[发明专利]金属纳米粒子保护聚合物和金属胶体溶液以及它们的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属胶体溶液以及制造该金属胶体溶液的方法，所述金属胶体溶液使用聚合物作为金属纳米粒子的保护剂，所述聚合物为包含乙酰化的聚烯化亚胺链段和亲水性链段的聚合物，或者为除上述两种链段以外还包含疏水性链段的聚合物。本发明还涉及上述聚合物和制造该聚合物的方法。

背景技术

金属纳米粒子是一种纳米粒子，具有1～数百纳米的粒径和相当大的比表面积。具有这样的性质的金属纳米粒子引起来自各种领域的关注，并且非常期待在电子材料、催化剂、磁性材料、光学材料、各种传感器、着色材料和医疗检查中使用。

印刷配线板和半导体主要通过光刻工艺来制造，光刻工艺包括一系列复杂的制造步骤。在这种情况下，可印刷电子设备的制造技术引人注目。可印刷电子设备的制造技术包括：通过将最近开发的金属纳米粒子分散于介质中来制备油墨组合物，通过使用油墨组合物进行印刷来形成图案，并且将图案组装在设备中。

该技术称为印刷电子技术(printed electronics)。印刷电子技术使得有望实现辊对辊(roll-to-roll)大量制造电子回路图案和半导体元件，并且由于该技术适合按需制造、简化工艺和节约资源，因此带来经济效率。还期待该技术会为用于显示设备、发光设备、IC标签(RFID)等的低成本制造工艺做好准备。在印刷电子技术中所使用的导电性材料油墨可含有金、银、铂、铜等金属纳米粒子。出于经济性原因和易操作性，率先进行了银纳米粒子和含有银纳米粒子的油墨的开发。

纳米级粒子形式的银展示出相当大的比表面积和与块体银相比增大的表面能。银纳米粒子彼此熔合以降低表面能的倾向很强。结果，粒子在远低于块体银的熔点的温度下彼此熔合。一方面，该现象称为量子尺寸效应(久保效应)，展现出使用银纳米粒子作为导电材料的优势。另一方面，由于金属纳米粒子彼此熔合的倾向很强，导致损害金属纳米粒子的稳定性并降低贮存稳定性。为了将金属纳米粒子稳定化，金属纳米粒子需要由防止熔合的保护剂来保护。

通常，由于纳米材料(通常为具有纳米级尺寸的化合物)的尺寸，纳米材料通过特殊的工艺制造，往往会昂贵。这抑制了纳米材料的普及。为了以低成本制造金属纳米粒子，具有优势的是不需要如真空处理室那样的特殊设备的液相还原工艺。液相还原工艺是通过使金属化合物与溶剂中的还原剂反应来得到金属纳米粒子的工艺。根据公知技术，还原过程在存在被称为分散稳定剂或保护剂的化合物的情况下进行，以便控制要生成的金属纳米粒子的形状和粒径并实现稳定的分散状态。保护剂大多是设有能够与金属粒子配位的官能基(如叔胺基、季铵基、具有碱性氮原子的杂环基、羟基或羧基)的高分子化合物(例如参考专利文献1)。

如上所述，为了制造可期待经历所希望的低温熔合的金属纳米粒子，使用合适的保护剂，该保护剂控制金属纳米粒子的形状和粒子尺寸并且使分散稳定化。然而，保护剂对块体金属起到电阻成分的作用，降低导电性能。根据保护剂使用量的不同，有可能无法展示所希望的低温烧结性质(薄膜的比电阻为10^-6欧姆-厘米级的性质，该薄膜通过在100℃至150℃的温度范围烧成含金属纳米粒子的导电性油墨薄膜而得到)。从设计导电材料的观点出发，要求保护剂展示出制造小粒子的能力、稳定地分散这些粒子的能力以及在烧结过程中从粒子表面迅速离开的能力，从而不抑制金属纳米粒子之间的熔合。从制造金属纳米粒子的观点出发，要求保护剂展示出有利于精制及分离所生成的金属纳米粒子的能力。保护剂最好展示出全部的这些能力。迄今公开的保护剂的例子包括：市场上可得到的高分子颜料分散剂如Solsperse(商标，捷利康制)和FLOWLEN(商标，共荣社化学有限公司制)、在主/侧链具有颜料亲和性基团(胺)并且具有两个以上的溶剂化链段的聚合物、以及具有聚乙烯亚胺链段和聚环氧乙烷链段的共聚物。然而，这些分散剂很少能实现上述全部所希望的能力，需要进一步改进(例如，参照专利文献2至4)。

引用文献

专利文献

专利文献1：日本未经审查的专利申请公开2004-346429号

专利文献2：日本未经审查的专利申请公开11-080647号

专利文献3：日本未经审查的专利申请公开2006-328472号

专利文献4：日本未经审查的专利申请公开2008-037884号

发明内容

技术问题