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あいち産業科学技術総合センター

研究報告 2014

研 究 ノート

ガラス基板への金属ナノ粒子の固定化及びそれを触媒とした無電解めっき
濱 口 裕 昭 ＊ 1、 松 本 望 ＊ 1、 吉 元 昭 二 ＊ 1、 行 木 啓 記 ＊ 2

Catalytic Properties for Electroless Plating of Metal -Nanoparticles
Immobilized on a Glass Substrate
Hiroaki HAMAGUCHI * 1 , Nozomi MATSUMOTO *1 , Shoji YOSHIMOTO *1and Hirofumi NAMEKI *2
Industrial Research Center * 1 * 2
末 端 に 様 々 な 官 能 基 を 有 す る 自 己 組 織 化 単 分 子 膜（ SAM）を ガ ラ ス 基 板 に コ ー テ ィ ン グ し 、金 及 び 銀 ナ
ノ 粒 子 の 固 定 化 を 試 み た 。 末 端 に ア ミ ノ 基 を 有 す る SAM を コ ー テ ィ ン グ し た ガ ラ ス 基 板 を 金 属 ナ ノ 粒 子が分散した溶液に浸漬したところ、金属ナノ粒子が良好に付着し、基板に固定された。ナノ粒子の付着量を測定したところ、銀ナノ粒子よりも金ナノ粒子の方が多く付着することが分かった 。金ナノ粒子が付着した基板に銅の無電解めっきを行ったところ銅薄膜が形成され、基板に固定化した金ナノ粒子が無電解めっきの触媒として作用することが確認された。

１．はじめに

2.2 ガラス基板の SAM 処理及び金属ナノ粒子吸着評価

金属ナノ粒子は触媒、非線形光学材料、表面増強ラマ

アセトン、エタノール、純水の順に超音波洗浄を行っンセンサーや DNA センサーなどへの利用が期待されてたガラス基板を SAM 原料液 1vol%トルエン溶液に 15 分いる。いずれの用途でもナノ粒子の形状制御や各種基材間浸漬した。その後トルエンで洗浄し、120℃で加熱すへの固定化技術の開発は重要である 1)。そこで本研究でることで基板へ SAM 処理を行った。SAM 原料は信越化

は SAM 処理により基板表面に有機官能基を導入し金及学工業(株)製で、官能基としてアミノ基（KBM903）、メび銀ナノ粒子をガラス基材に対して固定化することを試

ルカプト基（KBM-803）、エポキシ基（KBM-403）、メみた。また固定化したナノ粒子の無電解めっき触媒としタクリル基（KBM-503）、イソシアネート基（KBM-9007）ての特性を評価した。

を有するシランカップリング剤を用いた。
SAM 処理したガラス基板への金属ナノ粒子の吸着評
価は金属ナノ粒子分散液に基板を 30 分間浸漬後、純水

２．実験方法2.1 金属ナノ粒子分散液の作製で洗浄、乾燥した後に評価した。吸着の有無は基板の着金及び銀のナノ粒子の合成は液中プラズマ法で行っ色の有無を目視で判断した。吸着量を波長分散型蛍光 X

た 。電極間パルス電圧は 1.6kV、パルス幅 2μs、繰り線（XRF）（リガク社製 ZSX Primus）で分析し、基板へ返し周波数は 20kHz にそれぞれ設定した。金ナノ粒子の金属ナノ粒子の吸着状態を原子間力顕微鏡（AFM）（パの合成はφ1mm 金電極を使用し、蒸留水 180ml に塩化ークシステムズ社製 XE-100-ASN）で観察した。

カリウム 50mg を添加し、30 分間液中プラズマ処理を行2.3 銅の無電解めっき試験2）った。銀ナノ粒子の合成はφ1mm 銀電極を使用し、蒸銅の無電解めっきは上村工業(株)製スルカップ PEA-3

留水 180ml にアンモニア水 0.5ml を添加し、60 分間液を用いて建浴し、浴温度を 33℃とした。金属ナノ粒子が中プラズマ処理を行った。作製した金属ナノ粒子分散液

