JP7197883B2 - Method for liquefying metal nanoparticles - Google Patents

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本発明は、金属ナノ粒子を液状化する方法に関する。 The present invention relates to a method of liquefying metal nanoparticles.

近年、モバイル機器をはじめとして電子機器が目覚ましい進歩を遂げている。電子機器は更なる小型・薄型・軽量化・フレキシブル化等が要求され、しかも生産性の向上も求められている。半導体デバイスをはじめとする電子部品に対する要求は厳しくなり、それらのデバイスの配線についても様々な工夫、改善がさらに必要とされている。
このような状況において、常温に近い温度において配線形成できる材料があれば、耐熱性のある材料のみならず、耐熱性のない各種有機材料も配線基板として用いることができる。インクジェットやディスペンサ印刷技術の進展により、現在ではナノサイズの金属微粒子がそのような材料の一つとして検討が進められている(例えば非特許文献1参照)。しかしながら、従来の金属微粒子は、焼結反応を利用して金属形成させているため、最低でも150℃程度の温度で処理しなければならず、その利用範囲は限られている。このような状況の下、さらなる低温で配線形成が可能な材料が求められている。
また、特許文献1には、シュウ酸銀とオレイルアミンを反応させて錯化合物を生成させ、これを加熱分解して銀超微粒子を得ることが開示されている。しかしながら、この銀超微粒子を用いて導電被膜等を形成する場合は焼結反応を利用するため、処理温度は500℃以下の高温で、使用範囲は狭い範囲に限られており、さらなる低温焼結可能な方法が求められている。
さらに、特許文献2には、被覆された金属ナノ粒子と分散溶媒とを含む金属ナノ粒子ペーストに、極性溶媒または溶解補助剤を含む極性溶媒溶液を作用させて、金属ナノ粒子を焼結させ、基板上に配線形成する方法が開示されている。しかしながら、この方法も金属焼結を利用しているため、形成した配線の電気抵抗率が高くバラつきが大きいという問題点があり、また、低温焼結工法は基板への金属の付着強度が小さいという問題点もある。
In recent years, electronic devices such as mobile devices have made remarkable progress. Electronic devices are required to be smaller, thinner, lighter, more flexible, and moreover, to improve productivity. Demands on electronic parts such as semiconductor devices have become stricter, and various devices and improvements are further required for the wiring of those devices.
Under such circumstances, if there is a material that allows wiring to be formed at a temperature close to room temperature, not only heat-resistant materials but also various organic materials that are not heat-resistant can be used as the wiring substrate. Due to the development of inkjet and dispenser printing technologies, nano-sized metal fine particles are currently being studied as one of such materials (see, for example, Non-Patent Document 1). However, conventional fine metal particles are metal-formed by utilizing a sintering reaction, so they must be treated at a temperature of at least about 150° C., and their range of application is limited. Under such circumstances, there is a demand for a material that allows wiring to be formed at even lower temperatures.
Further, Patent Document 1 discloses that silver oxalate and oleylamine are reacted to form a complex compound, which is thermally decomposed to obtain silver ultrafine particles. However, when forming a conductive film or the like using this silver ultrafine particle, a sintering reaction is used, so the treatment temperature is a high temperature of 500 ° C or less, and the range of use is limited to a narrow range. A possible method is sought.
Furthermore, in Patent Document 2, a metal nanoparticle paste containing coated metal nanoparticles and a dispersion solvent is reacted with a polar solvent or a polar solvent solution containing a dissolution aid to sinter the metal nanoparticles, A method of forming wiring on a substrate is disclosed. However, since this method also uses metal sintering, there is a problem that the electrical resistivity of the formed wiring is high and there is a large variation. There are also problems.

特開2008-214695号公報JP 2008-214695 A 特開2008-072052号公報JP 2008-072052 A

河染満他、「Printed Electronicsのためのナノ粒子微細配線技術」、粉砕、No.50 (2006/2007)、p.27-31Mitsuru Kawazome et al., "Nanoparticle Micro Wiring Technology for Printed Electronics", Kotsu, No.50 (2006/2007), pp.27-31

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、金属ナノ粒子を高温で焼結させる必要がなく、金属ナノ粒子を容易に液状化する方法、及び、様々な基材に金属を容易に形成する方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides a method for easily liquefying metal nanoparticles without the need to sinter metal nanoparticles at high temperatures, and a method for easily forming metals on various substrates. The purpose is to provide a method to

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、保護分子で表面を保護された金属ナノ粒子である表面保護金属ナノ粒子の動的化学平衡を利用することにより、金属ナノ粒子を容易に液状化する方法を見出した。つまり、金属ナノ粒子、保護分子及び表面保護金属ナノ粒子を有する系中では、環境によって保護分子が金属ナノ粒子に吸着・脱着を行う動的な化学平衡があり、表面保護金属ナノ粒子の保存時には平衡点を保護分子の吸着の方向に制御し、金属形成する際に平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research to achieve the above object, the present inventors have found that by utilizing the dynamic chemical equilibrium of surface-protected metal nanoparticles, which are metal nanoparticles whose surfaces are protected by protective molecules, metal nanoparticles We have found a way to easily liquefy In other words, in a system containing metal nanoparticles, protective molecules, and surface-protected metal nanoparticles, there is a dynamic chemical equilibrium in which the protective molecules adsorb and desorb to the metal nanoparticles depending on the environment, and during storage of the surface-protected metal nanoparticles, The inventors have found that the above object can be achieved by controlling the equilibrium point in the direction of adsorption of the protective molecule and moving the equilibrium point in the direction of desorption of the protective molecule during metal formation, and have completed the present invention.

すなわち、本発明は、下記の金属ナノ粒子を液状化する方法、基材に金属を形成する方法及び分散液に関する。
1.平均粒径が1~4.6nmである金属ナノ粒子を液状化する方法であって、
(1)前記金属ナノ粒子は、遷移金属ナノ粒子の表面に保護分子が被覆した表面保護金属ナノ粒子の状態で分散液中に分散されており、
(2)前記表面保護金属ナノ粒子、金属ナノ粒子及び保護分子の間に、下記式(I)で表される化学平衡が成り立ち、

Figure 0007197883000001
〔式中、(Site-PM)は保護分子が吸着している金属原子の吸着サイトを示し、(Site)は保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイトを示し、(PM)は遊離の保護分子を示す。〕
前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程を含み、
(3)前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程が、下記(a)及び/又は(b)の工程
(a)前記分散液に含まれる分散媒を構成する種類及び/又はその構成割合を変える、及び/又は、前記分散液の温度を変えることにより、下記式(II):
Kd={[Site]eq[PM]eq}/[Site-PM]eq (II)
〔式中、[Site]eqは平衡状態における保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示し、[PM]eqは平衡状態における遊離の保護分子の濃度(mol/L)を示し、[Site-PM]eqは平衡状態における保護分子が吸着している金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示す。〕
で表される保護分子の脱着平衡定数(Kd)を増大させる工程、
(b)前記分散液に溶媒及び/又は表面保護金属ナノ粒子を添加し、前記式(II)における3つの濃度のうちの少なくとも1つを変化させて、前記式(I)の化学平衡が成り立たない非平衡状態とする工程、
を含む、金属ナノ粒子を液状化する方法。
2.平均粒径が1~4.6nmである金属ナノ粒子を液状化する方法であって、
(1)前記金属ナノ粒子は、遷移金属ナノ粒子の表面に保護分子が被覆した表面保護金属ナノ粒子の状態で分散液中に分散されており、
(2)前記分散液を基材に塗布し、前記分散液が塗布された基材を溶媒に接触させる工程を含み、
(3)前記分散液が塗布された基材を溶媒に接触させた際に、前記表面保護金属ナノ粒子、金属ナノ粒子及び保護分子の間に、下記式(I)で表される化学平衡が成り立ち、
Figure 0007197883000002
〔式中、(Site-PM)は保護分子が吸着している金属原子の吸着サイトを示し、(Site)は保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイトを示し、(PM)は遊離の保護分子を示す。〕
前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程を含み、
(4)前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程が、下記(a’)及び/又は(b’)の工程
(a’)前記溶媒の種類及び/又はその構成割合を変える、及び/又は、前記溶媒及び/又は基材の温度を変えることにより、下記式(II):
Kd={[Site]eq[PM]eq}/[Site-PM]eq (II)
〔式中、[Site]eqは平衡状態における保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示し、[PM]eqは平衡状態における遊離の保護分子の濃度(mol/L)を示し、[Site-PM]eqは平衡状態における保護分子が吸着している金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示す。〕
で表される保護分子の脱着平衡定数(Kd)を増大させる工程、
(b’)前記溶媒に、溶媒及び/又は表面保護金属ナノ粒子を添加して、前記式(II)における3つの濃度のうちの少なくとも1つを変化させて、前記式(I)の化学平衡が成り立たない非平衡状態とする工程、
を含む、金属ナノ粒子を液状化する方法。
.前記遷移金属ナノ粒子を構成する遷移金属は、周期表第10族~第11族で且つ第4周期~第6周期に属する元素の少なくとも一種である、上記項1又は2に記載の方法。
.前記遷移金属ナノ粒子を構成する遷移金属は、金、銀、銅、白金及びパラジウムからなる群から選択される少なくとも一種である、上記項1~のいずれか一項に記載の方法。
.前記保護分子は、アミノ基及びカルボキシル基の少なくとも一種を含有する、上記項1~のいずれか一項に記載の方法。
.基材に金属を形成する方法であって、
(1)平均粒径が1~4.6nmである金属ナノ粒子を含有する分散液に、基材を接触させる工程を含み、
(2)前記金属ナノ粒子は、遷移金属ナノ粒子の表面に保護分子が被覆した表面保護金属ナノ粒子の状態で前記分散液中に分散されており、
(3)前記表面保護金属ナノ粒子、金属ナノ粒子及び保護分子の間に、下記式(I)で表される化学平衡が成り立ち、
Figure 0007197883000003
〔式中、(Site-PM)は保護分子が吸着している金属原子の吸着サイトを示し、(Site)は保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイトを示し、(PM)は遊離の保護分子を示す。〕
前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程を含み、
(4)前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程が、下記(a)及び/又は(b)の工程
(a)前記分散液に含まれる分散媒を構成する種類及び/又はその構成割合を変える、及び/又は、前記分散液の温度を変えることにより、下記式(II):
Kd={[Site]eq[PM]eq}/[Site-PM]eq (II)
〔式中、[Site]eqは平衡状態における保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示し、[PM]eqは平衡状態における遊離の保護分子の濃度(mol/L)を示し、[Site-PM]eqは平衡状態における保護分子が吸着している金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示す。〕
で表される保護分子の脱着平衡定数(Kd)を増大させる工程、
(b)前記分散液に溶媒及び/又は表面保護金属ナノ粒子を添加し、前記式(II)における3つの濃度のうちの少なくとも1つを変化させて、前記式(I)の化学平衡が成り立たない非平衡状態とする工程、
を含む、基材に金属を形成する方法。
.基材に金属を形成する方法であって、
(1)平均粒径が1~4.6nmである金属ナノ粒子を含有する分散液を基材に塗布し、前記分散液が塗布された基材を溶媒に接触させる工程を含み、
(2)前記金属ナノ粒子は、遷移金属ナノ粒子の表面に保護分子が被覆した表面保護金属ナノ粒子の状態で前記分散液中に分散されており、
(3)前記分散液が塗布された基材を溶媒に接触させた際に、前記表面保護金属ナノ粒子、金属ナノ粒子及び保護分子の間に、下記式(I)で表される化学平衡が成り立ち、
Figure 0007197883000004
〔式中、(Site-PM)は保護分子が吸着している金属原子の吸着サイトを示し、(Site)は保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイトを示し、(PM)は遊離の保護分子を示す。〕
前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程を含み、
(4)前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程が、下記(a’)及び/又は(b’)の工程
(a’)前記溶媒の種類及び/又はその構成割合を変える、及び/又は、前記溶媒及び/又は基材の温度を変えることにより、下記式(II):
Kd={[Site]eq[PM]eq}/[Site-PM]eq (II)
〔式中、[Site]eqは平衡状態における保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示し、[PM]eqは平衡状態における遊離の保護分子の濃度(mol/L)を示し、[Site-PM]eqは平衡状態における保護分子が吸着している金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示す。〕
で表される保護分子の脱着平衡定数(Kd)を増大させる工程、
(b’)前記溶媒に、溶媒及び/又は表面保護金属ナノ粒子を添加して、前記式(II)における3つの濃度のうちの少なくとも1つを変化させて、前記式(I)の化学平衡が成り立たない非平衡状態とする工程、
を含む、基材に金属を形成する方法。
.金、銀、銅、白金及びパラジウムからなる群から選択される少なくとも一種から構成され、平均粒径が1~4.6nmである金属ナノ粒子の表面に、
アミノ基及びカルボキシル基の少なくとも一種を含有する保護分子が被覆した表面保護金属ナノ粒子が、
無極性溶媒を含む分散媒に分散されている分散液。 That is, the present invention relates to a method for liquefying metal nanoparticles, a method for forming a metal on a substrate, and a dispersion, as described below.
1. A method for liquefying metal nanoparticles having an average particle size of 1 to 4.6 nm,
(1) the metal nanoparticles are dispersed in a dispersion liquid in the form of surface-protected metal nanoparticles in which the surfaces of the transition metal nanoparticles are coated with protective molecules;
(2) A chemical equilibrium represented by the following formula (I) is established between the surface-protecting metal nanoparticles, the metal nanoparticles, and the protective molecule,
Figure 0007197883000001
[In the formula, (Site-PM) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed, (Site) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed, and (PM) represents the free Indicates a protected molecule. ]
shifting the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule;
(3) The step of moving the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule is the following (a) and / or (b) step (a) the type and the type constituting the dispersion medium contained in the dispersion liquid / Or by changing the composition ratio and / or changing the temperature of the dispersion, the following formula (II):
Kd = {[Site] eq [PM] eq}/[Site-PM] eq (II)
[Wherein, [Site] eq represents the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed in the equilibrium state, and [PM] eq represents the concentration of the free protective molecule in the equilibrium state (mol/ L), and [Site-PM] eq indicates the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed in the equilibrium state. ]
increasing the desorption equilibrium constant (Kd) of the protected molecule represented by
(b) adding a solvent and/or surface-protected metal nanoparticles to the dispersion and varying at least one of the three concentrations in the formula (II) to establish the chemical equilibrium of the formula (I); non-equilibrium state,
A method of liquefying metal nanoparticles, comprising:
2. A method for liquefying metal nanoparticles having an average particle size of 1 to 4.6 nm,
(1) the metal nanoparticles are dispersed in a dispersion liquid in the form of surface-protected metal nanoparticles in which the surfaces of the transition metal nanoparticles are coated with protective molecules;
(2) applying the dispersion to a substrate, and contacting the substrate coated with the dispersion with a solvent;
(3) When the substrate coated with the dispersion is brought into contact with a solvent, a chemical equilibrium represented by the following formula (I) occurs between the surface-protecting metal nanoparticles, the metal nanoparticles, and the protective molecule. Origin,
Figure 0007197883000002
[In the formula, (Site-PM) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed, (Site) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed, and (PM) represents the free Indicates a protected molecule. ]
shifting the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule;
(4) The step of moving the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule is the following (a') and/or (b') in step (a') the type and/or composition ratio of the solvent and/or by changing the temperature of the solvent and/or substrate, the following formula (II):
Kd = {[Site] eq [PM] eq}/[Site-PM] eq (II)
[Wherein, [Site] eq represents the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed in the equilibrium state, and [PM] eq represents the concentration of the free protective molecule in the equilibrium state (mol/ L), and [Site-PM] eq indicates the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed in the equilibrium state. ]
increasing the desorption equilibrium constant (Kd) of the protected molecule represented by
(b′) adding a solvent and/or surface-protected metal nanoparticles to the solvent to change at least one of the three concentrations in the formula (II) to obtain the chemical equilibrium of the formula (I); A step of creating a non-equilibrium state in which
A method of liquefying metal nanoparticles, comprising:
3 . 3. The method according to item 1 or 2 , wherein the transition metal constituting the transition metal nanoparticles is at least one element belonging to Groups 10 to 11 of the periodic table and belonging to Periods 4 to 6.
4 . 4. The method according to any one of items 1 to 3 , wherein the transition metal constituting the transition metal nanoparticles is at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum and palladium.
5 . 5. The method according to any one of items 1 to 4 , wherein the protective molecule contains at least one of an amino group and a carboxyl group.
6 . A method of forming a metal on a substrate, comprising:
(1) A step of contacting a substrate with a dispersion containing metal nanoparticles having an average particle size of 1 to 4.6 nm,
(2) the metal nanoparticles are dispersed in the dispersion in the form of surface-protected metal nanoparticles in which the surfaces of the transition metal nanoparticles are coated with protective molecules;
(3) A chemical equilibrium represented by the following formula (I) is established between the surface-protecting metal nanoparticles, the metal nanoparticles, and the protective molecule,
Figure 0007197883000003
[In the formula, (Site-PM) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed, (Site) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed, and (PM) represents the free Indicates a protected molecule. ]
shifting the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule;
(4) The step of moving the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule is the following (a) and / or (b) step (a) the type and the type constituting the dispersion medium contained in the dispersion liquid / Or by changing the composition ratio and / or changing the temperature of the dispersion, the following formula (II):
Kd = {[Site] eq [PM] eq}/[Site-PM] eq (II)
[Wherein, [Site] eq represents the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed in the equilibrium state, and [PM] eq represents the concentration of the free protective molecule in the equilibrium state (mol/ L), and [Site-PM] eq indicates the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed in the equilibrium state. ]
increasing the desorption equilibrium constant (Kd) of the protected molecule represented by
(b) adding a solvent and/or surface-protected metal nanoparticles to the dispersion and varying at least one of the three concentrations in the formula (II) to establish the chemical equilibrium of the formula (I); non-equilibrium state,
A method of forming a metal on a substrate, comprising:
7 . A method of forming a metal on a substrate, comprising:
(1) applying a dispersion containing metal nanoparticles having an average particle size of 1 to 4.6 nm to a substrate, and contacting the substrate coated with the dispersion with a solvent;
(2) the metal nanoparticles are dispersed in the dispersion in the form of surface-protected metal nanoparticles in which the surfaces of the transition metal nanoparticles are coated with protective molecules;
(3) When the substrate coated with the dispersion is brought into contact with a solvent, a chemical equilibrium represented by the following formula (I) occurs between the surface-protecting metal nanoparticles, the metal nanoparticles, and the protective molecule. Origin,
Figure 0007197883000004
[In the formula, (Site-PM) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed, (Site) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed, and (PM) represents the free Indicates a protected molecule. ]
shifting the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule;
(4) The step of moving the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule is the following (a') and/or (b') in step (a') the type and/or composition ratio of the solvent and/or by changing the temperature of the solvent and/or substrate, the following formula (II):
Kd = {[Site] eq [PM] eq}/[Site-PM] eq (II)
[Wherein, [Site] eq represents the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed in the equilibrium state, and [PM] eq represents the concentration of the free protective molecule in the equilibrium state (mol/ L), and [Site-PM] eq indicates the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed in the equilibrium state. ]
increasing the desorption equilibrium constant (Kd) of the protected molecule represented by
(b′) adding a solvent and/or surface-protected metal nanoparticles to the solvent to change at least one of the three concentrations in the formula (II) to obtain the chemical equilibrium of the formula (I); A step of creating a non-equilibrium state in which
A method of forming a metal on a substrate, comprising:
8 . On the surface of metal nanoparticles composed of at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum and palladium and having an average particle size of 1 to 4.6 nm,
surface-protected metal nanoparticles coated with protective molecules containing at least one of an amino group and a carboxyl group,
A dispersion liquid dispersed in a dispersion medium containing a non-polar solvent.

