JP7575419B2 - Nickel particles and their uses - Google Patents
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Description
本開示は、ニッケル粒子およびその利用に関する。 This disclosure relates to nickel particles and their uses.
近年、電子部品(例えば、積層セラミックコンデンサ:MLCC)のさらなる小型化が要求されている。例えば、MLCCの小型化に際しては、該MLCCが備える内部電極を薄層化する必要があり、かかる内部電極の形成に用いられる導電性ペーストは、粒径の小さな(典型的には、平均粒子径が150nm以下程度の)導電性粒子を含むことが好ましいとされている。下記特許文献1では、MLCCの内部電極形成用の導電性ペーストに好適に用いられるニッケル粒子に関する技術が開示されている。 In recent years, there has been a demand for further miniaturization of electronic components (e.g., multilayer ceramic capacitors: MLCCs). For example, to miniaturize MLCCs, it is necessary to thin the internal electrodes of the MLCCs, and it is considered preferable that the conductive paste used to form such internal electrodes contains conductive particles with small particle sizes (typically with an average particle size of about 150 nm or less). The following Patent Document 1 discloses technology related to nickel particles that are suitable for use in conductive pastes for forming internal electrodes of MLCCs.
ところで、本発明者の検討によると、上述したような粒径の小さなニッケル粒子を含む導電性ペーストにおいて、該導電性ペースト中のニッケル粒子どうしが凝集し易いことが分かった。したがって、かかる構成の導電性ペーストにおいて、ニッケル粒子の分散性のさらなる向上が要求されている。 However, according to the inventor's research, it was found that in a conductive paste containing nickel particles with a small particle size as described above, the nickel particles in the conductive paste tend to aggregate with each other. Therefore, there is a demand for further improvement in the dispersibility of the nickel particles in a conductive paste of this composition.
本開示は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、導電性ペーストの分散性を好適に向上させることができる技術を提供することである。 This disclosure has been made in light of these circumstances, and its main purpose is to provide a technology that can favorably improve the dispersibility of conductive pastes.
かかる目的を実現するべく、本開示は、ニッケルを主構成元素とするニッケル粒子を提供する。上記ニッケル粒子の表面には、アミン化合物と、ニトリル化合物および/またはアミド化合物と、が付着しており、ここで、GCMS分析に基づく、上記アミン化合物と、上記ニトリル化合物および/または上記アミド化合物と、の全重量を100重量%としたとき、上記アミン化合物は40重量%以上付着している。詳細については後述するが、かかる構成のニッケル粒子によると、導電性ペーストの分散性を好適に向上させることができる。 In order to achieve this objective, the present disclosure provides nickel particles containing nickel as a main constituent element. An amine compound, a nitrile compound and/or an amide compound are attached to the surface of the nickel particles, and when the total weight of the amine compound, the nitrile compound and/or the amide compound is taken as 100% by weight based on GCMS analysis, 40% by weight or more of the amine compound is attached. Details will be described later, but nickel particles having such a configuration can favorably improve the dispersibility of a conductive paste.
ここで開示されるニッケル粒子の好ましい一態様では、上記CuNiコアシェル粒子のCV値は0.2以下である。例えばCV値が0.2以下であるCuNiコアシェル粒子において、導電性ペーストの分散性がより好適に向上し得るため、好ましい。 In a preferred embodiment of the nickel particles disclosed herein, the CV value of the CuNi core-shell particles is 0.2 or less. For example, CuNi core-shell particles having a CV value of 0.2 or less are preferred because they can more suitably improve the dispersibility of the conductive paste.
ここで開示されるニッケル粒子の好ましい一態様では、上記CuNiコアシェル粒子の平均粒子径は150nm以下である。上述したように、平均粒子径が150nm以下である粒子は、例えば小型化されたMLCCの内部電極の形成に好適に用いることができるため、好ましい。 In a preferred embodiment of the nickel particles disclosed herein, the CuNi core-shell particles have an average particle size of 150 nm or less. As described above, particles having an average particle size of 150 nm or less are preferred because they can be suitably used, for example, to form internal electrodes of miniaturized MLCCs.
ここで開示されるニッケル粒子の一態様では、上記ニッケル粒子の表面には、2種類以上のアミン化合物が付着している。 In one embodiment of the nickel particles disclosed herein, two or more types of amine compounds are attached to the surface of the nickel particles.
また、本開示は、他の側面として、ここで開示されるいずれかのニッケル粒子を含む、粉体材料を提供する。ここで開示されるニッケル粒子を含む粉体材料を用いることで、分散性に優れた導電性ペーストを得ることができる。 In another aspect, the present disclosure provides a powder material containing any of the nickel particles disclosed herein. By using the powder material containing the nickel particles disclosed herein, a conductive paste with excellent dispersibility can be obtained.
また、本開示は、他の側面として、ここで開示されるいずれかのニッケル粒子と、該ニッケル粒子を分散させる媒体と、を含む、導電性ペーストを提供する。ここで開示されるニッケル粒子を含む導電性ペーストは分散性に優れるため、好ましく用いることができる。 In another aspect, the present disclosure provides a conductive paste containing any of the nickel particles disclosed herein and a medium for dispersing the nickel particles. The conductive paste containing the nickel particles disclosed herein has excellent dispersibility and can be preferably used.
以下、本開示の好適な実施形態について説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本開示の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本開示は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、以下の実施形態は、ここで開示される技術をかかる実施形態に限定することを意図したものではない。なお、本明細書および特許請求の範囲において、所定の数値範囲をA~B(A、Bは任意の数値)と記すときは、A以上B以下の意味である。したがって、Aを上回り且つBを下回る場合を包含する。 The following describes preferred embodiments of the present disclosure. Matters other than those specifically mentioned in this specification that are necessary for implementing the present disclosure can be understood as design matters for a person skilled in the art based on the prior art in the relevant field. The present disclosure can be implemented based on the contents disclosed in this specification and the technical common sense in the relevant field. The following embodiments are not intended to limit the technology disclosed herein. In this specification and claims, when a certain numerical range is written as A to B (A and B are arbitrary numerical values), it means A or more and B or less. Therefore, it includes the case where it is greater than A and less than B.
また、本明細書ならびに特許請求の範囲において「ニッケル粒子」という場合は、特に1粒単位を指している場合を除いて、多数の微粒子の集団(即ち、particles)を意味している。日本語では、単数か複数かが曖昧なため、「ニッケル粒子」の意味を明確にするために上記のように規定する。また、本明細書ならびに特許請求の範囲において「導電性ペースト」とは、スラリー状組成物、インク状組成物を包含する概念であり得る。 Furthermore, in this specification and claims, "nickel particles" refers to a group of many fine particles (i.e., particles), except when referring to a single particle. In Japanese, it is unclear whether to use the singular or plural term, so the above definition is used to clarify the meaning of "nickel particles." In this specification and claims, "conductive paste" can be a concept that includes a slurry composition and an ink-like composition.
1.ニッケル粒子
ここで開示されるニッケル粒子は、ニッケル(Ni)を主構成元素とするニッケル粒子である。かかるニッケル粒子の表面には、アミン化合物と、ニトリル化合物および/またはアミド化合物とが付着している。そして、GCMS分析(ガスクロマトグラフィー質量分析)に基づく、アミン化合物と、ニトリル化合物および/またはアミド化合物と、の全重量を100重量%としたとき、アミン化合物は40重量%以上付着していることを特徴とする。
1. Nickel Particles The nickel particles disclosed herein are nickel particles whose main constituent element is nickel (Ni). An amine compound, a nitrile compound and/or an amide compound are attached to the surface of the nickel particles. The nickel particles are characterized in that, based on GCMS analysis (gas chromatography mass spectrometry), when the total weight of the amine compound, the nitrile compound and/or the amide compound is taken as 100% by weight, the amine compound is attached in an amount of 40% by weight or more.
