JP5173255B2 - 金属微粒子の製造方法及びその製造方法で得られた金属微粒子を含有した組成物。 - Google Patents
金属微粒子の製造方法及びその製造方法で得られた金属微粒子を含有した組成物。 Download PDFInfo
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Description
金属微粒子を種々の用途に用いるには、金属微粒子を溶媒に分散した金属コロイド液とし、必要に応じてバインダや分散剤、粘度調整剤などの添加剤を更に配合したコーティング剤、塗料、ペースト、インキなどの組成物として、それらをスクリーン印刷、インクジェット印刷等の印刷技術、スプレー塗装、スピンコーター等の塗布技術を用いて基材に設置し、必要に応じて加熱して、基材上に金属微粒子を担持したり、金属薄膜を形成したりしている。
また、積層セラミックスコンデンサの内部電極用材料として使うために、特許文献2には、ニッケル金属粒子粉末とポリオールとを含む原料分散液を加熱し、ニッケル金属粒子に炭素コーティング層を形成させることにより、焼成時の収縮開始温度を800℃以上に高め、しかも約900℃以上の高温下の焼成過程で、炭素コーティング層はCO又はCO2などの形態に酸化されて除去され、ニッケル金属に固有の高い電気伝導性を有するニッケル内部電極を製造することを提案している。
特許文献2の方法では、炭素コーティング層の形成のためにジエチレングリコールの沸点付近の220℃程度まで原料分散液を加熱する必要があり、生産効率が低く、大量生産できない。
(1)金属微粒子の表面に、高分子保護コロイドを熱分解して得られた炭素含有被覆を形成してなる金属微粒子、
(2)高分子保護コロイドを被覆した金属微粒子を、酸素分圧が10Pa以下の低酸素分圧雰囲気で加熱して高分子保護コロイドを熱分解することを特徴とする炭素含有被覆を形成してなる金属微粒子の製造方法、
(3)前記の金属微粒子と溶媒とを少なくとも含む金属微粒子含有組成物、などである。
また、本発明の金属微粒子と溶媒とを少なくとも含む流動性組成物は、金属含有膜等を形成する材料として用いることができる。
一方、炭素含有被覆が存在しても差し支えなければ、雰囲気や酸素分圧を調整しながら適当な温度で焼付けを行うことができる。通常の焼付け温度としては、例えば、150〜500℃程度であるが、それ以上の温度であっても酸素分圧を調整すれば可能である。その際の雰囲気は、炭素含有被覆により金属の酸化等が防止されるため空気、酸素等の酸化性ガスでも良く、10Pa以下の低酸素分圧雰囲気が好ましく、酸素分圧が1×10−4〜1×10−1Paの微酸素雰囲気あるいは1×10−4Pa以下の無酸素雰囲気であれば、どのような温度で焼付けしても所望の金属含有膜を形成することができるため更に好ましい。いずれも場合でも、前記の酸素分圧に調整するには、高純度の窒素、アルゴン等の不活性ガス、水素等の還元性ガスを用いたり、所定の酸素分圧になるように加熱装置内を真空又は減圧する。焼付け時間は約1分〜約10時間程度が適当である。基材としては、金属、ガラス、セラミック、コンクリートなどの無機質材料、ゴム、プラスチック、紙、木、皮革、布、繊維などの有機質材料、前記の無機質材料と有機質材料とを併用あるいは複合した材料を用いることができる。
高分子保護コロイドを表面に有する金属微粒子と溶媒とを少なくとも含む金属微粒子含有組成物を基板に塗布又は印刷した後、雰囲気や酸素分圧を調整しながら適当な温度で焼付けを行うが、焼付け工程を10Pa以下の低酸素分圧雰囲気で行うのが好ましく、酸素分圧が1×10−4〜1×10−1Paの微酸素雰囲気あるいは1×10−4Pa以下の無酸素雰囲気であれば、どのような温度で焼付けしても所望の金属含有膜を形成することができるためより好ましい。