本発明の金属ナノ粒子の液状化方法では、金属ナノ粒子と吸着分子である保護分子の系に動的化学平衡の原理を適用し、各種条件を変化させることによって、表面保護金属ナノ粒子から保護分子を脱着させて、金属ナノ粒子を容易に液状化させることができる。また、本発明の基材に金属を形成する方法は、製造工程が非常にシンプルで簡単な優れた方法である。
本発明の液状化方法及び金属形成方法は、金属ナノ粒子を焼結する方法を用いていないので、金属ナノ粒子を適用する基材を高温に加熱する必要がなく、耐熱性のない高分子・繊維基材等を含む様々な基材に適用することができる。また、本発明に用いる金属ナノ粒子は極小であるため、基材である物体の内部に浸透する作用が強く、様々な基材に液状化した金属を注入することができ、基材の表面のみならず内部にも金属を形成することができる。さらに、本発明の方法を用いると、金属ナノ粒子を容易に液状化できるため、様々な形状の基材に金属を形成することができる。そのため、本発明の液状化方法及び金属形成方法により、幅広い高分子・繊維材料等に金属を形成して導体化することや、ナノスケールで金属を様々な形状に成形加工することができる。
In the method for liquefying metal nanoparticles of the present invention, the principle of dynamic chemical equilibrium is applied to a system of metal nanoparticles and protective molecules, which are adsorbed molecules, and various conditions are changed to protect the metal nanoparticles from the surface-protected metal nanoparticles. Molecules can be desorbed to easily liquefy metal nanoparticles. In addition, the method of forming a metal on a substrate according to the present invention is an excellent method with a very simple and easy manufacturing process.
The liquefaction method and metal formation method of the present invention do not use a method of sintering metal nanoparticles, so there is no need to heat the base material to which the metal nanoparticles are applied to a high temperature, and the heat-resistant polymer / It can be applied to various substrates including fiber substrates and the like. In addition, since the metal nanoparticles used in the present invention are extremely small, they have a strong effect of penetrating into the interior of the object that is the substrate, and the liquefied metal can be injected into various substrates. Metal can be formed not only inside but also inside. Furthermore, using the method of the present invention, the metal nanoparticles can be easily liquefied, so that metals can be formed on substrates of various shapes. Therefore, by the liquefaction method and the metal forming method of the present invention, it is possible to form a metal in a wide range of polymer/fiber materials to make them conductive, and to form metals into various shapes on the nanoscale.

実施例1の金ナノ粒子が液状化(流動)している様子を示すTEM像である。1 is a TEM image showing that the gold nanoparticles of Example 1 are liquefied (fluidized). 実施例2の分散液中での銀ナノ粒子の液状化について示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the liquefaction of silver nanoparticles in the dispersion liquid of Example 2. FIG. 実施例3の金属薄膜の電子顕微鏡写真とX線回折結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an electron micrograph and X-ray diffraction results of the metal thin film of Example 3; 実施例6の分散液へのポリウレタンの浸漬前後の変化を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing changes in polyurethane before and after immersion in the dispersion liquid of Example 6; 実施例7の分散液へのレーヨンの浸漬前後の変化を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing changes in rayon before and after immersion in the dispersion liquid of Example 7;

以下、本発明の金属ナノ粒子の液状化方法について詳細に説明する。 Hereinafter, the method for liquefying metal nanoparticles of the present invention will be described in detail.

本発明の金属ナノ粒子を液状化する方法は、
(1)前記金属ナノ粒子は、遷移金属ナノ粒子の表面に保護分子が被覆した表面保護金属ナノ粒子の状態で前記分散液中に分散されており、
(2)前記表面保護金属ナノ粒子、金属ナノ粒子及び保護分子の間に、下記式(I)で表される化学平衡が成り立ち、

Figure 0007197883000005
〔式中、(Site-PM)は保護分子が吸着している金属原子の吸着サイトを示し、(Site)は保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイトを示し、(PM)は遊離の保護分子を示す。〕
前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程を含み、
(3)前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程が、下記(a)及び/又は(b)の工程
(a)前記分散液に含まれる分散媒を構成する種類及び/又はその構成割合を変える、及び/又は、前記分散液の温度を変えることにより、下記式(II):
Kd={[Site]eq[PM]eq}/[Site-PM]eq (II)
〔式中、[Site]eqは平衡状態における保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示し、[PM]eqは平衡状態における遊離の保護分子の濃度(mol/L)を示し、[Site-PM]eqは平衡状態における保護分子が吸着している金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示す。〕
で表される保護分子の脱着平衡定数(Kd)を増大させる工程、
(b)前記分散液に溶媒及び/又は表面保護金属ナノ粒子を添加し、前記式(II)における3つの濃度のうちの少なくとも1つを変化させて、前記式(I)の化学平衡が成り立たない非平衡状態とする工程、
を含むことを特徴とするものである。 The method for liquefying metal nanoparticles of the present invention comprises:
(1) the metal nanoparticles are dispersed in the dispersion in the form of surface-protected metal nanoparticles in which the surfaces of the transition metal nanoparticles are coated with protective molecules;
(2) A chemical equilibrium represented by the following formula (I) is established between the surface-protecting metal nanoparticles, the metal nanoparticles, and the protective molecule,
Figure 0007197883000005
[In the formula, (Site-PM) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed, (Site) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed, and (PM) represents the free Indicates a protected molecule. ]
shifting the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule;
(3) The step of moving the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule is the following (a) and / or (b) step (a) the type and the type constituting the dispersion medium contained in the dispersion liquid / Or by changing the composition ratio and / or changing the temperature of the dispersion, the following formula (II):
Kd = {[Site] eq [PM] eq}/[Site-PM] eq (II)
[Wherein, [Site] eq represents the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed in the equilibrium state, and [PM] eq represents the concentration of the free protective molecule in the equilibrium state (mol/ L), and [Site-PM] eq indicates the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed in the equilibrium state. ]
increasing the desorption equilibrium constant (Kd) of the protected molecule represented by
(b) adding a solvent and/or surface-protected metal nanoparticles to the dispersion and varying at least one of the three concentrations in the formula (II) to establish the chemical equilibrium of the formula (I); non-equilibrium state,
It is characterized by including

当該金属ナノ粒子を液状化する方法(第1の液状化方法)においては、分散液中で表面保護金属ナノ粒子から保護分子を脱着させて金属ナノ粒子を液状化することができる。 In the method of liquefying the metal nanoparticles (first liquefaction method), the protective molecules can be desorbed from the surface-protected metal nanoparticles in the dispersion liquid to liquefy the metal nanoparticles.

本明細書において、「金属ナノ粒子が液状化する」とは、表面保護金属ナノ粒子から吸着している保護分子を脱着させて、金属ナノ粒子表面に吸着している保護分子が少なくなると、金属ナノ粒子を構成する金属原子が固定された「固体」状態から、流動する一種の「液体」のような状態に変化する、すなわち「流動」することを意味する。つまり、「液状化」とは、金属原子が液体のような状態に変化して流動することを意味する。
金属ナノ粒子のサイズが小さくなるにつれて、金属ナノ粒子内部の圧力は高くなるため、本発明のような平均粒径の小さい金属ナノ粒子の表面から保護分子が少なくなると、金属ナノ粒子を構成する金属原子が液体のように動き、流動すると考えられる。
As used herein, the term “metal nanoparticles liquefy” means that the protective molecules adsorbed on the surface-protected metal nanoparticles are desorbed, and when the number of protective molecules adsorbed on the surface of the metal nanoparticles decreases, the metal It means that the metal atoms constituting the nanoparticles change from a fixed “solid” state to a kind of fluid “liquid” state, that is, “flow”. In other words, "liquefaction" means that metal atoms change into a liquid-like state and flow.
As the size of the metal nanoparticles decreases, the pressure inside the metal nanoparticles increases. Atoms are thought to move and flow like liquids.

また、金属ナノ粒子と保護分子が分散液中に分散されている場合、金属ナノ粒子表面には分子数の多少はあっても保護分子が吸着されており表面保護金属ナノ粒子となっている。表面保護金属ナノ粒子において、金属ナノ粒子表面に吸着できる保護分子の最大数は、金属の種類や保護分子の種類により様々な値をとりうる。そして、金属ナノ粒子表面に吸着している保護分子の数が一定値(この値も金属の種類や保護分子の種類により様々な値をとりうる)を下回ると、金属ナノ粒子を構成する金属原子が液状化する。 In addition, when metal nanoparticles and protective molecules are dispersed in a dispersion liquid, the protective molecules are adsorbed on the surface of the metal nanoparticles even if the number of molecules is small, resulting in surface-protected metal nanoparticles. In the surface-protected metal nanoparticles, the maximum number of protective molecules that can be adsorbed on the surface of the metal nanoparticles can vary depending on the type of metal and the type of protective molecules. Then, when the number of protective molecules adsorbed on the metal nanoparticle surface falls below a certain value (this value can also vary depending on the type of metal and the type of protective molecule), the metal atoms composing the metal nanoparticles liquefies.

本発明において、金属ナノ粒子は、遷移金属から構成されるものである。また、1個の金属ナノ粒子は、数10個~数100個程度の金属原子が集まったものである。
遷移金属としては、特に限定されないが、例えば、周期表第3族~第12族に属する元素等が挙げられる。脱着平衡定数の観点から、周期表第10族~第11族で且つ第4周期~第6周期に属する元素の少なくとも一種であることが好ましく、金、銀、銅、白金及びパラジウムからなる群から選択される少なくとも一種であることがより好ましい。
ここで、脱着平衡定数の観点とは、分散液の保存時(液状化させる前)には脱着平衡定数を小さくさせておき、液状化の際には、脱着平衡定数を大きくして液状化することができるという観点(金属ナノ粒子表面に保護分子が必要量吸着でき、条件を変えれば金属ナノ粒子表面から保護分子が容易に脱着できるという観点)を意味する。
In the present invention, the metal nanoparticles are composed of transition metals. Also, one metal nanoparticle is a collection of several tens to several hundred metal atoms.
Examples of transition metals include, but are not limited to, elements belonging to Groups 3 to 12 of the periodic table. From the viewpoint of the desorption equilibrium constant, it is preferably at least one element belonging to Groups 10 to 11 of the periodic table and belonging to Periods 4 to 6, and is selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum and palladium. At least one selected is more preferable.
Here, the viewpoint of the desorption equilibrium constant means that the desorption equilibrium constant is made small when the dispersion is stored (before liquefaction), and when the dispersion is liquefied, the desorption equilibrium constant is increased to liquefy. (the viewpoint that the necessary amount of protective molecules can be adsorbed on the metal nanoparticle surfaces and that the protective molecules can be easily desorbed from the metal nanoparticle surfaces by changing the conditions).

金属ナノ粒子への保護分子の吸着・脱着の観点から、金属ナノ粒子の平均粒径は、1~30nm(ナノメートル)が好ましく、金属ナノ粒子のサイズが小さくなるにつれて金属ナノ粒子の融点降下が大きくなるという観点から、金属ナノ粒子の液状化の温度を下げるためには、2~20nmがより好ましく、2~10nmがさらに好ましく、2~6nmが特に好ましい。
金属ナノ粒子の平均粒径を小さくすると、金属平板(粒径が無限大とみなせる)では吸着できない保護分子でも吸着することができるようになり、また、粒径を小さくすることにより脱着平衡定数を大きく設定でき、条件を変えることにより金属ナノ粒子表面から保護分子を容易に脱着させることができる。
金属ナノ粒子の平均粒径は、例えば、透過型電子顕微鏡や走査型電子顕微鏡を用い、画像解析することにより測定することができる。具体的には、実施例の項に記載の方法で測定することができる。
From the viewpoint of adsorption/desorption of the protective molecule to/from the metal nanoparticles, the average particle size of the metal nanoparticles is preferably 1 to 30 nm (nanometers), and the melting point of the metal nanoparticles decreases as the size of the metal nanoparticles decreases. From the viewpoint of increasing the size, in order to lower the liquefaction temperature of the metal nanoparticles, it is more preferably 2 to 20 nm, even more preferably 2 to 10 nm, and particularly preferably 2 to 6 nm.
By reducing the average particle size of the metal nanoparticles, it becomes possible to adsorb even protective molecules that cannot be adsorbed by metal flat plates (the particle size can be regarded as infinite). It can be set large, and the protective molecules can be easily desorbed from the surface of the metal nanoparticles by changing the conditions.
The average particle size of metal nanoparticles can be measured by image analysis using, for example, a transmission electron microscope or a scanning electron microscope. Specifically, it can be measured by the method described in the section of Examples.

