粒子の固着方法及び粒子固着体の製造方法
【課題】電極上へより容易に且つより強固に粒子を固着することができる。
【解決手段】本発明は、基体１２上に形成された第１電極１４上に粒子３２を固着させる固着方法であり、第１電極１４上に対向電極３９を対向させた状態で熱可塑性電着材４２を含む溶液に基体１２を浸漬し、第１電極１４と対向電極３９との間に電位差を設けて電着材層４５を第１電極１４に形成する電着材層形成工程と、少なくとも第１電極１４の電着材層４５上に粒子層３０を形成する粒子層形成工程と、粒子層３０が形成された電着材層４５を加熱しこの加熱された電着材層４５により粒子層３０を固着する固着工程と、を含む。
【解決手段】本発明は、基体１２上に形成された第１電極１４上に粒子３２を固着させる固着方法であり、第１電極１４上に対向電極３９を対向させた状態で熱可塑性電着材４２を含む溶液に基体１２を浸漬し、第１電極１４と対向電極３９との間に電位差を設けて電着材層４５を第１電極１４に形成する電着材層形成工程と、少なくとも第１電極１４の電着材層４５上に粒子層３０を形成する粒子層形成工程と、粒子層３０が形成された電着材層４５を加熱しこの加熱された電着材層４５により粒子層３０を固着する固着工程と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子の固着方法及び粒子固着体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ラングミューア−ブロージェット法（ＬＢ法）により基板に固着しやすい化学基を有する膜をこの基板上に形成し、この基板に形成された膜に、更に異種物質による膜を複数積層させることにより基板と剥離しにくい積層膜を作製する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、重合性モノマーと磁性体微粒子とを分散させた溶液中に電極を入れ、このモノマーを電解重合することによりポリマー中に磁性体微粒子が分散した状態で電極上にポリマーを形成する方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。この方法では、密度が小さく柔軟性に富む薄膜を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５０６６１号公報
【特許文献２】特開平６−３３８４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば、基板上に形成された電極上のみに粒子層を形成し、その後の工程などで取り扱うことがあり、この電極上へ粒子を強固に固着させたいということがある。このような場合、特許文献１の方法では、電極以外の基板上にも膜状の粒子層が形成されてしまい、基板上に粒子層が形成されない他の方法、例えばマスクによるパターニングやレジスト形成によるパターニングなどを行う必要があった。また、基板や膜に形成させる化学基など選択の幅が狭かった。なお、ＬＢ膜での固着は、基本的には分子間力による結合であり、その結合力が弱く、特に粒子径がサブミクロン以上の場合、十分に強固に粒子を電極上へ固着できなかった。また、特許文献２の方法では、電極上にはポリマー層が形成されるが、柔軟性に富むポリマー層を電極上へ形成するものであり、電極上へ粒子を強固に固着するものではなかった。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、電極上へより容易に且つより強固に粒子を固着することができる粒子の固着方法及び粒子固着体の製造方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した主目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、電極が形成された基板を熱可塑性電着材を含む溶液に浸漬させ、この電極を利用して電圧を印加しこの電極上へ熱可塑性電着材を形成し、更にその上に粒子の層を形成して加熱して熱可塑性電着材を溶かして粒子を固定させると、電極上へより容易に且つより強固に粒子を固着することができることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明の粒子の固着方法は、
基体上に形成された第１電極上に粒子を固着させる固着方法であって、
前記第１電極上に対向電極を対向させた状態で熱可塑性電着物質を含む溶液に前記基体を浸漬し、前記第１電極と前記対向電極との間に電位差を設けて前記熱可塑性電着物質の層である電着材層を前記第１電極に形成する電着材層形成工程と、
少なくとも前記第１電極の電着材層上に粒子層を形成する粒子層形成工程と、
前記粒子層が形成された電着材層を加熱し該加熱された前記電着材層により前記粒子層を固着する固着工程と、を含むものである。
【０００８】
また、本発明の粒子固着体の製造方法は、
基体上に形成された第１電極上に粒子が固着した粒子固着体の製造方法であって、
前記第１電極上に対向電極を対向させた状態で熱可塑性電着物質を含む溶液に前記基体を浸漬し、前記第１電極と前記対向電極との間に電位差を設けて前記熱可塑性電着物質の層である電着材層を前記第１電極に形成する電着材層形成工程と、
少なくとも前記第１電極の電着材層上に粒子層を形成する粒子層形成工程と、
前記粒子層が形成された電着材層を加熱し該加熱された前記電着材層により前記粒子層を固着する固着工程と、を含むものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の粒子の固着方法及び粒子固着体の製造方法では、第１電極上で加熱された熱可塑性電着物質により粒子が機械的に固着するため、より強固に粒子を固着可能である。また、第１電極以外の基体上に粒子層が形成されたとしても、第１電極において熱可塑性電着物質が粒子を固着するため、第１電極以外の部分では粒子が強固に固着することがなく、従来におけるマスクによるパターニングやレジスト形成によるパターニングなどを行わなくても、第１電極以外の表面に形成された粒子層を簡単に除去することができる。したがって、電極上へより容易に且つより強固に粒子を固着することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の粒子固着体１０の製造方法の一例を表す説明図。
【図２】本実施形態の粒子固着体１０の製造方法の別の一例を表す説明図。
【図３】積層体５０を製造する工程の説明図。
【図４】粒子固着体１０の別例の説明図であり、図４（ａ）が立方体粒子の複層パターニング例、図４（ｂ）が立方体粒子の単層パターニング例、図４（ｃ）がセラミックス粒子を焼成により一体化した例、図４（ｄ）が電極パターンにより固着層３４をパターニングした例。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を実施する形態を図面を用いて説明する。図１及び図２は、本実施形態の粒子固着体１０の製造方法の一例を表す説明図である。粒子固着体１０は、図１の下段に示すように、基体１２と、基体１２上に形成された第１電極１４と、第１電極１４上に形成され粒子３２を熱可塑性電着材４２で固着した固着層３４とを備えている。この粒子固着体１０は、例えば、基体上に電極を形成した素子への中間体（部品）として作製されるものとしてもよい。粒子固着体１０は、圧電特性、強誘電特性、磁気特性、熱電特性、イオン伝導性、光学特性などの特徴を有する粒子を電極上に固着させたものとしてもよい。即ち、素子としては、圧電／電歪素子、強誘電体素子、磁気素子、熱電変換素子、イオン伝導素子、光学素子などが挙げられる。また、この粒子固着体１０は、そのまま用いることもできるが、例えば、固着層３４上に更に電極を形成した素子の中間体として作製されるものとしてもよい。即ち、粒子からなる層を電極で挟み込んだ構造の素子としてもよく、例えば、圧電／電歪素子、強誘電体素子、熱電変換素子、イオン伝導素子などが挙げられる。この場合、基体１２上に形成された第１電極１４をそのまま素子に利用することができる。
【００１２】
