(57)【要約】【課題】細く長い金属ナノワイヤを製造することができる金属ナノワイヤ製造方法及びこれにより製造した金属ナノワイヤを提供する。【解決手段】金属のナノワイヤを製造する方法であって、金属の塩と、ポリマーと、ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩から選択される少なくとも一種と、脂肪族アルコールとを含む溶液を調製し、この溶液に作用する簡易剪断応力を１０ｍＰａ・ｍ以下の状態で１００〜２５０℃の温度で１０分以上加熱・反応する工程とを含み、前記加熱・反応工程中に溶液の紫外・可視吸収スペクトル変化を測定し、その紫外・可視吸収スペクトル情報をもとに反応時間を制御する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の塩と、ポリマーと、ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩から選択される少なくとも一種と、脂肪族アルコールとを含む溶液を調製する工程と、前記溶液に作用する簡易剪断応力を１０ｍＰａ・ｍ以下の状態で１００〜２５０℃の温度で１０分以上加熱・反応する工程とを含み、前記加熱・反応工程中に溶液の紫外・可視吸収スペクトル変化を測定し、その紫外・可視吸収スペクトル情報をもとに反応時間を制御することを特徴とする金属ナノワイヤの製造方法。
【請求項２】
前記金属が、金、銀、銅、白金、パラジウム、ルテニウム、コバルト、ニッケル、モリブデン、インジウム、イリジウムおよびチタンからなる群から選択される１以上である請求項１に記載の金属ナノワイヤの製造方法。
【請求項３】
前記金属の塩が硝酸塩、有機カルボン酸塩、金属アルコキシド、金属フェノキシドからなる群から選択される１以上である請求項１または請求項２に記載の金属ナノワイヤの製造方法。
【請求項４】
前記ポリマーがポリビニルピロリドン、ポリＮ−ビニルアセトアミド、ポリＮ−ビニルホルムアミド、ポリビニルカプロラクタム、ポリアクリルアミドからなる群より選択される少なくとも一種である請求項１から請求項３のいずれかに記載の金属ナノワイヤの製造方法。
【請求項５】
前記脂肪族アルコールの１気圧での沸点が１００℃以上、粘度が２５℃で１０Ｐａ・ｓ以下である請求項１から請求項４のいずれかに記載の金属ナノワイヤの製造方法。
【請求項６】
前記ハロゲン化物は、ＮａＣｌ、ＣｏＣｌ２、ＳｎＣｌ４、ＣｕＣｌ２、ＮｉＣｌ２、ＦｅＣｌ３、ＺｎＣｌ２、ＮａＢｒ、ＮａＩ、ＫＢｒ、ＫＩおよびＲ４ＮＣｌ、Ｒ４ＮＢｒ、Ｒ４ＮＩ（Ｒは炭素数が１〜１２のアルキル基）に示される４級アンモニウム塩からなる群から選択され、前記硫化物が、Ｎａ２ＳおよびＫ２Ｓからなる群から選択され、前記炭酸塩が、Ｎａ２ＣＯ３およびＫ２ＣＯ３からなる群から選択され、前記硫酸塩が、Ｎａ２ＳＯ４およびＫ２ＳＯ４からなる群から選択され、前記硝酸塩が、ＮａＮＯ３、ＮｉＮＯ３、ＣｏＮＯ３およびＦｅ２（ＮＯ３）３からなる群から選択される請求項１から請求項５のいずれかに記載の金属ナノワイヤの製造方法。
【請求項７】
前記金属が銀であり、前記脂肪族アルコールがエチレングリコールおよびプロピレングリコールからなる群から選択される１以上であり、かつ前記ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩から選択される少なくとも一種の濃度が１×１０-８〜１×１０-２Ｍである請求項１から請求項６のいずれかに記載の金属ナノワイヤの製造方法。
【請求項８】
前記加熱工程中に溶液の紫外・可視吸収スペクトルを測定し、３５０ｎｍでの吸収強度（Ａ３５０）に対する４２０ｎｍでの吸収強度（Ａ４２０）の比率（Ａ４２０ｎｍ／Ａ３５０ｎｍ）が２を超えず、かつ、３８０ｎｍでの吸収強度（Ａ３８０）がピーク時の半分以下にならない時点で反応を停止することを特徴とする請求項７に記載の金属ナノワイヤの製造方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の金属ナノワイヤの製造方法により製造した金属ナノワイヤ。
【請求項１０】