金属ナノ粒子の表面を被覆する保護分子としては、金属ナノ粒子の表面を被覆することができれば特に限定されないが、脱着平衡定数の観点から、アミノ基及びカルボキシル基の少なくとも一種を含有する化合物であることが好ましい。
アミノ基を含有する化合物としては、特に限定されないが、例えば、炭素数1~30のアルキルアミン、炭素数2~30のアルケニルアミン、炭素数2~30のアルキニルアミン、アリールアミン、アラルキルアミン等が挙げられる。脱着平衡定数の観点から、炭素数1~30のアルキルアミン、炭素数2~30のアルケニルアミンが好ましく;炭素数10~30のアルキルアミン、炭素数10~30のアルケニルアミンがより好ましく;炭素数10~20のアルキルアミン、炭素数10~20のアルケニルアミンがさらに好ましく;ドデシルアミン、オレイルアミン等が特に好ましい。
The protective molecule that coats the surface of the metal nanoparticles is not particularly limited as long as it can coat the surface of the metal nanoparticles, but from the viewpoint of the desorption equilibrium constant, it is a compound containing at least one of an amino group and a carboxyl group. is preferred.
The compound containing an amino group is not particularly limited, but examples thereof include alkylamines having 1 to 30 carbon atoms, alkenylamines having 2 to 30 carbon atoms, alkynylamines having 2 to 30 carbon atoms, arylamines, aralkylamines, and the like. mentioned. From the viewpoint of desorption equilibrium constant, alkylamines having 1 to 30 carbon atoms and alkenylamines having 2 to 30 carbon atoms are preferred; alkylamines having 10 to 30 carbon atoms and alkenylamines having 10 to 30 carbon atoms are more preferred; Alkylamines having 10 to 20 carbon atoms and alkenylamines having 10 to 20 carbon atoms are more preferable; dodecylamine, oleylamine and the like are particularly preferable.

カルボキシル基を含有する化合物としては、特に限定されないが、例えば、炭素数1~30のアルキルカルボン酸、炭素数2~30のアルケニルカルボン酸、炭素数2~30のアルキニルカルボン酸、アリールカルボン酸、アラルキルカルボン酸等が挙げられる。脱着平衡定数の観点から、炭素数1~30のアルキルカルボン酸、炭素数2~30のアルケニルカルボン酸が好ましく;炭素数10~30のアルキルカルボン酸、炭素数10~30のアルケニルカルボン酸がより好ましく;炭素数10~20のアルキルカルボン酸、炭素数10~20のアルケニルカルボン酸がさらに好ましく;デカン酸、ドデシルカルボン酸、オレイルカルボン酸等が特に好ましい。 The compound containing a carboxyl group is not particularly limited, but examples include alkylcarboxylic acids having 1 to 30 carbon atoms, alkenylcarboxylic acids having 2 to 30 carbon atoms, alkynylcarboxylic acids having 2 to 30 carbon atoms, arylcarboxylic acids, aralkylcarboxylic acids and the like. From the viewpoint of desorption equilibrium constant, alkylcarboxylic acids having 1 to 30 carbon atoms and alkenylcarboxylic acids having 2 to 30 carbon atoms are preferable; Preferred; alkylcarboxylic acids having 10 to 20 carbon atoms and alkenylcarboxylic acids having 10 to 20 carbon atoms are more preferred; decanoic acid, dodecylcarboxylic acid, oleylcarboxylic acid and the like are particularly preferred.

金属ナノ粒子は、遷移金属ナノ粒子の表面に保護分子が被覆した表面保護金属ナノ粒子の状態で前記分散液中に分散されている。
表面保護金属ナノ粒子は、上記金属ナノ粒子の表面に上記保護分子が被覆しているものであれば、特に限定されない。
ここで、「被覆」とは、保護分子が金属ナノ粒子表面の金属原子に吸着していることを意味し、金属ナノ粒子の表面の一部又は全部を、上記保護分子が被覆していればよい。
The metal nanoparticles are dispersed in the dispersion in the form of surface-protected metal nanoparticles in which the surfaces of the transition metal nanoparticles are coated with protective molecules.
The surface-protecting metal nanoparticles are not particularly limited as long as the surfaces of the metal nanoparticles are coated with the protective molecules.
Here, "coating" means that the protective molecule is adsorbed to the metal atoms on the surface of the metal nanoparticles, and if a part or all of the surface of the metal nanoparticles is coated with the protective molecule good.

上記分散液中には、分散媒が含有される。
分散媒としては、表面保護金属ナノ粒子を分散させることができる媒体であれば、特に限定されず、例えば、無極性溶媒、無極性溶媒と極性溶媒との混合溶媒等が挙げられる。
なお、本明細書においては、媒質を溶かす性質の有無にかかわらず、媒体を示す用語として「溶媒」を用いる。
The dispersion liquid contains a dispersion medium.
The dispersion medium is not particularly limited as long as it can disperse the surface-protected metal nanoparticles, and examples thereof include a nonpolar solvent, a mixed solvent of a nonpolar solvent and a polar solvent, and the like.
In this specification, the term "solvent" is used as a medium, regardless of whether or not it has the property of dissolving the medium.

無極性溶媒としては、特に限定されないが、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン等のアルカン;シクロヘキサン、シクロペンタン、シクロヘプタン、シクロオクタン等のシクロアルカン;塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲンで置換されたアルカン;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等のエーテル;ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール等の炭素数6以上のアルコール;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等の複素環式化合物等が挙げられる。脱着平衡定数の観点から、アルカン、ハロゲンで置換されたアルカン、芳香族炭化水素が好ましく、ヘキサン、塩化メチレン、トルエンがより好ましい。 Examples of nonpolar solvents include, but are not limited to, alkanes such as pentane, hexane, heptane, octane, and nonane; cycloalkanes such as cyclohexane, cyclopentane, cycloheptane, and cyclooctane; methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, and the like. Ethers such as diethyl ether and diisopropyl ether; Alcohols having 6 or more carbon atoms such as hexanol, heptanol and octanol; Aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene; Cyclic compounds and the like can be mentioned. From the viewpoint of desorption equilibrium constant, alkanes, halogen-substituted alkanes, and aromatic hydrocarbons are preferred, and hexane, methylene chloride, and toluene are more preferred.

極性溶媒としては、上記無極性溶媒と混合して用いることができる限り特に限定されないが、例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、ブタノール、ペンタノール等の炭素数1~5のアルコール;ホルムアミド、アセトアミド等のアミド;1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート等のイオン液体等が挙げられる。脱着平衡定数の観点から、炭素数1~3のアルコールが好ましく、メタノール、エタノールがより好ましい。 The polar solvent is not particularly limited as long as it can be used in combination with the above nonpolar solvent. Examples include alcohols having 1 to 5 carbon atoms such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butanol and pentanol. amides such as formamide and acetamide; and ionic liquids such as 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate. From the viewpoint of desorption equilibrium constant, alcohols having 1 to 3 carbon atoms are preferred, and methanol and ethanol are more preferred.

上述のように、保護分子は極性基(アミノ基及びカルボキシル基の少なくとも一種)を含有する化合物であることが好ましいが、その場合、極性基が金属ナノ粒子表面に吸着し、極性基でない部分が外側(分散媒側)に向いていると考えられる。
そのため、保存時の分散液中に表面保護金属ナノ粒子を安定に分散させる分散媒としては、無極性溶媒が好ましい。
また、表面保護金属ナノ粒子の上記構造から、極性溶媒は、表面保護金属ナノ粒子から保護分子を脱着させる作用がある。そのため、極性溶媒単独では分散媒として用いることはふさわしくないが、無極性溶媒と極性溶媒との混合溶媒であれば、分散媒として用いることができ、その混合割合により液状化を調節することもできる。
無極性溶媒と極性溶媒との混合溶媒を用いる場合、その混合割合は特に限定されないが、表面保護金属ナノ粒子を分散させて保存する観点から、無極性溶媒と極性溶媒の選択にもよるが、無極性溶媒の体積を100%とした場合に、極性溶媒の体積は、例えば20%以下、好ましくは10%以下、より好ましくは5%以下であり、いずれも無極性溶媒を主に(溶媒体積全体の半分超)含む構成とする。
As described above, the protective molecule is preferably a compound containing a polar group (at least one of an amino group and a carboxyl group). It is considered that they face outward (dispersion medium side).
Therefore, a nonpolar solvent is preferable as a dispersion medium for stably dispersing the surface-protecting metal nanoparticles in the dispersion during storage.
In addition, from the above structure of the surface-protected metal nanoparticles, the polar solvent has the effect of desorbing the protective molecules from the surface-protected metal nanoparticles. Therefore, it is not suitable to use a polar solvent alone as a dispersion medium, but a mixed solvent of a non-polar solvent and a polar solvent can be used as a dispersion medium, and liquefaction can be adjusted by the mixing ratio. .
When using a mixed solvent of a non-polar solvent and a polar solvent, the mixing ratio is not particularly limited, but from the viewpoint of dispersing and storing the surface-protected metal nanoparticles, it depends on the selection of the non-polar solvent and the polar solvent. When the volume of the nonpolar solvent is 100%, the volume of the polar solvent is, for example, 20% or less, preferably 10% or less, more preferably 5% or less. more than half of the total).

上記金属ナノ粒子の製造方法は、特に限定されないが、例えば、金属塩や金属錯体を溶液中で還元して化学的に製造すること等が挙げられる。
また、金属ナノ粒子の表面に保護分子が被覆した表面保護金属ナノ粒子の製造方法は、特に限定されないが、例えば、保護分子を溶解させた液中で金属塩や金属錯体を還元して製造すること等が挙げられる。
さらに、表面保護金属ナノ粒子が分散する分散液の製造方法は、特に限定されないが、例えば下記方法等が挙げられる。保護分子を溶解させた液中で金属塩や金属錯体を還元して、金属ナノ粒子を核生成させ、種結晶を合成する。そこから種結晶の周囲で金属塩や金属錯体を還元して、種結晶を大きく成長させる(核成長)。核成長を複数回、段階的に行って反応を制御することにより、平均粒径が1~30nmに調節された、表面保護金属ナノ粒子が分散した分散液を製造することができる。
The method for producing the metal nanoparticles is not particularly limited, but examples thereof include chemical production by reducing a metal salt or metal complex in a solution.
In addition, the method for producing surface-protected metal nanoparticles in which the surfaces of metal nanoparticles are coated with protective molecules is not particularly limited. etc.
Furthermore, the method for producing the dispersion in which the surface-protecting metal nanoparticles are dispersed is not particularly limited, but examples thereof include the following methods. Metal salts and metal complexes are reduced in a liquid in which protective molecules are dissolved, and metal nanoparticles are nucleated to synthesize seed crystals. From there, the metal salt or metal complex is reduced around the seed crystal to grow the seed crystal large (nuclear growth). By controlling the reaction by stepwise growing the nuclei a plurality of times, it is possible to produce a dispersion liquid in which surface-protecting metal nanoparticles are dispersed and whose average particle size is adjusted to 1 to 30 nm.

上記分散液において、表面保護金属ナノ粒子、金属ナノ粒子及び保護分子の間に、下記式(I)で表される化学平衡が成り立つ。

Figure 0007197883000006
〔式中、(Site-PM)は保護分子が吸着している金属原子の吸着サイトを示し、(Site)は保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイトを示し、(PM)は遊離の保護分子を示す。〕 In the dispersion liquid, a chemical equilibrium represented by the following formula (I) is established between the surface-protecting metal nanoparticles, the metal nanoparticles, and the protective molecules.
Figure 0007197883000006
[In the formula, (Site-PM) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed, (Site) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed, and (PM) represents the free Indicates a protected molecule. ]

より詳細には、(Site-PM)は、表面保護金属ナノ粒子における、保護分子が吸着している金属原子の吸着サイトを示す。
(Site)は、保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイトを示す。これは、金属ナノ粒子自体の金属原子の吸着サイト、及び、表面保護金属ナノ粒子における保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイトの両者を示す。
(PM)は、金属ナノ粒子に吸着していない遊離の保護分子を示す。
More specifically, (Site-PM) indicates the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed in the surface-protected metal nanoparticles.
(Site) indicates the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed. This indicates both adsorption sites for metal atoms on the metal nanoparticles themselves and adsorption sites for metal atoms on the surface-protected metal nanoparticles to which protective molecules are not adsorbed.
(PM) indicates free protective molecules not adsorbed to metal nanoparticles.

金属原子の吸着サイトとは、以下のものを意味する。
金属ナノ粒子表面を碁盤目状に区切り、1マスにつき、1つの保護分子が吸着できるとみなした場合に、その1マスのことを金属原子の吸着サイトと定義する。一つの保護分子が金属ナノ粒子に吸着する際に、一つの保護分子が占有する面積(つまり1つのマス目の大きさ)は、保護分子の種類や保護分子が吸着している姿勢等の吸着状態によって変わる。
The metal atom adsorption site means the following.
When the surface of the metal nanoparticles is divided into a grid pattern, and it is assumed that one protective molecule can be adsorbed per square, one square is defined as a metal atom adsorption site. When one protective molecule is adsorbed to a metal nanoparticle, the area occupied by one protective molecule (that is, the size of one square) depends on the type of protective molecule and the adsorption posture of the protective molecule. It changes depending on the state.

本発明の金属ナノ粒子を液状化する方法においては、上記式(I)の化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程を含む。
保護分子の脱着の方向とは、上記式(I)において右側へ平衡点が動く方向である。
The method of liquefying metal nanoparticles of the present invention includes a step of shifting the equilibrium point of the chemical equilibrium of formula (I) above in the direction of desorption of the protective molecule.
The direction of desorption of the protective molecule is the direction in which the equilibrium point moves to the right in the above formula (I).

前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程は、下記(a)及び/又は(b)の工程を含む。
(a)前記分散液に含まれる分散媒を構成する種類及び/又はその構成割合を変える、及び/又は、前記分散液の温度を変えることにより、下記式(II):
Kd={[Site]eq[PM]eq}/[Site-PM]eq (II)
〔式中、[Site]eqは平衡状態における保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示し、[PM]eqは平衡状態における遊離の保護分子の濃度(mol/L)を示し、[Site-PM]eqは平衡状態における保護分子が吸着している金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示す。〕
で表される保護分子の脱着平衡定数(Kd)を増大させる工程、
(b)前記分散液に溶媒及び/又は表面保護金属ナノ粒子を添加し、前記式(II)における3つの濃度のうちの少なくとも1つを変化させて、前記式(I)の化学平衡が成り立たない非平衡状態とする工程。
The step of shifting the chemical equilibrium point in the direction of desorption of the protective molecule includes the following steps (a) and/or (b).
(a) By changing the type and/or composition ratio of the dispersion medium contained in the dispersion and/or changing the temperature of the dispersion, the following formula (II):
Kd = {[Site] eq [PM] eq}/[Site-PM] eq (II)
[Wherein, [Site] eq represents the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed in the equilibrium state, and [PM] eq represents the concentration of the free protective molecule in the equilibrium state (mol/ L), and [Site-PM] eq indicates the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed in the equilibrium state. ]
increasing the desorption equilibrium constant (Kd) of the protected molecule represented by
(b) adding a solvent and/or surface-protected metal nanoparticles to the dispersion and varying at least one of the three concentrations in the formula (II) to establish the chemical equilibrium of the formula (I); The step of creating a non-equilibrium state.

工程(a)は、上記式(II)で表される保護分子の脱着平衡定数(Kd)を増大させる工程であり、Kdを増大させるために、前記分散液に含まれる分散媒を構成する種類及び/又はその構成割合を変える、及び/又は、前記分散液の温度を変えることを行う工程である。 Step (a) is a step of increasing the desorption equilibrium constant (Kd) of the protective molecule represented by formula (II) above. and/or changing its constituent proportions and/or changing the temperature of said dispersion.

