(57)【要約】  【解決手段】  電磁妨害および無線周波妨害に対する遮蔽に適した、焼結金属ナノ粒子を含む凝集性金属構造を開示する。また、そのような構造の構築方法も開示する。電磁放射の遮蔽装置、およびそのような装置を用いた電磁放射の遮蔽方法もまた提供する。  【選択図】      図１（Ｃ）
2010520626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝集性金属遮蔽構造であって、
基質上に溶着し、焼結することにより凝集性金属遮蔽構造を形成する金属ナノ粒子の集合体を有するものであり、
前記凝集性金属遮蔽構造は約２０マイクロメートル以下の固有の厚みを有し、
前記凝集性金属遮蔽構造は約５０ｍｏｈｍｓ／ｓｑｕａｒｅ／ｍｉｌ以下のシート抵抗を有するものである、凝集性金属遮蔽構造。
【請求項２】
請求項Ａ記載の凝集性金属遮蔽構造において、前記シート抵抗は少なくとも約１ｍｏｈｍｓ／ｓｑｕａｒｅ／ｍｉｌである。
【請求項３】
請求項１記載の凝集性金属遮蔽構造において、前記金属ナノ粒子の少なくとも１つは、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、アルミニウム、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、またはそれらのあらゆる組合せを含むものである。
【請求項４】
請求項１記載の前記凝集性金属遮蔽構造において、前記金属ナノ粒子の少なくとも１つは、銀、銅、金、ニッケル、アルミニウム、またはそれらのあらゆる組合せを含むものである。
【請求項５】
請求項１記載の凝集性金属遮蔽構造において、前記組成物は約１４０℃以下の温度における焼結によって前記凝集性金属遮蔽構造を形成するものである。
【請求項６】
請求項１記載の凝集性金属遮蔽構造において、前記組成物は約９０秒以下の焼結によって前記凝集性金属遮蔽構造を形成するものである。
【請求項７】
請求項１記載の凝集性金属遮蔽構造において、前記ナノ粒子の集合体は、数値に基づいて、約１００ｎｍ以下の平均粒子サイズである特徴を有するものである。
【請求項８】
請求項１記載の凝集性金属遮蔽構造において、前記ナノ粒子の集合体は、数値に基づいて、平均粒子サイズ約５０ｎｍ以下である特徴を有するものである。
【請求項９】
請求項１記載の凝集性金属遮蔽構造において、前記ナノ粒子の集合体は焼結されるものである。
【請求項１０】
請求項９記載の組成物において、前記焼結ナノ粒子は連続的網状フィルムである特徴を有するものである。
【請求項１１】
請求項１記載の凝集性金属遮蔽構造において、前記ナノ粒子は実質的に球状である特徴を有するものである。
【請求項１２】
請求項１記載の凝集性金属遮蔽構造において、前記凝集性金属遮蔽構造の密度は、実質的に前記ナノ粒子の金属部分から成るバルク金属の密度より小さいものである。
【請求項１３】
請求項１２記載の凝集性金属遮蔽構造において、前記凝集性金属遮蔽構造の密度は銀の嵩密度より小さいものである。
【請求項１４】
請求項１記載の凝集性金属遮蔽構造において、前記凝集性金属遮蔽構造は焼結ナノ粒子の連続的多孔性ネットワークであること特徴を有するものである。
【請求項１５】
基質上に凝集性金属遮蔽構造を形成する方法であって、
水性溶媒中に分散した金属ナノ粒子の集合体を含む組成物を前記基質上に溶着する工程であって、前記金属ナノ粒子の集合体の少なくとも一部は約１ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲の平均断面直径を有することで特徴付けられる個々の金属ナノ粒子を含み、前記ナノ粒子のそれぞれはその表面に結合した少なくとも１つのリガンドを含み、前記リガンドは前記ナノ粒子表面に結合したヘテロ原子頭部基および前記ヘテロ原子頭部基へ結合した尾部を含むものである、前記溶着する工程と、
約１４０℃以下の温度で前記組成物を硬化する工程であって、それにより約５０ｍｏｈｍｓ／ｓｑｕａｒｅ／ｍｉｌ以下のシート抵抗を有する凝集性金属遮蔽構造をもたらすものである、前記硬化工程と
を有する方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法において、前記溶着する工程は、１若しくはそれ以上の被覆または印刷方法を用いた、水性溶媒中において前記金属ナノ粒子を含む組成物を被覆する工程を含むものである。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法において、前記印刷方法は、フレキソ印刷、輪転グラビア印刷、リソグラフ印刷、凹版印刷、凸版印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷、レーザー印刷、またはそれらのあらゆる組合せを含むものである。