銀の塩と、ポリマーと、ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩から選択される少なくとも一種と、脂肪族アルコールとを含む溶液を調製する工程と、前記溶液に作用する簡易剪断応力を１０ｍＰａ・ｍ以下の状態で１００〜２５０℃の温度で１０分以上加熱・反応する工程とを含み、前記加熱・反応工程中に溶液の紫外・可視吸収スペクトル変化を測定し、その紫外・可視吸収スペクトル情報をもとに反応時間を制御することを特徴とする銀ナノワイヤの製造方法。
【請求項１１】
前記銀の塩が硝酸塩、有機カルボン酸塩、銀アルコキシド、銀フェノキシドからなる群から選択される１以上である請求項１０に記載の銀ナノワイヤの製造方法。
【請求項１２】
前記ポリマーがポリビニルピロリドン、ポリＮ−ビニルアセトアミド、ポリＮ−ビニルホルムアミド、ポリビニルカプロラクタム、ポリアクリルアミドからなる群より選択される少なくとも一種である請求項１０または請求項１１に記載の銀ナノワイヤの製造方法。
【請求項１３】
前記脂肪族アルコールの１気圧での沸点が１００℃以上、粘度が２５℃で１０Ｐａ・ｓ以下である請求項１０から請求項１２のいずれかに記載の銀ナノワイヤの製造方法。
【請求項１４】
前記ハロゲン化物は、ＮａＣｌ、ＣｏＣｌ２、ＳｎＣｌ４、ＣｕＣｌ２、ＮｉＣｌ２、ＦｅＣｌ３、ＺｎＣｌ２、ＮａＢｒ、ＮａＩ、ＫＢｒ、ＫＩおよびＲ４ＮＣｌ、Ｒ４ＮＢｒ、Ｒ４ＮＩ（Ｒは炭素数が１〜１２のアルキル基）に示される４級アンモニウム塩からなる群から選択され、前記硫化物が、Ｎａ２ＳおよびＫ２Ｓからなる群から選択され、前記炭酸塩が、Ｎａ２ＣＯ３およびＫ２ＣＯ３からなる群から選択され、前記硫酸塩が、Ｎａ２ＳＯ４およびＫ２ＳＯ４からなる群から選択される請求項１０から請求項１３のいずれかに記載の銀ナノワイヤの製造方法。
【請求項１５】
前記脂肪族アルコールがエチレングリコールおよびプロピレングリコールからなる群から選択される１以上であり、かつ前記ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩から選択される少なくとも一種の濃度が１×１０-８〜１×１０-２Ｍである請求項１０から請求項１４のいずれかに記載の銀ナノワイヤの製造方法。
【請求項１６】
前記加熱工程中に溶液の紫外・可視吸収スペクトルを測定し、３５０ｎｍでの吸収強度（Ａ３５０）に対する４２０ｎｍでの吸収強度（Ａ４２０）の比率（Ａ４２０ｎｍ／Ａ３５０ｎｍ）が２を超えず、かつ、３８０ｎｍでの吸収強度（Ａ３８０）がピーク時の半分以下にならない時点で反応を停止することを特徴とする請求項１５に記載の銀ナノワイヤの製造方法。
【請求項１７】
請求項１０から請求項１６のいずれかに記載の銀ナノワイヤの製造方法により製造した銀ナノワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ナノワイヤの製造方法及びその方法により製造した金属ナノワイヤ並びに銀ナノワイヤの製造方法及びその方法により製造した銀ナノワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属ナノワイヤは、径の太さがナノメーターオーダーのサイズである金属であり、ワイヤ状（線状）の形状を有する導電性材料である。金属ナノワイヤにより形成した導電層（薄膜）は、導電性及び光透過性が高いので、例えばタッチパネルの透明電極材料等に使用されている。【０００３】
このような金属ナノワイヤの製造方法としては、例えば下記特許文献１に、金属の塩と、ポリビニルピロリドンと、塩化物または硝酸塩と、エチレングリコールおよびプロピレングリコールからなる群から選択される１以上とを混合する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９-１５５６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の技術においては、金属ナノワイヤの製造時に反応液へ剪断応力が作用することにより金属ナノワイヤに折れ曲がりや切断が生じて、細く長い金属ナノワイヤの製造が困難になるという課題の示唆はない。また、剪断応力が低い条件で反応させたとしても反応時間が長くなると、粒子状の不純物が増えるという問題がある。【０００６】
