(57)【要約】  本発明は、エレクトロニクス用途およびディスプレイ用途のためであってもよい、導体、絶縁体、誘電体、蛍光体、エミッタ、および他の要素を印刷するためのプロセスに関する。本発明は、また、この印刷プロセスに使用される粘弾性組成物に関する。本発明は、さらに、それらから製造されたデバイスを含む。
2007508418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）機能相粒子０．１から７０重量パーセントと、
ｂ）分散ビヒクルと、
ｃ）その分散ビヒクルに可溶性の超高分子量ポリマー０．１から８重量パーセントとを含んでなる組成物。
【請求項２】
前記機能相粒子の重量分率が、前記組成物の０．５から５０パーセントである請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記機能相粒子の重量分率が、前記組成物の１から３０重量パーセントを構成する請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
前記超高分子量ポリマーの重量分率が、前記組成物の０．２から５重量パーセントを構成する請求項１に記載の組成物。
【請求項５】
前記超高分子量ポリマーの重量分率が、前記組成物の０．５から３重量パーセントを構成する請求項１に記載の組成物。
【請求項６】
前記組成物が、同様の量の前記機能相粒子に取って代わる無機バインダー０．０２から５重量パーセントをさらに含んでなる請求項１に記載の組成物。
【請求項７】
前記組成物が、同様の量の前記機能相粒子に取って代わるアジュバント（ａｄｊｕｖａｎｔ）０．０２から５重量パーセントをさらに含んでなる請求項１に記載の組成物。
【請求項８】
前記超高分子量ポリマーの重量パーセントが、前記機能相粒子の重量パーセントより小さい請求項１に記載の組成物。
【請求項９】
前記機能相粒子が、５マイクロメートル未満の平均寸法である請求項１に記載の組成物。
【請求項１０】
前記機能相粒子が、１００ナノメートル未満の平均寸法である請求項１に記載の組成物。
【請求項１１】
前記機能相が、導体、誘電体、絶縁体、および蛍光体よりなる群から選択される請求項１に記載の組成物。
【請求項１２】
前記機能相が銀である請求項１１に記載の組成物。
【請求項１３】
前記分散ビヒクルが水または炭化水素である請求項１に記載の組成物。
【請求項１４】
前記超高分子量ポリマーが、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（アクリルアミド）、およびポリ（α−オレフィン）よりなる群から選択される請求項１に記載の組成物。
【請求項１５】
ａ）機能相粒子０．１から７０重量パーセントと、分散ビヒクルと、その分散ビヒクルに可溶性の超高分子量ポリマー０．１から８重量パーセントとを含んでなる堆積物組成物を、オリフィスを通して押しやって、繊維を形成する工程と、
ｂ）場合によりその繊維を伸ばす工程と、
ｃ）その繊維を基材上に堆積させ、前記堆積された繊維から前記分散ビヒクルを蒸発させ、所望の画像で前記基材に取付けられた前記機能相粒子をもたらす工程と、
ｄ）場合により、前記基材および堆積された繊維を、前記有機成分の除去を行うのに十分な温度に加熱する工程とを含んでなる方法。
【請求項１６】
ａ）機能相粒子０．１から７０重量パーセントと、分散ビヒクルと、その分散ビヒクルに可溶性の超高分子量ポリマー０．１から８重量パーセントとを含んでなる堆積物組成物の溜めを、分配オリフィスから、基材の表面上に堆積させる工程と、
ｂ）前記溜めを、前記組成物によって湿潤された細く尖った物体と接触させる工程と、
ｃ）前記細く尖った物体を、前記溜めから、および前記基材の表面から離して、取外すことによって、前記溜めから繊維を延伸する工程と、
ｄ）前記細く尖った物体を前記基材より高い他の点に移動させ、前記繊維が前記溜めと前記他の点との間に伸長する工程と、
ｅ）その繊維を、前記溜めと前記基材上の別の点との間に、前記細く尖った物体をその点で前記基材に接触させることによって堆積させる工程と、
ｆ）前記堆積された繊維から前記分散ビヒクルを蒸発させ、所望の画像で前記基材に取付けられた前記機能相粒子をもたらす工程と、
ｇ）場合により、前記基材および堆積された繊維を、前記有機成分の除去を行うのに十分な温度に加熱する工程とを含んでなる方法。
【請求項１７】
ａ）機能相粒子０．１から７０重量パーセントと、粘弾性ポリマー溶液とを含んでなる堆積物組成物を、オリフィスを通して押しやって、繊維を形成する工程と、
ｂ）場合によりその繊維を伸ばす工程と、
ｃ）その繊維を基材上に堆積させる工程と、
ｄ）前記堆積された繊維から前記揮発性成分を蒸発させ、所望の画像で前記基材に取付けられた前記機能相粒子をもたらし、場合により、前記基材および堆積された繊維を、前記有機成分の除去を行うのに十分な温度に加熱する工程とを含んでなる方法。
【請求項１８】
ａ）機能相粒子０．１から７０重量パーセントと、粘弾性ポリマー溶液とを含んでなる堆積物組成物の溜めを、分配オリフィスから、基材の表面上に堆積させる工程と、
ｂ）前記溜めを、前記組成物によって湿潤された細く尖った物体と接触させる工程と、
ｃ）前記細く尖った物体を、前記溜めから、および前記基材の表面から離して、取外すことによって、前記溜めから繊維を延伸する工程と、
ｄ）前記細く尖った物体を前記基材より高い他の点に移動させ、前記繊維が前記溜めと前記他の点との間に伸長する工程と、
ｅ）その繊維を、前記溜めと前記基材上の別の点との間に、前記細く尖った物体をその点で前記基材に接触させることによって堆積させる工程と、
ｆ）前記堆積された繊維から前記揮発性成分を蒸発させ、所望の画像で前記基材に取付けられている前記機能相粒子をもたらす工程と、
ｇ）場合により、前記基材および堆積された繊維を、前記有機成分の除去を行うのに十分な温度に加熱する工程とを含んでなる方法。
【請求項１９】
工程ａ）、ｂ）、およびｃ）がすべて、１つの連続方法である請求項１５または請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記機能相粒子の重量分率が、前記堆積物組成物の０．５から５０パーセントである請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記機能相粒子の重量分率が、前記堆積物組成物の１から３０重量パーセントを構成する請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記超高分子量ポリマーの重量分率が、前記堆積物組成物の０．２から５重量パーセントを構成する請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記超高分子量ポリマーの重量分率が、前記堆積物組成物の０．５から３重量パーセントを構成する請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記堆積物組成物が、同様の量の前記機能相粒子に取って代わる無機バインダー０．０２から５重量パーセントをさらに含んでなる請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記堆積物組成物が、同様の量の前記機能相粒子に取って代わるアジュバント０．０２から５重量パーセントをさらに含んでなる請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記超高分子量ポリマーの重量パーセントが、前記機能相粒子の重量パーセントより小さい請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項２７】
前記機能相粒子が、５マイクロメートル未満の平均寸法である請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項２８】
前記機能相粒子が、１００ナノメートル未満の平均寸法である請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項２９】
前記機能相が、導体、誘電体、絶縁体、および蛍光体よりなる群から選択される請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項３０】
前記機能相が銀である請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記分散ビヒクルが、水および炭化水素よりなる群から選択される請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項３２】
前記超高分子量ポリマーが、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（アクリルアミド）、およびポリ（α−オレフィン）よりなる群から選択される請求項１５または請求項１７に記載の堆積物組成物。
【請求項３３】
前記繊維がシース／コア繊維である請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項３４】
前記シース層が不堅牢ポリマーのみからなる含んでなる（ｃｏｎｓｉｓｔｓ  ｏｆ  ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記シース層のポリマー含有量が、前記コア層のポリマー含有量より高い請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記シースポリマーが活性成分を含有し、前記コアポリマーが導電性成分を含有し、焼成後、前記基材上にカプセル化導体を含有する前記活性成分の層を残す請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
２つもしくはそれ以上の層が、前記基材上に一方が他方の上に印刷される請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項３８】
２つもしくはそれ以上の層が、前記基材上に他方の上に印刷され、前記連続層が、異なった活性成分またはアジュバントを含有する請求項１５または請求項１７に記載の方法。
【請求項３９】
前記基材の表面が、前記基材の自然表面エネルギーのものと異なった表面エネルギーを有して、それをより非湿潤にして、前記堆積物組成物の広がりを最小にするように化学的に変性されている請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項４０】
前記基材の第１の部分を変性する工程をさらに含んでなり、前記第１の部分が、前記基材の第２の部分上の表面エネルギーと異なった表面エネルギーを有するように変性され、前記第１の部分が、前記堆積された組成物を拘束するように適合される請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記基材の第１の部分を変性する工程をさらに含んでなり、前記第１の部分が、前記堆積された組成物を拘束するように適合される請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記堆積物組成物が、前記基材に対して加熱される請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項４３】
前記基材の表面が、前記堆積物組成物に対して加熱される請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項４４】
前記堆積物組成物が、前記基材上の予め成形されたチャネル内に堆積される請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項４５】
前記基材が剛性である請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項４６】
前記基材が、ガラス、セラミック、およびポリマーよりなる群から選択される請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項４７】
前記基材が半導体である請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記基材が可撓性である請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項４９】
前記オリフィスからの前記繊維が前記基材に触れられて、前記繊維と前記基材との間の接着を確立する請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項５０】
結果として生じる画像の幅が、前記繊維の延伸比を調節することによって調節される請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項５１】
請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８に記載の方法によって製造された物品。
【請求項５２】
前記物品が、ディスプレイデバイス、プラズマディスプレイパネル、電界放出ディスプレイデバイス、液晶ディスプレイデバイス、太陽電池パネル、電気化学電池、印刷回路、アンテナ、電磁放射線用遮蔽デバイス、自動車窓用抵抗ヒータデバイス、エレクトロクロミックウィンドウデバイス、マイクロ波回路、制御モジュール、およびＥＫＧ電極よりなる群から選択される請求項５１に記載の物品。
【請求項５３】
前記基材が、ポリマー、ガラス、およびセラミックよりなる群から選択される請求項５１に記載の物品。
【請求項５４】
前記基材が半導体である請求項５３に記載の物品。
【請求項５５】
ａ）機能相粒子０．１から７０重量パーセントと、
ｂ）分散ビヒクルと、
ｃ）その分散ビヒクルに可溶性の超高分子量ポリマー０．１から８重量パーセントと、
ｄ）場合により他のアジュバントとを含んでなる少なくとも２つの組成物を含んでなるインクセットであって、
ｅ）前記第２の組成物が、
ｆ）（ｂ）のものと異なった機能相粒子０から７０重量パーセントと、分散ビヒクル、
ｇ）その分散ビヒクルに可溶性の超高分子量ポリマー０．１から８重量パーセントと、
ｈ）場合により他のアジュバントとを含んでなるインクセット。
【請求項５６】
前記２つの組成物の分散ビヒクルが不混和性である請求項５５に記載のインクセット。
【請求項５７】
前記２つの組成物の分散ビヒクルが混和性である請求項５５に記載のインクセット。
【請求項５８】
前記２つの組成物の分散ビヒクルが同じである請求項５５に記載のインクセット。
【請求項５９】
前記機能相粒子の重量分率が、前記第１のインク中で前記組成物の０．５から５０パーセントであり、前記第２のインク中で０から５０パーセントである請求項５５に記載のインクセット。
【請求項６０】
前記機能相粒子の重量分率が、前記第１のインク中で前記組成物の０．５から５０パーセントであり、前記第２のインク中で０から５０パーセントである請求項５５に記載のインクセット。
【請求項６１】
スピナレットが、前記分配オリフィスおよび前記細く尖った物体の両方として役立つ請求項１６または請求項１８に記載の方法。
【請求項６２】
その繊維を前記溜めと前記基材上の別の点との間で移動させる方法の間、前記細く尖った物体をその点で前記基材に接触させる前に、さらなる組成物が前記スピナレットオリフィスから分配される請求項１６または請求項１８に記載の方法。
【請求項６３】
線が、同じ溜めから前記基材上のいくつかの異なった位置に延伸される請求項１６または請求項１８に記載の方法。
【請求項６４】
工程ａ）、ｂ）ｃ）、ｄ）、およびｅ）がすべて、１つの連続方法である請求項１６または請求項１８に記載の方法。
【請求項６５】
ａ）機能相粒子０．１から７０重量パーセントと、
ｂ）粘弾性ポリマー溶液とを含んでなる組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロニクス用途およびディスプレイ用途のために使用してもよい、導体、絶縁体、誘電体、蛍光体、エミッタ、および他の要素をスピン印刷する（ｓｐｉｎ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）ためのプロセスに関する。本発明は、また、この印刷プロセスに使用される組成物に関する。本発明は、さらに、それらから製造されたデバイスを含む。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロニクス産業、ディスプレイ産業、およびエネルギー産業は、有機基材および無機基材上に回路を形成するために、導電性材料および他の電子的に活性の材料のコーティングおよびパターンの形成に依存する。これらのパターンを生成させるための主な方法は、約１００μｍより大きい特徴および薄膜のためのスクリーン印刷、ならびに約１００μｍより小さい特徴のためのエッチング方法である。微細特徴サイズを得るための他のサブトラクティブ方法は、フォトパターニング可能なペーストの使用、およびレーザトリミングを含む。
【０００３】
より高い解像度および向上したディスプレイ性能をもたらす、より小さく、より高価でない電子デバイスを製造することが、エレクトロニクス産業における傾向である。結果として、そのようなデバイスを製造するための新たな材料および新たな方法を開発することが必要になっている。
【０００４】
フォトパターニング技術は、従来のスクリーン印刷方法と比較すると、均一な、より微細な線および空間解像度を提供する。デュポン（ＤｕＰｏｎｔ）のフォーデル（ＦＯＤＥＬ）＠印刷システムなどのフォトパターニング方法は、特許文献１、特許文献２、および特許文献３に見出されるような光画像形成可能な有機媒体を使用し、基材を、最初、光画像形成可能な厚膜組成物で完全に被覆し（印刷、スプレー、コーティング、または積層し）、乾燥させる。回路パターンを有するフォトマスクを介する化学線での光画像形成可能な厚膜組成物の照射によって、回路パターンの画像を生成させる。化学線は、光化学反応を引起すことができる紫外線などの放射線である。次に、照射基材を現像する。回路パターンの未照射部分を洗い落とし、基材上に光画像形成された厚膜組成物を残し、その後、それを焼成して、残りの有機材料をすべて除去し、無機材料を焼結する。そのようなフォトパターニング方法は、基材滑らかさ、無機粒子サイズ分布、照射、および現像変数によって、約３０ミクロンの線解像度を実証する。プラズマディスプレイパネル、電界放出ディスプレイ、または液晶ディスプレイなどのディスプレイデバイスの導体の製造のために使用される場合、導電線は、それらの幅および精度より何桁も長い、長さ１メートルまでであることができる。このプロセスは、パターンの大きい部分の洗い落としの結果として、必然的に、その性質がサブトラクティブである。アディティブであるプロセスが、当産業におけるものによって望まれる。