【請求項１８】
請求項１６記載の方法において、前記被覆方法は、噴霧被覆、浸漬被覆、スピンコーティング、ブレードコーティング、または線材被覆、またはそれらのあらゆる組合せを含むものである。
【請求項１９】
請求項１５記載の方法において、水性溶媒中において少なくとも１つの金属ナノ粒子を含む前記組成物は、約１５０ミクロン以下の厚みで溶着するものである。
【請求項２０】
請求項１５記載の方法において、水性溶媒中において少なくとも１つの金属ナノ粒子を含む前記組成物は、約５０ミクロン以下の厚みで溶着するものである。
【請求項２１】
請求項１５記載の方法において、水性溶媒中の少なくとも１つの金属ナノ粒子を含む前記組成物は、約２０ミクロン以下の厚みで溶着するものである。
【請求項２２】
請求項１５記載の方法において、水性溶媒中の少なくとも１つの金属ナノ粒子を含む前記組成物は、約１０ミクロン以下の厚みで溶着するものである。
【請求項２３】
請求項１５記載の方法において、水性溶媒中の少なくとも１つの金属ナノ粒子を含む前記組成物は、約５ミクロン以下の厚みで溶着するものである。
【請求項２４】
請求項１５記載の方法において、水性溶媒中の少なくとも１つの金属ナノ粒子を含む前記組成物は、約３ミクロン以下の厚みで溶着するものである。
【請求項２５】
請求項１５記載の方法において、水性溶媒中の少なくとも１つの金属ナノ粒子を含む前記組成物は、約２ミクロン以下の厚みで溶着するものである。
【請求項２６】
請求項１５記載の方法において、水性溶媒中の少なくとも１つの金属ナノ粒子を含む前記組成物は、約１ミクロン以下の厚みで溶着するものである。
【請求項２７】
請求項１５記載の方法において、前記凝集性構造は約５０マイクロメートル以下の厚みを有するものである。
【請求項２８】
請求項１５記載の方法において、この方法は、さらに、
硬化する工程の前または後の１若しくはそれ以上の乾燥工程を有するものである。
【請求項２９】
請求項１５記載の方法において、前記ナノ粒子の集合体は、さらに、
２若しくはそれ以上の個別のナノ粒子を含む粒子塊、２若しくはそれ以上の個別のナノ粒子を含むナノ粒子フロック、またはそれらのあらゆる組合せを有するものである。
【請求項３０】
請求項２９記載の方法において、前記個別の金属ナノ粒子の集合体の粒子塊に対する重量比は約１：９９〜９９：１の範囲である。
【請求項３１】
請求項２９記載の方法において、前記個別の金属ナノ粒子の集合体の粒子フロックに対する重量比は約１：９９〜９９：１の範囲である。
【請求項３２】
請求項２９記載の方法において、ナノ粒子塊は約１００ｎｍ〜約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。
【請求項３３】
請求項２９記載の方法において、ナノ粒子フロックは約１００〜約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。
【請求項３４】
請求項１５記載の方法において、個別の金属ナノ粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、アルミニウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化アルミニウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、またはそれらのあらゆる組合せを含むものである。
【請求項３５】
請求項１５記載の方法において、前記水性媒は約１０グラム／リットル〜約６００グラム／リットルの範囲で金属塩を溶媒和可能なものである。
【請求項３６】
請求項１５記載の方法において、前記ナノ粒子は約０．５ｗｔ％〜約７０ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項３７】
請求項１５記載の方法において、前記リガンドは約０．５ｗｔ％〜約７５ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項３８】
請求項１５記載の方法において、前記水媒体は約３０〜約９８ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項３９】
請求項１５記載の方法において、前記組成物は、約１４０℃以下の温度での約６０秒以下の硬化工程の後、約１０μｍ以下の厚みの凝集性構造を形成することが可能なものである。
