TW201513131A - 金屬奈米片、用於製備彼之方法、導電性印墨組成物及包含彼之導電性薄膜 - Google Patents

金屬奈米片、用於製備彼之方法、導電性印墨組成物及包含彼之導電性薄膜 Download PDF

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Abstract

本發明關於一種金屬奈米片、用於製備彼之方法、包含彼之導電性印墨組成物、及導電性薄膜。金屬奈米片不只可在不施加高溫及高壓的情況下於低溫及常壓下輕易地製備，即使在將包含彼之導電性印墨組成印刷於基材之後於低溫進行熱處理或乾燥程序，該組成物亦可形成顯示優異導電性的導電性膜或導電性圖案。因此，該金屬奈米片及包含彼之導電性印墨組成物非常適於製備需要在低溫熱處理之環境下的各種不同半導體裝置、顯示裝置、太陽能電池等之導電性圖案或導電性膜。

Description

金屬奈米片、用於製備彼之方法、導電性印墨組成物及包含彼之導電性薄膜
本發明關於一種金屬奈米片、用於製備彼之方法、包含彼之導電性印墨組成物、及包含彼之導電性薄膜。
本申請案主張2013年6月14日提出之韓國專利申請案10-2013-0068433號之優先權，且其內容係以引用方式併入本文中。
各種不同半導體裝置、顯示裝置(諸如PDP或LCD)、或太陽能電池等包括各種具有導電性之元件，諸如電極、佈線或電磁屏蔽薄膜。形成此等導電性元件的最常用方法之一包含將具有導電性之微粒子(例如，包含導電性奈米粒子及溶劑之導電性印墨組成物)印刷在基板上，然後熱處理(例如燒製且乾燥)彼以形成在基板上構成各種導電性元件的各種導電性圖案或導電性膜。
然而，為了藉由使用迄今所發展的導電性奈米粒子來 形成導電性膜或導電性圖案，需要一種將包含該等導電性奈米粒子之導電性印墨組成物印刷在基板上，然後在高溫下燒製以去除包括在該導電性印墨組成物中的有機物質(例如有機溶劑)及減少或熔融連接該等導電性奈米粒子之方法。此係為了減少該導電性印墨組成物中所包括的導電性奈米粒子或熔融連接該等導電性奈米粒子以形成具有優異導電性之均勻導電性圖案或導電性膜。
然而，因高溫熱處理程序之要求，可形成導電性膜或導電性圖案之基板的種類存在限制。因此，持續需要即使應用較低溫熱處理程序或其他熱處理程序亦可形成具有優異導電性之導電性圖案等的導電性印墨組成物或導電性奈米粒子。
因此，已提出各種供低溫熱處理之導電性印墨組成物或導電性奈米粒子，然而，燒製溫度的限制未顯著降低或無法獲得充分導電性，因此需要發展新導電性奈米粒子或導電性印墨組成物。
本發明提供一種即使在需要低溫熱處理之狀況下亦可形成顯示優異導電性之導電性圖案或導電性膜的金屬奈米片。
本發明亦提供一種可採用比先前程序更簡化之方法來製備金屬奈米片之製備金屬奈米片的方法。
本發明亦提供一種包含該金屬奈米片之導電性印墨組成物，以及即使在其印刷於基板之後對其應用低溫熱處理或乾燥程序時亦可形成顯示優異導電性之導電性圖案或導電性膜。
本發明亦提供一種包含該金屬奈米片之導電性薄膜。
本發明提供一種金屬奈米片，其包含由導電性聚合物之介質連接的金屬且厚度為0.5nm至100nm、直徑為200nm或更大、及寬度係大於該厚度及等於或小於該直徑，其中寬度/直徑之比為約0.6至約1。
本發明亦提供一種用於製備金屬奈米片之方法，其包括使導電性聚合物與金屬鹽反應之步驟。
本發明亦提供一種導電性印墨組成物，其包含金屬奈米片及第二溶劑。
本發明亦提供一種包含該金屬奈米片之導電性薄膜。
根據本發明，可製備能在無高溫熱處理程序之情況下形成各種具有優異導電性之導電性圖案或導電性膜的金屬奈米片、一種製備該金屬奈米片之方法、一種包含該金屬奈米片之導電性印墨組成物、及導電性薄膜。此外，可提供具有優異活性且低貴金屬含量之觸媒的具有各種應用性之金屬奈米片以及其製備方法。
在使用本發明之金屬奈米片及包含彼之導電性印墨組成物的情況下，尤其能如願地在需要低溫熱處理的狀況以及技術性限制(諸如對於可應用基板之限制)下製備各種裝置、顯示裝置、太陽能電池等的導電性圖案或導電性膜。