【０００５】
インクジェット印刷システムは、デジタル命令によって複雑なパターンを印刷する能力を有する高解像度アディティブ印刷システムである。このインクジェット印刷システムは、インクドロップを、ノズルまたはスリットなどの排出オリフィスを通して排出し、したがって、インクドロップを印刷基材に直接接着させることによって印刷する記録システムである。インクジェット技術は、通常、２つの広いカテゴリー、すなわち、連続注入システムおよびオンデマンドシステムに分けられる。連続注入システムにおいて、インクジェットは、マイクロドロップの連続流れを焼成しており、パターンは、それらのマイクロドロップを廃棄物溜めに選択的にそらすかそらさないことによって確立される。このシステムは、溜めにそらされた材料の部分が失われ、プロセスを１００％未満のアディティブにする点で、完全にアディティブと見ることができない。オンデマンドシステムにおいて、ドロップは、必要なときにのみ焼成される。これらのシステムは、高固体含有量のインクを使用しているときにより詰まりやすく、オンデマンドの最初のいくつかのドロップが焼成しないことがあることが一般的な特徴である。
【０００６】
そのようなインクジェット印刷システムに主として使用されるインクは、水性または非水性溶媒に溶解した染料を含んでなる。導電性インクの分野において、超微細金属粒子の液体分散系が、インクジェット印刷システムを使用する導電性回路の形成に使用されている（特許文献４）。金属酸化物、有機金属、またはポリマーなどの他の超微細粒子の液体分散系も、インクジェット印刷システムを使用する電子回路またはディスプレイデバイスの構成要素の形成に使用してもよい。
【０００７】
特許文献５は、有機ポリマーと無機材料とから構成される繊維またはリボンをスピニングし、その繊維またはリボンを所望の配向で基材上に取付け、最後に、組成物を加熱して、有機ポリマーを除去することによって基材に取付けられる導電性繊維またはリボンのスピニングを開示している。これは、導電性繊維またはリボンが所望の配向で基材に取付けられることをもたらす。適切な無機材料は、一般に、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｕ−Ｃｒ合金、Ａｕ−Ｔａ合金、Ｃｕ−Ｃｒ合金、Ａｕ／酸化インジウムスズ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＮｉを含む金属導体である。これらの構造は、特に太陽電池製造におけるシリコンウェーハ上の電極として有用である。いくつかのスピニング方法が説明されるが、ポリマー成分の濃度が数パーセント以下である粘弾性系を使用するという概念は開示されていない。特許文献６は、同様であるが、有機ポリマーと無機材料とを含んでなる繊維またはリボンを使用するディスプレイパネル上の特徴の製造のためのプロセスに関し、無機材料は、蛍光体、導電性金属、または誘電性粒子である。これらの用途は、低ポリマー含有量を有する粘弾性ポリマー溶液を使用し、それにより、基材上に印刷される機能相材料の量を最大にするという利点を予想しない。
【０００８】
固体を、多くの合成ポリマー中に分散させ、それらのポリマーの繊維をスピニングすることが可能である。これは、帯電防止のためのナイロン中のカーボンブラック（特許文献７、特許文献８、および特許文献９）、酸化亜鉛（特許文献１０）、酸化マグネシウム（特許文献１１）、または酸化アンチモンスズコーティングＴｉ酸化物粒子（特許文献１２）で、繊維全体にわたって、およびコア−シェル組成物のコア内に分離されて実施される。酸化スズ（特許文献１３）が難燃剤として加えられている。これらの例のすべてにおいて、ポリマー成分は、かなりのフラクションであり、通常、スピニングされている混合物の大部分である。結果として生じる系の導電性は、活性相の含有量が必然的に非常に低いので、比較的低い。さらに、繊維は、それらが接着するために、非常に高い温度で基材表面に接着されなければならない。高い導電性を達成するために、ポリマーフラクションは焼き尽くされなければならないが、ポリマー含有量は、揮発プロセスが線を破壊するほど高い。
【０００９】
本発明の組成物の利点は、ポリマー含有量が機能相の含有量より低く、それを周囲に近い条件でスピニングし基材表面に接着してもよいことである。
【００１０】
上記金属超微細粒子の液体分散系を調製するためのさまざまな方法が知られている。撹拌、超音波の付与、および、たとえばボールミルまたはサンドミル内の混合などのさまざまな手段に従って、たとえば、溶媒、樹脂、および分散剤で、金属超微細粒子または粉末をともに分散させることができる。この方法に従って調製された液体分散系は、インク、塗料、およびワニスの分野において使用されている。たとえば、液相中で金属超微細粒子を直接調製するための方法、たとえば、低真空雰囲気中で溶媒の蒸気の共存において金属を蒸発させる工程と、次に、蒸発した金属および溶媒を凝縮して均一な金属超微細粒子にして、したがって、結果として生じる粒子を凝縮した溶媒中に分散させ、したがって、液体分散系を与える工程とを含んでなる、気相中の金属の蒸発のための技術（その後「気体中の蒸発」技術と呼ぶ）（特許文献１４）、ならびに、不溶性沈殿物形成反応、または還元剤を使用する還元反応を用いるものが知られている。金属超微細粒子の液体分散系を調製するためのこれらの方法のうち、気体中の蒸発技術は、粒度が１００ｎｍ以下であり、均一に分散した金属超微細粒子を含有する液体分散系の安定した調製を可能にする。気体中の蒸発技術において、所望の濃度で金属超微細粒子を含有する液体分散系の調製に必要な成分または分散安定剤の量は、液相調製技術に必要なものより小さい。
【００１１】
金属または他の超微細粒子の分散は、インクジェット印刷に使用されるインクに必要な特徴的な特性（粘度および表面張力など）を有さなければならない。超微細粒子は、凝集を経ることが多く、これは、超微細粒子が安定して分散したいかなる液体分散系も調製するのを困難にする。この理由のため、そのような超微細粒子の液体分散系をインクジェット印刷のためのインクとして使用しているとき、インクは、その中に存在する超微細粒子の凝集体がインクジェットノズルの詰まりをもたらす点で、問題がある。さらに、超微細粒子が独立してまたは別々に分散した液体分散系を、インクジェット印刷のためのインクとして使用しているとき、液体分散系を、インクの特徴的な特性のための要件を満たすのに適した溶媒を使用して調製しなければならない。しかし、インクジェット印刷のためのインクに適切に使用される溶媒の選択は、非常に困難であった。インクジェットシステムに必要な特性は、超微細粒子の安定した分散のための要件と合致しないことが多い。
【００１２】
インクジェット技術は、必然的に、ジェッティングシステムの適切な動作のために低粘度流体を必要とする。特徴をいかなるかなりの厚さにも作ることが困難であるが、これは、多数のパスを用いて行うことができる。乾燥時間、または初期特徴を安定化するための何らかの他の手段が、パス間に必要である。解像度が損なわれることが多く、かなりの特徴高さ対特徴幅を得ることが困難であり、というのは、非粘性湿潤流体が使用されるからである。
【００１３】
【特許文献１】米国特許第４，９１２，０１９号明細書
【特許文献２】米国特許第４，９２５，７７１号明細書
【特許文献３】米国特許第５，０４９，４８０号明細書
【特許文献４】米国特許出願第２００３／０１１０９７８  Ａｌ号明細書
【特許文献５】米国特許出願第２００４（００９２９０）号明細書
【特許文献６】米国特許出願第２００４０５０４７６号明細書
【特許文献７】米国特許第４１２９６７７号明細書
【特許文献８】米国特許第４３８８３７０号明細書
【特許文献９】ＥＰ  ２５０６６４
【特許文献１０】米国特許第５３９１４３２号明細書
【特許文献１１】ＪＰ  ５７１６１１１５
【特許文献１２】ＪＰ  ５９０４７４７４
【特許文献１３】ＪＰ  ４９０３４５５０
【特許文献１４】日本特許Ｎｏ．  ２，５６１，５３７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そのようなシステムの上記の進歩にもかかわらず、製造業者は、超微細材料の向上した有用性、ならびにより微細な線および空間解像度を伴う組成物を連続して求めている。そのような材料は、回路またはディスプレイパターンの線および空間の高解像度を損なうことなく、製造プロセスの速度を増加させる。本発明は、そのようなプロセス、プロセスの実現に必要な材料および組成物、ならびに前記材料の製造のための方法に関する。
【００１５】
溶液スピニングにおいて、ポリマーの濃縮溶液がスピナレットを通して押しやられる。スピナレットの面は、通常空気である気体のみと接触する。溶媒蒸発が一般に遅いプロセスであるので、空気を通る短い距離、典型的には０．１〜１０ｃｍ．、移動後、濃縮溶液（微細「ジェット」の形態の）は、通常凝固剤に入り、これは、ポリマーから溶媒を抽出し、ポリマー繊維の形成をもたらす。凝固剤は、しばしば水であるか、本発明の場合のように、空気である。重要なことには、スピナレット面と凝固剤との間の間隙において、通常非常に粘性であり幾分粘弾性である繊維溶液は延伸され、スピナレット穴から押出されたより小さい直径のポリマー溶液ジェットが凝固剤に入ることをもたらす。行うことができる延伸の量は制限され、というのは、ある最大延伸値を超えて繊維が破壊する傾向があるからである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、
（ａ）機能相粒子０．１から７０重量パーセントと、
（ｂ）分散ビヒクルと、
（ｃ）その分散ビヒクルに可溶性の超高分子量ポリマー０．１から８重量パーセントとを含んでなる組成物を含む。
【００１７】
上記組成物は、０．５から５０重量パーセントの、機能相粒子の重量分率を有してもよく、さまざまな他の添加剤を有してもよい。
【００１８】
本発明は、また、
（ａ）機能相粒子０．１から７０重量パーセントと、
（ｂ）粘弾性ポリマー溶液とを含んでなる組成物を含む。
【００１９】
本発明は、さらに、基材上に画像を作るための方法であって、
ａ）機能相粒子０．１から７０重量パーセントと、分散ビヒクルと、その分散ビヒクルに可溶性の超高分子量ポリマー０．１から８重量パーセントとを含んでなる堆積物組成物を、オリフィスを通して押しやって、繊維を形成する工程と、
ｂ）場合によりその繊維を伸ばす工程と、
ｃ）その繊維を基材上に堆積させる工程と、
ｄ）堆積された繊維から分散ビヒクルを蒸発させ、所望の画像で基材に取付けられた機能相粒子をもたらす工程と、
ｅ）場合により、基材および堆積された繊維を、有機成分の除去を行うのに十分な温度に加熱する工程とを含んでなる方法を含む。
本発明は、また、
ｆ）機能相粒子０．１から７０重量パーセントと、粘弾性ポリマー溶液とを含んでなる堆積物組成物を、オリフィスを通して押しやって、繊維を形成する工程と、
ｇ）場合によりその繊維を伸ばす工程と、
ｈ）その繊維を基材上に堆積させる工程と、
ｉ）堆積された繊維から揮発性成分を蒸発させ、所望の画像で基材に取付けられた機能相粒子をもたらす工程と。
ｊ）場合により、基材および堆積された繊維を、有機成分の除去を行うのに十分な温度に加熱する工程とを含んでなる方法を含む。
【００２０】
本発明は、さらに、基材上に画像を作るための方法であって、
ａ）機能相粒子０．１から７０重量パーセントと、分散ビヒクルと、その分散ビヒクルに可溶性の超高分子量ポリマー０．１から８重量パーセントとを含んでなる堆積物組成物の溜めを、分配オリフィスから、基材の表面上に堆積させる工程と、
ｂ）溜めを、組成物によって湿潤された細く尖った物体と接触させる工程と、
ｃ）細く尖った物体を、溜めから、および基材の表面から離して、取外すことによって、溜めから繊維を延伸する工程と、
ｄ）細く尖った物体を基材より高い他の点に移動させ、繊維が溜めと他の点との間に伸長する工程と、
ｅ）その繊維を、溜めと基材上の別の点との間に、細く尖った物体をその点で基材に接触させることによって堆積させる工程と、
ｆ）堆積された繊維から分散ビヒクルを蒸発させ、所望の画像で基材に取付けられた機能相粒子をもたらす工程と、
ｇ）場合により、基材および堆積された繊維を、有機成分の除去を行うのに十分な温度に加熱する工程とを含んでなる方法を説明する。
【００２１】
本発明は、また、
ａ）機能相粒子０．１から７０重量パーセントと、粘弾性ポリマー溶液とを含んでなる堆積物組成物の溜めを、分配オリフィスから、基材の表面上に堆積させる工程と、
ｂ）溜めを、組成物によって湿潤された細く尖った物体と接触させる工程と、
ｃ）細く尖った物体を、溜めから、および基材の表面から離して、取外すことによって、溜めから繊維を延伸する工程と、
ｄ）細く尖った物体を基材より高い他の点に移動させ、繊維が溜めと他の点との間に伸長する工程と、
ｅ）その繊維を、溜めと基材上の別の点との間に、細く尖った物体をその点で基材に接触させることによって堆積させる工程と、
ｆ）堆積された繊維から揮発性成分を蒸発させ、所望の画像で基材に取付けられている機能相粒子をもたらす工程と、
ｇ）場合により、基材および堆積された繊維を、有機成分の除去を行うのに十分な温度に加熱する工程とを含んでなる方法を含む。
【００２２】
本発明は、さらに、少なくとも２つの組成物を含んでなるインクセットであって、
（ａ）第１の組成物が、
（ｂ）機能相粒子０．１から７０重量パーセントと、
（ｃ）分散ビヒクルと、
（ｄ）その分散ビヒクルに可溶性の超高分子量ポリマー０．１から８重量パーセントと、
（ｅ）場合により他のアジュバントとを含んでなり、
（ｆ）第２の組成物が、
（ｇ）（ｂ）のものと異なった機能相粒子０から７０重量パーセントと、
（ｈ）分散ビヒクルと、
（ｉ）その分散ビヒクルに可溶性の超高分子量ポリマー０．１から８重量パーセントと、
（ｊ）場合により他のアジュバントとを含んでなるインクセットを含む。
【００２３】
本発明は、また、上記方法すべての製品を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
ここで説明される配合物は、超高分子量ポリマーの比較的希釈された伸長性溶液を含有する。分散ビヒクル中の超高分子量ポリマーの低溶液濃度が、本発明の組成物に不可欠である。配合物は、また、エレクトロニクス用途またはディスプレイ用途における機能相になる材料を含有する。最後に、配合物は、組成物の配合、組成物の印刷、または最終用途における組成物の性能を助けるさまざまな他の材料を含有してもよい。機能相の線は、スピン印刷プロセスによって基材上に印刷され、これは、配合物をオリフィスを通して押しやって、基材表面上に置く前に伸張してもしなくてもよい連続繊維を形成することからなる。分散ビヒクルは蒸発されて線を形成し、他の成分を線から焼き尽くしてもしなくてもよい。
【００２５】
超高分子量ポリマーが溶媒に可溶性である、事実上いかなる系も作用するが、いくつかが他のものより実際的である。溶液中の超高分子量ポリマーは、著しい粘弾性を溶液に与え、溶液を、ポリマーの非常に低い濃度においてでも伸長性にする。同様の効果を、高いだけであるが超高でない分子量であるポリマーのより濃縮された溶液について、見ることができるが、必要な高濃度は、系に付加的な要求を置く。粘弾性のポリマー流体において、粘性力に加えて、剪断の間に発生される法線（弾性）力がある。Ｍｗを３．４乗にスケーリングする粘性力に対して、法線力が重量平均分子量（Ｍｗ）を７乗にスケーリングするので、ポリマーの分子量が増大すると、法線力は非常に迅速にスケーリングする。
【００２６】
ここで使用されるような「超高分子量ポリマーという用語」は、一般に、分子量が１，０００，０００を超えるポリマーを指す。この用語は、１つのホモポリマーまたはコポリマーを含んでもよいし、ホモポリマーまたはコポリマーの混合物を含んでもよい。適切な分子量のポリマーとしては、抗力低減ポリマーのファミリが挙げられる。「抗力低減ポリマー」とは、パイプを通って流れる溶液、または溶液を通って引張られる繊維など、ポリマー溶液とその溶液に対して移動する物体との間の摩擦力を低減するポリマーを意味する。そのようなポリマー、それらの特性、および抗力低減のテストは、当該技術において知られており、たとえば、引用によりここに含める、ジェイ・ダブリュー・ホイト（Ｊ．  Ｗ．  Ｈｏｙｔ）著、エイチ・マーク（Ｈ．  Ｍａｒｋ）ら編、ポリマー科学技術事典（Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、ｖｏｌ．５、第３版、ｐ．１２９〜１５１（１９８６）を参照されたい。この引例において説明されるように、ポリマーの分子量が高いほど、ポリマーが抗力低減剤（ｄｒａｇ  ｒｅｄｕｃｅｒ）として効果的である。したがって、ポリマーの（数平均）分子量が、少なくとも５００，０００、より好ましくは少なくとも１，００，０００、特に好ましくは１，０００，０００をかなり超えれば好ましい。
【００２７】
溶液中のポリマーの分子量の適切さの別の尺度は、「ロッドクライミング（ｒｏｄ  ｃｌｉｍｂｉｎｇ）」および最初にその効果を分析し機構を提案したケイ・ワイセンベルク（Ｋ．  Ｗｅｉｓｓｅｎｂｅｒｇ）名をとって「ワイセンベルク効果」と呼ばれる現象である（ネイチャー（Ｎａｔｕｒｅ）、１５９、３１０、（１９４７））。「ロッドクライミング」において、撹拌された液体の渦が逆になって、従来の撹拌装置のロッドを登るなどする。そのようなポリマー、それらの特性、および「ロッドクライミング」のテストは、当該技術において知られており、たとえば、ポリマー液体の動力学（Ｄｙｎａｍｉｃｓ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄｓ）を参照されたい。この現象を、流線に沿った余分な張力の概念で、幾分簡単に解釈してもよい。ロッドクライミング実験において、流線（それを過ぎて流体が乱流を伴わずに滑らかな流れで移動している撹拌機に対する流体中の仮想粒子の経路）は、閉じた円であり、これらの線に沿った余分な張力は、流体を「抑制し（ｓｔｒａｎｇｕｌａｔｅｓ）」、それを、遠心力に対して内方に、かつ重力の力に対して上方に押しやる。流線に沿った余分な張力−ポリマー溶液によって示される法線力から生じる。剪断下のニュートン流体において、粘性消散力のみがある。粘弾性のポリマー流体において、粘性力に加えて、剪断の間に発生される法線（弾性）力がある。重量平均分子量（Ｍｗ）の７乗での法線力のスケーリングが、剪断力を急速に圧倒し、ロッドクライミングをもたらす。
【００２８】
