WO2010004912A1 - Ito粒子の製造方法、およびito粉末、透明導電材用塗料並びに透明導電膜 - Google Patents
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- the present invention relates to a method for producing tin-containing indium oxide (Indium-Tin-Oxide) (hereinafter sometimes referred to as ITO) particles, ITO powder, a coating for transparent conductive material containing the ITO powder, and The present invention relates to a transparent conductive film formed using the paint.
- ITO indium-Tin-Oxide
- a transparent conductive film containing ITO is used as a transparent electrode film for various display devices, solar cells, and the like because it exhibits high transparency to visible light and conductivity.
- a physical vapor deposition method such as a sputtering method using an ITO target, a dispersion method of ITO particles, and a coating method in which an organic compound of tin and indium is applied are known.
- an ITO film forming method by physical vapor deposition such as sputtering using an ITO target is widely used.
- the amount actually used as a transparent electrode among the ITO targets used Is slight.
- most of the ITO target after use is recycled by recycling.
- an ITO film obtained by a coating method has a slightly lower conductivity than an ITO film formed by a physical method such as a sputtering method, but is large without using an expensive device such as a vacuum device. Film formation with an area and a complicated shape is possible, and there is an advantage that film formation cost can be reduced.
- these coating methods a technique for forming a transparent conductive film and forming wiring by drawing ITO particles into a paint and directly coating the substrate on the substrate and heating in the atmosphere is drawing attention. When this method is used, it is possible to increase the use efficiency of the indium raw material, and it is possible to produce a large-area electrode by applying a printing technique.
- an alkali such as ammonia or caustic soda is added in an aqueous solution containing indium ions such as an indium chloride aqueous solution and tin ions such as an aqueous tin chloride solution.
- a method has been proposed in which neutralization and precipitation are performed to produce indium hydroxide containing tin, which is crystallized by heat treatment (firing) at a high temperature of 500 ° C. or higher in an air atmosphere or a reducing atmosphere.
- Patent Document 1 proposes a method for obtaining ITO particles having good crystallinity by treatment.
- Patent Document 2 proposes a method of obtaining ITO particles by heat-treating tin-containing indium hydroxide in an organic solvent at a temperature of 240 ° C. or higher.
- JP 2008-222467 A Japanese Patent Application No. 2007-060558
- Patent Document 1 a product prepared by adding a basic salt to an inorganic salt containing indium and tin in an aqueous solution is heated at 100 ° C. or lower, and then subjected to hydrothermal treatment at 200 ° C. or higher to obtain crystallinity.
- ITO particles having good crystallinity are obtained by heat-treating the dried product.
- hydrothermal treatment under a pressurized condition such as autoclave can produce indium hydroxide and indium oxyhydroxide, but it is difficult to produce indium oxide. Therefore, in order to obtain ITO particles, it is necessary to dry the product after hydrothermal treatment and then heat-treat the product again.
- Patent Document 2 indium hydroxide and tin hydroxide are mixed in an organic solvent to perform heat treatment in a state where aggregation of primary particles is reduced.
- a process of performing a heat treatment at 500 ° C. or higher in the air or in the atmosphere is indispensable. Inevitable.
- Patent Document 3 as a method for producing indium oxide particles in an organic solvent, a product prepared by adding a basic salt to an inorganic salt containing indium and tin is dispersed in an organic solvent, and dispersed organic A method for producing indium oxide containing tin by heating a solvent at a temperature of 240 ° C. or higher is proposed. Although this method can produce an ITO coating liquid with good dispersibility, it is necessary to treat the organic solvent containing the product at a high temperature in the manufacturing method, and it is essential to use an organic solvent having a high boiling point of at least 240 ° C. or higher. is there.
- the heating temperature during film formation is 250 ° C. or less. Is required to be 200 ° C. or lower. Accordingly, when an organic solvent of 240 ° C. or higher is used as the solvent for the ITO coating solution, it is difficult to easily evaporate the organic solvent during film formation, and replacement with a low boiling point solvent is necessary. In addition, since it is very difficult to completely replace the solvent, there is a problem that the residual high boiling point organic substance hinders film formation at a low temperature. Therefore, according to the production method, in order to obtain a dispersion liquid in which ITO particles are dispersed in an organic solvent having a boiling point of less than 240 ° C., it is necessary to replace the solvent after synthesis of the ITO particles.
- the present invention has good crystallinity even at a low heating temperature by a simple processing method without going through a heating process in an atmosphere in which ITO particles are sintered and coarsened. It is an object to provide an ITO powder capable of obtaining a transparent conductive film and a method for producing the same. Furthermore, as a solvent used in the ITO powder manufacturing process, it is not an essential requirement to use a high boiling point solvent, so that when the film is formed using the transparent conductive material coating material containing the ITO powder, low temperature baking is performed. However, an object of the present invention is to provide an ITO powder having no organic solvent residue and a method for producing the same.
- the present inventors directly formed a precursor containing indium and tin in an organic solvent composed of a low boiling point organic solvent,
- the present invention has been completed by conceiving a novel configuration in which ITO particles are produced in a particle dispersion composed of a low-boiling organic solvent by treating the mixture of the precursor and the organic solvent under pressure. did.
- the first configuration for solving the above-described problem is: A salt containing indium and a salt containing tin are dissolved in an organic solvent, and an organic solvent containing a basic precipitant is added to the organic solvent to produce a mixture of a precursor containing indium and tin and an organic solvent.
- the second configuration is 2.
- the third configuration is 2. The method for producing ITO particles according to the first configuration, wherein the organic solvent is an organic solvent containing one or more OH groups / molecule and having a boiling point of less than 200 ° C.
- the fourth configuration is In the second step, the amount of water contained in the mixture of the precursor containing indium and tin and the organic solvent is less than 15% by mass. It is a manufacturing method of ITO particle of description.
- the fifth configuration is The method for producing ITO particles according to any one of the first to fourth configurations, wherein the organic solvent is a hydrophilic organic solvent.
- the sixth configuration is The method for producing ITO particles according to any one of the first to fifth configurations, wherein the organic solvent is at least one solvent containing at least a polyol.
- the seventh configuration is The method for producing ITO particles according to any one of the first to sixth configurations, wherein the organic solvent is at least one solvent containing at least ethylene glycol.
- the eighth configuration is The average primary particle diameter calculated
- the ninth configuration is The value of “(average primary particle diameter determined from TEM photograph) / (crystallite diameter calculated from (222) plane of indium oxide determined from XRD diffraction peak)” is 0.8 or more and 1.2 or less. It is ITO powder as described in the 8th structure characterized by having.
- the tenth configuration is The ITO powder according to the eighth or ninth configuration, wherein the particle includes a particle having no crystal grain boundary.
- the eleventh configuration is The ITO powder according to any one of the eighth to tenth structures, wherein the particles constituting the ITO powder have a cubic or rectangular parallelepiped shape.
- the twelfth configuration is Transparent comprising ITO particles produced by the method for producing ITO particles according to any one of the first to seventh configurations, or ITO powder according to any of the eighth to eleventh configurations It is a paint for conductive materials.
- the thirteenth configuration is A transparent conductive film manufactured using the transparent conductive film paint according to the twelfth configuration.
- ITO particles could be produced without going through a heating step in an atmosphere, which causes ITO particles to sinter and become coarse. Furthermore, according to this invention, the ITO particle suitable for the coating material for transparent conductive materials was able to be manufactured, without using a high boiling-point solvent as a solvent used by the manufacturing process of the said ITO particle.
- FIG. 2 is a TEM image of ITO powder according to Example 1.
- 3 is a TEM image of ITO powder according to Example 2.
- 4 is a TEM image of ITO powder according to Example 3.
- 4 is a high-magnification image of a TEM image of ITO powder according to Example 3.
- FIG. 6 is a TEM image of ITO powder according to Example 4.
- 10 is a TEM image of ITO powder according to Example 9.
- 4 is a TEM image of ITO powder according to Comparative Example 1.
- 2 is a pattern of an XRD spectrum of ITO powder according to Example 1.
- the ITO particles constituting the ITO powder suitable for the transparent conductive material paint according to the present invention will be described.
- the average primary particle diameter measured from the TEM image of the ITO particles constituting the ITO powder according to the present invention is 10 nm or more and 100 nm or less. This is because, when the average primary particle diameter is 10 nm or more, an increase in contact between particles per unit area during coating is suppressed, and an increase in contact resistance is suppressed.
- grains falls because the said average primary particle diameter is 100 nm or less. And if the said average primary particle diameter is 100 nm or less, it is because particle
- the crystallinity is higher than when the ITO particles are spherical particles.
- the coating film it is possible to form a finer ITO film than to arrange spherical ITO particles by regularly arranging the cubic or cuboid ITO particles, and to form a film having a low electric resistance value. It is possible to obtain.
- the ITO particle (primary particle) diameter observed from the TEM image is obtained from the indium oxide (222) obtained from the XRD spectrum.
- the value is 0.8 or more and 1.2 or less, more preferably 0.9 or more and 1.1 or less.
- the particles constituting the ITO powder according to the present invention are particles having very good crystallinity in which no grain boundary exists in one particle, and it is possible to form a film having high conductivity and low resistivity. It is.
- the solution containing indium and tin is an indium salt solution having an indium concentration of 0.1 to 4.0 mol / L, preferably 0.2 to 2.0 mol / L.
- the amount of tin salt added is 5 to 20 mol% with respect to indium.
- an organic solvent having at least one OH group per molecule is preferable.
- alcohols, particularly polyhydric alcohols are preferable, and ethylene glycol and diethylene glycol are more preferable.
- the organic solvent may be any polyhydric alcohol or derivative thereof having a boiling point of 100 ° C. to 300 ° C., more preferably 250 ° C. or less, and may be an ionic liquid.
- the indium salt and tin salt used as starting materials are highly hydrophilic, so that the organic solvent has at least one OH group per molecule or is ionic if the organic solvent is ionic. Is likely to be uniformly dissolved, and the uniform reactivity at the time of neutralization and heat treatment is improved.
- these organic solvents may be used alone or in combination of two or more. More preferably, a highly hydrophilic water-soluble organic solvent capable of dissolving 50% by volume or more of water is used.
- the film forming temperature from the ITO coating liquid to the ITO film is such that the softening point of glass and the heat resistance temperature of other electronic members are around 300 ° C., so the heating temperature during film formation is 250 ° C. or less, more preferably It is calculated
- the boiling point of the organic solvent to be used is less than 240 ° C., the organic solvent easily evaporates during film formation, and it is further preferably less than 200 ° C.
- the boiling point of the organic solvent is preferably 100 ° C. or higher.
- the organic solvent used for producing the ITO particles according to this embodiment preferably has one or more OH groups per molecule.
- the organic solvent has one or more OH groups per molecule, an effect different from the effect described above is exhibited. That is the effect that the OH group present in the organic solvent takes O (oxygen) from the tin-containing indium oxide and reduces it to generate oxygen defects. Due to the generated oxygen defects, carriers are generated in the generated ITO particles, so that conductivity is improved.
- the organic solvent is preferably a polyol having two or more OH groups per molecule.
- At least one indium anhydride selected from the group of In 2 (C 2 O 4 ) 3 , InCl 3 , In (NO 3 ) 3 and In 2 (SO 4 ) 3 is used.