上記の構成とすることにより、ここで開示される技術による効果が達成される理由としては、特に限定して解釈されるものではないが、以下が考えられる。即ち、例えばニッケル粒子の製造において、ニッケルイオン(Ni2+)が金属ニッケル(Ni)に還元される際には、以下の式(I)(Rは、水素または炭化水素基を示す)に示す反応によって、還元剤として添加されたアミン化合物の一部からニトリル化合物が生成し得る。 The reason why the above-mentioned configuration achieves the effects of the technology disclosed herein is thought to be the following, although this is not intended to be limiting: That is, for example, in the production of nickel particles, when nickel ions (Ni 2+ ) are reduced to metallic nickel (Ni), a nitrile compound can be produced from a portion of the amine compound added as a reducing agent by the reaction shown in the following formula (I) (R represents hydrogen or a hydrocarbon group).
また、ニッケル塩に付着しているカルボン酸とアミン化合物の一部とが、ニッケル粒子を触媒として反応することによって、アミド化合物が生成し得る。例えば、ニッケル粒子の表面に、アミン化合物、ニトリル化合物、アミド化合物(特に、アミン化合物)が付着している場合、これらの化合物は分散剤としての役割を果たすとされている。一方、本発明者の検討によると、従来の方法によってニッケル粒子を合成した場合、合成後のニッケル粒子の表面にはアミン化合物が付着しておらず(付着していたとしても充分量付着しておらず)、主としてニトリル化合物および/またはアミド化合物が付着していることが分かった。そして、このような状態で分散処理を行って導電性ペーストを調製した場合、凝集粒子が大量に発生することが分かった。そこで、本発明者が鋭意検討した結果、合成後のニッケル粒子に対してアミン化合物を添加し、加熱撹拌を行うことで、ニッケル粒子の表面にアミン化合物を好適に付着させることができることが分かった。さらに、本発明者の検討によると、GCMS分析に基づく、アミン化合物と、ニトリル化合物および/またはアミド化合物と、の全重量を100重量%としたとき、アミン化合物が40重量%以上表面に付着しているニッケル粒子によると、分散処理を行って導電性ペーストを調製した場合においても、凝集粒子の発生を好適に抑制できることを見出し、本開示を完成するに至った。なお、上記説明は、実験結果に基づく本発明者の考察であり、ここで開示される技術は、上記メカニズムに限定して解釈されるものではない。以下、各構成成分について説明する。 In addition, an amide compound may be produced by reacting a part of the amine compound with the carboxylic acid attached to the nickel salt using the nickel particles as a catalyst. For example, when an amine compound, a nitrile compound, or an amide compound (especially an amine compound) is attached to the surface of a nickel particle, these compounds are said to play the role of a dispersant. On the other hand, according to the study by the present inventor, when nickel particles are synthesized by a conventional method, the amine compound is not attached to the surface of the nickel particles after synthesis (even if it is attached, it is not attached in sufficient amount), and it was found that mainly nitrile compounds and/or amide compounds are attached. And, when a conductive paste is prepared by performing a dispersion treatment in such a state, it was found that a large amount of aggregated particles is generated. Therefore, as a result of the intensive study by the present inventor, it was found that the amine compound can be suitably attached to the surface of the nickel particles by adding an amine compound to the nickel particles after synthesis and performing heating and stirring. Furthermore, according to the inventor's study, when the total weight of the amine compound and the nitrile compound and/or amide compound is taken as 100% by weight based on GCMS analysis, nickel particles having 40% by weight or more of the amine compound attached to the surface can suitably suppress the generation of aggregated particles even when a conductive paste is prepared by performing a dispersion treatment, and the present disclosure has been completed. Note that the above explanation is the inventor's consideration based on experimental results, and the technology disclosed here should not be interpreted as being limited to the above mechanism. Each component will be explained below.
ニッケル粒子は、ニッケルを主構成元素とする粒子である。ここで、本明細書および特許請求の範囲において「ニッケルを主構成元素とする」とは、ニッケル粒子を構成する成分のうち、モル%基準で最も多く含まれる成分がニッケルであることを意味する。ニッケル粒子は、該ニッケル粒子に含まれる全ての金属元素の物質量を100モル%としたとき、例えば50モル%以上、60モル%以上、70モル%以上、80モル%以上、90モル%以上、あるいは95モル%以上(100モル%であってもよい)、ニッケルを含む粒子であることが好ましい。ニッケル粒子は、不可避的な不純物としての種々の金属元素(例えば、金(Au),白金(Pt),銀(Ag),パラジウム(Pd),銅(Cu))や非金属元素(例えば、水素(H)、炭素(C)、窒素(N)、酸素(O)、硫黄(S)、リン(P))等を含んでいてもよい。また、ニッケル粒子としては、例えば、ニッケル合金や、内部(コア)がニッケル以外の金属から構成され、該コアの表面の少なくとも一部を被覆するシェルがニッケルから構成されるコアシェル粒子を用いることもできる。コアシェル粒子とする場合、上記ニッケル以外の金属としては、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)等が挙げられる。コアシェル粒子は、ここでいう「ニッケル粒子」の典型的な例である。また、かかるニッケル合金としては、ニッケルと、上記ニッケル以外の金属で挙げた金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属との合金が挙げられる。なお、ニッケル粒子は、上述したようなもののなかから1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いることもできる。 Nickel particles are particles whose main constituent element is nickel. Here, in this specification and claims, "whose main constituent element is nickel" means that the component that is most abundant in the nickel particles on a mol% basis is nickel. When the amount of substance of all metal elements contained in the nickel particles is 100 mol%, the nickel particles are preferably particles that contain nickel in an amount of, for example, 50 mol% or more, 60 mol% or more, 70 mol% or more, 80 mol% or more, 90 mol% or more, or 95 mol% or more (or 100 mol%). The nickel particles may contain various metal elements (e.g., gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), palladium (Pd), copper (Cu)) and nonmetallic elements (e.g., hydrogen (H), carbon (C), nitrogen (N), oxygen (O), sulfur (S), phosphorus (P)) as unavoidable impurities. In addition, the nickel particles may be, for example, nickel alloys or core-shell particles in which the inside (core) is made of a metal other than nickel and the shell covering at least a part of the surface of the core is made of nickel. In the case of core-shell particles, examples of the metal other than nickel include copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), and palladium (Pd). Core-shell particles are a typical example of the "nickel particles" referred to here. In addition, examples of such nickel alloys include alloys of nickel and at least one metal selected from the group consisting of the metals listed above as metals other than nickel. The nickel particles may be used alone from the above-mentioned ones, or two or more types may be used in combination.
ここで、ニッケル粒子がコアシェル粒子である場合、コア粒子の形状は、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて特に制限されず、球形状であってもよいし、非球形状であってもよい。なお、取り扱い易さの観点から、コア粒子は球形状であることが好ましい。また、コア粒子の平均粒子径は、概ね1nm~100nm程度(例えば10nm~50nm程度)であり得る。そして、ニッケルシェルの厚みは、概ね1nm~100nm程度(例えば10nm~50nm程度)であり得る。かかるニッケルシェルの厚みは、例えばコアシェル粒子の断面を、透過型電子顕微鏡(TEM)によって観察することで求めることができる。ニッケルシェルの厚みは、例えば該ニッケルシェルの厚みを無作為的に5点測定したときの平均値として算出することができる。また、ニッケル粒子の全重量を100重量%としたとき、ニッケルシェルが占める重量割合は、典型的には0.5~95重量%程度(例えば50~95重量%程度)とすることができる。ただし、ニッケルシェルの重量割合はこれらに限定されるものではない。 Here, when the nickel particles are core-shell particles, the shape of the core particles is not particularly limited as long as the effect of the technology disclosed herein is exhibited, and may be spherical or non-spherical. From the viewpoint of ease of handling, the core particles are preferably spherical. The average particle diameter of the core particles may be approximately 1 nm to 100 nm (for example, approximately 10 nm to 50 nm). The thickness of the nickel shell may be approximately 1 nm to 100 nm (for example, approximately 10 nm to 50 nm). The thickness of the nickel shell can be determined, for example, by observing the cross section of the core-shell particle with a transmission electron microscope (TEM). The thickness of the nickel shell can be calculated, for example, as the average value when the thickness of the nickel shell is measured at five random points. In addition, when the total weight of the nickel particles is 100% by weight, the weight ratio of the nickel shell can typically be approximately 0.5 to 95% by weight (for example, approximately 50 to 95% by weight). However, the weight ratio of the nickel shell is not limited to these.
