TW201936933A - 銀微粒子之製造方法及銀微粒子 - Google Patents
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Abstract
本發明提供可一邊維持導電性等性能,一邊在更低的溫度下形成配線的銀微粒子之製造方法及銀微粒子。銀微粒子之製造方法係使用銀的粉末,藉由氣相法製造銀微粒子之製造方法,具有將有機酸供給至銀微粒子之步驟。氣相法例如為電漿法或火焰法。銀微粒子具有至少包含羧基的表面被覆物。
Description
本發明關於使用氣相法的銀微粒子之製造方法及銀微粒子,尤其關於導電配線等之形成中所利用的銀微粒子之製造方法及銀微粒子。
現在,平板型電腦及智慧型手機等組合液晶顯示裝置等的顯示裝置與觸控面板而利用,使用觸控面板的輸入操作係廣泛普及。
於觸控面板中,使用採用ITO(氧化銦錫)等的透明導電膜所形成之電極。為了增加觸控面板等的設計自由度,在觸控面板要求可撓性。然而,ITO等的特性為不耐彎曲,不適合彎曲使用形態的觸控面板之電極。因此,有提案以金屬構成電極之觸控面板。
例如,於專利文獻1之觸控面板中,觸控面板用電極係由導電性油墨所構成。作為導電性油墨,例示銀油墨組成物。
於觸控面板中,使用採用ITO(氧化銦錫)等的透明導電膜所形成之電極。為了增加觸控面板等的設計自由度,在觸控面板要求可撓性。然而,ITO等的特性為不耐彎曲,不適合彎曲使用形態的觸控面板之電極。因此,有提案以金屬構成電極之觸控面板。
例如,於專利文獻1之觸控面板中,觸控面板用電極係由導電性油墨所構成。作為導電性油墨,例示銀油墨組成物。
又,於要求可撓性的觸控面板中,對於基板要求可撓性,要求使用PET(聚對苯二甲酸乙二酯)及PE(聚乙烯)等之通用樹脂。於基板使用PET及PE等的通用樹脂時,相較於將玻璃或陶瓷使用於基板之情況,由於耐熱性低,必須在更低溫下形成電極。
例如,專利文獻2中記載用於觸控面板等的透明導電層之形成的組成物。組成物包含銀奈米線等的金屬奈米線、黏結劑及有機酸等的酸。
又,專利文獻3中記載可利用於觸控面板之配線的銀微粒子之製造方法。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
例如,專利文獻2中記載用於觸控面板等的透明導電層之形成的組成物。組成物包含銀奈米線等的金屬奈米線、黏結劑及有機酸等的酸。
又,專利文獻3中記載可利用於觸控面板之配線的銀微粒子之製造方法。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2016-71629號公報
[專利文獻2]日本特開2016-60754號公報
[專利文獻3]國際公開第2016/080528號
[專利文獻2]日本特開2016-60754號公報
[專利文獻3]國際公開第2016/080528號
[發明所欲解決的課題]
如上述,專利文獻2中記載用於觸控面板等的透明導電層之形成的組成物,專利文獻3中記載可用於觸控面板之配線的銀微粒子之製造方法。然而,現狀為希望可一邊維持導電性等性能,一邊在更低的溫度下形成配線者。
本發明之目的在於消除以前述習知技術為基礎的問題點,提供可一邊維持導電性等性能,一邊在更低的溫度下形成配線的銀微粒子之製造方法及銀微粒子。
[解決課題的手段]
[解決課題的手段]
為了達成上述目的,本發明提供一種銀微粒子之製造方法,其係使用銀的粉末,藉由氣相法製造銀微粒子之製造方法,其特徵為:具有將有機酸供給至銀微粒子之步驟。
氣相法較佳為熱電漿法或火焰法。
供給有機酸之步驟較佳為將含有有機酸的水溶液噴霧至有機酸進行熱分解的環境中。
有機酸較佳為僅以C、O及H所構成。有機酸較佳為L-抗壞血酸、甲酸、戊二酸、琥珀酸、草酸、DL-酒石酸、乳糖一水合物、麥芽糖一水合物、馬來酸、D-甘露糖醇、檸檬酸、蘋果酸及丙二酸中的至少1種。
供給有機酸之步驟較佳為將含有有機酸的水溶液噴霧至有機酸進行熱分解的環境中。
有機酸較佳為僅以C、O及H所構成。有機酸較佳為L-抗壞血酸、甲酸、戊二酸、琥珀酸、草酸、DL-酒石酸、乳糖一水合物、麥芽糖一水合物、馬來酸、D-甘露糖醇、檸檬酸、蘋果酸及丙二酸中的至少1種。
又,本發明提供一種銀微粒子,其特徵為:具有表面被覆物,表面被覆物至少包含羧基。
例如,銀微粒子之粒徑為1~100nm。
還有,本發明提供一種銀微粒子,其特徵為:具有表面被覆物,表面被覆物係以有機酸之熱分解產生的有機物所構成。例如,銀微粒子之粒徑為1~100nm。
有機酸較佳為僅以C、O及H所構成。有機酸較佳為L-抗壞血酸、甲酸、戊二酸、琥珀酸、草酸、DL-酒石酸、乳糖一水合物、麥芽糖一水合物、馬來酸、D-甘露糖醇、檸檬酸、蘋果酸及丙二酸中的至少1種。其中,有機酸較佳為檸檬酸或蘋果酸。
又,本發明提供一種銀微粒子,其係以上述本發明的銀微粒子之製造方法所製造。
[發明的效果]
例如,銀微粒子之粒徑為1~100nm。