【請求項４０】
請求項３９記載の方法において、前記凝集性構造は、対応する金属のバルク抵抗率の約２倍〜約１５倍の範囲の抵抗性を有するものである。
【請求項４１】
請求項１５記載の方法において、この方法は、
第１の基質上に前記組成物を溶着する工程と、
約１４０℃以下の温度において前記組成物を硬化する工程であって、約５０ｍｏｈｍｓ／ｓｑｕａｒｅ／ｍｉｌ以下のシート抵抗を有する凝集性金属遮蔽構造をもたらすものである、前記硬化する工程と
を有するものである。
【請求項４２】
請求項４１記載の方法において、この方法は、さらに、
前記第１の基質を第２の基質に固定する工程を有するものであり、
前記溶着工程は積層法、接着、クラッド法、またはそれらのあらゆる組合せを含むものである。
【請求項４３】
請求項４１記載の方法において、この方法は、さらに、
硬化工程の前または後に１若しくはそれ以上の乾燥工程を有するものである。
【請求項４４】
請求項１５記載の方法において、この方法は、
第１の基質を第２の基質に固定する工程を有するものであり、
前記固定工程は積層法、接着、クラッド法、またはそれらのあらゆる組合せを含むものである。
【請求項４５】
請求項４４記載の方法において、この方法は、さらに、
前記第１の基質を第２の基質に固定する工程を有するものであり、
前記固定工程は積層法、接着、クラッド法、またはそれらのあらゆる組合せを含むものである。
【請求項４６】
請求項４４記載の方法において、この方法は、さらに、
前記組成物を前記第１の基質上への溶着、前記第２の基質上への溶着、またはそれらのあらゆる組合せを有するものである。
【請求項４７】
請求項４４記載の方法において、前記組成物は、約１４０℃以下の温度で硬化することにより、約５０ｍｏｈｍｓ／ｓｑｕａｒｅ／ｍｉｌ以下のシート抵抗を有する凝集性金属遮蔽構造をもたらすものである。
【請求項４８】
請求項４７記載の方法において、この方法は、さらに、
硬化工程の前または後に１若しくはそれ以上の乾燥工程を有するものである。
【請求項４９】
請求項１５記載の方法において、前記組成物は、さらに、接着剤、流動性調整剤、増粘剤、またはそれらのあらゆる組合せを有するものである。
【請求項５０】
装置であって、
基質上に溶着され、焼結されることにより凝集性金属遮蔽構造を形成する金属ナノ粒子の集合体を含み、前記凝集性金属遮蔽構造は約２０マイクロメートル以下の厚みおよび約５０ｍｏｈｍｓ／ｓｑｕａｒｅ／ｍｉｌ以下のシート抵抗を有することで特徴付けられるものである、装置。
【請求項５１】
方法であって、請求項５０記載の装置を用いて電磁放射を遮蔽する工程を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００７年３月１日に出願した出願第６０／８９２，４０７号、"ＳＨＩＥＬＤＩＮＧ  ＢＡＳＥＤ  ＯＮ  ＭＥＴＡＬＬＩＣ  ＮＡＮＯＰＡＲＴＩＣＬＥ  ＣＯＭＰＯＳＩＴＩＯＮＳ"に対して優先権を主張するものであり、この参照によってその全体が本願明細書に組み込まれるものである。
【０００２】
本発明はナノ粒子の分野に関連するものである。本発明はまた、電磁妨害の遮蔽および無線周波妨害の遮蔽の分野にも関連するものである。
【背景技術】
【０００３】
金属ナノ粒子は、その特異的性質から、現在では金属薄片が用いられている様々な適用に対する候補物質である。金属薄片は偶然接触によって導電性経路が構築されるが、これは、本質的に接点の抵抗性が高く、システム中で基本的に不純物として振る舞うことから、比較的非効率な過程である。
【０００４】
電磁妨害（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：ＥＭＩ）および無線周波妨害（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：ＲＦＩ）は、高導電性の遮蔽材料の利用を取り入れた２つの商業的応用である。そのような応用において、典型的には、遮蔽材料が携帯電話などの装置のプラスチック筐体内部に噴霧される。
【０００５】
現在、金属薄片は遮蔽材料において導電性成分として用いられている。幾つかの方法では、金属薄片は、有機溶媒中、接着促進剤および他の添加剤と共に形成される。幾つかの市販の金属薄片形成体は有機溶媒を含む。
【０００６】
一般的に、金属薄片を比較的に高温条件下で処理した場合、前記薄片は遮蔽に用いられる粗い導電性ネットワークに融合される。しかし、金属薄片ネットワークは完全に連続的ではない。
【０００７】