超高分子量ポリマーの溶液の独自の物理特性が、しばらくの間認識されている。それらは、乱流系中の抗力低減剤として使用されることが多い。わずか１０〜５０ｐｐｍのポリマー添加剤ストック溶液を注入することが、５０％を超える抗力低減をもたらすことがあり、流体を輸送するのに必要なエネルギーコストが同じ量だけ低減されることを示唆する。ポリマー溶液の高度に粘弾性の挙動およびエネルギー消散現象、ならびにポリマー分子と乱流との間の相互作用の両方が、抗力低減現象を発生させることが一般に受入れられる。本発明のスピン印刷のプロセスが行われることを可能にするのは、希釈ポリマー溶液のこの高粘弾性である。したがって、抗力低減に効果的なポリマー系は、スピン印刷に効果的である。パートパーミリオン（ｐａｒｔ  ｐｅｒ  ｍｉｌｌｉｏｎ）濃度における抗力低減が可能ないかなるポリマーも、数パーセントの濃度におけるスピン印刷に効果的であることが予想される。しかし、現在までこの効果を表示する溶媒およびポリマーのセットは、限られる。
【００２９】
効果的なポリマー抗力低減剤添加剤は、一般に、超高分子量を有する可撓性線状巨大分子である（エイチ・ジェイ・チョイ（Ｈ．  Ｊ．  Ｃｈｏｉ）およびエム・エス・ジョン（Ｍ．  Ｓ．  Ｊｈｏｎ）、１９９６、インダストリアル＆エンジニアリング・ケミストリー・リサーチ（Ｉｎｄ．  Ｅｎｇ．  Ｃｈｅｍ．  Ｒｅｓ．）３５、２９９３〜２９９８．）。例は、ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）（シー・エー・キム（Ｃ．  Ａ．  Ｋｉｍ）、ジェイ・エイチ・サン（Ｊ．  Ｈ．  Ｓｕｎｇ）、エイチ・ジェイ・チョイ（Ｈ．  Ｊ．  Ｃｈｏｉ）、シー・ビー・キム（Ｃ．  Ｂ．  Ｋｉｍ）、ダブリュー・チャン（Ｗ．  Ｃｈｕｎ）、およびエム・エス・ジョン（Ｍ．  Ｓ．  Ｊｈｏｎ）、１９９９、ジャーナル・オブ・ケミカル・エンジニアリング・オブ・ジャパン（Ｊ．  Ｃｈｅｍ．  Ｅｎｇ．  Ｊａｐａｎ）３２、８０３〜８１１．）、ポリ（アクリルアミド）（ＰＡＡＭ）（ティー・ロー（Ｔ．  Ｒｈｏ）、ジェイ・パーク（Ｊ．  Ｐａｒｋ）、シー・キム（Ｃ．  Ｋｉｍ）、エイチ・ケイ・ユーン（Ｈ．  Ｋ．  Ｙｏｏｎ）、およびエイチ・エス・サー（Ｈ．  Ｓ．  Ｓｕｈ）、１９９６、ポリマー・デグラデーション・アンド・スタビリティ（Ｐｏｌｙｍ．  Ｄｅｇｒａｄ．  Ｓｔａｂ．）５１、２８７〜２９３）、およびポリイソブチレン（ＰＩＢ）（エイチ・ジェイ・チョイ（Ｈ．  Ｊ．  Ｃｈｏｉ）およびエム・エス・ジョン（Ｍ．  Ｓ．  Ｊｈｏｎ）、１９９６、インダストリアル＆エンジニアリング・ケミストリー・リサーチ（Ｉｎｄ．  Ｅｎｇ．  Ｃｈｅｍ．  Ｒｅｓ．）３５、２９９３〜２９９８）である。二重鎖ラムダＤＮＡが、線状ポリマーと比較すると、より良好な抗力低減剤である（エイチ・ジェイ・チョイ（Ｈ．  Ｊ．  Ｃｈｏｉ）、エス・ティー・リム（Ｓ．  Ｔ．  Ｌｉｍ）、ピー・ワイ・レイ（Ｐ．  Ｙ．  Ｌａｉ）、およびシー・ケイ・チャン（Ｃ．  Ｋ．  Ｃｈａｎ）、２００２、フィジックス・レビュー・レターズ（Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｌｅｔｔ．）８９、技術ｎｏ．  ０８８３０２）。カチオン界面活性剤系（ケイ・サン（Ｋ．  Ｓｕｎｇ）、エム・エス・ハン（Ｍ．  Ｓ．  Ｈａｎ）、およびシー・キム（Ｃ．  Ｋｉｍ）、２００３、コリア−オーストラリア・レオロジー・ジャーナル（Ｋｏｒｅａ−Ａｕｓｔｒａｌｉａ  Ｒｈｅｏｌ．  Ｊ．）１５、１５１〜１５６）が効果的であり、乱流の劣化に対して耐性がある。疎水性変性ヒドロキシルエチルセルロースが、界面活性剤の存在下で効果的である（ブイ・タータートマジャ（Ｖ．  Ｔｉｒｔａａｔｍａｄｊａ）、ジェイ・ジェイ・コッパー−ホワイト（Ｊ．Ｊ．  Ｃｏｐｐｅｒ−Ｗｈｉｔｅ）、およびエス・ジェイ・ガソン（Ｓ．Ｊ．  Ｇａｓｏｎ）、２００２、コリア−オーストラリア・レオロジー・ジャーナル（Ｋｏｒｅａ−Ａｕｓ−ｔｒａｌｉａ  Ｒｈｅｏｌ．  Ｊ．）１４、１８９〜２０１）。
【００３０】
抗力低減の産業用途を、原油の輸送（イー・ディー・バーガー（Ｅ．  Ｄ．  Ｂｕｒｇｅｒ）、エル・ジー・チョーン（Ｌ．  Ｇ．  Ｃｈｏｒｎ）、およびティー・ケイ・パーキンズ（Ｔ．  Ｋ．  Ｐｅｒｋｉｎｓ）、１９８０、ジャーナル・オブ・レオロジー（Ｊ．  Ｒｈｅｏｌ．）２４、６０３〜６２６．）、閉回路ポンピング取付け、たとえば、セントラルヒーティングシステム、およびウォータージェットの範囲を増加させるための消火、ならびに給水および灌水システム（アール・エイチ・セリン（Ｒ．  Ｈ．  Ｓｅｌｌｉｎ）、ジェイ・ダブリュー・ホイト（Ｊ．  Ｗ．  Ｈｏｙｔ）、およびオー・スクリブナー（Ｏ．  Ｓｃｒｉｖｅｎｅｒ）、１９８２、ジャーナル・オブ・ハイドローリック・リサーチ（Ｊ．  Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ．  Ｒｅｓ．）２０、２９〜６８）、大雨の後氾濫を防止するための下水システム（アール・エイチ・セリン（Ｒ．  Ｈ．  Ｓｅｌｌｉｎ）およびエム・オリス（Ｍ．  Ｏｌｌｉｓ）、１９８０、ジャーナル・オブ・レオロジー（Ｊ．  Ｒｈｅｏｌ．）２４、６６７〜６８４）などの分野に見出すことができる。
【００３１】
本出願により関連して、抗力低減剤が、固体粒子懸濁液の水力輸送に使用されているが（ジェイ・ゴールダ（Ｊ．  Ｇｏｌｄａ）、１９８６、抗力低減添加剤でのパイプ内の石炭の水力輸送（Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｏｆ  ｃｏａｌ  ｉｎ  ｐｉｐｅｓ  ｗｉｔｈ  ｄｒａｇ  ｒｅｄｕｃｉｎｇ  ａｄｄｉｔｉｖｅｓ）、ケミカル・エンジニアリング・コミュニケーションズ（Ｃｈｅｍ．  Ｅｎｇ．  Ｃｏｍｍｕｎ．）４３、５３〜６７）、石炭は本出願のはるかに範囲外である。
【００３２】
水溶液のための有用なポリマーとしては、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（アクリルアミド）、キサンタン、およびグアルゴムが挙げられるが、これらに限定されない。水性系でのスピン印刷に特に適した材料は、いくつかの特定のカテゴリーに入るように思われる。それらは、次の特徴、すなわち、高い極性、水溶性、高分子量、および高い水素結合形成能力を有する粘弾性ポリマーである。また、重大なことに、それらは、非常に長いか超高分子量であり、側分枝が少ししかない高い線状性を有し、それにより、分子の、非常に大きい長さ対直径比を有する。可溶性および高分子量は、また、所望の特性を達成するために、超高分子量ポリマーの、水への効果的な溶解に重要である。十分に作用するいくつかの材料は、グアルゴム、イナゴマメゴム、カラギナンまたはトチャカ、ゴムカラヤ、ヒドロキシエチルセルロース、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、ＤＡＰＳ  １０［アクリルアミド−３−（２−アクリルアミド−２−メチルプロピル）ジメチルアンモニオ）−１−プロパンスルホネートコポリマー］、ポリエチレンオキシド、ポリアクリアミド（ｐｏｌｙａｃｒｙａｍｉｄｅ）、およびポリビニルピロリドンである。これらの材料は、上記特徴を示す物質の例であり、したがって、スピン印刷において十分に作用する。ポリ（エチレンオキシド）およびポリ（アクリルアミド）が好ましいポリマーであり、ポリ（エチレンオキシド）が特に好ましい。エチレンオキシドのホモポリマーおよびコポリマーの両方が、ポリ（エチレンオキシド）という用語に含まれる。同様に、ポリ（アクリルアミド）という用語は、アクリルアミドのホモポリマー、およびアクリル酸またはＮ−アルキルアクリルアミドなどのモノマーとのそのコポリマーを含むことを意味する。
【００３３】
配合された組成物中のポリマーの重量による濃度は、約０．１〜８％、好ましくは約０．５〜５％、より好ましくは約１〜２％である。最適濃度は、使用されているポリマーの分子量およびその化学構造などの多くの要因による。一般に、ポリマーの分子量が高いほど、伸長性粘弾性溶液に必要な濃度が低い。伸長性溶液のためのいくつかのポリマー、特に天然ポリマーが、水に不溶性のいくらかのフラクションを有してもよい。この不溶性フラクションは、好ましくは、溶液の濾過によるように、除去しなければならないが、溶液中のポリマーの分子量の低減を回避するように注意しなければならない。
【００３４】
炭化水素溶液のための有用なポリマーとしては、オレフィンが８もしくはそれ以上の炭素原子を含有するポリ（アルファ−オレフィン）が挙げられるが、これらに限定されない。たとえば、ポリオクテン、ポリデセン、ポリドデセン、ポリテトラデセン、ポリヘキサデセン、ポリオクタデセン、ポリエイコセン（ｐｏｌｙｅｉｃｏｓｅｎｅ）、およびより高いもの、ならびに、ポリヘキセン／コデセン、ポリペンテン／コヘキサデセン、ポリヘキセン／コオクテン（ｃｏｏｃｔｅｎｎｅ）／コデセンなどの混合アルファ−オレフィンのコポリマー、および関連したコポリマーが、従来のチーグラーナッタ触媒を使用して生成されており、トランスアラスカパイプライン（Ｔｒａｎｓ−Ａｌａｓｋａ  Ｐｉｐｅｌｉｎｅ）などの油パイプラインに使用されて、乱流から生じる抗力を低減し、かつパイプラインの見かけの輸送容量を増加させている。ヘキサン、オクタン、メチルシクロヘキサン、デカン、デカリン（ｄｅｃａｌｉｎｅ）、石油エーテル、精製灯油、エクソン（Ｅｘｘｏｎ）のアイソパー（Ｉｓｏｐａｒ）（登録商標）高純度イソパラフィン（ｉｓｏｐａｒａｆｉｎｉｃ）溶媒、または他の炭化水素溶媒に溶解したこれらのポリマーは、スピン印刷のための適切な非水性系である。それらは、使用において非常に効果的であることができるが、実際的な点で、溶媒の可燃性があることがある。
【００３５】
ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）および関連したアクリルポリマーが、十分な分子量である場合、ピリジン、ブチルアセテート、ブチルセロソルブアセテート；ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、およびカルビトールアセテートなどのカルビトールエステル、ＴＥＸＡＮＯＬＢ（２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレート）、ならびに他の適切な極性溶媒および一般にエステル溶媒などの溶媒に有用である。ポリ（メチルメタクリレート）は、たとえばトルエンに特に有用でない。エステル基上のアルキル分枝が、炭化水素溶媒への可溶性を与えるのに十分な長さである場合、ポリ（ｎ−アルキルメタクリレート）およびｎ−アルキルアクリレートが、炭化水素溶媒中の有用なポリマーであることができる。
【００３６】
ポリエステルまたはナイロンなどのポリマーが使用されるべき場合、ヘキサフルオロイソプロパノール、フェノール、カテコール、またはギ酸などの溶媒を使用しなければならない。これらの溶媒は、毒性かつ有害であり、スピン印刷における、それらの適用可能性を制限し、それにより、それらが溶解するポリマーの適用可能性を制限する。本発明のプロセスに使用される超高分子量ＰＥＴは、米国特許第４，７５５，５８７号明細書においてラインハート（Ｒｉｎｅｈａｒｔ）によって説明された手順、または米国特許第４，７９２，５７３号明細書においてコーン（Ｃｏｈｎ）によって説明されたプロセスを用いて製造することができる。本発明のスピン印刷プロセスにおいて、適切な有機溶媒中のＰＥＴの溶液が、溶媒全体にわたって本質的に均質に分散したＰＥＴで調製される。ＰＥＴのために使用することができる有機溶媒は、（ａ）ヘキサフルオロイソプロパノール、（ｂ）トリフルオロ酢酸、（ｃ）ヘキサフルオロイソプロパノールとジクロロメタンとを含有する混合溶媒系、および（ｄ）トリフルオロ酢酸とジクロロメタンとを含有する混合溶媒系よりなる群から選択される。ヘキサフルオロイソプロパノールとジクロロメタンとの混合溶媒系は、典型的には、約２０重量パーセントから約９９重量パーセントのヘキサフルオロイソプロパノールと、約１重量パーセントから約８０重量パーセントのジクロロメタンとを含有する。そのようなヘキサフルオロイソプロパノール／ジクロロメタン混合溶媒系は、好ましくは、約３０重量パーセントから約９９重量パーセントのヘキサフルオロイソプロパノールと、約１重量パーセントから約７０重量パーセントのジクロロメタンと含有する。トリフルオロ酢酸とジクロロメタンとを含有する混合溶媒系は、典型的には、約２０重量パーセントから約９９重量パーセントのトリフルオロ酢酸と、約１重量パーセントから約８０重量パーセントのジクロロメタンとを含有する。
【００３７】
ここで使用されるような「分散ビヒクル」という用語は、超高分子量ポリマーのための溶媒または溶媒の混合物であり、かつ活性成分粒子を分散させる流体を指す。溶媒は、純化学物質、または化学物質の混合物であってもよい。たとえば、溶媒混合物全体の蒸発の速度を修正するために、水をアルコールまたはグリコールと組合せることが有用であろう。同様に、蒸発の速度を修正するために、ブチルアセテート溶媒を２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレートと関連して使用してもよい。
【００３８】
ここで使用されるような「粘弾性ポリマー溶液」または「粘弾性溶液」という用語は、粘性特性および弾性特性の両方を示す超高分子量ポリマーの溶液を指す。粘弾性液体は、加えられた剪断応力の影響下で容易に変形し流れる。応力が除去されると、液体は、変形の最後の小さい部分から迅速に回復する。したがって、粘弾性溶液の塊から迅速に延伸されている小さい繊維が、張力下にある間まっすぐなままであるが、延伸張力が除去されると、重力の重量のより小さい力の下ですぐに目に見えてたるむ。本発明の目的のため、２０ｍ／ｍｉｎを超える速度で１２５μｍのオリフィスから押出し、破壊することなく１ｍｉｎまたはより長い間４０ｍ／ｍｉｎを超えるまで伸長してもよい超高分子量ポリマー１０重量％未満の濃度を有するいかなるポリマー溶液も、「粘弾性ポリマー溶液」であるとみなされる。実施例４は、ポリマー溶液の実際のテスト、およびそれらのテストの結果を実証する。
【００３９】
ここで使用されるような「機能相粒子」という用語は、導電特性、抵抗特性、放出特性、燐光特性、バリヤ特性、絶縁体特性、または誘電特性を、組成物に与える材料を指す。「機能相粒子」は、また、ＵＶまたは可視吸収を組成物に与えてもよいし、光触媒などの光活性種として作用してもよい。ここに含まれる機能相粒子が、形状が球状または球状に近いが、インクジェット印刷系と対照的に、針状材料に対処することができることが一般に望ましい。組成物の成分を以下でここに説明する。ここで使用されるような「機能相粒子」という用語は、向上した強度または安定性を組成物の超高分子量フラクションに与えるように設計された材料を指さない。
【００４０】
配合された組成物中の機能相粒子の重量濃度は、約０．１〜７０％、好ましくは約０．５〜５０％、より好ましくは約１〜３０％である。最適濃度は、機能相の密度、材料を組成物全体中に分散させる能力、結果として生じる望ましい画像の寸法を含む多くの要因による。材料を分散させる能力は、少し例を挙げれば、材料の粒度、材料の表面エネルギー、材料のいかなる表面処理、分散プロセスにおけるエネルギー入力の有効性を含むさまざまな要因による。
【００４１】
導体用途において、機能相は、電気的に機能的な導体粉末から構成される。所与の組成物中の電気的に機能的な粉末は、１タイプの粉末、粉末の混合物、いくつかの元素の合金または化合物を含んでなってもよい。そのような粉末の例としては、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、白金、パラジウム、モリブデン、タングステン、タンタル、スズ、インジウム、ランタン、ガドリニウム、ルテニウム、コバルト、チタン、イットリウム、ユウロピウム、ガリウム、亜鉛、ケイ素、マグネシウム、バリウム、セリウム、ストロンチウム、鉛、アンチモン、導電性炭素、およびそれらの組合せ、ならびに厚膜組成物の技術において一般的な他のものが挙げられる。高温で焼成されるべき系において、酸化銀を使用してもよく、というのは、それは焼成条件下で銀金属に自動還元するからである。
【００４２】
抵抗器組成物において、機能相は一般に導電性酸化物である。抵抗器組成物中の機能相の例は、Ｐｄ／ＡｇおよびＲｕＯ２である。他の例としては、Ｒｕ＋４、Ｉｒ＋４、またはこれらの混合物（Ｍｌ’）の多成分化合物であるルテニウムパイロクロア酸化物が挙げられ、前記化合物は、次の一般式で表現され、
ＭｘＢｉ２−ｘ（Ｍ’ｙＭ”２−ｙ）Ｏ７−ｚ
ここで、Ｍは、イットリウム、タリウム、インジウム、カドミウム、鉛、銅、および希土類金属よりなる群から選択され；Ｍ’は、白金、チタン、クロム、ロジウム、およびアンチモンよりなる群から選択され；Ｍ”は、ルテニウム、イリジウム、またはそれらの混合物であり；一価銅についてｘ≦１という条件で、ｘは０から２を示し；Ｍ’が、ロジウム、または、白金、チタン、クロム、ロジウム、およびアンチモンのうちの２つもしくはそれ以上である場合、ｙが０から１を表すという条件で、ｙは０から０．５を示し；Ｍが二価鉛またはカドミウムである場合、ｚが約ｘ／２に少なくとも等しいという条件で、ｚは０から１を示す。これらのルテニウムパイロクロア酸化物は、米国特許第３，５８３，９３１号明細書の明細書中に詳細に記載されている。好ましいルテニウムパイロクロア酸化物は、ルテニウム酸ビスマス（Ｂｉ２Ｒｕ２０７）およびルテニウム酸鉛（Ｐｂ２Ｒｕ２０６）である。
【００４３】
誘電体組成物において、機能相は一般にガラスまたはセラミックである。誘電体厚膜組成物は、電荷を分離し、電荷の蓄積をもたらしてもよい非導電性組成物または絶縁体組成物である。したがって、厚膜誘電体組成物は、典型的には、セラミック粉末、酸化物および非酸化物フリット、結晶化開始剤または抑制剤、界面活性剤、着色剤、有機媒体、およびそのような厚膜誘電体組成物の技術において一般的な他の成分を含有する。セラミック固体の例としては、アルミナ、チタン酸塩、ジルコン酸塩、およびスズ酸塩、ＢａＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＣａＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＣａＳｎＯ３、ＢａＳｎＯ３、およびＡｌ２Ｏ３、ガラスおよびガラス−セラミックが挙げられる。それは、また、そのような材料の前駆体、すなわち、焼成すると誘電体固体に変換される固体材料、およびそれらの混合物に適用できる。
【００４４】