保護分子の脱着平衡定数(Kd)は、上記式(I)で表される化学平衡が成り立っているときの平衡定数であり、上記式(II)で表される。
[Site]eqは平衡状態における保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示し、[PM]eqは平衡状態における遊離の保護分子の濃度(mol/L)を示し、[Site-PM]eqは平衡状態における保護分子が吸着している金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示す。
上記各濃度は、分散液中の各濃度(mol/L)、つまり、分散液の体積(L)中の各成分のモル数(mol)を示す。
The desorption equilibrium constant (Kd) of the protective molecule is the equilibrium constant when the chemical equilibrium represented by the above formula (I) is established, and is represented by the above formula (II).
[Site] eq indicates the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed in the equilibrium state, and [PM] eq indicates the concentration (mol/L) of the free protective molecule in the equilibrium state. , [Site-PM]eq indicates the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed in the equilibrium state.
Each concentration above indicates each concentration (mol/L) in the dispersion, that is, the number of moles (mol) of each component in the volume (L) of the dispersion.

脱着平衡定数(Kd)は温度の関数であり、温度が決まるとKdの値が決まる。また、同じ温度であっても、溶媒の種類によってKdは異なる値を示す。また、脱着平衡定数(Kd)を大きくして液状化するように、溶媒の種類、濃度、温度を変えればよい。
本発明の液状化方法では、溶媒の種類、濃度、温度によって脱着平衡定数(Kd)を制御するが、金属ナノ粒子の種類、粒径、保護分子の種類によっても脱着平衡定数の値を変えることは可能である。
脱着平衡定数(Kd)の範囲は、特に限定されないが、Kdを大きくして液状化により金属形成させる際には、1×10-4mol/L以上とすることが好ましい。これは、液状化させる際は、粒子表面に吸着する分子の数がある一定数を下回れば良く、Kdの値が大きくなるにつれて分子が脱着しやすくなるためである。
また、液状化させる前(粒子表面を分子で保護する時)は、粒子表面に吸着する分子の数がある一定数を上回れば良く、脱着平衡定数(Kd)を低くしておくという観点から、1×10-2mol/L以下とすることが好ましい。上記の範囲に脱着平衡定数(Kd)を設定しておき、溶媒の種類、濃度、温度等を変えて液状化を制御すればよい。
The desorption equilibrium constant (Kd) is a function of temperature, and the temperature determines the value of Kd. Moreover, even at the same temperature, Kd shows different values depending on the type of solvent. Also, the type, concentration, and temperature of the solvent may be changed so as to increase the desorption equilibrium constant (Kd) and liquefy.
In the liquefaction method of the present invention, the desorption equilibrium constant (Kd) is controlled by the type, concentration, and temperature of the solvent. is possible.
Although the range of the desorption equilibrium constant (Kd) is not particularly limited, it is preferably 1×10 −4 mol/L or more when Kd is increased to form a metal by liquefaction. This is because when liquefying, the number of molecules adsorbed on the particle surface should be less than a certain number, and the larger the value of Kd, the easier it is for the molecules to desorb.
In addition, before liquefying (when the particle surface is protected by molecules), the number of molecules adsorbed on the particle surface only needs to exceed a certain number, and from the viewpoint of keeping the desorption equilibrium constant (Kd) low, It is preferably 1×10 −2 mol/L or less. The desorption equilibrium constant (Kd) is set within the above range, and the liquefaction can be controlled by changing the solvent type, concentration, temperature, and the like.

工程(a)においては、脱着平衡定数(Kd)を増大させるように、前記分散液に含まれる分散媒を構成する種類及び/又はその構成割合を変える、及び/又は、前記分散液の温度を変える。 In the step (a), the type and/or composition ratio of the dispersion medium contained in the dispersion is changed and/or the temperature of the dispersion is changed so as to increase the desorption equilibrium constant (Kd). change.

分散液に含まれる分散媒を構成する種類及び/又はその構成割合を変える方法としては、特に限定されないが、例えば、最初の分散液(以下、初期分散液ともいう)に使用されていた分散媒(以下、初期分散媒ともいう)とは異なる溶媒を添加すること、初期分散媒として使用されていた溶媒の構成割合を変えるために溶媒の付加を行うこと、初期分散媒として使用されていた溶媒を気化させること等が挙げられる。これにより、初期分散媒が1種の溶媒である場合及び2種以上の混合溶媒である場合のいずれにおいても、分散媒を構成する種類とその構成割合を変えることができる。なお、平衡点を脱着の方向に移動させる観点から、初期分散媒とは異なる溶媒を添加することが好ましい。
また、初期分散媒が2種以上の混合溶媒である場合は、初期分散媒として使用されていた溶媒のいずれが一方のみを添加することや、初期分散媒で使用されていた全ての溶媒を、初期分散媒とは異なる割合で添加すること等により、分散媒を構成する溶媒の構成割合を変えることができる。
The method for changing the type and/or composition ratio of the dispersion medium contained in the dispersion is not particularly limited, but for example, the dispersion medium used in the initial dispersion (hereinafter also referred to as the initial dispersion) (hereinafter also referred to as the initial dispersion medium), adding a solvent to change the composition ratio of the solvent used as the initial dispersion medium, the solvent used as the initial dispersion medium and the like. This makes it possible to change the types and proportions of the dispersion medium, whether the initial dispersion medium is a single solvent or a mixed solvent of two or more solvents. From the viewpoint of shifting the equilibrium point in the direction of desorption, it is preferable to add a solvent different from the initial dispersion medium.
Further, when the initial dispersion medium is a mixed solvent of two or more kinds, it is possible to add only one of the solvents used as the initial dispersion medium, or to add all the solvents used in the initial dispersion medium, The constituent ratio of the solvent constituting the dispersion medium can be changed by adding it in a ratio different from that of the initial dispersion medium.

添加する溶媒としては、特に限定されないが、保護分子を脱着させやすくするためには、極性溶媒を用いることが好ましい。
極性溶媒としては、特に限定されないが、例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、ブタノール、ペンタノール等の炭素数1~5のアルコール;ホルムアミド、アセトアミド等のアミド;1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート等のイオン液体等が挙げられる。脱着のしやすさの観点から、炭素数1~3のアルコールが好ましく、メタノール、エタノールがより好ましい。
また、溶媒を気化させる場合は、開放状態で放置して行うことができる。
Although the solvent to be added is not particularly limited, it is preferable to use a polar solvent in order to facilitate the desorption of the protective molecule.
Polar solvents include, but are not limited to, alcohols having 1 to 5 carbon atoms such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butanol and pentanol; amides such as formamide and acetamide; - ionic liquids such as methylimidazolium tetrafluoroborate. From the viewpoint of ease of desorption, alcohols having 1 to 3 carbon atoms are preferred, and methanol and ethanol are more preferred.
Moreover, when evaporating the solvent, it can be carried out by leaving it in an open state.

分散液の温度を変える方法としては、特に限定されないが、例えば、分散液をヒーター等の加熱器等を用いて暖めることが挙げられる。
液状化させる前の保存時の分散液は、例えば、冷凍保存、冷蔵保存、常温保存等により保存される。そのため、保存時の分散液の温度としては、特に限定されないが、一般的には-30℃~35℃である。
分散液の温度を変える方法における、金属形成のための液状化時の分散液の加温温度としては、特に限定されないが、120℃以下が好ましく、100℃以下がより好ましく、80℃以下がさらに好ましい。また、下限温度は、上記保存温度以上に設定することができる。本発明では、焼結法に比べて低い温度で金属形成ができることが特徴である。また、後述のように基材に金属を形成させる場合に、基材の耐熱性を考慮して広い温度範囲に設定することができる。
Kdは通常、分散液の温度が高くなるにつれて大きな値を取ることが多いため、分散液を暖めることにより、分散液の温度を変えることが好ましい。
A method for changing the temperature of the dispersion is not particularly limited, but an example thereof includes warming the dispersion using a heater such as a heater.
The dispersion during storage before being liquefied is stored, for example, by frozen storage, refrigerated storage, normal temperature storage, or the like. Therefore, the temperature of the dispersion during storage is not particularly limited, but is generally -30°C to 35°C.
In the method of changing the temperature of the dispersion, the heating temperature of the dispersion during liquefaction for metal formation is not particularly limited, but is preferably 120° C. or less, more preferably 100° C. or less, and further preferably 80° C. or less. preferable. Also, the lower limit temperature can be set to be equal to or higher than the storage temperature. The present invention is characterized in that the metal can be formed at a lower temperature than the sintering method. Moreover, when metal is formed on the base material as described later, the temperature can be set in a wide range in consideration of the heat resistance of the base material.
Since Kd usually takes a larger value as the temperature of the dispersion increases, it is preferable to change the temperature of the dispersion by warming the dispersion.

工程(b)は、前記分散液に溶媒及び/又は表面保護金属ナノ粒子を添加し、前記式(II)における3つの濃度のうちの少なくとも1つを変化させて、前記式(I)の化学平衡が成り立たない非平衡状態とする工程である。 Step (b) includes adding a solvent and/or surface-protected metal nanoparticles to the dispersion and varying at least one of the three concentrations in formula (II) to produce the chemical of formula (I) This is a step of creating a non-equilibrium state in which equilibrium is not established.

分散液に溶媒を添加する場合、添加する溶媒は、初期分散媒と同じ種類であっても異なる種類であってもよい。また、初期分散媒が混合溶媒である場合、初期分散媒と同じ混合割合の溶媒でも異なる混合割合の溶媒でも添加することができる。
溶媒を分散液に添加することにより、それまでは成り立っていた前記式(I)の化学平衡がくずれて、非平衡状態となる。しかし、分散液系内において、式(I)の化学平衡を再度成り立たせるように、平衡点が保護分子の脱着の方向に移動する。
添加する溶媒としては、特に限定されないが、保護分子を脱着させやすくするためには、極性溶媒を用いることが好ましい。当該極性溶媒としては、上述のものが挙げられる。
When a solvent is added to the dispersion, the added solvent may be of the same type as the initial dispersion medium or of a different type. Further, when the initial dispersion medium is a mixed solvent, the solvent may be added in the same mixing ratio as the initial dispersion medium or in a different mixing ratio.
By adding a solvent to the dispersion liquid, the chemical equilibrium of the formula (I), which had been established up to that point, is disturbed and a non-equilibrium state is established. However, within the dispersion system, the equilibrium point shifts in the direction of desorption of the protective molecule so as to reestablish the chemical equilibrium of formula (I).
Although the solvent to be added is not particularly limited, it is preferable to use a polar solvent in order to facilitate the desorption of the protective molecule. Examples of the polar solvent include those described above.

分散液に表面保護金属ナノ粒子を添加する場合、添加する表面保護金属ナノ粒子は、初期分散液中に存在していた表面保護金属ナノ粒子と同じ種類であっても異なる種類であってもよいが、吸着エネルギーに分布が生じ、流動する粒子と固体状態を維持する粒子の混合物が生じる可能性がある観点から、同じ種類であるほうが容易に制御できて好ましい。
表面保護金属ナノ粒子を分散液に添加することにより、それまでは成り立っていた前記式(I)の化学平衡がくずれて、非平衡状態となる。しかし、分散液系内において、式(I)の化学平衡を再度成り立たせるように、平衡点が保護分子の脱着の方向に移動する。
When surface-protected metal nanoparticles are added to the dispersion, the added surface-protected metal nanoparticles may be of the same type as or different from the surface-protected metal nanoparticles present in the initial dispersion. However, from the viewpoint that there is a possibility that a mixture of flowing particles and particles that maintain a solid state may occur due to a distribution in adsorption energy, it is preferable that the particles are of the same type because they can be easily controlled.
By adding the surface-protecting metal nanoparticles to the dispersion liquid, the chemical equilibrium of the formula (I), which had been established until then, is disturbed, resulting in a non-equilibrium state. However, within the dispersion system, the equilibrium point shifts in the direction of desorption of the protective molecule so as to reestablish the chemical equilibrium of formula (I).

本発明におけるもうひとつの方法としての金属ナノ粒子を液状化する方法は、
(1)前記金属ナノ粒子は、遷移金属ナノ粒子の表面に保護分子が被覆した表面保護金属ナノ粒子の状態で分散液中に分散されており、
(2)前記分散液を基材に塗布し、前記分散液が塗布された基材を溶媒に接触させる工程を含み、
(3)前記分散液が塗布された基材を溶媒に接触させた際に、前記表面保護金属ナノ粒子、金属ナノ粒子及び保護分子の間に、下記式(I)で表される化学平衡が成り立ち、

Figure 0007197883000007
〔式中、(Site-PM)は保護分子が吸着している金属原子の吸着サイトを示し、(Site)は保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイトを示し、(PM)は遊離の保護分子を示す。〕
前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程を含み、
(4)前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程が、下記(a’)及び/又は(b’)の工程
(a’)前記溶媒の種類及び/又はその構成割合を変える、及び/又は、前記溶媒及び/又は基材の温度を変えることにより、下記式(II):
Kd={[Site]eq[PM]eq}/[Site-PM]eq (II)
〔式中、[Site]eqは平衡状態における保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示し、[PM]eqは平衡状態における遊離の保護分子の濃度(mol/L)を示し、[Site-PM]eqは平衡状態における保護分子が吸着している金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示す。〕
で表される保護分子の脱着平衡定数(Kd)を増大させる工程、
(b’)前記溶媒に、溶媒及び/又は表面保護金属ナノ粒子を添加して、前記式(II)における3つの濃度のうちの少なくとも1つを変化させて、前記式(I)の化学平衡が成り立たない非平衡状態とする工程、
を含むことを特徴とするものである。 A method of liquefying metal nanoparticles as another method in the present invention is
(1) the metal nanoparticles are dispersed in a dispersion liquid in the form of surface-protected metal nanoparticles in which the surfaces of the transition metal nanoparticles are coated with protective molecules;
(2) applying the dispersion to a substrate, and contacting the substrate coated with the dispersion with a solvent;
(3) When the substrate coated with the dispersion is brought into contact with a solvent, a chemical equilibrium represented by the following formula (I) occurs between the surface-protecting metal nanoparticles, the metal nanoparticles, and the protective molecule. Origin,
Figure 0007197883000007
[In the formula, (Site-PM) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed, (Site) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed, and (PM) represents the free Indicates a protected molecule. ]
shifting the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule;
(4) The step of moving the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule is the following (a') and/or (b') in step (a') the type and/or composition ratio of the solvent and/or by changing the temperature of the solvent and/or substrate, the following formula (II):
Kd = {[Site] eq [PM] eq}/[Site-PM] eq (II)
[Wherein, [Site] eq represents the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed in the equilibrium state, and [PM] eq represents the concentration of the free protective molecule in the equilibrium state (mol/ L), and [Site-PM] eq indicates the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed in the equilibrium state. ]
increasing the desorption equilibrium constant (Kd) of the protected molecule represented by
(b′) adding a solvent and/or surface-protected metal nanoparticles to the solvent to change at least one of the three concentrations in the formula (II) to obtain the chemical equilibrium of the formula (I); A step of creating a non-equilibrium state in which
It is characterized by including

当該金属ナノ粒子を液状化する方法(第2の液状化方法)は、第1の液状化方法において、表面保護金属ナノ粒子を含む分散液を基材に塗布し、前記分散液が塗布された基材を溶媒に接触させる工程をさらに含むものである。具体的には、表面保護金属ナノ粒子を含む分散液を基材に塗布し、少なくとも基材の分散液が塗布された箇所を、溶媒に接触させる工程をさらに含むものである。
この工程を含むことにより、当該方法においては、基材の表面(その任意箇所)、さらには基材の内部(その任意箇所)で、金属ナノ粒子を液状化することができる。
The method of liquefying the metal nanoparticles (second liquefaction method) is the first liquefaction method, in which a dispersion containing the surface-protecting metal nanoparticles is applied to the substrate, and the dispersion is applied. It further includes the step of contacting the substrate with a solvent. Specifically, the method further includes a step of applying a dispersion containing surface-protecting metal nanoparticles to a substrate, and bringing at least a portion of the substrate coated with the dispersion into contact with a solvent.
By including this step, in the method, the metal nanoparticles can be liquefied on the surface of the substrate (any location thereof) and further inside the substrate (any location thereof).