還有,本發明提供一種銀微粒子,其特徵為:具有表面被覆物,表面被覆物係以有機酸之熱分解產生的有機物所構成。例如,銀微粒子之粒徑為1~100nm。
有機酸較佳為僅以C、O及H所構成。有機酸較佳為L-抗壞血酸、甲酸、戊二酸、琥珀酸、草酸、DL-酒石酸、乳糖一水合物、麥芽糖一水合物、馬來酸、D-甘露糖醇、檸檬酸、蘋果酸及丙二酸中的至少1種。其中,有機酸較佳為檸檬酸或蘋果酸。
又,本發明提供一種銀微粒子,其係以上述本發明的銀微粒子之製造方法所製造。
[發明的效果]
依照本發明,可製造能一邊維持導電性等性能,一邊在更低的溫度下形成配線的銀微粒子。
又,依照本發明,可提供能一邊維持導電性等性能,一邊在更低的溫度下形成配線之銀微粒子。
又,依照本發明,可提供能一邊維持導電性等性能,一邊在更低的溫度下形成配線之銀微粒子。
[實施發明的形態]
以下,根據附圖所示的合適實施形態,詳細說明本發明之銀微粒子之製造方法及銀微粒子。
以下,說明本發明的銀微粒子之製造方法的一例。
圖1顯示本發明之實施形態的銀微粒子之製造方法中所用的微粒子製造裝置的一例之模型圖。
圖1所示的微粒子製造裝置10(以下,簡稱製造裝置10)係用於銀微粒子之製造。
以下,說明本發明的銀微粒子之製造方法的一例。
圖1顯示本發明之實施形態的銀微粒子之製造方法中所用的微粒子製造裝置的一例之模型圖。
圖1所示的微粒子製造裝置10(以下,簡稱製造裝置10)係用於銀微粒子之製造。
製造裝置10具有產生熱電漿之電漿炬12、將銀微粒子的原料粉末供給至電漿炬12內之材料供給裝置14、用於生成銀的一次微粒子15之具有冷卻槽的功能之腔室16、酸供給部17、從銀的一次微粒子15去除具有任意規定的粒徑以上之粒徑的粗大粒子之旋風器19、及回收藉由旋風器19所分級之具有所欲粒徑之銀的二次微粒子18之回收部20。供給有機酸之前的銀之一次微粒子15係本發明之銀微粒子的製造途中者,銀的二次微粒子18係相當於本發明之銀微粒子。
關於材料供給裝置14、腔室16、旋風器19、回收部20,例如可使用日本特開2007-138287號公報的各種裝置。還有,將銀的一次微粒子15亦簡稱一次微粒子15。
關於材料供給裝置14、腔室16、旋風器19、回收部20,例如可使用日本特開2007-138287號公報的各種裝置。還有,將銀的一次微粒子15亦簡稱一次微粒子15。
於本實施形態中,在銀微粒子之製造中,使用銀的粉末。銀的粉末係以在熱電漿焰中容易地蒸發之方式,適宜設定其平均粒徑,平均粒徑例如為100μm以下,較佳為10μm以下,更佳為5μm以下。
電漿炬12係由石英管12a與捲繞其外側的高頻振盪用線圈12b所構成。在電漿炬12的上部,於其中央部設有用於將銀微粒子的原料粉末供給至電漿炬12內的後述供給管14a。電漿氣體供給口12c係形成在供給管14a之周邊部(同一圓周上),電漿氣體供給口12c為環狀。
電漿氣體供給源22係將電漿氣體供給至電漿炬12內者,例如具有第1氣體供給部22a與第2氣體供給部22b。第1氣體供給部22a與第2氣體供給部22b係通過配管22c而連接至電漿氣體供給口12c。在第1氣體供給部22a與第2氣體供給部22b各自設有未圖示之用於調整供給量的閥等之供給量調整部。電漿氣體係從電漿氣體供給源22,經過環狀的電漿氣體供給口12c,從箭頭P所示的方向與箭頭S所示方向供給至電漿炬12內。
於電漿氣體中,例如使用氫氣與氬氣之混合氣體。此時,於第1氣體供給部22a中儲存氫氣,於第2氣體供給部22b中儲存氬氣。從電漿氣體供給源22的第1氣體供給部22a將氫氣,從第2氣體供給部22b將氬氣,通過配管22c,經過電漿氣體供給口12c,從箭頭P所示的方向與箭頭S所示的方向供給至電漿炬12內。還有,亦可在箭頭P所示的方向,僅供給氬氣。
若將高頻電壓施加於高頻振盪用線圈12b,則在電漿炬12內產生熱電漿焰24。
若將高頻電壓施加於高頻振盪用線圈12b,則在電漿炬12內產生熱電漿焰24。
熱電漿焰24的溫度必須比原料粉末的沸點更高。另一方面,雖然熱電漿焰24的溫度愈高,原料粉末愈容易成為氣相狀態而較宜,但溫度並無特別的限定。例如,亦可將熱電漿焰24的溫度設為6000℃,茲認為理論上可到達10000℃左右。
又,電漿炬12內的壓力環境較佳為大氣壓以下。此處,關於大氣壓以下的環境,並沒有特別的限定,例如為0.5~100kPa。
又,電漿炬12內的壓力環境較佳為大氣壓以下。此處,關於大氣壓以下的環境,並沒有特別的限定,例如為0.5~100kPa。
另外,石英管12a之外側係被形成同心圓狀的管(未圖示)所包圍,於此管與石英管12a之間循環冷卻水而水冷石英管12a,防止因在電漿炬12內所產生的熱電漿焰24而石英管12a變得過度高溫。
材料供給裝置14係通過供給管14a而連接至電漿炬12的上部。材料供給裝置14例如可將原料粉末以粉末形態供給至電漿炬12內的熱電漿焰24中。