更に、焼付け工程の一部、例えば100〜400℃の間を酸素分圧が1×10−4Pa以下の無酸素雰囲気で行い、金属微粒子の表面に炭素含有被覆を形成した後、その後の焼付け工程、例えば400℃以上の温度を酸素分圧が1×10−4〜1×10−1Paの微酸素雰囲気で行うと炭素含有被覆を除去でき、金属微粒子の酸化を防止しながら焼結させることができるため、より好ましい方法である。また、焼付け工程の一部を酸素分圧が10Pa以上の雰囲気で行い、その後の焼付け工程を10Pa以下の低酸素分圧雰囲気で行っても良く、反対に、焼付け工程の一部を酸素分圧が10Pa以下の低酸素分圧雰囲気で行い、その後の焼付け工程を10Pa以上の雰囲気で行っても良い。前記の酸素分圧に調整するには、高純度の窒素、アルゴン等の不活性ガス、水素等の還元性ガスを用いたり、所定の酸素分圧になるように加熱装置内を真空又は減圧する。焼付け温度は、酸素分圧によって適宜設定することができるが、100〜1000℃程度の温度が好ましく、120〜700℃程度がより好ましく、150〜700℃程度がより一層好ましく、200〜700℃程度が更に好ましい。焼付け時間は約1分〜約10時間程度が適当である。
工業用酸化銅(N−120:エヌシーテック社製)64g、高分子保護コロイドとしてゼラチン5.1gを650ミリリットルの純水に添加、混合し、15%のアンモニア水を用いて混合液のpHを10に調整した後、20分かけて室温から90℃まで昇温した。昇温後、撹拌しながら、錯化剤として1%のメルカプト酢酸溶液7.7g(酸化銅1000重量部に対し1.2重量部)と、80%のヒドラジン一水和物75gを150ミリリットルの純水に混合した液を添加し、1時間かけて酸化銅と反応させ、銅微粒子を生成させた。その後は、濾過洗浄、乾燥し、平均一次粒子径0.1μmの銅微粒子(試料A)を得た。
試料Aを透過型電子顕微鏡で観察したところ、試料Aの表面は、厚さ約5.5nmのゼラチン層で被覆されていることが確認された(図1)。
試料Aを高真空雰囲気(約2.0×10−5Pa)下、250℃、20分間加熱することで、本発明の試料Bを作製した。試料Bを透過型電子顕微鏡で観察したところ、試料Bの表面は、厚さ約1.5nmの炭素含有層で被覆されていることが確認された(図2)。
また、この試料Bは、高真空雰囲気(約2.0×10−5Pa)下での500℃の焼成でも金属銅の酸化及び焼結が抑制されることが分かった。
試料Bを10g、バインダ樹脂としてエチルセルロースを0.5g、溶媒として、α−テルピネオール9.5gを三本ロールにて混練し、本発明のペースト1(試料C)を作製した。
試料Cをアルミナ基板上に塗布し、微酸素雰囲気(酸素分圧約6.0×10−3Pa)下、所定の温度で焼付けを行い、銅薄膜を作製した。得られた膜の体積抵抗率を表1に示す。この結果から、これらの銅薄膜は導電性材料として使用できることが分かった。
Claims (5)
- 高分子保護コロイドを被覆した金属微粒子を、真空装置又は減圧装置を用いて酸素分圧が10Pa以下の低酸素分圧雰囲気で加熱して保護コロイドを熱分解することを特徴とする炭素含有被覆層を形成してなる金属微粒子の製造方法。
- 高分子保護コロイドがゼラチン、アラビアゴム、変性セルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルピロリドン及びポリアクリル酸類から選ばれる少なくとも一種である請求項1記載の金属微粒子の製造方法。
- 金属微粒子が銅、ニッケル、コバルト及び鉄から選ばれる少なくとも一種で構成される請求項1記載の金属微粒子の製造方法。
- 電子顕微鏡で測定した金属微粒子の平均粒子径が0.001〜1.0μmの範囲である請求項1記載の金属微粒子の製造方法。
- 高分子保護コロイドを表面に有する金属粒子と溶媒とを少なくとも含む金属微粒子含有組成物を基板に塗布又は印刷した後、加熱装置内を真空又は減圧して酸素分圧が10Pa以下の低酸素分圧雰囲気で焼付することを特徴とする金属含有膜の製造方法。
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