金属ナノワイヤは、径が細いほど、形成した透明電極等の光透過性が高くなり、また、長さが長いほど少量で十分な導電性を確保でき、使用量が少なくなることによる透明電極等のコスト低減及び光透過性の向上を図ることができる。このため、細く長い金属ナノワイヤを製造することは重要な課題となっている。【０００７】
本発明の目的は、細く長い金属ナノワイヤを製造することができる金属ナノワイヤの製造方法及びこれにより製造した金属ナノワイヤ並びに銀ナノワイヤの製造方法及びこれにより製造した銀ナノワイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態は、金属ナノワイヤの製造方法であって、金属の塩と、ポリマーと、ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩から選択される少なくとも一種と、脂肪族アルコールとを含む溶液を調製し、この溶液に作用する簡易剪断応力を１０ｍＰａ・ｍ以下の状態で１００〜２５０℃の温度で１０分以上加熱・反応する工程を含み、前記加熱・反応工程中に溶液の紫外・可視吸収スペクトル変化を測定し、その紫外・可視吸収スペクトル情報をもとに反応時間を制御することを特徴とする。【０００９】
上記金属ナノワイヤを製造するための金属としては、金、銀、銅、白金、パラジウム、ルテニウム、コバルト、ニッケル、モリブデン、インジウム、イリジウムおよびチタンからなる群から選択される１以上であるのがよく、これらの金属の塩を使用する。塩としては使用する脂肪族アルコールに対して溶解性が高い硝酸塩、有機カルボン酸塩、金属アルコキシド、金属フェノキシドが好適である。
上記ポリマーは、ポリビニルピロリドン、ポリＮ−ビニルアセトアミド、ポリＮ−ビニルホルムアミド、ポリビニルカプロラクタム、ポリアクリルアミドからなる群より選択される少なくとも一種であり、特にポリビニルピロリドンが好ましい。【００１０】
また、上記ハロゲン化物は、ＮａＣｌ、ＣｏＣｌ２、ＳｎＣｌ４、ＣｕＣｌ２、ＮｉＣｌ２、ＦｅＣｌ３、ＺｎＣｌ２、ＮａＢｒ、ＮａＩ、ＫＢｒ、ＫＩおよびＲ４ＮＣｌ、Ｒ４ＮＢｒ、Ｒ４ＮＩ（Ｒは炭素数が１〜１２のアルキル基）で示される４級アンモニウム塩からなる群から選択され、前記硫化物は、Ｎａ２ＳおよびＫ２Ｓからなる群から選択され、前記炭酸塩は、Ｎａ２ＣＯ３およびＫ２ＣＯ３からなる群から選択され、前記硫酸塩は、Ｎａ２ＳＯ４およびＫ２ＳＯ４、からなる群から選択されるのがよい。なお、上記４級アンモニウム塩は、入手のしやすさからＲがノルマルアルキル基のものがより好ましい。【００１１】
上記脂肪族アルコールは、上記金属塩、添加するハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩から選択される少なくとも一種を溶解し、かつ沸点が１００℃以上のものであることが好ましく、また剪断応力を低くするためには粘度が低いほうが好ましく、少なくとも脂肪族アルコール自体の粘度として、２５℃で１０Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。【００１２】
また、上記金属が銀であり、上記脂肪族アルコールがエチレングリコールおよびプロピレングリコールからなる群から選択される１以上である場合、上記ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩の濃度が１×１０-８〜１×１０-２Ｍであることが好ましい。この条件の場合前記加熱工程中に溶液の紫外・可視吸収スペクトルを測定し、３５０ｎｍでの吸収強度（Ａ３５０）に対する４２０ｎｍでの吸収強度（Ａ４２０）の比率（Ａ４２０ｎｍ／Ａ３５０ｎｍ）が２を超えず、かつ、３８０ｎｍでの吸収強度（Ａ３８０）がピーク時の半分以下にならない時点で反応を停止することが好ましい。【００１３】