基体１２は、その表面上へ導電性の電極を形成可能であり、その表面に絶縁性を有し、後述する熱処理工程での耐熱性を有していれば特に限定されず、例えば、ガラスや単結晶、セラミックス、樹脂、予め絶縁コートされた金属などのうち１以上が挙げられる。ガラス基体としては、例えば、石英、無アルカリガラスなどが挙げられる。単結晶基体としては、例えば、シリコン、ガリウムヒ素、炭化珪素、アルミナなどが挙げられる。セラミックス基体としては、例えば、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、ムライト、窒化アルミニウム及び窒化珪素などが挙げられる。樹脂基体としては、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂などが挙げられる。絶縁コートされた金属の基体としては、ステンレスやアルミニウムなどの金属上に絶縁性樹脂を塗布したものなどが挙げられる。
【００１３】
第１電極１４は、導電性の材料で形成されている。この第１電極１４の材質としては、白金、パラジウム、ルテニウム、金、銀及びこれらの合金、導電性高分子からなる群より選択される少なくとも１種以上を挙げることができる。この第１電極１４は、粒子固着体１０をその後焼成する場合には、焼成に際しての耐熱性が高い点で、白金、又は白金を主成分とする合金が好ましい。また、第１電極１４のパターニングの方法は、蒸着、スパッタリング、スクリーン印刷、無電解めっき、モノマーの界面重合などいずれでもよい。
【００１４】
粒子３２は、ガラス、セラミックス、樹脂、金属、金属酸化物などとすることができる。この粒子３２は、例えば、第１電極１４上で整列・配向することにより特性が向上するものであることがより好ましい。こうすれば、本発明の粒子の固着方法により、固着層３４での特性をより向上させることができる。粒子３２としては、例えば、圧電特性を有するもの、強誘電特性を有するもの、磁気特性を有するもの、熱電特性を有するもの、イオン伝導性を有するもの、光学特性を有するもの、これらのうち１以上を用いたものなどが挙げられる。これらの特性を有する粒子では、得られる粒子固着体１０や素子などにおいても同様の特性を有するものとすることができる。圧電特性を有する粒子としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、水晶（ＳｉＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、リチウムテトラボレート（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）、ランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの粒子が挙げられる。強誘電特性を有する粒子としては、例えば、ＢａＴｉＯ3や、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3（ＰＺＴ）、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）、(Ｂｉ，Ｌａ)4Ｔｉ3Ｏ12（ＢＬＴ）、ＢａＢｉ4Ｔｉ4Ｏ14などの粒子が挙げられる。磁気特性を有する粒子としては、例えば、フェライト（ＦｅＯ・Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ・Ｆｅ2Ｏ3、、ＮｉＯ・Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ・Ｆｅ2Ｏ3などの粒子が挙げられる。熱電特性を有する粒子としては、例えば、ビスマス・テルル化合物、鉛・テルル合金、シリコン・ゲルマニウム合金、コバルト・アンチモン化合物、亜鉛・アンチモン化合物などの粒子が挙げられる。イオン伝導性を有する粒子としては、例えば、安定化ジルコニア、βアルミナ、パーフルオロスルホン酸系ポリマーなどの粒子が挙げられる。光学特性を有する粒子としては、例えば、Ｚｎ−Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系材料、Ｚｎ−Ｉｎ−Ｏ系材料、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系材料、Ｚｎ−Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系材料などの酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズのいずれかを含む粒子などが挙げられる。この粒子３２の形態は、球状、立方体、正四面体、正八面体、棒状、板状など種々の形態とすることができる。なかでも、球状、立方体、正四面体、正八面体は粒子の充填率が上げることが可能であるので、緻密体を形成するのに好適である。
【００１５】
熱可塑性電着材４２は、熱可塑性を有すると共に、この熱可塑性電着材４２を溶媒中に分散させ導電性を有する被塗物を浸して通電させることによって被塗物の表面に被膜として形成されるものである。熱可塑性電着材４２は、被膜材料成分を溶媒に溶解させた溶液及び被膜材料成分を分散媒に分散させた分散液のいずれから形成されたものとしてもよい。また、熱可塑性電着材４２は、被膜材料成分が正に帯電しているカチオン型及び被膜材料成分が負に帯電しているアニオン型のいずれであってもよい。熱可塑性電着材４２としては、例えば、エポキシ樹脂・ポリイミド樹脂・ポリアミドイミド樹脂・アクリル樹脂等の炭素系高分子化合物、シリコーン樹脂等のケイ素系高分子化合物、表面に分散剤を吸着させ帯電させたアルミナ等の酸化物のナノ粒子等を挙げることができる。
【００１６】
次に、粒子固着体１０の製造方法について説明する。粒子固着体１０の製造方法は、例えば図１に示すように、（１）基体１２上へ第１電極１４を形成する第１電極形成工程と、（２）基体１２を熱可塑性電着材液４１へ浸漬して第１電極１４に通電して第１電極１４上に熱可塑性電着材４２からなる電着材層４５を形成する電着材層形成工程と、（３）電着材層４５を形成した基体１２を洗浄・乾燥する洗浄乾燥工程と、（４）第１電極１４上に粒子層３０を形成する粒子層形成工程と、（５）熱処理により粒子層３０を第１電極１４上へ固着する固着工程と、（６）第１電極１４以外の基体１２上に付着した粒子３２を洗浄する洗浄工程と、を含むものとすることができる。あるいは、図２に示すように、（１）電極形成工程と、（２）電着材層形成工程と、（３）洗浄乾燥工程と、（４）粒子３２を含むスラリー溶液４３へ基体１２を浸漬し粒子層３０を形成する粒子層形成工程と、（５）固着工程と、（６）洗浄工程と、を含むものとしてもよいし、（７）粒子層形成工程の前に電着材層４５を親水化処理する親水化工程、を含むものとすることができる。なお、粒子層形成工程は、粒子３２を含む溶液に基体１２を浸漬して行ってもよいし、溶液に浸漬せずに行ってもよい。
【００１７】
（１）第１電極形成工程
まず、基体１２上に第１電極１４を形成する処理を行う（図１の１段目参照）。第１電極１４を配設する基体１２としては、上述したガラスや単結晶、セラミックス、樹脂、予め絶縁コートされた金属などのうちいずれかを適宜用いることができる。第１電極１４としては、上述した導電性を有する金属、酸化物などの無機化合物、高分子のいずれか１以上を用いることができる。第１電極１４の形成方法としては、例えば、上記電極材料の蒸着やスパッタリング、モノマーの重合反応などにより形成することができる。また、第１電極１４は、上記電極材料のペーストを調製し、このペーストを基体１２上へドクターブレード法やスクリーン印刷法などにより塗布したり、無電解めっきを行うことなどにより基体１２上へ所望のパターンで形成することができる。第１電極１４の形状や厚さは適宜選択することができる。
【００１８】
（２）電着材層形成工程