圖1為實施例1中所獲得之金屬奈米片的SEM影像。
圖2為實施例2中所獲得之金屬奈米片的SEM影像。
圖3為實施例3中所獲得之金屬奈米片的SEM影像。
發明詳細說明
本發明之金屬奈米片包含由導電性聚合物之介質連接的金屬且具有厚度為0.5nm至100nm、直徑為200nm或更大、寬度係大於該厚度及等於或小於該直徑，且寬度/直徑之比為約0.6至約1的形狀。
以及，本發明之方法包括使導電性聚合物與金屬鹽反應之步驟。
以及，本發明之用於製備金屬奈米片的導電性印墨組成物包含該金屬奈米片及第二溶劑。
以及，導電性薄膜包含該金屬奈米片。
在本發明中，用語「第一」、「第二」等係用以解釋各種組分，且此等用語僅用以區分不同組分。
此外，本說明中所使用之用語僅解釋範例實例，其無意限制本發明。除非上下文另外明確表示，否則單數用詞可包含複數用詞。應暸解本說明中之諸如「包含」、「含有」、及「具有」等用語僅用以指示具有效果之特徵、編號、步驟、組分、或其組合之存在，且不排除事先添加不同特徵、編號、步驟、組分之組合的存在或可能性。
本發明可經不同修改且具有各種形式，因此，於本說明中解釋本發明之特定實例。然而，無意將本發明含限於該等特定實例，且應暸解本發明包含包括在本發明之概念及技術範圍內的每一修改、等效物或替代物。
除非另外說明，否則說明書全文中所使用的一些用語定義如下。
在全篇說明中，「金屬奈米片」係指包含金屬之奈米結構，且在立體圖中，具有平面方向具有廣面積且厚度小於該面積的板形狀。
在該板形狀奈米結構之寬平面的周圍上介於任意兩點之間的最長直線距離可定義為「直徑」。
及，在與長度方向垂直之方向中，在該板形狀之周圍上介於兩點之間的最長直線距離可定義為寬度。
及，在與該平面垂直之方向中從該金屬奈米片一端至相反端的平均直線距離可定義為「厚度」。
由於直徑、寬度、及厚度中之一或多者(例如，厚度) 可具有奈米等級之尺寸，且直徑及寬度可大於厚度，故該奈米片可顯示多邊形、圓形或橢圓形之薄板形狀。
及，金屬奈米片「實質上不包含金屬氧化物」之描述可指包括在該金屬奈米片中之「金屬」以非氧化狀態存在，因此該金屬奈米片完全不包含金屬氧化物的情況，或在製備或使用期間只有少量金屬(例如，只有以金屬奈米片之重量為基準計為少於1重量%或少於0.1重量%之金屬)不可避免地氧化，如此該金屬奈米片因而只包含少量金屬氧化物的情況。
及，金屬奈米片包含單一金屬(例如，「僅有銀(Ag)」之描述可指金屬奈米片只包含一種金屬，例如「銀(Ag)」單一金屬組分且不包含其他種金屬組分。然而，當該描述不限制於「僅有銀(Ag)」而是表示為「銀(Ag)」，可指其不排除添加其他金屬組分至該金屬奈米片中。
及，用語「導電性印墨組成物」係指可印刷或塗覆在由聚合物、玻璃或金屬等所形成之基板上以形成膜或圖案的組成物，不論其為具有相對高黏度之「糊劑」或具有如水般之低黏度。
及，用語「導電性薄膜」係指在由聚合物、玻璃或金屬等上所製成之基板上形成以具有傳熱性或導電性的任意膜、薄膜或圖案。
下文茲更詳細解釋本發明之金屬奈米片、其製備方法、及包含彼之導電性印墨組成物及導電性薄膜。
根據本發明一態樣之金屬奈米片包含由導電性聚合物 之介質連接的金屬，且具有厚度為0.5nm至100nm、直徑為200nm或更大、寬度係大於該厚度及等於或小於該直徑，且寬度/直徑之比為約0.6至約1的板形狀。
根據本發明一實施態樣，金屬奈米片之厚度可為約0.5nm至約100nm，較佳為約0.5nm至約50nm。
此外，金屬奈米片之直徑可為約200nm至約100μm，較佳為約200nm至約50μm，更佳為約200nm至約20μm。
此外，金屬奈米片之寬度/直徑之比可為約2或更大，較佳為約10至約20,000，更佳為約100至約2,000。
此外，金屬奈米片之寬度可為約120nm至約100μm，較佳為約120nm至約50μm，更佳為約200nm至約20μm。
