粉体テクノロジー第1章実用化へのナノ粒子（PDF

J. Soc. Powder Technol., Japan, 42, 265-268( 2005)
連載講座 Lecture Series
粉体ナノテクノロジー
Powder Nanotechnology
【
】
第1章　実用化へのナノ粒子
1.13
1.
1. 13
導電性ナノ粒子の応用
Nanoparticle for Practical Use
Electroconductive Nanoparticles
柳澤　恒夫
Tsuneo Yanagisawa
応用範囲は広いと考えられる。
1.はじめに
また,ナノ粒子はその表面がバルク材料より活性で
金属酸化物,貴金属など無機材料をナノ粒子化する
あることから,比較的低温度で粒子間の焼結を起こす
ことにより,バルクの材料で見られなかった特殊な性
ことができるという特徴を持つ。このことは,これら
質を帯びるようになりうることはすでに知られてい
の導電性ナノ粒子を用いて導電ぺ一ストを作製すれ
る 1 ）。 導 電 性 無 機 材 料 に 関 し て も , ナ ノ 粒 子 化 す る こ
ば,その硬化温度は従来の導電ぺ一ストより低温度化
とにより,その導電性を保ったままナノ粒子独特の性
できることを示唆している2)。
質を持つように工夫することができる。
以下においては,当住友大阪セメント株式会社にお
特に,Mie理論によれば,光の波長より粒径が小
さくなった場合は,ナノ粒子による光の散乱反射が起
こらなくなる。従って,このような導電性ナノ粒子を
ける導電性ナノ粒子を中心に,その具体例,及び,用
途,応用例についてを述べることとする。
用いることにより,透明性のある導電材料を作製する
2.
ことができるようになる。
導電性金属酸化物ナノ粒子
このことは,たとえば膜状の電極に関して,もとも
導電性金属酸化物としては,酸化錫,酸化インジウ
と可視光領域内に光の吸収能を持たない酸化錫や酸化
インジウムだけでなく,バルクでは可視光に対して不
ムなどがよく知られている。また,酸化錫,酸化イン
透明な,金属材料のような導電材料を用いた場合で
ジウムそれぞれにアンチモンや錫をドープすることに
も,ナノ粒子化することにより,光に対する十分な透
より,これらの酸化物内に自由電子を多く発生させて
過率を確保することができることを示しており,その
導 電 性 を 高 め る こ と が で き る 3 ，4 ）。 酸 化 亜 鉛 に つ い て
も,純粋な酸化亜鉛では絶縁体に近い抵抗値しか示さ
ないのであるが,アルミニウムなどをドープすること
2004年9月30日受付
により導電性を持たせることができることが知られて
(株)住友大阪セメント　新規技術研究所　新材料研究グループ
(〒274-8601
千葉県船橋市豊富町585)
TEL
いる3，4）。
047-457-0747
<著者紹介〉
平成2年早稲田大学大学院理工学研究科博士
課程修了,工学博士。現在,住友大阪セメン
ト株式会社新規技術研究所新材料研究グルー
ブ所属。
専門:シリカ系ゾルゲル化学、結晶性シリカ
の有機無機複合体の合成．メソポーラスシリ
カの合成,金属酸化物,及び貴金属ナノ粒子
の合成と応用の研究に従事
Vol.42 No.4 (2005)
これらの導電性金属酸化物は,可視光領域にほとん
ど吸収を持たない点に特徴があり,この特徴を利用し
て各方面で透明電極などとしての応用が広く行われて
いる。
導電性金属酸化物による電極の作製は,スパッタ法
や反応蒸着法などの,いわゆる乾式成膜法により成
膜 ･ 応 用 さ れ て い る 場 合 が ほ と ん ど で あ る 4 ）。 し か
し,乾式成膜法の場合,導電性薄膜を作製する基板を
（ 31 ）
265
図2
図1
可視光反射防止原理図
ATOナノ粒子のTEM写真
つものが得られる。
また,ATOナノ粒子の持つ屈折率の高さを利用
圧力調整容器の中に入れて、その中を真空にしてか
ら成膜作業を行う必要があり,その生産効率,特に,
大型基板上への連続的成膜は難しいという欠点があ
し,より低屈折率なシリカの薄膜と組み合わせること
により,膜に可視光反射防止性能を持たせることが可
能となる。この反射防止性能は,空気-膜界面,膜-基
板界面などで反射する光の位相をそれぞれ変化させ
る。
当社では,アンチモンドープ酸化錫(ATO),及び
錫ドープ酸化インジウム(ITO)をナノ粒子化し,そ
れぞれを溶媒中に分散した,各導電性ナノ粒子の塗
布液の開発に成功している。図1は,当社で製造さ
れているATOナノ粒子分散液の透過型電子顕微鏡
(TEM)による像を示している。図1より明らかなよ
て,干渉により反射光をキャンセルさせることにより
発揮されるものであり,ブラウン管など各種ディスプ
レイの表面をはじめとして広範囲の用途に応用可能で
ある。このようにして得られるディスプレイ用帯電防
止可視光反射防止膜は,膜厚が約100ナノメートルで
表面抵抗109Ω/□前後の値を持っている(図2)。
これらの導電性ナノ粒子と低屈折率材料との組み合
うに,当社のATOは粒径が10ナノメートルと特に
わせによる帯電防止可視光反射防止膜は,プラスチッ
小さい上に,高い分散性を持っている。
当社のATOナノ粒子はその分散性の高さから容
易に塗布液化することができ,ここから成膜される
クフィルム,または,板にも応用ができ,現在当社よ
り上市されている。
ATO薄膜としては,帯電防止膜には十分な性能を持
表1
266