また、本発明の他の実施形態は、上記金属ナノワイヤの製造方法により製造した金属ナノワイヤであることを特徴とする。前記金属ナノワイヤは、銀ナノワイヤであるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、細く長い金属ナノワイヤを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の金属ナノワイヤの製造に好適な装置の概略説明図である。
【図２】製造時の反応液にかかる剪断応力を変更して１５０℃で１時間反応させた反応液の紫外・可視吸収スペクトルである。
【図３】製造時の反応液にかかる剪断応力を変更して１５０℃で１時間加熱・反応させて得られた銀ナノワイヤの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図４】製造時の反応液に１．７ｍＰａ・ｍの簡易剪断応力をかけて１５０℃に加熱・反応させた際の反応液の紫外・可視吸収スペクトルの経時変化を示す図である。
【図５】製造時の反応液に１．７ｍＰａ・ｍの簡易剪断応力をかけて１５０℃で１．５時間および３時間加熱・反応させて得られた銀ナノワイヤの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）を説明する。
【００１７】
本発明の実施形態にかかる金属ナノワイヤの製造方法は、金属の塩と、ポリマーと、ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩から選択される少なくとも一種と、脂肪族アルコールとを含む溶液を調製し、この溶液に作用する簡易剪断応力が１０ｍＰａ・ｍ以下の状態で、１００〜２５０℃の温度で１０分以上加熱・反応する工程を含むことを特徴の一つとしている。なお、簡易剪断応力については後述する。
【００１８】
上記工程における溶液調製は、一例としてポリマーおよび金属の塩を含む第１溶液に、ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩から選択される少なくとも一種を含む第２溶液を混合することにより行うことができる。この場合、上記第１溶液の溶媒および第２溶液の溶媒として、脂肪族アルコールを含む。別の例として上記金属の塩と、ポリマーと、ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩から選択される少なくとも一種と、脂肪族アルコールとを混合することにより溶液を調製してもよい。最終的に均一な溶液が調製できれば混合する順番に特に制限はない。
【００１９】
上記ポリマーは、使用する脂肪族アルコールに溶解することが必要であり、具体的にはポリビニルピロリドン、ポリＮ−ビニルアセトアミド、ポリＮ−ビニルホルムアミド、ポリビニルカプロラクタム、ポリアクリルアミドからなる群より選択される少なくとも一種であり、特にポリビニルピロリドンが好ましい。これらのポリマーはワイヤの成長に寄与する。ポリマーが存在しないとほとんどワイヤ状に成長することが出来ず、大部分は無定形状の凝集粉として生成する。
【００２０】
上記脂肪族アルコールは、金属塩の還元剤として作用する。脂肪族アルコールの水酸基が金属塩の還元に用いられる。また、脂肪族アルコールは、原料に用いる金属塩、ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩を溶解するものである必要があり、かつその１気圧での沸点が後述する反応（還元）温度より高い（１００℃以上）ものであることが好ましく、さらに剪断応力を低くするためには粘度が低いほうが好ましく、少なくとも脂肪族アルコール自体の粘度として、２５℃で１０Ｐａ・ｓ以下が好ましく、１．５Ｐａ・ｓ以下がより好ましく、２００ｍＰａ・ｓ以下がさらに好ましく、５０ｍＰａ・ｓ以下が特に好ましい。
【００２１】
脂肪族アルコールの具体例としては、ｎ−オクタノール、２−エチルヘキシルアルコール、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、グリセリンからなる群より選択される少なくとも一種であることが好ましく、特にエチレングリコール、プロピレングリコールが好ましい。
【００２２】