- a crystalline salt or a crystalline salt of a hydrate such as In (NO 3 ) 3 .3H 2 O, InCl 3 .4H 2 O, In 2 (SO 4 ) 3 .9H 2 O, or indium metal is H 2.
- a solution obtained by dissolving in C 2 O 4 , HNO 3 , HCl, H 2 SO 4 or the like can be obtained by dissolving in an organic solvent. However, it is most preferable to use an anhydrous crystalline salt from the viewpoint of reducing the water content in the organic solvent.
- a crystalline salt of a hydrate such as Sn (NO 3 ) 3 ⁇ 3H 2 O, SnCl 3 ⁇ 2H 2 O, SnCl 4 ⁇ 5H 2 O, Sn (SO 4 ) 2 ⁇ 2H 2 O, or tin metal
- organotin such as tetramethyltin and tetrabutyltin may be used by dissolving in an organic solvent.
- organotin such as tetramethyltin and tetrabutyltin
- an organic solvent it is preferable to use an anhydrous crystalline salt or organic tin as the tin salt to be used.
- organic tin needs attention in handling, it is preferable to use anhydrous tin crystal salt.
- the concentration of indium in the solution containing indium and tin is adjusted to be 0.1 to 4.0 mol / L, preferably 0.2 to 2.0 mol / L before the neutralization reaction. This is because the indium concentration is preferably 0.1 mol / L or more from the viewpoint of productivity. Further, when the indium concentration is 4.0 mol / L or less, the indium salt can be dissolved without remaining in the organic solvent, and the indium salt is uniformly in the organic solvent in the solution during the heat treatment described later. This is because it becomes easy to produce particles having a uniform particle diameter.
- a solution containing a basic precipitant will be described.
- the basic salt dissolved in the solution at least one basic salt selected from the group of NaOH, KOH, NH 4 OH, NH 3 , NH 4 HCO 3 and (NH 4 ) 2 CO 3 is described above. It can be obtained by dissolving in an organic solvent. Of these basic salt groups, NaOH and (NH 4 ) 2 CO 3 are preferably used.
- the liquid temperature of the solution containing indium and tin is maintained in the range of 5 ° C to 95 ° C, preferably 10 ° C to 50 ° C. Then, the solution containing the basic salt is added within 24 hours, preferably 1 to 120 minutes, to the heat-retained solution, and an indium hydroxide-tin hydroxide precipitate (hereinafter referred to as “A precipitation solution containing the “tin-containing indium hydroxide”.
- the basic salt is added in an amount of 0.5 to 100 equivalents, preferably 1.0 to 10 equivalents of the indium salt to form a precipitated solution of indium hydroxide in an organic solvent. The greater the amount of the basic salt introduced, the more rapidly the pH changes during precipitation and fine particles are generated.
- the amount of the basic salt introduced is 0.5 equivalent or more because the amount of unprecipitated is reduced.
- the pH fluctuation during precipitation is not so different from that of 10 equivalents, so that the amount of basic salt added is 10 equivalents or less.
- the obtained tin-containing indium hydroxide precipitation solution is subjected to heat treatment (autoclave treatment) in a sealed container.
- the tin-containing indium hydroxide particles are preferably solid-liquid separated from the precipitation solution and transferred to a heat treatment (autoclave treatment) step without drying. This is because generation of aggregates of the precursor at this stage can be avoided by transferring the tin-containing indium hydroxide particles, which are precursors, to the heat treatment step without drying. As a result, it is possible to avoid an increase in aggregates when ITO particles are used.
- the heat treatment temperature is preferably 200 ° C.
- the treatment time is preferably 30 minutes to 200 hours.
- the heat treatment temperature is 200 ° C. or higher, preferably 220 ° C. or higher, long-time heating can be avoided.
- the higher the temperature the higher the pressure in the sealed container. Therefore, if the heating temperature is 300 ° C. or lower, the pressure during the reaction does not become excessively high, which is preferable without requiring a special apparatus.
- the amount of water contained in the tin-containing indium hydroxide precipitation solution to be heat-treated in a sealed container is 15% by mass or less. When the water content is 15% by mass or less, high-purity tin-containing indium oxide is obtained. For the same reason, the water content is more preferably 5% by mass or less.
- the slurry of the ITO powder may be sent to the transparent conductive film paint manufacturing process which is the next process as it is, or once dried to make the ITO powder, then to the transparent conductive film paint manufacturing process which is the next process. You can send it.
- the high-boiling solvent is not contained in the organic solvent to be used, in addition to simple operation, in the manufacturing process of the transparent conductive film paint, which is the next process, and thereafter, 250 Effects such as the ability to form a film showing good conductivity at a heating temperature of 0 ° C. or less can be expected.
- the heating device used in this embodiment examples include a mantle heater, a ribbon heater, and an oil bath. However, various heating devices can be used as long as they can be heated to 300 ° C. Also, the reactor used in this embodiment is required to be a reactor having a function of maintaining a sealed state even under a vapor pressure of 300 ° C. of the solvent used.
- ITO particles according to this embodiment were ITO particles constituting the ITO powder suitable for the transparent conductive material coating material according to the present invention described above.
- the ITO particles according to the present embodiment are all blue particles, and it has been found that ITO particles having oxygen defects are generated.
- the ITO particles having oxygen defects are improved in conductivity because carriers are generated in the ITO particles.
- ITO particles that do not have oxygen vacancies are generally white or yellow particles, but become green or blue particles by having oxygen vacancies.
- the transparent conductive film paint according to the present invention can be produced by dispersing the ITO powder or the ITO powder slurry according to the present invention in a solvent. At this time, the concentration of the ITO powder in the transparent conductive film paint may be adjusted in the range of 5 to 25% by mass.
- a solvent such as alcohol, ketone, ether, ester, toluene, cyclohexane or the like may be used. Good, pure water is also acceptable. Further, a dispersant such as a surfactant or a coupling agent may be used in combination.
- the transparent conductive film paint according to the present invention could be applied to various substrate materials such as ceramic and glass substrates and organic films. Furthermore, no unevenness was observed when the transparent conductive film paint was applied.
- the glass substrate is rotated by a spin coater.
- the transparent conductive film paint according to the present invention is dropped and coated.
- the glass substrate is taken out and dried, and then rotated again by a spin coater, and an overcoat material is dropped.
- the temperature is raised to, for example, 250 ° C. in an air atmosphere and held for 20 minutes, and then naturally cooled to obtain a glass substrate on which a transparent conductive film is formed.
- the obtained glass substrate on which the transparent conductive film was formed showed good conductivity despite the heating temperature being about 250 ° C.
- ITO particles constituting the ITO powder suitable for the transparent conductive material coating material and the manufacturing method thereof will be described in detail with reference to examples.
- Example 1 As a solution containing indium and tin, 1.72 g of indium trichloride tetrahydrate was added to 25 mL of ethylene glycol so that indium was 0.25 mol / L and tin was 0.025 mol / L. 0.22 g of tin pentahydrate was weighed. While stirring both salts, 25 mL of ethylene glycol was added little by little to prepare a solution containing indium and tin. Moreover, 2.25g of NaOH was weighed so that NaOH might become 2.25 mol / L in 25 mL of ethylene glycol as a basic solution for 3 equivalents of indium. While dissolving the NaOH, 25 mL of ethylene glycol was added little by little to prepare a basic solution.
- the generated particles were spherical, cubic, and rectangular parallelepiped particles.
- the average particle diameter of the ITO particles (primary particles) constituting the ITO powder is the size of the ITO particles (primary particles) that are not overlapped on the TEM photograph (when the particles are nearly square on the photograph).
- a TEM image (174,000 times) of the ITO particles is shown in FIG.
- the size of the circular particle was measured by measuring a portion where the length of the particle on the TEM photograph was maximum, and the measured value was defined as a diameter (particle diameter).
- the generated ITO particles were spherical, cubic and rectangular parallelepiped particles having a size (average particle diameter) of 14.4 nm.
- the result of measuring the XRD spectrum of the ITO powder is shown in FIG.
- the obtained diffraction pattern was in agreement with the diffraction pattern of indium oxide, and it was found to be a single composition of indium oxide having a cubic system. Further, a peak appears at 29.0 angle to 29.0 ° to 31.0 ° (CuK ⁇ 1 radiation source) (222) The diffraction peak intensity Int.
- Example 2 In the same manner as in Example 1, ethylene glycol solution of 2.25 mol / L of sodium hydroxide was added to 10 mL of ethylene glycol solution of 0.25 mol / L of indium trichloride tetrahydrate and 0.025 mol / L of tin tetrachloride pentahydrate. 10 mL of an aqueous solution was mixed and reacted to obtain 20 mL of a tin-containing indium hydroxide-ethylene glycol suspension solution. Then, the precipitation solution was placed in an autoclave and heated at 250 ° C. for 24 hours. The precipitate was separated and collected from the heated precipitation solution using a centrifuge. Then, after the collected precipitate was dispersed with ethanol, the precipitate was separated and collected again using a centrifuge, and the ITO powder according to Example 2 was obtained.
- the generated ITO particles were spherical, cubic and rectangular parallelepiped particles having a size (average particle diameter) of 17.2 nm. Further, when the XRD spectrum was measured, it was found that it had a single composition of indium oxide and a crystallite diameter of 17.3 nm. A TEM image (174,000 times) of the ITO particles is shown in FIG. The value of “(average primary particle diameter determined from TEM photograph) / (crystallite diameter calculated from (222) plane of indium oxide determined from XRD diffraction peak)” was 0.99.
- Example 3 In the same manner as in Example 1, ethylene glycol solution of 2.25 mol / L of sodium hydroxide was added to 10 mL of ethylene glycol solution of 0.25 mol / L of indium trichloride tetrahydrate and 0.025 mol / L of tin tetrachloride pentahydrate. 10 mL of an aqueous solution was mixed and reacted to obtain 20 mL of a tin-containing indium hydroxide-ethylene glycol suspension solution. Then, the precipitation solution was placed in an autoclave and heated at 250 ° C. for 96 hours. The precipitate was separated and collected from the heated precipitation solution using a centrifuge. Then, after the collected precipitate was dispersed with ethanol, the precipitate was separated and collected again using a centrifuge, and the ITO powder according to Example 3 was obtained.
- the ITO particles (primary particles) according to Example 3 were cubic and rectangular parallelepiped particles having a size (average particle diameter) of 23.0 nm. Further, when the XRD spectrum was measured, it was found that it was a single composition of indium oxide and the crystallite diameter was 25.3 nm. A TEM image (174,000 times) of the ITO particles is shown in FIG. Furthermore, the further expanded TEM photograph (300,000 times) of the ITO particle which concerns on Example 3 is shown in FIG. Regular moire interference fringes are observed in the particles, and it can be seen that there is no grain boundary associated with dislocations and that the particles are single crystals. The value of “(average primary particle diameter determined from TEM photograph) / (crystallite diameter calculated from (222) plane of indium oxide determined from XRD diffraction peak)” was 0.91.
