(57)【要約】【課題】  本発明は、長時間分散状態を維持することができる分散体を提供するものである。当該ナノ粒子分散体を用いたインクは配線とした場合、線が極細かつ十分な粒子量が確保できるので耐久力かつ極細の配線を形成することができるものである。【解決手段】  平均粒子径が１ｎｍ〜１００ｎｍである金属粒子又は金属酸化物粒子であり、かつ当該粒子が下記式当該粒子の変換係数＝σ／ｘ×１００（％）（式中、σは当該粒子の粒度分布の標準偏差を示し、ｘは当該粒子の平均粒子径（ｎｍ）を示す。）から算出される当該粒子の変換係数が２０％以下であり、当該粒子が８質量％以上含まれることを特徴とするナノ粒子分散体である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒子径が１ｎｍ〜１００ｎｍである金属粒子又は金属酸化物粒子であり、
かつ当該粒子が下記式
当該粒子の変換係数＝σ／ｘ×１００（％）
（式中、σは当該粒子の粒度分布の標準偏差を示し、ｘは当該粒子の平均粒子径（ｎｍ）を示す。）から算出される当該粒子の変換係数が２０％以下であり、
当該粒子が８質量％以上含まれることを特徴とするナノ粒子分散体。
【請求項２】
請求項１記載のナノ粒子分散体を用いることを特徴とするインク用組成物。
【請求項３】
請求項２記載のインク組成物を用いて形成されることを特徴とする配線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子径が小さくかつ分布の揃ったナノ粒子を分散した溶液及び当該ナノ粒子分散体を用いて製造されるインク組成物及び配線に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属のナノ粒子、金属酸化物のナノ粒子の製造に関して多数の技術が提示されている。更にこれらの粒子は、極微小からザブミクロンオーダーの粒子を低濃度から高濃度に分散したものや、サブミクロン程度の粒子をゾル状とし、ペーストやインクに用いられることが開示されている。
【０００３】
また、極微小の粒子の粒子分布をある程度均一にものとすることで６質量％程度の低濃度であるが、有機溶剤に分散することができる技術が提示され、触媒材料、磁気記録用材料、顔料等に用いることができることが示唆されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０８１５０１号
【特許文献２】特開２００４−２７７６２７号
【特許文献３】特開２００４−０２７３４７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ナノ粒子分散体が提示されているが長時間の安定性が十分とは言えず、特にインクなど他の化合物が多く含まれるものに用いられた場合粒子凝集が生じることがある。本発明はこれらの課題を解決するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、分散体、当該分散体を用いたインク組成物及び当該インク配線である。
第一の発明は、平均粒子径が１ｎｍ〜１００ｎｍである金属粒子又は金属酸化物粒子であり、かつ当該粒子が下記式
当該粒子の変換係数＝σ／ｘ×１００（％）
（式中、σは当該粒子の粒度分布の標準偏差を示し、ｘは当該粒子の平均粒子径（ｎｍ）を示す。）から算出される当該粒子の変換係数が２０％以下であり、
当該粒子が８質量％以上含まれることを特徴とするナノ粒子分散体である。
第二の発明は、上記のナノ粒子分散体を用いることを特徴とするインク用組成物である。
第三の発明は、上記インク用組成物を用いて形成されることを特徴とする配線である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明を用いることで、分散体は長時間分散状態を維持することができる。また、本発明に係る分散体を用いたインクは配線とした場合、十分な金属粒子量が確保できるので比抵抗値が低く、かつ極細な配線を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、まず本発明第一の発明について説明する。本発明に係る平均粒子径が１ｎｍ〜１００ｎｍである金属粒子又は金属酸化物粒子（以下、「ナノ粒子」又は「粒子」と記載することもある）は、銅、銀、金、白金、パラジウム、ルテニウム、鉄、コバルト、ニッケル、モリブデン、インジウム、イリジウム、チタン及びアルミニウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属、又は酸化銅、酸化銀、酸化ニッケル及び酸化ルテニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物であり、好ましくは金属では銅及び／又は銀、酸化物では酸化銅である。