バリヤまたは絶縁体組成物において、機能相は一般にガラスまたはセラミック金属酸化物である。例は、ホウケイ酸鉛ガラス、ホウケイ酸亜鉛ガラス、またはホウケイ酸ビスマスガラス（すなわち、ＰｂＯ−ＳｉＯ４ガラス、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ４ガラス、ＺｎＯ−ＳｉＯ４ガラス、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ４、ガラス、ＢｉＯＳｉＯ４ガラス、およびＢｉＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ４ガラス）の粉末；酸化コバルト、酸化鉄、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化銅、酸化マンガン、酸化ネオジム、酸化バナジウム、酸化セリウム、二酸化チタン（タイペークイエロー（Ｔｉｐａｑｕｅ  Ｙｅｌｌｏｗ））、酸化カドミウム、酸化ルテニウム、シリカ、マグネシア、およびスピネルなどの、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌなどの粉末酸化物である；
【００４５】
無機粉末、絶縁性粉末、または誘電性粉末は、物理特性が異なった粒子の混合物であってもよい。たとえば、異なった熱軟化点を有するガラス粒子またはセラミック粒子の組合された使用が、焼成時の収縮を制御するのに効果的である。無機粉末の形状および物理特性は、バリヤリブなどの構成要素に必要な特徴に従って適切に組合される。
【００４６】
放出性組成物において、機能的電界放出相は、単壁または多壁カーボンナノチューブであってもよい。金属酸化物電子放出材料が、金属元素成分として、バリウム、ストロンチウム、カルシウム、およびそれらの混合物よりなる群から選択される第１の成分Ｍ’と、タンタル、ジルコニウム、ニオブ、チタン、ハフニウム、およびそれらの混合物よりなる群から選択される第２の成分Ｍ”とを含有することが多く、また、オキシニトリドペロブスカイト（ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ  ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ）を含有する。電子放出材料は、また、オキシニトリドペロブスカイトとして、Ｍ’Ｍ”Ｏ４Ｎ型結晶を含有してもよく、ここで、Ｍ’は第１の成分を示し、Ｍ”は第２の成分を示す。好ましくは、電子放出材料は、ＸおよびＹが、それぞれ、第１および第２の成分と第１および第２の成分の合計とのモル比である関係を満たす。電子放出材料において、第２の成分は、炭化物または窒化物または両方の形態で部分的に存在してもよい。好ましくは、電子放出材料は、さらに、付加的な金属元素成分として、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＡｌよりなる群から選択される少なくとも１つの元素Ｍを、より好ましくは酸化物として計算された０質量％から１０質量％を超える量で、含有する。電子放出材料は、さらに、Ｍ’４Ｍ”２Ｏ９、Ｍ’Ｍ”２Ｏ６、Ｍ’Ｍ”Ｏ３、Ｍ’５Ｍ”４Ｏ１５、Ｍ’７Ｍ”６Ｏ２２、およびＭ’６Ｍ”Ｍ”４Ｏ１８型結晶の中から選択される少なくとも１つの酸化物を含有してもよく、ここで、Ｍ’およびＭ”は上で定義された通りである。電子放出材料は、好ましくは、室温において抵抗率が１０−６から１０３オームｍである。電極は、典型的には、放電ランプ、電子銃、ガス放電パネル、または電界放出ディスプレイにおける電極として使用される。
【００４７】
エレクトロルミネセンス蛍光体粒子がディスプレイの製造に有用である。それらは、たとえば、ＭＧａ２Ｓ４、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＭＧａ２Ｏ４、Ｇａ２Ｏ３、Ｃａ３Ｇａ２Ｏ６、およびＺｎ２（Ｇｅ，Ｓｉ）Ｏ４（Ｍ＝Ｃａおよび／またはＳｒ）、ＺｎＳまたはＭ’Ｓ（Ｍ’＝Ｂａ、Ｃａ、および／またはＳｒ）から選択してもよい。また、Ｙ２Ｏ２Ｓ、ＺｎＳ、ＺｎＳｉＯ４、またはＹ２ＳｉＯ５が含まれる
【００４８】
「機能相粒子」は、また、「前駆体組成物」を含むか、「前駆体組成物」から現場で形成してもよい。そのような方法は、その全体を引用によりここに援用する、国際出願、国際公開第０３／０３２０８４号パンフレットに詳細に記載されている。前駆体組成物は、好ましくは、比較的穏やかな条件下で、分解されるか、還元されるか、酸化されるか、加水分解されるか、他の態様で「機能相」に変換されることを可能にする化学反応性を有する。たとえば、導電性機能相を、有機金属前駆体の低温分解によって形成することができ、それにより、有機基材を含むさまざまな基材上の電子特徴の形成を可能にする。導電性系への前駆体組成物は、分子金属前駆体、溶媒、ミクロンサイズの粒子、ナノ粒子、ビヒクル、還元剤、および他の添加剤のさまざまな組合せを含むことができる。前駆体組成物は、有利に、前駆体組成物の変換温度を低減するように適合された１つもしくはそれ以上の変換反応誘起剤を含むことができる。導電性前駆体組成物を基材上に堆積させ、反応させて、良好な電気的特性および機械的特性を有する高度に導電性の電子特徴を形成することができる。本発明による導電性前駆体組成物を、広範囲の特性および広範囲の相対コストを有するように配合することができる。たとえば、十分に制御された特性を必要としない大量用途において、安価な導電性前駆体組成物を、紙などのセルロースベースの材料上に堆積させて、簡単な使い捨て回路を形成することができる。水または雰囲気湿気に曝されるとその後の加水分解変換を経る金属アルコキシドからの非水性溶媒系中に、セラミック前駆体組成物を配合することができる。
【００４９】
上述された電気的に機能的な粉末は、有機媒体中に微細に分散され、場合により無機バインダーを伴う。ここで使用されるような「無機バインダー」という用語は、機能相材料が最終用途においてより良好に働くことを引起す材料を指す。無機バインダーは、機能材料が基材によりしっかりと結合することを引起すことが多い。あるいは、それらは、印刷されたパターンの連続性を向上させるために、機能相材料の表面張力を低減してもよい。これらは、他の粉末または固体などの、金属酸化物、セラミックス、および充填剤であってもよい。これらの材料は、他の用途における活性成分のいくつかと組成が同一であってもよいが、バインダーとして使用される場合、それらは、一般に組成物全体中により低い濃度で存在する。組成物中の無機バインダーの機能は、焼成後、粒子を互いにかつ基材に結合することである。無機バインダーの例としては、ガラスバインダー（フリット）、金属酸化物、およびセラミックスが挙げられる。組成物に有用なガラスバインダーは、当該技術において従来のものである。いくつかの例としては、ホウケイ酸ガラスおよびアルミノシリケートガラスが挙げられる。例としては、さらに、ガラスバインダーを形成するために独立してまたは組合せて使用してもよい、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣｄＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、ＰｂＯ、およびＺｒＯなどの酸化物の組合せが挙げられる。厚膜組成物に有用な典型的な金属酸化物は、当該技術において従来のものであり、たとえば、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＦｅＯ、ＭｎＯ、およびそれらの混合物であることができる。
【００５０】
最も好ましく使用されるガラスフリットは、ホウケイ酸鉛フリット、ホウケイ酸ビスマスフリット、ホウケイ酸カドミウムフリット、ホウケイ酸バリウムフリット、ホウケイ酸カルシウムフリット、または他のアルカリ土類ホウケイ酸塩フリットなどのホウケイ酸塩フリットである。そのようなガラスフリットの調製は、周知であり、たとえば、成分の酸化物の形態のガラスの成分をともに溶融し、そのような溶融組成物を水中に注いでフリットを形成することにある。バッチ成分は、当然、フリット生成の通常の条件下で所望の酸化物を生じさせるいかなる化合物であってもよい。たとえば、酸化ホウ素がホウ酸から得られ、二酸化ケイ素がフリントから生成され、酸化バリウムが炭酸バリウムから生成される。ガラスは、好ましくは、フリットの粒度を低減し、かつ実質的に均一なサイズのフリットを得るために、ボールミル内で水でミリングされる。次に、それは、水中に沈降して微粉を分離し、微粉を含有する上澄み液流体が除去される。分級の他の方法も用いてもよい。
【００５１】
ガラスは、従来のガラス製造技術によって、所望の成分を所望の割合で混合し、混合物を加熱して溶融物を形成することによって調製される。当該技術において周知のように、加熱は、ピーク温度に、かつ溶融物が完全に液体および均質になるような時間の間行われる。ガラス転移温度は、３２５から６００℃の範囲内である。
【００５２】
少なくとも８５％の無機バインダー粒子が、０．１〜１０μｍの範囲内、より好ましくは０．２〜２μｍの範囲内であることが好ましい。これの理由は、高表面積を有するより小さい粒子が、有機材料を吸着する傾向があり、したがって、きれいな分解を妨げることである。一方、より大きいサイズの粒子は、より劣った焼結特徴を有する傾向がある。無機バインダーと総固体との重量比が、０．０２から５の範囲内、より好ましくは０．１から２の範囲内、およびそこに含まれる範囲すべてであることが好ましい。
【００５３】
バインダー材料は、抵抗用途、放出用途、燐光用途、バリヤ用途、絶縁体用途、または誘電体用途のための組成物中の他の活性成分の配合物中に存在してもしなくてもよい。
【００５４】
固体無機バインダーまたはフリットのいくらかまたはすべてを金属樹脂酸塩と取替えてもよく、ここで使用されるように、無機バインダーという用語は、金属樹脂酸塩を含むことを意味する。ここで使用されるような、「金属樹脂酸塩」という用語は、焼成すると無機酸化物またはガラスに変換され、ガラスフリット無機バインダーと同様の役割を果たす有機金属化合物を指す。樹脂酸塩は、スピン印刷系に使用される溶媒に可溶性または分散性である。市場で入手可能な一般的な金属石鹸を、ベース金属の有機酸塩として使用してもよい。有機酸塩のために利用可能な金属としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、およびＰｄのような貴金属が挙げられる。ベース金属の利用可能な有機酸塩としては、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＭＯ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｔａ、Ｐｂ、およびＢｉが挙げられる。適切な材料を、導電性ペーストに必要な特性に従って、上記材料から選択することができる。別のタイプの金属樹脂酸塩は、オルガノチタネートなどのキレートタイプ化合物である。
【００５５】
金属樹脂酸塩は、高度に流体から、非常に粘性の液体に、および固体にも及んでもよい。本発明における使用の見地から、媒体中の樹脂酸塩の可溶性または分散性は、最も重要である。典型的には、金属樹脂酸塩は、有機溶媒、特に、トルエン、塩化メチレン、ベンジルアセテートなどの極性溶媒に可溶性である。
【００５６】
適切なオルガノチタネートは、英国特許Ｎｏ．  ７７２，６７５に開示されたもの、特に、オルガノチタネートが、式（ＡＯ）４ｘ．２ｙＴｉＯに対応するチタンの加水分解性金属アルコラートであるものであり、ここで、ＡはＣ１〜８アルキルおよびＣ１〜８アシルであり、Ｏは２つのチタン原子を共有結合する酸素原子であり、ｘは１から１２の整数であり、ｙは、０、または１から３ｘ／２の整数である。アルキル基は直鎖でも分枝でもよい。好ましいオルガノチタネートとしては、チタンアセチルアセトネートおよびテトラオクチレングリコールチタンキレートが挙げられる。タイプにおける、式（ＡＯ）４Ｘ．２ｙＴｉＯに対応するこのチタンの他のオルガノチタネートが、ケン−リアクト・ブレティン（Ｋｅｎ−Ｒｅａｃｔ  Ｂｕｌ．）Ｎｏ．  ＫＲ−０２７８−７改訂（ニュージャージー州ベイヨーンのケンリッチ・ペトロケミカルズ・インコーポレイテッド（Ｋｅｎｒｉｃｈ  Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ，  Ｉｎｃ．，  Ｂａｙｏｎｎｅ，  Ｎ．Ｊ．））に開示されており、汎用タイザー有機チタン酸塩（Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｔｙｚｏｒ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｔｉｔａｎａｔｅｓ）と題するデュポン・ブレティン（Ｄｕ  Ｐｏｎｔ  Ｂｕｌ．）  Ｎｏ．  Ｅ−３８９６１において、Ａは、Ｃ１〜８アルキル、またはＣ１〜８アルキルおよびＣ１〜８の混合物である。
【００５７】
「機能相粒子」は好ましくはナノ粒子である。ナノ粒子の平均サイズは、約１０から８０ナノメートルなど、約１００ナノメートル以下である。平均サイズが約２５から７５ナノメートルの範囲内であるナノ粒子が、組成物に特に好ましい。
【００５８】
本発明での使用に特に好ましいナノ粒子は、実質的に凝集していない。好ましいナノ粒子組成物としては、Ａｌ２０３、ＣｕＯＸ、ＳｉＯ２、およびＴｉＯ２、ｌｎ２０３、酸化インジウム−スズ（ＩＴＯ）、および酸化アンチモン−スズ（ＡＴＯ）などの導電性金属酸化物、銀、パラジウム、銅、金、白金、およびニッケルが挙げられる。金属酸化物の他の有用なナノ粒子としては、ＨＳ−５もしくはＭ５もしくは他のもの（マサチューセッツ州ボストンのキャボット・コーポレーション（Ｃａｂｏｔ  Ｃｏｒｐ．，  Ｂｏｓｔｏｎ，  ＭＡ））およびアエロジル（ＡＥＲＯＳＩＬ）２００もしくは他のもの（ドイツ、デュッセルドルフのデグサＡＧ（Ｄｅｇｕｓｓａ  ＡＧ，  Ｄｕｓｓｅｌｄｏｒｆ，  Ｇｅｒｍａｎｙ）などの発熱性シリカ、またはＴＳ５３０もしくはＴＳ７２０（マサチューセッツ州ボストンのキャボット・コーポレーション）およびアエロジル３８０（ドイツ、デュッセルドルフのデグサＡＧ）などの表面変性シリカが挙げられる。本発明の一実施形態において、ナノ粒子は、以下で説明される金属前駆体化合物中に含有される同じ金属から構成される。ナノ粒子をいくつかの方法を用いて製造することができ、ポリオール（Ｐｏｌｙｏｌ）プロセスと呼ばれる１つの好ましい方法が、その全体を引用によりここに援用する、フィグラーズ（Ｆｉｇｌａｒｚ）らによる米国特許第４，５３９，０４１号明細書に開示されている。
【００５９】
本発明による「機能相粒子」は、また、平均サイズが少なくとも約０．１μｍであるミクロンサイズ粒子を含むことができる。ミクロンサイズ粒子の好ましい組成物は、ナノ粒子に関して上述された組成物と同様である。粒子は、好ましくは、スプレー熱分解によって生成されるものなど、球状である。フレークの形態の粒子は、前駆体組成物の粘度を増加させ、かつインクジェットデバイスなどの、制限されたオリフィスサイズを有する工具を使用する堆積に適していない。実質的に球状の粒子がここで説明されるとき、粒度は粒径を指す。１つの好ましい実施形態において、本発明による低粘度前駆体組成物は、フレークの形態の粒子を少しも含まない。
【００６０】
ミクロンサイズ粒子およびナノ粒子が、より大きい粒子と比較してそれらの比較的高い表面エネルギーの結果として、柔らかい凝集体を形成することが多いことが知られている。そのような軟らかい凝集体を、液体媒体中で超音波に曝すこと、ふるい分け、高剪断混合、および３ロールミリングなどの処理によって、容易に分散させてもよいことも知られている。
【００６１】
ここで使用されるように、「分散ビヒクル」という用語は、その主目的が、セラミックまたは他の基材に容易に塗布することができるような形態の、組成物の活性成分の微細に分けられた固体の分散のためのビヒクルとして役立つことである流体である。分散ビヒクルの溶媒成分は、組成物の他の成分に対して不活性（非反応性）でなければならない。分散ビヒクルは、また、超高分子量ポリマーのための溶媒でなければならない。したがって、分散ビヒクルは、第１に、固体が、適切な程度の安定性で、分散性であるものでなければならない。第２に、有機媒体のレオロジー特性は、良好な塗布特性を分散系に与えるようなものでなければならない。
【００６２】
溶媒は、比較的低いレベルの熱を常圧で加えることによって、分散系から蒸発されることを可能にするのに十分に高い揮発性を有さなければならないが、溶媒は、スピン印刷プロセスの間インクが通常の室温で急速に乾燥するほど揮発性であってはならない。組成物中の使用のための好ましい溶媒は、３００℃未満、好ましくは２５０℃未満の常圧で沸点を有さなければならない。より多い極性ポリマー系の場合、そのような溶媒としては、水、脂肪族アルコール、そのようなアルコールのエステル、たとえば、アセテートおよびプロピオン酸塩；パイン油およびアルファ−もしくはベータ−テルピネオールまたはそれらの混合物などのテルペン；エチレングリコールモノブチルエーテルおよびブチルセロソルブアセテートなどの、エチレングリコールおよびそのエステル；ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、およびカルビトールアセテートなどのカルビトールエステル、ならびにＴＥＸＡＮＯＬＢ（２，２，４−トリメチル−  ，３−ペンタンジオールモノイソブチレート）などの他の適切な溶媒が挙げられる。
【００６３】
ポリ（アルファ−オレフィン）などの非極性ポリマー系の場合、溶媒は、アルカンなどの非極性系であり、有用な系の例としては、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘカン（ｍｅｔｈｙｌｃｙｃｌｏｈｅｃａｎｅｓ）、オクタン、デカン、アイソパー（Ｉｓｏｐａｒ）（登録商標）アルカン、石油エーテル、精製灯油、テルペン、および長鎖アルキルエーテルが挙げられる。高い動作温度が用いられるか、ポリマー中にいくらかの芳香族分がない限り、芳香族溶媒は、一般に、ポリ（アルファ−オレフィン）で十分に作用しない（たとえば、米国特許第６５７６７３２号明細書を参照のこと）。ポリ（エチレンテレフタレート）またはナイロンなどの結晶性ポリマーのための溶媒は、ヘキサフルオロイソプロパノール、フェノール、カテコール、またはギ酸などの高度に極性の水素結合溶媒である。
【００６４】
上述されたように、これらの系に使用される主溶媒は、超高分子量ポリマーと協力して選択しなければならない。水は、これらの系に使用される最も一般的なビヒクルであり、というのは、それは、ポリマーの多くと適合性があり、ポリオレフィン系のための溶媒とは対照的に非可燃性であるからである。水は、一般に、蒸発の速度、基材の湿潤、他の添加剤との適合性を修正するために、さまざまな親水性有機分子と組合せて使用され、ここで使用されるような水は、分散ビヒクルの主成分が水である系を示唆することを意味する。
