金属ナノ粒子分散物の合成
【解決手段】 基質上での結合性且つ高度な導電性構造における使用に適切な金属ナノ粒子を有する組成物が開示されている。さらに、前記組成物を合成する方法及び前記組成物から結合性且つ高度な導電性構造を形成する方法も開示されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連文献の相互参照
本明細書は、２００５年１２月２０日付け出願の米国仮出願第６０／７５２，１４３号「焼結助剤として金属ナノ粒子を使用した低温硬化インク」、２００５年１２月２０日付け出願の米国仮出願第６０／７５２，１４４号「金属ナノ粒子分散を有する低温硬化インク」、２００５年１２月２１日付け出願の米国仮出願第６０／７５２，６２８号「印刷導体を用いた電気容量結合相互作用エレクトロニクス」、及び２００６年１２月１９日付け出願の非仮出願第１１／６１３，１３６号「金属ナノ粒子分散の合成」に対して優先権を主張するものである。これら各明細書の全体は、この参照によってその全てが本明細書に組み込まれるものである。
【０００２】
技術分野
本発明は、ナノ粒子の分野に関するものである。本発明はさらに、導電性インクの分野及び印刷可能な導電性特性の分野にも関するものである。
【背景技術】
【０００３】
様々な科学文献及び特許文献が本明細書では参照され、そのそれぞれはこの参照によってその全てが本明細書に組み込まれるものである。
【０００４】
薄い導電性金属フィルムは広範囲の用途を有しており、さらに、例えばＳｕｃｈａｓｈ，Ｎ．による米国特許第６，８５５，３７８号などのミクロ電子工学装置におけるコネクタとして、さらに光起電装置におけるコネクタとしてなどの特定の適用を有している。従って、低温で且つ中程度のコストで高度な導電性トレース（配線）及びフィルムを製造する能力は、前記エレクトロニクス産業において大きな商業的興味の対象である。
【０００５】
例えば、無線ＩＣ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ：ＲＦＩＤ）タグ、フレキシブルディスプレー、低コスト家電、及び印刷薄膜トランジスタ（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ：ＴＦＴｓ）などの装置を製造する経済的実現可能性は、そのような物質を効果的に且つ素早く製造する能力に依存している。従って、導電性トレース及び他の構造の形成に対して、インクジェット印刷、ｒｏｌｌ-ｔｏ-ｒｏｌｌ（ロールトゥーロール）、印刷、グラビア印刷及びそれらと同等のものなどの印刷技術を適用することは、エレクトロニクス、ディスプレイ、及びエネルギー産業における強烈な興味対象である。例えばＬｅｅ，ｅｔ ａｌ．，Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，１７，２４２４で周知のように、印刷技術を介して導電性構造を形成することは、そのような構造を製造するための従来のフォトリソグラフィー及びエッチング過程に対して明らかな利点を有している。第一に、印刷は、従来の製造方法に比べて環境に優しいものとなる。第二に、印刷は、従来の過程に比べて相対的に少ない物質損失を含む。第三に、印刷過程はカスタマイズ可能なものである。第四に、印刷過程は高い生産性の能力を持ち、特定の印刷過程ではさらに、コンピューターで制御可能な非接触性の直接堆積過程を介して特定な場所に、正確な量の物質を堆積させる能力も有している。
【０００６】
基質へ導電性組成物を印刷する方法には、特定の制限がある。膜タッチスイッチを印刷するために使用されるものなどの産業用導電性インクシステムは一般的に、導電性構成成分として約１０００ｎｍの断面直径を有する金属フレークを含み、さらに結合剤として機能するポリマーも含む。しかしながら、これらのフレークベースインクは、一般的に、１２０℃以下の温度、若しくは温度に関わらず１分以下の時間では加工することができない。さらに、連続的なポリマーマトリックスであり、更にフレークと共に圧縮する方法であるため、これらの物質はバルク金属導電性のわずか約２から１０％の導電性を達成するのみの能力を有するものである。
【０００７】
さらに、金属フレークは一緒に焼結しないため、このような物質によって連続的な金属ネットワークは形成されず、このネットワークは前記金属フレークの偶然接触に代わって電気を導電し、その結果バルク金属導電性のわずか約１０％導電性を生じる。さらに、金属構成成分としてフレークを含むインクシステムは、得られる最終的な厚さに制限があり、これは、標準フレークサイズは１から２ミクロンの範囲であり、最も薄いトレースは３から４ミクロンである可能性があるためである。
【０００８】
他の導電性インクシステム、例えば、米国特許第５，０７１，８２６号（Ａｎｄｅｒｓｏｎ，Ｊ．Ｔ，ｅｔ ａｌ）、米国特許第５，３３８，５０７号（Ａｎｄｅｒｓｏｎ，Ｊ．Ｔ，ｅｔ ａｌ）、米国特許第４，５９９，２７７号（Ｂｒｏｗｎｌｏｗ，Ｊ．Ｍ．，ｅｔ ａｌ）、米国特許第７，１１５，２１８号（Ｋｙｄｄ，Ｐ．Ｈ．，ｅｔ ａｌ．）などでは、分解において金属製有機添加物の使用を用いており、その結果金属フレークに対する化学結合剤として作用する原子金属を生じる。バルク金属の２０％にまで上昇した導電性は、そのような添加物を使用した場合可能であるが、前記金属有機添加物を導電性構造へ分解するために高温が必要であり、従ってこれら高温はそのようなインクシステムに関連した使用に適する基質範囲を制限する。
【０００９】
多くの金属ナノ粒子システムは文献に記載されており、従って、金属ナノ粒子を調製及び安定化させる方法が多数ある。Ｈａｅｓ，Ａ．Ｊ．ａｎｄ Ｖａｎ Ｄｕｙｎｅ，Ｒ．Ｐ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，２００２，１２４，１０５９６；Ｃｈｅｎ，Ｓ．，ｅｔ ａｌ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，１９９２，１２４，９８９８；Ｌｉ，Ｙ．，ｅｔ ａｌ．，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２００２，１８，４９２１；Ｔａｌｅｂ，Ａ．，ｅｔ ａｌ．，Ｃｈｅｍ．Ｍａｔ．，１９９７，９，９５０；Ｙｉ，Ｋ．Ｃ．，ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ．，１９９４，９８，３８７２ｌ Ｅｓｕｍｉ，Ｋ．，ｅｔ ａｌ，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２０００，１６，２６０４；Ｈａｒｆｅｎｓｉｔ，Ｓ．Ａ．，ｅｔ ａｌ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，１９９６，１００，１３９０４；Ｂｕｎｇｅ，Ｓ．Ｄ．，Ｂｏｙｌｅ，Ｔ．Ｊ．，ｅｔ ａｌ．，Ｎａｎｏ．Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００３，３，９０１；Ｗａｎｇ，Ｗ．，ｅｔ ａｌ，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，１９９８，１４，６０２；Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ｍ．，ｅｔ ａｌ．，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２００６，２２， ８５８１；Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ｍ．，Ｃｈｅｍ．Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００３，３２，４５２．。これらの方法のいくつかは、粒子を製造するための金属蒸気の凝縮、霧状金属有機塩の熱分解、及び粒子を製造するための化学的還元金属塩溶液の使用を含む。これら製造或いは合成方法の全ては、前記ナノ粒子がお互い相互作用しないか或いは凝集して任意の用途に不適当な巨大な粒子を形成しないように、前記製造されたナノ粒子を安定化することが必要である。従って、金属ナノ粒子凝集を阻止することは最大の実用性を有するインク組成物に非常に重要である。
【００１０】
安定化のメカニズムは、凝集に対して金属ナノ粒子を安定化する薬剤により、前記金属粒子が低温で焼結する能力に影響を与えるという点から重要である。低温焼結工程は、高温には耐えられない紙などの基質への導電性インクの適用に重要である。前記金属ナノ粒子が焼結する能力に影響を与えることは、次に、前記インクの硬化特徴を定義し、１５０℃以上の温度における硬化後のみ、並びに長い硬化時間の後でのみ導電性構造を形成するシステムは、前記粒子を安定化するために使用した方法のため、部分的にそのような準最適な硬化挙動を有する可能性がある。従って、理想的な安定化種は、熱が適用された場合に、前記粒子の焼結工程を妨げることなく、前記粒子の永続的凝集を阻止する。安定化剤を選択する場合の他の検討材料としては、ナノ粒子の保存期間及びその費用に対する前記安定化剤の影響が含まれる。
【００１１】
凝集に対して金属ナノ粒子を安定化するためのシステム技術における更なる検討材料は、前記金属ナノ粒子が分散する媒体の選択である。特定の導電性インク組成物は硬化前に基質表面に広がり、従って特定の確定した形態の構造を形成する能力に悪影響を及ぼす。更に、特定の組成物は有機溶媒を取り込んでおり、それを処理するのが難しい。さらに、有機溶媒媒体へ分散された金属ナノ粒子を有するシステムは、一度基質へ堆積させると、その乏しい焼結特性に悩まされることとなり、堆積後に導電性トレースを形成するために比較的高温に比較的長時間曝露する必要がある。例えば、Ｌｅｅ，ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ｏｆＣｏｌｌｏｉｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉ，２００６，３０４，９２-９７．を参照。
