WO2015060084A1 - 銀ナノ粒子含有分散液の製造方法及び銀ナノ粒子含有分散液 - Google Patents
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Abstract
Description
(1) 銀ナノ粒子含有分散液の製造方法であって、
脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が6以上である脂肪族炭化水素モノアミン(A)を含み、さらに、脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が5以下である脂肪族炭化水素モノアミン(B)、及び脂肪族炭化水素基と2つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が8以下である脂肪族炭化水素ジアミン(C)のうちの少なくとも一方を含むアミン類と、銀化合物とを混合して、前記銀化合物及び前記アミン類を含む錯化合物を生成させ、
前記錯化合物を加熱して熱分解させて、銀ナノ粒子を形成し、
前記銀ナノ粒子を、アルコール系溶剤50~90重量%及び脂肪族炭化水素系溶剤10~50重量%を含む分散溶剤に分散する、
ことを含む銀ナノ粒子含有分散液の製造方法。
シュウ酸銀分子は、銀原子2個を含んでいる。前記銀化合物がシュウ酸銀である場合には、シュウ酸銀1モルに対して、前記脂肪族アミン類を前記モノアミン(A)、前記モノアミン(B)及び前記ジアミン(C)の合計として2~100モル用いる、上記(1) ~(9)のうちのいずれかに記載の銀ナノ粒子含有分散液の製造方法。
前記銀ナノ粒子は、脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が6以上である脂肪族炭化水素モノアミン(A)を含み、さらに、脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が5以下である脂肪族炭化水素モノアミン(B)、及び脂肪族炭化水素基と2つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が8以下である脂肪族炭化水素ジアミン(C)のうちの少なくとも一方を含むアミン類と、銀化合物とを混合して、前記銀化合物及び前記アミン類を含む錯化合物を生成させ、前記錯化合物を加熱して熱分解させることにより形成されるものであり、
前記分散溶剤は、アルコール系溶剤50~90重量%及び脂肪族炭化水素系溶剤10~50重量%を含んでいる、銀ナノ粒子含有分散液。
前記銀化合物は、シュウ酸銀であることが好ましい。
前記保護剤は、脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が6以上である脂肪族炭化水素モノアミン(A)を含み、さらに、脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が5以下である脂肪族炭化水素モノアミン(B)、及び脂肪族炭化水素基と2つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が8以下である脂肪族炭化水素ジアミン(C)のうちの少なくとも一方を含んでおり、
前記分散溶剤は、アルコール系溶剤50~90重量%及び脂肪族炭化水素系溶剤10~50重量%を含んでいる、銀ナノ粒子含有分散液。
・ 上記(11) ~(16)のうちのいずれかに記載の銀ナノ粒子含有分散液からなる印刷用銀インク。
・ 上記(11) ~(16)のうちのいずれかに記載の銀ナノ粒子含有分散液からなるインクジェット印刷用銀インク。
前記基板上に、上記各項のうちのいずれかに記載の方法により製造される銀ナノ粒子含有分散液又は上記各項のうちのいずれかに記載の銀ナノ粒子含有分散液が塗布され、形成された塗布層が焼成されてなる銀導電層と、
を含む銀導電材料。
銀導電層はパターン化されていることもある。
焼成は、200℃以下、例えば150℃以下、好ましくは120℃以下の温度で、2時間以下、例えば1時間以下、好ましくは30分間以下、より好ましくは15分間以下の時間で行われる。より具体的には、90℃~120℃程度、10分~15分間程度の条件、例えば、120℃、15分間の条件で行われる。前記焼成された銀導電層の表面粗さRaは、例えば0.03μm以下である。
銀ナノ粒子含有分散液をパターン塗布して、パターン化された銀導電層を形成しても良い。