さらに、金属薄片は焼結して金属ネットワーク遮蔽物を形成することが不可能であり、金属薄片ネットワーク遮蔽物の形成に必要とされる比較的に高温の条件は、そのような遮蔽物が形成される基質の範囲を制限するものである。さらに、金属薄片組成物に用いられる有機溶媒を取り扱う際について回る問題から、有機溶媒金属薄片システムは幾つかの応用に対して最適ではない。
【０００８】
さらに、金属薄片遮蔽物構造を形成するためには、数分間の処理時間が必要とされることがある。
【０００９】
従って、ＥＭＩおよびＲＦＩから電子機器を遮蔽することが可能な連続的且つ高導電性の金属構造の形成方法であって、そうした構造を焼結といった穏やかな処理条件下で金属および溶媒の使用を最小限にしながら急速に形成することを可能とする方法が必要である。金属薄片遮蔽システムに伴う厳しい処理条件に耐えられない基質上に遮蔽構造を形成するために、前記構造を前述の穏やかな処理条件下で形成する組成物が必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
最小限の金属を用いて形成され、さらに穏やかな温度条件下での凝集性遮蔽構造を形成することが可能な金属遮蔽構造を提供することに関連した課題を克服するために、本発明は、とりわけ、基質上に溶着されさらに焼結により凝集性金属遮蔽構造を形成する金属ナノ粒子の集合を含み、前記凝集性金属遮蔽構造は約２０マイクロメートル以下の特有の厚みを有し、さらに前記凝集性金属遮蔽構造は約５０ｍｏｈｍｓ／ｓｑｕａｒｅ／ｍｉｌ以下のシート抵抗を有する金属遮蔽構造を提供する。
【００１１】
他の態様において、本発明は、基質上に凝集性金属遮蔽構造を形成する方法を提供するものであり、この方法は、水性溶媒中に分散した金属ナノ粒子の集合体を含む組成物を基質上に溶着する工程を有し、前記金属ナノ粒子の集合体の少なくとも一部は約１ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲の平均断面積を有することで特徴付けられる個々の金属ナノ粒子を含み、さらにそれぞれのナノ粒子はその表面に結合する少なくとも１つのリガンドを含み、前記リガンドは前記ナノ粒子表面へ結合したヘテロ原子頭部基およびヘテロ原子頭部基へ結合した尾部を含むものである、前記溶着する工程と、約１４０℃以下の温度での前記組成物を硬化する工程であって、約５０ｍｏｈｍｓ／ｓｑｕａｒｅ／ｍｉｌ以下のシート抵抗を有する凝集性金属遮蔽構造を生じさせるものである、前記硬化する工程とを有するものである。
【００１２】
本発明はまた、基質上に溶着および焼結することにより凝集性金属遮蔽構造を形成する金属ナノ粒子の集合体を含む装置を提供するものでもあり、前記凝集性金属遮蔽構造は約２０マイクロメートル以下の厚みおよび約５０ｍｏｈｍｓ／ｓｑｕａｒｅ／ｍｉｌ以下のシート抵抗を有することで特徴付けられるものである。そのような装置の電磁放射の遮蔽に対する使用についても提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本要約は、以下の詳細な説明と同様に、添付の図面と併せて読むことによりさらに理解が深まるものである。本発明を説明する目的で、図面には、本発明の典型的な実施形態を示した。しかし、本発明は開示する特定の方法、組成物、および装置に限定されるものではない。さらに、図面は必ずしも縮尺通りに描かれていない。
【図１（Ａ）】図１（Ａ）は、本発明によって合成した銀ナノ粒子の透過型電子顕微鏡（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）写真である。
【図１（Ｂ）】図１（Ｂ）は、１００℃で１分間硬化させた本発明の組成物を含む配線の走査型電子顕微鏡（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｎｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）写真を図示したものである。
【図１（Ｃ）】図１（Ｃ）は、８５℃で３分間硬化させた本発明の組成物を含む配線のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示の一部を形成する添付の図面および実施例と合わせて、以下の詳細な説明を参照することにより、本発明はより容易に理解される。本発明は本願明細書に記述および／または示した特定の装置、方法、適用、条件、またはパラメータに限定されるものではなく、本願明細書で用いる用語は例として特定の実施形態を記載する目的のものであって、本請求発明を限定することを意図したものではないことが理解される。また、添付の請求項を含めた本願明細書で用いる単数形の"ａ""ａｎ"および"ｔｈｅ"は複数形を含み、文脈が明確に別のことを示していない限り、特定の数値への言及は少なくともその特定の数値を含むものである。本願明細書で用いる「複数」という用語は、１よりも多いことを意味する。値の範囲が示されている場合、他の実施形態は特定の１つの値および／または他の特定の値を含む。同様に、先行詞「約」の使用により値を概算で表現する場合には、特定の値が他の一実施形態を形成すると理解されるものである。全ての範囲は包含的および結合可能である。