【００１２】
導電性インクにおける金属ナノ粒子の使用に対する一つの潜在的な妨害は、相対的に厚い導電性トレースを形成する能力が限定されていることである。大きな金属粒子（約５００ｎｍ以上の直径を有するものとして一般的に特徴付けされる）は、低温で焼結しないため用途に制限がある一方、大きな粒子は、金属ナノ粒子が形成できる金属トレースより厚い金属トレースを形成することができる。従って、大きな金属粒子は低温で焼結し導電性構造を形成する能力がないため、製造業者は、導電性構造に結合するために大きな粒子に必要な温度に耐えることができない基質上に厚い導電性構造を形成する能力に制限がある。
【００１３】
従って、本分野の現在の状況に基づいて、粒子凝集をほとんど若しくは全く示さず、印刷工程を介して堆積させ、中程度の温度に短期間曝露した後、広範囲の基質上に結合性導電性構造を形成することができる、水性金属ナノ粒子組成物、及びそのような組成物を製造する方法に対する必要性が存在する。さらに、そのような組成物を用いることによって導電性構造を形成する方法に対する関連した必要性も存在する。
【００１４】
さらに、穏やかな加工条件下、大きな金属粒子を導入して導電性構造を形成することは難しいため、低温のみに耐えられる基質上へ厚い導電性構造を形成する方法に対する必要性もある。そのような方法に適したあらゆる組成物に対する関連した必要性も存在する。
【発明の開示】
【発明の効果】
【００１５】
基質上に堆積させ、中程度温度条件下で結合性導電性構造を形成することができる水性金属ナノ粒子組成物を提供することに関連した課題の克服において、本発明は、とりわけ、水性媒体に分散された金属ナノ粒子の集団を有する組成物を提供するものであり、少なくとも一部の前記集団は、約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものとして特徴付けされた個々の金属ナノ粒子を有するものである。
【００１６】
別の観点において、本発明は、約９０秒以下で約１４０℃以下の温度で硬化させた後、厚さ約１０μｍ以下の結合性構造を形成することができる金属ナノ粒子混合物を有する組成物を提供し、前記結合性構造は、対応する金属のバルク抵抗率の約２倍から約１５倍の範囲の抵抗率を有するものである。
【００１７】
更に、本発明は、金属ナノ粒子分散を合成する方法を提供する。さらに詳細に開示されるているように、当該方法は、水性媒体において反応させる工程を含み、この反応は、少なくとも１つのリガンドであって、前記リガンドは約１から約２０炭素原子を有する尾部に結合したヘテロ原子頭部基を有する、リガンドと、少なくとも一つの還元剤と、水性分散溶液における少なくとも１つの金属塩であって、前記金属塩は、前記分散溶液の容積に基づいて約１０グラム／リットルから約６００グラム／リットルの範囲の濃度で前記分散溶液に存在するものであり、前記金属塩は、銀、銅、金、亜鉛、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム或いはそれらのあらゆる組み合わせを有する少なくとも１つのカチオンを有するものである、金属塩とを含むものである。
【００１８】
本発明はさらに、基質上に導電性構造を形成する方法を提供する。より詳細に説明されるように、当該方法は、前記基質へ組成物を堆積させる工程であって、前記組成物は金属ナノ粒子の少なくとも一つの集団を有しており、前記集団の少なくとも一部は、約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものとして特徴付けされる個々の金属ナノ粒子を有し、前記ナノ粒子のそれぞれはその表面に結合した少なくとも１つのリガンドを有し、前記リガンドは前記ナノ粒子表面へ結合したヘテロ原子頭部基及び前記ヘテロ原子頭部基へ結合した尾部を有するものである、工程と、前記堆積させた組成物を硬化する工程とを有する。
【００１９】
更なる態様において、本発明は導電性構造を形成する方法を提供する。さらに詳細に説明されるように、当該方法は、前記基質へ金属ナノ粒子組成物を堆積させる工程であって、前記組成物は、約９０秒以下で約１４０℃以下の温度での硬化させた後、対応する金属のバルク抵抗率の約２倍から約１５倍の範囲の抵抗率を有し、約２０μｍ以下の厚さを有する結合性導電性構造を形成させる、工程と、前記堆積した組成物を硬化する工程とを有する。
【００２０】
概要及び以下の詳細な説明は例示及び説明するのみのものであり、本発明の制限するものではなく、添付された請求項において定義されるものである。本発明の他の観点は、本明細書に提供されるように本発明の詳細な説明を考慮して本分野の当業者には明らかである。
【００２１】
本要約は、添付の図面と併せてた場合、以下の詳細な説明と同様にさらに理解されるものである。本願発明の例示的な目的として、本願発明の例示的実施形態が図面に示されているが、本願発明は、開示された特定の方法、組成物、及び装置に限定されるものではない。更に、図面は必ずしも縮尺通りに図示されてはいない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、この開示の一部を形成している付属の図面及び実施例と関連して以下の詳細な説明を参照することによってより容易に理解されるであろう。本発明は、本明細書で記載された及び／若しくは示された特異的な装置、方法、適用、条件、或いはパラメーターに限定されるものではなく、本明細書で使用された専門用語は、一例として特定の実施形態を記載することを目的とするものであり、請求する本発明の限定を意図したものではない。さらに、添付された請求項を含む明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は複数形も含み、文脈で明らかに指示がない限り、特定の数値の参照は少なくともその特定の数値を含むものである。本明細書で用いられたように、「複数（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」という用語は１以上を意味する。値の範囲が表現された場合、別の実施形態はある特定の値から及び／若しくは別の特定の値までを含む。同様に、先行詞「約（ａｂｏｕｔ）」を使用して値が近似値として表現された場合、その特定値は別の実施形態を形成するということは理解されるであろう。全ての範囲が含まれ、且つ組み合わせ可能である。
【００２３】
明確にするために、別々の実施形態の文脈中で本明細書に記載された本発明の特定の特性はさらに、単一の実施形態における組み合わせでも提供される。反対に、略して、単一の実施形態の文脈中に記載された本発明の様々な特性はさらに、別々に或いはあらゆるサブコンビネーションでも提供される。さらに、範囲を持って記載された値の参照は、その範囲内の各値及び全値を含む。
【００２４】
用語
本明細書で用いられたように、「水性」という用語は、水を含むことを意味する。
【００２５】
本明細書で用いられたように、「結合（ｂｏｎｄｉｎｇ）」という用語は、共有結合、イオン結合、水素結合、配位結合及びそれらと同等のものを意味する。
【００２６】
本明細書で用いられたように、「尾部」という用語は、炭素原子の直鎖、分岐鎖或いは環状鎖を意味し、ここにおいて前記鎖は脂肪族化合物であり、前記鎖は１若しくはそれ以上のそのメンバー炭素原子に結合した１若しくはそれ以上の付加基を有するものである。一例としては、前記鎖メンバーの一つに付着したアルコール基を有する脂肪族炭素原子の鎖である。
【００２７】
本明細書で用いられたように、「ヘテロ原子頭部基」という用語は、少なくとも一つの原子を含む基を意味し、ここにおいて前記基内の少なくとも一つの原子は炭素以外の原子である。一例としては、窒素、硫黄或いは酸素である。
【００２８】
本明細書で用いられたように、「結合性（ｃｏｈｅｓｉｖｅ）」という用語は単一体且つ抵抗分離として結合していることを意味する。
【００２９】
本明細書で用いられたように、「錯化（ｃｏｍｐｌｅｘｉｎｇ）」という用語は金属原子或いはイオンと配位結合を形成することを意味する。
【００３０】
本明細書で用いられたように、「リガンド」という用語は、別の化学体に結合しより大きな複合体を形成する分子或いは分子群を意味する。一例としては、前記リガンドの孤立電子対から空の金属電子軌道へ電子を供与することを介した配位共有結合によって金属或いは金属イオンと結合するようになる分子群を含む。
【００３１】
本明細書で用いられたように、「凝集化（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ）」という用語は、２若しくはそれ以上の粒子が可逆的にクラスター化することを意味し、ここにおいて前記粒子の表面はお互い接触しないものである。
【００３２】
本明細書で用いられたように、「フロック」という用語は、２若しくはそれ以上の粒子が可逆的にクラスター化することを意味し、ここにおいて前記粒子の表面はお互い接触しないものである。
【００３３】
本明細書で用いられたように、「バルク抵抗率」という用語は、特異的な対象を作り上げる物質の固有抵抗率を意味する。例えば、銀で作られたインドットのバルク抵抗率は銀の固有抵抗率となる。別の例として、銀と金を有する合金で作られたインゴットのバルク抵抗率は銀と金の合金の固有抵抗率となる。