上記工程においては、第１溶液に第２溶液を混合した溶液（反応液）、または金属の塩と、ポリマーと、ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩から選択される少なくとも一種と、脂肪族アルコールとを混合した溶液（反応液）に作用する簡易剪断応力を１０ｍＰａ・ｍ以下、より好ましくは５ｍＰａ・ｍ以下、さらに好ましくは２ｍＰａ・ｍ以下の状態として、１００〜２５０℃の温度で１０分以上加熱・反応する。１００℃未満では、脂肪族アルコールを還元剤に用いた場合に反応速度が遅いため生産性が低く好ましくない。これにより、生成する金属ナノワイヤに作用する剪断応力を抑制することができるので、細く長い金属ナノワイヤを製造することができる。
【００２３】
上記金属の塩を構成する金属としては、抵抗値と透明性の観点から金、銀、銅、白金、パラジウム、ルテニウム、コバルト、ニッケル、モリブデン、インジウム、イリジウムおよびチタンからなる群から選択される１以上であることが好ましく、特に抵抗値を考慮すると金、銀および銅がより好ましい。
【００２４】
上記ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩は、製造しようとする金属よりもイオン化傾向の大きな金属のハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩から選択することができる。ハロゲン化物は、ＮａＣｌ、ＣｏＣｌ２、ＳｎＣｌ４、ＣｕＣｌ２、ＮｉＣｌ２、ＦｅＣｌ３、ＺｎＣｌ２、ＮａＢｒ、ＮａＩ、ＫＢｒ、ＫＩおよびＲ４ＮＣｌ、Ｒ４ＮＢｒ、Ｒ４ＮＩ（Ｒは炭素数が１〜１２のアルキル基）に示される４級アンモニウム塩、硫化物としては、Ｎａ２Ｓ、Ｋ２Ｓ、炭酸塩としては、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、硫酸塩としては、Ｎａ２ＳＯ４、Ｋ２ＳＯ４が例示できる。ここで、製造しようとする金属よりもイオン化傾向の大きな金属のハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩は、上記金属の塩が還元される際の金属ワイヤ状の析出、ワイヤ成長に寄与する。これらが存在しないとほとんどワイヤ状に成長することが出来ず、大部分は無定形状の凝集粉として生成する。
【００２５】
上記ポリマーの濃度は、脂肪族アルコールの群から選択される１以上を溶媒とする場合、第一溶液と第二溶液とを混合した後の濃度として０．００１〜０．５Ｍが好ましく、０．００５〜０．３Ｍがより好ましく、０．０１〜０．１Ｍがさらに好ましい。濃度が低すぎるとナノワイヤが生成しないし、高すぎる場合にはポリマーがナノワイヤ中に過剰に残存してしまい、低抵抗化の際の妨げになる。本明細書においてポリマーの濃度Ｍ（モル／Ｌ）はモノマー単位で換算した値を意味する。
【００２６】
上記金属の塩の濃度は、脂肪族アルコールからなる群から選択される１以上を溶媒とする場合、第一溶液と第二溶液とを混合した後の濃度として０．０００１〜０．５Ｍ（Ｍはモル／Ｌを意味する）が好ましく、０．０００５〜０．１Ｍがより好ましく、０．００１〜０．０５Ｍがさらに好ましい。塩の濃度があまりに高いと太いナノワイヤになってしまうし、あまりに低いと反応速度が遅く生産性が低下する。
【００２７】
上記ポリマーは、例えば重量平均分子量で１万〜１２０万の市販品を使用することが出来る。分子量が低過ぎるとナノワイヤの生成能力が悪くなる傾向がある。また、分子量が高すぎると溶液粘度が高くなり好ましくない。
【００２８】
上記ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩から選択される少なくとも一種の濃度は、上記金属が銀であり、脂肪族アルコールがエチレングリコールおよびプロピレングリコールからなる群から選択される１以上を溶媒とする場合、金属塩との比率を考慮して最終溶液として１×１０-８〜１×１０-２Ｍ（Ｍはモル／Ｌを意味する）であるのが好ましく、２×１０-８〜５×１０-３Ｍであるのがより好ましく、３×１０-８〜３×１０-３Ｍであるのがさらに好ましい。濃度が低すぎる場合には、ワイヤ径を細く出来る効果がなく、高すぎる場合には、併用する金属が還元される割合が製造しようとする金属ワイヤに対して無視できない量になるので好ましくない。
