透明導電体および透明導電体の製造方法
【課題】従来の透明導電体は、より高い導電性を得るために、ガラス中のカーボンナノチューブの含有量を増やす必要があるが、透明導電体の光の透過率が落ちてしまい、高導電性と透明性を両立できないという課題があった。
【解決手段】金属を添加したチタニアナノチューブを透明基材に分散させたことを特徴とする透明導電体。
【解決手段】金属を添加したチタニアナノチューブを透明基材に分散させたことを特徴とする透明導電体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属を添加したチタニアナノチューブを透明基材に分散させた透明導電体および透明導電体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の透明導電体としては、特許文献１に示されるように、カーボンナノチューブを含むものが知られている。カーボンナノチューブは、主に炭素６員環が連なったグラファイトの層を円筒状にした非常に細長い繊維状物質で、高い電気伝導性を有する。このカーボンナノチューブをガラス中に含有させることにより、高い導電性を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０２４５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の透明導電体は、より高い導電性を得るためには、ガラス中のカーボンナノチューブの含有量を増やす必要があるが、カーボンナノチューブ自体は透明材料ではないため含有量が増えるにつれて透明導電体の光の透過率が落ちてしまい、高導電性と透明性を両立できないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の透明導電体は、金属を添加したチタニアナノチューブを透明基材に分散させたことを特徴とする。このことにより、金属を添加したチタニアナノチューブは、高い電気伝導性を持ち、かつ光の透過率が高いため、高導電性と透明性を両立した透明導電体を提供することができる。
【０００６】
また、本発明の透明導電体は、前記透明基材がガラスであることを特徴とする。このことにより、高導電性と透明性を両立した高導電性ガラスを提供することができる。
【０００７】
また、本発明の透明導電体は、前記透明基材が樹脂であることを特徴とする。このことにより、高導電性と透明性を両立した高導電性透明フィルムを提供することができ、フィルムの厚さによっては、可撓性を持たせることができる。
【０００８】
さらに、本発明の透明導電体は、膜状であり、基板上に形成されていることを特徴とする。このことにより、高導電性と透明性を両立した透明導電膜を提供することができ、必要に応じパターニングを行うことで、配線材料にも使うことができる。
【０００９】
また、本発明の透明導電体は、前記金属がタンタルまたはニオブであることを特徴とする。このことにより、より高導電性の透明導電体を提供することができる。
【００１０】
また、本発明の透明導電体の製造方法は、金属を添加したチタンを陽極酸化することによりえられるチタニアナノチューブを、透明基材に分散させることを特徴とする。このことにより、金属を添加したチタニアナノチューブは、高い電気伝導性を持ち、かつ透明であるため、高導電性と透明性を両立した透明導電体を提供することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の透明導電体および透明導電体の製造方法は、高導電性と透明性を両立した透明導電体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態の透明導電体を説明する図である。
【図２】第１の実施形態の透明導電体の変形例を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態の例について図を参照しながら詳細に説明をする。
【００１４】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態の透明導電体を説明する図であり、図２は、第１の実施形態の透明導電体の変形例を説明する図である。
【００１５】
図１は、第１の実施形態の透明導電体を説明する図である。図１に示すように、本実施形態に係る透明導電体５は、透明基材２にチタニアナノチューブ１を分散して形成されている。透明基材２は、０．３ｍｍ程度の厚さのガラスであり、ガラスの原材料は、珪酸、ソーダ灰（炭酸ナトリウム）、石灰、炭酸カリウム、酸化鉛、硼酸、水酸化アルミニウム、酸化亜鉛、炭酸バリウム、炭酸リチウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム等が挙げられる。