【００３４】
本明細書で用いられたように、「凝集」、「凝集化（ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）」及び同様な形態の用語は、不可逆的に融合、連結、或いは集まった（ｎｅｃｋｅｄ ｔｏｇｅｔｈｅｒ）２若しくはそれ以上の粒子から成る統一構造を意味する。
【００３５】
本発明の組成物は一般的に、水性媒体に分散した金属ナノ粒子の集団を含み、ここにおいて前記集団の少なくとも一部は約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものとして特徴付けされた個々の金属ナノ粒子を有し；前記ナノ粒子のそれぞれはその表面へ結合した少なくとも一つのリガンドを有し、前記リガンドは前記ナノ粒子表面へ結合したヘテロ原子頭部基、及び前記ヘテロ原子頭部基へ結合した尾部を有するものである。
【００３６】
ナノ粒子集団は一般的に、２若しくはそれ以上の個々のナノ粒子から成る粒子凝集体、２若しくはそれ以上の個々のナノ粒子から成るナノ粒子フロック、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有する。個々の金属ナノ粒子の集団の粒子凝集体に対する重量による比は、約１：９９から９９：１の範囲であるとして考えられ、前記個々の金属ナノ粒子の集団の粒子フロックに対する重量による比は、約１：９９から９９：１の範囲であるとして考えられるものである。
【００３７】
特定の実施形態において、ナノ粒子凝集体は、約１００ｎｍから約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有しており、ナノ粒子フロックは、約１００から約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有している。
【００３８】
個々の金属ナノ粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含む。
【００３９】
前記リガンド尾部は約１から約２０炭素原子を有すると考えられる。前記尾部は、直鎖断片、分岐鎖断片、環状断片、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有し、さらに脂肪族鎖、酸性基、アルコール基、両親媒性基、アミン基、及びそれらと同等のもの、若しくはそれらのあらゆる組み合わせを有することができる。
【００４０】
適切なヘテロ原子頭部基は、酸素、硫黄、窒素、及びそれらと同等のものを有する。
【００４１】
前記水性媒体は水を有し、前記水性媒体はさらに１若しくはそれ以上の極性有機溶媒、１若しくはそれ以上の非極性有機溶媒、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有することができると想定される。適切な極性有機は、アルコール、ポリオール、グリコールエーテル、１−メチルピロリジノン、ピリジン、メチルエチルケトン、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有する。適切な非極性有機溶媒は、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、Ｃ５からＣ１４分岐パラフィン、Ｃ５からＣ１４非分岐パラフィン、Ｎ，Ｎ-ジメチルホルムアミド、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有する。
【００４２】
前記水性媒体は一般的に、約１０グラム／リットルから約６００グラム／リットルの範囲で、或いは５０から２００、或いはさらに８０から１２０の範囲で前記金属塩を溶解することができる。
【００４３】
前記ナノ粒子は約０．５ｗｔ％から約７０ｗｔ％の範囲で存在し、前記リガンドは約０．５ｗｔ％から約７５ｗｔ％の範囲で存在し、前記媒体は約３０から約９８ｗｔ％の範囲で存在すると考えられるものである。
【００４４】
いくつかの実施形態において、前記組成物は、約９０秒以下で約１１０℃以下の温度で硬化させた後、厚さ約１０μｍ以下の結合性構造を形成することができる。前記構造は、前記組成物に存在する対応する金属のバルク抵抗率の約２倍から約１５倍の範囲の抵抗率を適切に有するものである。
【００４５】
組成物はさらに、約６０秒以下で約１１０℃以下の温度で硬化させた後、厚さ約１０μｍ以下の結合性構造を形成することができる、若しくは約１５秒以下で約１４０℃以下の温度で硬化させた後、厚さ約５μｍ以下の結合性構造を形成することができる、若しくは約１０秒以下で約１１０℃以下の温度で硬化させた後、厚さ約２μｍ以下の結合性構造を形成することができる、若しくは約５秒以下で約１４０℃以下の温度で硬化させた後、厚さ約２μｍ以下の結合性構造を形成することができる金属ナノ粒子混合物を有し、ここにおいて前記結合性構造は、前記組成物の対応する金属のバルク抵抗率の約２倍から約１５倍の範囲の抵抗率を有するものである。
【００４６】
適切な混合物は、金属ナノ粒子の集団、リガンド、水性溶媒、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有する。
【００４７】
いくつかの実施形態において、前記金属ナノ粒子集団は個々のナノ粒子、２若しくはそれ以上の個々のナノ粒子から成る粒子凝集体、２若しくはそれ以上の個々のナノ粒子から成る粒子フロック、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有することができる。個々の金属ナノ粒子の集団の粒子凝集体に対する重量による比は約１：９９から９９：１の範囲であり、個々の金属ナノ粒子の集団の粒子フロックに対する重量による比は一般的に約１：９９から９９：１の範囲である。他の実施形態において、実質上全ての前記ナノ粒子は凝集体である。他の実施形態において、実質上全ての前記ナノ粒子は、分離した個々のナノ粒子である。
【００４８】
本発明のいくつかの実施形態において、個々の金属ナノ粒子は約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の、若しくは約５ｎｍから約３０ｎｍ、或いはさらに約１０ｎｍから約２０ｎｍの範囲の平均断面直径を有する。粒子サイズは、透過電子顕微鏡によって確認された音響減衰分光法を用いて測定され得る。粒子凝集体は、少なくとも約２ｎｍ、或いは少なくとも２０ｎｍ、さらには少なくとも２００ｎｍの平均断面直径、若しくは約１００ｎｍから約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有し；粒子フロックは約１００ｎｍから約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有する。個々の金属ナノ粒子及びリガンドは、本明細書の他の箇所に記載された通りであり；リガンドは、ヘテロ原子頭部基によって一般的に１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子の表面へ結合し、不可逆的な凝集に対して安定化された１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子を生じるものとして特徴付けされている。
【００４９】
これら組成物の水性媒体は一般的に水を有し、さらに１若しくはそれ以上の極性有機溶媒、１若しくはそれ以上の非極性有機溶媒、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有することができる。前記水性溶媒は一般的に、約１０グラム／リットルから約６００グラム／リットルの範囲で前記金属塩を溶解することができ、適切な極性有機溶媒は、アルコール、ポリオール、グリコールエーテル、１−メチルピロリジノン、ピリジン、メチルエチルケトン、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有する。適切な非極性有機溶媒は、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、Ｃ５からＣ１４分岐パラフィン、Ｃ５からＣ１４非分岐パラフィン、Ｎ，Ｎ-ジメチルホルムアミド、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有する。
【００５０】
前記ナノ粒子は約０．５ｗｔ％から約７０ｗｔ％の範囲で存在し、前記リガンドは約０．５ｗｔ％から約７５ｗｔ％の範囲で存在し、前記媒体は約３０から約９８ｗｔ％の範囲で存在する。前記ナノ粒子は約１０から約６０ｗｔ％の範囲で存在し、前記リガンドは約１から約３０ｗｔ％の範囲で存在し、前記媒体は約３０から約９８ｗｔ％の範囲で存在する。前記ナノ粒子は約１５から約５５ｗｔ％の範囲で存在し、前記リガンドは約２から約２５ｗｔ％の範囲で存在し、前記媒体は約３０から約９８ｗｔ％の範囲で存在する。さらに、リガンドの量は前記ナノ粒子の重量に対して重量に基づいて約１０％である。
【００５１】
１実施形態において、本発明はリガンドの存在下での金属塩の化学的還元に関するものであり、リガンドは分散媒体における前記金属に錯化或いは結合することができる。前記金属塩は、前記塩が溶媒相に不溶性である場合、固体として溶媒によって溶解される若しくは溶媒に分散され得る。適切な溶媒は、実質的に有機溶媒を含まない水性溶媒を含む。適切な溶媒はさらに、例えば前記金属塩が十分に高濃度（例えば約０．３から約０．９Ｍ、或いは約０．４５から約０．７Ｍ、或いは約０．５５から約０．６Ｍ）で溶解され得る場合、いくつかの極性有機溶媒も含む。前記金属は銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含む。前記塩アニオンは、硝酸塩、カルボン酸塩、硫酸塩、或いは塩化物を含む。前記還元剤は、それぞれの金属塩を効果的に還元するのに十分な電気化学ポテンシャルと濃度であるべきである。望ましくないイオン副産物を酸性しないヒドラジン、ヒドラジン水和物などの強力な還元剤は適切であり；水素化ホウ素ナトリウムなどの他の還元剤は使用される。