次に、第１電極１４上に対向電極３９を対向させた状態で熱可塑性電着材を含む熱可塑性電着材液４１に基体１２を浸漬し、第１電極１４と対向電極３９との間に電位差を設けて熱可塑性電着材の層である電着材層４５を第１電極１４上のみに形成する処理を行う（図１の２段目参照）。熱可塑性電着材液４１に含まれる熱可塑性電着材としては、上述のように、例えば、エポキシ樹脂・ポリイミド樹脂・ポリアミドイミド樹脂・アクリル樹脂等の炭素系高分子化合物、シリコーン樹脂等のケイ素系高分子化合物、表面に分散剤を吸着させ帯電させたアルミナ等の酸化物のナノ粒子等を用いることができる。熱可塑性電着材液４１には、熱可塑性電着材を溶媒に溶解させた溶液及び熱可塑性電着材を分散媒に分散させた分散液のいずれも使用することができる。熱可塑性電着材液４１は、熱可塑性電着材が正に帯電しているカチオン型及び熱可塑性電着材が負に帯電しているアニオン型のいずれであってもよい。この熱可塑性電着材がカチオン型かアニオン型かにより、第１電極１４の電位を定めるものとする。溶媒又は分散媒の例としては、水等の無機溶媒、アルコール等の有機溶媒を挙げることができる。このうち、水系電着塗料は取り扱いが簡便であるため好適に用いられる。なお、熱可塑性電着材液４１がブロック化イソシアネート等の硬化剤やスズ化合物等の触媒を含んでいてもよい。熱可塑性電着材液４１に基体１２を浸漬させて、第１電極１４へ電流を流すと、第１電極１４の表面に電着材層４５が形成される。
【００１９】
（３）洗浄乾燥工程
第１電極１４上へ電着材層４５を形成したあと、基体１２を洗浄・乾燥する（図１の３段目参照）。第１電極１４上に塗膜のように電着材層４５が形成されており、洗浄によっても電着材層４５は剥がれにくい。この乾燥では、電着材層４５の材質にあわせた温度で行うのが好ましい。基体１２の乾燥は、例えば、ヒーター３８上で行うものとしてもよいし（図１の３段目）、乾燥機中で行ってもよい。
【００２０】
（４）粒子層形成工程
次に、第１電極１４を形成した基体１２上の少なくとも第１電極１４上（電着材層４５上）へ粒子３２の層である粒子層３０を形成する（図１の４段目参照）。用いる粒子３２は、上述したガラス、セラミックス、樹脂、金属、金属酸化物などのうちいずれかを用いることができる。また、圧電／電歪特性を有する粒子、強誘電特性を有する粒子、磁気特性を有する粒子、熱電特性を有する粒子、イオン伝導性を有する粒子、光学特性を有する粒子などのうちいずれかを用いることができる。粒子層３０の形成方法は、その後の固着工程に供せられる方法であれば特に限定されず、図１の４段目に示すように、基体１２を溶液へ浸漬させずに直接粒子層３０を形成するものとしてもよいし、図２の４段目に示すように、粒子３２を含む溶液（スラリー）に基体１２を浸漬させて第１電極上に粒子層３０を形成するものとしてもよい。前者の方法としては、例えば、スプレーにより塗布する方法、スピンコート法、ドクターブレイド法などのうち１以上の方法が挙げられる。後者の方法としては、例えば、粒子３２が分散したスラリーに基体１２を浸漬・静置して粒子３２を沈降させる方法や、粒子３２を液相界面に整列させ浸漬させた基体１２を引き上げるＬＢ法、電気泳動法、ディップ法などのうち１以上の方法が挙げられる。こうすれば、比較的容易に第１電極１４上へ粒子層３０を形成することができる。この粒子層３０の形成の際に、機械振動、音波、熱、光、磁場などを付加することで、より緻密に充填させることもできる。
【００２１】
（５）固着工程
次に、粒子層３０が形成された電着材層４５を加熱しこの加熱された電着材層４５により粒子層３０を固着させた固着層３４を形成する処理を行う（図１の５段目参照）。この固着工程の熱処理は、電着材層４５が溶ける又は溶ける前の温度で行うことが好ましい。加熱の方法は、ヒーター３８で基体１２側から加熱するものとしてもよいし、基体１２をオーブンなどに入れて加熱するものとしてもよいし、電着材層４５へ電磁波を照射するものとしてもよい。熱可塑性電着材４２を加熱することにより、熱可塑性電着材４２が粒子３２の間に入り込んだ状態になる。このように、この固着層３４は、粒子３２の間に熱可塑性電着材４２が入り込んだ状態で粒子３２を機械的に固着するため、より強固に第１電極１４上に形成される。
【００２２】
（６）洗浄工程
次に、固着層３４が形成された基体１２の第１電極１４以外の表面に形成された粒子層３０を除去する処理を行う。熱可塑性電着材４２により固着されていない粒子は、流水洗浄や超音波洗浄で容易に除去することができる。こうして、熱可塑性電着材４２により第１電極１４上で粒子３２が固着した粒子固着体１０を、より容易な処理で得ることができる。
【００２３】
（７）親水化工程
ここで、電着塗料被膜の表面性状によってスラリー溶液４３が撥水される場合は、電着材層４５の表面を親水化させてもよい。例えば、粒子層形成工程で水溶液のスラリー溶液４３を用いて粒子層３０の形成を行う場合に、図２の３段目に示すように、粒子層形成工程の前に、形成された電着材層４５を親水化処理するものとしてもよい。こうすれば、電着材層４５の表面に粒子３２がより付着しやすくなる。親水化処理としては、表面をプラズマ処理するものとしてもよいし、界面活性剤を用いるものとしてもよい。なお、この親水化工程は、洗浄・乾燥工程のあと親水化工程を行うものとしてもよい。
【００２４】
以上詳述した本実施形態の粒子固着体１０の製造方法では、第１電極１４上に形成された熱可塑性電着材４２により機械的に粒子３２を固着させるため、固着層３４がより強固であるし、基体１２、第１電極１４及び粒子３２の種類の選択の幅を極めて広くすることができる。また、熱可塑性電着材の電着を用いることにより、例えば従来のようなマスクによるパターニングやレジスト形成によるパターニングなどを行うことなく、より容易な処理で第１電極１４上のみへ固着層３４を形成することができる。更に、粒子層３０を第１電極１４上に形成したのちに熱処理で固着層３４を形成させるため、より密度の高い固着層３４を作製することができる。更にまた、第１電極１４を電着材層４５の形成に利用すると共に、その後、例えば複数の電極で固着層３４を挟み込むような素子とした際にも第１電極１４を利用することができる。なお、本実施形態では、粒子固着体１０の製造方法を説明することにより本発明の粒子の固着方法の一例も明らかにしている。
【００２５】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００２６】
例えば、上述した実施形態では、第１電極１４上に固着層３４を形成した粒子固着体１０の製造方法としたが、図３に示すように、（８）粒子固着体１０の固着層３４上へ第２電極１６を形成する第２電極形成工程と、（９）第２電極１６を形成した粒子固着体１０を焼成する焼成工程と、を含むものとしてもよい。即ち、焼成により形成した形成層３６を第１電極１４及び第２電極１６で挟み込んだ積層体５０（素子）の製造方法としてもよい。図３は、積層体５０を製造する工程の説明図である。この第２電極形成工程では、上述した第１電極形成工程と同様の処理を用いることができる。また、この焼成工程では、基体１２、第１電極１４、粒子３２、熱可塑性電着材４２などの特性に合わせた条件で焼成処理を行うものとする。例えば、この焼成工程では、粒子３２が焼結する温度や熱可塑性電着材４２が焼成により消失する温度で焼成し、これに合わせて基体１２や第１電極１４の材質を耐熱性を考慮して選択しておくものとすればよい。また、焼成工程は、第１電極１４の形成後に行ってもよいし、固着層３４の形成後に行ってもよいし、第２電極１６の形成後に行ってもよいし、これらの１以上の工程のあとに適宜焼成工程を行ってもよい。なお、上記第１電極形成工程で、焼成可能な基体１２上へ導電性高分子の第１電極１４を形成し、焼成可能な固着層３４を設けたものをその後焼成することにより、第１電極１４が焼成により消失し、基体１２上へ直接形成層３６を形成した、第１電極１４のない積層体を得ることができる。
【００２７】
上述した実施形態では、電極形成工程と、粒子層形成工程と、固着工程と、洗浄工程と、再重合工程と、を含むものとしてもよいとしたが、粒子固着体１０の製造方法としては、電着材層形成工程と、粒子層形成工程と、固着工程と、を含むものとすればよい。
【００２８】