【００１６】
一方、チタニアナノチューブ１は、タンタルやニオブなどの金属を添加したチタン酸化物のナノチューブであり、高い電気伝導性を持ち、かつ透明である。チタニアナノチューブ１に添加する金属は、タンタルを添加した場合は１％から１５％の範囲、ニオブを添加した場合は１％から１０％の範囲の濃度であることが、好ましい。また、チタニアナノチューブ１の平均長は、０．３μｍから５μｍであることが好ましく、０．５μｍから１．５μｍであることがより好ましい。さらにチタニアナノチューブ１の平均径は、１０ｎｍから２００ｎｍであることが好ましく、３０ｎｍから１００ｎｍであることがより好ましい。尚、本実施形態では、添加する金属が、タンタルやニオブである場合を例示したが、チタニアナノチューブ１が高い電気伝導性を持ち、かつ透明性を維持できれば、添加する金属は、これに限られるものではなく、他の金属であってもかまわない。
【００１７】
また、透明導電体５における分散されたチタニアナノチューブ１の充填率は、１０体積％から７０体積％の範囲であることが好ましい。充填率が１０体積％未満であると、充填率が上記範囲である場合に比べて、透明導電体５の電気的抵抗値が高くなる傾向にあり、充填度が７０体積％を超えると、充填率が上記範囲である場合に比べて、透明導電体５の機械的強度が低下する傾向にある。
【００１８】
このように、高い電気伝導性を持ち、かつ透明であるチタニアナノチューブ１をガラスである透明基材２に分散することで、高導電性と透明性を両立した高導電性ガラスである透明導電体５を容易に提供することができる。尚、本実施形態では、透明基材２がガラスである場合を例示したが、透明基材２の材質は、これに限られるものではなく、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂であってもかまわない。透明基材２が樹脂である場合、高導電性と透明性を両立した高導電性透明フィルムを提供することができ、フィルムの厚さを薄くすれば、可撓性を持たせることができる。
【００１９】
次に、本実施形態に係る透明導電体５の製造方法について説明する。
【００２０】
はじめに、金属を添加したチタン膜を形成する。金属を添加したチタン膜は、ガラス基板上にスパッタ法により、約５００ｎｍの厚さで形成する。スパッタ法によりチタン膜を形成する際にスパッタリングされるチタンターゲットには、タンタルやニオブなどの金属が含有されており、このチタンターゲットをスパッタリングすることで、タンタルやニオブなどの金属を添加したチタンをガラス基板上に形成することができる。
【００２１】
次に、金属を添加したチタン膜を陽極酸化する。ガラス基板上の金属を添加したチタンを電解質溶液に浸漬し、陽極酸化を行う。電解質溶液は、エチレングリコールで、フッ化アンモニウムを０．２ｗｔ％から０．８ｗｔ％の範囲で、水を１ｗｔ％から５ｗｔ％の範囲の濃度で添加したものを用いる。陽極酸化は、印加電圧が５Ｖから６０Ｖの範囲で、電流密度が１ｍＡ／ｃｍ２から１００ｍＡ／ｃｍ２の範囲で、１分間から６０分間の範囲で行われる。また、陽極酸化時の電解質溶液の温度は、０℃から５０℃の範囲であることが好ましい。この陽極酸化を行うことで、ガラス基板上には、平均長０．５μｍから１．５μｍ、平均径３０ｎｍから１００ｎｍのチタニアナノチューブ１が形成される。
【００２２】
次に、チタニアナノチューブ１の熱処理を行う。ガラス基板上のチタニアナノチューブ１を大気中において、５００℃から６００℃の温度範囲で、２時間から３時間熱処理を行い、チタニアナノチューブ１の結晶性を向上させる。また、この熱処理において陽極酸化のみでは酸化が進まなかった、チタニアナノチューブ１内外に残留したチタンが、酸化される。
【００２３】
次に、チタニアナノチューブ１の剥離を行う。ガラス基板上のチタニアナノチューブ１を水に浸漬し、超音波を水に印加しながら、チタニアナノチューブ１をガラス基板から剥離する。水の中から、ガラス基板から剥離したチタニアナノチューブ１を回収する。
【００２４】
次に、チタニアナノチューブ１の分散を行う。回収したチタニアナノチューブ１を透明基材２であるガラス原料に分散させる。チタニアナノチューブ１をガラス原料に分散させる際は、分散装置等を使用し、ガラス原料には、シランカップリング剤等の分散剤が混合されている。
【００２５】
最後に、加熱によって、分散剤を揮発させ、チタニアナノチューブ１を分散したガラス原料を溶融し、冷却によって、固化させる。冷却は、自然冷却でも強制冷却でもよく、固化時に、所望の形状に成形することができる。
【００２６】
これらの工程を経ることによって、高い電気伝導性を持ち、かつ透明であるチタニアナノチューブ１をガラスである透明基材２に分散することでき、高導電性と透明性を両立した高導電性ガラスである透明導電体５を容易に提供することができる。