【００５２】
リガンドは、金属粒子と複合体を形成し、凝集に対して安定化する能力に基づいて選択され；一つの検討材料としては、前記粒子が固まり、乾燥及び熱処理の間硬化することを可能にする前記リガンドの能力が挙げられる。前記粒子が硬化する温度は、前記金属に吸着された前記リガンドによって一部調節される。前記リガンドは、酸素、硫黄或いは窒素などのヘテロ原子を介して前記金属へ結合するものとして特徴付けされ得る。いくつかの実施形態において、前記リガンドのヘテロ原子部分は、カルボキシル、スルホニル、チオール及びそれらと同等のものとして提供される。実施におけるあらゆる特定の理論に束縛されることなく、前記リガンド化合物の複合体部分及び脂肪族バックボーンの相対的温度安定性に基づいて、前記金属ナノ粒子の硬化に悪影響を及ぼす熱処理の間、中間体塩が生じると信じられている。約１から約２０炭素原子から成る直鎖脂肪族バックボーンを持つリガンドは特に適している。約２０炭素原子以下を有する分岐或いは環状バックボーンは、例えば、前記リガンドが前記溶媒システムに十分に安定である場合、使用される。適切なリガンドは好ましくは、前記脂肪族尾部に約５から約１２炭素原子を有することができる。
【００５３】
本発明において、前記金属塩アニオンなどの残基副産物を除去するための洗浄或いは相移動などの合成後処理は必要ない。この工程は必要ないけれども、付加的な洗浄及び加工後工程は使用され得る。前記反応の副産物は前記ナノ粒子混合物に残っており、前記ナノ粒子表面上での前記リガンドの分解を触媒する。特に、硝酸塩アニオンは、自己伝搬化学分解或いは超電導酸化物のアニオン性酸化還元合成において有機酸リガンドと反応し、中間体金属塩を阻止することができる。代わりに、アミンなどの化合物は前記反応産物へ添加され得る、若しくは前記リガンドの分解及び前記ナノ粒子の硬化を同様に触媒する前記リガンド分子の一部であり得る。前記粒子はしばしば、フィルムの形成用にそれらを濃縮するために定着してもよい。
【００５４】
実施における特定の理論に束縛されることなしに、前記金属ナノ粒子は、例えば相互嵌合二重層などのリガンドの自己組織化界面活性剤構造、或いは前記金属ナノ粒子の周囲での小胞構造の形成によって前記水性相へ分散せずに残ることができると信じられている。他の場合において、前記ナノ粒子は、濃縮ナノ粒子及び第ニの水性相を有する油性リガンドリッチ相を生じる水性相から相分離できる。前記粒子は、外側に向いた脂肪族部分を有する求核頭部基を介して銀の表面に結合したリガンドによって安定化され得る。前記ナノ粒子表面へ結合しないリガンドの前記脂肪族部分は、前記ナノ粒子の周囲で小胞を形成する結合リガンドの脂肪族部分と関連するものである。実施におけるあらゆる特定の理論に束縛されることなしに、二重層が形成されない場合、前記金属ナノ粒子は油相へ相分離すると信じられている。従って、リガンドは前記粒子の周囲に二重層を形成することができる。前記二重層は破壊され、ｐＨを修飾することによって或いは水性溶媒へ塩を添加することによって前記ナノ粒子が疎水性相を形成する原因となる。
【００５５】
従って、金属ナノ粒子分散を合成する方法は、少なくとも一つのリガンドであって、ここにおいて前記リガンドは約１から約２０炭素原子を有する尾部へ結合したヘテロ原子頭部基を有するものである、リガンド；少なくとも一つの還元剤；及び水性分散溶液における少なくとも一つの金属塩であって、ここにおいて前記金属塩は前記分散溶液の容積に基づいて約１０グラム／リットルから約６００グラム／リットルの範囲の濃度で分散液に存在するものであり、前記金属塩は銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有する少なくとも一つのカチオンを有するものである、金属塩が、水性媒体において反応する工程を含む。好ましくは、前記金属塩は銀を有するものである。
【００５６】
一般的に前記尾部は本明細書の他の箇所に記載された通りであり；適切なヘテロ原子頭部基は酸素、硫黄、窒素及びそれらと同等のものを有する。適切なリガンドは、金属ナノ粒子の表面へそのヘテロ原子頭部基によって結合し、凝集に対して少なくとも一部は安定化された金属ナノ粒子を生じることができるものとして特徴付けされている。
【００５７】
適切な還元剤は、例えばヒドラジン、ヒドラジン水和物、水素、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、アスコルビン酸、第一級アミン、第二級アミン、第三級アミン、及びそれらと同等のもの、若しくはそれらのあらゆる組み合わせなどの、水性システムにおいて金属を還元することができる強力な還元剤を含む。
【００５８】
前記金属塩は一般的に少なくとも一つのアニオンを有し、ここにおいて、前記アニオンは酢酸塩、硝酸塩、カルボン酸塩、硫酸塩、塩化物、水和物、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【００５９】
適切な分散溶液は水性媒体を有する。別の適切な分散溶液は、有機溶媒を実質的に含まない水性媒体を有し、水を有することができる。前記分散溶液はさらに、１若しくはそれ以上の極性有機溶媒、１若しくはそれ以上の非極性有機溶媒、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有することができる。適切な極性及び非極性溶媒は本明細書の他の箇所に記載された通りである。
【００６０】
反応させる工程は、接触する工程、混合する工程、撹拌する工程、超音波処理する工程、かき混ぜる工程、及びそれらと同等の工程を有し；反応させる工程の後、１若しくはそれ以上のリガンドヘテロ原子頭部基は、１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子の表面へ結合し、不可逆的な凝集に対して安定化した１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子を生じるものとして特徴付けされる。
【００６１】
前記方法は一般的に、リガンド及び金属塩を組み合わせる工程であって、それぞれのモル比は約０．１：１から約０．２：０．７の範囲であり、さらには約０．１：１から約０．３から約０．５の範囲である、工程と；前記金属塩及び還元剤を組み合わせる工程であって、それぞれのモル比は約０．７：１から約１：２の範囲であり、他の場合においては前記金属塩及び還元剤はそれぞれモル比で約４：１から約１：２の範囲であり、他の場合においては前記金属塩及び還元剤はそれぞれモル比で約０．６：１から約１．２：１の範囲である、工程とを有する。いくつかの実施形態において、前記方法は、約３から約１２の範囲のｐＨにするために、リガンド、還元剤、金属塩、水性分散溶液の相対量を調節する工程と、前記水性媒体のｐＨを調節する工程と、それらのあらゆる組み合わせとを有することができる。特定の実施形態において、前記ｐＨは反応の間、塩基性から酸性型の間で変えることができる。
【００６２】
いくつかの形態において、前記方法は、前記水性媒体、リガンド、還元剤、及び水性分散溶液における金属塩、或いはそれらのあらゆる組み合わせを、反応前に約５℃から約２００℃の温度へ、反応前に約３５℃から約７０℃の温度へ、反応前に約４０℃から約６０℃の温度へ、加熱する工程を含む。
【００６３】
前記方法は一般的に反応後の回収工程を含む。前記回収工程は、十分な時間経過を放置する工程であって、反応後に存在するあらゆる水性媒体におけるナノ粒子の濃度が約０ｗｔ％から約７０ｗｔ％の範囲、若しくは約０．５ｗｔ％から約３０ｗｔ％の範囲、或いは約２ｗｔ％から約２０ｗｔ％の範囲、若しくは約３ｗｔ％から約７ｗｔ％の範囲にあるものである、工程と、次に前記反応産物を回収する工程とを含むことができる。いくつかの場合において、前記回収工程は、十分な時間経過を放置する工程であって、反応後に存在するあらゆる水性媒体におけるナノ粒子の濃度が約０．５ｗｔ％から約７０ｗｔ％の範囲、或いは約５ｗｔ％から約６０ｗｔ％の範囲である、工程と、前記水性媒体をデカントする工程と、前記反応産物を回収する工程と、前記デカントされた水性媒体を限外濾過し前記デカントされた媒体に存在するあらゆるナノ粒子を回収する工程とを有する。いくつかの場合において、ナノ粒子を有するケーキ（ｃａｋｅ；固形物）が形成されるであろう。そのようなケーキは約２５ｗｔ％から約７０ｗｔ％を有することができる。他の実施形態において、浮遊物が形成され、それは０ｗｔ％から約３０ｗｔ％ナノ粒子までを有することができる。ナノ粒子の分布は、浮遊物及びケーキの間で分配され得る。前記回収工程は、前記媒体に存在するナノ粒子を回収するために、固定された反応産物がない場合、反応後に存在するあらゆる水性媒体を限外濾過する工程を含むことができる。
【００６４】