【００１５】
本発明の特定の特徴は、本願明細書において明確にするために別の実施形態の文脈中に記載されているが、単一の実施形態中で組み合わせて提供することもまた可能である。逆に、簡潔のために単一の実施形態中で記載した本発明の様々な特徴は個別に、または他のあらゆる組合せで提供することも可能である。さらに、範囲として記載した値への言及は、その範囲中の全ての値を含む。
【００１６】
用語
本願明細書で用いる場合、「ｍｉｌ」とは、１インチの１／１０００を意味する。１ｍｉｌはまた、２５．４マイクロメートルと同等である。
【００１７】
本願明細書で用いる場合、「シート抵抗」とは、電気抵抗をスクエア（ｓｑｕａｒｅ）で割ったものを意味する。
【００１８】
本願明細書で用いる場合、「スクエア（ｓｑｕａｒｅ）」とは、フィルムまたは層の長さを前記フィルムまたは層の長さで割ったものを意味する。
【００１９】
本願明細書で用いる場合、「ｍｏｈｍｓ」という用語は、ミリオームまたは１０００分の１オームに言及するものである。
【００２０】
本願明細書で用いる場合、「水性（ａｑｕｅｏｕｓ）」という用語は、水を含有することを意味する。
【００２１】
本願明細書で用いる場合、「結合」という用語は、共有結合、イオン結合、水素結合、配位結合、およびそれらに類するものを意味する。
【００２２】
本願明細書で用いる場合、「尾部（ｔａｉｌ）」という用語は、炭素原子の直鎖、分岐鎖、または環状鎖を意味し、前記鎖は脂肪族であっても良く、さらに前記鎖はそれを構成する１若しくはそれ以上の炭素原子に結合した１若しくはそれ以上のさらなる官能基を有するものであっても良い。例としては、前記鎖の１つのメンバーに結合したアルコール基を有する脂肪族化合物炭素原子の鎖である。
【００２３】
本願明細書で用いる場合、「ヘテロ原子頭部基（ｈｅｔｅｒｏａｔｏｍｉｃ  ｈｅａｄ  ｇｒｏｕｐ）」という用語は、少なくとも１つの原子を含む官能基であって、前記官能基中の少なくとも１つの原子が炭素以外の原子であるものを意味する。例としては、窒素、硫黄、または酸素を含む。
【００２４】
本願明細書で用いる場合、「凝集性（ｃｏｈｅｓｉｖｅ）」という用語は、単一の存在として一体化して分離に抵抗することを意味する。
【００２５】
本願明細書で用いる場合、「錯体化（ｃｏｍｐｌｅｘｉｎｇ）」という用語は、金属原子またはイオンとの配位結合の形成を意味する。
【００２６】
本願明細書で用いる場合、「リガンド（ｌｉｇａｎｄ）」という用語は、他の化学的実体と結合してより大きな複合体を形成する分子または分子群を意味する。例としては、リガンドの孤立電子対から金属の空の電子軌道への電子供与を通して配位結合によって金属または金属イオンに結合する分子群を含む。
【００２７】
本願明細書で用いる場合、「集合（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ）」という用語は、２若しくはそれ以上の粒子が可逆的に集合して、前記粒子表面が互いに接触しないことを意味する。
【００２８】
本願明細書で用いる場合、「フロック（ｆｌｏｃ）」という用語は、２若しくはそれ以上の粒子が可逆的に集合して、前記粒子表面が互いに接触しないことを意味する。
【００２９】
本願明細書で用いる場合、「バルク抵抗率（ｂｕｌｋ  ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）」という用語は、特定の物体を構成する材料の固有の抵抗性を意味する。例えば、銀で製作した鋳塊のバルク抵抗率は、銀に固有の抵抗性であろう。他の例としては、銀および金を含む合金で製作した鋳塊のバルク抵抗率は、銀および金の合金に固有の抵抗性であろう。
【００３０】
本願明細書で用いる場合、「凝集体（ａｇｇｒｅｇａｔｅ）」「凝集（ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）」、および同様の表現の用語は、非可逆的に融合、接続、または結合（ｎｅｃｋｅｄ）した２若しくはそれ以上の粒子を含む、一体化した構造を意味する。