さらに,より導電性の高いITOナノ粒子を用いて
ITOナノ粒子分散塗布液,及び,当塗布液により作製されたITO透明電極の性能の一例
（ 32 ）
粉体工学会誌
図4
銀ナノ粒子例
1)導電性金属酸化物ナノ粒子では得られないよう
図3
住友大阪セメント社製熱線紫外線遮蔽膜
透過スペクトル例
な高い導電率を持った材料を得ることができる。
2)銀を材料として選ぶことにより,ITOより導
電性ナノ粒子自体のコストを低減することができ
インクやペ一ストを作製することにより,印刷法を用
る。
いた透明導電膜のパターニングが可能となる。このパ
3)貴金属ナノ粒子が着色していることを利用して
ターニングされた透明導電膜は,スパッタ法などの乾
カラーフィルターの性質を持たせることが可能と
式法により作製された透明導電膜に迫る性能を持たせ
なる。
ることができることが分かっている(表1)。
導電性ナノ粒子として応用する貴金属材料として
また,導電性金属酸化物ナノ粒子は,n型半導体と
して振る舞うため,それが持つ自由電子に起因するプ
ラズマ周波数より長い波長の電磁波を反射するという
性 質 を 応 用 す る こ と が で き る 3 、4 ）。 特 に , 酸 化 錫 や 酸
化インジウムナノ粒子のプラズマ周波数は近赤外線領
域にあるため,上記性質を利用した,透明な熱線反射
膜を作製することができる。当社においては,紫外線
遮蔽材料と組み合わせた塗料をプラスチックフィルム
上に適用することにより生成した熱線紫外線遮蔽フィ
は,銀がコスト面,反応性の両面から有利である(図
4)。その反面,ナノ粒子化することによる反応活性
の高まりにより,たとえ銀といえども比較的穏和な条
件で酸化などの化学反応を起こし,その導電性が失わ
れやすいという特徴を持つ。当社においては,より貴
な金属である金を少量銀ナノ粒子に添加,合金化する
ことにより,銀ナノ粒子に金の持つ特徴を加えて化学
的耐性を向上させることに成功している(図5)。
このようにして得られた貴金属ナノ粒子は,プラズ
ルムを開発し,自動車用,建材用として出荷してい
モン吸収により可視光範囲内に若干の吸収を持つが,
る。その分光透過曲線の一例を図3に示す。
図3より明らかなように,当社熱線紫外線遮蔽フィ
ルムは,熱線,紫外線をほぼ完全に遮蔽すると同時
に,可視光領域においてはほぼ全域で高い透過率を保
つという特徴を持っている。
また,当社では800nm〜1100nmの近赤外線領
域の遮蔽に特化したプラズマディスプレイパネル
(PDP)向けの透明近赤外線遮蔽膜も開発し,PDP
メーカーに出荷を行っている状況である。
3.
貴金属ナノ粒子
貴金属ナノ粒子を導電材料として用いた場合のメリ
ットとして,以下のようなものが上げられる。
Vol.42 No.4 (2005)
図5
（ 33 ）
金銀合金ナノ粒子
267
図6
貴金属ナノ粒子を用いた透明導電膜の一例
顔料を用いて色目を調整することにより,カラーフィ
ルター付き電磁波シールド可視光反射防止膜としてブ
ラウン管などに用いられるようになっている(図6)。
また,銀については,製法を工夫することにより
ナノ粒子の形状をある程度制御することが可能とな
図7
板状銀ナノ粒子
る 5 、6 ）。 当 社 に お い て は , 図 7 に 示 し た よ う な 板 状 の
銀ナノ粒子を合成することに成功しており,この銀ナ
ノ粒子を利用した導電性超薄膜などの応用について研
究開発を続けている状況である。
多くなされているが,粒径が小さいことから現れる粒
子自体の反応性の高さを利用した用途,たとえば,低
温で硬化するバインダーレスな導電性ぺ一ストなどへ
の応用も期待される。また,その他の,ナノ粒子独特
4.
終わりに
の特徴を応用した応用も将来現れる可能性があり,今
導電性ナノ粒子の応用について,当社で研究開発さ
れているものについて紹介してきた。導電性ナノ粒子
後も注目すべき材料の一つとなっていく分野であると
考えられる。
については,その透明性と導電性を両立させた応用が
参考文献
1)日本化学会:“超微粒子　科学と応用”,学会出版センター
(1985)
2)小 山 賢 秀 : “ ナ ノ ペ ー ス ト : 次 世 代 回 路 実 装 工 法 の 取 り 組
み”,電子材料, 2004年7月号別冊, p.83 (2004)
3)日 本 学 術 振 興 会 , 透 明 酸 化 物 光 ･ 電 子 材 料 第 1 6 6 委 員 会 :
“透明導電膜の技術”, オーム社　(1999)
4)澤田　豊:“透明導電膜の新展開Ⅱ”, シーエムシー出版
(2002)
268
5)R. Jin, Y.-W. Cao, C. A. Mirkin, K. L. Ke11y, G. C.
Schatz and J. G, Zheng: "Photoinduced Conversion
of Silver Nanospheres to Nanoprisms.", Science, 294,
1901-1903 (2001)
6)S. Chen, and D. L. Carroll: "Silver Nanoplates: Size
Control in Two Dimensions and Formation Mechanisms.", J, Phys. Chem. B, 108. 5500-5506 (2004)
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粉体工学会誌