いくつかの実施形態において、前記反応させる工程は、前記水性媒体、リガンド及び還元剤を、第二の撹拌反応器の内容物と液体連結（ｆｌｕｉｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）できる第一の撹拌反応器へ連続的に導入する工程を有する。適切な媒体、リガンド及び還元剤、同様にこれら成分のお互いに対する適切な割合は、本明細書の他の箇所に記載されている。前記水性媒体、リガンド、還元剤及び水性分散溶液における金属塩は、本明細書の他の箇所に説明された通り加熱される。一般的に、前記第一の反応器の滞留時間は実質的完成へと進行する反応を生じさせるには十分なものであり、前記方法は第一の反応器の内容物を第二の反応器へと連続的に輸送する工程を含むことができ；前記第二の反応器における滞留時間は、前記反応が本質的に全て完了へと進行するのを可能にするのに十分であると考えられる。
【００６５】
本明細書に記載された前記方法はさらに、１若しくはそれ以上の回収工程も含むことができる。
【００６６】
本発明に従って合成された金属ナノ粒子及びこれらのナノ粒子を硬化することによって形成された前記構造は、図１（Ａ）、１（Ｂ）及び１（Ｃ）に示されている。図１（Ａ）は、本発明に従って製造された銀ナノ粒子を示している。図１（Ａ）のスケールバーと前記粒子の比較によって明らかになるように、本発明に従って製造された一般的なナノ粒子は１００ｎｍ以下のウェルの幅を有する。図１（Ｂ）は、約１分間約１００℃で硬化した後本発明に従って製造された金属ナノ粒子によって形成された構造を示している。図１（Ｃ）は約３分間約８０℃で硬化した後本発明に従って製造された金属ナノ粒子によって形成された構造を示している。
【００６７】
図２は、本発明の特定の実施形態におけるナノ粒子凝集体を伴った個々の粒子の存在を示したものである。この図は、重量ベースで、前記個々のナノ粒子から成るナノ粒子凝集体と比較した、本発明に従って合成された個々の金属ナノ粒子の集団を示している。
【００６８】
基質上に導電性構造を形成する方法は、前記基質へ組成物を堆積させる工程であって、ここにおいて前記組成物は金属ナノ粒子の少なくとも一つの集団、約１ｎｍから約３０ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものとして特徴付けされた個々の金属ナノ粒子を有する前記集団の少なくとも一部を有し；前記ナノ粒子のそれぞれはその表面へ結合した少なくとも一つのリガンドを有し、前記リガンドは前記ナノ粒子表面へ結合したヘテロ原子頭部基及び前記ヘテロ原子頭部基へ結合した尾部を有する、工程と；前記堆積された組成物を硬化する工程とを有する。
【００６９】
前記堆積させる工程は、印刷方法を含むことができ；適切な印刷方法はフレキソ印刷、輪転グラビア印刷、石版印刷、インタリオ印刷、凸版印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷、レーザー印刷、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含む。
【００７０】
これらの方法の組成物に関して、金属ナノ粒子の一般的な集団、同様に適切なリガンド、及び許容可能な水性媒体は、本明細書の他の箇所に記載された通りである。
【００７１】
金属ナノ粒子ベースインクの処方における更なる検討材料は流動学である。そのインク流動学は、前記固体成分の変形挙動及び前記成分の流体挙動に影響される。Ｍｅｚｇｅｒ，Ｔ．Ｇ．，Ｔｈｅ Ｒｈｅｏｌｏｇｙ Ｈａｎｄｂｏｏｋ，２００２，ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ Ｖｉｎｃｅｎｔｚ Ｖｅｒｌａｇ，Ｈａｎｎｏｖｅｒ，Ｇｅｒｍａｎｙ；Ｖｅｒｓｔｒａｔ，Ｄ．Ｗ．，Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｒｅｐｏｒｔ，Ｆｏｒｍｕｌａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｖｅ Ｒｈｅｏｌｏｇｙ Ｍｏｄｉｆｉｅｒｓ，Ａｌｃｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｗｅｂｓｉｔｅ（ｗｗｗ．ａｌｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ．ｃｏｍ）Ａｌｃｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｃｈａｔｔａｎｏｏｇａ，ＴＮ；Ｍａｎｓｈａｕｓｅｎ，Ｐ．，Ｂｏｒｃｈｅｒｓ ＧｍｂＨ，Ｍｏｎｈｅｉｍ，Ｇｅｒｍａｎｙ，Ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ ６ｔｈ Ｎｕｒｎｂｅｒｇ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ，Ａｐｒｉｌ，２００１を参照のこと。これらの挙動は、望ましい基質へ前記インクを堆積させる或いは印刷する工程の間、前記インク上に付与されたせん断力に対する反応である。添加物は、前記望ましい流体特性が前記金属トレース或いはフィルムの電気特性及び接着性に対する最低限の有害効果で達成されるように、前記インク流動学を修飾することができる。
【００７２】
流動学修飾因子に対する多くの選択が存在し（Ｍａｎｓｈａｕｓｅｎ，Ｐ．，Ｂｏｒｃｈｅｒｓ ＧｍｂＨ，Ｍｏｎｈｅｉｍ，Ｇｅｒｍａｎｙ，Ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ ６ｔｈ Ｎｕｒｎｂｅｒｇ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ，Ａｐｒｉｌ，２００１；Ｙｏｕｎｇ，Ｖ．Ｌ．ａｎｄ Ｈｉｃｋｍａｎ，Ａ．Ｄ．，Ｄｏｗ Ｌａｔｅｘ Ｔｅｃｈｎｏｔｅｓ，Ｊａｎｕａｒｙ ６，１９９２を参照のこと）、これには結合性及び非結合性有機増粘剤、さらには無機増粘剤が含まれる。結合性増粘剤は一般的に、前記金属ナノ粒子及び接着に利用されたポリマー結合粒子などの、インクにおける成分に関連するものである。非結合性増粘剤は水性相と相互作用を有し、基本的には水の粘性を高めるものである。
【００７３】
本方法の組成物は、１若しくはそれ以上の流動学修飾因子を含むことができる。いくつかのそのような修飾因子は、疎水的に修飾されたポリエーテルポリウレタン、疎水的に修飾されたポリエーテル、疎水的に修飾されたアクリル増粘剤、疎水的に修飾されたセルロースエーテル及びそれらと同等の物などの結合性増粘剤を含むことができる。代わりに、前記流動学修飾因子は、（メタ）アクリル酸から重合されたユニットを有するポリマーなどのアルカリ溶解性乳剤などの増粘因子を含むことができ、ここにおいて適切なポリマーは（メタ）アクリル酸のホモポリマー、（メタ）アクリル酸及び（メタ）アクリル酸エステル、マレイン酸のコポリマー、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。増粘因子はさらに、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、アラビノガラクチン、デキストラン、スターチ、酸膨潤性乳剤、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、或いはそれらのあらゆる組み合わせなどのセルロースベース物質を含むこともできる。一般的に、流動学修飾因子は、約０ｗｔ％から約１５ｗｔ％の範囲で、或いは約０ｗｔ％から約７ｗｔ％の範囲で、さらには約０ｗｔ％から約３ｗｔ％の範囲で存在している。
【００７４】
商業的印刷装置で印刷されるインクとして実施可能な処方の調合はさらに、一般的に前記望ましい基質への前記硬化インクの接着を可能にする或いは増強する、前記基質上の前記インクの湿潤を増加する、及び前記インクの流動学的或いは流体特性を修飾する因子の追加も必要とする。
【００７５】
一般的に金属ナノ粒子は、ポリエステル、ポリプロピレン及び紙などとして一般的に使用される未処理基質へは接着しないであろう。従って、接着剤、結合剤或いはそれらのあらゆる組み合わせは、添加物が前記望ましい基質の表面へ化学的或いは物理学的結合を達成するように、前記金属ナノ粒子分散へ添加される。理想的には、これらの添加物は、前記金属ナノ粒子の連続的結合性フィルム或いは構造への硬化或いは焼結工程を阻止或いは妨害しないものである。加えて、前記接着増強添加物は、前記ナノ粒子の安定性に影響を及ぼさないものを選択すべきである。接着促進添加物は一般的に、前記インクが前記基質表面を湿らせるのを助長する界面活性剤を含む。
【００７６】
従って、開示された本方法の前記組成物はさらに結合剤を有し、これはラテックス、前記ナノ粒子の溶媒媒体に溶解性である或いは前記ナノ粒子と適合できるポリマー、ポリマーラテックス、乳剤ポリマー、ポリイミド、シリコン、フルオロカーボン、ポリアミド酸、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、若しくはそれらのあらゆる組み合わせを含むことができる。前記結合剤は約０ｗｔ％から約２０ｗｔ％の範囲で、或いは約０ｗｔ％から約７ｗｔ％の範囲で、或いは約０ｗｔ％から約５ｗｔ％の範囲で存在すると考えられる。
【００７７】
本方法に適切な基質は、ガラス、セラミック、ポリマー、シリコン、窒化物、炭化物、セラミック前駆体、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含む。適切なポリマーは、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリカーボネート、アクリル酸ポリマー、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、液体結晶ポリマー、ポリカーボネート、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、前記基質は、紙、合成加工紙、段ボール、被覆段ボール紙、非被覆段ボール紙、布地、及びそれらと同等のものを有する。