【００３１】
本願明細書で用いる場合、「対応する金属（ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ  ｍｅｔａｌ）」という用語は、物体を構成する金属を意味する。
【００３２】
金属遮蔽構造であって、この金属遮蔽構造は、基質上に溶着しさらに焼結することにより凝集性金属遮蔽構造を形成する金属ナノ粒子の集合体を含み、前記凝集性金属遮蔽構造は約２０マイクロメートル以下の特有の厚みを有し、さらに約５０ｍｏｈｍｓ／ｓｑｕａｒｅ／ｍｉｌ以下のシート抵抗を有するものである、金属遮蔽構造が提供される。
【００３３】
凝集性金属遮蔽構造は適切には少なくとも約１ｍｏｈｍｓ／ｓｑｕａｒｅ／ｍｉｌのシート抵抗を有する。好ましくは、金属ナノ粒子の少なくとも１つは、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、アルミニウム、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、またはそれらのあらゆる組合せを含む。一部の実施形態において、前記金属ナノ粒子の少なくとも１つは、銀、銅、金、ニッケル、アルミニウム、またはそれらのあらゆる組合せを含む。
【００３４】
組成物は、約１４０℃以下の温度における焼結後、凝集性金属遮蔽構造を形成することが可能である。一部の実施形態では、前記組成物は焼結後約９０秒以下で凝集性金属遮蔽構造を形成することが可能である。
【００３５】
ナノ粒子の集合体は、数値に基づいて約１００ｎｍ以下の平均粒子サイズを有することで特徴付けられると考えられる。前記ナノ粒子の集合体は、数値に基づいて約５０ｎｍ以下の平均粒子サイズを有するものとして特徴付けられる。
【００３６】
前記ナノ粒子の集合体は、一部の実施形態において、実質的に球状であるものとして適切に特徴付けられる。
【００３７】
焼結した場合のナノ粒子の集合体は連続的網状フィルムであることで特徴付けられる。
【００３８】
凝集性金属遮蔽構造は、バルク金属の密度以下の密度を有すると考えられる。本発明の範囲を限定するものではないが、凝集性金属遮蔽構造は対応するバルク金属密度の４０％程度まで低い密度を有することが可能であると考えられる。
【００３９】
凝集性金属遮蔽構造は、焼結ナノ粒子の連続的な多孔性ネットワークであることで特徴付けられることが可能である。
【００４０】
さらに、基質上への凝集性金属遮蔽構造の形成方法が開示される。この方法は、水性溶媒中に分散した金属ナノ粒子の集合体を含む組成物を基質上に溶着する工程であって、前記金属ナノ粒子の集合体の少なくとも一部は約１ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲の平均断面直径を有することで特徴付けられる個々の金属ナノ粒子を含み、さらに各ナノ粒子がその表面に結合した少なくとも１つのリガンドを含み、前記リガンドは前記ナノ粒子表面へ結合したヘテロ原子頭部基およびヘテロ原子頭部基に結合した尾部を含む、前記溶着する工程と、さらに、約１４０℃以下の温度での前記組成物の硬化工程であって、約５０ｍｏｈｍｓ／ｓｑｕａｒｅ／ｍｉｌ以下のシート抵抗を有する凝集性金属遮蔽構造を生じさせるものである、前記硬化工程を含むものである。
【００４１】
適切な溶着工程は、１若しくはそれ以上の被覆または印刷方法を用いて、金属ナノ粒子を含む組成物を水性溶媒中で被覆する工程を含む。
【００４２】
適切な印刷方法は、フレキソ印刷、輪転グラビア印刷、リソグラフ印刷、凹版印刷、凸版印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷、レーザー印刷、およびそれらのあらゆる組合せを含む。
【００４３】
適切な被覆方法は、噴霧被覆、浸漬被覆、スピンコーティング、ブレードコーティング、または線材被覆を含む。
【００４４】
ナノ粒子は、約１５０ミクロン以下の厚み、または約５０ミクロン以下の厚み、または約２０ミクロン以下の厚みで基質上に溶着可能である。一部の実施形態において、水性溶媒中、少なくとも１つの金属ナノ粒子を含む組成物は、約１０ミクロン以下の厚み、約５ミクロン以下の厚み、約３ミクロン以下の厚み、またはさらに約２以下または約１ミクロン以下の厚みで溶着される。
【００４５】
凝集性構造は適切には約５０マイクロメートル以下の厚みを有する。一部の実施形態において、前記凝集性構造は約１０ミクロン以下、または約５ミクロン以下の厚みを有する。
【００４６】