作為將銀的粉末以粉末形態供給之材料供給裝置14,如上述,例如可使用日本特開2007-138287號公報中揭示者。此時,材料供給裝置14例如具有:儲存銀的粉末之儲存槽(未圖示);定量搬運銀的粉末之螺桿進料器(未圖示);於將經螺桿進料器所搬運之銀的粉末予以最終散布之前,使其分散成一次粒子的狀態之分散部(未圖示);及,載體氣體供給源(未圖示)。
作為將銀的粉末以粉末形態供給之材料供給裝置14,如上述,例如可使用日本特開2007-138287號公報中揭示者。此時,材料供給裝置14例如具有:儲存銀的粉末之儲存槽(未圖示);定量搬運銀的粉末之螺桿進料器(未圖示);於將經螺桿進料器所搬運之銀的粉末予以最終散布之前,使其分散成一次粒子的狀態之分散部(未圖示);及,載體氣體供給源(未圖示)。
與從載體氣體供給源施加有擠出壓力的載體氣體一起,銀的粉末係通過供給管14a,供給至電漿炬12內的熱電漿焰24中。
材料供給裝置14只要能防止銀的粉末之凝聚,維持著分散狀態,將銀的粉末散布於電漿炬12內,則其構成並沒有特別的限定。於載體氣體,例如使用氬氣等的惰性氣體。載體氣體流量例如可使用浮子式流量計等的流量計進行控制。又,載體氣體之流量值為流量計之刻度值。
材料供給裝置14只要能防止銀的粉末之凝聚,維持著分散狀態,將銀的粉末散布於電漿炬12內,則其構成並沒有特別的限定。於載體氣體,例如使用氬氣等的惰性氣體。載體氣體流量例如可使用浮子式流量計等的流量計進行控制。又,載體氣體之流量值為流量計之刻度值。
腔室16係鄰接設置於電漿炬12之下方,連接氣體供給裝置28。於腔室16內生成銀的一次微粒子15。又,腔室16具有冷卻槽之功能。
氣體供給裝置28係將冷卻氣體供給至腔室16內。氣體供給裝置28具有第1氣體供給源28a及第2氣體供給源28b與配管28c,更設有對於供給至腔室16內的冷卻氣體施加擠出壓力之壓縮機、鼓風機等的壓力賦予手段(未圖示)。又,設有控制來自第1氣體供給源28a的氣體供給量之壓力控制閥28d,設有控制來自第2氣體供給源28b的氣體供給量之壓力控制閥28e。例如,在第1氣體供給源28a中儲存氬氣,在第2氣體供給源28b中儲存甲烷氣體(CH4
氣體)。此時,冷卻氣體為氬氣與甲烷氣體之混合氣體。
氣體供給裝置28係向熱電漿焰24的尾部,即與電漿氣體供給口12c相反側的熱電漿焰24之端,即熱電漿焰24之終端部,例如以45°的角度,在箭頭Q的方向,供給氬氣與甲烷氣體之混合氣體作為冷卻氣體,而且沿著腔室16的內側壁16a,從上方向下方,即在圖1所示的箭頭R之方向,供給上述的冷卻氣體。
藉由從氣體供給裝置28供給至腔室16內的冷卻氣體,將因熱電漿焰24成為氣相狀態之銀的粉末予以急速冷卻,得到銀的一次微粒子15。此外,上述冷卻氣體亦具有對於旋風器19中的一次微粒子15之分級有所助益等的附加作用。冷卻氣體例如為氬氣與甲烷氣體之混合氣體。
若在銀的一次微粒子15之剛生成後微粒子彼此碰衝,形成凝聚體,發生粒徑的不均勻,則成為品質降低的主要因素。然而,朝向熱電漿焰的尾部(終端部),在箭頭Q的方向,作為冷卻氣體所供給的混合氣體,係稀釋一次微粒子15,故防止微粒子彼此碰衝及凝聚。
又,藉由在箭頭R方向作為冷卻氣體供給的混合氣體,而於一次微粒子15的回收過程中,防止一次微粒子15附著到腔室16的內側壁16a,提高所生成的一次微粒子15之產率。
若在銀的一次微粒子15之剛生成後微粒子彼此碰衝,形成凝聚體,發生粒徑的不均勻,則成為品質降低的主要因素。然而,朝向熱電漿焰的尾部(終端部),在箭頭Q的方向,作為冷卻氣體所供給的混合氣體,係稀釋一次微粒子15,故防止微粒子彼此碰衝及凝聚。
又,藉由在箭頭R方向作為冷卻氣體供給的混合氣體,而於一次微粒子15的回收過程中,防止一次微粒子15附著到腔室16的內側壁16a,提高所生成的一次微粒子15之產率。
另外,於作為冷卻氣體使用的氬氣與甲烷氣體之混合氣體中,可更添加氫氣。此時,進一步設置第3氣體供給源(未圖示)與控制氣體供給量的壓力控制閥(未圖示),在第3氣體供給源中預先儲存氫氣。例如,氫氣只要是從箭頭Q及箭頭R之中的至少一方向來供給預定之量即可。
酸供給部17係對於經由冷卻氣體急速冷卻而得之銀的一次微粒子15,供給有機酸者。將具有溫度10000℃左右的熱電漿予以急速冷卻而生成,供給至比有機酸的分解溫度更高的溫度區域之有機酸係熱分解,在一次微粒子15之上,成為包含烴(CnHm)與帶來親水性及酸性的羧基(-COOH)或羥基(-OH)之有機物而析出。結果,得到具有酸性的性質之銀微粒子。
酸供給部17只要能將有機酸賦予至銀的一次微粒子15,則其構成並沒有特別的限定。例如,使用有機酸的水溶液,酸供給部17係將有機酸的水溶液噴霧至腔室16內。
酸供給部17具有:儲存有機酸的水溶液(未圖示)之容器(未圖示)及用於將容器內之有機酸的水溶液予以液滴化之噴霧氣體供給部(未圖示)。於噴霧氣體供給部中,使用噴霧氣體將水溶液液滴化,經液滴化的有機酸之水溶液AQ係被供給至腔室16內之銀的一次微粒子15。供給該有機酸的水溶液AQ時(供給有機酸之步驟),腔室16內的環境為有機酸進行熱分解之環境。