なお、本明細書および特許請求の範囲において「平均粒子径」とは、電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)に基づく個数基準の粒度分布において、粒径の小さい側から積算値50%に相当する粒径(以下、「D50」ともいう)を意味し得る。かかる測定は、例えば、市販の装置である株式会社日立ハイテクノロジーズ製のS-4700を用いて実施することができる。 In this specification and claims, "average particle size" can mean the particle size (hereinafter also referred to as "D50") that corresponds to 50% of the cumulative particle size from the smallest particle size in the number-based particle size distribution based on a field emission scanning electron microscope (FE-SEM). Such measurements can be performed using, for example, a commercially available device, the S-4700 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation.
ここで開示されるニッケル粒子の表面には、アミン化合物と、ニトリル化合物および/またはアミド化合物と、が付着している。そして、GCMS分析に基づく、アミン化合物と、ニトリル化合物および/またはアミド化合物と、の全重量を100重量%としたとき、アミン化合物は40重量%以上付着していることを特徴とする。ニッケル粒子の表面における、アミン化合物、ニトリル化合物、およびアミド化合物の付着量は、GCMS分析に基づいて作成された検量線を用いて算出することができる。詳細に関しては、後述の実施例を参照されたい。上述したように、本発明者は、かかる構成のニッケル粒子によると、導電性ペーストの分散性が好適に向上できることを見出した。 The nickel particles disclosed herein have an amine compound, a nitrile compound and/or an amide compound attached to their surfaces. Based on GCMS analysis, the total weight of the amine compound, the nitrile compound and/or the amide compound is taken as 100% by weight, and the amine compound is attached at 40% by weight or more. The amounts of the amine compound, the nitrile compound and the amide compound attached to the surface of the nickel particles can be calculated using a calibration curve created based on the GCMS analysis. For details, please refer to the examples described below. As described above, the inventor has found that nickel particles having such a configuration can favorably improve the dispersibility of a conductive paste.
上記アミン化合物の種類は、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて特に制限されない。アミン化合物としては、例えば第2級、第3級のアミノ基を含有しないモノアミン化合物である場合が好ましい。かかるアミン化合物の一例としては、n-プロピルアミン、n-ブチルアミン、n-ペンチルアミン、n-ヘキシルアミン、n-へプチルアミン、n-オクチルアミン、n-ドデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン等の直鎖構造のアミン化合物;2-エチルヘキシルアミン等の分岐構造のアミン化合物;シクロプロピルアミン、シクロブチルアミン、シクロペンチルアミン、シクロヘキシルアミン、シクロへプチルアミン、シクロオクチルアミン等の環状構造のアミン化合物;等が挙げられる。また、アミン化合物の炭素数は、6以上であることが好ましく、7以上、8以上であることがより好ましい。なお、ニッケル粒子には、上述したアミン化合物が1種類付着していてもよいし、2種類以上が付着していてもよい。あるいは、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて、上述したアミン化合物に加えて、さらに上述したアミン化合物以外のアミン化合物が付着していてもよい。ここで開示されるニッケル粒子の一態様では、ニッケル粒子の表面に、2種類以上のアミン化合物が付着している。かかる構成のニッケル粒子を合成する方法の一例としては、後述するステップS1とS3とで異なるアミン化合物を用いる方法が挙げられる。ニッケル粒子の表面に付着しているアミン化合物は、例えば熱分解GCMSスペクトルによって同定することができる。 The type of the amine compound is not particularly limited as long as the effect of the technology disclosed herein is exerted. For example, the amine compound is preferably a monoamine compound that does not contain secondary or tertiary amino groups. Examples of such amine compounds include linear amine compounds such as n-propylamine, n-butylamine, n-pentylamine, n-hexylamine, n-heptylamine, n-octylamine, n-dodecylamine, stearylamine, and oleylamine; branched amine compounds such as 2-ethylhexylamine; cyclic amine compounds such as cyclopropylamine, cyclobutylamine, cyclopentylamine, cyclohexylamine, cycloheptylamine, and cyclooctylamine; and the like. The number of carbon atoms in the amine compound is preferably 6 or more, more preferably 7 or more, and more preferably 8 or more. The nickel particles may have one or more of the above-mentioned amine compounds attached thereto. Alternatively, as long as the effect of the technology disclosed herein is exerted, in addition to the above-mentioned amine compounds, amine compounds other than the above-mentioned amine compounds may be attached thereto. In one embodiment of the nickel particles disclosed herein, two or more types of amine compounds are attached to the surface of the nickel particles. One example of a method for synthesizing nickel particles of this configuration is a method in which different amine compounds are used in steps S1 and S3, which will be described later. The amine compounds attached to the surface of the nickel particles can be identified, for example, by pyrolysis GCMS spectroscopy.
上述したように、ニトリル化合物は、例えばニッケルイオン(Ni2+)が金属ニッケルに還元される際に、還元剤として添加されたアミン化合物の一部から生成し得る。かかるニトリル化合物の種類としては、例えば上記アミン化合物から上記式(I)に基づいて生成するニトリル化合物が挙げられる。なお、ニッケル粒子には、上述したニトリル化合物が1種類付着していてもよいし、2種類以上が付着していてもよい。あるいは、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて、上述したニトリル化合物に加えて、さらに上述したニトリル化合物以外のニトリル化合物が付着していてもよい。ニッケル粒子の表面に付着しているニトリル化合物は、例えば熱分解GCMSスペクトルによって同定することができる。 As described above, the nitrile compound may be generated from a part of the amine compound added as a reducing agent when nickel ions (Ni 2+ ) are reduced to metallic nickel. Examples of the nitrile compound include nitrile compounds generated from the amine compounds based on the above formula (I). The nickel particles may have one or more of the above-mentioned nitrile compounds attached thereto. Alternatively, in addition to the above-mentioned nitrile compounds, nitrile compounds other than the above-mentioned nitrile compounds may be attached thereto, as long as the effect of the technology disclosed herein is exhibited. The nitrile compounds attached to the surface of the nickel particles can be identified, for example, by pyrolysis GCMS spectrum.
上述したように、アミド化合物は、例えばニッケル塩に付着しているカルボン酸とアミン化合物とが、ニッケル粒子を触媒として反応することによって生成し得る。かかるアミド化合物の種類としては、例えば上記アミン化合物と、ニッケル塩に付着しているカルボン酸(例えば、ギ酸やカルボン酸)とのアミド化合物が挙げられる。なお、ニッケル粒子には、上述したアミド化合物が1種類付着していてもよいし、2種類以上が付着していてもよい。あるいは、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて、上述したアミド化合物に加えて、さらに上述したアミド化合物以外のアミド化合物が付着していてもよい。ニッケル粒子の表面に付着しているアミド化合物は、例えば熱分解GCMSスペクトルによって同定することができる。 As described above, the amide compound can be produced, for example, by the reaction of a carboxylic acid and an amine compound attached to a nickel salt using nickel particles as a catalyst. Examples of such amide compounds include amide compounds of the amine compound and a carboxylic acid (for example, formic acid or carboxylic acid) attached to the nickel salt. The nickel particles may have one or more of the above-mentioned amide compounds attached thereto. Alternatively, in addition to the above-mentioned amide compounds, amide compounds other than the above-mentioned amide compounds may be attached thereto, as long as the effects of the technology disclosed herein are exhibited. The amide compounds attached to the surface of the nickel particles can be identified, for example, by pyrolysis GCMS spectroscopy.