【００２９】
上記金属の塩と、ポリマーと、（ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩）と、脂肪族アルコールとのモル混合比は、例えば、１：０．０５〜１５：１×１０-７〜２×１０-２：２００〜９０００であり、好ましくは１：０．５〜１０：１×１０-４〜２×１０-２：３００〜８０００であり、より好ましくは１：１〜１０：２×１０-３〜１×１０-２：４００〜７０００である。
【００３０】
なお、本実施形態の製造方法において、ポリマーを含む溶液と、金属の塩を含む溶液とを別々に調製し、これらの溶液を混合することにより前記第１溶液を調製してもよい。この場合、ポリマーを含む溶液の溶媒および、金属の塩を含む溶液の溶媒は、上記脂肪族アルコールからなる群から選択される１以上である。
【００３１】
本実施形態の製造方法において製造される金属ナノワイヤは、径が２００ｎｍ以下であり、長さが１０μｍ以上の範囲である。ただし、あまりに細すぎると実用強度でも不安が出てくるので、１ｎｍ以上が好ましく、５ｎｍ以上がより好ましい。
【００３２】
本実施形態の製造方法は、上記金属の塩がＡｇＮＯ３であることが溶解性の観点から好ましい。この場合、金属の塩に対するハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩から選択される少なくとも一種のモル比は、（金属の塩）：（ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩から選択される少なくとも一種）＝１：１×１０-４〜２×１０-２が好ましく、さらに１：２×１０-３〜１×１０-２であることがより好ましい。このような濃度の場合、銀ナノワイヤを収率良く製造することが可能である。
【００３３】
本実施形態の製造方法は、上記金属の塩がＡｇＮＯ３であり、ハロゲン化物としてＮａＣｌ、ＣｏＣｌ２、ＳｎＣｌ４、ＣｕＣｌ２、ＮｉＣｌ２、ＦｅＣｌ３、ＺｎＣｌ２、およびＲ４ＮＣｌ（Ｒは炭素数が１〜１２のアルキル基）に示される４級アンモニウム塩等の塩化物を用いることがより好ましい。その他ハロゲン化物（臭化物、ヨウ化物）や硫化物、炭酸塩、硫酸塩を使用する場合、硝酸銀と塩交換して生成する銀塩（臭化銀、ヨウ化銀、硫化銀、炭酸銀、硫酸銀）の溶解度が低いことに伴い反応性が低下し、その結果収率も低下する傾向がある。
【００３４】
本実施形態では、低剪断応力下で金属ナノワイヤの製造を実施することが好ましい。剪断応力が強くかかった場合には、生成したナノワイヤが折れやすいうえに、破断したワイヤ由来もしくは副生する無定形のＡｇ粒子が混入する。この状態のまま使用したのでは、透明導電膜としてヘーズの高い透明性の低いものになってしまうので、ナノワイヤと無定形粒子との分離が必要であるが、多数回の遠心沈降分離等を繰り返す必要があり、精製が容易ではない。
【００３５】
そのため作用する簡易剪断応力を１０ｍＰａ・ｍ以下、より好ましくは５ｍＰａ・ｍ以下、さらに好ましくは２ｍＰａ・ｍ以下の状態として、金属ナノワイヤの製造を行うことが好ましい。剪断応力については粘性率×ずり速度で測定できるが、簡易的な評価として製造温度での反応液（溶液）粘度（ｍＰａ・ｓ）を測定し、反応液（溶液）粘度と、ずり速度（１／ｓ）の代わりに最速の反応液（溶液）流動速度（ｍ／ｓ）との積を簡易剪断応力として求め、剪断応力の指標として用いた。無論、この際に用いる反応液はほぼニュートン流体である必要があり、これも事前に粘性率がずり速度により影響を受けないことを確認することにより、検証できる。粘性率がずり速度により影響を受けないことを確認するには、反応液の粘度を例えば、回転数６ｒｐｍと６０ｒｐｍで測定し、それらの粘度比が約１であれば、その反応液はほぼニュートン流体であると判断する。
【００３６】
この際に、特に溶媒である脂肪族アルコールの沸点以上で反応を行う場合には、加圧下に反応を行わないと沸騰状態になり、予期せぬ剪断応力がかかるので所望の細くて長いワイヤを得ることが出来ない。
【００３７】