根據本發明人之研究結果，揭露出可藉由用於使導電性聚合物及金屬鹽在特定反應條件下一起反應之方法可獲得除了具有適用於導電性奈米結構的奈米等級之厚度外還具有略廣的面積之奈米結構(換言之，金屬奈米片)，尤其是厚度為0.5nm至100nm，直徑為200nm或更大，及大於該厚度且等於或小於該直徑之寬度，其中寬度/直徑之比為約0.6至約1。此金屬奈米片係製備成具有比先前已知導電性奈米結構或導電性粒子更廣面積之平面，由於直徑、寬度及厚度之一或多者(例如厚度)具有奈米等級之尺寸且直徑或寬度大於厚度，因此該奈米片可具有多邊形、圓形或橢圓形之薄板形狀。此外，下文將更詳細提及之金 屬奈米片可藉由包含在相對低壓力及溫度之下的上述簡單反應之方法製備，因此實質上不包含金屬氧化物，例如，可形成包含單一金屬組分(諸如銀(Ag))。
根據本發明一實施態樣之具有該直徑且寬度係大於該厚度及等於或小於該直徑而寬度/直徑之比為約0.6至約1的金屬奈米片可製成至少具有奈米等級之厚度的微小金屬粒子係連接之板形狀，以提供充足廣表面積，且實質上不包含金屬氧化物。因此，當包含此種金屬奈米片之導電性印墨組成物係印刷在基板上時，即使不應用用以減少或熔融連接導電性奈米粒子的獨立高溫熱處理程序，由彼所形成之導電性薄膜(例如導電性膜或導電性圖案)可顯示充分優異導電性。及，可形成只包含單一金屬組分(例如銀(Ag))之金屬奈米片。因此，由於形成只包含顯示較低電阻之單一金屬組分(諸如銀(Ag))的金屬奈米片，可使由彼所形成之導電性薄膜顯示更優異導電性。
因此，金屬奈米片可非常有利地用於尤其在需要低溫熱處理之狀況下製備各種不同半導體裝置、顯示裝置、太陽能電池等的導電性圖案或導電性膜之導電性印墨組成物。
同時，由於金屬奈米片係由導電性聚合物與金屬鹽之反應形成，微小金屬粒子可由導電性聚合物之介質連接及形成具有廣面積之平面的板形狀。此種金屬奈米片可包含將金屬粒子相互連接之導電性聚合物，及製成希望維持的板形狀。由於金屬奈米片包含此種導電性聚合物且可在無 高溫處理下製備，故該金屬奈米片可形成具有廣面積之平面的板形狀且實質上不包含金屬氧化物。因此，如上述，當包含此種金屬奈米片之導電性印墨組成物係用於印刷時，在不應用用以減少或熔融連接導電性奈米粒子的獨立高溫熱處理程序的情況下，由彼所形成之導電性薄膜(例如導電性膜或導電性圖案)可顯示均勻且優異之導電性。
根據本發明一實施態樣，金屬奈米片可實質上不含金屬氧化物。換言之，只有以金屬奈米片之重量為基準計為少於1重量%或少於0.1重量%之金屬被氧化，因此金屬奈米片可只包含少量對應的金屬氧化物。如下文解釋，由於金屬奈米片可在比先前金屬奈米結構的製備條件更低之溫度及常壓(例如於-40℃及1大氣壓力)下的導電性聚合物與金屬鹽之反應而製備，使由用於製備先前導電性奈米粒子的高溫反應程序所造成之金屬氧化最小化，且其可實質上不包含金屬氧化物。因此，由彼製備之導電性薄膜可顯示優異導電性而無在印刷導電性印墨組成物之後應用以減少其中所包含的導電性奈米粒子的獨立高溫熱處理程序。
此外，根據本發明一實施態樣，金屬奈米片可包含任意導電性金屬、貴金屬或具有優異導電性之合金，例如選自由以下所組成之群組中的一或多種金屬：銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銥(Ir)、釕(Ru)、銠(Rh)、銅(Cu)、及鎳(Ni)、或其合金。因此，由該金屬奈米片或包含彼之導電性印墨組成物所製備的各種導電性圖案或導電性膜可展現更優異導電性且該金屬奈米片可適當地用作觸 媒。因此，該金屬奈米片可藉由以各種不同方式調節構成彼之金屬組分而應用於各種領域，諸如用於製備導電性薄膜之導電性印墨組成物或觸媒。
特別是，金屬奈米片可為包含導電性聚合物之板形狀，因而可僅包含單一金屬組分，例如僅包含選自由以下所組成之群組中的一或多種金屬：銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銥(Ir)、釕(Ru)、銠(Rh)、銅(Cu)、及鎳(Ni)。換言之，由於導電性聚合物扮演連接金屬組分以形成具有板形狀之金屬奈米片的角色，不需要包含2或多種金屬組分以使其中一或多者形成該板形狀之框架或基本模型，且該金屬奈米片可僅包含單一金屬組分。因此，可輕易地獲得僅由適於每一應用領域之金屬組分所構成的金屬奈米片，且此種金屬奈米片更理想地應用於諸如導電性薄膜或觸媒之各種領域。例如，金屬奈米片可僅包含單一金屬組分(諸如銀(Ag))作為金屬組分，在此情況下，因金屬組分(諸如銀(Ag))顯示低電阻，故金屬奈米片及由彼製備之導電性薄膜可展現更優異導電性。