【００６５】
本発明で溶媒の混合物を使用する能力は、動作範囲によってかなりのプロセス利点をもたらす。特定の蒸発または揮発プロファイルを有するように選択される多数の溶媒は、均一な線および端縁の現像に、ならびに基材表面への印刷インクの接着を確実にする際に重要であることができる。本発明の好ましいプロセスにおいて、主溶媒は、さまざまな揮発性を有する他の有機溶媒と組合せて使用される水である。
【００６６】
分散ビヒクル中に存在する有機分子の蒸気圧力は、それが室温でペーストから急速に蒸発しないように十分に低くなければならない。これは、スピン印刷インクの「可使時間」を低減するのを回避するためである。さらに、蒸気圧力が高すぎる場合、それは、熱処理の間あまりに急速に気化することがあり、これは、過度の空隙を含む画像を生成することがある。蒸気圧力は、熱処理の間商業的に実際的な時間内にペーストから完全に気化するのに十分に高くなければならない。したがって、蒸気圧力は、少なくとも部分的に、熱処理の条件による。
【００６７】
Ｂ．アジュバント
ここで使用されるように、「アジュバント」という用語は、その目的がプロセスまたは系の性能を向上させることであるさまざまな添加剤を指す。たとえば、ポリマー分散剤およびバインダーが、本発明の組成物に重要であり、それらは、一般に、超高分子量ポリマーの濃度に等しいまたはより高い濃度で組成物中に存在する。それらの低分子量の結果として、一般に、それらは、系の粘弾性特性にほとんど寄与しない。それらは、媒体中の無機相の分散を助け、いったん分散が行われると懸濁液を維持するのを助ける点で、異なった役割を果たす。それらは、使用されている分散ビヒクルと適合性がなければならず、一般に、その溶媒について高い親和性、またはその溶媒への可溶性を有する。
【００６８】
水ベースの顔料分散系が当該技術において周知であり、塗料またはインクなどのフィルムをさまざまな基材に塗布するために商業的に使用されている。顔料分散系は、一般に、非イオンまたはイオン技術によって安定化される。非イオン技術を用いる場合、顔料粒子は、水中に伸長し、エントロピー安定化または立体安定化をもたらす水溶性親水性セクションを有するポリマーによって安定化される。この目的に有用な代表的なポリマーとしては、ポリビニルアルコール、セルロース、エチレンオキシド変性フェノール、およびエチレンオキシド／プロピレンオキシドポリマーが挙げられる。水性系において、ビニルピロリドンのホモポリマー、ランダムコポリマー、およびブロックコポリマーが、特に有用である。非イオン技術は、ｐＨ変化またはイオン汚染に敏感でない。多くの用途において、それは、最終生成物が感水性である点で、大きい欠点を有する。したがって、インク用途などに使用される場合、顔料は、湿気に曝されると汚れる傾向がある。ここで説明される超微細活性成分の印刷を伴う用途の多くにおいて、この感水性は、有機成分が、焼成し超微細活性成分を後に残すことによって除去される点で、問題でない。
【００６９】
イオン技術において、顔料または超微細粒子は、中和されたアクリル酸、マレイン酸、またはビニルスルホン酸などのイオン含有モノマーのポリマーによって安定化される。ポリマーは、帯電された二重層機構によって安定化をもたらし、イオン反発が、粒子が凝集するのを妨げる。中和成分は、塗布後蒸発する傾向があるので、次に、ポリマーは低減した水溶性を有し、最終生成物は感水性でない。残念ながら、ほとんどの場合、イオン安定剤は、焼成すると対イオンの無機残留物を後に残す。アンモニウム、ホスホニウム、または関連したイオン安定剤の場合、この残留物を軽減することができる。特定の場合、対イオンは無機バインダーの役割を果たすことさえできる。したがって、分散剤の選択に影響を及ぼすのは、変数の複雑な組合せである。
【００７０】
ポリマー分散剤は、また、溶媒が蒸発した後バインダーであることができるが、バインダーを、また、独立して必要としてもよい。市販のポリマーであるポリマーバインダーの２つの一般の種類がある。それらは、配合物中で独立してまたはともに使用してもよい。第１は、（１）Ｃ＋１０アルキルメタクリレート、Ｃ１〜１０アルキルアクリレート、スチレン、置換スチレン、またはそれらの組合せを含んでなる非酸性コモノマー、および（２）エチレン不飽和カルボン酸含有部分を含んでなる酸性コモノマーから製造されたコポリマー、インターポリマー、またはそれらの混合物から製造されたバインダーであり；コポリマー、インターポリマー、またはそれらの混合物の酸含有量は、総ポリマー重量の少なくとも１０重量％であり；平均ガラス転移温度（Ｔｇ）は５０〜１５０℃であり、重量平均分子量は２，０００〜１００，０００の範囲内およびそこに含まれる範囲すべてである。
【００７１】
本発明に配合されたポリマーは、スピニングのための著しい粘弾性を与え、かつ溶媒に他の成分を懸濁し、それらを好都合にスピニングし基材に塗布することができるように機能する。さらに、溶媒は、ペーストから拡散し、熱処理の間気化して、ポリマー成分と組合せて、実質的に液体のない活性成分を提供する。
【００７２】
本発明の超高分子量ポリマーおよびアジュバントポリマーの両方が、ほとんどの用途において「不堅牢（ｆｕｇｉｔｉｖｅ）ポリマー」として作用しなければならない。ポリマー成分が、実質的に空隙および欠陥のない最終画像を提供するように、焼成または熱処理の間なくなることが重要である。ポリマーは、焼成条件下で９８〜１００％の焼き尽くしを経る「不堅牢ポリマー」でなければならない。ポリマーは「不堅牢ポリマー」と呼ばれ、というのは、基材上の機能成分の溶融または焼結前に、ポリマー材料を高温で機能成分から焼き尽くすことができるからである。単に揮発される溶媒成分とは対照的に、ポリマー成分は、一般に、分解または酸化を経て除去されなければならない。したがって、超高分子量成分および分散剤成分の両方の選択における重要な要因は、熱重量分析によって示されるようなそれらの熱挙動である。一般に、ポリマーが炭素質残留物を後に残さないことが望ましく、したがって、芳香族ポリマー系は一般に好ましくない。たとえば、フェノール樹脂材料などの、著しい割合の芳香族炭化水素を含有するバインダー材料は、焼成の間黒鉛炭素粒子を残すことがあり、これらは、完全に除去するのに著しくより高い温度を必要とすることがある。印刷された画像の劣化がないように、ポリマー成分が焼成プロセスの間溶融せず他の態様で流体にならないことも望ましい。
【００７３】
時には、印刷された組成物は、その後の操作工程には軟性または可鍛性すぎる。あるいは、それらは、焼き尽くしプロセスの早い段階の間に軟化するか流れることがある。そこで、印刷後、ポリマーを所定位置に光化学的に架橋することが好都合になる。さらに、所望のパターンより多く印刷し、パターンのバルクを光重合し、次に、特定の小さい部分を洗い落とすことが好都合であろう。これは、１００％未満のアディティブプロセスであるかもしれないが、得られる可撓性は、活性成分の小さい部分の損失を十分に相殺することができる。
【００７４】
グリックスマン（Ｇｌｉｃｋｓｍａｎ）およびサントピエトロ（Ｓａｎｔｏｐｉｅｔｒｏ）、国際公開第０３／０３４１５０  Ａｌ号パンフレットに記載されているように、光架橋性ポリマーバインダーが、コポリマー、インターポリマー、またはそれらの混合物から製造され、各コポリマーまたはインターポリマーは、（１）アルキルアクリレート、アルキルメタクリレート、スチレン、置換スチレン、またはそれらの組合せを含んでなる非酸性コモノマー、および（２）エチレン不飽和カルボン酸含有部分を含んでなる酸性コモノマーを含んでなり、カルボン酸含有部分の一部が、第１および第２の官能単位を有する反応性分子と反応され、第１の官能単位はビニル基であり、第２の官能単位は、カルボン酸部分との反応によって化学結合を形成することができる。ビニル基の例としては、メタクリレート基およびアクリレート基が挙げられるが、これらに限定されない。第２の官能単位の例としては、エポキシド、アルコール、およびアミンが挙げられるが、これらに限定されない。
【００７５】
組成物中の酸性コモノマー成分の存在は、この技術において重要である。酸性官能基は、０．４〜２．０％の炭酸ナトリウムの水溶液などの水性ベース中で現像される能力を生じさせる。最良の現像が、酸性コモノマーが１０％から３０％の濃度で存在する場合に得られる。それらが低酸素雰囲気中で燃焼するクリーナであるので、メタクリルポリマーがアクリルポリマーより好ましい。
【００７６】
上記コポリマーに加えて、小量の他のポリマーバインダーを加えることが可能である。いくつかの例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリイソブチレン、およびエチレン−プロピレンコポリマーなどのポリオレフィン、ポリビニルアルコールポリマー（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドンポリマー（ＰＶＰ）、ビニルアルコールおよびビニルピロリドンコポリマーが挙げられ、ポリエチレンオキシドなどの低アルキレンオキシドポリマーであるポリエーテルを挙げることができる。
【００７７】
ポリマーバインダーの重量平均分子量は、２，０００〜１００，０００の範囲およびそこに含まれるいかなる範囲内である。ポリマーバインダーの分子量は用途による。１０，０００未満の重量が、系の粘度に悪影響を及ぼさないので、一般に有用である。系の粘弾性特性がほとんど超高分子量ポリマーによって与えられることが望ましい。
【００７８】
上記組成物が印刷されて乾燥画像を形成するとき、ポリマーバインダーのＴｇ（ガラス転移温度）が、５０〜１５０℃、より好ましくは５０〜１００℃であることが好ましい。ポリマーは、組成物全体を基準にして、３〜１５ｗｔ．％の範囲およびそこに含まれるいかなる範囲内で組成物中に見出される。
【００７９】
ここで使用されるような、「堆積物組成物」という用語は、基材の表面上に堆積されているか堆積されようとしている本発明の組成物を言及する。
【００８０】
ここで使用されるように、「溜め」という用語は、組成物の高粘弾性の結果として繊維を延伸することができる、基材の表面上に堆積された堆積物組成物の一部を指す。溜めは、一般に、表面上の計量された量の流体の堆積が可能な、細い先端のスピナレットまたは他のデバイスを通して堆積される。次に、図９、基材の表面上に溜めを生じさせることに基いた印刷プロセスの１つの例示の漫画に示されているように、繊維がその溜めから延伸される。図９の工程Ａにおいて、表面は、細く尖ったスピナレットのオリフィスからの堆積物組成物と接触される。工程Ｂにおいて、溜めからの材料は、スピナレットの細く尖った先端で伸張され、いくらかの付加的な材料がスピナレットの先端から延伸される。工程Ｃにおいて、先端は、表面の近くに戻されて、繊維を表面に留めるか接着する。最後に、工程Ｄにおいて、先端は、表面から引っ込められ、堆積物組成物を部分的に堆積オリフィス内に引っ込めて、堆積物組成物の流れの連続性を壊すか中断する。あるいは、スピナレットなどの堆積オリフィスから基材の表面上に溜めを堆積させてもよく、溜めからの繊維の延伸を、針などの別の細く尖った物体で行ってもよい。
【００８１】
ここで使用されるように、「細く尖った物体」という用語は、基材の表面上の堆積物組成物の溜めと接触することができるスピナレットまたは針または他の機械的物体である。細く尖った物体は、いかなるさまざまな手段によって堆積物組成物に接着される。それを堆積物組成物によって湿潤してもよい。細く尖った物体がスピナレットである場合、堆積物組成物は、スピナレットの表面を湿潤しなくてもよいが、スピナレットの中空シリンダ内に収容された堆積物組成物に選択的に接着してもよい。細く尖ったとは、物体の先端が、溜めの寸法に等しいまたはより小さい寸法であり、延伸されて特徴にすべき所望の繊維の寸法程度であることを示唆することを意味する。溜めが、付加的な堆積物組成物を供給することができない針によって触れられ、次に繊維がその溜めから延伸されるとき、結果として生じる繊維の長さが、いくつかの要因によって制限されることが観察される。第１は、溜め内の材料の量である。別のものは、堆積物組成物が接着される針の表面の量であり、したがって、溜めから延伸される繊維の直径を制御する。針との接触の表面積は、針の直径、針の点の湾曲、および針が溜めの表面を貫く深さによって制御される。別の要因は、堆積物組成物が針の表面を湿潤する能力である。針の表面を湿潤する能力は、もう一度、溜めから最初に延伸される繊維の直径を制御する。針の表面を湿潤する能力は、堆積物組成物に含まれる材料および針の構造の材料の関数である。したがって、湿潤相互作用を制御するために、ステンレス鋼針の表面を、シリル化によって、またはフルオロカーボン材料で、変性しなくてもよいし変性してもよい。
【００８２】
延伸されるべき繊維の長さが、通常、基材の表面上の溜め内に収容された材料の量によって制限されることが明らかである。細く尖った物体が、スピナレットのように、延伸プロセスの間付加的な堆積物組成物を送出することができる場合、線を伸長してもよい。
【００８３】
一般に、スピン印刷プロセスは、繊維をスピニングし延伸するという性質によって、平坦な基材上に、長い、まっすぐな、非常に均一な線を印刷するのに最良に適している。スピナレットと基材との物理的接触を導入し、それにより繊維を基材に留める（ｐｉｎｎｉｎｇ）プロセスは、プロセスが容易にコーナを曲がることを可能にする。したがって、基材（ｓｕｎｓｔｒａｔｅ）の上にＸ方向に移動させ、特定の点で表面に触れ、次にＹ方向に移動させることによって、直角パターンを印刷することができる。
【００８４】
スピン印刷は、平坦な表面上の印刷に容易に対応する。凸状表面は、基材の表面に対するスピナレットの三次元移動によって容易に処理される。しかし、このプロセスは、凹状表面上の印刷に通常対応せず、というのは、繊維の線状延伸が表面内の間隙に跨るからである。基材の表面と接触して溜めを接触点に残す方法は、凹状三次元表面の印刷を促進する。
【００８５】
他の任意の成分
ｉ．光硬化性モノマー
光画像形成能力を、場合により、繊維系に加えてもよい。繊維が焼成されない場合、光画像形成可能な組成物が、堆積された繊維を硬化させるのに特に有用である。これは、本発明が、焼成工程を経ない可撓性ポリマー基材と関連して使用される場合、特に重要である。グリックスマン（Ｇｌｉｃｋｓｍａｎ）およびサントピエトロ（Ｓａｎｔｏｐｉｅｔｒｏ）、国際公開第０３／０３４１５０  Ａｌ号パンフレットに記載されているような従来の光硬化性メタクリレートモノマーを本発明に使用してもよい。用途によって、光架橋性ポリマーを使用するときに本発明の組成物中にモノマーを含めることが必ずしも必要であるとは限らない。
【００８６】
ｉｉ．光開始系
適切な光開始系は、周囲温度で化学線に曝されるとフリーラジカルを生成するものである。それらの有用な種類が、グリックスマン（Ｇｌｉｃｋｓｍａｎ）およびサントピエトロ（Ｓａｎｔｏｐｉｅｔｒｏ）、国際公開第０３／０３４１５０  Ａｌ号パンフレットに記載されている。
【００８７】
ｉｉｉ．可塑剤
付加的な画像柔らかさが必要な場合、有機媒体は、また、１つもしくはそれ以上の可塑剤を含有することが多い。そのような可塑剤は、基材への良好な積層を確実にするのを助け、光重合性系において、組成物の未照射領域の現像性を向上させる。しかし、そのような材料の使用は、画像が焼成されるときに除去しなければならない有機材料の量を低減するために、最小にしなければならない。可塑剤の選択は、主として、選択された溶媒および変性しなければならないポリマーとのその適合性によって定められる。主溶媒への可塑剤の可溶性は、それがインク中に十分に分散したままである限り、必ずしも必要でない。さまざまなバインダー系に使用されている可塑剤の中には、ジエチルフタレート、ジブチルフタレート、ブチルベンジルフタレート、ジベンジルフタレート、アルキルホスフェート、ポリアルキレングリコール、グリセロール、ポリ（エチレンオキシド）、ヒドロキシエチル化アルキルフェノール、トリクレシルホスフェートトリエチレングリコールジアセテート、およびポリエステル可塑剤がある。
【００８８】
ｉｖ．フォトスピード向上剤（Ｐｈｏｔｏｓｐｅｅｄ  Ｅｎｈａｎｃｅｒ）
ある程度の光硬化が望ましい場合、フォトスピード向上剤を、有機媒体に加えてもよいし、組成物に直接加えてもよく、グリックスマン（Ｇｌｉｃｋｓｍａｎ）およびサントピエトロ（Ｓａｎｔｏｐｉｅｔｒｏ）、国際公開第０３／０３４１５０  Ａｌ号パンフレットに記載されている。
【００８９】
ｖ．付加的な成分
分散剤、安定剤、離型、剤、分散剤、ストリッピング剤、および消泡剤を含む、当業者に知られている付加的な成分が、組成物中に存在してもよい。適切な材料の一般の開示が、米国特許第５０４９，４８０号明細書に提示されている。
【００９０】
本発明の技術を非常にさまざまな基材に適用してもよい。特に有用な基材のタイプとしては、ポリフッ素化（ｐｏｌｙｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ）化合物、ポリイミド、エポキシ（ガラス充填エポキシを含む）、ポリカーボネート、および多くの他のポリマーが挙げられる。特に有用な基材としては、木材または紙などのセルロースベースの材料、アセテート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、アクリロニトリル、ブタジエン（ＡＢＳ）、可撓性繊維板、不織ポリマーファブリック、布、金属箔、セラミックス、およびガラスが挙げられる。基材は、コーティングすることができ、たとえば、金属箔上の誘電体、またはセラミックもしくはガラス上の金属であることができる。
【００９１】
微細特徴を印刷する際の１つの困難は、印刷された組成物が、表面を湿潤し、急速に広がって、堆積物の幅を増加させ、それにより、微細線印刷の利点を打ち消すことがあることである。これは、ディスプレイのための相互接続または導体などの微細特徴を堆積させるために印刷が用いられる場合に特にあてはまる。
【００９２】
前駆体組成物の広がりは、いくつかの要因によって影響される。表面上に置かれた一滴の液体が、広がるか、液体の表面張力、固体の表面張力、および固体と液体との間の界面張力によらない。接触角が９０度より大きい場合、液体は非湿潤とみなされ、液体は、玉になるか表面から縮む傾向がある。９０度未満の接触角の場合、液体は表面上に広がることがある。液体が完全に湿潤するために、接触角はゼロでなければならない。広がりが生じるために、液体の表面張力は、上に液体が存在する固体の表面張力より低くなければならない。