基材としては、特に限定されないが、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴム、天然繊維、合成繊維、ガラス、紙、セラミック等が挙げられる。 Examples of the base material include, but are not particularly limited to, thermoplastic resins, thermosetting resins, rubbers, natural fibers, synthetic fibers, glass, paper, and ceramics.

熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリアミド、ポリスルホン、フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリ(メタ)アクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、酢酸セルロース等が挙げられる。
熱硬化性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、フェノール樹脂、尿素樹脂、キシレン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ケイ素樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フラン樹脂、アニリン樹脂、アセトン-ホルムアルデヒド樹脂、アルキド樹脂等が挙げられる。
Examples of thermoplastic resins include, but are not limited to, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polystyrene, polycarbonate, polyacetal, polyphenylene oxide, polyamide, polysulfone, fluororesin, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, and polyvinyl acetate. , poly(meth)acrylic acid, polymethyl methacrylate, cellulose acetate and the like.
Examples of thermosetting resins include, but are not limited to, phenol resins, urea resins, xylene resins, urea resins, melamine resins, epoxy resins, silicon resins, diallyl phthalate resins, furan resins, aniline resins, acetone-formaldehyde resins, Examples include alkyd resins.

ゴムとしては、特に限定されないが、例えば、天然ゴム;ポリジメチルシロキサン、ポリウレタン、弾性繊維、SBR等の合成ゴム等が挙げられる。
天然繊維としては、特に限定されないが、例えば、綿、絹、羊毛等が挙げられる。
合成繊維としては、特に限定されないが、例えば、ポリエステル、レーヨン、ナイロン等が挙げられる。
Examples of rubber include, but are not limited to, natural rubber; polydimethylsiloxane, polyurethane, elastic fiber, and synthetic rubber such as SBR.
Examples of natural fibers include, but are not limited to, cotton, silk, and wool.
Examples of synthetic fibers include, but are not limited to, polyester, rayon, and nylon.

金属ナノ粒子を含有する分散液を基材に塗布(塗布だけに限定されず、浸漬、スプレー等の各種方法も含む)する方法としては、特に限定されず、例えば、基材を分散液に浸漬させる方法、基材に分散液をスプレーコートする方法、ドロップキャストする方法、スピンコートする方法、ディスペンスする方法等が挙げられる。 The method of applying a dispersion containing metal nanoparticles to a substrate (not limited to coating, but also including various methods such as immersion and spraying) is not particularly limited. For example, the substrate is immersed in the dispersion. spray coating method, drop casting method, spin coating method, dispensing method, and the like.

基材を分散液に浸漬させた場合、浸漬後に、分散液が塗布された基材を取り出し、これを乾燥させてから、溶媒に接触させてもよいし、分散液が塗布された基材を乾燥させることなく、溶媒に接触させてもよいが、乾燥させることが好ましい。
基材を乾燥させる方法としては、特に限定されないが、例えば、室温で静置する方法、窒素等の不活性ガスで液体を吹き飛ばす方法等が挙げられ、室温で静置する方法が好ましい。
基材に分散液をスプレーコートする場合、分散液が塗布された基材には、分散媒は殆ど存在しない。この場合は、分散液が塗布された基材を乾燥させる必要はなく、そのまま溶媒に接触させることができる。
When the substrate is immersed in the dispersion, after the immersion, the substrate coated with the dispersion may be taken out, dried, and then brought into contact with the solvent, or the substrate coated with the dispersion may be dried. The solvent may be contacted without drying, but drying is preferred.
The method for drying the substrate is not particularly limited, but includes, for example, a method of standing still at room temperature, a method of blowing off the liquid with an inert gas such as nitrogen, etc., and a method of standing still at room temperature is preferred.
When the dispersion is spray-coated onto the substrate, there is almost no dispersion medium present on the substrate to which the dispersion has been applied. In this case, the substrate coated with the dispersion does not need to be dried, and can be brought into contact with the solvent as it is.

分散液が塗布された基材を溶媒に接触させる方法としては、特に限定されず、例えば、溶媒に、分散液が塗布された基材を浸漬させる方法等が挙げられる。
分散液が塗布された基材を溶媒に接触させる工程における溶媒としては、表面保護金属ナノ粒子から保護分子を脱着させる作用を有する溶媒であれば、特に限定されないが、例えば、極性溶媒、極性溶媒と無極性溶媒との混合溶媒等が挙げられる。
The method of bringing the substrate coated with the dispersion liquid into contact with the solvent is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the substrate coated with the dispersion liquid in the solvent.
The solvent in the step of bringing the substrate coated with the dispersion liquid into contact with the solvent is not particularly limited as long as it is a solvent capable of desorbing the protective molecule from the surface-protected metal nanoparticles. Examples include polar solvents, polar solvents, and a non-polar solvent.

極性溶媒としては、特に限定されないが、例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、ブタノール、ペンタノール等の炭素数1~5のアルコール;ホルムアミド、アセトアミド等のアミド;1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート等のイオン液体等が挙げられる。脱着平衡定数の観点から、炭素数1~3のアルコールが好ましく、メタノール、エタノールがより好ましい。 Polar solvents include, but are not limited to, alcohols having 1 to 5 carbon atoms such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butanol and pentanol; amides such as formamide and acetamide; - ionic liquids such as methylimidazolium tetrafluoroborate. From the viewpoint of desorption equilibrium constant, alcohols having 1 to 3 carbon atoms are preferred, and methanol and ethanol are more preferred.

無極性溶媒としては、上記極性溶媒と混合して用いることができる限り特に限定されないが、例えば、ヘプタン、ヘキサン、ペンタン、オクタン、ノナン等のアルカン;シクロヘキサン、シクロペンタン、シクロヘプタン、シクロオクタン等のシクロアルカン;塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲンで置換されたアルカン;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等のエーテル;ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール等の炭素数6以上のアルコール;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等の複素環式化合物等が挙げられる。脱着平衡定数の観点から、アルカン、ハロゲンで置換されたアルカン、芳香族炭化水素が好ましく、ヘキサン、塩化メチレン、トルエンがより好ましい。 The nonpolar solvent is not particularly limited as long as it can be used by mixing with the above polar solvent. Examples include alkanes such as heptane, hexane, pentane, octane, and nonane; cycloalkanes; halogen-substituted alkanes such as methylene chloride, chloroform and carbon tetrachloride; ethers such as diethyl ether and diisopropyl ether; alcohols having 6 or more carbon atoms such as hexanol, heptanol and octanol; aromatic hydrocarbons; heterocyclic compounds such as tetrahydrofuran and tetrahydropyran; From the viewpoint of desorption equilibrium constant, alkanes, halogen-substituted alkanes, and aromatic hydrocarbons are preferred, and hexane, methylene chloride, and toluene are more preferred.

無極性溶媒は、表面保護金属ナノ粒子を分散させる作用がある。そのため、無極性溶媒単独では、この工程の溶媒として用いることは好ましくないが、極性溶媒と無極性溶媒との混合溶媒であれば、この工程の溶媒として用いることができる。
極性溶媒と無極性溶媒との混合溶媒を用いる場合、その混合割合は特に限定されないが、表面保護金属ナノ粒子から保護分子を脱着させる観点から、極性溶媒の体積を100%とした場合に、無極性溶媒の体積は、例えば40%以下、好ましくは30%以下、より好ましくは20%以下であり、いずれも極性溶媒を主に(溶媒体積全体の半分超)含む構成とする。
A non-polar solvent has the effect of dispersing the surface-protected metal nanoparticles. Therefore, it is not preferable to use a nonpolar solvent alone as a solvent in this step, but a mixed solvent of a polar solvent and a nonpolar solvent can be used as a solvent in this step.
When using a mixed solvent of a polar solvent and a non-polar solvent, the mixing ratio is not particularly limited. The volume of the polar solvent is, for example, 40% or less, preferably 30% or less, more preferably 20% or less.

この方法においては、表面保護金属ナノ粒子を含む分散液が塗布された基材を溶媒に接触させた系内で、上記式(I)の化学平衡が成り立つ。そして、化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程として、上記(a’)及び/又は(b’)の工程を含むことを特徴とする。
工程(a’)及び工程(b’)については、上記第1の液状化方法における工程(a)及び工程(b)において、分散液中で液状化させる代わりに、基材を溶媒に接触させて液状化する以外は、同様にして行うことができる。この第2の液状化方法においては、基材の任意の箇所で液状化することができる。
また、溶媒及び/又は基材の温度を変える際の、溶媒の温度及び基材の温度としては、特に限定されないが、それぞれ、第1の液状化方法における分散液の加温温度と同じ温度範囲を用いることができる。
In this method, the chemical equilibrium of the above formula (I) is established in a system in which a substrate coated with a dispersion containing surface-protecting metal nanoparticles is brought into contact with a solvent. The step of shifting the equilibrium point of chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule includes the above steps (a') and/or (b').
For steps (a′) and (b′), in steps (a) and (b) in the first liquefaction method, the substrate is brought into contact with a solvent instead of being liquefied in the dispersion liquid. It can be carried out in the same manner except that it is liquefied. In this second liquefaction method, the base material can be liquefied at any position.
In addition, the temperature of the solvent and the temperature of the substrate when changing the temperature of the solvent and/or the substrate are not particularly limited, but are each in the same temperature range as the temperature for heating the dispersion in the first liquefaction method. can be used.

なお、上記式(II)で表される保護分子の脱着平衡定数(Kd)における各成分の濃度は、溶媒(分散液が塗布された基材を接触させた溶媒)中の各濃度(mol/L)、つまり、分散液が塗布された基材を接触させる溶媒の体積(L)中の各成分のモル数(mol)を示す。 The concentration of each component in the desorption equilibrium constant (Kd) of the protective molecule represented by the above formula (II) is the concentration (mol/ L), that is, the number of moles (mol) of each component in the volume (L) of solvent with which the substrate coated with the dispersion is contacted.

本発明においては、他の液状化方法も用いることができる。他の液状化方法としては、上記第2の液状化方法の(2)において、「前記分散液を基材に塗布し、前記分散液が塗布された基材を溶媒に接触させる工程」の代わりに、「前記分散液を溶媒に添加する工程」を含む方法である。
この方法においては、溶媒中に分散液を添加(例えば滴下等)することにより、分散液中の金属ナノ粒子表面が液状化し、金属ナノ粒子が互いに集まっていくものである。
使用溶媒は、上記第2の液状化方法で例示したものと同じものが挙げられる。
Other liquefaction methods can also be used in the present invention. As another liquefaction method, in (2) of the second liquefaction method, instead of "the step of applying the dispersion to a substrate and bringing the substrate coated with the dispersion into contact with a solvent" 2. is a method including "a step of adding the dispersion liquid to a solvent".
In this method, the surfaces of the metal nanoparticles in the dispersion are liquefied by adding (for example, dropping) the dispersion into the solvent, and the metal nanoparticles gather together.
Examples of the solvent to be used include those exemplified in the second liquefaction method.

次に、本発明における基材に金属を形成する方法は、
(1)金属ナノ粒子を含有する分散液に、基材を接触させる工程を含み、
(2)前記金属ナノ粒子は、遷移金属ナノ粒子の表面に保護分子が被覆した表面保護金属ナノ粒子の状態で前記分散液中に分散されており、
(3)前記表面保護金属ナノ粒子、金属ナノ粒子及び保護分子の間に、下記式(I)で表される化学平衡が成り立ち、

Figure 0007197883000008
〔式中、(Site-PM)は保護分子が吸着している金属原子の吸着サイトを示し、(Site)は保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイトを示し、(PM)は遊離の保護分子を示す。〕
前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程を含み、
(4)前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程が、下記(a)及び/又は(b)の工程
(a)前記分散液に含まれる分散媒を構成する種類及び/又はその構成割合を変える、及び/又は、前記分散液の温度を変えることにより、下記式(II):
Kd={[Site]eq[PM]eq}/[Site-PM]eq (II)
〔式中、[Site]eqは平衡状態における保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示し、[PM]eqは平衡状態における遊離の保護分子の濃度(mol/L)を示し、[Site-PM]eqは平衡状態における保護分子が吸着している金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示す。〕
で表される保護分子の脱着平衡定数(Kd)を増大させる工程、
(b)前記分散液に溶媒及び/又は表面保護金属ナノ粒子を添加し、前記式(II)における3つの濃度のうちの少なくとも1つを変化させて、前記式(I)の化学平衡が成り立たない非平衡状態とする工程、
を含むことを特徴とするものである。 Next, the method of forming a metal on a substrate in the present invention includes:
(1) including a step of contacting a substrate with a dispersion containing metal nanoparticles;
(2) the metal nanoparticles are dispersed in the dispersion in the form of surface-protected metal nanoparticles in which the surfaces of the transition metal nanoparticles are coated with protective molecules;
(3) A chemical equilibrium represented by the following formula (I) is established between the surface-protecting metal nanoparticles, the metal nanoparticles, and the protective molecule,
Figure 0007197883000008
[In the formula, (Site-PM) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed, (Site) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed, and (PM) represents the free Indicates a protected molecule. ]
shifting the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule;
(4) The step of moving the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule is the following (a) and / or (b) step (a) the type and the type constituting the dispersion medium contained in the dispersion liquid / Or by changing the composition ratio and / or changing the temperature of the dispersion, the following formula (II):
Kd = {[Site] eq [PM] eq}/[Site-PM] eq (II)
[Wherein, [Site] eq represents the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed in the equilibrium state, and [PM] eq represents the concentration of the free protective molecule in the equilibrium state (mol/ L), and [Site-PM] eq indicates the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed in the equilibrium state. ]
increasing the desorption equilibrium constant (Kd) of the protected molecule represented by
(b) adding a solvent and/or surface-protected metal nanoparticles to the dispersion and varying at least one of the three concentrations in the formula (II) to establish the chemical equilibrium of the formula (I); non-equilibrium state,
It is characterized by including

当該基材に金属を形成する方法(第1の金属形成方法)においては、分散液中で、基材の表面や内部に金属を形成することができる。 In the method of forming a metal on the base material (first metal forming method), the metal can be formed on the surface or inside of the base material in the dispersion.

金属ナノ粒子を含有する分散液に基材を接触させる工程としては、特に限定されず、例えば、分散液に基材を浸漬させる方法等が挙げられる。 The step of bringing the substrate into contact with the dispersion containing the metal nanoparticles is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the substrate in the dispersion.

基材を分散液に浸漬させた場合、式(I)で表される化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程を含むことにより、分散液から基材を取り出すことなく、分散液中で、基材の表面、又は、表面及び内部に、金属を形成することができる。 When the substrate is immersed in the dispersion, the step of moving the equilibrium point of the chemical equilibrium represented by formula (I) in the direction of desorption of the protective molecule enables In the dispersion, metal can form on the surface of the substrate, or on and within it.

当該分散液における各種成分については、上述のとおりである。また、用いる基材についても、上述と同じものが挙げられる。さらに、金属ナノ粒子を含有する分散液に基材を接触させた系内で、上記式(I)で表される化学平衡が成り立つ。
化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程としての工程(a)、工程(b)については、上述したとおりである。
Various components in the dispersion are as described above. Moreover, the same thing as the above-mentioned is mentioned also about the base material to be used. Furthermore, the chemical equilibrium represented by the above formula (I) is established in the system in which the substrate is brought into contact with the dispersion liquid containing the metal nanoparticles.
Steps (a) and (b) as steps for shifting the equilibrium point of chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule are as described above.