焼成は、200℃以下、例えば150℃以下、好ましくは120℃以下の温度で、2時間以下、例えば1時間以下、好ましくは30分間以下、より好ましくは15分間以下の時間で行われる。より具体的には、90℃~120℃程度、10分~15分間程度の条件、例えば、120℃、15分間の条件で行われる。前記焼成された銀導電層の表面粗さRaは、例えば0.03μm以下である。
脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が6以上である脂肪族炭化水素モノアミン(A)を含み、さらに、脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が5以下である脂肪族炭化水素モノアミン(B)、及び脂肪族炭化水素基と2つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が8以下である脂肪族炭化水素ジアミン(C)のうちの少なくとも一方を含むアミン類と、金属化合物とを混合して、前記金属化合物及び前記アミン類を含む錯化合物を生成させ、
前記錯化合物を加熱して熱分解させて、金属ナノ粒子を形成し、
前記金属ナノ粒子を、アルコール系溶剤50~90重量%及び脂肪族炭化水素系溶剤10~50重量%を含む分散溶剤に分散する、
ことを含む金属ナノ粒子含有分散液の製造方法。
前記金属ナノ粒子は、脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が6以上である脂肪族炭化水素モノアミン(A)を含み、さらに、脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が5以下である脂肪族炭化水素モノアミン(B)、及び脂肪族炭化水素基と2つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が8以下である脂肪族炭化水素ジアミン(C)のうちの少なくとも一方を含むアミン類と、金属化合物とを混合して、前記金属化合物及び前記アミン類を含む錯化合物を生成させ、前記錯化合物を加熱して熱分解させることにより形成されるものであり、
前記分散溶剤は、アルコール系溶剤50~90重量%及び脂肪族炭化水素系溶剤10~50重量%を含んでいる、金属ナノ粒子含有分散液。
前記保護剤は、脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が6以上である脂肪族炭化水素モノアミン(A)を含み、さらに、脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が5以下である脂肪族炭化水素モノアミン(B)、及び脂肪族炭化水素基と2つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が8以下である脂肪族炭化水素ジアミン(C)のうちの少なくとも一方を含んでおり、
前記分散溶剤は、アルコール系溶剤50~90重量%及び脂肪族炭化水素系溶剤10~50重量%を含んでいる、金属ナノ粒子含有分散液。
銀ナノ粒子の形成方法において、まず、脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が6以上である脂肪族炭化水素モノアミン(A)を含み、さらに、脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が5以下である脂肪族炭化水素モノアミン(B)、及び脂肪族炭化水素基と2つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が8以下である脂肪族炭化水素ジアミン(C)のうちの少なくとも一方を含むアミン混合液を調製する。次に、銀化合物と、前記アミン混合液とを混合して、前記銀化合物及び前記アミン類を含む錯化合物を生成させる。ただし、前記銀化合物と前記アミン類との混合は、必ずしも混合された状態のアミン類を用いて行う必要はない。前記銀化合物に対して、前記アミン類を順次添加してもよい。
ここで、Rは、2価のアルキレン基を表し、R1 及びR2 は、同一又は異なっていてもよく、アルキル基を表し、ただし、R、R1 及びR2 の炭素数の総和は8以下である。該アルキレン基は、通常は酸素原子又は窒素原子等のヘテロ原子(炭素及び水素以外の原子)を含まないが、必要に応じて前記ヘテロ原子を含む置換基を有していてもよい。また、該アルキル基は、通常は酸素原子又は窒素原子等のヘテロ原子を含まないが、必要に応じて前記ヘテロ原子を含む置換基を有していてもよい。