上述した実施形態では、図１，２において、粒子固着体１０の説明を行ったが、図４に示すような種々の形態としてもよい。図４は、粒子固着体１０の別例の説明図であり、図４（ａ）が立方体粒子の複層パターニング例、図４（ｂ）が立方体粒子の単層パターニング例、図４（ｃ）がセラミックス粒子を焼成により一体化した例、図４（ｄ）が電極パターンにより固着層３４をパターニングした例である。これらのように、粒子３２が矩形で構成されていてもよいし、単層で構成されていても複層で構成されていてもよいし、焼成してセラミックス層としてもよいし、例えば櫛歯状などパターニングしてもよい。
【実施例】
【００２９】
以下には、本発明の粒子固着体１０を具体的に作製した例を説明する。
【００３０】
［実施例１］
サイズ３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ１５０μｍのジルコニア基板上に幅１ｍｍ、長さ４０ｍｍ、厚さ１０μｍの白金成形体をスクリーン印刷により形成し、電気炉を用い１３５０℃で焼付けることにより基板上に白金電極（第１電極）を形成した。次に、水性のアニオン型で、被覆材料としてポリイミド樹脂となる熱可塑性電着材液を準備し、ビーカーの底に前述のジルコニア基板を置き、基板に対して平行になるようにＳＵＳ製の対向電極を電極間隔１ｍｍで設置し、基板上の白金電極をプラス極、対向電極をマイナス極となるように電源に接続して、ピーク電圧５Ｖで２Ｈｚの三角波を３０回印加して熱可塑性電着材被膜（電着材層）を白金電極上に形成し、１００℃に熱したホットプレート上で乾燥した。さらにＰＺＴ懸濁液（スラリー）に基板を浸漬し、ＰＺＴ粒子が沈降堆積するまで１０分間静置した。粒子が堆積した状態のまま基板を引き上げて、３００℃のホットプレート上で５分間加熱処理した後、純水中で超音波洗浄して、電極以外に付着したＰＺＴ粒子を除去することにより、電極上のみにＰＺＴ粒子が固着した粒子固着体が得られた。これを実施例１とした。なお、ＰＺＴ粒子の粒径は、スペクトリス社製動的散乱式粒度分布測定装置ゼータサイザーナノｎａｎｏ−ＺＳを用い、水を分散媒として測定したメディアン径（Ｄ５０）である。また、ＰＺＴ粒子の除去時の超音波洗浄は、超音波洗浄機（シャープ製ＵＴ−１０６）を用い、４０ｋＨｚ、１分間の条件で行った。
【００３１】
［実施例２］
実施例１と同様に電着材層を白金電極上に形成し、１００℃で乾燥した後、１８０℃のオーブンで３０分間硬化処理を行った。さらに、Ａｒガス雰囲気下でプラズマ処理し、熱可塑性電着材の表面を親水化処理した。このプラズマ処理では、プラズマドライクリーナー（サムコインターナショナル研究所製ＰＸ−１０００）を用いて１ｋＷで３分間の処理を行った。親水化処理のあと、実施例１と同様の工程を経てＰＺＴ粒子を電着材層上へ堆積させ、熱処理を行いこれを固着させた。得られた粒子固着体を実施例２とした。
【００３２】
［実施例３］
実施例１と同様にジルコニア基板上に白金電極を形成した。次に、水性のカチオン型で、熱可塑性電着材としてエポキシ樹脂となる熱可塑性電着材液を準備し、ビーカーの底に前述のジルコニア基板を置き、基板に対して平行になるようにＳＵＳ製の対向電極を電極間隔１ｍｍで設置し、基板上の白金電極をマイナス極、対向電極をプラス極となるように電源に接続して、ピーク電圧５Ｖで２Ｈｚの三角波を３０回印加して熱可塑性電着材被膜（電着材層）を白金電極上に形成し、１００℃に熱したホットプレート上で乾燥した。さらにＰＺＴ懸濁液に基板を浸漬し、ＰＺＴ粒子が沈降堆積するまで１０分間静置した。粒子が堆積した状態のまま基板を引き上げて、３００℃のホットプレート上で５分間加熱処理した後、純水中で超音波洗浄して、電極以外に付着したＰＺＴ粒子を除去することにより、電極上のみにＰＺＴ粒子が固着した粒子固着体が得られた。これを実施例３とした。
【００３３】
［比較例１］
サイズ３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ２ｍｍのガラス基板上へ櫛歯状に厚さ１５０ｎｍの金電極（第１電極）をＤＣスパッタリングにより形成した。次に、水熱合成法で作製した粒径３μｍの立方体形状のＰＺＴ粒子の表面にラテックスコーティングを行い、このコーティングしたＰＺＴ粒子をイソプロピルアルコールに懸濁したあと、純水に滴下してこのＰＺＴ粒子を水面に浮かせた。次に、前述の金電極を形成したガラス基板を、水面にＰＺＴ粒子が浮かぶ溶液から引き上げ（ＬＢ法）、ＰＺＴ粒子を堆積した基板を得た。得られた基板を比較例１とした。
【００３４】
（剥離試験）
実施例１〜３及び比較例１について、付着力を評価する試験を行った。試験は剥離率を評価するものであり、剥離処理を行う前の第１電極上の粒子の被覆率に対して、剥離処理後の被覆率がどのように変化するかを求めた。剥離処理として、上記超音波洗浄機を用い、水中で４０ｋＨｚ、１分間の処理を行った。また、被覆率（電極の単位面積あたりに被覆している粒子の割合）は、固着層を形成した第１電極の表面を走査型電子顕微鏡（日本電子製ＪＳＭ−７０００Ｆ）で観察し、画像解析により電極面積あたりの粒子の被覆面積を数値化して求めた。また、剥離率は、剥離処理前の第１電極上の粒子の被覆率をＡ、剥離処理後の被覆率をＢとすると、（Ａ−Ｂ）／Ａ×１００（％）という式を用いて求めた。
【００３５】
（実験結果）
実施例１〜３及び比較例１の剥離処理前の第１電極上の粒子の被覆率（％）、剥離処理後の被覆率（％）及び剥離率（％）を表１に示す。表１より明らかであるが、比較例１の剥離が激しく、固着できていないのに対して、実施例ではどのサンプルでも高い被覆率を示すと共に、極めて剥離しにくいことがわかった。また、親水化処理を行った実施例２では、より高い被覆率が得られた。第１電極上への粒子の形成は、電極上へ粒子を沈降させてもよいし、ＬＢ法を用いてもよいし、どのような方法を用いてもよいものと推察された。また、実施例１〜４の熱可塑性電着材により粒子を電極上へ固着する方法では、粒子、基板及び電極の材質を選ばずに強固に固着することができることが明らかとなった。
【００３６】
【表１】
【符号の説明】
【００３７】
１０ 粒子固着体、１２ 基体、１４ 第１電極、１６ 第２電極、３０ 粒子層、３２ 粒子、３４ 固着層、３６ 形成層、３８ ヒーター、３９ 対向電極、４１ 熱可塑性電着材液、４２ 熱可塑性電着材、４３ スラリー溶液、４５ 電着材層、５０ 積層体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子の固着方法及び粒子固着体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ラングミューア−ブロージェット法（ＬＢ法）により基板に固着しやすい化学基を有する膜をこの基板上に形成し、この基板に形成された膜に、更に異種物質による膜を複数積層させることにより基板と剥離しにくい積層膜を作製する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、重合性モノマーと磁性体微粒子とを分散させた溶液中に電極を入れ、このモノマーを電解重合することによりポリマー中に磁性体微粒子が分散した状態で電極上にポリマーを形成する方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。この方法では、密度が小さく柔軟性に富む薄膜を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５０６６１号公報