【００７８】
いくつかの例において、前記基質の表面の少なくとも一部は、前記堆積された組成物へ接着可能な表面を生じるように修飾され得ると考えられる。
【００７９】
本発明のいくつかの実施形態において、前記組成物はさらに金属粒子を有する。そのような粒子は一般的に約２００ｎｍから約２００００ｎｍの範囲の、約５００ｎｍから約１００００ｎｍの範囲の、或いは約８００ｎｍから約３０００ｎｍの範囲の幅を有する。適切な粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有する。
【００８０】
本発明の硬化工程は一般的に、前記堆積させた組成物を約９０秒以下で約１１０℃以下の温度に曝露する工程であって、前記方法によって形成された構造は一般的に約２０μｍ以下の厚さを有するものである、工程；或いは前記堆積させた組成物を約６０秒以下で約１１０℃以下の温度に曝露する工程であって、前記方法によって形成された構造は一般的に約１５μｍ以下の厚さを有するものである、工程；或いは前記堆積させた組成物を約３０秒以下で約１４０℃以下の温度に曝露する工程であって、前記方法によって形成された構造は一般的に約１５μｍ以下の厚さを有するものである、工程；或いは前記堆積させた組成物を約３０秒以下で約１１０℃以下の温度に曝露する工程であって、前記方法によって形成された構造は一般的に約８μｍ以下の厚さを有するものである、工程；或いは前記堆積させた組成物を約２０秒以下で約１４０℃以下の温度に曝露する工程であって、前記方法によって形成された構造は一般的に約８μｍ以下の厚さを有するものである、工程を有する。
【００８１】
導電性構造を形成する方法は、金属ナノ粒子組成物を前記基質へ堆積させる工程であって、ここにおいて前記組成物は約９０秒以下で約１１０℃以下の温度で硬化させた後、対応する金属のバルク抵抗率の約２倍から約１５倍の範囲の抵抗率を持ち、約２０μｍ以下の厚さを有する結合性且つ導電性構造を形成することができるものである、工程と、前記堆積させた組成物を硬化させる工程とを含む。
【００８２】
適切な堆積工程は本明細書の他の箇所に記載されている。ナノ粒子組成物は、金属ナノ粒子の集団、リガンド、媒体、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含むものとして考えられており、それら全ては本明細書の他の箇所に議論されている。
【００８３】
適切な組成物はさらに、本明細書の他の箇所に記載されたように流体学修飾因子も含む。前記組成物は、本明細書の他の箇所に記載されたように結合剤をさらに有すると考えられる。適切な組成物はさらに、本明細書の他の箇所に記載されたように金属粒子も含む。
【００８４】
図３は、先行技術の組成物及び本発明によって提供された組成物に対する硬化時間の関数としての抵抗率を示している。示されたように、本発明によって合成された金属銀ナノ粒子を有する組成物の抵抗率（トレース（ｂ））は、約１分間約８５℃の温度で硬化した後、バルク銀の抵抗率（トレース（ａ））と同程度の抵抗率を達成する。トレース（ｃ）は、本発明によって合成された金属銀ナノ粒子、及び流動学修飾因子及び結合剤などの特定の添加物を有する組成物を示しており、示されたように、その組成物も約６分間約１００℃の温度で硬化された後、バルク銀の抵抗率に近づいた。トレース（ｄ）は、住友金属鉱山株式会社（日本）によって製造された組成物を示しており、この組成物（ｈｔｔｐ：ｗｗｗ．ｓｍｍ．ｃｏ．ｊｐ／ｂ＿ｉｎｆｏ＿Ｅ／ｂ１０＿Ｅ．ｈｔｍｌ）は１５０℃で硬化させた場合、全ての硬化時間で、本発明に従って製造された組成物の抵抗率より高い抵抗率を達成するものである。トレース（ｅ）は住友（日本）によって製造された組成物であり、これも１００℃で硬化させた場合、全ての硬化時間で、本発明に従って製造された組成物の数桁大きい抵抗率を有するものとして特徴付けされている。
【００８５】
実施例
以下は、ただの代表例である限定されない実施例であり、必ずしも本発明の範囲を制限するものではない。
【実施例１】
【００８６】
初期溶液は、７．５グラムの水酸化アンモニウム（重量で３０％アンモニア）を２７５グラムの水へ添加し；１３．５グラムのヘプタン酸をこの溶液に添加し、その後２０．９グラムの５０％ヒドラジン水和物水溶液を添加することによって調合した。前記水酸化アンモニウムは、酸が水に溶解させるために必要であった。別々に、３６グラムの硝酸銀は１７５グラムの水へ溶解した。前記硝酸銀溶液は、窒素存在下で撹拌しながら前記初期溶液へ添加した。結果生じた産物は凝集し固定された。過剰な水はデカントした。濃縮された産物は０．５ｍｉｌ巻線ロッドの５ｍｉｌポリエステルフィルムへと広げ、次に１から２分間８０℃及び１００℃で硬化させ、結合性導電性銀フィルムを生じた。
【実施例２】
【００８７】
初期溶液は、２．１グラムの水酸化アンモニウム（重量で３０％アンモニア）を５０グラムの水へ添加し；７．８グラムのヘプタン酸をこの溶液へ添加し、その後３グラムの５０％ヒドラジン水和物水溶液を添加することによって調合した。別々に、１０グラムの硝酸銀は５０グラムの水に溶解した。この硝酸銀溶液は窒素存在下で撹拌しながら前記初期溶液へ添加した。結果生じた産物は固定され、過剰な水はデカントした。
【００８８】
濃縮された産物は０．５ｍｉｌ巻線ロッドの５ｍｉｌポリエステルフィルムへと広げ、次に１から２分間８０℃及び１００℃で硬化させ、結合性導電性銀フィルムを生じた。１分間１００℃で硬化されたサンプルの重量抵抗率は、０．３９グラム−オーム／ｍ２（２ｘバルク銀以下）であると測定された。
【実施例３】
【００８９】
インク組成物は、５０グラムの球状銀粉末（１から２μｍ平均直径）を、３ｗｔ％のアクリルコポリマーラテックス（５５ｗｔ％ポリマー）、２ｗｔ％のポリビニルアルコール（水中で２５ｗｔ％、Ｍｗは８，０００−９，０００）、及び１ｗｔ％エチレングリコールも含む実施例１の３５ｗｔ％ナノ粒子分散５０グラムへ添加することによって調合した。前記物質は一緒によく混合し、すり鉢で粉砕し、均一混合物が得られるまですりつぶした。結果得られたインクのフィルムは、０．００１５’’Ｂｉｒｄフィルム塗布器で０．００５’’厚さの未処理ポリエステルフィルムへ堆積させた。湿潤フィルムは３０秒間１００℃で、その後１４０℃で６０秒間硬化させた。結果生じた銀フィルムの重量抵抗率は、１．３グラム−オーム／ｍ２で、バルク銀の約８倍の抵抗率であると測定された。前記フィルムの前記基質への接着は、４’’幅のＳｃｏｔｃｈ ｂｒａｎｄテープ（３Ｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）を前記フィルムに適用し、人差し指（指の爪ではない）で圧力を掛けることで前記フィルムへの接着を確実にすることによってテストした。前記テープは次に、９０°の角度で前記基質に対して垂直に上方へ引っ張りながら素早くはがした。このテープテスト方法は、テープテストによる接着測定のＡＳＴＭ Ｄ３３５９-０２標準テスト方法から派生している。前記トレースのバルクから前記銀がわずかにはがれたことが観察された（５が完全なテープであり、４．２１５）が、銀は前記基質からはがれていなかった。この失敗は、前記銀粒子間の結合性失敗であると観察された。
【実施例４】
【００９０】
インク組成物は、５０グラムの球状銀粉末（１から２ミクロン平均直径）を、１０ｗｔ％ポリビニル酢酸−ポリエチレンコポリマーラテックス（５０ｗｔ％ポリマー）、２ｗｔ％のポリビニルアルコール（水中で２５ｗｔ％、Ｍｗは８，０００から９，０００）及び１ｗｔ％エチレングリコールも含む３５ｗｔ％ナノ粒子分散の５０グラムへ添加することによって調合した。前記物質は一緒によく混合し、すり鉢で粉砕し、均一混合物が得られるまですりつぶした。結果生じたインクのフィルムは、＃１６巻線ロッド（０．０１６’’ワイヤー直径、０．００１’’湿潤フィルム厚さ）で０．００５’’厚さ未処理ポリエステルフィルムへ堆積させた。前記湿潤フィルムは３０秒間１００℃で、その後１４０℃で３０秒間硬化させた。結果生じた銀フィルムの重量抵抗率は、１．０グラム−オーム／ｍ２で、バルク銀の抵抗率の約６．２倍になると測定された。前記基質への前記フィルムの接着は実施例２に記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記基質への前記フィルムの接着は非常に優れており（４．８／５）、銀のトレースのみが前記基質からはがれ（結合性失敗）、前記基質からはがれた銀は観察されなかった。
【実施例５】
【００９１】
インク組成物は、２５グラムの球状銀粉末（１から２μｍ平均直径）を３ｗｔ％アクリルコポリマー（５５ｗｔ％ポリマー）、及び４ｗｔ％のポリアクリルアミド（水中で５０ｗｔ％）も含む３５ｗｔ％ナノ粒子分散の５０グラムへ添加することによって調合した。前記物質は一緒によく混合し、すり鉢で粉砕し、均一混合物が得られるまですりつぶした。結果生じたインクのフィルムは、＃１６巻線ロッド（０．０１６’’ワイヤー直径、０．００１’’湿潤フィルム厚さ）で０．００５’’厚さ未処理ポリエステルフィルムへ堆積させた。前記湿潤フィルムは３０秒間１００℃で、その後１３０℃で６０秒間硬化させた。結果生じた銀フィルムの重量抵抗率は、１．７１グラム−オーム／ｍ２で、バルク銀の抵抗率の約１０．７倍であると測定された。前記基質への前記フィルムの接着は、実施例２に記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記基質への前記フィルムの接着は非常に優れており（４．８／５）、銀のトレースのみが前記基質からはがれ（結合性失敗）、前記基質からはがれた銀は観察されなかった。