- Comparative Example 1 In Comparative Example 1, the solvent of Example 1 is replaced with water from ethylene glycol. As a solution containing indium and tin, 1.72 g of indium trichloride tetrahydrate and 0 of tin tetrachloride pentahydrate were added so that indium was 0.25 mol / L and tin was 0.025 mol / L. .22 g was weighed. While stirring both salts, 25 mL of pure water was added little by little to prepare an aqueous solution containing indium and tin. Moreover, 2.25g of NaOH was weighed so that NaOH might become 2.25 mol / L as a basic solution for 3.0 equivalents of indium. While dissolving the NaOH, 25 mL of pure water was added little by little to prepare a basic solution.
- the particles (primary particles) according to Comparative Example 1 were particles having a size (average particle diameter) of 40 nm and a cubic shape and a rectangular parallelepiped shape.
- a TEM image (174,000 times) of the ITO particles is shown in FIG.
- Comparative Example 2 In Comparative Example 2, the solvent of Example 1 is replaced with a mixed solvent of ethylene glycol and water. As a solution containing indium and tin, 1.72 g of indium trichloride tetrahydrate and tin tetrachloride pentahydrate were added so that indium was 0.25 mol / L and tin was 0.025 mol / L. 0.22 g and 5 mL of pure water were weighed. While stirring both salts and pure water, ethylene glycol was added little by little to make a total volume of 25 mL to prepare a water-ethylene glycol solution containing indium and tin.
- Suspension water of tin-containing indium hydroxide was prepared by mixing 10 mL of basic water-ethylene glycol solution with 10 mL of water-ethylene glycol solution containing indium and tin, while preventing the liquid temperature from exceeding 30 ° C. -20 mL of an ethylene glycol solution was obtained.
- This suspension was placed in an autoclave and heated at 250 ° C. for 12 hours. The precipitate was separated and collected from the heated precipitation solution using a centrifuge. Then, the collected precipitate was dispersed with ethanol, and then the precipitate was separated and collected again using a centrifuge to obtain a powder according to Comparative Example 2.
- the generated particles (primary particles) according to Comparative Example 2 were cubic and cuboid particles having a size (average particle diameter) of 23 nm. However, when the XRD spectrum was measured, it was found that it had a single composition of indium oxyhydroxide rather than indium oxide.
- Example 3 in which the heat treatment was performed for 96 hours, ITO particles having a cubic shape and a rectangular parallelepiped shape were generated, and as the heat treatment time was extended, ITO particles having very good crystallinity were formed. Turned out to be.
- Example 4 In Example 4, the solvent of Example 1 is replaced with ethylene glycol from diethylene glycol. As in Example 1, 0.25 mol / L of indium trichloride tetrahydrate, 25 mL of diethylene glycol solution of 0.025 mol / L of tin tetrachloride pentahydrate, and 25 mL of diethylene glycol solution of 2.25 mol / L sodium hydroxide was made. Both liquids were mixed and reacted in an amount of 10 mL to obtain 20 mL of a tin-containing indium hydroxide diethylene glycol suspension. Then, the precipitation solution was placed in an autoclave and heated at 250 ° C. for 12 hours. The precipitate was separated and collected from the heated precipitation solution using a centrifuge. Then, after the collected precipitate was dispersed with ethanol, the precipitate was separated and collected again using a centrifuge, and the ITO powder according to Example 4 was obtained.
- the ITO particles (primary particles) according to Example 4 were cubic and cuboid particles having a size (average particle diameter) of 28.7 nm.
- a TEM image of the ITO particles is shown in FIG. Further, when the XRD spectrum was measured, it was found that it had a single composition of indium oxide and a crystallite diameter of 28.7 nm.
- the value of “(average primary particle diameter determined from TEM photograph) / (crystallite diameter calculated from (222) plane of indium oxide determined from XRD diffraction peak)” was 1.0.
- Example 5 In Example 5, the solvent of Example 1 is replaced with 1-butanol from ethylene glycol. As in Example 1, 0.25 mol / L of indium trichloride tetrahydrate, 25 mL of 1-butanol solution of 0.025 mol / L of tin tetrachloride pentahydrate, and 1 of 2.25 mol / L of sodium hydroxide -Make 25 mL of butanol solution. Both solutions were mixed and reacted in an amount of 10 mL to obtain 20 mL of a 1-butanol suspension of tin-containing indium hydroxide. Then, the precipitation solution was placed in an autoclave and heated at 250 ° C. for 12 hours. The precipitate was separated and collected from the heated precipitation solution using a centrifuge. Then, after the collected precipitate was dispersed with ethanol, the precipitate was separated and collected again using a centrifuge, and the ITO powder according to Example 5 was obtained.
- the ITO particles (primary particles) according to Example 5 were spherical particles having a size (average particle diameter) of 11.5 nm. Further, when the XRD spectrum was measured, it was found that it had a single composition of indium oxide and a crystallite diameter of 10.0 nm. The value of “(average primary particle diameter determined from TEM photograph) / (crystallite diameter calculated from (222) plane of indium oxide determined from XRD diffraction peak)” was 1.15.
- Example 6 ITO powder was prepared by changing the heat treatment temperature in Example 1.
- An ITO powder according to Example 6 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the temperature in the heating step was changed from 250 ° C. to 220 ° C.
- the ITO particles (primary particles) according to Example 6 were spherical particles having a size (average particle diameter) of 11.5 nm. Further, when the XRD spectrum was measured, it was found that it had a single composition of indium oxide and a crystallite diameter of 13.8 nm. The value of “(average primary particle diameter determined from TEM photograph) / (crystallite diameter calculated from (222) plane of indium oxide determined from XRD diffraction peak)” was 0.83.
- Example 7 ITO powder was prepared by replacing the indium salt in Example 1 with indium nitrate.
- An ITO powder according to Example 7 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the indium salt was changed from indium chloride to indium nitrate.
- the ITO particles (primary particles) according to Example 7 were spherical particles having a size (average particle diameter) of 14.4 nm. Further, when the XRD spectrum was measured, it was found that it was a single composition of indium oxide and the crystallite diameter was 16.4 nm. The value of “(average primary particle diameter determined from TEM photograph) / (crystallite diameter calculated from (222) plane of indium oxide determined from XRD diffraction peak)” was 0.88.
- Example 8 ITO powder was prepared by substituting ammonium carbonate for the basic salt in Example 1.
- An ITO powder according to Example 8 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the basic salt was changed from 2.25 mol / L sodium hydroxide to 1.125 mol / L ammonium carbonate.
- the ITO particles (primary particles) according to Example 7 were spherical particles having a size (average particle diameter) of 23 nm. Further, when the XRD spectrum was measured, it was found that it had a single composition of indium oxide and a crystallite diameter of 22.8 nm. The value of “(average primary particle diameter determined from TEM photograph) / (crystallite diameter calculated from (222) plane of indium oxide determined from XRD diffraction peak)” was 1.01.
- Table 1 shows the measurement results of the reaction conditions, the TEM particle diameter, the product phase obtained from the XRD spectrum, and the crystallite diameter of the ITO powders according to Examples 4 to 8. From the data in Table 1, it was found that even if the solvent was replaced with alcohols, ITO particles suitable for the transparent conductive material paint according to the present invention were produced. From the data of Example 6, it was found that even when the heating process temperature was lowered to 220 ° C., ITO particles suitable for the transparent conductive material paint according to the present invention were produced. In addition, from the results of Example 4, it was confirmed that ITO particles suitable for the transparent conductive material paint according to the present invention were produced even when diethylene glycol was used as the solvent.
- Example 9 As a solution containing indium and tin, in 25 ml of ethylene glycol, indium trichloride tetrahydrate and tin tetrachloride pentahydrate so that indium is 0.5 mol / L and tin is 0.05 mol / L. Things were weighed. While stirring both salts, 25 mL of ethylene glycol was added little by little to prepare a solution containing indium and tin. On the other hand, NaOH was weighed so that the NaOH concentration in 25 mL of ethylene glycol was 1.00 mol / L. To the measured NaOH, 25 mL of ethylene glycol was dissolved little by little to prepare a basic solution.
- the average particle diameter of the ITO particles (primary particles) of the ITO powder according to Example 9 was measured in the same manner as in Example 1, the particles had a cubic shape and a rectangular parallelepiped shape with a size (average particle diameter) of 48.2 nm. . Furthermore, when the XRD spectrum of the ITO particles was measured, it was found that the ITO particles had a single composition of indium oxide and a crystallite diameter of 47.5 nm. A TEM image of the ITO particles is shown in FIG. The value of “(average primary particle diameter determined from TEM photograph) / (crystallite diameter calculated from (222) plane of indium oxide determined from XRD diffraction peak)” was 1.01.