【０００９】
上記粒子の平均粒子径は１ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍ、更に好ましくは１ｎｍ〜１０ｎｍ未満である。１００ｎｍを超える場合には本発明に係るインクを用い配線とした場合には配線幅が太くなり好ましくはないからである。また、粒子径の測定方法は一般的に粒子の測定方法を用いることができる。例えば、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ），電界放射型透過電子顕微鏡（ＦＥ−ＴＥＭ），電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）等により粒子径を測定し平均値を求めることにより算出する。
【００１０】
標準偏差については、上記観察時に個々粒子の粒子径と数により求めることができる。標準偏差と前記の平均粒子径から変動係数を求めることができる。
【００１１】
本発明に係る変動係数は２０％以下、好ましくは１９％未満、更に好ましくは１８％未満である。
【００１２】
当該粒子の製造方法は、通常の製造方法により製造することも可能であるが、好ましくは、有機金属塩とアミン化合物からなる混合溶液の液相還元法を用いることができる。
【００１３】
本発明におけるナノ粒子分散体とは、ナノ粒子を溶液に分散させたものである。該溶液としては、ナノ粒子を分散できるものであれば良く、炭化水素、ケトン、エステル、エーテル、アルコール、アミン、脂肪酸などが一般に利用できる。この中でも、例えば、ノルマルヘキサン，シクロヘキサン、ノルマルペンタン、ノルマルヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカン、ヘキサデカントルエン，キシレン、メチルイソブチルケトン、ベンゼン、クロロホルム、四塩化炭素、メチルエチルケトン、アセトン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、酢酸エチル，酢酸ブチル，酢酸イソブチル，エチルベンゼン，トリメチルベンゼン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、テルピネオール，メタノール，エタノール，プロピルアルコール，ブタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、デカノール、シクロヘキサノール、テルピネオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、２，３−ブタンジオール、ペンタジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、２-ジメチルアミノエタノール、２-ジエチルアミノエタノール、２-ジメチルアミノイソプロパノール、３-ジエチルアミノ-１-プロパノール、２-ジメチルアミノ-２-メチル-１-プロパノール、２-メチルアミノエタノール、４-ジメチルアミノ-１-ブタノール、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、テトラデカン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、ステアリン酸、シュウ酸、酒石酸、フタル酸、メタクリル酸、クエン酸、アクリル酸、安息香酸、エチレンジアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、トリメチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ウンデシルアミン、ドデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、ヘキサデシルアミン、トリオクチルアミン、ドデシルジメチルアミン、ブチルエタノールアミンアミンなどが好適に利用できる。更に、トルエン、キシレン、デカン、テトラデカン、１，３−プロパンジオール、２-ジメチルアミノエタノール、ステアリン酸、オクチルアミン、ドデシルアミン、ステアリン酸から選ばれる少なくとも一種の成分を含有することが好ましい。
【００１４】
更に好ましくは、キシレン、デカン、テトラデカン、オクチルアミン、ドデシルアミンである。
【００１５】