於有機酸的水溶液中,例如在溶劑使用純水。有機酸較佳為水溶性,且為低沸點,較佳為僅以C、O及H所構成。作為有機酸,例如可使用L-抗壞血酸(C6 H8 O6 )、甲酸(CH2 O2 )、戊二酸(C5 H8 O4 )、琥珀酸(C4 H6 O4 )、草酸(C2 H2 O4 )、DL-酒石酸(C4 H6 O6 )、乳糖一水合物、麥芽糖一水合物、馬來酸(C4 H4 O4 )、D-甘露糖醇(C6 H14 O6 )、檸檬酸(C6 H8 O7 )、蘋果酸(C4 H6 O5 )及丙二酸(C3 H4 O4 )等。較佳為使用上述的有機酸中之至少1種。
將有機酸的水溶液液滴化的噴霧氣體,例如係使用氬氣,但不限定於氬氣,可使用氮氣等的惰性氣體。
酸供給部17只要能將有機酸賦予至銀的一次微粒子15,則其構成並沒有特別的限定。例如,使用有機酸的水溶液,酸供給部17係將有機酸的水溶液噴霧至腔室16內。
酸供給部17具有:儲存有機酸的水溶液(未圖示)之容器(未圖示)及用於將容器內之有機酸的水溶液予以液滴化之噴霧氣體供給部(未圖示)。於噴霧氣體供給部中,使用噴霧氣體將水溶液液滴化,經液滴化的有機酸之水溶液AQ係被供給至腔室16內之銀的一次微粒子15。供給該有機酸的水溶液AQ時(供給有機酸之步驟),腔室16內的環境為有機酸進行熱分解之環境。
於有機酸的水溶液中,例如在溶劑使用純水。有機酸較佳為水溶性,且為低沸點,較佳為僅以C、O及H所構成。作為有機酸,例如可使用L-抗壞血酸(C6 H8 O6 )、甲酸(CH2 O2 )、戊二酸(C5 H8 O4 )、琥珀酸(C4 H6 O4 )、草酸(C2 H2 O4 )、DL-酒石酸(C4 H6 O6 )、乳糖一水合物、麥芽糖一水合物、馬來酸(C4 H4 O4 )、D-甘露糖醇(C6 H14 O6 )、檸檬酸(C6 H8 O7 )、蘋果酸(C4 H6 O5 )及丙二酸(C3 H4 O4 )等。較佳為使用上述的有機酸中之至少1種。
將有機酸的水溶液液滴化的噴霧氣體,例如係使用氬氣,但不限定於氬氣,可使用氮氣等的惰性氣體。
如圖1所示,於腔室16側設有用於將經供給有機酸之銀的一次微粒子15以所欲粒徑分級之旋風器19。此旋風器19具備:從腔室16供給一次微粒子15之入口管19a;與此入口管19a連接,位於旋風器19的上部之圓筒形狀外筒19b;從此外筒19b下部向下側連續,且直徑漸減之圓錐台部19c;連接於此圓錐台部19c下側,將具有上述所欲粒徑以上的粒徑之粗大粒子予以回收之粗大粒子回收腔室19d;及,連接於以後詳述的回收部20,穿透外筒19b之內管19e。
從旋風器19的入口管19a,包含一次微粒子15的氣流係沿著外筒19b內周壁吹入,藉此,該氣流係如圖1中箭頭T所示,從外筒19b的內周壁朝向圓錐台部19c方向流動,形成下降的廻旋流。
然後,當上述之下降的廻旋流反轉,成為上升流時,藉由離心力與阻力之平衡,粗大粒子係無法跟著上升流,而沿著圓錐台部19c側面下降,被粗大粒子回收腔室19d所回收。又,相較於離心力更會受到阻力之影響的微粒子係與圓錐台部19c內壁的上升流一起,從內管19e排出至系統外。
然後,當上述之下降的廻旋流反轉,成為上升流時,藉由離心力與阻力之平衡,粗大粒子係無法跟著上升流,而沿著圓錐台部19c側面下降,被粗大粒子回收腔室19d所回收。又,相較於離心力更會受到阻力之影響的微粒子係與圓錐台部19c內壁的上升流一起,從內管19e排出至系統外。
又,通過內管19e,從以後詳述的回收部20產生負壓(吸引力)。然後,藉由此負壓(吸引力),從上述之廻旋氣流所分離出的銀微粒子係如符號U所示地被吸引,通過內管19e而送到回收部20。
於旋風器19內之氣流出口的內管19e之延長部位上,設有將具有所欲的奈米級粒徑之二次微粒子(銀微粒子)18予以回收之回收部20。回收部20具備回收室20a、設於回收室20a內之過濾器20b、及通過設於回收室20a內下方的管而連接之真空泵30。從旋風器19所送出的微粒子,係藉由真空泵30吸引而拉進回收室20a內,以留在過濾器20b的表面上之狀態被回收。
再者,於上述之製造裝置10中,所使用的旋風器之個數係不限定於1個,也可為2個以上。
再者,於上述之製造裝置10中,所使用的旋風器之個數係不限定於1個,也可為2個以上。
接著,說明使用上述之製造裝置10的銀微粒子之製造方法的一例。
首先,作為銀微粒子的原料粉末,例如將平均粒徑為5μm以下的銀之粉末投入材料供給裝置14。
於電漿氣體,例如使用氬氣及氫氣,對於高頻振盪用線圈12b施加高頻電壓,使電漿炬12內產生熱電漿焰24。
又,從氣體供給裝置28,對於熱電漿焰24的尾部,即熱電漿焰24的終端部,在箭頭Q之方向,例如供給氬氣與甲烷氣體之混合氣作為冷卻氣體。此時,在箭頭R的方向,亦供給氬氣與甲烷氣體之混合氣體作為冷卻氣體。