前文解釋之金屬奈米片使得即使在將包含彼之導電性印墨組成物印刷於任意物質或由聚合物、玻璃、或金屬所形成的基材上之後不對彼應用高溫熱處理程序，亦可能製備具有優異導電性之各種導電性薄膜，諸如導電性圖案或導電性膜。特別是，金屬奈米片及包含彼之導電性印墨組成物不需要高溫熱處理程序，且可應用於由任何材料所形成的基板上來形成各種導電性圖案或導電性薄膜。因此， 金屬奈米片非常適於應用在導電性印墨組成物以供形成包括在各種顯示裝置(諸如PDP或LCD)、半導體裝置或太陽能電池中的各種導電性薄膜，例如各種導電性膜或導電性圖案，諸如各種電極、佈線或電磁屏蔽薄膜。例如，金屬奈米片可印刷在透明基板上且應用於形成透明導電性薄膜(諸如包括在觸控面板中之透明導電性膜)，應用於形成半導體基板之各種佈線圖案或電極，或應用於形成各種顯示裝置之各種佈線圖案、電極或電磁屏蔽濾波器。及，由於金屬奈米片可對不同熱度展現優異導電性，亦可應用於形成各種導熱薄膜。特別是，金屬奈米片會更適於在需要低溫熱處理之環境下應用。
同時，根據本發明一態樣之金屬奈米片的製備方法包括使導電性聚合物與金屬鹽反應之步驟。其揭露微小金屬粒子可在具有廣面積之平面的板形狀中由導電性聚合物之介質連接，且即使在相對低溫及壓力下進行反應亦可經由此反應程序製備具有上述特徵的金屬奈米片。特別是，由於此反應程序不需要高溫及高壓之反應條件，且反應物在單一步驟中反應，金屬奈米片非常容易且簡單地製備，且因高溫及高壓反應所造成的金屬之氧化受到抑制，故所製備之金屬奈米片可實質上不包含金屬氧化物。
根據本發明一實施態樣，金屬奈米片之製備方法可包含形成包含導電性聚合物之分散溶液，以及藉由將該金屬鹽置入該分散溶液而使該導電性聚合物與該金屬鹽反應之步驟。該反應步驟即使在低溫及常壓下亦可有效進行，特 別是在低溫環境下進行，例如約-40℃至約30℃，較佳為約-40℃至約15℃，及約0.5至2大氣壓力下進行約10分鐘至約250小時，及可藉此有效地製備具有上述特徵之根據本發明一實施態樣的金屬奈米片。
根據本發明一實施態樣，任何已知任意導電性聚合物(例如聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、或其共聚物)可用作此製備方法中之導電性聚合物而無特別限制。
此外，可使用具有導電性之任意金屬鹽作為金屬鹽，及可使用先前已用作形成導電性奈米粒子之前驅物的常用金屬鹽而無特別限制。例如，可使用一或多種自由銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銥(Ir)、釕(Ru)、銠(Rh)、銅(Cu)、及鎳(Ni)所組成之群組的金屬鹽，及可使用該金屬或貴金屬之硝酸鹽、硫酸鹽、乙酸鹽、鹵化物、碳酸鹽、乳酸鹽、氰化物、氰酸鹽、磺酸鹽等。
更特別的是，例如，為了製備包含銀(Ag)之具有優異導電性的金屬奈米片作為金屬組分，可使用銀(Ag)之鹽作為金屬鹽，及可使用硝酸銀(AgNO3)、硫酸銀(Ag2SO4)、乙酸銀(Ag(CH3COO))；銀鹵化物，諸如氟化銀(AgF)、氯化銀(AgCl)、溴化銀(AgBr)或碘化銀(AgI)、氰化銀(AgCN)、氰酸銀(AgOCN)、乳酸銀(Ag(CH3CHOHCOO))、碳酸銀(Ag2CO3)、過氯酸銀(AgClO4)、三氟乙酸銀(silver acetate trifluoride)(Ag(CF3COO))或三氟化甲基磺酸銀(silver trifluoride methyl sulfonate)(Ag(CF3SO3))等，但不局限於此或受其限制，及可使用已用於作為形成本技術領 域中之導電性奈米粒子的前驅物之其他常用金屬鹽而無特別限制。