【特許文献２】特開平６−３３８４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば、基板上に形成された電極上のみに粒子層を形成し、その後の工程などで取り扱うことがあり、この電極上へ粒子を強固に固着させたいということがある。このような場合、特許文献１の方法では、電極以外の基板上にも膜状の粒子層が形成されてしまい、基板上に粒子層が形成されない他の方法、例えばマスクによるパターニングやレジスト形成によるパターニングなどを行う必要があった。また、基板や膜に形成させる化学基など選択の幅が狭かった。なお、ＬＢ膜での固着は、基本的には分子間力による結合であり、その結合力が弱く、特に粒子径がサブミクロン以上の場合、十分に強固に粒子を電極上へ固着できなかった。また、特許文献２の方法では、電極上にはポリマー層が形成されるが、柔軟性に富むポリマー層を電極上へ形成するものであり、電極上へ粒子を強固に固着するものではなかった。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、電極上へより容易に且つより強固に粒子を固着することができる粒子の固着方法及び粒子固着体の製造方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した主目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、電極が形成された基板を熱可塑性電着材を含む溶液に浸漬させ、この電極を利用して電圧を印加しこの電極上へ熱可塑性電着材を形成し、更にその上に粒子の層を形成して加熱して熱可塑性電着材を溶かして粒子を固定させると、電極上へより容易に且つより強固に粒子を固着することができることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明の粒子の固着方法は、
基体上に形成された第１電極上に粒子を固着させる固着方法であって、
前記第１電極上に対向電極を対向させた状態で熱可塑性電着物質を含む溶液に前記基体を浸漬し、前記第１電極と前記対向電極との間に電位差を設けて前記熱可塑性電着物質の層である電着材層を前記第１電極に形成する電着材層形成工程と、
少なくとも前記第１電極の電着材層上に粒子層を形成する粒子層形成工程と、
前記粒子層が形成された電着材層を加熱し該加熱された前記電着材層により前記粒子層を固着する固着工程と、を含むものである。
【０００８】
また、本発明の粒子固着体の製造方法は、
基体上に形成された第１電極上に粒子が固着した粒子固着体の製造方法であって、
前記第１電極上に対向電極を対向させた状態で熱可塑性電着物質を含む溶液に前記基体を浸漬し、前記第１電極と前記対向電極との間に電位差を設けて前記熱可塑性電着物質の層である電着材層を前記第１電極に形成する電着材層形成工程と、
少なくとも前記第１電極の電着材層上に粒子層を形成する粒子層形成工程と、
前記粒子層が形成された電着材層を加熱し該加熱された前記電着材層により前記粒子層を固着する固着工程と、を含むものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の粒子の固着方法及び粒子固着体の製造方法では、第１電極上で加熱された熱可塑性電着物質により粒子が機械的に固着するため、より強固に粒子を固着可能である。また、第１電極以外の基体上に粒子層が形成されたとしても、第１電極において熱可塑性電着物質が粒子を固着するため、第１電極以外の部分では粒子が強固に固着することがなく、従来におけるマスクによるパターニングやレジスト形成によるパターニングなどを行わなくても、第１電極以外の表面に形成された粒子層を簡単に除去することができる。したがって、電極上へより容易に且つより強固に粒子を固着することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の粒子固着体１０の製造方法の一例を表す説明図。
【図２】本実施形態の粒子固着体１０の製造方法の別の一例を表す説明図。
【図３】積層体５０を製造する工程の説明図。
【図４】粒子固着体１０の別例の説明図であり、図４（ａ）が立方体粒子の複層パターニング例、図４（ｂ）が立方体粒子の単層パターニング例、図４（ｃ）がセラミックス粒子を焼成により一体化した例、図４（ｄ）が電極パターンにより固着層３４をパターニングした例。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を実施する形態を図面を用いて説明する。図１及び図２は、本実施形態の粒子固着体１０の製造方法の一例を表す説明図である。粒子固着体１０は、図１の下段に示すように、基体１２と、基体１２上に形成された第１電極１４と、第１電極１４上に形成され粒子３２を熱可塑性電着材４２で固着した固着層３４とを備えている。この粒子固着体１０は、例えば、基体上に電極を形成した素子への中間体（部品）として作製されるものとしてもよい。粒子固着体１０は、圧電特性、強誘電特性、磁気特性、熱電特性、イオン伝導性、光学特性などの特徴を有する粒子を電極上に固着させたものとしてもよい。即ち、素子としては、圧電／電歪素子、強誘電体素子、磁気素子、熱電変換素子、イオン伝導素子、光学素子などが挙げられる。また、この粒子固着体１０は、そのまま用いることもできるが、例えば、固着層３４上に更に電極を形成した素子の中間体として作製されるものとしてもよい。即ち、粒子からなる層を電極で挟み込んだ構造の素子としてもよく、例えば、圧電／電歪素子、強誘電体素子、熱電変換素子、イオン伝導素子などが挙げられる。この場合、基体１２上に形成された第１電極１４をそのまま素子に利用することができる。
【００１２】
基体１２は、その表面上へ導電性の電極を形成可能であり、その表面に絶縁性を有し、後述する熱処理工程での耐熱性を有していれば特に限定されず、例えば、ガラスや単結晶、セラミックス、樹脂、予め絶縁コートされた金属などのうち１以上が挙げられる。ガラス基体としては、例えば、石英、無アルカリガラスなどが挙げられる。単結晶基体としては、例えば、シリコン、ガリウムヒ素、炭化珪素、アルミナなどが挙げられる。セラミックス基体としては、例えば、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、ムライト、窒化アルミニウム及び窒化珪素などが挙げられる。樹脂基体としては、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂などが挙げられる。絶縁コートされた金属の基体としては、ステンレスやアルミニウムなどの金属上に絶縁性樹脂を塗布したものなどが挙げられる。
【００１３】
第１電極１４は、導電性の材料で形成されている。この第１電極１４の材質としては、白金、パラジウム、ルテニウム、金、銀及びこれらの合金、導電性高分子からなる群より選択される少なくとも１種以上を挙げることができる。この第１電極１４は、粒子固着体１０をその後焼成する場合には、焼成に際しての耐熱性が高い点で、白金、又は白金を主成分とする合金が好ましい。また、第１電極１４のパターニングの方法は、蒸着、スパッタリング、スクリーン印刷、無電解めっき、モノマーの界面重合などいずれでもよい。
【００１４】
粒子３２は、ガラス、セラミックス、樹脂、金属、金属酸化物などとすることができる。この粒子３２は、例えば、第１電極１４上で整列・配向することにより特性が向上するものであることがより好ましい。こうすれば、本発明の粒子の固着方法により、固着層３４での特性をより向上させることができる。粒子３２としては、例えば、圧電特性を有するもの、強誘電特性を有するもの、磁気特性を有するもの、熱電特性を有するもの、イオン伝導性を有するもの、光学特性を有するもの、これらのうち１以上を用いたものなどが挙げられる。これらの特性を有する粒子では、得られる粒子固着体１０や素子などにおいても同様の特性を有するものとすることができる。圧電特性を有する粒子としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、水晶（ＳｉＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、リチウムテトラボレート（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）、ランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの粒子が挙げられる。強誘電特性を有する粒子としては、例えば、ＢａＴｉＯ3や、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3（ＰＺＴ）、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）、(Ｂｉ，Ｌａ)4Ｔｉ3Ｏ12（ＢＬＴ）、ＢａＢｉ4Ｔｉ4Ｏ14などの粒子が挙げられる。