ここで開示されるニッケル粒子は、GCMS分析に基づく、アミン化合物と、ニトリル化合物および/またはアミド化合物と、の全重量を100重量%としたとき、アミン化合物は40重量%以上付着していることを特徴とする。上述したように、かかる構成のニッケル粒子によると、導電性ペーストの分散性を好適に向上させることができる。ここで、アミン化合物の付着量は、例えば45重量%以上、50重量%以上、55重量%以上、60重量%以上であることがより好ましい。また、アミン化合物の付着量の上限は、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて特に制限されないが、概ね90重量%以下であり、例えば80重量%以下、70重量%以下、65重量%以下とすることができる。 The nickel particles disclosed herein are characterized in that, based on GCMS analysis, when the total weight of the amine compound and the nitrile compound and/or amide compound is taken as 100% by weight, the amine compound is attached at 40% by weight or more. As described above, nickel particles having such a configuration can favorably improve the dispersibility of the conductive paste. Here, the amount of the amine compound attached is preferably 45% by weight or more, 50% by weight or more, 55% by weight or more, or more preferably 60% by weight or more. In addition, the upper limit of the amount of the amine compound attached is not particularly limited as long as the effect of the technology disclosed herein is exerted, but it is generally 90% by weight or less, and can be, for example, 80% by weight or less, 70% by weight or less, or 65% by weight or less.
また、ニッケル粒子の表面におけるニトリル化合物の付着量は、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて特に制限されず、概ね0~50重量%程度(例えば20~45重量%程度)とすることができる。そして、ニッケル粒子の表面におけるアミド化合物の付着量は、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて特に制限されず、概ね0~20重量%程度(例えば5~15重量%程度)とすることができる。 The amount of the nitrile compound attached to the surface of the nickel particles is not particularly limited as long as the effects of the technology disclosed herein are exhibited, and can be approximately 0 to 50% by weight (e.g., approximately 20 to 45% by weight). The amount of the amide compound attached to the surface of the nickel particles is not particularly limited as long as the effects of the technology disclosed herein are exhibited, and can be approximately 0 to 20% by weight (e.g., approximately 5 to 15% by weight).
ニッケル表面におけるアミン化合物、ニトリル化合物、およびアミド化合物の付着量は、例えば以下の方法によって容易に変化させることができる。ニッケル表面におけるアミン化合物の付着量は、例えば合成後のニッケル粒子に対して添加するアミン化合物の量や加熱処理の条件(加熱時間や加熱温度等)を調整することによって、変化させることができる。典型的には、アミン化合物の添加量、加熱時間・加熱温度を増大させることによって、ニッケル粒子表面におけるアミン化合物の付着量を増大させることができる。また、ニッケル表面におけるニトリル化合物やアミド化合物の付着量は、例えば上記式(I)に示す還元反応の条件(反応時間や反応温度等)を調整することによって、変化させることができる。典型的には、上記式(I)に示す還元反応の反応時間・反応温度を増大させることによって、ニッケル粒子表面におけるニトリル化合物やアミド化合物の付着量を増大させることができる。ただし、これらに限定されることを意図したものではない。 The amount of the amine compound, nitrile compound, and amide compound attached to the nickel surface can be easily changed, for example, by the following method. The amount of the amine compound attached to the nickel surface can be changed, for example, by adjusting the amount of the amine compound added to the nickel particles after synthesis and the conditions of the heat treatment (heating time, heating temperature, etc.). Typically, the amount of the amine compound attached to the nickel particle surface can be increased by increasing the amount of the amine compound added and the heating time and heating temperature. In addition, the amount of the nitrile compound or amide compound attached to the nickel surface can be changed, for example, by adjusting the conditions of the reduction reaction shown in the above formula (I) (reaction time, reaction temperature, etc.). Typically, the amount of the nitrile compound or amide compound attached to the nickel particle surface can be increased by increasing the reaction time and reaction temperature of the reduction reaction shown in the above formula (I). However, it is not intended to be limited to these.
ニッケル粒子の平均粒子径は、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて特に制限されない。ニッケル粒子の平均粒子径の下限は、概ね10nm以上であり、粒子どうしの凝集を制御し易くするという観点から、20nm以上が好ましく、30nm以上、40nm以上がより好ましい。一方、ニッケル粒子の上限は、概ね200nm以下であり、例えば小型化されたMLCCの内部電極の形成に用いるという観点から、150nm以下が好ましく、100nm以下(例えば60nm以下や50nm以下)がより好ましい。 The average particle size of the nickel particles is not particularly limited as long as the effects of the technology disclosed herein are exhibited. The lower limit of the average particle size of the nickel particles is generally 10 nm or more, and from the viewpoint of making it easier to control the aggregation of particles, 20 nm or more is preferable, 30 nm or more, and 40 nm or more is more preferable. On the other hand, the upper limit of the nickel particles is generally 200 nm or less, and from the viewpoint of use in forming internal electrodes of miniaturized MLCCs, for example, 150 nm or less is preferable, and 100 nm or less (for example, 60 nm or less or 50 nm or less) is more preferable.
ニッケル粒子のCV値は、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて特に制限されない。ここで、かかるCV値(変動係数)は、ニッケル粒子の平均粒子径に対する標準偏差σの比(標準偏差σ/平均粒子径)を意味し、CV値が小さい程、粒子が均一であるということができる。また、CV値が小さい(換言すると、粒子が均一である)ニッケル粒子によると、粒子どうしの凝集を好適に抑制することができるため、好ましいとされている。ニッケル粒子のCV値は、概ね0.5以下であり、粒子どうしの凝集を好適に抑制するという観点から、0.2以下が好ましく、0.18以下、0.15以下がより好ましい。 The CV value of the nickel particles is not particularly limited as long as the effect of the technology disclosed herein is exhibited. Here, the CV value (coefficient of variation) means the ratio of the standard deviation σ to the average particle size of the nickel particles (standard deviation σ/average particle size), and it can be said that the smaller the CV value, the more uniform the particles. In addition, nickel particles with a small CV value (in other words, uniform particles) are preferable because they can effectively suppress the aggregation of particles. The CV value of the nickel particles is generally 0.5 or less, and from the viewpoint of effectively suppressing the aggregation of particles, 0.2 or less is preferable, 0.18 or less, and 0.15 or less is more preferable.
ニッケル粒子の結晶構造は、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて特に制限されない。ここで、ニッケル粒子の結晶構造としては、fcc(face-centered cubic:面心立方格子構造)やhcp(hexagonal close-packed:六方細密結晶充填構造)が挙げられる。ニッケル粒子の結晶構造は、安定性等の観点から、少なくとも一部がfccであることが好ましく、全体がfccであることがより好ましい。なお、かかる結晶構造は、例えばXRD(X-ray Diffractiion:X線回折)に基づくピーク解析によって確認することができる。 The crystal structure of the nickel particles is not particularly limited as long as the effects of the technology disclosed herein are exhibited. Here, examples of the crystal structure of the nickel particles include fcc (face-centered cubic) and hcp (hexagonal close-packed). From the viewpoint of stability, etc., it is preferable that at least a part of the crystal structure of the nickel particles is fcc, and more preferably the entirety is fcc. Note that such a crystal structure can be confirmed, for example, by peak analysis based on XRD (X-ray diffraction).