其次,作為載體氣體,例如使用氬氣來氣體搬運銀的粉末,通過供給管14a供給至電漿炬12內的熱電漿焰24中。所供給之銀的粉末係在熱電漿焰24中蒸發而成為氣相狀態,藉由冷卻氣體急速冷卻,生成銀的一次微粒子15(銀微粒子)。再者,藉由酸供給部17,將經液滴化之有機酸的水溶液噴霧至銀的一次微粒子15。
首先,作為銀微粒子的原料粉末,例如將平均粒徑為5μm以下的銀之粉末投入材料供給裝置14。
於電漿氣體,例如使用氬氣及氫氣,對於高頻振盪用線圈12b施加高頻電壓,使電漿炬12內產生熱電漿焰24。
又,從氣體供給裝置28,對於熱電漿焰24的尾部,即熱電漿焰24的終端部,在箭頭Q之方向,例如供給氬氣與甲烷氣體之混合氣作為冷卻氣體。此時,在箭頭R的方向,亦供給氬氣與甲烷氣體之混合氣體作為冷卻氣體。
其次,作為載體氣體,例如使用氬氣來氣體搬運銀的粉末,通過供給管14a供給至電漿炬12內的熱電漿焰24中。所供給之銀的粉末係在熱電漿焰24中蒸發而成為氣相狀態,藉由冷卻氣體急速冷卻,生成銀的一次微粒子15(銀微粒子)。再者,藉由酸供給部17,將經液滴化之有機酸的水溶液噴霧至銀的一次微粒子15。
然後,在腔室16內所得之銀的一次微粒子15係從旋風器19的入口管19a,與氣流一起沿著外筒19b的內周壁被吹入,藉此,如圖1之箭頭T所示,該氣流係沿著外筒19b的內周壁流動,形成廻旋流而下降。而且,當上述之下降的廻旋流反轉,成為上升流時,藉由離心力與阻力之平衡,粗大粒子並無法跟著上升流,而沿著圓錐台部19c側面下降,被粗大粒子回收腔室19d所回收。又,相較於離心力更會受到阻力之影響的微粒子係與圓錐台部19c內壁的上升流一起,從內壁被排出系統外。
所排出的二次微粒子(銀微粒子)18係藉由真空泵30所造成的來自回收部20的負壓(吸引力),在圖1中符號U所示的方向被吸引,通過內管19e而送到回收部20,被回收部20的過濾器20b所回收。此時的旋風器19內之內壓較佳為大氣壓以下。又,二次微粒子(銀微粒子)18之粒徑係按照目的,規定奈米級的任意粒徑。
如此地,電漿處理銀的粉末,例如僅將有機酸的水溶液噴霧,可容易且確實地得到具有酸性的性質之銀微粒子。
另外,雖然使用熱電漿焰形成銀的一次微粒子,但是可使用氣相法形成銀的一次微粒子。因此,若為氣相法,則不限定於使用熱電漿焰之熱電漿法者,亦可為藉由火焰法,形成銀的一次微粒子之製造方法。
而且,藉由本實施形態的銀微粒子之製造方法所製造的銀微粒子,係其粒度分布範圍窄,即具有均勻的粒徑,幾乎沒有混入1μm以上的粗大粒子。
如此地,電漿處理銀的粉末,例如僅將有機酸的水溶液噴霧,可容易且確實地得到具有酸性的性質之銀微粒子。
另外,雖然使用熱電漿焰形成銀的一次微粒子,但是可使用氣相法形成銀的一次微粒子。因此,若為氣相法,則不限定於使用熱電漿焰之熱電漿法者,亦可為藉由火焰法,形成銀的一次微粒子之製造方法。
而且,藉由本實施形態的銀微粒子之製造方法所製造的銀微粒子,係其粒度分布範圍窄,即具有均勻的粒徑,幾乎沒有混入1μm以上的粗大粒子。
此處,所謂的火焰法,就是使用火焰作為熱源,藉由使含銀的原料通過火焰而合成微粒子之方法。於火焰法中,將含銀的原料供給至火焰,然後將冷卻氣體供給至火焰,使火焰的溫度降低而抑制銀粒子之成長,得到銀的一次微粒子15。再者,將有機酸供給至一次微粒子15,製造銀微粒子。
還有,冷卻氣體及有機酸係可使用與上述的熱電漿焰相同者。
還有,冷卻氣體及有機酸係可使用與上述的熱電漿焰相同者。
接著,說明銀微粒子。
圖2係顯示本發明之實施形態的銀微粒子之示差熱曲線的一例之曲線圖。
圖2之L1 表示本發明的銀微粒子之示差熱(DTA)曲線,L2 表示以往之銀微粒子之示差熱(DTA)曲線,L3 表示檸檬酸之示差熱(DTA)曲線。如圖2所示,本發明之銀微粒子的波峰L1p 之溫度係比以往之銀微粒子的波峰L2p 之溫度更低。此暗示本發明之銀微粒子係可在比以往之銀微粒子更低的溫度下燒成。
另外,本發明之銀微粒子的示差熱(DTA)曲線L1 係顯示與檸檬酸之示差熱(DTA)曲線L3 不同的傾向。
圖2係顯示本發明之實施形態的銀微粒子之示差熱曲線的一例之曲線圖。
圖2之L1 表示本發明的銀微粒子之示差熱(DTA)曲線,L2 表示以往之銀微粒子之示差熱(DTA)曲線,L3 表示檸檬酸之示差熱(DTA)曲線。如圖2所示,本發明之銀微粒子的波峰L1p 之溫度係比以往之銀微粒子的波峰L2p 之溫度更低。此暗示本發明之銀微粒子係可在比以往之銀微粒子更低的溫度下燒成。
另外,本發明之銀微粒子的示差熱(DTA)曲線L1 係顯示與檸檬酸之示差熱(DTA)曲線L3 不同的傾向。
本發明之銀微粒子係被稱為奈米粒子,例如粒徑為1~100nm。粒徑係使用BET法所測定的平均粒徑。本發明之銀微粒子例如係以上述之製造方法製造,以粒子狀態獲得。如此地,本發明之銀微粒子不是分散於溶劑內等之狀態,而且以銀微粒子單獨存在。因此,與溶劑之組合等亦沒有特別的限定,溶劑之選擇自由度高。