付着した基板をめっき浴に浸漬後洗浄し、めっき膜の結中の金属含有量は誘導結合プラズマ発光分析（サーモフ

晶相を X 線回折（XRD）（リガク社製 Mini Flex600）にィッシャーサイエンティフィック社製 iCAP6500）によて同定した。まためっきの表面性状を走査型電子顕微鏡り求め、ナノ粒子の粒子径は動的光散乱（堀場製作所社（SEM）（日本電子社製 JSM-6510）で観察した。

製 SZ-100）にて計測した。
＊

1 産業技術センター 化学材料室

2 産業技術センター＊環境材料室31

３．実験結果及び考察

無電解めっき用の触媒として良好な結果を示した。析出

3.1 金属ナノ粒子分散液の作製した銅めっきの表面形状を図２に示す。めっき膜は数十同じ条件で複数回金属ナノ粒子の分散液を作製し、濃nm の粒子で構成された緻密な膜であった。

度及び粒子径を測定した。金ナノ粒子分散液は金の濃度が 130～170ppm、中心粒子径が 4nm、銀ナノ粒子分散液では銀の濃度が 70～90ppm、中心粒子径が 6nm であった。金属濃度が異なる理由は電極の摩耗により時間と共に電極間距離が開き、その制御が難しいことが原因と考えられる。合成した金属ナノ粒子分散液は静置していても数ヶ月後も沈降は見られず分散性は良好であった。
3.2 ガラス基板の SAM 処理及び金属ナノ粒子吸着評価
SAM 処理したガラス基板へのナノ粒子の吸着の有無を目視により評価した結果を表１に示す。
表１

基板へのナノ粒子の吸着評価

KBM-903

KBM-803

KBM-403

KBM-503

KBM-9007

金○○☓

☓☓

銀○☓☓

☓☓

図１

KBM-903 で処理した基板上に吸着した金ナノ粒子の AFM 像

KBM-903 に金や銀ナノ粒子が吸着する理由は、ナノ粒子とアミノ基が静電相互作用によって吸着するためと考えられる。KBM-803 に金ナノ粒子が吸着する理由は、硫黄に対し金が結合しやすいためである。洗浄のみ行ったガラス基板ではナノ粒子の吸着は確認されなかった。
KBM-903 への金及び銀ナノ粒子の吸着量を XRF にて分析した。金ナノ粒子は 4nm の厚みで吸着しており、銀ナノ粒子の吸着量は検出限界以下であった。

図２

銅めっき表面の SEM 像

KBM-903 に吸着している金ナノ粒子の状態を AFMにて観察した。図１に示すとおり金ナノ粒子は島状に吸４．結び着しており、吸着粒子のサイズは 5～20nm であった。

ガラス基板にアミノ基を有する SAM で表面処理する

この結果から金ナノ粒子は単独または数個が凝集した状ことにより金及び銀ナノ粒子の固定化に成功した。しか態で基板に吸着していると推測できる。

し銀ナノ粒子の吸着量はごく微量であった。吸着したナ3.3 銅の無電解めっき試験

ノ粒子を触媒として無電解めっきを行った結果、金ナノ

KBM-903 で SAM 処理した基板及び、それに金、銀ナ粒子は無電解めっき用触媒として良好な特性を示した。

ノ粒子吸着させた基板に銅の無電解めっきを行った。
SAM 処理のみの基板ではめっき反応は起きなかった。

付記

金及び銀ナノ粒子を吸着させた基板では膜が析出し、本研究は、(独)科学技術振興機構平成 24 年度研究成XRD より金属銅と同定された。銀ナノ粒子を吸着させた

果最適展開プログラム A-STEP フィージビリティスタデ

基板では銅の析出に 30 分以上を要した。ナノ粒子を付ィ【FS】ステージ探索タイプの研究開発の一環で行った。

着させていない基板ではめっきが析出しなかったことから、XRF では銀は検出されなかったがごく微量に銀ナノ文献粒子が吸着していることが分かる。析出に時間を要する

1）高橋，新留，山田：分析化学，51，797-801(2002)のは銀ナノ粒子の吸着量が少ないためである。また、銀2）行木，阿部，濱口，吉元，光松：あいち産業科学技術

ナノ粒子は表面が酸化されやすく、そのために無電解めっき触媒として活性が低かったことも考えられる 3）。
金ナノ粒子を吸着させた基板は 5 分程度で銅が析出し、総合センター研究報告，2，12－15(2013)3）行木，中西：あいち産業科学技術総合センター研究報
告，1，38－39(2012)