2.ニッケル粒子の製造方法
続いて、ここで開示されるニッケル粒子の製造方法の好適な一例について説明する。ここで開示されるニッケル粒子の製造方法は、合成後のニッケル粒子に対してアミン化合物を添加し、加熱処理を行うことを特徴とする(ステップS3を参照)。これによって、ニッケル粒子表面におけるアミン化合物の付着量を、好適に増大させることができる。アミン化合物を後入れで添加する前までの工程は、従来と同様であってよい。なお、以下ではニッケル粒子として、銅から構成されるコア粒子と、該コア粒子の表面の少なくとも一部を被覆するニッケルシェルとからなる銅-ニッケルコアシェル粒子(CuNiコアシェル粒子)を製造する方法について説明する。なお、以下の説明は、CuNiコアシェル粒子の製造方法を以下の製造方法に限定することを意図したものではない。以下、適宜図1を参照しつつ説明する。
2. Nickel Particle Manufacturing Method Next, a preferred example of the nickel particle manufacturing method disclosed herein will be described. The nickel particle manufacturing method disclosed herein is characterized in that an amine compound is added to the synthesized nickel particles and heat-treated (see step S3). This makes it possible to suitably increase the amount of the amine compound attached to the nickel particle surface. The process before the amine compound is added later may be the same as the conventional process. In the following, a method for manufacturing copper-nickel core-shell particles (CuNi core-shell particles) consisting of a core particle made of copper and a nickel shell covering at least a part of the surface of the core particle will be described as nickel particles. In the following description, the manufacturing method of CuNi core-shell particles is not intended to be limited to the manufacturing method described below. Hereinafter, the description will be made with reference to FIG. 1 as appropriate.
図1は、一実施形態に係るニッケル粒子(ここでは、CuNiコアシェル粒子)の製造方法の手順を示す大まかなフロー図である。図1に示すように、ニッケル種粒子の作製(ステップS1);ニッケル粒子の作製(ステップS2);アミン化合物の添加(ステップS3);ニッケル粒子の回収(ステップS4)を含む。以下、各ステップについて説明する。 Figure 1 is a general flow diagram showing the steps of a method for producing nickel particles (here, CuNi core-shell particles) according to one embodiment. As shown in Figure 1, the process includes producing nickel seed particles (step S1); producing nickel particles (step S2); adding an amine compound (step S3); and recovering the nickel particles (step S4). Each step will be described below.
はじめに、ステップS1では、ニッケル種粒子(以下、単に「種粒子」ともいう)の作製を行う。ここで、種粒子とは、ニッケルの成長の核として機能し得るものである。かかる種粒子は、例えばニッケル塩および銅塩を原料として、アミン化合物存在下、加熱による湿式還元を行うことによって合成することができる。かかる方法によると、銅とニッケルとの標準電位の相違から、先ず核となる銅粒子が生成し、続いて銅粒子の表面にニッケル被膜が生成することによって、種粒子を得ることができる。 First, in step S1, nickel seed particles (hereinafter also simply referred to as "seed particles") are prepared. Here, the seed particles are those that can function as nuclei for nickel growth. Such seed particles can be synthesized, for example, by using nickel salt and copper salt as raw materials and performing wet reduction by heating in the presence of an amine compound. According to this method, due to the difference in standard potential between copper and nickel, copper particles that serve as nuclei are first generated, and then a nickel coating is formed on the surface of the copper particles, thereby obtaining the seed particles.
具体的には、先ずアミン化合物に対して、ニッケル塩を所定量(例えば、0.005~0.1モル当量程度)添加し、所定温度(例えば100~150℃程度)で所定時間(例えば60~120分程度)加熱することによって、ニッケル-アミン錯体を合成する。続いて、かかるニッケル-アミン錯体に対して銅塩を所定量(例えば、0.0005~0.01モル当量程度)添加し、所定温度(例えば50~100℃程度)で所定時間(例えば30~60分程度)加熱することによって、銅-アミン錯体を合成する。その後、窒素雰囲気下、所定温度(例えば150~200℃程度)で所定時間(例えば、10~30分程度)加熱することによって、種粒子(種粒子スラリー)を合成することができる。 Specifically, a nickel-amine complex is first synthesized by adding a predetermined amount of nickel salt (e.g., about 0.005 to 0.1 molar equivalents) to an amine compound and heating at a predetermined temperature (e.g., about 100 to 150°C) for a predetermined time (e.g., about 60 to 120 minutes). Next, a copper salt is added to the nickel-amine complex in a predetermined amount (e.g., about 0.0005 to 0.01 molar equivalents) and heating at a predetermined temperature (e.g., about 50 to 100°C) for a predetermined time (e.g., about 30 to 60 minutes) to synthesize a copper-amine complex. After that, seed particles (seed particle slurry) can be synthesized by heating in a nitrogen atmosphere at a predetermined temperature (e.g., about 150 to 200°C) for a predetermined time (e.g., about 10 to 30 minutes).
上記アミン化合物としては、例えば上記説明したアミン化合物を用いることができる。これらのアミン化合物としては、例えば市販のものを特に制限なく用いることができる。 As the amine compound, for example, the amine compounds described above can be used. As these amine compounds, for example, commercially available ones can be used without any particular restrictions.
上記ニッケル塩としては、例えばカルボン酸ニッケル、塩化ニッケル、炭酸ニッケル、硝酸ニッケル、水酸化ニッケル等が挙げられる。このなかでも、還元時の分解温度が比較的低いカルボン酸ニッケルを好ましく用いることができる。かかるカルボン酸ニッケルの一例としては、ギ酸ニッケルや酢酸ニッケルが挙げられる。カルボン酸ニッケルは、無水物であってもよいし、水和物であってもよい。かかる水和物としては、ギ酸ニッケル・二水和物や酢酸ニッケル・四水和物が挙げられる。ニッケル塩としては、例えば市販のものを特に制限なく用いることができる。 Examples of the nickel salt include nickel carboxylate, nickel chloride, nickel carbonate, nickel nitrate, and nickel hydroxide. Among these, nickel carboxylate, which has a relatively low decomposition temperature during reduction, can be preferably used. Examples of such nickel carboxylate include nickel formate and nickel acetate. The nickel carboxylate may be anhydride or hydrate. Examples of such hydrates include nickel formate dihydrate and nickel acetate tetrahydrate. As the nickel salt, for example, commercially available products can be used without any particular restrictions.
上記銅塩としては、還元時の分解温度が比較的低いカルボン酸銅を好ましく用いることができる。かかるカルボン酸銅の一例としては、ギ酸銅や酢酸銅が挙げられる。かかるカルボン酸銅は、無水物であってもよいし、水和物であってもよい。かかる水和物としては、酢酸銅・四水和物が挙げられる。銅塩としては、例えば市販のものを特に制限なく用いることができる。 As the copper salt, a copper carboxylate having a relatively low decomposition temperature during reduction can be preferably used. Examples of such copper carboxylates include copper formate and copper acetate. Such copper carboxylates may be anhydrides or hydrates. An example of such a hydrate is copper acetate tetrahydrate. As the copper salt, for example, commercially available products can be used without any particular restrictions.
次に、ステップS2では、ニッケル粒子の作製を行う。ステップS2では、ステップS1で得られた種粒子スラリーに対してニッケル塩を添加し、加熱による湿式還元を行う。これによって、種粒子を核としてNiシェルを成長させることができる。このように、種粒子を核としてNiシェルを成長させることによって、CV値の低い均一なニッケル粒子を得ることができるため、好ましい。 Next, in step S2, nickel particles are produced. In step S2, nickel salt is added to the seed particle slurry obtained in step S1, and wet reduction is performed by heating. This allows Ni shells to grow around the seed particles as nuclei. In this way, by growing Ni shells around the seed particles as nuclei, uniform nickel particles with a low CV value can be obtained, which is preferable.
具体的には、先ず、ステップS1で得られた種粒子スラリーに対して、ニッケル塩を所定量(例えば、1~45モル当量程度)添加し、所定温度(例えば100~150℃程度)で所定時間(60~120分程度)加熱することによって、ニッケル-アミン錯体を合成する。その後、窒素雰囲気下、所定温度(例えば150~200℃程度)で所定時間(30~60分間)加熱することによって、ニッケル粒子(ニッケル粒子スラリー)を合成する。ここで、ニッケル塩としては、例えばステップS1のニッケル塩の欄で説明したようなものを用いることができる。 Specifically, first, a predetermined amount of nickel salt (e.g., about 1 to 45 molar equivalents) is added to the seed particle slurry obtained in step S1, and the nickel-amine complex is synthesized by heating at a predetermined temperature (e.g., about 100 to 150°C) for a predetermined time (60 to 120 minutes). Nickel particles (nickel particle slurry) are then synthesized by heating in a nitrogen atmosphere at a predetermined temperature (e.g., about 150 to 200°C) for a predetermined time (30 to 60 minutes). Here, the nickel salt may be, for example, one as described in the nickel salt section of step S1.