前記脂肪族モノアミン(A):5モル%~65モル%
前記脂肪族モノアミン(B)及び前記脂肪族ジアミン(C)の合計量:35モル%~95モル%
とするとよい。前記脂肪族モノアミン(A)の含有量を5モル%~65モル%とすることによって、該(A)成分の炭素鎖によって、生成する銀粒子表面の保護安定化機能が得られやすい。前記(A)成分の含有量が5モル%未満では、保護安定化機能の発現が弱いことがある。一方、前記(A)成分の含有量が65モル%を超えると、保護安定化機能は十分であるが、低温焼成によって該(A)成分が除去されにくくなる。
前記脂肪族モノアミン(A): 5モル%~65モル%
前記脂肪族モノアミン(B): 5モル%~70モル%
前記脂肪族ジアミン(C): 5モル%~50モル%
とするとよい。
前記脂肪族モノアミン(A): 5モル%~65モル%
前記脂肪族モノアミン(B): 35モル%~95モル%
とするとよい。
前記脂肪族モノアミン(A): 5モル%~65モル%
前記脂肪族ジアミン(C): 35モル%~95モル%
とするとよい。
アルコール系溶剤:50~90重量%、及び
脂肪族炭化水素系溶剤:10~50重量%を含む。
アルコール系溶剤の量を50重量%以上とすることにより、アルコール系溶剤の焼成後の銀導電層の表面平滑性への効果が得られやすく、また、同等の沸点を要する脂肪族炭化水素溶剤と比べた場合の揮発性抑制への効果が得られやすい。一方、アルコール系溶剤の量の上限については、90重量%以下とする。アルコール系溶剤の量が90重量%を超えると、脂肪族炭化水素系溶剤の量が10重量%未満となり、脂肪族炭化水素系溶剤の分散性向上の効果が得られにくい。用いるアルコール系溶剤及び脂肪族炭化水素系溶剤の種類にもよるが、混合分散溶剤は、
アルコール系溶剤60~90重量%、及び
脂肪族炭化水素系溶剤10~40重量%を含むことが好ましい。
これら両者で100重量%とするか、あるいは、本発明の目的を損なわない程度の量で、残部として他の有機溶剤をさらに併用してもよい。例えば、トルエン、キシレン、メシチレン等のような芳香族炭化水素溶剤が挙げられる。
得られた銀焼成膜について、4端子法(ロレスタGP MCP-T610)を用いて測定した。この装置の測定範囲限界は、107 Ωcmである。
得られた銀焼成膜について、サーフコーダET-4000(小坂研究所社製)を用いて、JIS-B-0601に基づいて中心線表面粗さRa(μm)を測定した。
Raの値が0.03μm以下であれば、一般に鏡面状態の表面であり、表面平滑性に優れている。Raの下限値は特に限定されないが、焼成後に得られる値としては、0.001μm程度である。
N,N-ジメチル-1,3-プロパンジアミン(N,N-ジメチルアミノプロピルアミン,MW:102.18):東京化成社製試薬
n-ブチルアミン(MW:73.14):東京化成社製試薬
n-ヘキシルアミン(MW:101.19):東京化成社製試薬
n-オクチルアミン(MW:129.25):東京化成社製試薬
n-ブタノール:和光純薬社製試薬特級
n-オクタン:和光純薬社製試薬特級
テトラデカン:和光純薬社製試薬特級
デカリン:東京化成社製試薬
シクロヘキサンメタノール:東京化成社製試薬
シュウ酸銀(MW:303.78):硝酸銀(和光純薬社製)とシュウ酸二水和物(和光純薬社製)とから合成したもの
(銀ナノ粒子の調製)
100mLフラスコにシュウ酸銀3.0g(9.9mmol)を仕込み、これに、4.5gのn-ブタノールを添加し、シュウ酸銀のn-ブタノールスラリーを調製した。このスラリーに、30℃で、n-ブチルアミン8.67g(118.5mmol)、n-ヘキシルアミン6.00g(59.3mmol)、n-オクチルアミン5.74g(44.4mmol)、ドデシルアミン2.75g(4.8mmol)、及びN,N-ジメチル-1,3-プロパンジアミン6.05g(59.3mmol)のアミン混合液を滴下した。30℃で2時間撹拌して、シュウ酸銀とアミンの錯形成反応を進行させた。錯形成後に、100℃にて加熱して、シュウ酸銀-アミン錯体を熱分解させて、濃青色の銀ナノ粒子がアミン混合液中に懸濁した懸濁液を得た。
次に、湿った銀ナノ粒子に、分散溶剤としてn-ブタノール/n-オクタン混合溶剤(重量比=70/30)を銀濃度40wt%となるように加えて攪拌し、銀ナノ粒子分散液を調製した。
銀ナノインクの調製において、分散溶剤としてシクロヘキサンメタノール/デカリン混合溶剤(重量比=80/20)に変更した以外は、実施例1と同様にして、銀ナノ粒子分散液を調製した。