如圖3所示,銀微粒子50係在其表面50a上具有表面被覆物51。包含表面50a的表面被覆物51,調查銀微粒子50的表面狀態,結果為烴(CnHm)存在於表面,於此烴(CnHm)以外,得到暗示帶來親水性及酸性的羥基 (-OH)、羧基(-COOH)係明顯地存在之結果。
表面被覆物51係藉由有機酸之熱分解而產生,以包含烴(CnHm)與帶來親水性及酸性的羧基(-COOH)或羥基 (-OH)的有機物所構成。例如,表面被覆物係以檸檬酸或蘋果酸之熱分解產生的有機物所構成。具體而言,上述之羥基(-OH)及羧基(-COOH)例如係由上述的有機酸所帶來者。
如此地,表面被覆物51包含羥基及羧基,但只要至少包含羧基之構成即可。
另外,對於以往之銀微粒子,調查表面狀態時,雖然確認烴(CnHm)存在,但明顯地得不到暗示羥基及羧基存在之結果。
還有,銀微粒子50之表面狀態例如係可使用FT-IR(傅立葉轉換紅外分光光度計)調查。
表面被覆物51係藉由有機酸之熱分解而產生,以包含烴(CnHm)與帶來親水性及酸性的羧基(-COOH)或羥基 (-OH)的有機物所構成。例如,表面被覆物係以檸檬酸或蘋果酸之熱分解產生的有機物所構成。具體而言,上述之羥基(-OH)及羧基(-COOH)例如係由上述的有機酸所帶來者。
如此地,表面被覆物51包含羥基及羧基,但只要至少包含羧基之構成即可。
另外,對於以往之銀微粒子,調查表面狀態時,雖然確認烴(CnHm)存在,但明顯地得不到暗示羥基及羧基存在之結果。
還有,銀微粒子50之表面狀態例如係可使用FT-IR(傅立葉轉換紅外分光光度計)調查。
求得本發明之銀微粒子的pH與以往之銀微粒子的pH,結果本發明之銀微粒子的pH為3.5~6.0,具有酸性的性質。以往之銀微粒子的pH為8~9,具有幾乎中性的性質。
上述的pH係在銀微粒子中加入純水後,放置一會兒後,純水部分的pH的測定值。
於試驗管中加入純水與油之狀態下,加入本發明之銀微粒子,攪拌及放置,結果純水與油係分離成水層與油層,確認銀微粒子係分散於水層中。
同樣地,於試驗管中加入純水與油之狀態下,加入以往之銀微粒子,攪拌及放置,結果純水與油係分離成水層與油層,確認銀微粒子係分散於油層中。據此,本發明之銀微粒子係比以往之銀微粒子更具有親水性的性質。
根據上述,本發明之銀微粒子係比以往之銀微粒子更具有酸性的性質且親水性的性質。
上述的pH係在銀微粒子中加入純水後,放置一會兒後,純水部分的pH的測定值。
於試驗管中加入純水與油之狀態下,加入本發明之銀微粒子,攪拌及放置,結果純水與油係分離成水層與油層,確認銀微粒子係分散於水層中。
同樣地,於試驗管中加入純水與油之狀態下,加入以往之銀微粒子,攪拌及放置,結果純水與油係分離成水層與油層,確認銀微粒子係分散於油層中。據此,本發明之銀微粒子係比以往之銀微粒子更具有親水性的性質。
根據上述,本發明之銀微粒子係比以往之銀微粒子更具有酸性的性質且親水性的性質。
如上述,以往之銀微粒子具有幾乎中性的性質。為了使以往之銀微粒子如同圖3所示的銀微粒子50分散於溶液52中,必須投入大量的分散劑(未圖示)。於以往之銀微粒子中,茲認為大量的分散劑會妨礙燒成溫度的降低。
相對於其,本發明之銀微粒子係如上述,具有酸性的性質。因此,如圖3所示,使銀微粒子50分散於溶液52中時,可以少量的鹼性分散劑(未圖示)得到需要的分散狀態。結果,低溫下的燒成變可能。
又,由於能以少量的鹼性分散劑得到需要的分散狀態,故可以更少量的分散劑製作塗膜。因此,低溫下的燒成變可能,且能形成均勻的膜。如此地,本發明之銀微粒子係可一邊維持導電性等性能,一邊在更低的溫度下形成配線。
相對於其,本發明之銀微粒子係如上述,具有酸性的性質。因此,如圖3所示,使銀微粒子50分散於溶液52中時,可以少量的鹼性分散劑(未圖示)得到需要的分散狀態。結果,低溫下的燒成變可能。
又,由於能以少量的鹼性分散劑得到需要的分散狀態,故可以更少量的分散劑製作塗膜。因此,低溫下的燒成變可能,且能形成均勻的膜。如此地,本發明之銀微粒子係可一邊維持導電性等性能,一邊在更低的溫度下形成配線。
膜的均勻性係可使用正反射光值進行評價。圖4及圖5係說明正反射光值之模型圖。入射於物體的入射光係如以下地表現。
入射光=正反射光+擴散反射光+內部散射光+透過光+吸收光
若為均勻、緻密且平坦的膜,則正反射光值變高。據此,正反射光值係成為膜的均勻度、緻密度及平滑度之指標。
圖4所示的膜60係形成在基板62上,在內部配置有複數的銀微粒子50。複數的銀微粒子50係尺寸一致,分散狀態亦良好。圖5所示的膜61係形成在基板62上,雖然在內部配置有複數的銀微粒子50,但複數的銀微粒子50係尺寸不一致,分散狀態亦差。
入射光=正反射光+擴散反射光+內部散射光+透過光+吸收光
若為均勻、緻密且平坦的膜,則正反射光值變高。據此,正反射光值係成為膜的均勻度、緻密度及平滑度之指標。