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Abstract
ITO粒子同士が焼結し粗大化してしまう雰囲気中での加熱工程を経由することなく、簡単な処理方法によって、製造工程で使用する溶媒として高沸点の溶媒を使用することなく製造することができる、透明導電材用塗料に適したITO粉末およびその製造方法を提供する。インジウムを含む塩と、スズを含む塩とを有機溶媒中に溶解し、当該有機溶媒に塩基性沈殿剤を含む有機溶媒を添加し、インジウムとスズとを含む前駆体と有機溶媒の混合物を作製する第1の工程と、インジウムとスズとを含む前駆体と有機溶媒の混合物を加圧容器内で200℃以上、300℃以下の温度で加熱処理してITO粒子を生成させる第2の工程と、によりITO粉末を製造する。
Description
本発明は、スズを含有する酸化インジウム(Indium-Tin-Oxide)(以下、ITOと記載する場合がある。)粒子の製造方法、およびITO粉末、当該ITO粉末を含む透明導電材用塗料、並びに当該塗料を用いて製膜される透明導電膜に関する。
ITOを含む透明導電膜は、可視光に対する高い透光性と、導電性とを示すことから、各種表示デバイスや太陽電池などの透明電極膜として用いられている。この透明導電膜の製膜方法としては、ITOターゲットを用いたスパッタリング法等の物理蒸着法、ITO粒子の分散液、スズおよびインジウムの有機化合物を塗布する塗布法、が知られている。
一般的には、低電気抵抗性、高可視光透過率、化学的安定性の観点から、ITOターゲットを用いたスパッタリング法等の物理蒸着法によるITO成膜法が広く使用されている。しかしながら、成膜時のスパッタ装置内へのITOの付着ロス、配線形成時のエッチングロス等により、現行のスパッタリング成膜法においては、用いられるITOターゲットのうち、実際に透明電極として使用される量はわずかである。尤も、使用後のITOターゲットの大部分は、リサイクルにより再資源化される。しかし、当該再資源化にはリードタイムが存在するため、実際の問題として、配線として使用される量よりも、多くの量のインジウム原料の確保が必要となる。さらに、スパッタリング成膜法では、大型薄型テレビの急速な需要拡大にあわせて、その都度ITOターゲット、真空チャンバー等を大型化すべく、成膜装置の更新を必要とする。
これに対して、塗布法により得られるITO膜は、スパッタリング法などの物理的方法により成膜されたITO膜に比べて導電性は多少低いものの、真空装置などの高価な装置を用いることなく大面積や複雑形状の製膜が可能であり、成膜コストを低減できる利点がある。そして、この塗布法の中でも、ITO粒子を塗料化し基板上に直接塗布し大気中にて加熱することで透明導電膜を成膜、配線化する技術が注目されつつある。この方法を用いると、インジウム原料の使用効率を高めることが可能であると共に、印刷技術の応用により大面積の電極作製も可能であるため、注目されつつある技術である。
一方、ITO膜の形成に用いられるITO粉末を構成するITO粒子の製造方法として、塩化インジウム水溶液などのインジウムイオンと、塩化スズ水溶液などのスズイオンとを含む水溶液中に、アンモニア、苛性ソーダなどのアルカリを加えて中和・沈殿させ、スズを含有するインジウム水酸化物を生成させ、大気雰囲気または還元性雰囲気で500℃以上の高温で加熱処理(焼成)して結晶化させる方法が提案されている。
また、本出願人らは、インジウム水酸化物を110℃以下で加熱して、立方体や直方体の非常に結晶性の良好な水酸化インジウム粒子を生成させ、さらにスズ塩と塩基性沈殿剤を添加して水酸化インジウム・水酸化スズ沈殿物を得、さらに水酸化インジウム・水酸化スズ沈殿物を加圧容器中にて水熱処理することによって結晶性を上げた後、500℃以上の高温で加熱処理して結晶性の良好なITO粒子を得る方法を、特許文献1として提案している。
一方、ITO粒子の製造方法として、有機物を使用する製法も提案されている。特許文献2では、有機溶媒にインジウム塩とスズ塩とを溶解した後、ここへアルカリ水溶液を添加してインジウム水酸化物とスズ水酸化物を生成させ、得られたインジウム水酸化物とスズ水酸化物の混合物を乾燥後、加熱処理することが提案されている。特許文献3は、スズ含有インジウム水酸化物を有機溶媒中で240℃以上の温度で加熱処理することによって、ITO粒子を得る方法を提案している。
上述したように、ITO粉末を塗料化し基板上に直接塗布した後、大気中での加熱という比較的低温のプロセスにより、ITO膜を製膜・配線化する技術は有望な技術である。
しかし、特許文献1においては水溶液中でインジウムおよびスズを含む無機塩に塩基性塩を添加し作製した生成物を100℃以下で加熱後、さらに200℃以上の水熱処理を行うことによって、結晶性の良好なスズ含有インジウム水酸化物を得ており、さらに、当該スズ含有インジウム水酸化物を乾燥した後、当該乾燥物を加熱処理によって結晶性の良好なITO粒子を得ている。しかし、オートクレーブなど加圧条件下での水熱処理では、インジウム水酸化物、インジウムオキシ水酸化物の生成はできるが、インジウム酸化物の生成は困難である。従って、ITO粒子を得るためには、水熱処理後の生成物を乾燥させた後、再び当該生成物に加熱処理をする必要がある。
また、特許文献2においては、インジウム水酸化物とスズ水酸化物とを有機溶媒中にて混合することにより、1次粒子の凝集を低減させた状態で加熱処理を行っている。この製法においても、従来のITO粉体の製造方法と同様、大気中もしくは雰囲気中で500℃以上の加熱処理を行う工程が不可欠であるため、ITO粒子同士が焼結し粗大化してしまう現象が避けられない。
さらに、大気中もしくは雰囲気中で加熱処理を行う工程を経由し得られたITO粒子の塗料化に際しては、当該ITO粒子をそのまま分散させても、分散性の良いITO塗料を得るのは非常に困難である。その為、当該ITO粒子の分散性をよくするために、当該ITOの二次粒子の解砕・分散工程が必要である。
上述した解砕・分散が十分でなく、粗いITO粒子を含むITO塗料にてITO膜形成を行った場合においては、ITO粒子の分散性及び塗膜の透明性が低くなり、塗膜の濁度が高くなる。
一方、上述した解砕・分散工程にビーズミル等を用いた場合、粉砕時間を必要とするので生産性が低下する上、ビーズ等のメディアからのコンタミにより、ITO塗料へ不純物が混入することで、得られる塗膜の導電性特性が悪化するという問題がある。
上述した解砕・分散が十分でなく、粗いITO粒子を含むITO塗料にてITO膜形成を行った場合においては、ITO粒子の分散性及び塗膜の透明性が低くなり、塗膜の濁度が高くなる。
一方、上述した解砕・分散工程にビーズミル等を用いた場合、粉砕時間を必要とするので生産性が低下する上、ビーズ等のメディアからのコンタミにより、ITO塗料へ不純物が混入することで、得られる塗膜の導電性特性が悪化するという問題がある。
一方、特許文献3は、有機溶媒中で酸化インジウム粒子を作製する方法として、インジウムおよびスズを含む無機塩に塩基性塩を添加し作製した生成物を有機溶媒中に分散させ、分散させた有機溶媒を240℃以上の温度で加熱することによって、スズを含有する酸化インジウムを作製する方法を提案している。当該方法は分散性が良好なITO塗布液が作製できるが、製法上、生成物を含む有機溶媒を高温で処理する必要があり、少なくとも240℃以上の高沸点の有機溶媒を用いることが必須である。ここで、ITO塗布液からITO膜を作製する製膜温度としては、ガラスの軟化点や他の電子部材の耐熱温度が300℃付近にあることから、製膜時の加熱温度は250℃以下さらには200℃以下であることが求められる。従って、ITO塗布液の溶媒として240℃以上の有機溶媒を用いると、製膜時に有機溶媒を容易に蒸発させることが困難となり、低沸点溶媒への置換が必要である。その上、完全な溶媒の置換は非常に困難であることから、高沸点有機物の残留が低温度での膜形成を阻害してしまうという問題があった。
従って、当該製造方法によれば、沸点が240℃未満の有機溶媒にITO粒子が分散した分散液を得るために、ITO粒子合成後に溶媒の置換が必要であった。
従って、当該製造方法によれば、沸点が240℃未満の有機溶媒にITO粒子が分散した分散液を得るために、ITO粒子合成後に溶媒の置換が必要であった。
本発明は、上述の課題に鑑み、ITO粒子同士が焼結し粗大化してしまう雰囲気中での加熱工程を経由することなく、簡単な処理方法によって、低い加熱温度であっても結晶性が良好な透明導電膜を得ることができるITO粉末およびその製造方法を提供することを目的とする。さらに、当該ITO粉末製造工程で使用する溶媒として、高沸点の溶媒を用いることを必須要件としないことで、当該ITO粉末を含む透明導電材用塗料を用いて成膜した際、低温度の焼成でも有機溶媒の残留がないITO粉末およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上述の課題を解決すべく研究を行った結果、低沸点の有機溶媒から構成される有機溶媒中において、直接に、インジウムおよびスズを含む前駆体を形成させ、次に、当該前駆体と有機溶媒との混合物を加圧条件下で処理することによって、低沸点の有機溶媒から構成させる粒子分散液中にITO粒子を生成させるという新規な構成に想到し、本発明を完成した。
すなわち、上述の課題を解決するための第1の構成は、
インジウムを含む塩と、スズを含む塩とを有機溶媒中に溶解し、当該有機溶媒に塩基性沈殿剤を含む有機溶媒を添加し、インジウムとスズとを含む前駆体と有機溶媒の混合物を作製する第1の工程と、
インジウムとスズとを含む前駆体と有機溶媒の混合物を加圧容器内で200℃以上、300℃以下の温度で加熱処理してITO粒子を生成させる第2の工程とを、有することを特徴とするITO粒子の製造方法である。
インジウムを含む塩と、スズを含む塩とを有機溶媒中に溶解し、当該有機溶媒に塩基性沈殿剤を含む有機溶媒を添加し、インジウムとスズとを含む前駆体と有機溶媒の混合物を作製する第1の工程と、
インジウムとスズとを含む前駆体と有機溶媒の混合物を加圧容器内で200℃以上、300℃以下の温度で加熱処理してITO粒子を生成させる第2の工程とを、有することを特徴とするITO粒子の製造方法である。
第2の構成は、
前記有機溶媒が、OH基を1個/分子以上含み、沸点が240℃未満である有機溶媒であることを特徴とする第1の構成に記載のITO粒子の製造方法である。
前記有機溶媒が、OH基を1個/分子以上含み、沸点が240℃未満である有機溶媒であることを特徴とする第1の構成に記載のITO粒子の製造方法である。
第3の構成は、
前記有機溶媒が、OH基を1個/分子以上含み、沸点が200℃未満である有機溶媒であることを特徴とする第1の構成に記載のITO粒子の製造方法である。
前記有機溶媒が、OH基を1個/分子以上含み、沸点が200℃未満である有機溶媒であることを特徴とする第1の構成に記載のITO粒子の製造方法である。
第4の構成は、
前記第2の工程において、インジウムとスズとを含む前駆体と有機溶媒の混合物中に含まれる水分の量が15質量%未満であることを特徴とする第1から第3の構成のいずれかに記載のITO粒子の製造方法である。
前記第2の工程において、インジウムとスズとを含む前駆体と有機溶媒の混合物中に含まれる水分の量が15質量%未満であることを特徴とする第1から第3の構成のいずれかに記載のITO粒子の製造方法である。
第5の構成は、
前記有機溶媒が、親水性の有機溶媒であることを特徴とする第1から第4の構成のいずれかに記載のITO粒子の製造方法である。
前記有機溶媒が、親水性の有機溶媒であることを特徴とする第1から第4の構成のいずれかに記載のITO粒子の製造方法である。
第6の構成は、
前記有機溶媒が、少なくともポリオールを含む1種以上の溶媒であることを特徴とする第1から第5の構成のいずれかに記載のITO粒子の製造方法である。
前記有機溶媒が、少なくともポリオールを含む1種以上の溶媒であることを特徴とする第1から第5の構成のいずれかに記載のITO粒子の製造方法である。
第7の構成は、
前記有機溶媒は、少なくともエチレングリコールを含む1種以上の溶媒であることを特徴とする第1から第6の構成のいずれかに記載のITO粒子の製造方法である。
前記有機溶媒は、少なくともエチレングリコールを含む1種以上の溶媒であることを特徴とする第1から第6の構成のいずれかに記載のITO粒子の製造方法である。
第8の構成は、
TEM写真から求めた平均一次粒子径が10nm以上、100nm以下であることを特徴とするITO粉末である。
TEM写真から求めた平均一次粒子径が10nm以上、100nm以下であることを特徴とするITO粉末である。
第9の構成は、
「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値が0.8以上、1.2以下であることを特徴とする第8の構成に記載のITO粉末である。