銀ナノインクの調製において、分散溶剤としてシクロヘキサンメタノール/テトラデカン混合溶剤(重量比=70/30)に変更した以外は、実施例1と同様にして、銀ナノ粒子分散液を調製した。
銀ナノインクの調製において、分散溶剤としてn-ブタノール/n-オクタン混合溶剤(重量比=30/70)に変更した以外は、実施例1と同様にして、銀ナノ粒子分散液を調製した。
Claims (15)
- 銀ナノ粒子含有分散液の製造方法であって、
脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が6以上である脂肪族炭化水素モノアミン(A)を含み、さらに、脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が5以下である脂肪族炭化水素モノアミン(B)、及び脂肪族炭化水素基と2つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が8以下である脂肪族炭化水素ジアミン(C)のうちの少なくとも一方を含むアミン類と、銀化合物とを混合して、前記銀化合物及び前記アミン類を含む錯化合物を生成させ、
前記錯化合物を加熱して熱分解させて、銀ナノ粒子を形成し、
前記銀ナノ粒子を、アルコール系溶剤50~90重量%及び脂肪族炭化水素系溶剤10~50重量%を含む分散溶剤に分散する、
ことを含む銀ナノ粒子含有分散液の製造方法。 - 前記銀化合物は、シュウ酸銀である、請求項1に記載の銀ナノ粒子含有分散液の製造方法。
- 前記アルコール系溶剤は、直鎖状アルコール、分岐状アルコール、及び環状構造含有アルコールからなる群から選ばれる、請求項1又は2に記載の銀ナノ粒子含有分散液の製造方法。
- 前記環状構造含有アルコールは、六員環構造を含んでいる、請求項3に記載の銀ナノ粒子含有分散液の製造方法。
- 前記脂肪族炭化水素溶剤は、直鎖状炭化水素、分岐状炭化水素、及び環状構造含有炭化水素からなる群から選ばれる、請求項1~4のうちのいずれかに記載の銀ナノ粒子含有分散液の製造方法。
- 前記環状構造含有炭化水素は、六員環構造を含んでいる、請求項5に記載の銀ナノ粒子含有分散液の製造方法。
- 前記脂肪族炭化水素モノアミン(A)は、炭素数6以上12以下のアルキルモノアミンである、請求項1~6のうちのいずれかに記載の銀ナノ粒子含有分散液の製造方法。
- 前記脂肪族炭化水素モノアミン(B)は、炭素数2以上5以下のアルキルモノアミンである、請求項1~7のうちのいずれかに記載の銀ナノ粒子含有分散液の製造方法。
- 前記脂肪族炭化水素ジアミン(C)は、2つのアミノ基のうちの1つが第一級アミノ基であり、他の1つが第三級アミノ基であるアルキレンジアミンである、請求項1~8のうちのいずれかに記載の銀ナノ粒子含有分散液の製造方法。
- 前記銀化合物の銀原子1モルに対して、前記脂肪族アミン類を前記モノアミン(A)、前記モノアミン(B)及び前記ジアミン(C)の合計として1~50モル用いる、請求項1~9のうちのいずれかに記載の銀ナノ粒子含有分散液の製造方法。
- 保護剤によって表面が被覆された銀ナノ粒子と、前記銀ナノ粒子を分散する分散溶剤とを含む銀ナノ粒子含有分散液であって、
前記保護剤は、脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が6以上である脂肪族炭化水素モノアミン(A)を含み、さらに、脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が5以下である脂肪族炭化水素モノアミン(B)、及び脂肪族炭化水素基と2つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が8以下である脂肪族炭化水素ジアミン(C)のうちの少なくとも一方を含んでおり、
前記分散溶剤は、アルコール系溶剤50~90重量%及び脂肪族炭化水素系溶剤10~50重量%を含んでいる、銀ナノ粒子含有分散液。 - 前記銀ナノ粒子は、10重量%以上の割合で含まれている、請求項11に記載の銀ナノ粒子含有分散液。
- 印刷用インクとして用いられる、請求項11又は12に記載の銀ナノ粒子含有分散液。
- インクジェット印刷用インクとして用いられる、請求項11又は12に記載の銀ナノ粒子含有分散液。
- 請求項11~14のうちのいずれかに記載の銀ナノ粒子含有分散液の塗布及び焼成により形成された銀導電層を有する電子デバイス。
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