【実施例６】
【００９２】
インク組成物は、６５グラムの球状銀粉末（１から２ｐｍ平均直径）を３ｗｔ％アクリルコポリマー（５５ｗｔ％ポリマー）、１．５ｗｔ％のポリアクリルアミド（水中で５０ｗｔ％）、及び１ｗｔ％プロピレングリコールも含む３５ｗｔ％ナノ粒子分散の８０グラムへ添加することによって調合された。前記物質は一緒によく混合し、すり鉢で粉砕し、均一混合物が得られるまですりつぶした。結果生じたインクのフィルムは、＃１６巻線ロッド（０．０１６’’ワイヤー直径、０．００１’’湿潤フィルム厚さ）で０．００５’’厚さ未処理ポリエステルフィルムへ堆積させた。前記湿潤フィルムは３０秒間１００℃で、その後１３０℃で６０秒間硬化させた。結果生じた銀フィルムの重量抵抗率は、１．３１グラム−オーム／ｍ２で、バルク銀の抵抗率の約８倍であると測定された。前記基質への前記フィルムの接着は、実施例２に記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記基質への前記フィルムの接着は優れており（４．２１５）、前記トレースのバルクからわずかに銀がはがれた（結合性失敗）が、前記基質から銀ははがれていなかった。
【実施例７】
【００９３】
インク組成物は、５２グラムの球状銀粉末（１から２ｐｍ平均直径）を３ｗｔ％アクリルコポリマー（５５ｗｔ％ポリマー）、１．５ｗｔ％のポリアクリルアミド（水中で５０ｗｔ％）、及び１ｗｔ％プロピレングリコールも含む３５ｗｔ％ナノ粒子分散の６４グラムへ添加することによって調合した。前記物質は一緒によく混合し、さらに５分間ボルテックス塗料ミキサーで混合した。結果生じたインクのフィルムは、＃１６巻線ロッド（０．０１６’’ワイヤー直径、０．００１’’湿潤フィルム厚さ）で０．００５’’厚さ未処理ポリエステルフィルムへ堆積させた。前記湿潤フィルムは２０秒間６０℃で、その後１３０℃で４０秒間硬化させた。結果生じた銀フィルムの重量抵抗率は、１．００グラム−オーム／ｍ２で、バルク銀の抵抗率の約６倍であると測定された。前記基質への前記フィルムの接着は、実施例２に記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記基質への前記フィルムの接着は非常に優れており（４．９／５）、わずかな銀のトレースのみが前記表面からはがれ（結合性失敗）、前記基質からはがれた銀は観察されなかった。さらに、結果生じたサンプルは、膨張性形態（単一しわ）及びより圧縮形態（単一しわ）に折られており、固いしわが各サンプル上に指先（指の爪ではない）で作られていた。
【実施例８】
【００９４】
インク組成物は、１０グラムのＦｌｏｅｔｒｏｌ（Ｔｈｅ Ｆｌｏｏｄ Ｃｏｍｐａｎｙ）を４０グラムの３５ｗｔ％ナノ粒子分散へ添加することによって調合した。前記物質は一緒によく混合し、結果生じたインクのフィルムは０．０００５’’直径巻線ロッドで０．００５’’厚さ未処理ポリエステルフィルムへ堆積させ、次に９０秒間１３０℃で硬化させ、結合性導電性銀フィルムを生じた。前記基質への前記フィルムの接着は、４’’幅のＳｃｏｔｃｈ ｂｒａｎｄテープ（３Ｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）を前記フィルムに適用し、人差し指（指の爪ではない）で圧力を掛けることで前記フィルムへの接着を確実にすることによってテストした。前記テープは次に、９０°の角度で前記基質に対して垂直に上方へ引っ張りながら素早くはがした。このテープテスト方法は、テープテストによる接着測定のＡＳＴＭ Ｄ３３５９-０２標準テスト方法から派生している。何の物質も前記基質からはがれなかった。
【実施例９】
【００９５】
インク組成物は、１０グラムのポリビニルアルコール（９，０００から１０，０００Ｍｗ、８０％加水分解化）の２５ｗｔ％溶液を４０グラムの３５ｗｔ％銀ナノ粒子分散へ添加することによって調合した。前記物質は一緒によく混合し、結果生じたインクのフィルムは０．０００５’’直径巻線ロッドで０．００５’’厚さ未処理ポリエステルフィルムへ堆積させ、次に９０秒間１３０℃で硬化させ、結合性導電性銀フィルムを生じた。前記基質への前記フィルムの接着は、以前に記載したテープテスト方法を用いて評価した。いくつかの物質は前記基質からはがれたが、前記インクのほとんどが前記基質上へ残った。
【実施例１０】
【００９６】
調合された状態のフィルム、３５ｗｔ％銀ナノ粒子分散は、０．０００５’’直径巻線ロッドで５ｍｉｌポリエステルフィルムへ堆積させ、次に６０秒間８５℃で硬化し、その結果結合性導電性銀フィルムを生じた。結果生じたフィルムは、０．３８グラム−オーム／ｍ２（ＩＰＣ-ＴＭ-６５０、番号２．５．１７．２）の重量抵抗率を有していた。前記基質への前記フィルムの接着は、以前記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記物質の全てが前記基質からはがれた。
【実施例１１】
【００９７】
インク組成物は、２．６グラムの商業的に利用可能な疎水的に修飾されたヒドロキシエチルセルロースの１或いは２ｗｔ％溶液を１９．２グラムの４０ｗｔ％銀ナノ粒子分散へ添加することによって調合した。前記物質は一緒によく混合し、結果生じたインクのフィルムは０．０００３’’直径巻線ロッドで０．００５’’厚さポリエステルフィルムへ堆積させ、次に９０秒間１３０℃で硬化させ、結合性導電性銀フィルムを生じた。前記基質への前記フィルムの接着は、以前記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記物質の全ては前記基質からはがれた。
【実施例１２】
【００９８】
インク組成物は、０．５グラムの疎水的に修飾されたエトキシレート化ウレタン流動学修飾因子の溶液を１０グラムの３４ｗｔ％銀ナノ粒子分散へ添加することによって調合した。前記物質は一緒によく混合し、結果生じたインクのフィルムは０．０００３’’直径巻線ロッドで０．００５’’厚さポリエステルフィルムへ堆積させ、次に６０秒間１００℃で硬化させ、結合性導電性銀フィルムを生じた。前記基質への前記フィルムの接着は、以前記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記物質の全ては前記基質からはがれた。
【実施例１３】
【００９９】
インク組成物は、０．３６グラムのアラビノガラクタン木質ゴム（Ｌａｒｅｘ Ｇｒａｄｅ １００）を１８．２グラムの３５ｗｔ％銀ナノ粒子分散へ添加することによって調合した。前記物質は０．０００３’’直径巻線ロッドで０．００５’’厚さポリエステルフィルムへ堆積させ、次に６０秒間１００℃で硬化させ、結合性導電性銀フィルムを生じた。前記基質への前記フィルムの接着は、以前記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記物質のいくつかは前記基質からはがれた。
【実施例１４】
【０１００】
インク組成物は、０．６３グラムの５０ｗｔ％ポリアクリルアミド溶液（Ａｌｄｒｉｃｈ１０，０００Ｍｗ）を１２．５７グラムの４０ｗｔ％銀ナノ粒子分散へ添加することよって調合した。前記物質は０．０００３’’直径巻線ロッドで０．００５’’厚さポリエステルフィルムへ堆積させ、次に６０秒間１００℃で硬化させ、結合性導電性銀フィルムを生じた。前記基質への前記フィルムの接着は、実施例１に以前記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記物質は前記基質からはがれなかった。
【実施例１５】
【０１０１】
インク組成物は、０．４４グラムの２５ｗｔ％ポリビニルアルコール溶液（Ａｌｄｒｉｃｈ９，０００から１０，０００Ｍｗ）及び１．１４グラムのアクリルナノ粒子ラテックス分散を２２．２グラムの３５ｗｔ％銀ナノ粒子分散へ添加することによって調合した。前記物質は０．０００３’’直径巻線ロッドで０．００５’’厚さポリエステルフィルムへ堆積させ、次に３０秒間１３０℃で硬化させ、結合性導電性銀フィルムを生じた。前記基質への前記フィルムの接着は、実施例２に以前記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記物質のいくつかは前記基質からはがれた。
【０１０２】
比較例
実施例１の物質は、Ｈｉｒａｉの方法（Ｈｉｒａｉ，ｅｔ ａｌ．，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９２，１５２７-１５３０；Ｈｉｒａｉ，ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ｏｆ Ｃｏｌｌｏｉｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉ．，１９９３，１６１，４７１-４７４）と同様に、塩化ナトリウム誘導によってヘキサンへと移した。ヘキサン及び塩化ナトリウム溶液を、実施例１の物質を濃縮するために添加し、前記二相を１０分間磁石スターラーバーで混合した。前記銀ナノ粒子は、非水性相へ相を移した（恐らく全てのイオン種が水性相に残存している）。懸濁された銀粒子を有する前記溶媒相は水相から分離した。１２０℃で相移動物質を硬化させる試みがなされた場合、前記銀は硬化せず、この温度で期間延長した後でさえ油性銀フィルムが残存した。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明によって合成された銀ナノ粒子の透過型電子顕微鏡（「ＴＥＭ」）顕微鏡図を示したものである。