本発明におけるナノ粒子分散体中の金属含有量は、８質量％以上であり、好ましくは１５質量％以上、更に好ましくは２０質量％以上、最も好ましくは２５％以上である。また上限値は９９質量％以下、好ましくは９０質量％以下、更に好ましくは８０質量％以下、７０質量％以下である。９９質量％を超える場合には流動性に欠け取扱いが難しくなるからである。
【００１６】
また、本発明のナノ粒子分散体中に上記記載のアミン化合物を含有する場合は、ナノ粒子１００質量部に対して、３０質量部以上１５０質量部未満のアミンを含有することが好ましい。３０質量部以上のアミンを含有することにより、ナノ粒子分散体を更に長期間安定させることができるためである。
【００１７】
本発明の第二の発明は、ナノ粒子分散体を用いたインク用組成物である。なお、第一発明における分散体をインクとして使用することも可能であるし、、ナノ粒子分散体に有機バインダーを加えインク用組成物とすることができる。有機バインダーとしては、フェノキシ樹脂、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリビニルエーテル、ポリサルホン、ポリビニルアルコール、ポリビニルホルマール、ポリ酢酸ビニル、（メタ）アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、セルロース系樹脂、アイオノマー樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂等が挙げられ、これらのグループから選択される少なくとも１種、すなわち１種もしくは２種以上の混合系で使用することができる。またインクの用途に応じて、色素、カーボン粒子、帯電防止剤、硬化促進剤、レベリング剤、沈降防止剤、カップリング剤、消泡剤、基板の腐食防止剤等を適宜添加しても構わない。
【００１８】
本発明の第三の発明は、配線に関するものであり、当該インク用組成物を基板に塗布し乾燥又は焼成することで、インク組成物に含まれる金属又は金属酸化物が基板の表面に付着し、そのままで配線又は場合によっては還元処理により金属化し配線とすることできる。
基板としては、焼成によって劣化しない耐熱性のものが好ましく、ガラス、ポリイミドなどの耐熱樹脂、アルミニウム、鉄などの金属等が好適に用いられる。
基板にインク用組成物を塗布するにはスクリーン印刷法、ディップコーティング法、スプレー法、スピンコーティング法、インクジェット法などの通常の塗布手段を用いることができるが、この中でも、インクジェット法により塗布することが好ましい。
インク組成物が塗布された基板の乾燥又は焼成の温度は、常温から５００℃、好ましくは１００℃〜４５０℃、更に好ましくは１５０℃〜４００℃である。常温未満であれば溶剤を除去するために時間がかかりすぎ、またインク組成物に含まれる炭素質を除去するには１００℃以上であることが好ましい。５００℃を超える場合にはインク組成物に含まれる金属などが巨大化し配線を形成したときに細い線とすることが困難だからである。
【実施例】
【００１９】
オクチルアミン（和光純薬工業株式会社製）１４８．１ｇを入れた１Ｌビーカーを４０℃の恒温槽に入れる。次に酢酸銅一水和物（和光純薬工業株式会社製） １５．７ｇを添加し２０分間十分に撹拌混合し、均一な混合溶液を調製する。続いて、２０ｗｔ％水素化ホウ素ナトリウム水溶液２０ｇを徐々に添加することにより還元処理を実施した。
【００２０】
還元処理後の溶液にアセトンを２００ｇ添加し、しばらく放置後、ろ過により銅および有機物からなる沈殿物を分離回収する。回収物にトルエンを添加し再溶解後、１０℃以下まで冷却させた後、再度ろ過し、不純物を低減させたトルエン分散溶液を調製した。
次に、エバポレーターによりトルエンを留去し、銅微粒子を２０ｗｔ％含有する分散溶液を調製した。この溶液は、銅微粒子の他にドデシルアミン９ｗｔ％、トルエン７１ｗｔ％を含有する溶液であった。
この溶液をＦＥ−ＳＥＭで観察したところ、平均粒子径４ｎｍ、変動係数が１４％の粒子径分布をもつナノ粒子分散体であることが確認された。
次に、ガラス板上に、上記の銅ナノ粒子分散体を用いて、インクジェット印刷方式により印刷した。印刷後、３００℃−６０分の熱処理により、銅ナノ粒子相互の焼成処理を実施し、銅ナノ粒子の焼結体層からなる導電パターンを形成した。そのときの平均膜厚は、１μｍであり、その膜の比抵抗値を測定したところ、５．０μΩ・ｃｍであった。また、２ヶ月の間、冷暗所にて保管したところ、凝集も確認できなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、金属粒子又は金属酸化物粒子を安定した分散体を提供するものであり、当該分散体は、触媒材料、樹脂添加剤、インク、配線などに使用することができる。