及，可確定的是，除了上示導電性聚合物或金屬鹽之外，可使用任何導電性聚合物或各種導電性金屬之鹽。
及，雖然只反應金屬鹽及導電性聚合物以製備金屬奈米片，但當該金屬鹽之金屬組分(即，待包括在該金屬奈米片中之金屬組分)的還原電位相對低時，該金屬組分可在該導電性聚合物上從金屬鹽更有效還原，且該反應可變得更快及產率可由在還原劑之存在下進行該金屬鹽與該導電性聚合物之反應而提高。從而可輕易地獲得具有高產率之金屬奈米片。
此時，可用還原劑之種類可根據金屬鹽之金屬組分的種類而改變，及可選擇並使用具有比金屬鹽或對應金屬離子更低之標準還原電位者以還原對應金屬鹽。作為還原劑，可根據每一種金屬組分之種類使用眾所周知的還原劑而無特別限制，例如可使用多價酚系化合物，諸如肼、抗壞血酸、氫醌、間苯二酚或兒茶酚(cathecol)；胺系化合物，諸如三乙胺；吡啶系化合物，諸如二甲胺基吡啶；醛系化合物，諸如甲醛；多價醇系化合物，諸如乙二醇、或其混合物。
根據本發明一實施態樣，金屬鹽與導電性聚合物之反應可在選自由以下所組成之群組的溶劑(下文稱為「第一溶劑」)中進行：水、醇、丙酮、甲基乙基酮(MEK)、乙二醇、甲醯胺(HCONH2)、二甲基甲醯胺(DMF)、二甲基乙醯 胺(DMAc)、二甲亞碸(DMSO)、N-甲基吡咯啶酮(NMP)、及其混合溶劑。例如，導電性聚合物與金屬鹽之反應可藉由將導電性聚合物分散在醇中以形成分散溶液及藉由將金屬鹽添加至該分散溶液之方法進行，而當使用水溶性導電性聚合物(諸如聚苯胺)時，該導電性聚合物可分散於水中且該反應可藉由於其中添加金屬鹽來進行。
此時，金屬鹽可作為固體添加，或可將其製成溶液然後添加。若所獲得之混合分散液維持在上述溫度及壓力條件下預定時間，在該分散液中形成金屬奈米片。在該反應程序中，各溶劑物之添加順序或形成方法及分散液之混合順序等可由熟習相關技術之人士做明顯修改。
由上述方法所製備之金屬奈米片可與溶劑混合以提供可印刷導電性印墨組成物或提供各種反應之觸媒等。
同時，根據本發明其他態樣之導電性印墨組成物包含由導電性聚合物之介質連接的金屬且厚度為約0.5nm至約100nm、直徑為約200nm或更大、及寬度係大於該厚度及等於或小於該直徑(其中寬度/直徑之比為約0.6至約1)之金屬奈米片，及第二溶劑。
包含在該導電性印墨組成物中之金屬奈米片的細節與前文相同。換言之，金屬奈米片可由低電阻單一金屬組分(諸如銀(Ag))構成同時實質上不包含金屬氧化物，且其可為具有奈米等級之尺寸(厚度)的微小金屬粒子形成具有廣面積之平面的板形狀。
根據本發明之一實施態樣，可使用先前導電性印墨組 成物中所包含的任何任意溶劑作為第二溶劑而無特別限制，例如可使用一或多種選自由以下所組成之群組的溶劑，但不局限於此或受其限制：醇系溶劑(諸如乙醇)、烷基醚系醇溶劑、芳基醚系醇溶劑、酯系溶劑、醯胺系溶劑、胺系溶劑、脂族烴系溶劑、及芳族烴系溶劑。
因此，若將該印墨組成物印刷在基板上，可在不應用進行以供減少或熔融連接導電性奈米粒子之高溫熱處理程序的情況下形成導電性薄膜，諸如展現優異導電性的各種導電性膜或導電性圖案。
換言之，若將該導電性印墨組成物印刷在基板上然後在低溫下簡單地乾燥(或熱處理)以去除溶劑，可形成包含複數個奈米片之導電性薄膜(諸如各種導電性膜或導電性圖案)，該等奈米片實質上不包含金屬氧化物且係形成具有奈米等級厚度之金屬膜形成具有廣面積的平面之板形狀，因此該導電性膜或導電性圖案可展現非常優異導電性。
因此，該導電性印墨組成物可較佳地應用於形成各種導電性薄膜，諸如包括在顯示裝置(諸如PDP或LCD)、半導體裝置或太陽能電池中之電極、佈線或電磁屏蔽薄膜的各種導電性膜或導電性圖案，或導熱薄膜。例如，導電性印墨組成物可印刷在透明基板上且應用於形成包括在觸控面板中之透明導電性膜，應用於形成半導體基板之各種佈線圖案或電極，或應用於形成各種顯示裝置之各種佈線圖案、電極或電磁屏蔽濾波器。特別是，該導電性印墨組成 物更適於應用在在需要低溫熱處理之環境下，由於不需要高溫熱處理，其可克服可應用基板之種類的限制。
