the copper nanowires have a diameter of 20 nm or less and an aspect ratio (length/diameter ratio) of 100 or more. The aspect ratio (length/diameter ratio) of the copper nanowires is preferably 150 or more, or 200 or more, or 500 or more, or 1000 or more from the viewpoint of obtaining excellent conductive performance. It is preferably 10,000 or less, or 5,000 or less, or 3,000 or less. In one aspect, the ratio of the number of copper crystals having a diameter of 20 nm or less and an aspect ratio of 100 or more to the total number of copper crystals after washing is, for example, 75% or more, or 80% or more, without any special impurity removal treatment. or 85% or more, or 90% or more. The number and size of copper crystals can be measured on scanning electron microscope (SEM) images.

以下、実施例を挙げて本開示を更に具体的に説明するが、本開示はこれら実施例に限定されない。 EXAMPLES Hereinafter, the present disclosure will be described more specifically with reference to Examples, but the present disclosure is not limited to these Examples.

〈A液の調製〉
脱イオン水80ml中に、Cu2+総量が4mmol、かつ[Cl]/[Cu2+]比が表1に示す値となるように調整された量の、塩化銅(II)二水和物(Cu2+源及びCl源として)(但し比較例1では不使用)、硝酸銅(II)三水和物(Cu2+源として)、及び塩化ナトリウム(Cl源として)、並びに還元剤としてのグルコース(4mmol)を添加して、室温で十分に撹拌して溶解させ、A液を得た。
<Preparation of liquid A>
In 80 ml of deionized water, an amount of copper (II) chloride dihydrate ( Cu 2+ source and Cl source) (but not used in Comparative Example 1), copper (II) nitrate trihydrate (as Cu 2+ source), and sodium chloride (as Cl source), and as reducing agent Glucose (4 mmol) was added and dissolved by sufficiently stirring at room temperature to obtain liquid A.

〈B液の調製〉
エタノール14ml中に、オレイルアミン8ml(約24.32mmol)、及びオレイン酸0.08ml(約0.25mmol)を添加して、室温で十分撹拌して溶解させ、B液を得た。
<Preparation of liquid B>
To 14 ml of ethanol, 8 ml of oleylamine (about 24.32 mmol) and 0.08 ml of oleic acid (about 0.25 mmol) were added and thoroughly stirred at room temperature for dissolution to obtain liquid B.

〈C液の調製〉
A液とB液とを混合し、ホットスターラーを用いて50℃にて12時間撹拌混合して、C液を得た。
<Preparation of solution C>
Liquid A and liquid B were mixed and mixed with stirring at 50° C. for 12 hours using a hot stirrer to obtain liquid C.

〈銅ナノワイヤの生成〉
C液をテフロン(登録商標)内筒ステンレス製圧力容器に入れ、オーブン内に設置し、温度150℃一定で6時間加熱し、その後室温まで冷却した。内容物を12,000rpmで15分間遠心分離して沈殿物を回収し、洗浄操作(脱イオン水1回、ヘキサン3回)を行い、銅結晶を得た。
<Generation of copper nanowires>
Liquid C was placed in a stainless steel pressure vessel with a Teflon (registered trademark) inner cylinder, placed in an oven, heated at a constant temperature of 150° C. for 6 hours, and then cooled to room temperature. The contents were centrifuged at 12,000 rpm for 15 minutes to collect the precipitate, and washing operation (deionized water once, hexane three times) was performed to obtain copper crystals.

走査型電子顕微鏡(SEM)観察
銅結晶を表面処理した後、フッ化炭素(FC)流体中に分散させて、SEM観察用試料を得た。
Scanning Electron Microscope (SEM) Observation After the surface treatment of the copper crystal, it was dispersed in a fluorocarbon (FC) fluid to obtain a sample for SEM observation.

走査型電子顕微鏡(SEM)を用い、加速電圧15kVで形態を観察し、図1に示す形態像を得た。形態像において、銅結晶のアスペクト比を計測した。アスペクト比100以上の銅結晶をナノワイヤと判定した。計測視野内の銅結晶の総数のうち、ナノワイヤと判定されたものの数の比率を、ナノワイヤ比率(%)とし、100%からナノワイヤ比率(%)を差し引いた値を不純物比率(%)とした。結果を表1に示す。 Using a scanning electron microscope (SEM), the morphology was observed at an acceleration voltage of 15 kV, and the morphology image shown in FIG. 1 was obtained. In the morphological image, the aspect ratio of the copper crystal was measured. Copper crystals with an aspect ratio of 100 or more were determined to be nanowires. The ratio of the number of copper crystals determined to be nanowires among the total number of copper crystals in the measurement field was defined as the nanowire ratio (%), and the value obtained by subtracting the nanowire ratio (%) from 100% was defined as the impurity ratio (%). Table 1 shows the results.