【００２７】
透明基材２として樹脂を用いる場合には、通常のフィラー含有の樹脂と同様に樹脂中にチタニアナノチューブを分散させ、成形加工や押し出し加工などにより板状、フィルム状などの所定の形状の透明導電体５を提供することができる。
【００２８】
次に、図２に示される第１の実施形態の透明導電体の変形例を説明する。図２に示されるように、透明導電体５は、膜状であり、基板４上に形成されている。また透明導電体５は、透明基材２に金属を添加したチタニアナノチューブ１を分散して形成されている。透明基材２は、アクリルバインダ、エポキシバインダ、ポリスチレン、ポリウレタン、シリコーンバインダ、フッ素バインダ等の樹脂である。また基板４は、ガラスまたはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂であるが、これに限られるものではない。チタニアナノチューブ１を分散した樹脂をスクリーン印刷によって、基板４上に、厚さ１μｍ程度で透明導電体５を形成する。このことにより、高導電性と透明性を両立した透明導電膜を提供することができ、必要に応じパターニングを行うことで、配線材料にも使うことができる。
【符号の説明】
【００２９】
１ チタニアナノチューブ
２ 透明基材
４ 基板
５ 透明導電体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属を添加したチタニアナノチューブを透明基材に分散させた透明導電体および透明導電体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の透明導電体としては、特許文献１に示されるように、カーボンナノチューブを含むものが知られている。カーボンナノチューブは、主に炭素６員環が連なったグラファイトの層を円筒状にした非常に細長い繊維状物質で、高い電気伝導性を有する。このカーボンナノチューブをガラス中に含有させることにより、高い導電性を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０２４５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の透明導電体は、より高い導電性を得るためには、ガラス中のカーボンナノチューブの含有量を増やす必要があるが、カーボンナノチューブ自体は透明材料ではないため含有量が増えるにつれて透明導電体の光の透過率が落ちてしまい、高導電性と透明性を両立できないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の透明導電体は、金属を添加したチタニアナノチューブを透明基材に分散させたことを特徴とする。このことにより、金属を添加したチタニアナノチューブは、高い電気伝導性を持ち、かつ光の透過率が高いため、高導電性と透明性を両立した透明導電体を提供することができる。
【０００６】
また、本発明の透明導電体は、前記透明基材がガラスであることを特徴とする。このことにより、高導電性と透明性を両立した高導電性ガラスを提供することができる。
【０００７】
また、本発明の透明導電体は、前記透明基材が樹脂であることを特徴とする。このことにより、高導電性と透明性を両立した高導電性透明フィルムを提供することができ、フィルムの厚さによっては、可撓性を持たせることができる。
【０００８】
さらに、本発明の透明導電体は、膜状であり、基板上に形成されていることを特徴とする。このことにより、高導電性と透明性を両立した透明導電膜を提供することができ、必要に応じパターニングを行うことで、配線材料にも使うことができる。
【０００９】
また、本発明の透明導電体は、前記金属がタンタルまたはニオブであることを特徴とする。このことにより、より高導電性の透明導電体を提供することができる。
【００１０】
また、本発明の透明導電体の製造方法は、金属を添加したチタンを陽極酸化することによりえられるチタニアナノチューブを、透明基材に分散させることを特徴とする。このことにより、金属を添加したチタニアナノチューブは、高い電気伝導性を持ち、かつ透明であるため、高導電性と透明性を両立した透明導電体を提供することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の透明導電体および透明導電体の製造方法は、高導電性と透明性を両立した透明導電体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態の透明導電体を説明する図である。
【図２】第１の実施形態の透明導電体の変形例を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態の例について図を参照しながら詳細に説明をする。