磁気特性を有する粒子としては、例えば、フェライト（ＦｅＯ・Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ・Ｆｅ2Ｏ3、、ＮｉＯ・Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ・Ｆｅ2Ｏ3などの粒子が挙げられる。熱電特性を有する粒子としては、例えば、ビスマス・テルル化合物、鉛・テルル合金、シリコン・ゲルマニウム合金、コバルト・アンチモン化合物、亜鉛・アンチモン化合物などの粒子が挙げられる。イオン伝導性を有する粒子としては、例えば、安定化ジルコニア、βアルミナ、パーフルオロスルホン酸系ポリマーなどの粒子が挙げられる。光学特性を有する粒子としては、例えば、Ｚｎ−Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系材料、Ｚｎ−Ｉｎ−Ｏ系材料、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系材料、Ｚｎ−Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系材料などの酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズのいずれかを含む粒子などが挙げられる。この粒子３２の形態は、球状、立方体、正四面体、正八面体、棒状、板状など種々の形態とすることができる。なかでも、球状、立方体、正四面体、正八面体は粒子の充填率が上げることが可能であるので、緻密体を形成するのに好適である。
【００１５】
熱可塑性電着材４２は、熱可塑性を有すると共に、この熱可塑性電着材４２を溶媒中に分散させ導電性を有する被塗物を浸して通電させることによって被塗物の表面に被膜として形成されるものである。熱可塑性電着材４２は、被膜材料成分を溶媒に溶解させた溶液及び被膜材料成分を分散媒に分散させた分散液のいずれから形成されたものとしてもよい。また、熱可塑性電着材４２は、被膜材料成分が正に帯電しているカチオン型及び被膜材料成分が負に帯電しているアニオン型のいずれであってもよい。熱可塑性電着材４２としては、例えば、エポキシ樹脂・ポリイミド樹脂・ポリアミドイミド樹脂・アクリル樹脂等の炭素系高分子化合物、シリコーン樹脂等のケイ素系高分子化合物、表面に分散剤を吸着させ帯電させたアルミナ等の酸化物のナノ粒子等を挙げることができる。
【００１６】
次に、粒子固着体１０の製造方法について説明する。粒子固着体１０の製造方法は、例えば図１に示すように、（１）基体１２上へ第１電極１４を形成する第１電極形成工程と、（２）基体１２を熱可塑性電着材液４１へ浸漬して第１電極１４に通電して第１電極１４上に熱可塑性電着材４２からなる電着材層４５を形成する電着材層形成工程と、（３）電着材層４５を形成した基体１２を洗浄・乾燥する洗浄乾燥工程と、（４）第１電極１４上に粒子層３０を形成する粒子層形成工程と、（５）熱処理により粒子層３０を第１電極１４上へ固着する固着工程と、（６）第１電極１４以外の基体１２上に付着した粒子３２を洗浄する洗浄工程と、を含むものとすることができる。あるいは、図２に示すように、（１）電極形成工程と、（２）電着材層形成工程と、（３）洗浄乾燥工程と、（４）粒子３２を含むスラリー溶液４３へ基体１２を浸漬し粒子層３０を形成する粒子層形成工程と、（５）固着工程と、（６）洗浄工程と、を含むものとしてもよいし、（７）粒子層形成工程の前に電着材層４５を親水化処理する親水化工程、を含むものとすることができる。なお、粒子層形成工程は、粒子３２を含む溶液に基体１２を浸漬して行ってもよいし、溶液に浸漬せずに行ってもよい。
【００１７】
（１）第１電極形成工程
まず、基体１２上に第１電極１４を形成する処理を行う（図１の１段目参照）。第１電極１４を配設する基体１２としては、上述したガラスや単結晶、セラミックス、樹脂、予め絶縁コートされた金属などのうちいずれかを適宜用いることができる。第１電極１４としては、上述した導電性を有する金属、酸化物などの無機化合物、高分子のいずれか１以上を用いることができる。第１電極１４の形成方法としては、例えば、上記電極材料の蒸着やスパッタリング、モノマーの重合反応などにより形成することができる。また、第１電極１４は、上記電極材料のペーストを調製し、このペーストを基体１２上へドクターブレード法やスクリーン印刷法などにより塗布したり、無電解めっきを行うことなどにより基体１２上へ所望のパターンで形成することができる。第１電極１４の形状や厚さは適宜選択することができる。
【００１８】
（２）電着材層形成工程
次に、第１電極１４上に対向電極３９を対向させた状態で熱可塑性電着材を含む熱可塑性電着材液４１に基体１２を浸漬し、第１電極１４と対向電極３９との間に電位差を設けて熱可塑性電着材の層である電着材層４５を第１電極１４上のみに形成する処理を行う（図１の２段目参照）。熱可塑性電着材液４１に含まれる熱可塑性電着材としては、上述のように、例えば、エポキシ樹脂・ポリイミド樹脂・ポリアミドイミド樹脂・アクリル樹脂等の炭素系高分子化合物、シリコーン樹脂等のケイ素系高分子化合物、表面に分散剤を吸着させ帯電させたアルミナ等の酸化物のナノ粒子等を用いることができる。熱可塑性電着材液４１には、熱可塑性電着材を溶媒に溶解させた溶液及び熱可塑性電着材を分散媒に分散させた分散液のいずれも使用することができる。熱可塑性電着材液４１は、熱可塑性電着材が正に帯電しているカチオン型及び熱可塑性電着材が負に帯電しているアニオン型のいずれであってもよい。この熱可塑性電着材がカチオン型かアニオン型かにより、第１電極１４の電位を定めるものとする。溶媒又は分散媒の例としては、水等の無機溶媒、アルコール等の有機溶媒を挙げることができる。このうち、水系電着塗料は取り扱いが簡便であるため好適に用いられる。なお、熱可塑性電着材液４１がブロック化イソシアネート等の硬化剤やスズ化合物等の触媒を含んでいてもよい。熱可塑性電着材液４１に基体１２を浸漬させて、第１電極１４へ電流を流すと、第１電極１４の表面に電着材層４５が形成される。
【００１９】
（３）洗浄乾燥工程
第１電極１４上へ電着材層４５を形成したあと、基体１２を洗浄・乾燥する（図１の３段目参照）。第１電極１４上に塗膜のように電着材層４５が形成されており、洗浄によっても電着材層４５は剥がれにくい。この乾燥では、電着材層４５の材質にあわせた温度で行うのが好ましい。基体１２の乾燥は、例えば、ヒーター３８上で行うものとしてもよいし（図１の３段目）、乾燥機中で行ってもよい。
【００２０】
（４）粒子層形成工程
次に、第１電極１４を形成した基体１２上の少なくとも第１電極１４上（電着材層４５上）へ粒子３２の層である粒子層３０を形成する（図１の４段目参照）。用いる粒子３２は、上述したガラス、セラミックス、樹脂、金属、金属酸化物などのうちいずれかを用いることができる。また、圧電／電歪特性を有する粒子、強誘電特性を有する粒子、磁気特性を有する粒子、熱電特性を有する粒子、イオン伝導性を有する粒子、光学特性を有する粒子などのうちいずれかを用いることができる。粒子層３０の形成方法は、その後の固着工程に供せられる方法であれば特に限定されず、図１の４段目に示すように、基体１２を溶液へ浸漬させずに直接粒子層３０を形成するものとしてもよいし、図２の４段目に示すように、粒子３２を含む溶液（スラリー）に基体１２を浸漬させて第１電極上に粒子層３０を形成するものとしてもよい。前者の方法としては、例えば、スプレーにより塗布する方法、スピンコート法、ドクターブレイド法などのうち１以上の方法が挙げられる。後者の方法としては、例えば、粒子３２が分散したスラリーに基体１２を浸漬・静置して粒子３２を沈降させる方法や、粒子３２を液相界面に整列させ浸漬させた基体１２を引き上げるＬＢ法、電気泳動法、ディップ法などのうち１以上の方法が挙げられる。こうすれば、比較的容易に第１電極１４上へ粒子層３０を形成することができる。この粒子層３０の形成の際に、機械振動、音波、熱、光、磁場などを付加することで、より緻密に充填させることもできる。
【００２１】
（５）固着工程