及，可提供該金屬奈米片作為各種反應之觸媒，及可根據反應而包含適用貴金屬組分。由於此觸媒包含含有貴金屬成分之金屬奈米片代替常用貴金屬微粒子(貴金屬奈米粒子)，可相對增加具有催化活性之貴金屬成分與反應物的接觸面積。如此，即使貴金屬組分含量低之亦可展現相對優異活性。
同時，包含上述奈米片之導電性印墨組成物或觸媒可具有本技術領域中眾所周知之導電性印墨組成物或貴金屬觸媒的組分，但其包含該金屬奈米片代替常用金屬奈米粒子或具有不同形狀之金屬奈米結構。例如，除了該金屬奈米片及該第二溶劑之外，該導電性印墨組成物可進一步視必要包含已包含在常見導電性印墨組成物中的任意組分，例如分散劑、黏合劑、及顏料。
此外，該導電性印墨組成物可包含以該組成物之總重量為基準計為約0.01重量%至約95重量%之金屬奈米片。藉此，該金屬奈米片於該導電性印墨組成物中的分散性變良好，及稍後變得可能藉由輕易地消除溶劑來製備導電性膜或導電性圖案。
同時，根據本發明又其他態樣之導電性薄膜包含該金屬奈米片。該導電性薄膜可為例如導電性膜或導電性圖案。此種導電性薄膜顯示優異導電性但在其製備程序中不需要高溫熱處理程序，因此可克服諸如可應用基板之種類 的限制等技術性限制，且可應用於各種基板及電氣裝置或電子裝置。
此導電性薄膜例如可藉由用於印刷或塗覆上述導電性印墨組成物及藉由在低溫(例如約50℃至約200℃)乾燥或熱處理來消除包含在該導電性印墨組成物中的溶劑等之方法形成。
金屬奈米片(例如銀(Ag)奈米片)可連接在一起形成如上述製備之導電性薄膜中的導電性通道。在此導電性通道中，在金屬奈米片彼此相會的接觸點之金屬奈米片的寬面之間、窄面之間、邊緣之間、或頂點之間可能有接觸。然而，考慮到在塗覆該導電性薄膜期間所提供的剪力連同前文所揭示之金屬奈米片的廣工作平面面積，該等金屬奈米片極有可能以其寬面位在底部之形式分布於該導電性薄膜中，及該等寬面之間的接觸可能性變得更高。當導電性薄膜係從包含其他奈米結構形式(諸如奈米線等)之印墨組成物形成時，由窄線或點所形成的該等奈米結構之接觸點的可能性變得更高，導電性通道之電阻提高且導電性相對地降低。然而，根據本發明其他實施態樣之導電性薄膜的金屬奈米片之接觸點由寬面形成的可能性高，因此，可預測該薄膜具有優於先前已知薄膜的導電性。
因此，該導電性薄膜可形成為包含在各種顯示裝置、半導體裝置或太陽能電池中之電極、佈線或電磁屏蔽薄膜的任意導電性膜或導電性圖案，且可為透明導電性薄膜，諸如在透明基板上形成且包含於觸控面板中的透明導電性 膜。
特別是，當應用此導電性薄膜之觸控面板、太陽能電池、顯示裝置或半導體裝置包含在無高溫熱處理程序的情況下形成導電性組件且顯示優異導電性，技術性限制(諸如可應用基板之種類的限制)減少，及變得可能展現優異特徵。
同時，此等觸控面板、太陽能電池、顯示裝置或半導體裝置可根據常用程序製備，惟獨從導電性印墨組成物所製備之導電性薄膜係包含在其中。
下文將藉由下列實施例詳細解釋本發明。然而，該等實施例僅提出以說明本發明，本發明之範圍不局限於此。
發明詳細說明 製備試劑
試劑用以製備後述之銀奈米片的如下，且可購買後即用可無特殊純化。
苯胺鹽酸鹽(Aldrich，97%)、2-胺基苯甲酸(Aldrich，99%)、1,3-苯二胺(Aldrich，99+%)、1,3-丙磺內酯(1,3-propane sultone)(Aldrich，98%)、過硫酸銨(Acros，98%)、K2PtCI4(Aldrich)、Pd(NO3)2．H2O(Aldrich，~40% Pd基準)、AuCl3(Aldrich，99%)、HCl(Duksan)、HNO3(Duksan)、AgNO3(Acros，Wako，99%)、乙二醇(Aldrich，99.8%)
合成導電性聚合物 <合成實例1> 合成N-(1’,3'-苯二胺基)-3-丙磺酸酯