【００１４】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態の透明導電体を説明する図であり、図２は、第１の実施形態の透明導電体の変形例を説明する図である。
【００１５】
図１は、第１の実施形態の透明導電体を説明する図である。図１に示すように、本実施形態に係る透明導電体５は、透明基材２にチタニアナノチューブ１を分散して形成されている。透明基材２は、０．３ｍｍ程度の厚さのガラスであり、ガラスの原材料は、珪酸、ソーダ灰（炭酸ナトリウム）、石灰、炭酸カリウム、酸化鉛、硼酸、水酸化アルミニウム、酸化亜鉛、炭酸バリウム、炭酸リチウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム等が挙げられる。
【００１６】
一方、チタニアナノチューブ１は、タンタルやニオブなどの金属を添加したチタン酸化物のナノチューブであり、高い電気伝導性を持ち、かつ透明である。チタニアナノチューブ１に添加する金属は、タンタルを添加した場合は１％から１５％の範囲、ニオブを添加した場合は１％から１０％の範囲の濃度であることが、好ましい。また、チタニアナノチューブ１の平均長は、０．３μｍから５μｍであることが好ましく、０．５μｍから１．５μｍであることがより好ましい。さらにチタニアナノチューブ１の平均径は、１０ｎｍから２００ｎｍであることが好ましく、３０ｎｍから１００ｎｍであることがより好ましい。尚、本実施形態では、添加する金属が、タンタルやニオブである場合を例示したが、チタニアナノチューブ１が高い電気伝導性を持ち、かつ透明性を維持できれば、添加する金属は、これに限られるものではなく、他の金属であってもかまわない。
【００１７】
また、透明導電体５における分散されたチタニアナノチューブ１の充填率は、１０体積％から７０体積％の範囲であることが好ましい。充填率が１０体積％未満であると、充填率が上記範囲である場合に比べて、透明導電体５の電気的抵抗値が高くなる傾向にあり、充填度が７０体積％を超えると、充填率が上記範囲である場合に比べて、透明導電体５の機械的強度が低下する傾向にある。
【００１８】
このように、高い電気伝導性を持ち、かつ透明であるチタニアナノチューブ１をガラスである透明基材２に分散することで、高導電性と透明性を両立した高導電性ガラスである透明導電体５を容易に提供することができる。尚、本実施形態では、透明基材２がガラスである場合を例示したが、透明基材２の材質は、これに限られるものではなく、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂であってもかまわない。透明基材２が樹脂である場合、高導電性と透明性を両立した高導電性透明フィルムを提供することができ、フィルムの厚さを薄くすれば、可撓性を持たせることができる。
【００１９】
次に、本実施形態に係る透明導電体５の製造方法について説明する。
【００２０】
はじめに、金属を添加したチタン膜を形成する。金属を添加したチタン膜は、ガラス基板上にスパッタ法により、約５００ｎｍの厚さで形成する。スパッタ法によりチタン膜を形成する際にスパッタリングされるチタンターゲットには、タンタルやニオブなどの金属が含有されており、このチタンターゲットをスパッタリングすることで、タンタルやニオブなどの金属を添加したチタンをガラス基板上に形成することができる。
【００２１】
次に、金属を添加したチタン膜を陽極酸化する。ガラス基板上の金属を添加したチタンを電解質溶液に浸漬し、陽極酸化を行う。電解質溶液は、エチレングリコールで、フッ化アンモニウムを０．２ｗｔ％から０．８ｗｔ％の範囲で、水を１ｗｔ％から５ｗｔ％の範囲の濃度で添加したものを用いる。陽極酸化は、印加電圧が５Ｖから６０Ｖの範囲で、電流密度が１ｍＡ／ｃｍ２から１００ｍＡ／ｃｍ２の範囲で、１分間から６０分間の範囲で行われる。また、陽極酸化時の電解質溶液の温度は、０℃から５０℃の範囲であることが好ましい。この陽極酸化を行うことで、ガラス基板上には、平均長０．５μｍから１．５μｍ、平均径３０ｎｍから１００ｎｍのチタニアナノチューブ１が形成される。
【００２２】
次に、チタニアナノチューブ１の熱処理を行う。ガラス基板上のチタニアナノチューブ１を大気中において、５００℃から６００℃の温度範囲で、２時間から３時間熱処理を行い、チタニアナノチューブ１の結晶性を向上させる。また、この熱処理において陽極酸化のみでは酸化が進まなかった、チタニアナノチューブ１内外に残留したチタンが、酸化される。
【００２３】
次に、チタニアナノチューブ１の剥離を行う。ガラス基板上のチタニアナノチューブ１を水に浸漬し、超音波を水に印加しながら、チタニアナノチューブ１をガラス基板から剥離する。水の中から、ガラス基板から剥離したチタニアナノチューブ１を回収する。