【００９３】
組成物を基材上に拘束することができ、それにより、小さい最小特徴サイズを有する特徴の形成を可能にし、最小特徴サイズは、導電線の幅などの、ｘ−ｙ軸の最も小さい寸法である。組成物を、幅が１００μｍ以下、好ましくは７５μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下、さらに好ましくは２５μｍ以下である領域に拘束することができる。本発明は、組成物、および組成物の広がりを有利に低減する処理の方法を提供する。たとえば、スチレンアリルアルコール（ＳＡＡ）および他のポリマーなどの、小量のレオロジー変性剤を前駆体組成物に加えて、広がりを低減することができる。広がりを、また、ナノ粒子と前駆体との組合せによって制御することができる。広がりを、また、堆積の間組成物を照射することによって、印刷の間組成物を急速に乾燥させることによって、制御することができる。
【００９４】
好ましい方法は、他の態様では湿潤する基材を、広がりを制御する非湿潤向上剤でパターニングすることである。たとえば、これは、基材表面を、トリアルキルシリル基、ヒドロカルビル基、またはフルオロカーボン基で官能基化することによって達成することができる。
【００９５】
組成物からの、特徴幅が１００μｍ以下である導体特徴、または最小特徴サイズが１００μｍ以下である特徴の製造は、低粘度前駆体組成物が特定の規定された境界の上に広がらないように低粘度前駆体組成物の拘束を必要とする。前駆体を拘束するか前駆体をなくすことが望ましいところに対応する選択された領域の表面の疎水性（表面エネルギー）を増加または減少させることによる表面エネルギーパターニングを含む、さまざまな方法を、組成物を表面上に拘束するために用いることができる。これらを、物理的バリヤ、静電および磁気バリヤ、表面エネルギー差、ならびに、たとえば、いったん組成物が表面に突き当たると組成物を非常に急速に凍結または乾燥させることによって、組成物粘度を増加させて広がりを低減するなどのプロセス関連方法として、分類することができる。
【００９６】
好ましい方法は、一方が機能相粒子を含有し、他方が機能相粒子のない２つの不混和性組成物を、機能相粒子のない組成物が機能相粒子を有する組成物を特定の表面領域に束縛するように、基材上に並んで同時に印刷することである。２つの組成物の混和性は、分散ビヒクルによって大きく決定される。超高分子量ポリマーの場合、所与のポリマーのための溶媒が制限されることが一般にわかっており、したがって、不混和性を達成するために、分散ビヒクルおよび超高分子量ポリマーの両方が異なる可能性がある。あるいは、２つの組成物は、両方とも、異なった機能相粒子を含有してもよい。そのような手順は、一方の機能相材料が他方の隣接によって所定位置に縛られることをもたらす。
【００９７】
不混和性組成物方法の変更例である好ましい方法は、一方が機能相粒子を含有し、他方が機能相粒子のない２つの混和性であるが異なる組成物を、機能相粒子のない組成物が機能相粒子を有する組成物を特定の表面領域に束縛するように、基材上に並んで印刷することである。２つの組成物中の２つの分散ビヒクルは、単に混和性であってもよい（ｍｙ）し、それらは同じであってもよい。２つの組成物の混和性が、いくらかの混合を可能にするが、超高分子量ポリマーの高溶液粘度が、２つの組成物の混合または相互浸透が最小であることを引起す。結果として、機能相粒子の拡散は最小である。あるいは、２つの組成物は、両方とも、異なった機能相粒子を含有してもよい。そのような手順は、一方の機能相材料が他方によって所定位置に縛られることをもたらす。
【００９８】
本発明の一実施形態は、線の広がりを最小にするように設計された印刷組成物のセットを提供する。組成物セットは少なくとも２つの組成物を含んでなる。２つの分散ビヒクルおよびそれらのそれぞれの超高分子量ポリマーを、不混和性であるように選択し、それにより、線の広がりに対する最大抵抗をもたらしてもよい。あるいは、２つの組成物の相互浸透を最小にするために、超高分子量ポリマーの高溶液粘度に依存して、分散媒体は、混和性であってもよいし、同じであってもよい。
【００９９】
組成物を堆積させるための方法の別の例は、基材の温度に対して組成物を加熱して、印刷の間組成物の粘度を減少させることである。これは、また、組成物が基材に達する前に分散ビヒクルの一部を揮発させ、それにより、表面の湿潤による線の広がりを最小にするという利点を有することができる。
【０１００】
組成物を堆積させるための方法の別の例は、加熱された基材を使用して、分散ビヒクルの揮発の速度を増加させることである。組成物が反応種を含有する場合、加熱された表面は即時反応を引起し、それにより、印刷されたパターンを架橋するか他の態様で変性することができる。
【０１０１】
組成物を堆積させるための方法の別の例は、冷却された基材を使用して、印刷されたパターンの粘度を迅速に増加させて、線の広がりを最小にすることである。
【０１０２】
組成物を堆積させるための方法の別の例は、多くのスピナレットのアレイを使用することである。したがって、たとえば、ディスプレイのためのガラス上に１０００の平行な導電銀線を印刷するために、１０００のスピナレットを収容するスピニングヘッドが使用される。連続ガラスシートがスピニングヘッドの下に連続的に輸送されて、銀含有繊維の破壊を伴わずに、各ガラスパネル上に１０００の線をすべて印刷する。あるいは、１つのヘッドを、１つのガラスシートを横切って前後に繰返して輸送し、１０００の線をすべて印刷することができる。
【０１０３】
組成物を堆積させるための方法の別の例は、溜めを作り、その溜めから繊維を引張る方法を用いることである。一般に、伸張されている繊維は、それが生じた点から、延伸力が加えられている点まで本質的に線状である。したがって、曲線状パターンが困難である。しかし、繊維が接着するように繊維を基材表面に触れさせることによって、繊維を基材表面に「留める」行為。留めるという行為は、延伸の方向が、たとえば、結果として生じる画像に直角を作るように変えられることを可能にする。このプロセスを必要な回数繰返して、所望の画像を作ってもよい。極端に解釈すると、スピナレットは、基材の表面上に連続曲線を描いている。この場合、繊維の延伸がなく、結果として生じる線の幅は、スピナレットの直径によって定められる。したがって線の解像度は厳しく制限される。
【０１０４】
金属前駆体の堆積および変換後、導電性特徴を後処理することができる。たとえば、存在する相の結晶度を、レーザ処理などによって増加させることができる。後処理は、また、電子特徴のクリーニングおよび／またはカプセル化、または他の変性を含むことができる。
【０１０５】
組成物を堆積させるための別の方法は、多パス堆積を用いて、堆積物の厚さを作ることである。一実施形態において、堆積された特徴の平均厚さは、約０．１μｍより大きく、さらに好ましくは約０．５μｍより大きい。厚さは、約５μｍより大きいなど、約１μｍより大きいことさえできる。これらの厚さは、１つを超える層を堆積させることによる別個の材料単位の堆積によって得ることができる。１つの層を堆積させ乾燥させ、その後、このサイクルを繰返すことができる。連続材料層は、連続乾燥プロセスによってとる必要はなく、前の層が完全に乾燥する前に付加的な堆積を行ってもよい。多数の層の使用を用いて、基材の表面上に実質的なチャネルまたはビアをビルドアップして、組成物を物理的に拘束することができる。
【０１０６】
基材の表面上のチャネルを、本発明の方法によって充填してもよい。充填されているチャネルは、いくつかのプロセスのいずれによって作られていてもよい。この物理的バリヤ方法において、組成物を広がらないようにする拘束構造が形成される。これらの拘束構造は、前駆体組成物の流れを拘束する、平坦なまたは湾曲した表面の下の、さまざまな形状および深さのトレンチおよび空洞であってもよい。そのようなトレンチを、化学エッチングまたは光化学手段によって形成することができる。前駆体を拘束する物理構造を、また、軟化表面にパターンをエンボス加工することを含む機械的手段、または特徴を機械的ミリングするか、研削するか、引掻く手段によって形成することができる。トレンチを、また、熱によって、たとえば、ろうコーティングなどの低融点コーティングを局所的に溶融することによって、形成することができる。あるいは、維持バリヤおよびパッチを堆積させて、特定の領域内に組成物の流れを拘束することができる。たとえば、フォトレジスト層をポリマー基材上にスピンコーティングすることができる。フォトリソグラフィを用いて、このフォトレジスト層にトレンチおよび他のパターンを形成することができる。これらのパターンを使用して、これらの予め形成されたパターン上に堆積された前駆体を維持することができる。乾燥後、堆積された金属を除去することなく、適切な溶媒でフォトリソグラフィマスクを除去してもしなくてもよい。維持バリヤを、また、ここに開示されるようなインクジェット印刷またはいかなる他の直描（ｄｉｒｅｃｔ  ｗｒｉｔｉｎｇ）方法などの直描堆積方法で堆積させることができる。
【０１０７】
上記説明から、プロセスが、基材上の直線の印刷のために最良に設計されることが理解されるであろう。基材との接触時の線の広がりのプロセスを説明した。線特徴の幅は、また、表面上に堆積されている繊維の幅の関数である。線の幅は、スピナレットのサイズ、スピナレットを通るポンピング速度、および繊維がスピナレットを出た後と繊維が基材表面と接触する前との繊維の延伸比の関数である。繊維の延伸比は、基材の表面に対するスピナレットの移動の速度の関数である。基材に対するスピナレットの相対移動は、基材またはスピナレットの移動によって行うことができる。線の幅を、基材との接触前の繊維の幅の修正によって調節してもよい。したがって、線の幅を、スピニング速度を変えることによって、または基材に対するスピナレットの相対移動の速度を変えることによって、調節してもよい。
【０１０８】
線特徴の幅は、また、基材表面との接触の瞬間における分散ビヒクルの濃度の関数である。したがって、繊維がスピナレットを出る時間と繊維が基材の表面と接触する時間との間に、繊維からの分散ビヒクルの蒸発がある場合、表面の湿潤および線の広がりが低減される。これは、延伸された繊維が低減され、それにより、蒸発が生じてもよい繊維の相対表面積を増加させる場合、直径として特にあてはまる。画像形成プロセスの急速な時間枠上で、蒸発は、全体にわたって均一ではなく、主として繊維の表面から生じる。これは、基材表面上の広がりの最小化にさらに寄与する。
【０１０９】
上記説明から、後のプロセス工程（乾燥、加熱、反応、および焼結）の２つもしくはそれ以上を組合せて、１つのプロセス工程にすることができることが理解されるであろう。
【０１１０】
組成物をスピナレットを通して押しやる場合、さまざまな方法を用いてもよい。容積式ポンプを使用して、一定の流量を維持してもよい。シリンジポンプが典型的にはこの方法のために使用される。あるいは、組成物を、所望の速度でスピナレットを通して押しやるのに十分な一定の正圧で維持してもよい。
【０１１１】
エレクトロニクス産業、ディスプレイ産業、およびエネルギー産業は、有機基材および無機基材上に回路を形成するために、導電性材料および他の電子的に活性の材料のコーティングおよびパターンの形成のためのさまざまな印刷方法に依存する。これらのパターンを生成させるための主な方法は、約１００μｍより大きい特徴および薄膜のためのスクリーン印刷、ならびに約１００μｍより小さい特徴のためのエッチング方法である。インクジェット技術が、電子システム上に発見（ｆｉｎｄ）導電性特徴を印刷するために開発され始めている。微細特徴サイズを得るためのサブトラクティブ方法は、フォトパターニング可能なペーストの使用、およびレーザトリミングを含む。これらの印刷技術の各々は、この文書で説明されるスピン印刷技術とともに、１つの特定の技術によって製造されたデバイスが他のものによって製造されたデバイスと区別されることを可能にする特徴のシグネチャセットを有する。それらの特徴は、光学顕微鏡法、電子顕微鏡法、プロフィロメトリ（ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｒｙ）、および電気測定によって検出される。たとえば、フォトパターニング可能なペーストは比較的直角の肩特徴を有する。インクジェッティングは比較的薄いパターンをもたらすか、または、多数のパスの存在を顕微鏡によって検出することができる。レーザトリミングは、特徴のサイドに沿ってアブレーションの効果を示す。スピン印刷は、良好な端縁鋭さ、およびインクジェッティングで達成することができるより厚いことが多い丸いプロファイルによって、特徴づけられる。これらの特徴は当業者には明らかになる。
【０１１２】
組成物の一般の調製
典型的には、水性ベースのスピン印刷インク組成物を、ゼリー状またはペースト状コンシステンシーを有するように配合する。一般に、粉末形態で加えられる超高分子量ポリマーのための非溶媒である有機ビヒクル、モノマー、超高分子量ポリマー、および他の有機成分を、混合容器内で混合することによって、インクを調製する。この混合を、光硬化性系のための黄色光下で行う。次に、超微細無機材料を有機成分の混合物に加える。次に、組成物全体を、無機粉末および超高分子量ポリマーが有機材料によって湿潤されるまで、混合する。次に、混合物を、高剪断３ロールミルを使用してロールミリングする。この時点におけるペースト粘度を、処理に最適な粘度を達成するように、適切なビヒクルまたは溶媒で調整することができる。ペースト組成物を調製するプロセスにおいて、および部分を調製する際に、汚れ汚染を回避するように注意し、というのは、そのような汚染は欠陥をもたらすことがあるからである。最後に、水を系に加え、超高分子量ポリマーが溶液になることを引起し、所望のゼリー状コンシステンシーを達成する。次に、インクを、完全に混合されるまで低剪断条件下でタンブルミリングする。
【０１１３】
炭化水素ベースの系を同様に調製するが、超高分子量ポリマーは好都合な粉末形態で利用可能でない。したがって、ミリングを、超高分子量ポリマーのための非溶媒中でなく、系に使用される主溶媒中で行う。超高分子量ポリマーの小さい粒子を系に加え、混合物をゴムミル内で短い時間期間の間さらに混合し、ポリマーは膨潤し始める。混合をタンブルミル内で完了する。
【０１１４】
条件：
スピン印刷プロセスの温度は、重要でないが、使用されている溶媒の性質による。水性系の場合、約０℃から約８０℃、好ましくは３０℃から６０℃の温度範囲が好都合である。明らかに、より高い温度が、印刷プロセスの間分散ビヒクルのより大きい蒸発をもたらす。
【０１１５】
印刷プロセスは環境条件によって比較的影響されないが、繊維がスピニングされる点と繊維が基材上に置かれる点との間の空気の移動を、最小にしなければならない。
【０１１６】
相対湿度は、水性ベースの系の乾燥速度に影響を及ぼし、他の溶媒系により小さい影響を及ぼす。これは、一般に、ポリマーフィラメントの乾燥の速度に反映される。乾燥が急速すぎる場合、繊維は、基材上に置く前に伸ばすことが困難なことがある。基材上であまりに急速に乾燥させることは、線の端縁特徴の歪みをもたらすことがある。これらの理由のため、相対湿度のいくらかの制御が好ましい。二成分溶媒を使用して乾燥プロファイルを制御することも有用である。
【０１１７】
基材：
このプロセスのための基材は、剛性または可撓性であることができる。一般に、基材が高度に吸収性（ａｂｓｏｒｂａｎｔ）でないことが望ましく、基材の表面は、きれいであり、欠陥がなく、かつ滑らかでなければならない。
【０１１８】
剛性基材は、たとえば、ガラス、剛性結晶性プラスチックまたはアモルファスプラスチック、さまざまな表面処理を備えたガラス、または剛性基材上に先に印刷されたさまざまな電気構成要素を網羅する。剛性基材は、プラズマディスプレイパネルまたは液晶ディスプレイなどのディスプレイデバイスに有用である。太陽エネルギーデバイスのための結晶性シリコンおよびアモルファスシリコンなどの基材を、ここで報告される技術を用いて印刷してもよい。
【０１１９】
可撓性または半可撓性基材が、いくつかの態様で有用である。基材としては、可撓性プラスチック、たとえば、マイラー（Ｍｙｌａｒ）（登録商標）ポリ（エチレンテレフタレート）、または他のポリエステルフィルム、カプトン（Ｋａｐｔｏｎ）（登録商標）ポリイミドフィルム、紙、表面コーティング紙、ポリエチレン、ポリプロピレンおよび二軸配向ポリプロピレン、または他の天然および合成ポリマー系を挙げてもよい。印刷された可撓性基材は、最終デバイスであることができるか、最終デバイスに組入れることができる。あるいは、可撓性基材上に印刷された画像を最終デバイス上に転写することができる。一般に、可撓性基材の安定性によって、可撓性基材上にスピン印刷されたパターンを高温で焼成することができないが、剛性基材への転写または剛性基材上への積層後、系を焼成して、最終的な望ましい特性を達成し、かつ系の可撓性部分を除去してもよい。
【０１２０】
プロセス条件：
ペースト組成物を調製するプロセスにおいて、および部分を調製する際に、汚れ汚染を回避するように注意し、というのは、そのような汚染は欠陥をもたらすことがあるからである。部分を８０℃で空気雰囲気オーブン内で乾燥させた。次に、乾燥された部分を、通常、空気雰囲気中、５２０℃以下のピーク温度で焼成した。
【０１２１】
一般の焼成プロファイル：
本発明の組成物を、焼成プロファイルを使用することによって処理してもよい。焼成プロファイルは、厚膜技術の当業者の知識の十分範囲内である。有機媒体の除去および無機材料の焼結は、焼成プロファイルによる。このプロファイルは、媒体が完成した物品から実質的に除去されたか、および無機材料が完成した物品中で実質的に焼結されたかを定める。ここで使用されるような「実質的に」という用語は、媒体の少なくとも９５％の除去、および意図された使用または用途のための少なくとも適切な抵抗性特性または導電性特性または誘電特性をもたらすための点まで無機材料を焼結することを意味する。
【０１２２】
積層のための系：
その後の積層のため、画像を可撓性媒体上に製造しているとき、スピン印刷された画像を、ワイドストック（ｗｉｄｅｓｔｏｃｋ）ロールとして巻く前に、カバーシートでの積層によって保護してもよい。シリコーンコーティングテレフタレートＰＥＴフィルム、ポリプロピレン、またはポリエチレンを、カバーシートとして使用してもよい。カバーシートを、最終基材に積層する前に除去する。
【０１２３】