次に、粒子層３０が形成された電着材層４５を加熱しこの加熱された電着材層４５により粒子層３０を固着させた固着層３４を形成する処理を行う（図１の５段目参照）。この固着工程の熱処理は、電着材層４５が溶ける又は溶ける前の温度で行うことが好ましい。加熱の方法は、ヒーター３８で基体１２側から加熱するものとしてもよいし、基体１２をオーブンなどに入れて加熱するものとしてもよいし、電着材層４５へ電磁波を照射するものとしてもよい。熱可塑性電着材４２を加熱することにより、熱可塑性電着材４２が粒子３２の間に入り込んだ状態になる。このように、この固着層３４は、粒子３２の間に熱可塑性電着材４２が入り込んだ状態で粒子３２を機械的に固着するため、より強固に第１電極１４上に形成される。
【００２２】
（６）洗浄工程
次に、固着層３４が形成された基体１２の第１電極１４以外の表面に形成された粒子層３０を除去する処理を行う。熱可塑性電着材４２により固着されていない粒子は、流水洗浄や超音波洗浄で容易に除去することができる。こうして、熱可塑性電着材４２により第１電極１４上で粒子３２が固着した粒子固着体１０を、より容易な処理で得ることができる。
【００２３】
（７）親水化工程
ここで、電着塗料被膜の表面性状によってスラリー溶液４３が撥水される場合は、電着材層４５の表面を親水化させてもよい。例えば、粒子層形成工程で水溶液のスラリー溶液４３を用いて粒子層３０の形成を行う場合に、図２の３段目に示すように、粒子層形成工程の前に、形成された電着材層４５を親水化処理するものとしてもよい。こうすれば、電着材層４５の表面に粒子３２がより付着しやすくなる。親水化処理としては、表面をプラズマ処理するものとしてもよいし、界面活性剤を用いるものとしてもよい。なお、この親水化工程は、洗浄・乾燥工程のあと親水化工程を行うものとしてもよい。
【００２４】
以上詳述した本実施形態の粒子固着体１０の製造方法では、第１電極１４上に形成された熱可塑性電着材４２により機械的に粒子３２を固着させるため、固着層３４がより強固であるし、基体１２、第１電極１４及び粒子３２の種類の選択の幅を極めて広くすることができる。また、熱可塑性電着材の電着を用いることにより、例えば従来のようなマスクによるパターニングやレジスト形成によるパターニングなどを行うことなく、より容易な処理で第１電極１４上のみへ固着層３４を形成することができる。更に、粒子層３０を第１電極１４上に形成したのちに熱処理で固着層３４を形成させるため、より密度の高い固着層３４を作製することができる。更にまた、第１電極１４を電着材層４５の形成に利用すると共に、その後、例えば複数の電極で固着層３４を挟み込むような素子とした際にも第１電極１４を利用することができる。なお、本実施形態では、粒子固着体１０の製造方法を説明することにより本発明の粒子の固着方法の一例も明らかにしている。
【００２５】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００２６】
例えば、上述した実施形態では、第１電極１４上に固着層３４を形成した粒子固着体１０の製造方法としたが、図３に示すように、（８）粒子固着体１０の固着層３４上へ第２電極１６を形成する第２電極形成工程と、（９）第２電極１６を形成した粒子固着体１０を焼成する焼成工程と、を含むものとしてもよい。即ち、焼成により形成した形成層３６を第１電極１４及び第２電極１６で挟み込んだ積層体５０（素子）の製造方法としてもよい。図３は、積層体５０を製造する工程の説明図である。この第２電極形成工程では、上述した第１電極形成工程と同様の処理を用いることができる。また、この焼成工程では、基体１２、第１電極１４、粒子３２、熱可塑性電着材４２などの特性に合わせた条件で焼成処理を行うものとする。例えば、この焼成工程では、粒子３２が焼結する温度や熱可塑性電着材４２が焼成により消失する温度で焼成し、これに合わせて基体１２や第１電極１４の材質を耐熱性を考慮して選択しておくものとすればよい。また、焼成工程は、第１電極１４の形成後に行ってもよいし、固着層３４の形成後に行ってもよいし、第２電極１６の形成後に行ってもよいし、これらの１以上の工程のあとに適宜焼成工程を行ってもよい。なお、上記第１電極形成工程で、焼成可能な基体１２上へ導電性高分子の第１電極１４を形成し、焼成可能な固着層３４を設けたものをその後焼成することにより、第１電極１４が焼成により消失し、基体１２上へ直接形成層３６を形成した、第１電極１４のない積層体を得ることができる。
【００２７】
上述した実施形態では、電極形成工程と、粒子層形成工程と、固着工程と、洗浄工程と、再重合工程と、を含むものとしてもよいとしたが、粒子固着体１０の製造方法としては、電着材層形成工程と、粒子層形成工程と、固着工程と、を含むものとすればよい。
【００２８】
上述した実施形態では、図１，２において、粒子固着体１０の説明を行ったが、図４に示すような種々の形態としてもよい。図４は、粒子固着体１０の別例の説明図であり、図４（ａ）が立方体粒子の複層パターニング例、図４（ｂ）が立方体粒子の単層パターニング例、図４（ｃ）がセラミックス粒子を焼成により一体化した例、図４（ｄ）が電極パターンにより固着層３４をパターニングした例である。これらのように、粒子３２が矩形で構成されていてもよいし、単層で構成されていても複層で構成されていてもよいし、焼成してセラミックス層としてもよいし、例えば櫛歯状などパターニングしてもよい。
【実施例】
【００２９】
以下には、本発明の粒子固着体１０を具体的に作製した例を説明する。
【００３０】
［実施例１］
サイズ３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ１５０μｍのジルコニア基板上に幅１ｍｍ、長さ４０ｍｍ、厚さ１０μｍの白金成形体をスクリーン印刷により形成し、電気炉を用い１３５０℃で焼付けることにより基板上に白金電極（第１電極）を形成した。次に、水性のアニオン型で、被覆材料としてポリイミド樹脂となる熱可塑性電着材液を準備し、ビーカーの底に前述のジルコニア基板を置き、基板に対して平行になるようにＳＵＳ製の対向電極を電極間隔１ｍｍで設置し、基板上の白金電極をプラス極、対向電極をマイナス極となるように電源に接続して、ピーク電圧５Ｖで２Ｈｚの三角波を３０回印加して熱可塑性電着材被膜（電着材層）を白金電極上に形成し、１００℃に熱したホットプレート上で乾燥した。さらにＰＺＴ懸濁液（スラリー）に基板を浸漬し、ＰＺＴ粒子が沈降堆積するまで１０分間静置した。粒子が堆積した状態のまま基板を引き上げて、３００℃のホットプレート上で５分間加熱処理した後、純水中で超音波洗浄して、電極以外に付着したＰＺＴ粒子を除去することにより、電極上のみにＰＺＴ粒子が固着した粒子固着体が得られた。これを実施例１とした。なお、ＰＺＴ粒子の粒径は、スペクトリス社製動的散乱式粒度分布測定装置ゼータサイザーナノｎａｎｏ−ＺＳを用い、水を分散媒として測定したメディアン径（Ｄ５０）である。また、ＰＺＴ粒子の除去時の超音波洗浄は、超音波洗浄機（シャープ製ＵＴ−１０６）を用い、４０ｋＨｚ、１分間の条件で行った。
【００３１】
［実施例２］
実施例１と同様に電着材層を白金電極上に形成し、１００℃で乾燥した後、１８０℃のオーブンで３０分間硬化処理を行った。さらに、Ａｒガス雰囲気下でプラズマ処理し、熱可塑性電着材の表面を親水化処理した。このプラズマ処理では、プラズマドライクリーナー（サムコインターナショナル研究所製ＰＸ−１０００）を用いて１ｋＷで３分間の処理を行った。親水化処理のあと、実施例１と同様の工程を経てＰＺＴ粒子を電着材層上へ堆積させ、熱処理を行いこれを固着させた。得られた粒子固着体を実施例２とした。
【００３２】
［実施例３］
実施例１と同様にジルコニア基板上に白金電極を形成した。次に、水性のカチオン型で、熱可塑性電着材としてエポキシ樹脂となる熱可塑性電着材液を準備し、ビーカーの底に前述のジルコニア基板を置き、基板に対して平行になるようにＳＵＳ製の対向電極を電極間隔１ｍｍで設置し、基板上の白金電極をマイナス極、対向電極をプラス極となるように電源に接続して、ピーク電圧５Ｖで２Ｈｚの三角波を３０回印加して熱可塑性電着材被膜（電着材層）を白金電極上に形成し、１００℃に熱したホットプレート上で乾燥した。さらにＰＺＴ懸濁液に基板を浸漬し、ＰＺＴ粒子が沈降堆積するまで１０分間静置した。粒子が堆積した状態のまま基板を引き上げて、３００℃のホットプレート上で５分間加熱処理した後、純水中で超音波洗浄して、電極以外に付着したＰＺＴ粒子を除去することにより、電極上のみにＰＺＴ粒子が固着した粒子固着体が得られた。これを実施例３とした。