また、工業的に製造を行う場合には、低剪断応力下に所定の反応温度に早く到達させ、その後も低剪断応力状態を保つために、図１に示すような装置で反応させることが好ましい。
【００３８】
図１において、例えばＡ液は前記第１の溶液（金属塩、ポリマー、脂肪族アルコール）であり、Ｂ液は前記第２の溶液（ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩から選択される少なくとも一種、脂肪族アルコール）である。溶液の成分の組み合わせは他にも考えられるが、金属塩と、ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩から選択される少なくとも一種は共存させない方が好ましい。両者が共存すると、昇温中、目的温度に達する前に反応が進行し始め、ナノワイヤの形状が不揃いになる可能性がある。
【００３９】
Ａ液とＢ液を予め別途調製し、予熱器１０ａ、１０ｂにより反応温度まで予熱した後、低剪断応力下にマイクロリアクターや管状反応器で混合し、反応温度まで加熱した反応装置１２に入れて熟成させる。
【００４０】
また、ループリアクターを用いゆっくりした循環速度で反応を行うことも出来る。
【００４１】
代わりに、第１溶液と第２溶液の混合、または、金属の塩と、ポリマーと、ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩および硫酸塩から選択される少なくとも一種と、脂肪族アルコールとの混合（反応液の調製）を反応が進行しない温度（例えば室温）で行い、その後反応液を簡易剪断応力が１０ｍＰａ・ｍ以下、より好ましくは５ｍＰａ・ｍ以下、さらに好ましくは２ｍＰａ・ｍ以下となる条件で反応温度まで加温し、所定時間反応を行うことも出来る。
【００４２】
また、本実施形態では反応時の反応液の紫外・可視吸収スペクトルを観察することを特徴の一つとしている。反応開始時点は、ナノワイヤに基づく紫外・可視吸収スペクトルはほとんど観察されないが、Ａｇの場合には反応の進行に伴いナノワイヤの紫外・可視吸収スペクトルは３５０〜３７０ｎｍに観察され、ナノ粒子のスペクトルは４２０ｎｍ付近に観察される。また、反応混合物として３８０〜３８９ｎｍあたりをピークとするブロードなピークも現れる。
【００４３】
従って低剪断応力下で反応を行うと、ナノワイヤの成長とともに、４２０ｎｍ／３５０ｎｍの吸収強度比率を計算すると少なくとも２以下、通常は１．５以下であり、３８０ｎｍのピーク強度は高くなっていく。ただし、この状態で引き続き反応を継続すると、粒子状の不純物が増える。このような粒子状の不純物の増加を防ぐためには、４２０ｎｍと３５０ｎｍのピークの比率が２を超える前、より好ましくは１．５を超える前に、更に３８０ｎｍの吸収強度がピーク時の半分以下にならない時点で反応を停止することにより、細く長い金属ナノワイヤを製造することが出来る。３５０ｎｍの吸収がピーク状（極大値を有する）であり、ショルダー状（極大値を有さない）になる前に反応を停止させることがさらに好ましい。
【００４４】
なお、３８０ｎｍについては金属塩の濃度によりピーク強度が異なってくるので、連続的に観察することが好ましいが、工業的には製造で実施する濃度を決めれば、ピーク強度については予め設定濃度で反応時間に伴う反応液の紫外・可視吸収スペクトル変化を追跡し、その結果得られた吸収強度の最大値を指標とすることが出来る。
【００４５】
上述の説明ではＡｇの場合を例示した。他の金属を使用する場合には、使用する金属の塩の種類、濃度等反応液の組成が上記Ａｇの場合とは異なるので注目すべき波長は変化するが、同様に反応の進行に伴う反応液の紫外・可視吸収スペクトル情報から反応時間を制御することができる。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。なお、以下の実施例は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。【００４７】
反応液の調製
図１に概略を示した装置を用いて反応を行うための反応液を以下の通り調製した。