在1L燒瓶中，將54.07g(0.500mol)之間-苯二胺及61.07g(0.500mol)之1,3-丙磺內酯溶解於500ml之THF中，且使該混合物回流及攪動24小時。將其冷卻至室溫並以玻璃過濾器過濾，然後以1000ml之THF：n-Hex 1：1(v/v)混合溶劑清洗及真空過濾而獲得108.52g之灰藍色粉末(0.472mol，94.3%產率)。所獲得之N-(1',3'-苯二胺基)-3-丙磺酸酯具有下示反應式a之反應產物的化學結構。
<合成實例2> 合成P[鄰胺苯甲酸]0.5-N-1',3'-苯二胺基)-3-丙磺酸酯]0.5
將3.43g之鄰胺苯甲酸及合成實例1中所獲得之5.75g之N-(1',3'-苯二胺基)-3-丙磺酸酯溶解於300ml之HCl溶液與100ml之EtOH的混合溶液中，且在10分鐘內於其中添加將200ml之溶解有14.21g的過磺酸銨之0.2M HCl溶液，然後攪動該混合物24小時。將3.6L之丙酮添加至該溶液以獲得聚苯胺聚合物沉澱物，其係在4000rpm 下離心1小時以分離該沉澱物。然後，以丙酮/0.2M HCl(6：1 v/v)之混合溶液清洗3次並予以乾燥而獲得6.12g之P[鄰胺苯甲酸]0.5-[N-(1',3'-苯二胺基)-3-丙磺酸酯]0.5(66.4%產率)。確認所獲得之聚苯胺的兩種重複單元的組成比為52：48(藉由固態NMR分析)，且確認重量平均分子量為約2830(藉由GPC分析)。及，確認P[鄰胺苯甲酸]0.5-[N-(1',3'-苯二胺基)-3-丙磺酸酯]0.5導電性聚合物具有下示反應式b之反應產物的化學結構。
<合成實例3> 合成P[ANi]0.5-[N-(1'3'-苯二胺基)-3-丙磺酸酯]0.5
以與合成實例2相同之方式獲得4.72g之P[ANi]0.5-[N-(1',3'-苯二胺基)-3-丙磺酸酯]0.5，惟獨使用3.24g之苯胺鹽酸鹽代替3.43g之鄰胺苯甲酸。如此獲得之P[ANi]0.5-[N-(1',3'-苯二胺基)-3-丙磺酸酯]0.5係以下示化學式a之重複單元結構表示。
[化學式a] P[ANi]0.5-[N-(1',3'-苯二胺基)-3-丙磺酸酯]0.5
製備金屬奈米片 <實施例1>
將100mg之合成實例2中所製備的導電性聚合物P[鄰胺苯甲酸]0.5-[N-(1’,3'-苯二胺基)-3-丙磺酸酯]0.5及167mg之AgNO3分散在50ml之蒸餾水中，且使之置於4℃下168小時。以濾紙過濾金屬奈米片之沉澱塊、以50ml之蒸餾水溶劑，及使之乾燥以獲得精製金屬奈米片。
<實施例2>
將100mg之合成實例2中所製備的P[鄰胺苯甲酸]0.5-[N-(1’,3'-苯二胺基)-3-丙磺酸酯]0.5及167mg之AgNO3分散在25ml之蒸餾水及25ml之乙二醇的混合溶液中，且使之置於-25℃下168小時。以濾紙過濾金屬奈米片之沉澱塊、以50ml之蒸餾水溶劑，及使之乾燥以獲得精製金屬奈米片。
<實施例3>
將100mg之合成實例3中所製備的導電性聚合物P[ANi]0.5-[N-(1’,3'-苯二胺基)-3-丙磺酸酯]0.5及167mg之AgNO3分散在50ml之蒸餾水中，且使之置於4℃下168小時。以濾紙過濾金屬奈米片之沉澱塊、以50ml之蒸餾水溶劑，及使之乾燥以獲得精製金屬奈米片。
圖1至3為實施例1至3中所獲得之銀奈米片的SEM照片。如此獲得之銀奈米片的尺寸係使用該等SEM照片測量，且辨識該等奈米片顯示平均厚度為約10nm至約20nm且直徑或寬度為約1μm至約2μm之板形狀。

Claims (22)

  1. 一種金屬奈米片，其包含由導電性聚合物之介質連接的金屬且厚度為0.5nm至100nm、直徑為200nm或更大、及寬度係大於該厚度及等於或小於該直徑，其中寬度/直徑之比為0.6至1。
  2. 如申請專利範圍第1項之金屬奈米片，其中該直徑為200nm至100μm。
  3. 如申請專利範圍第1項之金屬奈米片，其中該寬度為120nm至100μm。
  4. 如申請專利範圍第1項之金屬奈米片，其中直徑/厚度之比為10至20,000。
  5. 如申請專利範圍第1項之金屬奈米片，其中該金屬奈米片具有多邊形、圓形或橢圓形之板形狀。