圖4所示的膜60係形成在基板62上,在內部配置有複數的銀微粒子50。複數的銀微粒子50係尺寸一致,分散狀態亦良好。圖5所示的膜61係形成在基板62上,雖然在內部配置有複數的銀微粒子50,但複數的銀微粒子50係尺寸不一致,分散狀態亦差。
入射至圖4所示的膜60之表面60a的入射光Li係產生正反射光Lr。於圖5所示的膜61,亦入射至表面61a的入射光Li產生正反射光Lr。
圖4所示的膜60係銀微粒子50之尺寸一致,分散狀態亦良好,由於是空隙少的均勻膜,故內部散射光及擴散反射光少,正反射光的光量變多。即,正反射光值大。
圖5所示的膜61係銀微粒子50之尺寸不一致,分散狀態亦差,由於是空隙多的不均勻膜,故內部散射光及擴散反射光增加,正反射光的光量變少。即,正反射光值小。
圖6所示的SEM(掃描電子顯微鏡)影像係表示圖4所示的膜60者,圖7所示的SEM影像所示的圖5所示的膜61者。圖6所示的SEM影像係正反射光值為21.7,圖7所示的SEM影像係正反射光值為0.4。
若比較圖6之SEM影像與圖7之SEM影像,則可知表示圖5所示的膜61之SEM影像的圖7者為不均勻的膜。如此地,可使用正反射光值來評價膜的均勻性。正反射光值例如可使用分光測色計進行測定。
圖4所示的膜60係銀微粒子50之尺寸一致,分散狀態亦良好,由於是空隙少的均勻膜,故內部散射光及擴散反射光少,正反射光的光量變多。即,正反射光值大。
圖5所示的膜61係銀微粒子50之尺寸不一致,分散狀態亦差,由於是空隙多的不均勻膜,故內部散射光及擴散反射光增加,正反射光的光量變少。即,正反射光值小。
圖6所示的SEM(掃描電子顯微鏡)影像係表示圖4所示的膜60者,圖7所示的SEM影像所示的圖5所示的膜61者。圖6所示的SEM影像係正反射光值為21.7,圖7所示的SEM影像係正反射光值為0.4。
若比較圖6之SEM影像與圖7之SEM影像,則可知表示圖5所示的膜61之SEM影像的圖7者為不均勻的膜。如此地,可使用正反射光值來評價膜的均勻性。正反射光值例如可使用分光測色計進行測定。
本發明基本上如以上般構成者。以上,雖然已詳細說明本發明之銀微粒子之製造方法及銀微粒子,但是本發明不限定於上述之實施形態,在不脫離本發明的宗旨之範圍內,當然可進行各種的改良或變更。
[實施例]
[實施例]
以下舉出實施例,更具體地說明本發明之特徵。以下之實施例中所示的處理內容、處理程序等,只要不脫離本發明的宗旨,則可適宜變更。因此,本發明之範圍不應受以下所示的具體例所限定地解釋。
於本實施例中,對於實施例1及實施例2以及比較例1及比較例2之銀微粒子,測定pH、塗膜的正反射光值及在各燒成溫度下的電阻值。下述表1中顯示其結果。
以下,說明銀微粒子的pH、塗膜的正反射光值及在各燒成溫度下的電阻值。
於本實施例中,對於實施例1及實施例2以及比較例1及比較例2之銀微粒子,測定pH、塗膜的正反射光值及在各燒成溫度下的電阻值。下述表1中顯示其結果。
以下,說明銀微粒子的pH、塗膜的正反射光值及在各燒成溫度下的電阻值。
<銀微粒子的pH>
銀微粒子的pH係如以下地測定。
首先,將特定量的各銀微粒子收納於容器內,將純水(20毫升)滴下至銀微粒子,放置120分鐘後,測定純水部分的pH。於pH之測定中使用玻璃電極法。
銀微粒子的pH係如以下地測定。
首先,將特定量的各銀微粒子收納於容器內,將純水(20毫升)滴下至銀微粒子,放置120分鐘後,測定純水部分的pH。於pH之測定中使用玻璃電極法。
<正反射光值>
正反射光值係如以下地測定。
首先,使銀微粒子分散於由溶劑與分散劑所成的溶液中。然後,將該分散液塗佈於載玻片上而形成塗膜後,使用分光測色計,測定塗膜的正反射光值。
還有,於分散劑,例如使用BYK-112(BYK化學日本股份有限公司製)。
正反射光值係如以下地測定。
首先,使銀微粒子分散於由溶劑與分散劑所成的溶液中。然後,將該分散液塗佈於載玻片上而形成塗膜後,使用分光測色計,測定塗膜的正反射光值。
還有,於分散劑,例如使用BYK-112(BYK化學日本股份有限公司製)。
<電阻值>
電阻值係如以下地測定。
首先,使銀微粒子分散於由溶劑與分散劑所成的溶液中。然後,將該分散液塗佈於載玻片上而形成塗膜。然後,在溫度150℃、180℃中之預定的燒成溫度下燒成後,使用四探針法測定燒成後的塗膜之電阻值。
燒成係在到達溫度150℃、180℃中的預定燒成溫度之爐內,配置形成有塗膜的載玻片,在爐內保持1小時而燒成。再者,爐內的環境為大氣。
實施例1-2及實施例2-2係不測定燒成溫度180℃下的電阻值。因此,在下述表1之「燒成溫度180℃」的欄中記載「-」。
電阻值係如以下地測定。
首先,使銀微粒子分散於由溶劑與分散劑所成的溶液中。然後,將該分散液塗佈於載玻片上而形成塗膜。然後,在溫度150℃、180℃中之預定的燒成溫度下燒成後,使用四探針法測定燒成後的塗膜之電阻值。
燒成係在到達溫度150℃、180℃中的預定燒成溫度之爐內,配置形成有塗膜的載玻片,在爐內保持1小時而燒成。再者,爐內的環境為大氣。