Ａ液の調製：エチレングリコール５００ｇにポリビニルピロリドン（（株）日本触媒製  重量平均分子量１１０万）１ｇ、硝酸銀（和光純薬工業（株）製試薬）１．２５ｇを溶解した。
Ｂ液の調製:塩化第二鉄（和光純薬工業（株）製試薬特級）９．１６ｍｇをエチレングリコール（和光純薬工業（株）製試薬特級）１７ｇに溶解した。【００４８】
上記の通り調製したＡ液、Ｂ液を室温でビーカー中で磁気撹拌子を用いて混合し、２０℃、４０℃、６０℃の粘度を各々測定し、１／Ｔ（Ｔは絶対温度）と粘度の対数をプロットすることにより、高温での粘度を推定した。粘度の実測値と推定値を以下の表１に示す。【００４９】
【表１】
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【００５０】
Ａ液とＢ液との混合液を、三口の上蓋がついた内径１２ｃｍのセパラブルの円筒型１リットルフラスコに入れ、ジムロート冷却器をつけスリーワンモーターで攪拌しながら、所定の温度に設定したオイルバスで加熱した。【００５１】
なお、内径１２ｃｍとスリーワンモーターの回転数、及び上記粘度から簡易剪断応力[ｍＰａ・ｍ] (外周の線速度[ｍ／ｓ]×粘度η[ｍＰａ・ｓ]) を算出した。算出した１５０℃での各回転数での簡易剪断応力を表２示す。【００５２】
【表２】
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【００５３】
簡易剪断応力を変化させて１５０℃で１時間反応させた各反応液の紫外・可視吸収スペクトルを図２に示す。これらの紫外・可視吸収スペクトルから求められた４２０ｎｍと３５０ｎｍの吸収強度比率を表３に示す。【００５４】
【表３】
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【００５５】
また、各条件で生成したＡｇナノワイヤの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図３に示す。図３（ａ）が、簡易剪断応力が０．１７ｍＰａ・ｍの場合であり、図３（ｂ）が、簡易剪断応力が１．７ｍＰａ・ｍの場合であり、図３（ｃ）が、簡易剪断応力が５．１ｍＰａ・ｍの場合であり、図３（ｄ）が、簡易剪断応力が１０．２ｍＰａ・ｍの場合である。【００５６】
図３（ｄ）に示されるように、簡易剪断応力１０．２ｍＰａ・ｍで合成したものに、粒子状の副生物が多く含まれていることがわかる。これは、簡易剪断応力が１０ｍＰａ・ｍを超えたためと考えられる。また、粒子状の副生物が増加した結果、紫外・可視吸収スペクトルから求めた４２０ｎｍと３５０ｎｍの吸収強度比率が４．６と高くなっている。【００５７】
また、簡易剪断応力が１５０℃で１．７ｍＰａ・ｍでの反応液の紫外・可視吸収スペクトル経時変化を図４に示す。また、これらの紫外・可視吸収スペクトルから求められた各々の反応時間での３８０ｎｍの吸収強度と、４２０ｎｍと３５０ｎｍの吸収強度比率との関係を表４に示す。【００５８】
【表４】
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【００５９】
反応時間１．５時間および３時間で生成したＡｇナノワイヤの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図５（ａ）、（ｂ）に示す。図５（ａ）が反応時間１．５時間のものであり、図５（ｂ）が反応時間３時間のものである。３時間後には粒子状の副生物が観察されるようになっていることがわかる。これは、紫外・可視吸収スペクトルから求めた３８０ｎｍでの吸収強度がピーク時（反応時間が１時間のときの吸収強度）の半分以下（０．４２）となるまで反応を継続したためと考えられる。
【符号の説明】
【００６０】
１０ａ、１０ｂ  予熱器、１２  反応装置。
【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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【国際調査報告】
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