機能相と他の成分とを含有する粘弾性ポリマー溶液を、ダイまたはスピナレットを通して、スピナレットに対して動いている基材上にスピニングすることによって、スピン印刷を行う。ポリマーと他の成分とを含有する有機溶媒を、ダイのオリフィスを通して押しやることによって、溶液スピニングされたフィラメントを製造する。ダイのオリフィスは、典型的には円形であるが、また、他の望ましいジオメトリであることができる。ダイは、さまざまな形状のオリフィスを有し、非常にさまざまな断面設計、たとえば、円形、正方形、矩形、または楕円形を有するフィラメントを製造するために使用することができる。たとえば、矩形オリフィスを有するダイを使用して、本質的にリボンまたはフィルムの形態であるフィラメントを製造することができる。フィラメントの形状が円形以外である場合、基材に対するダイ形状の配向を望ましいように調整することができる。たとえば、リボンまたは矩形形状を、望ましいように、垂直にまたは水平に基材上に配置することができる。本質的に円形であるオリフィスを有するダイを使用することが一般に好都合である。そのようなダイのオリフィスは、典型的には、約２０から約４００ミクロンの範囲内である直径を有する。ほとんどの場合、そのようなオリフィスが、約３０ミクロンから約２００ミクロンの範囲内である直径を有することが好ましい。
【０１２４】
多数のオリフィスが装備されたスピナレットを使用して、１つのパスで多数の線を印刷することができる。多数の穴の間隔は、線の規則的なアレイを提供するように規則的であることができるか、線の特に望ましいアレイを与えるように特定のパターンで隔置することができる。多数の穴を備えたダイは、必ずしも、印刷されている方向に垂直に配置する必要はない。斜め配置が、線が、ダイの穴の間隔より狭い間隔で印刷されることを可能にする。印刷方向に平行に整列されたダイの穴が、多数の厚さが１つのパスで印刷されること、または２つもしくはそれ以上の異なった組成物が１つのパスで１つが別のものの上に印刷されることを可能にする。
【０１２５】
機能相と他の成分とを含有するポリマー溶液は、毎分約１メートルから毎分約１０００メートルのスピニング速度を達成するのに十分な速度で、ダイを通して押しやられる。典型的には、スピニング速度は、毎分約２メートルから毎分約４００メートルである。満足のいく均一性を維持するできるだけ速いスピニング速度を用いることが一般に望ましい。しかし、印刷プロセスの速度を、製造プロセスのその後の下流工程の速度と一致させるために、より遅いスピン印刷速度を用いることも好都合であろう。より高いスピニング速度も、より高い処理量およびより良好な生産性をもたらすので、望ましい。この理由のため、均一性および他の望ましい特性を維持することができる場合、毎分４００メートルを超えるスピニング速度が望ましい。機械方向がスピニング方向に平行でない場合、より低いスピン印刷速度が剛性基材上で用いられることが予期される。繊維が平坦なガラス基材上に堆積される、可能な構成が、図１に示されている。ガス流れを使用して、ポリマーを基材上に置いてもよい。印刷が望ましくない領域を、連続印刷プロセスの間マスクしてもよい。図１において、スピナレットは２と標記され、ポリマー溶液は４と標記される。溶液はダイスウェル６を通って移動し、伸び８として示される。ガス流れ１０を場合により使用して、ポリマー溶液を基材１４上に置いてもよい。
【０１２６】
印刷方向およびスピニング方向が整列しているとき、より高い速度を持続させることができる。これは、基材の表面をスピナレットの方向と整列させることができる、可撓性基材上へのスピン印刷によって例示される。ポリマー繊維８が移動する可撓性基材１８上に堆積される第２の可能な構成が、図２として示されている。これらの図において、印刷ヘッドが固定され、「可撓性」基材１８が移動していることが認められる。この方法の著しい利点があるが、基材を固定することができ、印刷ヘッドが移動することが非常に可能である。
【０１２７】
ポリマー溶液は、望ましいスピニング速度を達成するために適切な圧力を用いて、ダイまたはスピナレットを通して押しやられる。プロセスの温度は、溶媒の沸点より低くなければならない。溶媒が水である場合、ポリマー溶液は、典型的には、約２０℃から約７０℃の範囲内である温度でスピン印刷される。温度は、プロセスの工学技術、選択された溶媒、その蒸発速度、スピニング速度、および他のプロセス変数によって定められる。雰囲気条件が変わるときに均一な蒸発が容易に維持されるように、室温より高い温度、および制御された湿度条件（主として水性ベースの系のためであるが専用でない）が望ましい。ダイの通過後、溶媒の多くがポリマー溶液から除去されることが好ましい。有機溶媒の賢明な選択が、プロセスの動作温度のより大きい変化を可能にする。
【０１２８】
溶液スピニングされたフィラメントがスピナレットを出るとき、それを延伸手順にかけることができる。延伸手順の間、溶液スピニングされたフィラメントは、少なくとも約１：１から５０：１の総延伸比に延伸される。総延伸比は、典型的には、円形フィラメントの場合、約５：１から約２０：１の範囲内である。延伸を用いて、線サイズを減少させ、均一性を増加させ、おそらくは針状活性成分を配向することが有利である。延伸すると円形に近づくすべての形状の傾向があるので、非円形フィラメント形状の延伸が最小である。
【０１２９】
多数のスピナレットを使用してもよく、多数の活性成分を１つのパスで印刷してもよい。これは、可撓性基材上で特に有利である。２つの成分を、一方を他方の上にまたは並んで置くことができる。１つの可能な構成が図３に示されており、スピナレットは２と標記され、ダイスウェルは６であり、基材は１８であり、ポリマー溶液は１６ａおよび１６ｂと標記される。
【０１３０】
たとえば、プラズマディスプレイパネルのためのバリヤリブの構成要素を、可撓性シート上に不堅牢ポリマーの列の間に印刷することができる。成形スピニングが、所望のリブ高さ対幅のアスペクト比を確立するのに有用であり、形状は不堅牢ポリマー成分によって維持される。２成分系を位置合せしてガラス基材に転写することができ、不堅牢ポリマーチャネルは、転写プロセスおよび焼成プロセスの間バリヤリブがそれらの形状を維持することを確実にする。
【０１３１】
蛍光体または他の活性成分が不堅牢ポリマー成分中に含有される場合、焼成プロセス後、蛍光体は、結果として生じるチャネルを一列に並べ、製造プロセスの多数の工程をなくす。バリヤまたはカバー層の押出コーティングを、印刷工程後、しかし、すべて、同じ全体的なプロセスにおいて行ってもよい。結果として生じる構造は、図４に示されたものであり、ガラス基材は２２であり、不堅牢バインダー層は２４であり、ガラスセラミックリブは２８であり、蛍光体は２６である。
【０１３２】
ここで使用されるような「シース−コア」という用語は、２つの成分、繊維の中心コアに沿ったもの、および内側成分を外装する別のものからなる繊維を指す。定義によって、２つの成分は、性質が異ならなければならない。本出願において、コアおよびシースのポリマー成分は同じでも異なってもよい。最も一般に、コアおよびシースの活性成分は異なる。シース成分は、活性成分を少しも含有する必要はなく、その場合、それは、製造プロセスのある特定の工程の間コア成分を遮蔽するためのスペーサ材料として大きく作用する。シース−コア合成ポリマー繊維の調製は、たとえば、米国特許第２，９３６，４８２号明細書においてキリアン（Ｋｉｌｌｉａｎ）によって、米国特許第２，９８９，７９８号明細書においてバナーマン（Ｂａｎｎｅｒｍａｎ）によって、および米国特許第４，０５９，９４９号明細書においてリー（Ｌｅｅ）によって説明されるように、当該技術において、ならびにまた上で言及された技術において周知である。円形断面の固体シース−コア二成分フィラメントを製造する二成分スピニング技術も、当該技術において知られており、米国特許第５，４５８，９７１号明細書においてヘルナンデス（Ｈｅｒｎａｎｄｅｚ）らによって説明される。上述されたようなおよび他の先の刊行物におけるシース−コア合成ポリマー繊維およびシース−コア二成分フィラメントの製造のための既知の技術を、本発明の精神から逸脱することなく用いてもよいことが理解されるべきである。
【０１３３】
基材上の隣接した繊維と直接接触するコアシェル繊維のスピン印刷は、いくつかの有用な構成をもたらすことができる。初期印刷プロセスにおいて、機械方向に見られる繊維の構成は、図５によって断面で示され、基材は２２であり、シェル系は３０であり、導電性コアは３２と標記される。シース成分が不堅牢ポリマーである場合、それは、焼成プロセスの間除去され、残りの材料は図６に示された構成にある。
【０１３４】
これは、コア材料が導電性活性相であった場合、密接に隔置されたワイヤを準備する付加的な手段である。シース材料がたとえば絶縁体を含み、コア３２が導体を含んだ場合、焼成後、結果として生じる構成は、図７に示される。導電性繊維は絶縁性フィルム内に入れられる。この構成は、プラズマディスプレイパネルおよび他のディスプレイデバイスの準備における適用可能性を有する。
【０１３５】
時には、ビデオディスプレイにおいて、ディスプレイのサイドにおける電気的接触をより良好に可能にするために、導体線の寸法を変えることが必要である。たとえば、線は、図８に示されているように広がる。この広がりは、スピナレットからの押出の速度に対して基材の移動の速度を減少させることによって行う。繊維上の低減した延伸は、それがより大きい寸法になることを引起す。より大きい寸法は、線の幅、および厚さの両方に反映される。接触点における向上した厚さは、電気コネクタストリップが取付けられている間、電気コネクタストリップとの良好な接触、および引掻きに対する向上した耐性を確実にする。
【実施例】
【０１３６】
本発明を、例示のためにすぎず、本発明の範囲、または本発明を実施することができる態様を限定するとみなされるべきでない次の実施例によって例示する。
【０１３７】
実施例１−本技術が非水性系で働くことを実証する
ＵＨＭＷポリデセン（推定された分子量２，０００，０００より大きい）（２．５ｇ）をヘキサン（５０ｍＬ）に溶解した溶液を、ポリデセンのサンプルを小さいピースに切断し、次に、ポリマーおよび溶媒を収容するジャーをローラミル（オハイオ州パレスティンのＵ・Ｓ・ストーンウェア・コーポレーション（Ｕ．Ｓ．  Ｓｔｏｎｅｗａｒｅ  Ｃｏｒｐ．，  Ｐａｌｅｓｔｉｎｅ  ＯＨ））セット上にその最低速度で配置することによって、調製した。６５時間のタンブリングが、粘弾性の、比較的均質な液体またはゲルを生成した。材料を長い繊維に容易に延伸することができた。
【０１３８】
フェロ（Ｆｅｒｒｏ）銀（１．０ｇ、フェロ（Ｆｅｒｒｏ）７０００超微細銀粉末、オハイオ州クリーブランドのフェロ・コーポレーション（Ｆｅｒｒｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，  Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，  Ｏｈｉｏ））のサンプルを、２５ｍＬサンプルバイアル内のヘキサン（１ｍＬ）中に分散させた。ポリマー溶液（１ｍＬ）のサンプルをバイアルに加えた。次に、キャップされていない１．５ｍＬバイアルをサンプルバイアルに加えた。キャップされたサンプルバイアルを詰め物とともにジャー内に配置し、ローラミル上にその最も遅い速度で２４時間配置した。サンプルバイアル内の小さいバイアルは、銀を分散させるためのローラとして役立った。
【０１３９】
サンプルを、平坦な先端に切取られた針を有する１ｍＬシリンジに移送した。小さいサンプルを、シリンジ針の先端から押しやり、３つの並んでいる正方形ガラススライド（ＶＷＲ−１３０２−５０、２ｉｎ  ｓｑ）を横切って延伸し、比較的まっすぐな線を製造した。ヘキサン／ＰＤ懸濁液は、高度に粘弾性であり、ガラス表面に十分に接着されなかったとしても、弾性的に後退する。それにもかかわらず、それらは、銀を含有する、非常にまっすぐな微細線を製造した。
【０１４０】
スライドの顕微鏡検査は、２０〜２５０ミクロンの線が延伸されたことを示した。そのようなプロセスから予期するきずがあったが、線は、著しく良好であり、非常に滑らかな端縁、およびほとんどのセクションの良好な均一性を有した。
【０１４１】
実施例２−本技術が水性系中の導電性材料で働くことを実証する
ＵＨＭＷポリエチレンオキシド（２ｇ、ウィスコンシン州ミルウォーキーのアルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ，  Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，  ＷＩ）１８，９４７−２、分子量約５，０００，０００）のサンプルを、ジャー内の高度に撹拌された熱水５０ｍＬ中に迅速に分散させた。ＵＨＭＷ  ＰＥＯおよび水を収容するジャーを、ローラミル（オハイオ州パレスティンのＵ・Ｓ・ストーンウェア・コーポレーション）セット上にその最低速度で配置した。６５時間のタンブリングが、粘性の、比較的均質な液体またはゲルを生成した。材料を長い繊維に容易に延伸することができた。
【０１４２】
フェロ銀（１．０ｇ）のサンプルを、２５ｍＬサンプルバイアル内の水（１ｍＬ）中に分散させた。ポリマー溶液（１ｍＬ）のサンプルをバイアルに加えた。次に、キャップされていない１．５ｍＬバイアルをサンプルバイアルに加えた。サンプルバイアルを詰め物とともにジャー内に配置し、ローラミル上にその最も遅い速度で２４時間配置した。
【０１４３】
サンプルを、平坦な先端に切取られた針を有する１ｍＬシリンジに移送した。小さいサンプルを、シリンジ針の先端から押しやり、３つの並んでいる正方形ガラススライド（ＶＷＲ−１３０２−５０、２ｉｎ  ｓｑ）を横切って延伸し、比較的まっすぐな線を製造した。ポリマーはスライドに十分に接着し、ほとんど労力を伴わずにスライドを分離することができた。
【０１４４】
スライドの顕微鏡検査は、２０〜２００ミクロンの線が延伸され、それらが、非常に滑らかな端縁、およびセクションの良好な均一性を有することを示した。実際の分散剤ポリマーが含まれなかったので、分散プロセスがあまり効果的でなかったことが明らかであった。
【０１４５】
実施例３−本技術が複合添加剤およびアジュバントで働くことを実証する
完全に配合されたデュポン（ＤｕＰｏｎｔ）フォーデル（Ｆｏｄｅｌ）（登録商標）（ＤＣ−２０４）光硬化性銀導体ペースト（６０重量％の銀）のサンプル（１０ｇ）を、デラウェア州ウィルミントンのデュポン・マイクロ・サーキット・マテリアルズ（ＤｕＰｏｎｔ  Ｍｉｃｒｏ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，  ＤＥ）から得た。重量による主成分は、銀（６０％）、トリメチルペンタンジオールモノイソブチレート（１０％）、アクリル樹脂（６％）、変性アクリレートエステル（３％）、ガラスフリット（３％）、ならびにイソプロパノール、ジエチルチオキサントン、エチル４−ジメチルアミノベンゾエート、メチルメタクリレート、メタクリル酸、および２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンを含む他のより小さい成分であった。ガラスフリットは、次のものの成分重量％、すなわち、ＳｉＯ２（９．１）、Ａｌ２Ｏ３（１．４）、ＰｂＯ（７７．０）、Ｂ２Ｏ３（１２．５）から構成される。サンプルを、ポリ（エチレンオキシド）（ウィスコンシン州ミルウォーキーのアルドリッチ  １８，９４７−２、分子量約５，０００，０００）、およびメタノール（０．６ｇ）と組合せた。スラリーを２５ｍＬバイアル内に入れ、ローラミル（オハイオ州パレスティンのＵ・Ｓ・ストーンウェア・コーポレーション）上に最も遅い速度で２４ｈｒの間配置した。したがって、ＵＨＭＷ  ＰＥＯは混合物中に十分に分散した。
【０１４６】
ポリビニルピロリドン（０．２ｇ、ウィスコンシン州ミルウォーキーのアルドリッチ  ８５，６４５−２、バッチ１２７３１ＪＡ、Ｍｗ約１０，０００）のサンプルを水（４ｇ）に溶解し、溶解が完了するまで渦を巻かせた。次に、このサンプルをフォーデル（登録商標）スラリーに迅速に加え、数分間強力に振り、次に、ローラミル上に２４時間置いた。この配合物は、４０重量％の銀を含有するサンプルを与える。
【０１４７】
結果として生じる粘弾性スラリーの小さいサンプルを、平坦な先端に切取られた針を有する１ｍＬシリンジに移送した。小さいサンプルを、シリンジ針の先端から押しやり、隣接した正方形ガラススライドを横切って延伸し、比較的まっすぐな線を製造した。ポリマーはスライドに十分に接着した。サンプルを室温で乾燥させた。光学顕微鏡法によるスライドの検査は、１００から３３０ミクロンの線が延伸されたことを示した。線中の銀の分散は、均一かつ優れているようであった。線は良好であり、滑らかな端縁および良好な均一性を有した。
【０１４８】
サンプルをベルトオーブン内で５００℃で１ｈｒの期間にわたって焼成した。未焼成スライドおよび焼成スライドのプロフィロメトリおよび抵抗率を測定し、表１に示す。未焼成スライド上の線は導電しなかったが、焼成スライド上の線は十分に導電した。未焼成幅は、焼成より広いようであるが、それは、手動延伸技術の人為的な結果である。
【０１４９】
【表１】
2007508418.tif 000003
【０１５０】
実施例４−本技術が、ポリマー、分散媒体、および濃度の規定された範囲で働くことができることを実証する
粘弾性ポリマー流体を小さいオリフィスを通して押しやり、巻取りホイールが結果として生じるフィラメントを延伸することによって、従来の繊維のスピニングを行う。これらのポリマーを、通常、シリンジポンプを使用して、スピナレット穴を通して押しやる。シリンジポンプ速度と結果として生じるスピニング速度（ジェット速度と呼ばれる）と巻取り速度との間の関係を、「延伸」と定義し、完全な円筒の断面を推定して計算する。延伸は、フィラメント半径に密接に関連するが、延伸は、静止シリンダに対する移動システムを用いている。
【０１５１】
ハーバード（Ｈａｒｖａｒｄ）ＰＨＤ−４４００シリンジポンプ（マサチューセッツ州ホリストンのハーバード・アパレイタス・インコーポレイテッド（Ｈａｒｖａｒｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ，  Ｉｎｃ．，  Ｈｏｌｌｉｓｔｏｎ，  ＭＡ））およびカスタム・サイエンティフィック・インスツルメンツ（Ｃｕｓｔｏｍ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）（ニュージャージー州ニューアーク（Ｎｅｗａｒｋ  ＮＪ））可変速度巻取りホイール（ＣＳ−１９４Ｔ）を使用して、スピニングされたフィラメントを成功して作った。公称上５ミル（１２７μｍ）のオリフィスを通る０．２５ｍｌ／ｍｉｎのポンピング速度を用いて、ジェット速度を約２０ｍ／ｍｉｎであることを定めた。５３ｍ／ｍｉｎの巻取り速度において、延伸を２．７であることを計算し、フィラメントの直径を約８０μｍであることを計算した。スピニング能力についてさまざまなポリマーをテストしている間、スピナレットと巻取りホイールとの間の長さを１ｃｍに設定した。この距離にわたって１分またはより長い間連続的にスピニングすることができるポリマー溶液を、「粘弾性ポリマー溶液」であるとみなした。このテストに合格した溶液の例は表２に示されている。