【００２４】
次に、チタニアナノチューブ１の分散を行う。回収したチタニアナノチューブ１を透明基材２であるガラス原料に分散させる。チタニアナノチューブ１をガラス原料に分散させる際は、分散装置等を使用し、ガラス原料には、シランカップリング剤等の分散剤が混合されている。
【００２５】
最後に、加熱によって、分散剤を揮発させ、チタニアナノチューブ１を分散したガラス原料を溶融し、冷却によって、固化させる。冷却は、自然冷却でも強制冷却でもよく、固化時に、所望の形状に成形することができる。
【００２６】
これらの工程を経ることによって、高い電気伝導性を持ち、かつ透明であるチタニアナノチューブ１をガラスである透明基材２に分散することでき、高導電性と透明性を両立した高導電性ガラスである透明導電体５を容易に提供することができる。
【００２７】
透明基材２として樹脂を用いる場合には、通常のフィラー含有の樹脂と同様に樹脂中にチタニアナノチューブを分散させ、成形加工や押し出し加工などにより板状、フィルム状などの所定の形状の透明導電体５を提供することができる。
【００２８】
次に、図２に示される第１の実施形態の透明導電体の変形例を説明する。図２に示されるように、透明導電体５は、膜状であり、基板４上に形成されている。また透明導電体５は、透明基材２に金属を添加したチタニアナノチューブ１を分散して形成されている。透明基材２は、アクリルバインダ、エポキシバインダ、ポリスチレン、ポリウレタン、シリコーンバインダ、フッ素バインダ等の樹脂である。また基板４は、ガラスまたはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂であるが、これに限られるものではない。チタニアナノチューブ１を分散した樹脂をスクリーン印刷によって、基板４上に、厚さ１μｍ程度で透明導電体５を形成する。このことにより、高導電性と透明性を両立した透明導電膜を提供することができ、必要に応じパターニングを行うことで、配線材料にも使うことができる。
【符号の説明】
【００２９】
１ チタニアナノチューブ
２ 透明基材
４ 基板
５ 透明導電体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を添加したチタニアナノチューブを透明基材に分散させたことを特徴とする透明導電体。
【請求項２】
請求項１に記載の透明導電体において、前記透明基材がガラスであることを特徴とする透明導電体。
【請求項３】
請求項１に記載の透明導電体において、前記透明基材が樹脂であることを特徴とする透明導電体。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の透明導電体において、前記透明導電体は、膜状であり、基板上に形成されていることを特徴とする透明導電体。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の透明導電体において、前記金属がタンタルまたはニオブであることを特徴とする透明導電体。
【請求項６】
金属を添加したチタンを陽極酸化することによりえられるチタニアナノチューブを、透明基材に分散させることを特徴とする透明導電体の製造方法。
【請求項１】
金属を添加したチタニアナノチューブを透明基材に分散させたことを特徴とする透明導電体。
【請求項２】
請求項１に記載の透明導電体において、前記透明基材がガラスであることを特徴とする透明導電体。
【請求項３】
請求項１に記載の透明導電体において、前記透明基材が樹脂であることを特徴とする透明導電体。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の透明導電体において、前記透明導電体は、膜状であり、基板上に形成されていることを特徴とする透明導電体。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の透明導電体において、前記金属がタンタルまたはニオブであることを特徴とする透明導電体。
【請求項６】
金属を添加したチタンを陽極酸化することによりえられるチタニアナノチューブを、透明基材に分散させることを特徴とする透明導電体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１４２１３３（Ｐ２０１２−１４２１３３Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９２８３０（Ｐ２０１０−２９２８３０）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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