本発明におけるもうひとつの、基材に金属を形成する方法としては、
(1)金属ナノ粒子を含有する分散液を基材に塗布し、前記分散液が塗布された基材を溶媒に接触させる工程を含み、
(2)前記金属ナノ粒子は、遷移金属ナノ粒子の表面に保護分子が被覆した表面保護金属ナノ粒子の状態で前記分散液中に分散されており、
(3)前記分散液が塗布された基材を溶媒に接触させた際に、前記表面保護金属ナノ粒子、金属ナノ粒子及び保護分子の間に、下記式(I)で表される化学平衡が成り立ち、

Figure 0007197883000009
〔式中、(Site-PM)は保護分子が吸着している金属原子の吸着サイトを示し、(Site)は保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイトを示し、(PM)は遊離の保護分子を示す。〕
前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程を含み、
(4)前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程が、下記(a’)及び/又は(b’)の工程
(a’)前記溶媒の種類及び/又はその構成割合を変える、及び/又は、前記溶媒及び/又は基材の温度を変えることにより、下記式(II):
Kd={[Site]eq[PM]eq}/[Site-PM]eq (II)
〔式中、[Site]eqは平衡状態における保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示し、[PM]eqは平衡状態における遊離の保護分子の濃度(mol/L)を示し、[Site-PM]eqは平衡状態における保護分子が吸着している金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示す。〕
で表される保護分子の脱着平衡定数(Kd)を増大させる工程、
(b’)前記溶媒に、溶媒及び/又は表面保護金属ナノ粒子を添加して、前記式(II)における3つの濃度のうちの少なくとも1つを変化させて、前記式(I)の化学平衡が成り立たない非平衡状態とする工程、
を含むことを特徴とするものである。 As another method of forming a metal on a base material in the present invention,
(1) applying a dispersion containing metal nanoparticles to a substrate, and contacting the substrate coated with the dispersion with a solvent;
(2) the metal nanoparticles are dispersed in the dispersion in the form of surface-protected metal nanoparticles in which the surfaces of the transition metal nanoparticles are coated with protective molecules;
(3) When the substrate coated with the dispersion is brought into contact with a solvent, a chemical equilibrium represented by the following formula (I) occurs between the surface-protecting metal nanoparticles, the metal nanoparticles, and the protective molecule. Origin,
Figure 0007197883000009
[In the formula, (Site-PM) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed, (Site) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed, and (PM) represents the free Indicates a protected molecule. ]
shifting the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule;
(4) The step of moving the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule is the following (a') and/or (b') in step (a') the type and/or composition ratio of the solvent and/or by changing the temperature of the solvent and/or substrate, the following formula (II):
Kd = {[Site] eq [PM] eq}/[Site-PM] eq (II)
[Wherein, [Site] eq represents the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed in the equilibrium state, and [PM] eq represents the concentration of the free protective molecule in the equilibrium state (mol/ L), and [Site-PM] eq indicates the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed in the equilibrium state. ]
increasing the desorption equilibrium constant (Kd) of the protected molecule represented by
(b′) adding a solvent and/or surface-protected metal nanoparticles to the solvent to change at least one of the three concentrations in the formula (II) to obtain the chemical equilibrium of the formula (I); A step of creating a non-equilibrium state in which
It is characterized by including

当該基材に金属を形成する方法(第2の金属形成方法)においては、基材を接触させた溶媒中で、基材の表面や内部に金属を形成することができる。 In the method of forming a metal on the base material (second metal forming method), the metal can be formed on the surface or inside of the base material in the solvent in which the base material is brought into contact.

金属ナノ粒子を含有する分散液を基材に塗布し、前記分散液が塗布された基材を溶媒に接触させる工程において、金属ナノ粒子を含有する分散液を基材に塗布する方法としては、特に限定されず、例えば、基材を分散液に浸漬させる方法、基材に分散液をスプレーコートする方法、ドロップキャストする方法、スピンコートする方法、ディスペンスする方法等が挙げられる。 In the step of applying a dispersion containing metal nanoparticles to a substrate and bringing the substrate coated with the dispersion into contact with a solvent, the method of applying the dispersion containing metal nanoparticles to the substrate includes: It is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the substrate in the dispersion, a method of spray coating the substrate with the dispersion, a drop casting method, a spin coating method, a dispensing method, and the like.

基材を分散液に浸漬させた場合、浸漬後に、分散液が塗布された基材を取り出し、これを乾燥させてから、溶媒に接触させてもよいし、分散液が塗布された基材を乾燥させることなく、溶媒に接触させてもよい。
基材に分散液をスプレーコートする場合、分散液が塗布された基材には、分散媒は殆ど存在しない。この場合は、分散液が塗布された基材を乾燥させる必要はなく、そのまま溶媒に接触させることができる。
When the substrate is immersed in the dispersion, after the immersion, the substrate coated with the dispersion may be taken out, dried, and then brought into contact with the solvent, or the substrate coated with the dispersion may be dried. The solvent may be contacted without drying.
When the dispersion is spray-coated onto the substrate, there is almost no dispersion medium present on the substrate to which the dispersion has been applied. In this case, the substrate coated with the dispersion does not need to be dried, and can be brought into contact with the solvent as it is.

この第2の金属形成方法においては、分散液が塗布された基材を溶媒に接触させた系内で、上記式(I)の化学平衡が成り立つ。そして、化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程として、上記(a’)及び/又は(b’)の工程を含むことを特徴とする。
工程(a’)及び工程(b’)については、上記第1の金属形成方法における工程(a)及び工程(b)において、分散液中で基材に金属を形成させる代わりに、基材を溶媒に接触させて金属を形成する以外は、同様にして行うことができる。
In this second metal forming method, the chemical equilibrium of the above formula (I) is established in the system in which the substrate coated with the dispersion is brought into contact with the solvent. The step of shifting the equilibrium point of chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule includes the above steps (a') and/or (b').
For steps (a') and (b'), in steps (a) and (b) in the first metal forming method, instead of forming a metal on the substrate in the dispersion, the substrate is It can be done in a similar way, except that it is contacted with a solvent to form the metal.

次に、本発明の分散液は、金、銀、銅、白金及びパラジウムからなる群から選択される少なくとも一種から構成され、平均粒径が1~30nmである金属ナノ粒子の表面に、
アミノ基及びカルボキシル基の少なくとも一種を含有する保護分子が被覆した表面保護金属ナノ粒子が、
無極性溶媒を含む分散媒に分散されていることを特徴とするものである。
Next, the dispersion of the present invention is composed of at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum and palladium, and has an average particle size of 1 to 30 nm.
surface-protected metal nanoparticles coated with protective molecules containing at least one of an amino group and a carboxyl group,
It is characterized by being dispersed in a dispersion medium containing a non-polar solvent.

金属ナノ粒子の平均粒径は、上述のように、1~30nmが好ましく、2~20nmがより好ましく、2~10nmがさらに好ましく、2~6nmが特に好ましい。 As described above, the average particle size of the metal nanoparticles is preferably 1 to 30 nm, more preferably 2 to 20 nm, even more preferably 2 to 10 nm, and particularly preferably 2 to 6 nm.

ここで、保護分子の脱着平衡定数(Kd)は、式(II):
Kd={[Site]eq[PM]eq}/[Site-PM]eq (II)
〔式中、[Site]eqは平衡状態における保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示し、[PM]eqは平衡状態における遊離の保護分子の濃度(mol/L)を示し、[Site-PM]eqは平衡状態における保護分子が吸着している金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示す。〕
で表される。
当該分散液においては、金属ナノ粒子を分散媒に分散させる時は、金属ナノ粒子の表面に保護分子を吸着させる(平衡点を吸着の方向に位置させる)観点から、脱着平衡定数は小さい値であることが好ましく、1×10-3(mol/L)以下であることが好ましく、1×10-4(mol/l)以下であることがより好ましい。
一方、金属ナノ粒子を液状化させるときは、脱着平衡定数を大きくし、金属ナノ粒子の表面から保護分子を脱着させる(平衡点を脱着の方向に位置させる)観点から、脱着平衡定数は1×10-4(mol/L)以上が好ましく、分子の脱着のし易さを考慮すれば1×10-3以上であることがより好ましい。
where the desorption equilibrium constant (Kd) of the protected molecule is given by formula (II):
Kd = {[Site] eq [PM] eq}/[Site-PM] eq (II)
[Wherein, [Site] eq represents the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed in the equilibrium state, and [PM] eq represents the concentration of the free protective molecule in the equilibrium state (mol/ L), and [Site-PM] eq indicates the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed in the equilibrium state. ]
is represented by
In the dispersion liquid, when the metal nanoparticles are dispersed in the dispersion medium, the desorption equilibrium constant is a small value from the viewpoint of adsorbing the protective molecule on the surface of the metal nanoparticles (positioning the equilibrium point in the direction of adsorption). preferably 1×10 −3 (mol/L) or less, more preferably 1×10 −4 (mol/L) or less.
On the other hand, when the metal nanoparticles are liquefied, the desorption equilibrium constant is increased, and from the viewpoint of desorbing the protective molecules from the surface of the metal nanoparticles (positioning the equilibrium point in the direction of desorption), the desorption equilibrium constant is 1 × It is preferably 10 −4 (mol/L) or more, and more preferably 1×10 −3 or more considering the ease of desorption of molecules.

また、当該分散液は、上記金属ナノ粒子の液状化方法及び上記基材に金属を形成させる方法に用いることができる。
当該分散液における各種成分については、上述のとおりである。
In addition, the dispersion can be used in the method for liquefying metal nanoparticles and the method for forming metal on the substrate.
Various components in the dispersion are as described above.

本発明の上記液状化方法及び金属形成方法によれば、様々な形態の各種基材の表面、又は、表面及び内部に、容易に金属を形成することができる。
また、上記本発明の方法を用いることにより、以下のような利点が得られる。
(1)基材の内部に金属ナノ粒子が浸透することができる。これにより、形成された金属と基材の付着強度が大きく、繰り返し伸張に対する耐久性が高く、しかも少ない金属ナノ粒子量で高い導電率を得ることができる。つまり、柔軟性と導電性が両立できる高分子を得ることができる。
(2)基材表面のナノスケールの凹凸に金属が侵入することができる。これにより、基材と金属間のアンカー効果による高い接着性が得られ、基材に薄く均一に金属が被膜し、曲げても破断しない。
(3)ナノスケールの細孔に金属ナノ粒子が拡散することができる。これにより、液体状の金属を型に流し込むこと等により、容易にナノインプラントのような金属成形加工することができる。
(4)基材に金属を担持でき、金属ナノ粒子を孤立した状態で流動化させて担持すると、金属表面にコーナーやエッジを占める原子の比率が大きくなるため、少量で触媒活性を高めることができる。
According to the liquefaction method and the metal forming method of the present invention, metal can be easily formed on the surface of various types of substrates, or on the surface and inside thereof.
Moreover, the following advantages can be obtained by using the method of the present invention.
(1) Metal nanoparticles can penetrate into the interior of the substrate. As a result, the adhesion strength between the formed metal and the substrate is high, the durability against repeated stretching is high, and high electrical conductivity can be obtained with a small amount of metal nanoparticles. That is, it is possible to obtain a polymer having both flexibility and conductivity.
(2) Metal can penetrate into nanoscale irregularities on the substrate surface. As a result, high adhesiveness is obtained due to the anchor effect between the base material and the metal, and the base material is coated with a thin and uniform metal film, which does not break even when bent.
(3) Metal nanoparticles can diffuse into nanoscale pores. As a result, by pouring a liquid metal into a mold, it is possible to easily form a metal such as a nano-implant.
(4) The metal can be supported on the base material, and when the metal nanoparticles are fluidized and supported in an isolated state, the ratio of atoms occupying the corners and edges on the metal surface increases, so the catalytic activity can be enhanced with a small amount. can.

本発明の上記各方法においては、表面保護金属ナノ粒子を分散媒に分散させた分散液を用いている。表面保護金属ナノ粒子は分散媒によく分散し、その金属濃度が低いために、当該分散液の粘性は、純溶媒の粘性とほとんど変わらない。
従って、スプレーコート法、ディスペンサ法等を用いて、分散液を基材に塗布することができる。そのため、平滑な基板だけでなく、任意の形状(例えば、丸、三角、四角、デコボコ等)を有する基材に、導電性の金属薄膜を成膜することができる。これは、金属ナノ粒子だけでなく様々な物質を含み粘性を上げてペースト状にしている従来の導電性ペーストでは、行うことが困難であった。
分散液中の金属濃度としては、特に限定されないが、粘性を低くして加工しやすくすることと、一度に加工する金属ナノ粒子の量を多くする観点から、好ましくは0.1~100mg/ml、より好ましくは1~80mg/ml、さらに好ましくは5~70mg/mlである。
また、上記分散液中の金属濃度を分散液中の金属含有量に換算した場合、使用する金属の種類や溶媒の種類により変わりうるが、好ましくは0.01~10質量%、より好ましくは0.1~8質量%、さらに好ましくは0.5~7質量%である。
In each of the above methods of the present invention, a dispersion liquid in which surface-protecting metal nanoparticles are dispersed in a dispersion medium is used. The surface-protecting metal nanoparticles are well dispersed in the dispersion medium, and since the metal concentration is low, the viscosity of the dispersion liquid is almost the same as that of the pure solvent.
Therefore, the dispersion can be applied to the substrate using a spray coating method, a dispenser method, or the like. Therefore, a conductive metal thin film can be formed not only on a smooth substrate but also on a base material having an arbitrary shape (for example, circle, triangle, square, unevenness, etc.). This has been difficult to achieve with conventional conductive pastes, which contain various substances in addition to metal nanoparticles and are made into pastes by increasing their viscosity.
The metal concentration in the dispersion is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 100 mg/ml from the viewpoint of lowering the viscosity to facilitate processing and increasing the amount of metal nanoparticles to be processed at one time. , more preferably 1 to 80 mg/ml, more preferably 5 to 70 mg/ml.
Further, when the metal concentration in the dispersion is converted to the metal content in the dispersion, it may vary depending on the type of metal used and the type of solvent, but is preferably 0.01 to 10% by mass, more preferably 0 .1 to 8% by mass, more preferably 0.5 to 7% by mass.

また、ステンシル(印刷等で用いる一種の型紙、文字や模様の部分を切り抜き、液体が通過するようにしたもの)等を用いれば、簡単にパターンニングすることができる。 Patterning can be easily performed by using a stencil (a type of pattern paper used in printing, etc., in which a letter or pattern is cut out so that a liquid can pass through it) or the like.

表面保護金属ナノ粒子の分散液として、金属ナノ粒子を構成する遷移金属の種類の異なる分散液を混合して用い、本発明の液状化方法を適用すれば、合金にすることができる。合金の組成は、分散液の混合比を変えるだけで、任意の割合に調節できる。
つまり、一般的なスパッタ法、真空蒸着法(真空下で加熱して、固体の金属を気体原子にし、基板に堆積させて成膜する方法)とは異なり、本発明の金属形成方法を用いれば、合金の組成を調節しながら、極めて容易に合金を成膜することができる。
また、銀は、配線基材によく用いられるものの、マイグレーションにより電極が短絡してしまうことが問題であるが、本手法を用いて、パラジウム等を銀に導入し、その導入量を調節すれば、マイグレーションを防ぐことができる。
As a dispersion of surface-protecting metal nanoparticles, an alloy can be obtained by mixing dispersions of different types of transition metals constituting the metal nanoparticles and applying the liquefaction method of the present invention. The composition of the alloy can be arbitrarily adjusted simply by changing the mixing ratio of the dispersion.
In other words, unlike the general sputtering method and vacuum deposition method (a method of heating a solid metal in a vacuum to convert it into gaseous atoms and depositing it on a substrate to form a film), the metal forming method of the present invention can be used. , the alloy can be deposited very easily while adjusting the composition of the alloy.
In addition, although silver is often used in wiring substrates, it has the problem of short-circuiting the electrodes due to migration. , can prevent migration.

本発明の上記各方法を用いれば、金属形成が低温度環境下でできるので、耐熱性のない高分子基材(例えば、低密度ポリエチレン等)にも適用することができる。 By using each of the above-described methods of the present invention, metal formation can be performed in a low-temperature environment, so that the method can be applied to polymer substrates having no heat resistance (for example, low-density polyethylene, etc.).