本方法は、場合によっては、硬化工程の前または後に、１若しくはそれ以上の乾燥工程を含むことが可能である。本発明は特定の操作様式に限定されるものではないが、前記追加的な乾燥工程は、過剰な溶媒または水性の種類のものを除去することにより、連続的な導電性遮蔽ネットワークの形成を促進するものと考えられる。
【００４７】
前記方法のナノ粒子の集合体は、さらに、２若しくはそれ以上の個別のナノ粒子を含む粒子塊、２若しくはそれ以上の個別のナノ粒子を含むナノ粒子フロック、またはそれらのあらゆる組合せを含むものである。
【００４８】
個別の金属ナノ粒子の集合の粒子塊に対する重量比は、約１：９９〜９９：１の範囲である。また、個別の金属ナノ粒子の集合の、粒子フロックに対する重量での比率は、約１：９９〜９９：１の範囲であると考えられる。
【００４９】
ナノ粒子塊またはフロックは、約１００ｎｍ〜約１０，０００ｎｍの範囲の平均断面直径を有することが可能である。
【００５０】
本方法の個別の金属ナノ粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、アルミニウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化アルミニウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、またはそれらのあらゆる組合せを含むことが可能である。
【００５１】
本方法によって意図される水性溶媒は、約１０グラム／リットル〜約６００グラム／リットルの範囲で金属塩を溶媒化可能なものである。
【００５２】
開示方法における組成物のナノ粒子は、約０．５ｗｔ％〜約７０ｗｔ％の範囲で存在する。リガンドは約０．５ｗｔ％〜約７５ｗｔ％の範囲で存在可能であり、溶媒は約３０〜約９８ｗｔ％の範囲で存在する。
【００５３】
組成物は、約１４０℃以下の温度での約６０秒以下の硬化工程の後に、厚み約１０μｍ以下の凝集性構造を形成可能である。一部の実施形態において、前記凝集性遮蔽構造は対応する金属のバルク抵抗率に対して約２倍〜約１５倍の範囲の抵抗性を有する。
【００５４】
一部の実施形態において、本方法は、第１の基質上に組成物の溶着する工程と、約１４０℃以下の温度で組成物を硬化する工程であって、約５０ｍｏｈｍｓ／ｓｑｕａｒｅ／ｍｉｌ以下のシート抵抗を有する凝集性金属遮蔽構造を生じさせる、前記硬化する工程とを含むものである。それら実施形態は、さらに、第１の基質を第２の基質に固定する工程を含むものである。適切な固定方法は、積層法、接着、クラッド法、またはそれらのあらゆる組合せを含む。硬化の前または後の１若しくはそれ以上の乾燥工程もまた実行可能である。
【００５５】
他の実施形態において、本方法は、第１の基質を第２の基質に固定する工程を含み、前記固定する工程は積層法、接着、クラッド法、またはそれらのあらゆる組合せを含む。固定は接着、凝集、または静電的に達成可能である
第１の基質は第２の基質に固定可能である。適切な固定方法は上述した通りである。
【００５６】
それら他の実施形態は、さらに、第１の基質上、２番目の基質上、またはそれらのあらゆる組合せの基質上に、組成物を溶着する工程と、約１４０℃以下の温度で組成物を硬化する工程であって、約５０ｍｏｈｍｓ／ｓｑｕａｒｅ／ｍｉｌ以下のシート抵抗を有する凝集性金属遮蔽構造を生じさせるものである、前記硬化する工程とを含むものである。硬化の前または後に１若しくはそれ以上の乾燥工程を適切に実行することが可能である。
【００５７】
開示した方法の組成物は、接着剤、流動性調整剤、増粘剤、またはそれらのあらゆる組合せを含むことが可能である。
【実施例１】
【００５８】
２２．２グラムの３５ｗｔ％銀ナノ粒子分散物に、０．４４グラムの２５ｗｔ％ポリビニルアルコール溶液（Ａｌｄｒｉｃｈ  ９，０００〜１０，０００Ｍｗ）および１．１４グラムのアクリル系ナノ粒子のラテックス分散を添加することにより、インク組成物を調製した。これらの材料を共に良く混合して、得られたインクのフィルムを直径０．０００３インチ（０．３ｍｉｌ）の巻線材を用いて０．００５インチ（５ｍｉｌ）厚のポリエステルフィルム上に溶着し、１３０℃で３０秒間硬化することにより、凝集性および導電性の銀フィルムを得た。基質へのフィルムの接着は、実施例２に記述してあるテープ・テスト方式の利用によって評価した。一部の材料は基質から除去した基質から除去した
【実施例２】
【００５９】
銀ナノ粒子の水性懸濁液（約４２ｗｔ％銀）を含む組成物を３ｗｔ％ポリビニルアルコール（ＰＶＯＨ）溶液（２５ｗｔ％ＰＶＯＨ）と混合した。サンプルは８０℃で５〜１５分間乾燥した。それらサンプルは概算１．５ミクロン厚において３０〜４５ｍｏｈｍｓ／ｓｑのシート抵抗を示した。標準化したシート抵抗（２５．４ミクロン当たり、または１ｍｉｌ当たり）は約１．８ｍｏｈｍｓ／ｓｑ／ｍｉｌであった。