続いて、ステップS3では、アミン化合物の添加を行う。これによって、ニッケル粒子表面におけるアミン化合物の付着量を、好適に増大させることができる。
具体的には、ステップS2で得られたニッケル粒子スラリーの上澄み液を除去し、上記アミン化合物を添加する。その後、窒素雰囲気下、所定温度(例えば50~150℃程度)で所定時間(例えば30~60分程度)加熱することによって、ニッケル粒子(ニッケル粒子スラリー)を得ることができる。
Subsequently, in step S3, an amine compound is added, which makes it possible to suitably increase the amount of the amine compound attached to the surface of the nickel particles.
Specifically, the supernatant of the nickel particle slurry obtained in step S2 is removed, and the amine compound is added. Then, the mixture is heated in a nitrogen atmosphere at a predetermined temperature (e.g., about 50 to 150° C.) for a predetermined time (e.g., about 30 to 60 minutes) to obtain nickel particles (nickel particle slurry).
続いて、ステップS4では、ニッケル粒子の回収を行う。
具体的には、先ずステップS3で得られたニッケル粒子スラリーの上澄み液を除去する。続いて、適当な洗浄溶媒(例えば、イソボルニルアセテート等)を添加し、超音波洗浄機等によって分散させた後、上澄み液を除去する。かかる操作を複数回(例えば2~5回程度)繰り返した後、乾燥機にて所定温度(例えば100~150℃程度)で所定時間(例えば30~60分程度)乾燥させることによって、ニッケル粒子(粉体)を得ることができる。
Subsequently, in step S4, the nickel particles are collected.
Specifically, first, the supernatant of the nickel particle slurry obtained in step S3 is removed. Then, a suitable washing solvent (e.g., isobornyl acetate, etc.) is added, and the mixture is dispersed using an ultrasonic cleaner or the like, after which the supernatant is removed. After repeating this operation multiple times (e.g., about 2 to 5 times), the mixture is dried in a dryer at a predetermined temperature (e.g., about 100 to 150° C.) for a predetermined time (e.g., about 30 to 60 minutes) to obtain nickel particles (powder).
また、ここで開示されるニッケル粒子に加えて、さらに必要に応じてバインダ(例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、アミン系樹脂、アルキド系樹脂、エチルセルロース等のセルロース系樹脂)、導電材、他の粉体材料(例えば、チタン酸バリウム)等を添加することによって、種々の用途の粉体材料を得ることができる。例えば、ニッケル粒子と、上述したような材料とを混合・粉砕することによって、粉体材料を得ることができる。かかる粉体材料には、上記のとおり、ニッケル粒子が含まれているため、該粉体材料を用いることで、導電性ペーストの分散性と、焼成後に得られる導電層の収縮率の低減とを好適に両立することができる。なお、粉体材料中のニッケル粒子の含有量は特に制限されないが、粉体材料の全体を100重量%としたとき、概ね50~95重量%程度(例えば、60~90重量%程度)であることが好ましい。 In addition to the nickel particles disclosed herein, a binder (e.g., acrylic resin, epoxy resin, phenolic resin, amine resin, alkyd resin, cellulose resin such as ethyl cellulose), conductive material, other powder material (e.g., barium titanate), etc. can be added as necessary to obtain powder materials for various applications. For example, a powder material can be obtained by mixing and grinding nickel particles and the above-mentioned materials. Since such a powder material contains nickel particles as described above, the use of this powder material can favorably achieve both the dispersibility of the conductive paste and the reduction in the shrinkage rate of the conductive layer obtained after firing. The content of nickel particles in the powder material is not particularly limited, but it is preferably about 50 to 95% by weight (e.g., about 60 to 90% by weight) when the entire powder material is 100% by weight.
また、ここで開示されるニッケル粒子を、適当な水系溶媒あるいは有機系溶媒からなる分散媒(媒体)に分散させることにより、種々の用途の分散体(導電性ペースト)を得ることができる。例えば、所定の有機溶媒にニッケル粒子を分散させ、さらに必要に応じてバインダ(粉体材料の説明において列挙したものを参照)、導電材、他の粉末材料、分散剤(例えば、カルボン酸系分散剤)、粘度調整剤等の成分を添加することによって、ペースト状に調製された組成物(導電性ペースト)を得ることができる。かかる導体ペーストには、上記のとおり、ニッケル粒子が含まれているため、優れた分散性と、焼成後に得られる導電層の収縮率の低減とを好適に両立することができる。 In addition, by dispersing the nickel particles disclosed herein in a suitable dispersion medium (medium) consisting of an aqueous or organic solvent, a dispersion (conductive paste) for various applications can be obtained. For example, by dispersing nickel particles in a specific organic solvent, and further adding components such as a binder (see those listed in the explanation of the powder material), a conductive material, other powder materials, a dispersant (e.g., a carboxylic acid-based dispersant), and a viscosity modifier as necessary, a composition prepared in a paste form (conductive paste) can be obtained. As described above, such a conductor paste contains nickel particles, and therefore can favorably achieve both excellent dispersibility and a reduced shrinkage rate of the conductive layer obtained after firing.
なお、導電性ペーストに用いられる分散媒は、この種の導電性粉体材料を良好に分散させ得るものであればよく、従来公知の導電性ペーストの調製に用いられているものを特に制限なく使用することができる。有機系溶媒の一例としては、ミネラルスピリット等の石油系炭化水素(特に脂肪族炭化水素)、エチレングリコールやジエチレングリコール誘導体、トルエン、キシレン、ブチルカルビトール(BC)、イソボルニルアセテート、ターピネオール等の高沸点有機溶媒を1種類または2種以上を組み合わせたものを用いることができる。ここで、導電性ペースト中のニッケル粒子の含有量は特に制限されないが、導電性ペーストの全体を100重量%としたとき、概ね30~70重量%程度(例えば、40~60重量%程度)であることが好ましい。また、導電性ペースト中の分散媒の含有量は特に制限されないが、導電性ペーストの全体を100重量%としたとき、概ね30~70重量%程度(例えば、40~60重量%程度)であることが好ましい。かかる導電性ペーストの粘度は特に制限されないが、概ね10~100mPa・s程度(例えば、20~50mPa・s程度)であることが好ましい。かかる粘度は、例えば市販の粘度計によって測定することができる。 The dispersion medium used in the conductive paste may be any one that can disperse this type of conductive powder material well, and any one that has been used in the preparation of conventionally known conductive pastes may be used without any particular restriction. Examples of organic solvents include one or more combinations of high-boiling organic solvents such as mineral spirits (particularly aliphatic hydrocarbons), ethylene glycol, diethylene glycol derivatives, toluene, xylene, butyl carbitol (BC), isobornyl acetate, and terpineol. Here, the content of nickel particles in the conductive paste is not particularly limited, but is preferably about 30 to 70% by weight (e.g., about 40 to 60% by weight) when the entire conductive paste is taken as 100% by weight. The content of the dispersion medium in the conductive paste is not particularly limited, but is preferably about 30 to 70% by weight (e.g., about 40 to 60% by weight) when the entire conductive paste is taken as 100% by weight. The viscosity of the conductive paste is not particularly limited, but is preferably about 10 to 100 mPa·s (e.g., about 20 to 50 mPa·s). The viscosity can be measured, for example, by a commercially available viscometer.
上述したような技術は、例えば電子材料分野における利用により、電子部品の小型化や電極の薄層化等を実現することができる。 The above-mentioned technology can be used in the electronic materials field, for example, to make it possible to miniaturize electronic components and thin electrodes.