また、高分子の溶解度パラメータと溶媒の溶解度パラメータが近いと、高分子は溶媒を取り込んで膨潤しやすい。
ここで、各種ゴムと溶媒の溶解度パラメータの値を表1に示す。ポリジメチルシロキサン(PDMS)、天然ゴム、ポリウレタンは、代表的なゴム基材(高分子)である。実際に、PDMSはヘキサンに膨潤し、天然ゴムはシクロヘキサンに膨潤し、ポリウレタンは塩化メチレンに膨潤する。
そのため、表面保護金属ナノ粒子の分散液の分散媒として、上記無極性溶媒を用いれば、ゴム基材が溶媒で膨潤する際に、金属ナノ粒子がゴム基材に浸入し、ゴム基材の内部で液状化し、金属を形成することができる。

Figure 0007197883000010
Also, when the solubility parameter of the polymer and the solubility parameter of the solvent are close, the polymer easily takes in the solvent and swells.
Here, Table 1 shows the solubility parameter values of various rubbers and solvents. Polydimethylsiloxane (PDMS), natural rubber, and polyurethane are representative rubber substrates (polymers). In fact, PDMS swells in hexane, natural rubber swells in cyclohexane, and polyurethane swells in methylene chloride.
Therefore, if the non-polar solvent is used as the dispersion medium for the dispersion of the surface-protecting metal nanoparticles, the metal nanoparticles will penetrate into the rubber substrate when the rubber substrate swells with the solvent, and the inside of the rubber substrate will can liquefy and form a metal.
Figure 0007197883000010

本発明の上記液状化方法及び金属形成方法により得られた各種金属基材は、電子部品等の配線用だけでなく、様々な分野で応用することができ、例えば、ストレッチャブルエレクトロニクス、ウェアラブルエレクトロニクス、フレキシブルエレクトロニクス、エネルギー貯蔵基材、触媒、メソポーラス金属等を、応用の一例として挙げることができる。 Various metal substrates obtained by the liquefaction method and the metal formation method of the present invention can be applied not only for wiring of electronic parts, but also in various fields, such as stretchable electronics, wearable electronics, Flexible electronics, energy storage substrates, catalysts, mesoporous metals, etc. can be mentioned as examples of applications.

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の態様に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the embodiments of these examples.

下記実施例で用いている略号の説明は以下のとおり。
DA:ドデシルアミン
AuDA:保護分子のドデシルアミンを表面に吸着させた金ナノ粒子
AgDA:保護分子のドデシルアミンを表面に吸着させた銀ナノ粒子
PdDA:保護分子のドデシルアミンを表面に吸着させたパラジウムナノ粒子
PDMS:ポリジメチルシロキサン
Abbreviations used in the examples below are explained below.
DA: dodecylamine AuDA: gold nanoparticles with dodecylamine as a protective molecule adsorbed on the surface AgDA: silver nanoparticles with dodecylamine as a protective molecule adsorbed on the surface PdDA: palladium with dodecylamine as a protective molecule adsorbed on the surface Nanoparticle PDMS: Polydimethylsiloxane

また、下記実施例において、各数値は以下のようにして測定した。
(1)金属ナノ粒子の平均粒径は、走査型透過電子顕微鏡(HD-2700、Hitachi)を用い、約500個の金属ナノ粒子の粒径を画像解析によって求め、その数平均を求めて平均粒径とした。
(2)電子顕微鏡観察に用いた電子顕微鏡(TEM)は、日本電子社製JEM-2100である。また、電子顕微鏡(SEM)は、日本電子社製JSM-7600Fである。
(3)分子吸着量は、管状炉(ヒートテック社製ARF-50KC)とマイクロ電子天秤(エーアンドデー社製BM-20)を用い、保護分子を気化させる前と後の重量変化量を計測して測定した。
(4)電気伝導率は、ソースメータ(Keithley社製2450)を用い、4端子法によって測定した。
(5)X線回折は、広角X線回折装置(Rigaku社製RINT2500)を用い、電圧40kV、電流200mAの条件下で測定した。なお、用いた特性X線の波長は1.5418Å(CuKa線)であった。
Moreover, in the following examples, each numerical value was measured as follows.
(1) The average particle size of metal nanoparticles is obtained by image analysis of about 500 metal nanoparticles using a scanning transmission electron microscope (HD-2700, Hitachi), and the number average is calculated and averaged. particle size.
(2) The electron microscope (TEM) used for electron microscope observation is JEM-2100 manufactured by JEOL Ltd. The electron microscope (SEM) is JSM-7600F manufactured by JEOL Ltd.
(3) The amount of molecular adsorption is measured using a tubular furnace (ARF-50KC, manufactured by Heattech) and a micro electronic balance (BM-20, manufactured by A&D), and the amount of change in weight before and after vaporizing the protective molecules. and measured.
(4) Electrical conductivity was measured by a four-probe method using a source meter (2450 manufactured by Keithley).
(5) X-ray diffraction was measured using a wide-angle X-ray diffractometer (RINT2500 manufactured by Rigaku) under conditions of a voltage of 40 kV and a current of 200 mA. The wavelength of the characteristic X-ray used was 1.5418 Å (CuKa rays).

(実施例1)
AuDAをヘキサンに分散させて分散液を作製した。この分散液をカーボン支持膜付TEM観察用Cuグリッドに塗布したときのTEM像を図1(A)に示す。保護分子のドデシルアミンを表面に吸着させた表面保護金ナノ粒子が分散して存在していることがわかる。この分散液を塗布したカーボン支持膜付TEM観察用Cuグリッドを、30℃のメタノールに浸漬した際の、金ナノ粒子が液状化している様子を図1(B)、(C)、(D)に示す。図1(B)より、保護分子であるDAが金ナノ粒子の表面から脱着して、金ナノ粒子が液状化し、複数の金ナノ粒子が流動によって集合し、大きな金粒子に成長していることがわかる。図1(C)、(D)は、図1(B)の一部を拡大したものである。図1(C)、(D)より、金ナノ粒子の一部が液状化(流動)し、成長した大きな金粒子の一部として合体していくことがわかる。この様子は、焼結による現象とは異なり、液状化による特長である。
(Example 1)
A dispersion was prepared by dispersing AuDA in hexane. FIG. 1(A) shows a TEM image when this dispersion was applied to a Cu grid for TEM observation with a carbon support film. It can be seen that the surface-protected gold nanoparticles with the protective molecule dodecylamine adsorbed on the surface are dispersed. Figures 1(B), (C), and (D) show how the gold nanoparticles are liquefied when the Cu grid for TEM observation with a carbon support film coated with this dispersion is immersed in methanol at 30°C. shown in From FIG. 1(B), DA, which is a protective molecule, is desorbed from the surface of the gold nanoparticles, the gold nanoparticles are liquefied, and a plurality of gold nanoparticles are aggregated by flow to grow into large gold particles. I understand. FIGS. 1(C) and 1(D) are partially enlarged views of FIG. 1(B). From FIGS. 1(C) and (D), it can be seen that part of the gold nanoparticles liquefy (flow) and coalesce as part of the grown large gold particles. This state is a feature of liquefaction, unlike the phenomenon caused by sintering.

(実施例2)
AgDAを塩化メチレンに分散させて分散液を作製した。0℃で24時間静置後の様子を図2(A)に示す。分散液の作製直後と、0℃で24時間静置後で分散液の外見に変化はなかった。0℃で24時間静置後に計測した分子吸着量θ(Agナノ粒子に吸着しているDAの量)は21.3%と高い値を示し、DAが十分にAgナノ粒子の表面を被覆していたことがわかる。また、AgDA分散液から成膜したAgDAの電気伝導率は4.1×10-5S/cmと低い値を示し、Agナノ粒子が絶縁体の保護分子で被覆されていたことがわかる。このとき、Agナノ粒子の粒径が、分散液の作製直後のものから全く変化のないことも、電子顕微鏡観察とX線回折から確認した(図2(A))。
次に、0℃で24時間静置後のAgDA分散液を、そのまま0℃から取り出して、室温(約20℃)で静置すると、1時間程度でガラス試験管の内壁に銀が析出した(図2(B)は2時間静置後のもの)。この時、分子吸着量θは0.91%と非常に低い値を示し、Agナノ粒子からDAが脱着していることがわかった。電子顕微鏡で観察すると、銀ナノ粒子が流動して大きい結晶に成長していることが観察された(図2(B))。X線回折からも銀ナノ粒子の粗大化が確認され(図2(B))、銀の析出物は3.9×10S/cmの非常に高い電気伝導率を示した。
同様の現象は、分散媒として混合溶媒を用いた場合でも生じた。AgDAをヘキサンとエタノールの混合溶媒に均一に分散させた。室温20℃で長時間静置しても、何ら変化は生じなかったが、分散液の温度を50℃に上昇させると、銀が試験管の内壁に析出した。このように無極性溶媒と極性溶媒の混合溶媒によっても、金属を基材表面に析出させることができた。
(Example 2)
A dispersion was prepared by dispersing AgDA in methylene chloride. FIG. 2A shows the state after standing at 0° C. for 24 hours. There was no change in the appearance of the dispersion immediately after preparation and after standing at 0° C. for 24 hours. The molecular adsorption amount θ (the amount of DA adsorbed to the Ag nanoparticles) measured after standing at 0° C. for 24 hours showed a high value of 21.3%, indicating that DA sufficiently covered the surface of the Ag nanoparticles. It is understood that The electrical conductivity of AgDA formed from the AgDA dispersion was as low as 4.1×10 −5 S/cm, indicating that the Ag nanoparticles were coated with insulating protective molecules. At this time, it was also confirmed by electron microscopic observation and X-ray diffraction that the particle size of the Ag nanoparticles did not change at all from that immediately after the preparation of the dispersion liquid (Fig. 2(A)).
Next, when the AgDA dispersion after standing at 0° C. for 24 hours was taken out from 0° C. and allowed to stand at room temperature (about 20° C.), silver was deposited on the inner wall of the glass test tube in about 1 hour ( Fig. 2(B) is the one after standing still for 2 hours). At this time, the molecular adsorption amount θ showed a very low value of 0.91%, indicating that DA was desorbed from the Ag nanoparticles. When observed with an electron microscope, it was observed that the silver nanoparticles flowed and grew into large crystals (Fig. 2(B)). X-ray diffraction also confirmed the coarsening of the silver nanoparticles (FIG. 2(B)), and the silver deposits exhibited a very high electrical conductivity of 3.9×10 4 S/cm.
A similar phenomenon also occurred when a mixed solvent was used as the dispersion medium. AgDA was uniformly dispersed in a mixed solvent of hexane and ethanol. Even if it was left at room temperature of 20°C for a long time, no change occurred, but when the temperature of the dispersion was raised to 50°C, silver precipitated on the inner wall of the test tube. In this way, even with a mixed solvent of a non-polar solvent and a polar solvent, the metal could be deposited on the substrate surface.

(実施例3)
AuDA含有分散液(分散媒:ヘキサン)、AgDA含有分散液(分散媒:ヘキサン)、PdDA含有分散液(分散媒:ヘキサン)のそれぞれを、スプレーコート法によりガラス基板に塗布した。AuDA、AgDAを塗布した基板を30℃のメタノールに、PdDAを塗布した基板を40℃の2-プロパノールに1時間浸漬(金属ナノ粒子約3mgに対して溶媒20mlに浸漬)したところ、分散液塗布基板を浸漬した後の金属ナノ粒子に吸着している保護分子の量(分子吸着量θ)は低下し(金属ナノ粒子の表面からDAが脱着し)、電気伝導率が大きく上昇した。この結果を表2に示す。
また、このときガラス基板上に形成した金属薄膜の様子を電子顕微鏡で観察すると、金属ナノ粒子は流動して粗大化したことが観察された(図3(A)、(B)、(C))。
さらに、X線回折パターンからも回折ピークの幅(半値全幅)が減少しており、明らかに結晶が大きく成長していることが観察された(図3(A)、(B)それぞれにおいて、下の回折パターンがアルコールに漬ける前の試料で、上の回折パターンがアルコールに漬けた後の試料)。

Figure 0007197883000011
(Example 3)
An AuDA-containing dispersion (dispersion medium: hexane), an AgDA-containing dispersion (dispersion medium: hexane), and a PdDA-containing dispersion (dispersion medium: hexane) were each applied to a glass substrate by a spray coating method. The substrates coated with AuDA and AgDA were immersed in methanol at 30° C., and the substrates coated with PdDA were immersed in 2-propanol at 40° C. for 1 hour (approximately 3 mg of metal nanoparticles were immersed in 20 ml of solvent) to apply the dispersion. After the substrate was immersed, the amount of protective molecules adsorbed to the metal nanoparticles (molecular adsorption amount θ) decreased (DA desorbed from the surface of the metal nanoparticles), and the electrical conductivity increased significantly. The results are shown in Table 2.
In addition, when the state of the metal thin film formed on the glass substrate at this time was observed with an electron microscope, it was observed that the metal nanoparticles flowed and became coarse (FIGS. 3A, 3B, and 3C). ).
Furthermore, the width of the diffraction peak (full width at half maximum) was also reduced from the X-ray diffraction pattern, and it was clearly observed that the crystal had grown large (in each of FIGS. 3 (A) and (B), the lower The diffraction pattern of is the sample before soaking in alcohol, and the diffraction pattern above is the sample after soaking in alcohol).
Figure 0007197883000011

(実施例4)
分散液が塗布された基板を他のアルコールに浸漬させた以外は、実施例3と同様にして実験を行った。また、対照として水を用いた。その結果を表3に示す。水では大きな電気伝導率の上昇は見られなかったが(平衡点は吸着の方向に位置する)、アルコールでは電気伝導率は大きく上昇した(平衡点は脱着の方向に位置する)。

Figure 0007197883000012
(Example 4)
An experiment was conducted in the same manner as in Example 3, except that the substrate coated with the dispersion was immersed in another alcohol. Water was also used as a control. Table 3 shows the results. No significant increase in electrical conductivity was observed in water (the equilibrium point is located in the direction of adsorption), but alcohol showed a large increase in electrical conductivity (the equilibrium point is located in the direction of desorption).
Figure 0007197883000012

(実施例5)
エタノールとヘキサンの混合溶液にAgDAを分散させた。その分散液(30℃)にPDMSを浸漬した。PDMSは直ちに膨潤し、AgDAもPDMSの内部に浸透した(金属ナノ粒子のサイズが小さいため、膨潤した高分子鎖の間にAgDAが浸透した)。そのまま1時間静置して、AgDAをPDMSの内部にさらに浸透させた。その後、分散液の温度を50℃に上昇させると、平衡点が脱着の方向に移動して、DAが銀ナノ粒子表面から脱着し、銀ナノ粒子が液状化して、PDMSの内部で銀が析出した。
新しいAgDAの分散溶液を使って同じ操作を3回繰り返したところ、シート抵抗が1ohm/sq程度のPDMSが生成した。
(Example 5)
AgDA was dispersed in a mixed solution of ethanol and hexane. PDMS was immersed in the dispersion (30° C.). PDMS immediately swelled, and AgDA also penetrated inside PDMS (due to the small size of the metal nanoparticles, AgDA penetrated between the swollen polymer chains). The PDMS was allowed to stand still for 1 hour to further permeate the AgDA into the inside of the PDMS. After that, when the temperature of the dispersion is raised to 50 ° C., the equilibrium point moves in the direction of desorption, DA is desorbed from the silver nanoparticle surface, the silver nanoparticles are liquefied, and silver is precipitated inside the PDMS. did.
When the same operation was repeated three times using a new AgDA dispersion solution, PDMS with a sheet resistance of about 1 ohm/sq was produced.