【００６０】
【表１】
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【００６１】
表１に見られる通り、本発明による材料Ａ１およびＡ２は、試験した既存材料である比較材料１および２から区別される特定の特性を示している。
【００６２】
第１に、表１の列ＣおよびＤに見られる通り、本発明による材料は、試験した既存材料と比較して、重量当たりのベースで基質のより広い表面領域を被覆可能である。
【００６３】
第２に、本発明による材料は、試験した既存材料と比較して、より高いシート抵抗を示している。このことは表１の列Ｅに示されている。表１の列Ｆに見られる通り、本発明による材料は、試験した比較材料よりも薄い厚みでそれだけのシート抵抗を実現している。結果として、表１の列Ｇに見られる通り、本発明による材料は、試験した比較材料と比べて、厚み当たりのベースでより優れたシート抵抗を示している。
【００６４】
従って、表１に見られる通り、本発明による材料は試験した比較材料と比べて、厚み当たり、および面積当たりベースでより高いシート抵抗を提供可能である。本発明による材料は試験した既存材料と比較して重量当たりベースで基質のより広い表面領域を被覆可能であるため、所与の重量の本発明による材料は、試験した比較材料のさらに多い重量と比較して、任意の基質の表面領域に対してより優れた遮蔽被覆を提供する。
【実施例３】
【００６５】
本発明の遮蔽に対する有効性を試験するために、開示した方法に従って調製した組成物をポリエステルフィルムの表面上に噴霧し、１３０℃で１分間硬化した。銀被覆は１．５ｍμ厚と推定され、１．５ｍμ厚の被覆でのシート抵抗は０．０８０Ω／ｓｑｕａｒｅと測定された。銀被覆ポリエステルフィルムの金属を有する面を内側にして折り重ねることで、１０ｃｍ×１５ｃｍのバッグを作製した。折り目付近の向かい合う表面は共に熱癒着した。そして携帯電話をバッグ内へ設置して、前記バッグを完全に密封した。
【００６６】
携帯電話の信号強度メートルによると、携帯電話のバッグ内への設置前の前記携帯電話の信号強度は４ｂａｒであった。銀被覆の厚みは、金属／基質マトリクスを通して携帯電話のディスプレイを見るのに十分薄かった。
【００６７】
携帯電話を前記バッグ内へ設置後に、前記バッグを完全に密封した。バッグを密封すると、前記携帯電話の信号強度は０ｂａｒを示した。次に、前記携帯電話を呼び出すことを試みたが、しかし接続することはできなかった。前記バッグの一方の端を再開封した場合、前記携帯電話の信号強度は４ｂａｒに戻り、前記携帯電話を呼び出すと接続する結果となった。
【実施例４】
【００６８】
開示した組成物の遮蔽の有効性をさらに試験するために、実施例３と同様の手順を続けて行った。開示した方法に従って調製した組成物をポリエステルフィルム上に噴霧して、１３０℃で１分間硬化した。銀被覆は０．５ｍμ厚と推定され、０．５ｍμ厚の被覆でのシート抵抗は０．３０Ω／ｓｑｕａｒｅと測定された。銀被覆ポリエステルフィルムの金属を内側にして折り重ねることで、１０ｃｍ×１５ｃｍのバッグを作製した。折り目付近の向かい合う表面は共に熱癒着した。携帯電話をバッグ内へ設置して、前記バッグを完全に密封した。
【００６９】
携帯電話のバッグ内への設置前の前記携帯電話の信号強度は４ｂａｒと記録した。銀被覆の厚みは、金属／基質マトリクスを通して携帯電話のディスプレイを見るのに十分なだけ薄かった。
【００７０】
携帯電話を前記バッグ内へ設置後に、前記バッグを完全に密封した。バッグを密封すると、前記携帯電話の信号強度メートルは１ｂａｒの信号強度を示した。前記携帯電話を呼び出すことを試みると、接続することができた。前記バッグの一方の端を開封すると、前記携帯電話の信号強度は４ｂａｒに戻った。前記携帯電話を呼び出すと、接続する結果となった。実施例４に従って加工したバッグは携帯電話への信号を効果的に減少させたが、しかしそれでは完全に信号を阻むことはなかった。
【図１（Ａ）】
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【図１（Ｂ）】
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【図１（Ｃ）】
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【国際調査報告】
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