「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値が0.8以上、1.2以下であることを特徴とする第8の構成に記載のITO粉末である。
第10の構成は、
粒子中に結晶粒界がない粒子を含むことを特徴とする第8または第9の構成に記載のITO粉末である。
粒子中に結晶粒界がない粒子を含むことを特徴とする第8または第9の構成に記載のITO粉末である。
第11の構成は、
ITO粉末を構成する粒子が、立方体または直方体の形状であることを特徴とする第8から第10の構成のいずれかに記載のITO粉末である。
ITO粉末を構成する粒子が、立方体または直方体の形状であることを特徴とする第8から第10の構成のいずれかに記載のITO粉末である。
第12の構成は、
第1から第7の構成のいずれかに記載のITO粒子の製造方法により製造されたITO粒子、または、第8から第11の構成のいずれかに記載のITO粉末を含むことを特徴とする透明導電材用塗料である。
第1から第7の構成のいずれかに記載のITO粒子の製造方法により製造されたITO粒子、または、第8から第11の構成のいずれかに記載のITO粉末を含むことを特徴とする透明導電材用塗料である。
第13の構成は、
第12の構成に記載の透明導電膜塗料を用いて製造されたことを特徴とする透明導電膜である。
第12の構成に記載の透明導電膜塗料を用いて製造されたことを特徴とする透明導電膜である。
本発明によれば、ITO粒子同士が焼結し粗大化してしまう原因となる、雰囲気中での加熱工程を経由することなく、ITO粒子を製造することが出来た。さらに、本発明によれば、当該ITO粒子の製造工程で使用する溶媒として高沸点の溶媒を使用することなく、透明導電材用塗料に適したITO粒子を製造することが出来た。
本発明に係る透明導電材用塗料に適したITO粉末を構成するITO粒子について説明する。
本発明に係るITO粉末を構成するITO粒子のTEM像から測定される平均一次粒子径は、10nm以上、100nm以下である。当該平均一次粒子径が10nm以上あることで、塗膜時の単位面積当たりの粒子同士の接点の増加が抑制され、接触抵抗の増加が抑制されるからである。一方、当該平均一次粒子径が100nm以下であることで、粒子の焼結温度が下がる。そして、当該平均一次粒子径が100nm以下であれば、低温度にて粒子同士が焼結し、均質な膜を作製できるからである。
本発明に係るITO粉末を構成するITO粒子のTEM像から測定される平均一次粒子径は、10nm以上、100nm以下である。当該平均一次粒子径が10nm以上あることで、塗膜時の単位面積当たりの粒子同士の接点の増加が抑制され、接触抵抗の増加が抑制されるからである。一方、当該平均一次粒子径が100nm以下であることで、粒子の焼結温度が下がる。そして、当該平均一次粒子径が100nm以下であれば、低温度にて粒子同士が焼結し、均質な膜を作製できるからである。
また、ITO粉末を構成するITO粒子が、立方体や直方体の形状であると、ITO粒子が、球状粒子である場合よりも結晶性が高い。
そして、塗膜において、当該立方体や直方体のITO粒子を規則的に配列させることによって、球状ITO粒子を配列させるよりも細密化させたITO膜の形成が可能であり、電気抵抗値の低い膜を得ることが可能である。
そして、塗膜において、当該立方体や直方体のITO粒子を規則的に配列させることによって、球状ITO粒子を配列させるよりも細密化させたITO膜の形成が可能であり、電気抵抗値の低い膜を得ることが可能である。
さらに、本発明に係る、透明導電材用塗料に適したITO粉末を構成するITO粒子において、TEM像から観察されるITO粒子(一次粒子)径を、XRDスペクトルから求めた酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径で割った「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値が1.0に近い値である。当該値が1.0に近い値であることは、当該ITO粒子自体が単結晶に近い粒子であることを示していると考えられるからである。具体的には、当該値が0.8以上、1.2以下、さらに好ましくは0.9以上、1.1以下であることである。この結果、本発明に係るITO粉末を構成する粒子が、1粒子中に結晶粒界が存在しない非常に結晶性の良い粒子となり、導電性が高く抵抗率の低い膜の形成が可能となるからである。
次に、本発明に係るITO粉末の製造方法について説明する。
まず、インジウムとスズとを含有した溶液を準備する。当該インジウムとスズとを含有した溶液は、インジウム濃度が0.1~4.0mol/L、好ましくは0.2~2.0mol/Lのインジウム塩溶液である。当該溶液において、スズ塩の添加量は、インジウムに対して5~20mol%とする。
まず、インジウムとスズとを含有した溶液を準備する。当該インジウムとスズとを含有した溶液は、インジウム濃度が0.1~4.0mol/L、好ましくは0.2~2.0mol/Lのインジウム塩溶液である。当該溶液において、スズ塩の添加量は、インジウムに対して5~20mol%とする。
インジウム塩とスズ塩とを溶解する溶液の溶媒としては、1分子当たりに、少なくともOH基を1個以上持つ有機溶媒が好ましい。具体的には、アルコール類、中でも多価アルコール類が好ましく、さらに好ましくは、エチレングリコール、ジエチレングリコールが挙げられる。しかし、これに限らず、その有機溶媒の沸点が100℃から300℃以下、さらに好ましくは250℃以下の、多価アルコールまたは、その誘導体であればよく、またイオン性液体でもよい。
これは、出発原料となるインジウム塩、スズ塩の親水性が強いため、有機溶媒が、1分子当たりに、少なくともOH基を1個以上を有するか、または、イオン性であれば、当該原料塩が均一に溶解され易くなり、中和時、および熱処理時の均一反応性が良くなる為ではないかと考えられる。勿論、これらの有機溶媒は1種のみではなく、2種以上を混合して用いても良い。さらに好ましくは、50体積%以上の水を溶解出来る親水性の強い水溶性の有機溶媒を用いる。
ITOの塗布液からITO膜への製膜温度としては、ガラスの軟化点や他の電子部材の耐熱温度が300℃付近にあることから、製膜時の加熱温度は250℃以下、さらに好ましくは200℃以下であることが求められる。使用する有機溶媒の沸点が240℃未満であれば、製膜時に容易に有機溶媒が蒸発するため好ましく、さらに200℃未満であることが好ましい。ただし、有機溶媒の沸点が低すぎると、反応加熱時の圧力が非常に高くなるため、圧力に準じた高圧容器が必要となり設備的なコストが必要となる。したがって、当該観点からは、有機溶媒の沸点は100℃以上であることが好ましい。
上述したように、本実施形態に係るITO粒子の生成に用いる有機溶媒は、分子1個あたりにOH基を1個以上持つものであることが好ましい。当該有機溶媒が、分子1個あたりにOH基を1個以上持つことで、上述した効果とは異なる効果も発揮する。それは、当該有機溶媒中に存在するOH基がスズ含有酸化インジウムからO(酸素)を奪って、これを還元し、酸素欠陥を生成させる効果である。当該生成した酸素欠陥に起因して、生成するITO粒子中にキャリアが発生するので導電性が向上する。
ここで、OH基を多く有する化合物という観点から、有機溶媒としては分子1個あたりにOH基を2個以上もつポリオールが好ましい。
ここで、OH基を多く有する化合物という観点から、有機溶媒としては分子1個あたりにOH基を2個以上もつポリオールが好ましい。
当該溶液に溶解させるインジウム塩としては、In2(C2O4)3、InCl3、In(NO3)3およびIn2(SO4)3の群から選ばれる少なくとも1種のインジウムの無水物結晶塩、または、In(NO3)3・3H2O、InCl3・4H2O、In2(SO4)3・9H2Oなどの水和物の結晶塩、または、インジウムメタルをH2C2O4、HNO3、HCl、H2SO4などに溶解することによって得られる溶液、を有機溶媒中に溶解することによって得ることができる。ただし、有機溶媒中の含有水分を少なくするという観点から、無水の結晶塩を用いる方が最も好ましい。
当該溶液に溶解させるスズ塩としては、Sn2(C2O4)3、SnCl2、SnCl4、Sn(NO3)2およびSnSO4の群から選ばれる少なくとも1種のスズの無水物結晶塩、または、Sn(NO3)3・3H2O、SnCl3・2H2O、SnCl4・5H2O、Sn(SO4)2・2H2O、などの水和物の結晶塩、またはスズメタルをH2C2O4、HNO3、HCl、H2SO4などに溶解することによって得られる溶液を、有機溶媒中に溶解することによって得ることができる。また、テトラメチルスズ、テトラブチルスズなどの有機スズを有機溶媒中に溶解して用いても良い。
有機溶媒中の含有水分を少なくするという観点からは、使用するスズ塩は、無水の結晶塩または有機スズを用いることが好ましい。但し、有機スズは取り扱いに注意が必要なため、無水のスズ結晶塩を用いる方が好ましい。
有機溶媒中の含有水分を少なくするという観点からは、使用するスズ塩は、無水の結晶塩または有機スズを用いることが好ましい。但し、有機スズは取り扱いに注意が必要なため、無水のスズ結晶塩を用いる方が好ましい。
当該インジウムとスズとを含有した溶液中のインジウム濃度は、中和反応前において、0.1~4.0mol/L、好ましくは0.2~2.0mol/Lになるように調整する。これは、インジウム濃度が0.1mol/L以上であれば生産性の観点から好ましいからである。また、インジウム濃度が4.0mol/L以下であれば、インジウム塩が有機溶媒中に溶け残ることなく溶解することが可能となり、後述する加熱処理時の溶液中においてインジウム塩が有機溶媒中に均一に存在することになり、均一な粒径の粒子を作製することが容易になるからである。
次に、塩基性沈殿剤を含有した溶液について説明する。
当該溶液に溶解させる塩基性塩としては、NaOH、KOH、NH4OH、NH3、NH4HCO3および(NH4)2CO3の群から選ばれる少なくとも1種の塩基性塩を、上述した有機溶媒中に溶解することによって得ることができる。尚、これら塩基性塩の群のうちでも、NaOH、(NH4)2CO3を使用することが好ましい。
当該溶液に溶解させる塩基性塩としては、NaOH、KOH、NH4OH、NH3、NH4HCO3および(NH4)2CO3の群から選ばれる少なくとも1種の塩基性塩を、上述した有機溶媒中に溶解することによって得ることができる。尚、これら塩基性塩の群のうちでも、NaOH、(NH4)2CO3を使用することが好ましい。
当該インジウムとスズを含有した溶液の液温を、5℃~95℃、好ましくは10℃~50℃の範囲に維持する。そして、保温された当該溶液へ、当該塩基性塩を含有した溶液を、24時間以内、好ましくは1分間~120分間の添加時間で添加し、水酸化インジウム-水酸化スズ沈殿物(以下、「スズ含有水酸化インジウム」と記載する場合がある。)を含む沈殿溶液を生成させる。当該塩基性塩の添加量は、インジウム塩の0.5~100当量、好ましくは1.0~10当量となるまで添加し、有機溶媒中において水酸化インジウムの沈殿溶液を生成させる。当該塩基性塩の投入量が多いほど、沈殿時のpH変動が急激に起こり微細な粒子が生成する。つまり、当該塩基性塩の投入量が0.5当量以上であると、未沈殿量が少なくなり好ましい。一方、10当量以上の塩基性塩を添加しても、沈殿時のpH変動は10当量の場合とそれほど変わらないため、塩基性塩の添加量は10当量以下で十分である。
次に、当該生成したスズ含有水酸化インジウム粒子からITO粒子を得る為に、得られたスズ含有水酸化インジウム沈殿溶液を密閉容器中にて加熱処理(オートクレーブ処理)を行う。この際、当該スズ含有水酸化インジウム粒子を当該沈殿溶液から固液分離し、乾燥させることなく加熱処理(オートクレーブ処理)工程に移行することが好ましい。これは、前駆体である当該スズ含有水酸化インジウム粒子を、乾燥させることなく加熱処理工程に移行させることで、この段階における前駆体の凝集体発生を回避出来るからである。その結果、ITO粒子にしたときの凝集体増加を回避することが出来好ましい。
また、加熱処理温度は200℃から300℃、処理時間は30分間から200時間の範囲が好ましい。加熱処理温度が200℃以上、好ましくは220℃以上あれば、長時間の加熱を回避することが出来る。ただし、高温条件になるほど密閉容器中の圧力が上昇する。そこで、加熱温度が300℃以下であれば、反応時の圧力が高くなり過ぎないので特殊な装置を必要とせず好ましい。
密閉容器中にて加熱処理するスズ含有水酸化インジウム沈殿溶液に含まれる水分量は、15質量%以下とする。水分量が15質量%以下である場合には、高純度のスズ含有酸化インジウムが得られる。同様の理由により、水分量は5質量%以下であることが、さらに好ましい。