Figure 0007164391000001
Figure 0007164391000001

銅源として硝酸銅(II)三水和物のみを用い、A液の[Cl]/[Cu2+]比を0とした比較例1では、銅ナノワイヤは得られず、立方体状の粒子のみが生成した。また、[Cl]/[Cu2+]比が低すぎる比較例2~4及び[Cl]/[Cu2+]比が高すぎる比較例5では、いずれもナノワイヤ比率が低かった。一方、[Cl]/[Cu2+]比が3.0及び4.0である実施例1及び2では、析出した銅結晶の全量を(すなわち、不純物除去を行わずに)回収しつつ、80%及び90%という高いナノワイヤ比率を実現できた。すなわち、実施例1及び2においては、所望の銅ナノワイヤを高収率及び高純度で生成できたことが分かる。 In Comparative Example 1 in which only copper (II) nitrate trihydrate was used as the copper source and the [Cl ]/[Cu 2+ ] ratio of solution A was 0, no copper nanowires were obtained, and only cubic particles were obtained. was generated. Further, in Comparative Examples 2 to 4 in which the [Cl ]/[Cu 2+ ] ratio was too low and in Comparative Example 5 in which the [Cl ]/[Cu 2+ ] ratio was too high, the ratio of nanowires was low. On the other hand, in Examples 1 and 2 in which the [Cl ]/[Cu 2+ ] ratio was 3.0 and 4.0, while recovering the entire amount of the precipitated copper crystals (that is, without removing impurities), Nanowire ratios as high as 80% and 90% could be achieved. That is, in Examples 1 and 2, it can be seen that the desired copper nanowires could be produced with high yield and high purity.

Claims (3)

少なくとも、銅(II)塩、金属塩化物、還元剤、及び水を混合して、A液を調製すること、
少なくとも、アルキルアミン、不飽和脂肪酸、及びエタノールを混合して、B液を調製すること、
A液とB液とを混合して、C液を調製すること、及び
C液を加熱して、銅ナノワイヤを生成すること、
を含み、
前記A液において、Cu2+イオン濃度に対するClイオン濃度の比[Cl]/[Cu2+]が、3.0以上5.0以下である、銅ナノワイヤの製造方法。
Mixing at least a copper (II) salt, a metal chloride, a reducing agent, and water to prepare liquid A;
Mixing at least an alkylamine, an unsaturated fatty acid, and ethanol to prepare a liquid B;
Mixing A liquid and B liquid to prepare C liquid, and heating C liquid to generate copper nanowires,
including
A method for producing copper nanowires, wherein the ratio [Cl ]/[Cu 2+ ] of Cl ion concentration to Cu 2+ ion concentration in the liquid A is 3.0 or more and 5.0 or less.
前記金属塩化物が、塩化ナトリウムである、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the metal chloride is sodium chloride. 前記還元剤が、グルコースである、請求項1又は2に記載の方法。 3. The method of claim 1 or 2, wherein the reducing agent is glucose.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114603154A (en) * 2022-03-22 2022-06-10 武汉纺织大学 Preparation method of copper nanowire and copper nanowire prepared by same
CN115464133B (en) * 2022-08-26 2024-03-19 深圳先进电子材料国际创新研究院 Copper nanowire and preparation method thereof

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009215573A (en) 2008-03-07 2009-09-24 Fujifilm Corp Rod-shaped metal particle, manufacturing method therefor, composition containing rod-shaped metal particle, and antistatic material
JP2012046779A (en) 2010-08-25 2012-03-08 Toyota Central R&D Labs Inc Surface-coated metal nanoparticle, method for producing the same, and metal nanoparticle paste containing the same
JP2013194290A (en) 2012-03-21 2013-09-30 Dic Corp Method for producing copper nanowire
JP2014037602A (en) 2012-08-20 2014-02-27 Furukawa Electric Co Ltd:The Method for producing copper nanowire, copper nanowire and application thereof
JP2014148716A (en) 2013-01-31 2014-08-21 Futaba Corp Method for manufacturing copper nanowire
JP2015160989A (en) 2014-02-27 2015-09-07 新日鉄住金化学株式会社 Composition for metal nanowire formation, metal nanowire and production method thereof
JP2016166402A (en) 2014-10-28 2016-09-15 ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー Method for manufacturing silver nanowire
WO2017057326A1 (en) 2015-09-30 2017-04-06 昭和電工株式会社 Method for producing metal nanowire
JP2017534755A (en) 2014-09-26 2017-11-24 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア Method for producing ultrafine metal nanowires for transparent conductors
WO2017210026A1 (en) 2016-06-02 2017-12-07 The Regents Of The University Of California Synthesis of ultra-thin metal nanowires using organic free radicals

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009215573A (en) 2008-03-07 2009-09-24 Fujifilm Corp Rod-shaped metal particle, manufacturing method therefor, composition containing rod-shaped metal particle, and antistatic material
JP2012046779A (en) 2010-08-25 2012-03-08 Toyota Central R&D Labs Inc Surface-coated metal nanoparticle, method for producing the same, and metal nanoparticle paste containing the same
JP2013194290A (en) 2012-03-21 2013-09-30 Dic Corp Method for producing copper nanowire
JP2014037602A (en) 2012-08-20 2014-02-27 Furukawa Electric Co Ltd:The Method for producing copper nanowire, copper nanowire and application thereof
JP2014148716A (en) 2013-01-31 2014-08-21 Futaba Corp Method for manufacturing copper nanowire
JP2015160989A (en) 2014-02-27 2015-09-07 新日鉄住金化学株式会社 Composition for metal nanowire formation, metal nanowire and production method thereof
JP2017534755A (en) 2014-09-26 2017-11-24 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア Method for producing ultrafine metal nanowires for transparent conductors
JP2016166402A (en) 2014-10-28 2016-09-15 ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー Method for manufacturing silver nanowire
WO2017057326A1 (en) 2015-09-30 2017-04-06 昭和電工株式会社 Method for producing metal nanowire
WO2017210026A1 (en) 2016-06-02 2017-12-07 The Regents Of The University Of California Synthesis of ultra-thin metal nanowires using organic free radicals

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