以下、ここで開示されるニッケル粒子に関する試験例について説明するが、本開示をかかる試験例に限定することを意図したものではない。なお、以下では、ニッケル粒子の一例としてCuNiコアシェル粒子を用いた場合について説明する。 Below, we will explain test examples related to the nickel particles disclosed herein, but we do not intend to limit this disclosure to such test examples. In the following, we will explain the case where CuNi core-shell particles are used as an example of nickel particles.
<ニッケル粒子の合成>
先ず、例1~6に係るニッケル粒子の合成について説明する。
<Synthesis of nickel particles>
First, the synthesis of nickel particles according to Examples 1 to 6 will be described.
(ニッケル種粒子スラリーの合成)
オレイルアミン(富士フィルム和光純薬社製品)319.2gに対して、ギ酸ニッケル・二水和物(富士フィルム和光純薬社製品,以下同様)1.7gを添加し、120℃で120分間加熱することによって、ギ酸ニッケル-オレイルアミン錯体を合成した。次に、かかるギ酸ニッケル-オレイルアミン錯体に対して、ギ酸銅・四水和物(富士フィルム和光純薬社製品,以下同様)を0.23g添加し、60℃で30分間加熱することによって、ギ酸銅-オレイルアミン錯体を合成した。その後、窒素雰囲気下、190℃で10分間加熱することによって、ニッケル種粒子スラリーを合成した。
(Synthesis of nickel seed particle slurry)
A nickel formate-oleylamine complex was synthesized by adding 1.7 g of nickel formate dihydrate (a product of Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.; the same applies below) to 319.2 g of oleylamine (a product of Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and heating at 120° C. for 120 minutes. Next, 0.23 g of copper formate tetrahydrate (a product of Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.; the same applies below) was added to the nickel formate-oleylamine complex and heating at 60° C. for 30 minutes to synthesize a copper formate-oleylamine complex. Thereafter, a nickel seed particle slurry was synthesized by heating at 190° C. for 10 minutes under a nitrogen atmosphere.
(ニッケル粒子スラリーの合成)
上記合成したニッケル種粒子スラリーに対して、酢酸ニッケル・四水和物(富士フィルム和光純薬社製品,以下同様)114.0gを添加し、135℃で120分間加熱することによって、酢酸ニッケル-オレイルアミン錯体を合成した。その後、窒素雰囲気下、200℃で30分間加熱することによって、ニッケル粒子スラリーを合成した。
(Synthesis of nickel particle slurry)
To the nickel seed particle slurry synthesized above, 114.0 g of nickel acetate tetrahydrate (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., the same applies below) was added, and the mixture was heated at 135° C. for 120 minutes to synthesize a nickel acetate-oleylamine complex. Thereafter, the mixture was heated at 200° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to synthesize a nickel particle slurry.
・例1に係るニッケル粒子スラリーの合成
上記合成したニッケル粒子スラリーの上澄み液を除去した。かかるスラリーに対して、オレイルアミン200mLを添加し、100℃で30分間加熱撹拌を行うことによって、例1に係るニッケル粒子スラリーを合成した。
Synthesis of nickel particle slurry according to Example 1 The supernatant of the nickel particle slurry synthesized above was removed. 200 mL of oleylamine was added to the slurry, and the mixture was heated and stirred at 100° C. for 30 minutes to synthesize the nickel particle slurry according to Example 1.
・例2に係るニッケル粒子スラリーの合成
上記合成したニッケル粒子スラリーの上澄み液を除去した。かかるスラリーに対して、オレイルアミン100mLを添加し、100℃で30分間加熱撹拌を行うことによって、例2に係るニッケル粒子スラリーを合成した。
Synthesis of nickel particle slurry according to Example 2 The supernatant liquid of the nickel particle slurry synthesized above was removed. 100 mL of oleylamine was added to the slurry, and the mixture was heated and stirred at 100° C. for 30 minutes to synthesize a nickel particle slurry according to Example 2.
・例3に係るニッケル粒子スラリーの合成
上記合成したニッケル粒子スラリーの上澄み液を除去した。かかるスラリーに対して、オレイルアミン200mLを添加し、50℃で60分間加熱撹拌を行うことによって、例3に係るニッケル粒子スラリーを合成した。
Synthesis of nickel particle slurry according to Example 3 The supernatant of the nickel particle slurry synthesized above was removed. 200 mL of oleylamine was added to the slurry, and the mixture was heated and stirred at 50° C. for 60 minutes to synthesize a nickel particle slurry according to Example 3.
・例4に係るニッケル粒子スラリーの合成
上記合成したニッケル粒子スラリーの上澄み液を除去した。かかるスラリーに対して、2-エチルヘキシルアミン(富士フィルム和光純薬社製品)200mLを添加し、100℃で30分間加熱撹拌を行うことによって、例4に係るニッケル粒子スラリーを合成した。
Synthesis of nickel particle slurry according to Example 4 The supernatant of the nickel particle slurry synthesized above was removed. 200 mL of 2-ethylhexylamine (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to the slurry, and the mixture was heated and stirred at 100° C. for 30 minutes to synthesize the nickel particle slurry according to Example 4.
・例5に係るニッケル粒子スラリーの合成
上記合成したニッケル粒子スラリーの上澄み液を除去した。かかるスラリーに対して、オレイルアミン100mLを添加し、50℃で60分間加熱撹拌を行うことによって、例1に係るニッケル粒子スラリーを合成した。
Synthesis of nickel particle slurry according to Example 5 The supernatant of the nickel particle slurry synthesized above was removed. 100 mL of oleylamine was added to the slurry, and the mixture was heated and stirred at 50° C. for 60 minutes to synthesize the nickel particle slurry according to Example 1.
・例6に係るニッケル粒子スラリーの合成
上記合成したニッケル粒子スラリーの上澄み液を除去した。かかるスラリーを、例5に係るニッケル粒子スラリーとした。
Synthesis of nickel particle slurry according to Example 6 The supernatant liquid of the nickel particle slurry synthesized above was removed. This slurry was used as nickel particle slurry according to Example 5.
上記合成した各例に係るニッケル粒子スラリーの上澄み液を除去した。そして、イソボルニルアセテートを添加し、超音波洗浄機で分散させた後、上澄み液を除去した。かかる作業を3回繰り返した後、乾燥機にて120℃で60分間乾燥することによって、各例に係るニッケル粒子からなる粉体材料を得た。 The supernatant liquid of the nickel particle slurry for each example synthesized above was removed. Isobornyl acetate was then added, dispersed using an ultrasonic cleaner, and the supernatant liquid was removed. This process was repeated three times, and then the mixture was dried in a dryer at 120°C for 60 minutes to obtain a powder material made of nickel particles for each example.
<評価試験> <Evaluation test>
(1)ニッケル粒子の形質特性
電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM:株式会社日立ハイテクノロジーズ製のS-4700)を使用し、上記粉体材料中のニッケル粒子を観察した。具体的には、5万倍の視野のうちから5枚の画像を抽出し、ニッケル粒子を無作為的に200個抽出して、その投影面積を求めた。これと同じ面積を有する円の直径(Heywood径)を計測した。そして、個数基準の粒度分布における積算50%粒子径(D50)を、平均粒子径(nm)として算出した。また、平均粒子径の変動係数(CV)を算出した。ここで、CV値とは、ニッケル粒子の平均粒子径に対する標準偏差σの比(標準偏差σ/平均粒子径)を意味する。各例に係るニッケル粒子の平均粒子径は50nm程度、CV値は0.15程度であった。
(1) Characteristic properties of nickel particles The nickel particles in the powder material were observed using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM: S-4700 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). Specifically, five images were extracted from a 50,000-fold field of view, 200 nickel particles were randomly extracted, and their projected areas were determined. The diameter of a circle having the same area (Heywood diameter) was measured. The cumulative 50% particle diameter (D50) in the number-based particle size distribution was calculated as the average particle diameter (nm). The coefficient of variation (CV) of the average particle diameter was also calculated. Here, the CV value means the ratio of the standard deviation σ to the average particle diameter of the nickel particles (standard deviation σ/average particle diameter). The average particle diameter of the nickel particles in each example was about 50 nm, and the CV value was about 0.15.