また、加熱処理温度は200℃から300℃、処理時間は30分間から200時間の範囲が好ましい。加熱処理温度が200℃以上、好ましくは220℃以上あれば、長時間の加熱を回避することが出来る。ただし、高温条件になるほど密閉容器中の圧力が上昇する。そこで、加熱温度が300℃以下であれば、反応時の圧力が高くなり過ぎないので特殊な装置を必要とせず好ましい。
密閉容器中にて加熱処理するスズ含有水酸化インジウム沈殿溶液に含まれる水分量は、15質量%以下とする。水分量が15質量%以下である場合には、高純度のスズ含有酸化インジウムが得られる。同様の理由により、水分量は5質量%以下であることが、さらに好ましい。
当該加熱処理後に固液分離・洗浄を行い、ITO粉末のスラリーを得る。当該ITO粉末のスラリーを、このまま、次工程である透明導電膜塗料の製造工程へ送っても良いし、一旦、乾燥させてITO粉末とした後、次工程である透明導電膜塗料の製造工程へ送っても良い。いずれにしても、使用される有機溶媒中に高沸点の溶媒は含有されていないので、操作が簡便であることに加え、次工程である透明導電膜塗料の製造工程およびそれ以降においても、250℃以下の加熱温度で良好な導電性を示す膜が形成することができる等の効果が期待出来る。
本実施形態で使用される加熱装置として、例えば、マントルヒーター、リボンヒーター、オイルバス等が挙げられる。尤も、300℃まで加熱可能なものであれば、多様な加熱装置が適用可能である。 また、本実施形態で使用される反応器は、使用する溶媒の300℃の蒸気圧の圧力下でも密閉状態を保持する機能を有する反応器であることが求められる。
このようにして得られた本実施形態に係るITO粒子は、上述した、本発明に係る透明導電材用塗料に適したITO粉末を構成するITO粒子であった。
本実施形態に係るITO粒子は、すべて青色系の粒子であり、酸素欠陥を有するITO粒子が生成していることが判明した。当該酸素欠陥を有するITO粒子は、当該ITO粒子中にキャリアが発生するので導電性が向上する。酸素欠損を持たないITO粒子は、一般的に白色または黄色の粒子であるが、酸素欠損を持つことにより緑色または青色系の粒子となる。
次に、本実施形態に係るITO粉末またはITO粉末のスラリーを用いた透明導電膜塗料の製造について説明する。
当該本発明に係る透明導電膜塗料は、本発明に係るITO粉末またはITO粉末のスラリーを溶媒中に分散させることで製造することが出来る。この際、当該透明導電膜塗料におけるITO粉末の濃度は、5~25質量%の範囲で調整すればよい。
また、本実施形態に係るITO粉末またはITO粉末のスラリーを分散させる液状媒体としては、上述した反応に用いた有機溶媒の他に、アルコール、ケトン、エーテル、エステル、トルエン、シクロヘキサン等の有機溶媒でも良く、純水でも良い。さらに、界面活性剤またはカップリング剤などの分散剤を併用してもよい。
当該本発明に係る透明導電膜塗料は、本発明に係るITO粉末またはITO粉末のスラリーを溶媒中に分散させることで製造することが出来る。この際、当該透明導電膜塗料におけるITO粉末の濃度は、5~25質量%の範囲で調整すればよい。
また、本実施形態に係るITO粉末またはITO粉末のスラリーを分散させる液状媒体としては、上述した反応に用いた有機溶媒の他に、アルコール、ケトン、エーテル、エステル、トルエン、シクロヘキサン等の有機溶媒でも良く、純水でも良い。さらに、界面活性剤またはカップリング剤などの分散剤を併用してもよい。
本発明に係る透明導電膜塗料は、セラミック、ガラス等の基板、有機フィルム等、様々な基板材に塗布可能であった。さらに、当該透明導電膜塗料の塗布時に、ムラの発生は見られなかった。
次に、本発明に係る透明導電膜塗料を用いた透明導電膜の成膜方法例について説明する。
例えば、ガラス基板上に成膜する場合は、当該ガラス基板をスピンコーターにより回転させる。そこへ、本発明に係る透明導電膜塗料を滴下してコートする。当該コート後、ガラス基板を取り出し乾燥させた後、再度、スピンコーターにより回転させ、オーバーコート材を滴下する。得られたオーバーコート後のガラス基板を乾燥後、大気雰囲気で例えば250℃まで昇温させて、20分保持した後、自然冷却して透明導電膜が形成されたガラス基板を得ることが出来る。得られた透明導電膜が形成されたガラス基板は、加熱温度が250℃程度であるにも拘わらず、良好な導電性を示した。
例えば、ガラス基板上に成膜する場合は、当該ガラス基板をスピンコーターにより回転させる。そこへ、本発明に係る透明導電膜塗料を滴下してコートする。当該コート後、ガラス基板を取り出し乾燥させた後、再度、スピンコーターにより回転させ、オーバーコート材を滴下する。得られたオーバーコート後のガラス基板を乾燥後、大気雰囲気で例えば250℃まで昇温させて、20分保持した後、自然冷却して透明導電膜が形成されたガラス基板を得ることが出来る。得られた透明導電膜が形成されたガラス基板は、加熱温度が250℃程度であるにも拘わらず、良好な導電性を示した。
以下、透明導電材用塗料に適したITO粉末を構成するITO粒子、およびその製造方法について、実施例を詳細しながら説明する。
[実施例1]
インジウムとスズとを含有した溶液として、エチレングリコール25mL中に、インジウムが0.25mol/L、スズが0.025mol/Lとなるように、三塩化インジウム四水和物を1.72g、四塩化スズ五水和物を0.22g秤量した。両塩を撹拌しながら、エチレングリコール25mLを少量ずつ加え、インジウムとスズとを含有した溶液を調整した。
また、インジウムの3当量分の塩基性溶液として、エチレングリコール25mL中にNaOHが2.25mol/LとなるようにNaOHを2.25g秤量した。当該NaOHを溶解しながら、エチレングリコール25mLを少量ずつ加え、塩基性溶液を調整した。
インジウムとスズとを含有した溶液として、エチレングリコール25mL中に、インジウムが0.25mol/L、スズが0.025mol/Lとなるように、三塩化インジウム四水和物を1.72g、四塩化スズ五水和物を0.22g秤量した。両塩を撹拌しながら、エチレングリコール25mLを少量ずつ加え、インジウムとスズとを含有した溶液を調整した。
また、インジウムの3当量分の塩基性溶液として、エチレングリコール25mL中にNaOHが2.25mol/LとなるようにNaOHを2.25g秤量した。当該NaOHを溶解しながら、エチレングリコール25mLを少量ずつ加え、塩基性溶液を調整した。
液温が30℃を超えないようにしながら、塩化スズと塩化インジウムとのエチレングリコール溶液10mLに、水酸化ナトリウムのエチレングリコール溶液10mLを混合して反応させ、エチレングリコール-スズ含有水酸化インジウムの懸濁溶液20mLを得た。
この懸濁溶液をオートクレーブに設置して250℃で12時間加熱した。加熱後の沈殿溶液から遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集した。そして採集した沈殿物をエタノールで分散させた後、再び、遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集し、実施例1に係るITO粉末を得た。
この懸濁溶液をオートクレーブに設置して250℃で12時間加熱した。加熱後の沈殿溶液から遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集した。そして採集した沈殿物をエタノールで分散させた後、再び、遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集し、実施例1に係るITO粉末を得た。
実施例1に係るITO粉末をTEM(透過電子顕微鏡)で形状観察を行ったところ、生成した粒子は、球状、立方体形状および直方体形状の粒子であった。
ITO粉末を構成するITO粒子(一次粒子)の平均粒子径は、当該TEM写真上で重なり合っていないITO粒子(一次粒子)100個について、当該粒子の大きさ(写真上で粒子が四角形に近い場合は長辺、円状に近い場合は直径)を測定し、その平均値を計算することにより算出した。当該ITO粒子のTEM像(174,000倍)を図1に示す。なお、円状粒子のサイズは、TEM写真上の粒子の長さが最大となる部分測定し、その測定値を直径(粒径)とした。
生成したITO粒子は、サイズ(平均粒子径)が14.4nmの、球状、立方体形状および直方体形状の粒子であった。
ITO粉末を構成するITO粒子(一次粒子)の平均粒子径は、当該TEM写真上で重なり合っていないITO粒子(一次粒子)100個について、当該粒子の大きさ(写真上で粒子が四角形に近い場合は長辺、円状に近い場合は直径)を測定し、その平均値を計算することにより算出した。当該ITO粒子のTEM像(174,000倍)を図1に示す。なお、円状粒子のサイズは、TEM写真上の粒子の長さが最大となる部分測定し、その測定値を直径(粒径)とした。
生成したITO粒子は、サイズ(平均粒子径)が14.4nmの、球状、立方体形状および直方体形状の粒子であった。
当該ITO粉末のXRDスペクトルを測定した結果を図8に示す。得られた回折パターンは酸化インジウムの回折パターンと一致しており、立方晶系を有する酸化インジウムの単一組成であることが判明した。さらに、2θ角で29.0°~31.0°(CuKα1線源)にピークが現れる(222)回折ピークについて回折ピークの強度Int.(222)と、半価幅Bと、を算出し、シェラーの式Dx=0.94λ/Bcosθ(但し、Dxは結晶子の大きさ、λは測定に用いたX線の波長(CuKα1線源)、Bは回折ピークの半価幅、θは回折ピークのブラッグ角である。)より、実施例1に係る試料の結晶子径を求めたところ、14.5nmであった。
「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値は、0.99であった。
「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値は、0.99であった。
[実施例2]
実施例1と同様に、三塩化インジウム四水和物0.25mol/L、四塩化スズ五水和物0.025mol/Lのエチレングリコール溶液10mLに、水酸化ナトリウム2.25mol/Lのエチレングリコール水溶液10mLを混合して反応させ、スズ含有水酸化インジウム-エチレングリコール懸濁溶液20mLを得た。そして、当該沈殿溶液をオートクレーブに設置して250℃で24時間加熱した。
加熱後の沈殿溶液から遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集した。そして採集した沈殿物をエタノールで分散させた後、再び、遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集し、実施例2に係るITO粉末を得た。
実施例1と同様に、三塩化インジウム四水和物0.25mol/L、四塩化スズ五水和物0.025mol/Lのエチレングリコール溶液10mLに、水酸化ナトリウム2.25mol/Lのエチレングリコール水溶液10mLを混合して反応させ、スズ含有水酸化インジウム-エチレングリコール懸濁溶液20mLを得た。そして、当該沈殿溶液をオートクレーブに設置して250℃で24時間加熱した。
加熱後の沈殿溶液から遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集した。そして採集した沈殿物をエタノールで分散させた後、再び、遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集し、実施例2に係るITO粉末を得た。
実施例1と同様に、生成したITO粒子(一次粒子)は、サイズ(平均粒子径)17.2nmの、球状、立方体形状および直方体形状の粒子であった。さらにXRDスペクトルを測定したところ、酸化インジウムの単一組成であり、結晶子径は17.3nmであることが判明した。当該ITO粒子のTEM像(174,000倍)を図2に示す。
「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値は、0.99であった。
「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値は、0.99であった。
[実施例3]
実施例1と同様に、三塩化インジウム四水和物0.25mol/L、四塩化スズ五水和物0.025mol/Lのエチレングリコール溶液10mLに、水酸化ナトリウム2.25mol/Lのエチレングリコール水溶液10mLを混合して反応させ、スズ含有水酸化インジウム-エチレングリコール懸濁溶液20mLを得た。そして、当該沈殿溶液をオートクレーブに設置して250℃で96時間加熱した。