(実施例6)
塩化メチレンにAgDAを分散させた分散液にポリウレタンを浸漬した以外は、実施例5と同様にして、銀をポリウレタン内部に析出させた(図4)。図4左は、分散液に浸漬前のポリウレタンの写真で、図4右は分散液に浸漬後のポリウレタンの写真である。その後、この内部に銀が析出したポリウレタンを延伸させ、これに電流を流すと通電した。電気伝導率は1.1×10S/cmを示した。
(Example 6)
Silver was precipitated inside the polyurethane in the same manner as in Example 5, except that the polyurethane was immersed in a dispersion of AgDA in methylene chloride (FIG. 4). The left side of FIG. 4 is a photograph of polyurethane before being immersed in the dispersion, and the right side of FIG. 4 is a photograph of polyurethane after being immersed in the dispersion. After that, the polyurethane with silver deposited inside was stretched, and when an electric current was passed through it, it was energized. The electric conductivity showed 1.1×10 4 S/cm.

(実施例7)
AgDAを塩化メチレン中に分散した分散液に、レーヨン繊維を浸漬して取り出した繊維のSEM写真を図5に示す。図5左は0℃で保存した時の繊維断面(上)と繊維平面(下)のSEM写真であり、図5右は室温25℃で1時間静置した時の繊維断面(上)と繊維平面(下)のSEM写真である。図5より、液体状態になった銀が、レーヨン繊維表面の凸凹に流れ込み繊維を被覆しているのがわかる。繊維表面の凸凹と銀がかみ合う(アンカー効果)ことにより、繊維表面に薄く厚みの均一な銀膜が生成した。銀で被覆されたレーヨン繊維の電気伝導率は10S/cmであり、優れた電気特性を示した。また、高い接着性と繰り返し屈曲に対する耐久性も持ち、繰り返し湿潤・乾燥(体積変化)に対する耐久性も高いことが確認された。
(Example 7)
FIG. 5 shows a SEM photograph of a rayon fiber immersed in a dispersion of AgDA in methylene chloride and taken out. The left side of FIG. 5 is a SEM photograph of the fiber cross section (top) and the fiber plane (bottom) when stored at 0° C. The right side of FIG. It is a SEM photograph of the plane (bottom). From FIG. 5, it can be seen that silver in a liquid state flows into the irregularities on the surface of the rayon fiber and coats the fiber. A silver film with a thin and uniform thickness was formed on the fiber surface due to the interlocking of the unevenness of the fiber surface with the silver (anchor effect). The electrical conductivity of the silver-coated rayon fiber was 10 4 S/cm, showing excellent electrical properties. In addition, it was confirmed that it has high adhesion and durability against repeated bending, and also has high durability against repeated wetting and drying (volume change).

Claims (7)

平均粒径が1~4.6nmである金属ナノ粒子を液状化する方法であって、
(1)前記金属ナノ粒子は、遷移金属ナノ粒子の表面に保護分子が被覆した表面保護金属ナノ粒子の状態で分散液中に分散されており、
前記表面保護金属ナノ粒子の分散液は、前記保護分子を溶解させた液中で金属塩又は金属錯体を還元して金属ナノ粒子の種結晶を合成し、更に前記種結晶を成長させることにより製造され、
(2)前記表面保護金属ナノ粒子、金属ナノ粒子及び保護分子の間に、下記式(I)で表される化学平衡が成り立ち、
Figure 0007197883000013
〔式中、(Site-PM)は保護分子が吸着している金属原子の吸着サイトを示し、(Site)は保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイトを示し、(PM)は遊離の保護分子を示す。〕
前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程を含み、
(3)前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程が
記分散液に含まれる分散媒を構成する種類及び/又はその構成割合を変える、及び/又は、前記分散液の温度を変えることにより、下記式(II):
Kd={[Site]eq[PM]eq}/[Site-PM]eq(II)
〔式中、[Site]eqは平衡状態における保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示し、[PM]eqは平衡状態における遊離の保護分子の濃度(mol/L)を示し、[Site-PM]eqは平衡状態における保護分子が吸着している金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示す。〕
で表される保護分子の脱着平衡定数(Kd)であって、1×10 -4 mol/L以上1×10 -2 mol/L以下である前記Kdを増大させる工程
含む、金属ナノ粒子を液状化する方法。
A method for liquefying metal nanoparticles having an average particle size of 1 to 4.6 nm,
(1) the metal nanoparticles are dispersed in a dispersion liquid in the form of surface-protected metal nanoparticles in which the surfaces of the transition metal nanoparticles are coated with protective molecules;
The dispersion liquid of the surface-protecting metal nanoparticles is produced by reducing a metal salt or metal complex in a liquid in which the protective molecules are dissolved to synthesize seed crystals of metal nanoparticles, and further growing the seed crystals. is,
(2) A chemical equilibrium represented by the following formula (I) is established between the surface-protecting metal nanoparticles, the metal nanoparticles, and the protective molecule,
Figure 0007197883000013
[In the formula, (Site-PM) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed, (Site) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed, and (PM) represents the free Indicates a protected molecule. ]
shifting the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule;
(3) the step of shifting the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule ,
By changing the type and/or composition ratio of the dispersion medium contained in the dispersion and/or changing the temperature of the dispersion, the following formula (II):
Kd = {[Site] eq [PM] eq}/[Site-PM] eq (II)
[Wherein, [Site] eq represents the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed in the equilibrium state, and [PM] eq represents the concentration of the free protective molecule in the equilibrium state (mol/ L), and [Site-PM] eq indicates the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed in the equilibrium state. ]
A step of increasing the desorption equilibrium constant (Kd) of the protective molecule represented by and being 1×10 −4 mol/L or more and 1×10 −2 mol/L or less ;
A method of liquefying metal nanoparticles , comprising:
平均粒径が1~4.6nmである金属ナノ粒子を液状化する方法であって、
(1)前記金属ナノ粒子は、遷移金属ナノ粒子の表面に保護分子が被覆した表面保護金属ナノ粒子の状態で分散液中に分散されており、
前記表面保護金属ナノ粒子の分散液は、前記保護分子を溶解させた液中で金属塩又は金属錯体を還元して金属ナノ粒子の種結晶を合成し、更に前記種結晶を成長させることにより製造され、
(2)前記分散液を基材に塗布し、前記分散液が塗布された基材を溶媒に接触させる工程を含み、
(3)前記分散液が塗布された基材を溶媒に接触させた際に、前記表面保護金属ナノ粒子、金属ナノ粒子及び保護分子の間に、下記式(I)で表される化学平衡が成り立ち、
Figure 0007197883000014
〔式中、(Site-PM)は保護分子が吸着している金属原子の吸着サイトを示し、(Site)は保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイトを示し、(PM)は遊離の保護分子を示す。〕
前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程を含み、
(4)前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程が
記溶媒の種類及び/又はその構成割合を変える、及び/又は、前記溶媒及び/又は基材の温度を変えることにより、下記式(II):
Kd={[Site]eq[PM]eq}/[Site-PM]eq(II)
〔式中、[Site]eqは平衡状態における保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示し、[PM]eqは平衡状態における遊離の保護分子の濃度(mol/L)を示し、[Site-PM]eqは平衡状態における保護分子が吸着している金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示す。〕
で表される保護分子の脱着平衡定数(Kd)であって、1×10 -4 mol/L以上1×10 -2 mol/L以下である前記Kdを増大させる工程
含む、金属ナノ粒子を液状化する方法。
A method for liquefying metal nanoparticles having an average particle size of 1 to 4.6 nm,
(1) the metal nanoparticles are dispersed in a dispersion liquid in the form of surface-protected metal nanoparticles in which the surfaces of the transition metal nanoparticles are coated with protective molecules;
The dispersion liquid of the surface-protecting metal nanoparticles is produced by reducing a metal salt or metal complex in a liquid in which the protective molecules are dissolved to synthesize seed crystals of metal nanoparticles, and further growing the seed crystals. is,
(2) applying the dispersion to a substrate, and contacting the substrate coated with the dispersion with a solvent;
(3) When the substrate coated with the dispersion is brought into contact with a solvent, a chemical equilibrium represented by the following formula (I) occurs between the surface-protecting metal nanoparticles, the metal nanoparticles, and the protective molecule. Origin,
Figure 0007197883000014
[In the formula, (Site-PM) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed, (Site) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed, and (PM) represents the free Indicates a protected molecule. ]
shifting the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule;
(4) the step of shifting the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule ,
By changing the type and/or composition ratio of the solvent and/or changing the temperature of the solvent and/or the substrate, the following formula (II):
Kd = {[Site] eq [PM] eq}/[Site-PM] eq (II)
[Wherein, [Site] eq represents the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed in the equilibrium state, and [PM] eq represents the concentration of the free protective molecule in the equilibrium state (mol/ L), and [Site-PM] eq indicates the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed in the equilibrium state. ]
A step of increasing the desorption equilibrium constant (Kd) of the protective molecule represented by and being 1×10 −4 mol/L or more and 1×10 −2 mol/L or less ;
A method of liquefying metal nanoparticles , comprising:
前記遷移金属ナノ粒子を構成する遷移金属は、周期表第10族~第11族で且つ第4周期~第6周期に属する元素の少なくとも一種である、請求項1又は2に記載の方法。 3. The method according to claim 1, wherein the transition metal constituting the transition metal nanoparticles is at least one element belonging to groups 10 to 11 of the periodic table and belonging to periods 4 to 6. 前記遷移金属ナノ粒子を構成する遷移金属は、金、銀、銅、白金及びパラジウムからなる群から選択される少なくとも一種である、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the transition metal constituting the transition metal nanoparticles is at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum and palladium. 前記保護分子は、アミノ基及びカルボキシル基の少なくとも一種を含有する、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein said protective molecule contains at least one of an amino group and a carboxyl group. 基材に金属を形成する方法であって、
(1)平均粒径が1~4.6nmである金属ナノ粒子を含有する分散液に、基材を接触させる工程を含み、
(2)前記金属ナノ粒子は、遷移金属ナノ粒子の表面に保護分子が被覆した表面保護金属ナノ粒子の状態で前記分散液中に分散されており、
前記表面保護金属ナノ粒子の分散液は、前記保護分子を溶解させた液中で金属塩又は金属錯体を還元して金属ナノ粒子の種結晶を合成し、更に前記種結晶を成長させることにより製造され、
(3)前記表面保護金属ナノ粒子、金属ナノ粒子及び保護分子の間に、下記式(I)で表される化学平衡が成り立ち、
Figure 0007197883000015
〔式中、(Site-PM)は保護分子が吸着している金属原子の吸着サイトを示し、(Site)は保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイトを示し、(PM)は遊離の保護分子を示す。〕
前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程を含み、
(4)前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程が
記分散液に含まれる分散媒を構成する種類及び/又はその構成割合を変える、及び/又は、前記分散液の温度を変えることにより、下記式(II):
Kd={[Site]eq[PM]eq}/[Site-PM]eq(II)
〔式中、[Site]eqは平衡状態における保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示し、[PM]eqは平衡状態における遊離の保護分子の濃度(mol/L)を示し、[Site-PM]eqは平衡状態における保護分子が吸着している金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示す。〕
で表される保護分子の脱着平衡定数(Kd)であって、1×10 -4 mol/L以上1×10 -2 mol/L以下である前記Kdを増大させる工程
含む、基材に金属を形成する方法。
A method of forming a metal on a substrate, comprising:
(1) A step of contacting a substrate with a dispersion containing metal nanoparticles having an average particle size of 1 to 4.6 nm,
(2) the metal nanoparticles are dispersed in the dispersion in the form of surface-protected metal nanoparticles in which the surfaces of the transition metal nanoparticles are coated with protective molecules;
The dispersion liquid of the surface-protecting metal nanoparticles is produced by reducing a metal salt or metal complex in a liquid in which the protective molecules are dissolved to synthesize seed crystals of metal nanoparticles, and further growing the seed crystals. is,
(3) A chemical equilibrium represented by the following formula (I) is established between the surface-protecting metal nanoparticles, the metal nanoparticles, and the protective molecule,
Figure 0007197883000015
[In the formula, (Site-PM) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed, (Site) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed, and (PM) represents the free Indicates a protected molecule. ]
shifting the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule;
(4) the step of shifting the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule ,
By changing the type and/or composition ratio of the dispersion medium contained in the dispersion and/or changing the temperature of the dispersion, the following formula (II):
Kd = {[Site] eq [PM] eq}/[Site-PM] eq (II)
[Wherein, [Site] eq represents the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed in the equilibrium state, and [PM] eq represents the concentration of the free protective molecule in the equilibrium state (mol/ L), and [Site-PM] eq indicates the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed in the equilibrium state. ]
A step of increasing the desorption equilibrium constant (Kd) of the protective molecule represented by and being 1×10 −4 mol/L or more and 1×10 −2 mol/L or less ;
A method of forming a metal on a substrate , comprising:
基材に金属を形成する方法であって、
(1)平均粒径が1~4.6nmである金属ナノ粒子を含有する分散液を基材に塗布し、前記分散液が塗布された基材を溶媒に接触させる工程を含み、
(2)前記金属ナノ粒子は、遷移金属ナノ粒子の表面に保護分子が被覆した表面保護金属ナノ粒子の状態で前記分散液中に分散されており、
前記表面保護金属ナノ粒子の分散液は、前記保護分子を溶解させた液中で金属塩又は金属錯体を還元して金属ナノ粒子の種結晶を合成し、更に前記種結晶を成長させることにより製造され、
(3)前記分散液が塗布された基材を溶媒に接触させた際に、前記表面保護金属ナノ粒子、金属ナノ粒子及び保護分子の間に、下記式(I)で表される化学平衡が成り立ち、
Figure 0007197883000016
〔式中、(Site-PM)は保護分子が吸着している金属原子の吸着サイトを示し、(Site)は保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイトを示し、(PM)は遊離の保護分子を示す。〕
前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程を含み、
(4)前記化学平衡の平衡点を保護分子の脱着の方向に移動させる工程が
記溶媒の種類及び/又はその構成割合を変える、及び/又は、前記溶媒及び/又は基材の温度を変えることにより、下記式(II):
Kd={[Site]eq[PM]eq}/[Site-PM]eq(II)
〔式中、[Site]eqは平衡状態における保護分子が吸着していない金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示し、[PM]eqは平衡状態における遊離の保護分子の濃度(mol/L)を示し、[Site-PM]eqは平衡状態における保護分子が吸着している金属原子の吸着サイト濃度(mol/L)を示す。〕
で表される保護分子の脱着平衡定数(Kd)であって、1×10 -4 mol/L以上1×10 -2 mol/L以下である前記Kdを増大させる工程
含む、基材に金属を形成する方法。
A method of forming a metal on a substrate, comprising:
(1) applying a dispersion containing metal nanoparticles having an average particle size of 1 to 4.6 nm to a substrate, and contacting the substrate coated with the dispersion with a solvent;
(2) the metal nanoparticles are dispersed in the dispersion in the form of surface-protected metal nanoparticles in which the surfaces of the transition metal nanoparticles are coated with protective molecules;
The dispersion liquid of the surface-protecting metal nanoparticles is produced by reducing a metal salt or metal complex in a liquid in which the protective molecules are dissolved to synthesize seed crystals of metal nanoparticles, and further growing the seed crystals. is,
(3) When the substrate coated with the dispersion is brought into contact with a solvent, a chemical equilibrium represented by the following formula (I) occurs between the surface-protecting metal nanoparticles, the metal nanoparticles, and the protective molecule. Origin,
Figure 0007197883000016
[In the formula, (Site-PM) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed, (Site) represents the adsorption site of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed, and (PM) represents the free Indicates a protected molecule. ]
shifting the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule;
(4) the step of shifting the equilibrium point of the chemical equilibrium in the direction of desorption of the protective molecule ,
By changing the type and/or composition ratio of the solvent and/or changing the temperature of the solvent and/or the substrate, the following formula (II):
Kd = {[Site] eq [PM] eq}/[Site-PM] eq (II)
[Wherein, [Site] eq represents the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is not adsorbed in the equilibrium state, and [PM] eq represents the concentration of the free protective molecule in the equilibrium state (mol/ L), and [Site-PM] eq indicates the adsorption site concentration (mol/L) of the metal atom to which the protective molecule is adsorbed in the equilibrium state. ]
A step of increasing the desorption equilibrium constant (Kd) of the protective molecule represented by and being 1×10 −4 mol/L or more and 1×10 −2 mol/L or less ;
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