實施例1-2及實施例2-2係不測定燒成溫度180℃下的電阻值。因此,在下述表1之「燒成溫度180℃」的欄中記載「-」。
另外,實施例1~2以及比較例1及比較例2之銀微粒子係使用上述的微粒子製造裝置10進行製作。
在原料粉末,使用平均粒徑5μm之銀的粉末。
在載體氣體使用氬氣,在電漿氣體使用氬氣與氫氣之混合氣體。在冷卻氣體,使用氬氣與甲烷氣體之混合氣體。
於實施例1中,在有機酸使用檸檬酸,在溶劑使用純水,使用噴霧氣體,將含有檸檬酸的水溶液(檸檬酸的濃度15W/W%)噴霧至銀的一次微粒子。在噴霧氣體使用氬氣。
於實施例2中,在有機酸使用蘋果酸,在溶劑使用純水,使用噴霧氣體,將含有蘋果酸的水溶液(蘋果酸的濃度15W/W%)噴霧至銀的一次微粒子。在噴霧氣體,使用氬氣。
於比較例1及比較例2中,不將含有有機酸的水溶液噴霧至銀的一次微粒子。
還有,銀微粒子之製造條件為電漿氣體:氬氣200公升/分鐘、氫氣5公升/分鐘、載體氣體:氬氣5公升/分鐘、急速冷卻氣體:氬氣900公升/分鐘、甲烷氣體1公升/分鐘、內壓:40kPa。
在原料粉末,使用平均粒徑5μm之銀的粉末。
在載體氣體使用氬氣,在電漿氣體使用氬氣與氫氣之混合氣體。在冷卻氣體,使用氬氣與甲烷氣體之混合氣體。
於實施例1中,在有機酸使用檸檬酸,在溶劑使用純水,使用噴霧氣體,將含有檸檬酸的水溶液(檸檬酸的濃度15W/W%)噴霧至銀的一次微粒子。在噴霧氣體使用氬氣。
於實施例2中,在有機酸使用蘋果酸,在溶劑使用純水,使用噴霧氣體,將含有蘋果酸的水溶液(蘋果酸的濃度15W/W%)噴霧至銀的一次微粒子。在噴霧氣體,使用氬氣。
於比較例1及比較例2中,不將含有有機酸的水溶液噴霧至銀的一次微粒子。
還有,銀微粒子之製造條件為電漿氣體:氬氣200公升/分鐘、氫氣5公升/分鐘、載體氣體:氬氣5公升/分鐘、急速冷卻氣體:氬氣900公升/分鐘、甲烷氣體1公升/分鐘、內壓:40kPa。
如表1所示,相較於比較例1及比較例2,實施例1~2係塗膜的正反射光值優異。據此,相較於比較例1及比較例2,顯示實施例1~2可形成均勻的膜。
相較於比較例1及比較例2,實施例1~2係在低的燒成溫度下得到小的電阻值。於本發明中,可一邊維持導電性等性能,一邊在更低的溫度下形成配線。
相較於比較例1及比較例2,實施例1~2係在低的燒成溫度下得到小的電阻值。於本發明中,可一邊維持導電性等性能,一邊在更低的溫度下形成配線。
10‧‧‧微粒子製造裝置
12‧‧‧電漿炬
14‧‧‧材料供給裝置
15‧‧‧一次微粒子
16‧‧‧腔室
17‧‧‧酸供給部
18‧‧‧微粒子(二次微粒子)
19‧‧‧旋風器
20‧‧‧回收部
22‧‧‧電漿氣體供給源
24‧‧‧熱電漿焰
28‧‧‧氣體供給裝置
30‧‧‧真空泵
Li‧‧‧入射光
Lr‧‧‧正反射光
圖1係顯示本發明之實施形態的銀微粒子之製造方法中所用的微粒子製造裝置之一例之模型圖。
圖2係顯示本發明之實施形態的銀微粒子之示差熱曲線的一例之曲線圖。
圖3係顯示本發明之實施形態的銀微粒子之模型圖。
圖4係說明正反射光值之模型圖。
圖5係說明正反射光值之模型圖。
圖6係顯示本發明之實施形態的銀微粒子之SEM影像之模型圖。
圖7係顯示本發明之實施形態的銀微粒子之SEM影像之模型圖。
Claims (12)
- 一種銀微粒子之製造方法,其係使用銀的粉末,藉由氣相法製造銀微粒子之製造方法,其特徵為: 具有將有機酸供給至前述銀微粒子之步驟。
- 如請求項1之銀微粒子之製造方法,其中前述氣相法為熱電漿法或火焰法。
- 如請求項1或2之銀微粒子之製造方法,其中供給前述有機酸之步驟係將含有前述有機酸的水溶液噴霧至前述有機酸進行熱分解的環境中。
- 如請求項1或2之銀微粒子之製造方法,其中前述有機酸係僅以C、O及H所構成。
- 如請求項1或2之銀微粒子之製造方法,其中前述有機酸為L-抗壞血酸、甲酸、戊二酸、琥珀酸、草酸、DL-酒石酸、乳糖一水合物、麥芽糖一水合物、馬來酸、D-甘露糖醇、檸檬酸、蘋果酸及丙二酸中的至少1種。
- 一種銀微粒子,其特徵為: 具有表面被覆物, 前述表面被覆物至少包含羧基。
- 如請求項6之銀微粒子,其中前述銀微粒子之粒徑為1~100nm。
- 一種銀微粒子,其特徵為: 具有表面被覆物, 前述表面被覆物係以有機酸之熱分解產生的有機物所構成。
- 如請求項8之銀微粒子,其中前述銀微粒子之粒徑為1~100nm。
- 如請求項8或9之銀微粒子,其中前述有機酸為L-抗壞血酸、甲酸、戊二酸、琥珀酸、草酸、DL-酒石酸、乳糖一水合物、麥芽糖一水合物、馬來酸、D-甘露糖醇、檸檬酸、蘋果酸及丙二酸的至少1種。
- 如請求項8或9之銀微粒子,其中前述有機酸為檸檬酸或蘋果酸。
- 一種銀微粒子,其特徵為以如請求項1~5中任一項之銀微粒子之製造方法所製造。
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