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) （ 34 ）粉体工学会誌