加熱後の沈殿溶液から遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集した。そして採集した沈殿物をエタノールで分散させた後、再び、遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集し、実施例3に係るITO粉末を得た。
実施例1と同様に、三塩化インジウム四水和物0.25mol/L、四塩化スズ五水和物0.025mol/Lのエチレングリコール溶液10mLに、水酸化ナトリウム2.25mol/Lのエチレングリコール水溶液10mLを混合して反応させ、スズ含有水酸化インジウム-エチレングリコール懸濁溶液20mLを得た。そして、当該沈殿溶液をオートクレーブに設置して250℃で96時間加熱した。
加熱後の沈殿溶液から遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集した。そして採集した沈殿物をエタノールで分散させた後、再び、遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集し、実施例3に係るITO粉末を得た。
実施例1と同様に、実施例3に係るITO粒子(一次粒子)は、サイズ(平均粒子径)23.0nmの、立方体形状および直方体形状の粒子であった。さらにXRDスペクトルを測定したところ、酸化インジウムの単一組成であり、結晶子径は25.3nmであることが判明した。当該ITO粒子のTEM像(174,000倍)を図3に示す。さらに実施例3に係るITO粒子のさらに拡大したTEM写真(300,000倍)を図4に示す。当該粒子内には規則的なモアレ干渉縞が観察され、転位に伴う粒界が全くなく、単一結晶であることが判る。
「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値は、0.91であった。
「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値は、0.91であった。
[比較例1]
比較例1は、実施例1の溶媒をエチレングリコールから水に代替したものである。
インジウムとスズを含有した溶液として、インジウムが0.25mol/L、スズが0.025mol/Lとなるように、三塩化インジウム四水和物を1.72g、四塩化スズ五水和物を0.22g秤量した。両塩を撹拌しながら、純水25mLを少量ずつ加え、インジウムとスズを含有した水溶液を調整した。
また、インジウムの3.0当量分の塩基性溶液として、NaOHが2.25mol/LとなるようにNaOHを2.25g秤量した。当該NaOHを溶解しながら、純水25mLを少量ずつ加え、塩基性溶液を調整した。
比較例1は、実施例1の溶媒をエチレングリコールから水に代替したものである。
インジウムとスズを含有した溶液として、インジウムが0.25mol/L、スズが0.025mol/Lとなるように、三塩化インジウム四水和物を1.72g、四塩化スズ五水和物を0.22g秤量した。両塩を撹拌しながら、純水25mLを少量ずつ加え、インジウムとスズを含有した水溶液を調整した。
また、インジウムの3.0当量分の塩基性溶液として、NaOHが2.25mol/LとなるようにNaOHを2.25g秤量した。当該NaOHを溶解しながら、純水25mLを少量ずつ加え、塩基性溶液を調整した。
液温が30℃を超えないようにしながら、塩化スズと塩化インジウムの水溶液10mLに、水酸化ナトリウム水溶液10mLを混合して反応させ、スズ含有水酸化インジウムの懸濁水溶液20mLを得た。
この懸濁溶液をオートクレーブに設置して250℃で12時間加熱した。加熱後の沈殿溶液から遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集した。そして採集した沈殿物をエタノールで分散させた後、再び、遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集し、比較例1に係る粉末を得た。
この懸濁溶液をオートクレーブに設置して250℃で12時間加熱した。加熱後の沈殿溶液から遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集した。そして採集した沈殿物をエタノールで分散させた後、再び、遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集し、比較例1に係る粉末を得た。
実施例1と同様に、比較例1に係る粒子(一次粒子)は、サイズ(平均粒子径)40nmの、立方体形状および直方体形状の粒子であった。しかし、XRDスペクトルを測定したところ、酸化インジウムではなく、オキシ水酸化インジウムの単一組成であることが判明した。当該ITO粒子のTEM像(174,000倍)を図7に示す。
[比較例2]
比較例2は、実施例1の溶媒を、エチレングリコールと水との混合溶媒に代替したものである。
インジウムとスズとを含有した溶液として、インジウムが0.25mol/L、スズが0.025mol/Lとなるように、三塩化インジウム四水和物を1.72g、四塩化スズ五水和物を0.22g、純水を5mL秤量した。両塩と純水とを撹拌しながら、エチレングリコールを少量ずつ加えて全量を25mLとし、インジウムとスズとを含有した水-エチレングリコール溶液を調整した。
また、インジウムの3.0当量分の塩基性溶液として、NaOHが2.25mol/LとなるようにNaOHを2.25g、純水5mL秤量した。当該NaOHと純水へ、エチレングリコールを少量ずつ加え全量を25mLとし、塩基性水-エチレングリコール溶液を調整した。
比較例2は、実施例1の溶媒を、エチレングリコールと水との混合溶媒に代替したものである。
インジウムとスズとを含有した溶液として、インジウムが0.25mol/L、スズが0.025mol/Lとなるように、三塩化インジウム四水和物を1.72g、四塩化スズ五水和物を0.22g、純水を5mL秤量した。両塩と純水とを撹拌しながら、エチレングリコールを少量ずつ加えて全量を25mLとし、インジウムとスズとを含有した水-エチレングリコール溶液を調整した。
また、インジウムの3.0当量分の塩基性溶液として、NaOHが2.25mol/LとなるようにNaOHを2.25g、純水5mL秤量した。当該NaOHと純水へ、エチレングリコールを少量ずつ加え全量を25mLとし、塩基性水-エチレングリコール溶液を調整した。
液温が30℃を超えないようにしながら、インジウムとスズとを含有した水-エチレングリコール溶液10mLに、塩基性水-エチレングリコール溶液10mLを混合して反応させ、スズ含有水酸化インジウムの懸濁水-エチレングリコール溶液20mLを得た。
この懸濁溶液をオートクレーブに設置して250℃で12時間加熱した。加熱後の沈殿溶液から遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集した。そして採集した沈殿物をエタノールで分散させた後、再び、遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集し、比較例2に係る粉末を得た。
この懸濁溶液をオートクレーブに設置して250℃で12時間加熱した。加熱後の沈殿溶液から遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集した。そして採集した沈殿物をエタノールで分散させた後、再び、遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集し、比較例2に係る粉末を得た。
実施例1と同様に、比較例2に係わる生成粒子(一次粒子)は、サイズ(平均粒子径)23nmの立方体形状および直方体形状の粒子であった。しかし、XRDスペクトルを測定したところ、酸化インジウムではなく、オキシ水酸化インジウムの単一組成であることが判明した。
(実施例1、2、3、比較例1、2のまとめ)
実施例1、2、3係るITO粉末、および、比較例1、2に係る粉末について、反応条件、TEM粒子径、X
RDスペクトルから求めた生成相、結晶子径についての測定結果を表1に示す。
実施例1、2、3係るITO粉末、および、比較例1、2に係る粉末について、反応条件、TEM粒子径、X
RDスペクトルから求めた生成相、結晶子径についての測定結果を表1に示す。
表1の結果より、密閉容器中にて加熱処理するスズ含有水酸化インジウム沈殿溶液として水を15質量%以上含むものを用いると、ITO粒子が生成しないことが判明した。これは、密閉容器中にて加熱処理するスズ含有水酸化インジウム沈殿溶液中に水が15質量%以上含まれると、オキシ水酸化物から酸化物への結晶系へ変化していない為であると考えられる。尤も、実施例1から3においても、インジウムとスズとの原料塩として水和物を用いているため、溶媒は実質2質量%程度の水分を含んでいる。しかし、加熱処理後は酸化物粒子が生成している。このことから、密閉容器中にて加熱処理するスズ含有水酸化インジウム沈殿溶液中に含まれる水分が15質量%未満であれば、インジウムとスズとの酸化物が生成すると考えられる。
また、加熱処理時間の延長と伴にTEM観察から求めた粒子サイズ(平均粒子径)、XRDから求めた結晶子径が増加しており、粒子成長が起こっていると考えられる。96時間の加熱処理を行った実施例3においては、立方体形状および直方体形状の粒子のITO粒子が生成しており、加熱処理時間の延長と伴に、非常に結晶性の良いITO粒子が形成されていることが判明した。
また、加熱処理時間の延長と伴にTEM観察から求めた粒子サイズ(平均粒子径)、XRDから求めた結晶子径が増加しており、粒子成長が起こっていると考えられる。96時間の加熱処理を行った実施例3においては、立方体形状および直方体形状の粒子のITO粒子が生成しており、加熱処理時間の延長と伴に、非常に結晶性の良いITO粒子が形成されていることが判明した。
[実施例4]
実施例4は、実施例1の溶媒を、エチレングリコールからジエチレングリコールに代替したものである。
実施例1と同様に、三塩化インジウム四水和物0.25mol/L、四塩化スズ五水和物0.025mol/Lのジエチレングリコール溶液25mL、および 水酸化ナトリウム2.25mol/Lのジエチレングリコール溶液25mLを作製した。
両液を、それぞれ10mLずつ混合して反応させ、スズ含有水酸化インジウムのジエチレングリコール懸濁溶液20mLを得た。そして、当該沈殿溶液をオートクレーブに設置して250℃で12時間加熱した。
加熱後の沈殿溶液から遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集した。そして採集した沈殿物をエタノールで分散させた後、再び、遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集し、実施例4に係るITO粉末を得た。
実施例4は、実施例1の溶媒を、エチレングリコールからジエチレングリコールに代替したものである。
実施例1と同様に、三塩化インジウム四水和物0.25mol/L、四塩化スズ五水和物0.025mol/Lのジエチレングリコール溶液25mL、および 水酸化ナトリウム2.25mol/Lのジエチレングリコール溶液25mLを作製した。
両液を、それぞれ10mLずつ混合して反応させ、スズ含有水酸化インジウムのジエチレングリコール懸濁溶液20mLを得た。そして、当該沈殿溶液をオートクレーブに設置して250℃で12時間加熱した。
加熱後の沈殿溶液から遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集した。そして採集した沈殿物をエタノールで分散させた後、再び、遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集し、実施例4に係るITO粉末を得た。
実施例4に係わるITO粒子(一次粒子)は、サイズ(平均粒子径)28.7nmの、立方体形状および直方体形状の粒子であった。当該ITO粒子のTEM像を図5に示す。さらにXRDスペクトルを測定したところ、酸化インジウムの単一組成であり、結晶子径は28.7nmであることが判明した。
「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値は、1.0であった。
「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値は、1.0であった。
[実施例5]
実施例5は、実施例1の溶媒を、エチレングリコールから1-ブタノールに代替したものである。
実施例1と同様に、三塩化インジウム四水和物0.25mol/L、四塩化スズ五水和物0.025mol/Lの1-ブタノール溶液25mL、および 水酸化ナトリウム2.25mol/Lの1-ブタノール溶液25mLを作製した。