(2)ニッケル粒子表面の有機物分析
上記合成した各例に係るニッケル粒子500mgに対して、メタノール0.6mLを添加し、超音波洗浄機で超音波照射を1時間行った。そして、磁石で粒子を捕集した後の上澄み液を抽出液とし、GCMS装置(島津製作所社製のGCMS-QP-2010Ultra)で測定し、ニッケル粒子の表面に付着している有機物の分析を行った。具体的には、ニッケル粒子の表面に付着している有機物の同定と、該有機物の全重量を100重量%としたときのアミン化合物、ニトリル化合物、およびアミド化合物の付着量(重量%)の算出とを行った。なお、かかる付着量は、GCMSのピーク面積およびサンプル濃度に基づく検量線を用いて算出した。測定結果を表1の該当欄に示した。
(2) Analysis of organic matter on nickel particle surface 0.6 mL of methanol was added to 500 mg of nickel particles according to each of the above synthesized examples, and ultrasonic irradiation was performed for 1 hour using an ultrasonic cleaner. The supernatant liquid after collecting the particles with a magnet was used as an extract, and was measured using a GCMS device (GCMS-QP-2010Ultra manufactured by Shimadzu Corporation) to analyze the organic matter attached to the surface of the nickel particles. Specifically, the organic matter attached to the surface of the nickel particles was identified, and the amount of attachment (wt%) of the amine compound, nitrile compound, and amide compound was calculated when the total weight of the organic matter was 100 wt%. The amount of attachment was calculated using a calibration curve based on the peak area and sample concentration of GCMS. The measurement results are shown in the corresponding columns of Table 1.
ここで、表1には記載していないが、例1~3,5,6に係るニッケル粒子の表面には、オレイルアミン、オレイロニトリル、オレイルアミンと酢酸(あるいはギ酸)とのアミド化合物が付着していることが確認された。また、例4に係るニッケル粒子の表面には、オレイルアミン,2-エチルヘキシルアミン、オレイロニトリル,2-エチルヘキシロニトリル、オレイルアミンと酢酸(あるいはギ酸)とのアミド化合物,2-エチルヘキシルアミンと酢酸(あるいはギ酸)とのアミド化合物が付着していることが確認された。 Although not shown in Table 1, it was confirmed that oleylamine, oleylnitrile, and an amide compound of oleylamine and acetic acid (or formic acid) were attached to the surface of the nickel particles in Examples 1 to 3, 5, and 6. It was also confirmed that oleylamine, 2-ethylhexylamine, oleylnitrile, 2-ethylhexylnitrile, an amide compound of oleylamine and acetic acid (or formic acid), and an amide compound of 2-ethylhexylamine and acetic acid (or formic acid) were attached to the surface of the nickel particles in Example 4.
(導電性ペーストの調製)
上記得られたニッケル粒子(粉体材料)と、市販のチタン酸バリウム粉末と、エチルセルロース樹脂と、カルボン酸系分散剤と、イソボルニルアセテートを調合し、3本ロールで分散させることによって、導電性ペーストとを調製した。なお、各原料の配合量は、導電性ペースト全体を100重量%としたとき、ニッケル粒子を45重量%、チタン酸バリウムを4.5重量%、エチルセルロース樹脂を2重量%、カルボン酸系分散剤を2重量%、残部をイソボルニルアセテートした。ここで、導電性ペーストの粘度は、25℃-100rpm(BrookfieldDV型粘度計で測定)における粘度が20~50mPa・s程度であった。
(Preparation of Conductive Paste)
The nickel particles (powder material) obtained above, commercially available barium titanate powder, ethyl cellulose resin, carboxylic acid dispersant, and isobornyl acetate were mixed and dispersed with a three-roll mill to prepare a conductive paste. The amounts of each raw material were 45% by weight of nickel particles, 4.5% by weight of barium titanate, 2% by weight of ethyl cellulose resin, 2% by weight of carboxylic acid dispersant, and the remainder was isobornyl acetate, assuming that the entire conductive paste was 100% by weight. Here, the viscosity of the conductive paste was about 20 to 50 mPa·s at 25°C-100 rpm (measured with a Brookfield DV type viscometer).
(3)分散性の評価
上記得られた導電性ペーストを、基材上に膜厚2μmで塗膜し、120℃で5分間乾燥させた。次に、かかる塗膜について、光学顕微鏡(株式会社ニコンソリューションズ製のECLIPSE LV150)で合計3視野観察し、得られた観察画像から凝集粒子の有無を確認した。ここで、かかる凝集粒子は、光学顕微鏡観察において白い塊状体として観察される。そして、1視野当たりの凝集粒子が10個以下であったものを分散性「○」、10個超であったものを分散性「×」とした。評価結果を表1の該当欄に示した。
(3) Evaluation of Dispersibility The conductive paste obtained above was applied to a substrate with a film thickness of 2 μm and dried at 120° C. for 5 minutes. Next, the coating film was observed in a total of three fields of view using an optical microscope (Eclipse LV150 manufactured by Nikon Solutions Corporation), and the presence or absence of aggregated particles was confirmed from the obtained observation images. Here, such aggregated particles are observed as white lumps in optical microscope observation. Dispersibility was evaluated as “○” when the number of aggregated particles per field was 10 or less, and dispersibility was evaluated as “×” when the number of aggregated particles per field was more than 10. The evaluation results are shown in the corresponding columns in Table 1.
表1に示すように、ニッケルを主構成元素とするニッケル粒子であって、上記ニッケル粒子の表面には、アミン化合物と、ニトリル化合物および/またはアミド化合物と、が付着しており、GCMS分析に基づく、上記アミン化合物と、上記ニトリル化合物および/または上記アミド化合物と、の全重量を100重量%としたとき、上記アミン化合物は40重量%以上付着している例1~5に係るニッケル粒子(ニッケル粉末)を含む導電性ペーストは、分散性に優れることが確認された。一方、アミン化合物の付着量が上記範囲外である例6に係るニッケル粒子を含む導電性ペーストは、分散性に優れないことが確認された。 As shown in Table 1, nickel particles having nickel as the main constituent element, an amine compound, a nitrile compound and/or an amide compound attached to the surface of the nickel particles, and based on GCMS analysis, when the total weight of the amine compound, the nitrile compound and/or the amide compound is taken as 100 wt%, the conductive paste containing nickel particles (nickel powder) according to Examples 1 to 5 was confirmed to have excellent dispersibility. On the other hand, it was confirmed that the conductive paste containing nickel particles according to Example 6, in which the amount of amine compound attached is outside the above range, does not have excellent dispersibility.
以上、本開示の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Specific examples of the present disclosure have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and variations of the specific examples given above.
Claims (6)
前記ニッケル粒子の表面には、アミン化合物と、ニトリル化合物および/またはアミド化合物と、が付着しており、
ここで、GCMS分析に基づく、前記アミン化合物と、前記ニトリル化合物および/または前記アミド化合物と、の全重量を100重量%としたとき、前記アミン化合物は40重量%以上65重量%以下付着している、ニッケル粒子。 Nickel particles containing nickel as a main component,
an amine compound and a nitrile compound and/or an amide compound are attached to the surface of the nickel particles;
Here, when the total weight of the amine compound and the nitrile compound and/or the amide compound is taken as 100% by weight, the amine compound adheres to the nickel particles in an amount of 40% by weight or more and 65% by weight or less based on GCMS analysis.
該ニッケル粒子を分散させる媒体と、
を含む、導電性ペースト。 The nickel particles according to any one of claims 1 to 4,
A medium for dispersing the nickel particles;
A conductive paste comprising:
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