【０１５２】
【表２】
2007508418.tif 000004
【０１５３】
記載された条件下でこのテストに不合格になった溶液の例は、表３に記載されている。
【０１５４】
【表３】
2007508418.tif 000005
【０１５５】
実施例５−本技術を自動化することができることを実証する
形成されたフィラメントを基材の表面を横切って延伸し、その基材に接着する場合、それはスピン印刷の基礎である。カリュブディス・テクノロジーズ（Ｃｈａｒｙｂｄｉｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）（カリフォルニア州カールズバッド（Ｃａｒｌｓｂａｄ，  ＣＡ））からのイリアド（Ｉｌｌｉａｄ）ＰＳ２ロボットシステムを、印刷のために修正した。ハーバードＰＨＤ−４４００シリンジポンプ（マサチューセッツ州ホリストンのハーバード・アパレイタス・インコーポレイテッド）を使用して、スピン印刷インクをイリアドのロボットアームにポンピングした。イリアドを、ガラススライドを横切って平行な線を延伸するようにプログラムした。ロボットアーム動作を最大２４ｍ／ｍｉｎで測定される速度に制限した。したがって、非常に低いポンピング速度が、フィラメントの実質的な延伸を得るために必要であった。ポンピングを、アームの移動が始まる直前に開始しなければならなかった。幅が約１００μｍの幅であり、間隔が約４００μｍである一連の平行な線が得られた。
【０１５６】
実施例６−自動化技術が導電性材料で働くことを実証する
カーテシアン・テクノロジーズ（Ｃａｒｔｅｓｉａｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）（ミシガン州アンアーバーのジェノミック・ソリューションズ・インコーポレイテッド（Ｇｅｎｏｍｉｃ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，  Ｉｎｃ．，  Ａｎｎ  Ａｒｂｏｒ，  ＭＩ））からの修正されたＣＳ−１９４ＴバイオドットＸＹＺディスペンス・プラットフォーム（ＢｉｏＤｏｔ  ＸＹＺ  Ｄｉｓｐｅｎｓｅ  Ｐｌａｔｆｏｒｍ）が、印刷プラットフォームのより良好な選択であることを見出した。それは、イリアドのオーバーヘッドロボットアームに対する移動ステージを用いた。バイオドットプログラミングは、また、移動可能なステージと調和された多数のオンボードシリンジポンプの使用を考慮した。テーブル速度が依然として望ましいほど速くないので、オンボードシリンジポンプを、適切なスピニング比を維持するように操作した。
【０１５７】
バイオドットＸＹＺディスペンス・プラットフォームは、最大速度約２．６ｍ／ｍｉｎの移動可能なプラットフォームに相関された可変速度２５０μＬシリンジポンプを使用する。特注スピンジェットを、出口内径が約４５μｍであるＡＲＴ−１０モレキュラー・バイオプロダクツ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ＢｉｏＰｒｏｄｕｃｔｓ）ピペット先端＃２１３９（ペンシルバニア州ウェストチェスターのＶＷＲサイエンティフィック（ＶＷＲ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，  Ｗｅｓｔ  Ｃｈｅｓｔｅｒ，  ＰＡ））から長さに切断した。これらのジェットは、従来の繊維スピニングにおけるスピナレットの均等物である。バイオドット・アクシス（ＡｘＳｙｓ）ソフトウェアを使用して、５５ｍｍの長さおよび幅＜８０μｍで４の平行な線を延伸するためのプログラムを開発した。これらの線を、＜１ｍｍの厚さを有する、工場でクリーニングされた直径１０ｃｍシリコンウェーハ上で延伸した。シリコンウェーハを、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）とのその適合性によって選択した。重力によるいかなる延伸効果も最小にするように、各線をウェーハの表面から＜１ｍｍ延伸した。行われた最終修正は、シリンジを手動で充填することであり、というのは、溶液は、ポンプの吸引下で充填されるには粘性すぎるからである。シリンジポンプは、この溶液をジェットを通して押す際に問題を示さなかった。
【０１５８】
スピン印刷に用いられる技術は、最初、ジェットを基材の表面上に直接置くことであった。これは、フィラメントが固定された開始点を作る。次に、ジェットを表面から３．０ｍｍの距離だけ引っ込める。テーブルが水平に直線にｘ方向に一定の速度で移動すると、フィラメントが作られ、重力はそれを基材の表面に引張った。第１の線が完成すると、プロセスは、ｙ方向に既知の距離シフトした後、再び逆方向に始まって、一連の平行な線を達成した。
【０１５９】
ナノ粒子銀（１．５ｇ、１０％）（ニューヨーク州ホワイトプレーンズのスミトモ・エレクトリック（Ｓｕｍｉｔｏｍｏ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ，  Ｗｈｉｔｅ  Ｐｌａｉｎｓ，  ＮＹ））、ジ（エチレングリコール）ブチルエーテル（ダワノール（Ｄｏｗａｎｏｌ）（商標）ＤＢ）（１．５ｇ、１０％）、および脱イオン水（１１．７ｇ、７８％）の懸濁液を、ブランソン・ソニファイア（Ｂｒａｎｓｏｎ  Ｓｏｎｉｆｉｅｒ）４５０（ＶＷＲサイエンティフィック）、デューティサイクル＝一定、出力制御＝約３０ｍｉｎの間５、を使用して、２０ｍｌバイアル内で超音波処理した。暗赤色微細懸濁液にポリ（エチレンオキシド）（３００ｍｇ、２％）（平均ＭＷ５，０００，０００）を加えた。サンプルを一晩渦を巻かせた（ｖｏｒｔｅｘｅｄ）（ペンシルバニア州ウェストチェスターのＶＷＲのミニ・ボルテクサ（Ｍｉｎｉ  Ｖｏｒｔｅｘｅｒ，  ＶＷＲ，  Ｗｅｓｔ  Ｃｈｅｓｔｅｒ，  ＰＡ））、数時間ローラミル（オハイオ州パレスティンのＵ・Ｓ・ストーンウェア・コーポレーション）セット上でその最低速度でさらにロールし、スピン印刷に適した粘弾性懸濁液をもたらした。
【０１６０】
幅が約１００μｍの幅であり、間隔が約４００μｍである一連の４の平行な線を得た。サンプルをベルト炉内で加熱し、それを２４分の期間で室温から５２５℃に上昇させ、５２５℃で１８分間保持し、次に、１８分で室温に戻した。線は良好な導電性を有した。
【０１６１】
実施例７−本技術が高ローディングにおける導電性材料で働くことを実証する
実施例６を、スミトモ（Ｓｕｍｉｔｏｍｏ）ナノ粒子Ａｇ（６．０ｇ、４０％）（ニューヨーク州ホワイトプレーンズのスミトモ・エレクトリック）、ジ（エチレングリコール）ブチルエーテル（ダワノール（商標）ＤＢ）（１．５ｇ、１０％）、および脱イオン水（７．２ｇ、４８％）の４０％銀懸濁液を使用して繰返し、ブランソン・ソニファイア４５０（ＶＷＲサイエンティフィック）、デューティサイクル＝一定、出力制御＝約３０ｍｉｎの間５、を使用して、２０ｍｌバイアル内で超音波処理した。暗赤色微細懸濁液にポリ（エチレンオキシド）（３００ｍｇ、２％）（平均ＭＷ５，０００，０００）を加えた。サンプルを一晩ミニ・ボルテクサ（ペンシルバニア州ウェストチェスターのＶＷＲ）で渦を巻かせ、数時間ローラミル（オハイオ州パレスティンのＵ・Ｓ・ストーンウェア・コーポレーション）セット上でその最低速度でさらにロールし、スピン印刷に適した粘弾性懸濁液をもたらした。
【０１６２】
バイオドットＸＹＺディスペンス・プラットフォームを使用して、約２．６ｍ／ｍｉｎでガラススライド上に組成物を印刷した。特注スピンジェットを、出口内径が約４５μｍであるＡＲＴ−１０モレキュラー・バイオプロダクツ・ピペット先端＃２１３９（ペンシルバニア州ウェストチェスターのＶＷＲサイエンティフィック）から長さに切断した。５５ｍｍの長さおよび８０μｍ未満の幅における４の平行な線を、クリーニングされたガラススライド上で延伸した。各線をウェーハの表面から＜１ｍｍ延伸した。印刷後、サンプルをベルト炉内で加熱した。線の寸法は＜８０μｍであり、抵抗は４オーム／ｃｍであった。
【０１６３】
実施例８−光活性材料での本技術を実証する
二酸化チタン（ウィスコンシン州ミルウォーキーのアルドリッチ）は、周知の白色顔料およびＵＶ放射線の吸収剤である。それは、また、非常にさまざまな有機分子の酸化のための光触媒である。ＴｉＯ２ナノ粉末（５０ｍｇ、０．３２％）、ＳＤＳ（５０ｍｇ、０．３２％）、および１５ｍｌの脱イオン水の懸濁液を、ブランソン・ソニファイア４５０（ペンシルバニア州ウェストチェスターのＶＷＲサイエンティフィック）、デューティサイクル＝一定、出力制御＝約４５ｍｉｎの間５、を使用して、２０ｍｌバイアル内で超音波処理した。白色懸濁液にポリ（エチレンオキシド）（３８８ｍｇ、２．５％）（平均ＭＷ５，０００，０００）を加えた。サンプルを数時間渦を巻かせ、一晩ロールし、スピン印刷に適した粘弾性懸濁液をもたらした。線を、上述されたように成功して印刷した。
【０１６４】
バイオドットＸＹＺディスペンス・プラットフォームを使用して、約２．６ｍ／ｍｉｎでガラススライド上に組成物を印刷した。５５ｍｍの長さおよび８０μｍ未満の幅における４の平行な線を、クリーニングされたガラススライド上で延伸した。各線をウェーハの表面から＜１ｍｍ延伸した。印刷後、サンプルをベルト炉内で加熱した。線は白色であり、寸法が５５ｍｍ×＜８０ｕｍであった。
【０１６５】
実施例９−本技術が誘電材料で働くことを実証する
チタン酸バリウム（ウィスコンシン州ミルウォーキーのアルドリッチ）は、いくつかの電子用途に有用な周知の高誘電材料である。ＢａＴｉＯ３ナノ粉末（４５ｍｇ、０．２９％）、ＳＤＳ（３０ｍｇ、０．１９％）、および１５ｍｌの脱イオン水の懸濁液を、ブランソン・ソニファイア４５０（ＶＷＲサイエンティフィック）、デューティサイクル＝一定、出力制御＝約４５ｍｉｎの間５、を使用して、２０ｍｌバイアル内で超音波処理した。白色懸濁液にポリ（エチレンオキシド）（３８７ｍｇ、２．５％）（平均ＭＷ５，０００，０００）を加えた。サンプルを数時間渦を巻かせ、一晩ロールし、スピン印刷に適した粘弾性懸濁液をもたらした。
【０１６６】
バイオドットＸＹＺディスペンス・プラットフォームを使用して、約２．６ｍ／ｍｉｎでガラススライド上に組成物を印刷した。特注スピンジェットを、出口内径が約４５μｍであるＡＲＴ−１０モレキュラー・バイオプロダクツ・ピペット先端＃２１３９（ペンシルバニア州ウェストチェスターのＶＷＲサイエンティフィック）から長さに切断した。５５ｍｍの長さおよび８０μｍ未満の幅における４の平行な線を、クリーニングされたガラススライド上で延伸した。各線をウェーハの表面から＜１ｍｍ延伸した。印刷後、サンプルをベルト炉内で加熱した。線は白色であり、寸法が５５ｍｍ×＜８０ｕｍであった。
【０１６７】
実施例１０−本技術が無機酸化物材料で働くことを実証する
酸化ビスマス（ウィスコンシン州ミルウォーキーのアルドリッチ）は、黄色顔料であり、既知の抗菌剤である。Ｂｉ２Ｏ３ナノ粉末（１１０ｍｇ、０．７１％）、ＳＤＳ（３０ｍｇ、０．１９％）、および１５ｍｌの脱イオン水の懸濁液を、ブランソン・ソニファイア４５０（ＶＷＲサイエンティフィック）、デューティサイクル＝一定、出力制御＝約４５ｍｉｎの間５、を使用して、２０ｍｌバイアル内で超音波処理した。黄色懸濁液にポリ（エチレンオキシド）（３８９ｍｇ、２．５％）（平均ＭＷ５，０００，０００）を加えた。サンプルを１時間渦を巻かせ、一晩ロールし、スピン印刷に適した不均質な粘弾性懸濁液をもたらした。線を、上述されたように成功して印刷した。焼成すると、線は白色であり、寸法が５５ｍｍ×＜８０μｍであった。
【０１６８】
実施例１１−本技術が可撓性ポリマー基材上でおよび高銀ローディングで働くことを実証する
上のように調製された、ポリ（エチレンオキシド）（３００ｍｇ、２％）（平均ＭＷ５，０００，０００）とともに、ジ（エチレングリコール）ブチルエーテル（ダワノール（商標）ＤＢ）（１．５ｇ、１０％）および脱イオン水（５．６ｇ、３７．５％）中の銀ナノ粒子（７．５ｇ、５０％）の５０％銀懸濁液を使用して、銀線をカプトン（Ｋａｐｔｏｎ）（登録商標）ポリイミドフィルム（デラウェア州ウィルミントンのデュポン（ＤｕＰｏｎｔ，  Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，  ＤＥ））上に印刷した。サンプルを一晩ミニ・ボルテクサ（ペンシルバニア州ウェストチェスターのＶＷＲ）で渦を巻かせ、数時間ローラミル（オハイオ州パレスティンのＵ・Ｓ・ストーンウェア・コーポレーション）セット上でその最低速度でさらにロールし、スピン印刷に適した粘弾性懸濁液をもたらした。バイオドットＸＹＺディスペンス・プラットフォームを使用して、約２．６ｍ／ｍｉｎでカプトン（登録商標）フィルム上に組成物を印刷した。５５ｍｍの長さおよび８０μｍ未満の幅における４の平行な線を延伸した。各線をフィルムの表面から＜１ｍｍ延伸した。印刷後、サンプルをホットプレート上で２００℃に２時間加熱した。線は、寸法が５５ｍｍ×＜８０μｍであり、導電性であった。
【０１６９】
実施例１１−本技術がセラミック基材上で働くことを実証する
ポリ（エチレンオキシド）（３００ｍｇ、２％）（平均ＭＷ５，０００，０００）とともに、ジ（エチレングリコール）ブチルエーテル（ダワノール（商標）ＤＢ）（１．５ｇ、１０％）および脱イオン水（７．２ｇ、４８％）中のスミトモナノ粒子銀（６．０ｇ、４０％）（ニューヨーク州ホワイトプレーンズのスミトモ・エレクトリック）の懸濁液を使用して、銀線をアルミナセラミックプレート上に印刷した。バイオドットＸＹＺディスペンス・プラットフォームを使用して、約２．６ｍ／ｍｉｎで組成物を印刷した。５５ｍｍの長さおよび８０μｍ未満の幅における４の平行な線を、５ｃｍ×５ｃｍのセラミック基材上に延伸した。各線をセラミックの表面から＜１ｍｍ延伸した。印刷後、サンプルをホットプレート上で２００℃に２時間加熱し、次に、ベルト炉内で再び加熱した。線の寸法は４５ｍｍ×＜８０μｍであった。
【０１７０】
実施例１２−本技術がより大きい基材上で働くことを実証する
ポリ（エチレンオキシド）（３００ｍｇ、２％）（平均ＭＷ５，０００，０００）とともに、ジ（エチレングリコール）ブチルエーテル（ダワノール（商標）ＤＢ）（１．５ｇ、１０％）および脱イオン水（１１．７ｇ、７８％）中のスミトモナノ粒子銀（１．５ｇ、１０％）（ニューヨーク州ホワイトプレーンズのスミトモ・エレクトリック）の懸濁液を使用して、銀線をガラスプレート上に印刷した。バイオドットＸＹＺディスペンス・プラットフォームを使用して、約２．６ｍ／ｍｉｎで組成物を印刷した。１８０ｍｍの長さおよび８０μｍ未満の幅における４の平行な線のセットを、１００ｍｍ×２００ｍｍのガラス基材（クリーニングされた、デラウェア州ニューアークのアナルテック（Ａｎａｌｔｅｃｈ，  Ｎｅｗａｒｋ，  ＤＥ）からのユニプレート（Ｕｎｉｐｌａｔｅ）ＴＬＣプレート）上に延伸した。各線をガラスの表面から＜１ｍｍ延伸した。印刷後、サンプルをホットプレート上で２００℃に２時間加熱した。線の寸法は１８０ｍｍ×＜８０μｍであった。付加的な線を２５μｍの小さい寸法で延伸した。線のすべてが導電性を有した。
【０１７１】
実施例１３−本技術がより低いポリマーローディングで働くことを実証する
スミトモＡｇナノ粒子（３．０ｇ、２０％）（ニューヨーク州ホワイトプレーンズのスミトモ・エレクトリック）、ジ（エチレングリコール）ブチルエーテル（ダワノール（商標）ＤＢ）（１．３５ｇ、９％）、および脱イオン水（１０．５ｇ、７０％）の懸濁液を、ブランソン・ソニファイア４５０（ペンシルバニア州ウェストチェスターのＶＷＲサイエンティフィック）、デューティサイクル＝一定、出力制御＝約３０ｍｉｎの間５、を使用して、２０ｍｌバイアル内で超音波処理した。暗赤色微細懸濁液にポリ（エチレンオキシド）（１５０ｍｇ、１．０％）（平均ＭＷ５，０００，０００）を加えた。サンプルを一晩ＶＷＲミニ・ボルテクサ上で渦を巻かせ、数時間ローラミルセット上でその最低速度でさらにロールし、スピン印刷に適した粘弾性懸濁液をもたらした。バイオドットＸＹＺディスペンス・プラットフォームを使用して、約２．６ｍ／ｍｉｎできれいなガラススライド上に組成物を印刷した。５５ｍｍの長さおよび８０μｍ未満の幅における４の平行な線を延伸した。各線をウェーハの表面から＜１ｍｍ延伸した。線は、裸眼には良好であるように見えたが、顕微鏡検査下で、「マッドクラッキング」、すなわち、アジュバントの添加によって補正することができる乾燥問題に曝されていることが見出された。
【０１７２】
実施例１４−本技術がより高いポリマーローディングで働くことを実証する
スミトモＡｇナノ粒子（１．５ｇ、１０％）（ニューヨーク州ホワイトプレーンズのスミトモ・エレクトリック）、ジ（エチレングリコール）ブチルエーテル（ダワノール（商標）ＤＢ）（１．５ｇ、１０％）、および脱イオン水（１１．６ｇ、７７．５％）の懸濁液を、ブランソン・ソニファイア４５０（ペンシルバニア州ウェストチェスターのＶＷＲサイエンティフィック）、デューティサイクル＝一定、出力制御＝約３０ｍｉｎの間５、を使用して、２０ｍｌバイアル内で超音波処理した。暗赤色微細懸濁液にポリ（エチレンオキシド）（３７５ｍｇ、２．５％）（平均ＭＷ５，０００，０００）を加えた。サンプルを一晩渦を巻かせ、数時間ローラミルセット上でその最低速度でさらにロールし、スピン印刷に適した粘弾性懸濁液をもたらした。バイオドットＸＹＺディスペンス・プラットフォームを使用して、約２．６ｍ／ｍｉｎできれいなガラススライド上に組成物を印刷した。５５ｍｍの長さおよび８０μｍ未満の幅における４の平行な線を成功して延伸した。
【図面の簡単な説明】
【０１７３】
【図１】剛性基材上に堆積されているスピニングされた繊維を示す。
【図２】可撓性基材上に堆積されているスピニングされた繊維を示す。
【図３】互いの上の２つの繊維上の同時の堆積を示す
【図４】蛍光体およびバリヤリブを備えたディスプレイ要素を示す。
【図５】基材上のシース／コア繊維の断面を示す。
【図６】不堅牢ポリマーを除去するための焼成後の不堅牢ポリマーシースで、シース／コア繊維の断面を示す。
【図７】シースがともに焼結された、基材上のシース／コア繊維の断面を示す。
【図８】オリフィスおよび基材の相対移動速度を変えることによって繊維直径が増加された、平行な堆積された繊維の上面図を示す。
【図９】基材の表面上に溜めを生じさせることに基いた印刷プロセスの図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【国際調査報告】
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