  6. 如申請專利範圍第1項之金屬奈米片，其中該金屬奈米片包含少於1重量%之金屬氧化物。
  7. 如申請專利範圍第1項之金屬奈米片，其中該金屬包含選自由以下所組成之群組中的一或多種金屬：銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銥(Ir)、釕(Ru)、銠(Rh)、銅(Cu)、及鎳(Ni)。
  8. 如申請專利範圍第1項之金屬奈米片，其中該金屬奈米片僅包含銀(Ag)作為金屬組分。
  9. 一種用於製備金屬奈米片之方法，其包括使導電性聚合物與金屬鹽反應之步驟。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該使導電性 聚合物與金屬鹽反應之步驟係於-40℃至30℃進行。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該使導電性聚合物與金屬鹽反應之步驟係進行10分鐘至250小時。
  12. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該方法包括形成包含該導電性聚合物之分散溶液；及藉由將該金屬鹽置入該分散溶液而使該導電性聚合物與該金屬鹽反應。
  13. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該導電性聚合物包含一或多種由以下所組成之群組的聚合物：聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、及其共聚物。
  14. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該金屬鹽為選自由以下所組成之群組中的一或多種金屬鹽：銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銥(Ir)、釕(Ru)、銠(Rh)、銅(Cu)、及鎳(Ni)。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中銀鹽為選自由以下所組成之群組中的一或多種鹽：硝酸銀(AgNO3)、硫酸銀(Ag2SO4)、乙酸銀(Ag(CH3COO))、氟化銀(AgF)、氯化銀(AgCl)、溴化銀(AgBr)、碘化銀(AgI)、氰化銀(AgCN)、氰酸銀(AgOCN)、乳酸銀(Ag(CH3CHOHCOO))、碳酸銀(Ag2CO3)、過氯酸銀(AgClO4)、三氟乙酸銀(Ag(CF3COO))、及三氟磺酸銀(Ag(CF3SO3))。
  16. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該導電性聚 合物與該金屬鹽之反應係在包含一或多種選自由以下所組成之群組的溶劑之第一溶劑中進行：水、醇、丙酮、甲基乙基酮(MEK)、乙二醇、甲醯胺(HCONH2)、二甲基甲醯胺(DMF)、二甲基乙醯胺(DMAc)、二甲亞碸(DMSO)、N-甲基吡咯啶酮(NMP)。
  17. 一種導電性印墨組成物，其包含如申請專利範圍第1至8項中任一項之金屬奈米片及第二溶劑。
  18. 如申請專利範圍第17項之導電性印墨組成物，其另外包含一或多種由以下所組成之群組的組分：分散劑、黏合劑及顏料。
  19. 如申請專利範圍第17項之導電性印墨組成物，其中該第二溶劑包含一或多種選自由以下所組成之群組的溶劑：水、醇系溶劑、烷基醚系醇溶劑、芳基醚系醇溶劑、酯系溶劑、醯胺系溶劑、胺系溶劑、脂族烴系溶劑、及芳族烴系溶劑。
  20. 一種導電性薄膜，其包含如申請專利範圍第1至8項中任一項之金屬奈米片。
  21. 如申請專利範圍第20項之導電性薄膜，其中該導電性薄膜為顯示裝置、半導體裝置或太陽能電池之導電性膜或導電性圖案。
  22. 如申請專利範圍第21項之導電性薄膜，其中該導電性薄膜為觸控面板之透明導電性薄膜。
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