【００３３】
［比較例１］
サイズ３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ２ｍｍのガラス基板上へ櫛歯状に厚さ１５０ｎｍの金電極（第１電極）をＤＣスパッタリングにより形成した。次に、水熱合成法で作製した粒径３μｍの立方体形状のＰＺＴ粒子の表面にラテックスコーティングを行い、このコーティングしたＰＺＴ粒子をイソプロピルアルコールに懸濁したあと、純水に滴下してこのＰＺＴ粒子を水面に浮かせた。次に、前述の金電極を形成したガラス基板を、水面にＰＺＴ粒子が浮かぶ溶液から引き上げ（ＬＢ法）、ＰＺＴ粒子を堆積した基板を得た。得られた基板を比較例１とした。
【００３４】
（剥離試験）
実施例１〜３及び比較例１について、付着力を評価する試験を行った。試験は剥離率を評価するものであり、剥離処理を行う前の第１電極上の粒子の被覆率に対して、剥離処理後の被覆率がどのように変化するかを求めた。剥離処理として、上記超音波洗浄機を用い、水中で４０ｋＨｚ、１分間の処理を行った。また、被覆率（電極の単位面積あたりに被覆している粒子の割合）は、固着層を形成した第１電極の表面を走査型電子顕微鏡（日本電子製ＪＳＭ−７０００Ｆ）で観察し、画像解析により電極面積あたりの粒子の被覆面積を数値化して求めた。また、剥離率は、剥離処理前の第１電極上の粒子の被覆率をＡ、剥離処理後の被覆率をＢとすると、（Ａ−Ｂ）／Ａ×１００（％）という式を用いて求めた。
【００３５】
（実験結果）
実施例１〜３及び比較例１の剥離処理前の第１電極上の粒子の被覆率（％）、剥離処理後の被覆率（％）及び剥離率（％）を表１に示す。表１より明らかであるが、比較例１の剥離が激しく、固着できていないのに対して、実施例ではどのサンプルでも高い被覆率を示すと共に、極めて剥離しにくいことがわかった。また、親水化処理を行った実施例２では、より高い被覆率が得られた。第１電極上への粒子の形成は、電極上へ粒子を沈降させてもよいし、ＬＢ法を用いてもよいし、どのような方法を用いてもよいものと推察された。また、実施例１〜４の熱可塑性電着材により粒子を電極上へ固着する方法では、粒子、基板及び電極の材質を選ばずに強固に固着することができることが明らかとなった。
【００３６】
【表１】
【符号の説明】
【００３７】
１０ 粒子固着体、１２ 基体、１４ 第１電極、１６ 第２電極、３０ 粒子層、３２ 粒子、３４ 固着層、３６ 形成層、３８ ヒーター、３９ 対向電極、４１ 熱可塑性電着材液、４２ 熱可塑性電着材、４３ スラリー溶液、４５ 電着材層、５０ 積層体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に形成された第１電極上に粒子を固着させる固着方法であって、
前記第１電極上に対向電極を対向させた状態で熱可塑性電着物質を含む溶液に前記基体を浸漬し、前記第１電極と前記対向電極との間に電位差を設けて前記熱可塑性電着物質の層である電着材層を前記第１電極に形成する電着材層形成工程と、
少なくとも前記第１電極の電着材層上に粒子層を形成する粒子層形成工程と、
前記粒子層が形成された電着材層を加熱し該加熱された前記電着材層により前記粒子層を固着する固着工程と、
を含む粒子の固着方法。
【請求項２】
前記粒子層形成工程では、前記粒子を含む溶液に前記基体を浸漬させて前記第１電極上に粒子層を形成する、請求項１に記載の粒子の固着方法。
【請求項３】
請求項２に記載の粒子の固着方法であって、
前記粒子形成工程のまえに、前記形成された電着材層を親水化処理する親水化工程、を含み、
前記粒子形成工程では、前記粒子を含む水溶液に前記基体を浸漬させて前記粒子層を形成する、粒子の固着方法。
【請求項４】
基体上に形成された第１電極上に粒子が固着した粒子固着体の製造方法であって、
前記第１電極上に対向電極を対向させた状態で熱可塑性電着物質を含む溶液に前記基体を浸漬し、前記第１電極と前記対向電極との間に電位差を設けて前記熱可塑性電着物質の層である電着材層を前記第１電極に形成する電着材層形成工程と、
少なくとも前記第１電極の電着材層上に粒子層を形成する粒子層形成工程と、
前記粒子層が形成された電着材層を加熱し該加熱された前記電着材層により前記粒子層を固着する固着工程と、
を含む粒子固着体の製造方法。
【請求項５】
前記粒子層形成工程では、前記粒子を含む溶液に前記基体を浸漬させて前記第１電極上に粒子層を形成する、請求項４に記載の粒子固着体の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の粒子固着体の製造方法であって、
前記粒子形成工程のまえに、前記形成された電着材層を親水化処理する親水化工程、を含み、
前記粒子形成工程では、前記粒子を含む水溶液に前記基体を浸漬させて前記粒子層を形成する、粒子固着体の製造方法。
【請求項１】
基体上に形成された第１電極上に粒子を固着させる固着方法であって、
前記第１電極上に対向電極を対向させた状態で熱可塑性電着物質を含む溶液に前記基体を浸漬し、前記第１電極と前記対向電極との間に電位差を設けて前記熱可塑性電着物質の層である電着材層を前記第１電極に形成する電着材層形成工程と、
少なくとも前記第１電極の電着材層上に粒子層を形成する粒子層形成工程と、
前記粒子層が形成された電着材層を加熱し該加熱された前記電着材層により前記粒子層を固着する固着工程と、
を含む粒子の固着方法。
【請求項２】
前記粒子層形成工程では、前記粒子を含む溶液に前記基体を浸漬させて前記第１電極上に粒子層を形成する、請求項１に記載の粒子の固着方法。
【請求項３】
請求項２に記載の粒子の固着方法であって、
前記粒子形成工程のまえに、前記形成された電着材層を親水化処理する親水化工程、を含み、
前記粒子形成工程では、前記粒子を含む水溶液に前記基体を浸漬させて前記粒子層を形成する、粒子の固着方法。
【請求項４】
基体上に形成された第１電極上に粒子が固着した粒子固着体の製造方法であって、
前記第１電極上に対向電極を対向させた状態で熱可塑性電着物質を含む溶液に前記基体を浸漬し、前記第１電極と前記対向電極との間に電位差を設けて前記熱可塑性電着物質の層である電着材層を前記第１電極に形成する電着材層形成工程と、
少なくとも前記第１電極の電着材層上に粒子層を形成する粒子層形成工程と、
前記粒子層が形成された電着材層を加熱し該加熱された前記電着材層により前記粒子層を固着する固着工程と、
を含む粒子固着体の製造方法。
【請求項５】
前記粒子層形成工程では、前記粒子を含む溶液に前記基体を浸漬させて前記第１電極上に粒子層を形成する、請求項４に記載の粒子固着体の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の粒子固着体の製造方法であって、
前記粒子形成工程のまえに、前記形成された電着材層を親水化処理する親水化工程、を含み、
前記粒子形成工程では、前記粒子を含む水溶液に前記基体を浸漬させて前記粒子層を形成する、粒子固着体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１７２８８６（Ｐ２０１０−１７２８８６Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１９４０（Ｐ２００９−２１９４０）
【出願日】平成２１年２月２日（２００９．２．２）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２日（２００９．２．２）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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