両液を、それぞれ10mLずつ混合して反応させ、スズ含有水酸化インジウムの1-ブタノール懸濁溶液20mLを得た。そして、当該沈殿溶液をオートクレーブに設置して250℃で12時間加熱した。
加熱後の沈殿溶液から遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集した。そして採集した沈殿物をエタノールで分散させた後、再び、遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集し、実施例5に係るITO粉末を得た。
実施例5は、実施例1の溶媒を、エチレングリコールから1-ブタノールに代替したものである。
実施例1と同様に、三塩化インジウム四水和物0.25mol/L、四塩化スズ五水和物0.025mol/Lの1-ブタノール溶液25mL、および 水酸化ナトリウム2.25mol/Lの1-ブタノール溶液25mLを作製した。
両液を、それぞれ10mLずつ混合して反応させ、スズ含有水酸化インジウムの1-ブタノール懸濁溶液20mLを得た。そして、当該沈殿溶液をオートクレーブに設置して250℃で12時間加熱した。
加熱後の沈殿溶液から遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集した。そして採集した沈殿物をエタノールで分散させた後、再び、遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集し、実施例5に係るITO粉末を得た。
実施例5に係わるITO粒子(一次粒子)は、サイズ(平均粒子径)11.5nmの、球状形状の粒子であった。さらにXRDスペクトルを測定したところ、酸化インジウムの単一組成であり、結晶子径は10.0nmであることが判明した。
「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値は、1.15であった。
「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値は、1.15であった。
[実施例6]
本実施例6は、実施例1における熱処理温度を変えてITO粉末を調製した例である。
加熱工程の温度を、250℃から220℃に変更した以外は、実施例1と同様の方法で実施例6に係るITO粉末を調製した。
本実施例6は、実施例1における熱処理温度を変えてITO粉末を調製した例である。
加熱工程の温度を、250℃から220℃に変更した以外は、実施例1と同様の方法で実施例6に係るITO粉末を調製した。
実施例6に係わるITO粒子(一次粒子)は、サイズ(平均粒子径)11.5nmの、球状形状の粒子であった。さらにXRDスペクトルを測定したところ、酸化インジウムの単一組成であり、結晶子径は13.8nmであることが判明した。
「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値は、0.83であった。
「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値は、0.83であった。
[実施例7]
本実施例7は、実施例1におけるインジウム塩を硝酸インジウムに代替してITO粉末を調製した例である。
インジウム塩を塩化インジウムから硝酸インジウムに代替した以外は、実施例1と同様の方法で実施例7に係るITO粉末を調製した。
本実施例7は、実施例1におけるインジウム塩を硝酸インジウムに代替してITO粉末を調製した例である。
インジウム塩を塩化インジウムから硝酸インジウムに代替した以外は、実施例1と同様の方法で実施例7に係るITO粉末を調製した。
実施例7に係わるITO粒子(一次粒子)は、サイズ(平均粒子径)14.4nmの、球状形状の粒子であった。さらにXRDスペクトルを測定したところ、酸化インジウムの単一組成であり、結晶子径は16.4nmであることが判明した。
「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値は、0.88であった。
「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値は、0.88であった。
[実施例8]
本実施例8は、実施例1における塩基性塩を炭酸アンモニウムに代替してITO粉末を調製した例である。
塩基性塩を水酸化ナトリウム2.25mol/Lから炭酸アンモニウム1.125mol/Lに変更した以外は、実施例1と同様の方法で実施例8に係るITO粉末を調製した。
本実施例8は、実施例1における塩基性塩を炭酸アンモニウムに代替してITO粉末を調製した例である。
塩基性塩を水酸化ナトリウム2.25mol/Lから炭酸アンモニウム1.125mol/Lに変更した以外は、実施例1と同様の方法で実施例8に係るITO粉末を調製した。
実施例7に係わるITO粒子(一次粒子)は、サイズ(平均粒子径)23nmの、球状形状の粒子であった。さらにXRDスペクトルを測定したところ、酸化インジウムの単一組成であり、結晶子径は22.8nmであることが判明した。
「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値は、1.01であった。
「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値は、1.01であった。
(実施例4から8のまとめ)
実施例4から8に係るITO粉末について、反応条件、TEM粒子径、XRDスペクトルから求めた生成相、結晶子径についての測定結果を表1に示す。
表1のデータより、溶媒をアルコール類に代替しても、本発明に係る透明導電材用塗料に適したITO粒子が生成することが判明した。実施例6のデータより、加熱工程温度を220℃に下げても、本発明に係る透明導電材用塗料に適したITO粒子が生成することが判明した。また、実施例4の結果より、溶媒としてジエチレングリコールを使用した場合も、本発明に係る透明導電材用塗料に適したITO粒子が生成することを確認した。
また、インジウム塩を硝酸塩に、塩基性塩を炭酸アンモニウムに代替しても、実施例1と同等の結晶性の良い、本発明に係る透明導電材用塗料に適したITO粉末が得られることが判明した。
実施例4から8に係るITO粉末について、反応条件、TEM粒子径、XRDスペクトルから求めた生成相、結晶子径についての測定結果を表1に示す。
表1のデータより、溶媒をアルコール類に代替しても、本発明に係る透明導電材用塗料に適したITO粒子が生成することが判明した。実施例6のデータより、加熱工程温度を220℃に下げても、本発明に係る透明導電材用塗料に適したITO粒子が生成することが判明した。また、実施例4の結果より、溶媒としてジエチレングリコールを使用した場合も、本発明に係る透明導電材用塗料に適したITO粒子が生成することを確認した。
また、インジウム塩を硝酸塩に、塩基性塩を炭酸アンモニウムに代替しても、実施例1と同等の結晶性の良い、本発明に係る透明導電材用塗料に適したITO粉末が得られることが判明した。
[実施例9]
インジウムとスズとを含有した溶液として、エチレングリコール25mL中に、インジウムが0.5mol/L、スズが0.05mol/Lとなるように、三塩化インジウム四水和物と四塩化スズ五水和物を秤量した。両塩を撹拌しながら、エチレングリコール25mLを少量ずつ加え、インジウムとスズとを含有した溶液を調製した。
一方、エチレングリコール25mL中のNaOH濃度が1.00mol/LとなるようNaOHを秤量した。当該秤量したNaOHへ、エチレングリコール25mLを少量ずつ加えながら溶解し、塩基性溶液を調製した。
インジウムとスズとを含有した溶液として、エチレングリコール25mL中に、インジウムが0.5mol/L、スズが0.05mol/Lとなるように、三塩化インジウム四水和物と四塩化スズ五水和物を秤量した。両塩を撹拌しながら、エチレングリコール25mLを少量ずつ加え、インジウムとスズとを含有した溶液を調製した。
一方、エチレングリコール25mL中のNaOH濃度が1.00mol/LとなるようNaOHを秤量した。当該秤量したNaOHへ、エチレングリコール25mLを少量ずつ加えながら溶解し、塩基性溶液を調製した。
液温が30℃を超えないようにしながら、前記インジウムとスズとを含有した溶液10mLに、前記塩基性溶液10mLを混合して反応させ、エチレングリコール-スズ含有水酸化インジウムの懸濁溶液20mLを得た。
当該懸濁溶液をオートクレーブに設置して、250℃で96時間加熱した。加熱後の懸濁溶液から、遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集した。そして、当該分離採集した沈殿物へエタノールを添加して分散させた後、再び、当該分散液から、遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集し、実施例9に係るITO粉末を得た。
当該懸濁溶液をオートクレーブに設置して、250℃で96時間加熱した。加熱後の懸濁溶液から、遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集した。そして、当該分離採集した沈殿物へエタノールを添加して分散させた後、再び、当該分散液から、遠心分離器を用いて沈殿物を分離採集し、実施例9に係るITO粉末を得た。
実施例9に係るITO粉末のITO粒子(一次粒子)の平均粒子径を実施例1と同様に測定したところ、サイズ(平均粒子径)48.2nmの立方体形状および直方体形状を有する粒子であった。さらに、当該ITO粒子のXRDスペクトルを測定したところ、酸化インジウムの単一組成であり、結晶子径は47.5nmであることが判明した。当該ITO粒子のTEM像を図6に示す。
また、「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値は、1.01であった。
また、「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値は、1.01であった。
Claims (13)
- インジウムを含む塩と、スズを含む塩とを有機溶媒中に溶解し、当該有機溶媒に塩基性沈殿剤を含む有機溶媒を添加し、インジウムとスズとを含む前駆体と有機溶媒の混合物を作製する第1の工程と、
インジウムとスズとを含む前駆体と有機溶媒の混合物を加圧容器内で200℃以上、300℃以下の温度で加熱処理してITO粒子を生成させる第2の工程とを、有することを特徴とするITO粒子の製造方法。 - 前記有機溶媒が、OH基を1個/分子以上含み、沸点が240℃未満である有機溶媒であることを特徴とする請求項1に記載のITO粒子の製造方法。
- 前記有機溶媒が、OH基を1個/分子以上含み、沸点が200℃未満である有機溶媒であることを特徴とする請求項1に記載のITO粒子の製造方法。
- 前記第2の工程において、インジウムとスズとを含む前駆体と有機溶媒の混合物中に含まれる水分の量が15質量%未満であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のITO粒子の製造方法。
- 前記有機溶媒が、親水性の有機溶媒であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のITO粒子の製造方法。
- 前記有機溶媒が、少なくともポリオールを含む1種以上の溶媒であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のITO粒子の製造方法。
- 前記有機溶媒は、少なくともエチレングリコールを含む1種以上の溶媒であることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のITO粒子の製造方法。
- TEM写真から求めた平均一次粒子径が10nm以上、100nm以下であることを特徴とするITO粉末。
- 「(TEM写真より求めた平均一次粒子径)/(XRD回折ピークから求めた、酸化インジウムの(222)面から算出される結晶子径)」の値が0.8以上、1.2以下であることを特徴とする請求項8に記載のITO粉末。
- 粒子中に結晶粒界がない粒子を含むことを特徴とする請求項8または9に記載のITO粉末。
- ITO粉末を構成する粒子が、立方体または直方体の形状であることを特徴とする請求項8から10のいずれかに記載のITO粉末。
- 請求項1から7のいずれかに記載のITO粒子の製造方法により製造されたITO粒子、または、請求項8から11のいずれかに記載のITO粉末を含むことを特徴とする透明導電材用塗料。
- 請求項12に記載の透明導電膜塗料を用いて製造されたことを特徴とする透明導電膜。
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