【図１Ｂ】図１Ｂは、約１００℃で１分間硬化した、本発明の組成物を含むトレースの走査型電子顕微鏡（「ＳＥＭ」）顕微鏡図を説明したものである。
【図１Ｃ】図１Ｃは、約８５℃で３分間硬化した、本発明の組成物を含むトレースのＳＥＭ顕微鏡図を示したものである。
【図２】図２は、本発明の組成物の、重量ベースでの粒子サイズ分布を示したものである。
【図３】図３は、本発明によって提供された特定の組成物及び特定の先行技術組成物の硬化時間に対する重量抵抗率を示したものである。
【技術分野】
【０００１】
関連文献の相互参照
本明細書は、２００５年１２月２０日付け出願の米国仮出願第６０／７５２，１４３号「焼結助剤として金属ナノ粒子を使用した低温硬化インク」、２００５年１２月２０日付け出願の米国仮出願第６０／７５２，１４４号「金属ナノ粒子分散を有する低温硬化インク」、２００５年１２月２１日付け出願の米国仮出願第６０／７５２，６２８号「印刷導体を用いた電気容量結合相互作用エレクトロニクス」、及び２００６年１２月１９日付け出願の非仮出願第１１／６１３，１３６号「金属ナノ粒子分散の合成」に対して優先権を主張するものである。これら各明細書の全体は、この参照によってその全てが本明細書に組み込まれるものである。
【０００２】
技術分野
本発明は、ナノ粒子の分野に関するものである。本発明はさらに、導電性インクの分野及び印刷可能な導電性特性の分野にも関するものである。
【背景技術】
【０００３】
様々な科学文献及び特許文献が本明細書では参照され、そのそれぞれはこの参照によってその全てが本明細書に組み込まれるものである。
【０００４】
薄い導電性金属フィルムは広範囲の用途を有しており、さらに、例えばＳｕｃｈａｓｈ，Ｎ．による米国特許第６，８５５，３７８号などのミクロ電子工学装置におけるコネクタとして、さらに光起電装置におけるコネクタとしてなどの特定の適用を有している。従って、低温で且つ中程度のコストで高度な導電性トレース（配線）及びフィルムを製造する能力は、前記エレクトロニクス産業において大きな商業的興味の対象である。
【０００５】
例えば、無線ＩＣ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ：ＲＦＩＤ）タグ、フレキシブルディスプレー、低コスト家電、及び印刷薄膜トランジスタ（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ：ＴＦＴｓ）などの装置を製造する経済的実現可能性は、そのような物質を効果的に且つ素早く製造する能力に依存している。従って、導電性トレース及び他の構造の形成に対して、インクジェット印刷、ｒｏｌｌ-ｔｏ-ｒｏｌｌ（ロールトゥーロール）、印刷、グラビア印刷及びそれらと同等のものなどの印刷技術を適用することは、エレクトロニクス、ディスプレイ、及びエネルギー産業における強烈な興味対象である。例えばＬｅｅ，ｅｔ ａｌ．，Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，１７，２４２４で周知のように、印刷技術を介して導電性構造を形成することは、そのような構造を製造するための従来のフォトリソグラフィー及びエッチング過程に対して明らかな利点を有している。第一に、印刷は、従来の製造方法に比べて環境に優しいものとなる。第二に、印刷は、従来の過程に比べて相対的に少ない物質損失を含む。第三に、印刷過程はカスタマイズ可能なものである。第四に、印刷過程は高い生産性の能力を持ち、特定の印刷過程ではさらに、コンピューターで制御可能な非接触性の直接堆積過程を介して特定な場所に、正確な量の物質を堆積させる能力も有している。
【０００６】
基質へ導電性組成物を印刷する方法には、特定の制限がある。膜タッチスイッチを印刷するために使用されるものなどの産業用導電性インクシステムは一般的に、導電性構成成分として約１０００ｎｍの断面直径を有する金属フレークを含み、さらに結合剤として機能するポリマーも含む。しかしながら、これらのフレークベースインクは、一般的に、１２０℃以下の温度、若しくは温度に関わらず１分以下の時間では加工することができない。さらに、連続的なポリマーマトリックスであり、更にフレークと共に圧縮する方法であるため、これらの物質はバルク金属導電性のわずか約２から１０％の導電性を達成するのみの能力を有するものである。
【０００７】
さらに、金属フレークは一緒に焼結しないため、このような物質によって連続的な金属ネットワークは形成されず、このネットワークは前記金属フレークの偶然接触に代わって電気を導電し、その結果バルク金属導電性のわずか約１０％導電性を生じる。さらに、金属構成成分としてフレークを含むインクシステムは、得られる最終的な厚さに制限があり、これは、標準フレークサイズは１から２ミクロンの範囲であり、最も薄いトレースは３から４ミクロンである可能性があるためである。
【０００８】
他の導電性インクシステム、例えば、米国特許第５，０７１，８２６号（Ａｎｄｅｒｓｏｎ，Ｊ．Ｔ，ｅｔ ａｌ）、米国特許第５，３３８，５０７号（Ａｎｄｅｒｓｏｎ，Ｊ．Ｔ，ｅｔ ａｌ）、米国特許第４，５９９，２７７号（Ｂｒｏｗｎｌｏｗ，Ｊ．Ｍ．，ｅｔ ａｌ）、米国特許第７，１１５，２１８号（Ｋｙｄｄ，Ｐ．Ｈ．，ｅｔ ａｌ．）などでは、分解において金属製有機添加物の使用を用いており、その結果金属フレークに対する化学結合剤として作用する原子金属を生じる。バルク金属の２０％にまで上昇した導電性は、そのような添加物を使用した場合可能であるが、前記金属有機添加物を導電性構造へ分解するために高温が必要であり、従ってこれら高温はそのようなインクシステムに関連した使用に適する基質範囲を制限する。
【０００９】
多くの金属ナノ粒子システムは文献に記載されており、従って、金属ナノ粒子を調製及び安定化させる方法が多数ある。Ｈａｅｓ，Ａ．Ｊ．ａｎｄ Ｖａｎ Ｄｕｙｎｅ，Ｒ．Ｐ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，２００２，１２４，１０５９６；Ｃｈｅｎ，Ｓ．，ｅｔ ａｌ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，１９９２，１２４，９８９８；Ｌｉ，Ｙ．，ｅｔ ａｌ．，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２００２，１８，４９２１；Ｔａｌｅｂ，Ａ．，ｅｔ ａｌ．，Ｃｈｅｍ．Ｍａｔ．，１９９７，９，９５０；Ｙｉ，Ｋ．Ｃ．，ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ．，１９９４，９８，３８７２ｌ Ｅｓｕｍｉ，Ｋ．，ｅｔ ａｌ，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２０００，１６，２６０４；Ｈａｒｆｅｎｓｉｔ，Ｓ．Ａ．，ｅｔ ａｌ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，１９９６，１００，１３９０４；Ｂｕｎｇｅ，Ｓ．Ｄ．，Ｂｏｙｌｅ，Ｔ．Ｊ．，ｅｔ ａｌ．，Ｎａｎｏ．Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００３，３，９０１；Ｗａｎｇ，Ｗ．，ｅｔ ａｌ，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，１９９８，１４，６０２；Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ｍ．，ｅｔ ａｌ．，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２００６，２２， ８５８１；Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ｍ．，Ｃｈｅｍ．Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００３，３２，４５２．。これらの方法のいくつかは、粒子を製造するための金属蒸気の凝縮、霧状金属有機塩の熱分解、及び粒子を製造するための化学的還元金属塩溶液の使用を含む。これら製造或いは合成方法の全ては、前記ナノ粒子がお互い相互作用しないか或いは凝集して任意の用途に不適当な巨大な粒子を形成しないように、前記製造されたナノ粒子を安定化することが必要である。従って、金属ナノ粒子凝集を阻止することは最大の実用性を有するインク組成物に非常に重要である。
【００１０】
安定化のメカニズムは、凝集に対して金属ナノ粒子を安定化する薬剤により、前記金属粒子が低温で焼結する能力に影響を与えるという点から重要である。低温焼結工程は、高温には耐えられない紙などの基質への導電性インクの適用に重要である。前記金属ナノ粒子が焼結する能力に影響を与えることは、次に、前記インクの硬化特徴を定義し、１５０℃以上の温度における硬化後のみ、並びに長い硬化時間の後でのみ導電性構造を形成するシステムは、前記粒子を安定化するために使用した方法のため、部分的にそのような準最適な硬化挙動を有する可能性がある。従って、理想的な安定化種は、熱が適用された場合に、前記粒子の焼結工程を妨げることなく、前記粒子の永続的凝集を阻止する。安定化剤を選択する場合の他の検討材料としては、ナノ粒子の保存期間及びその費用に対する前記安定化剤の影響が含まれる。
【００１１】
凝集に対して金属ナノ粒子を安定化するためのシステム技術における更なる検討材料は、前記金属ナノ粒子が分散する媒体の選択である。特定の導電性インク組成物は硬化前に基質表面に広がり、従って特定の確定した形態の構造を形成する能力に悪影響を及ぼす。更に、特定の組成物は有機溶媒を取り込んでおり、それを処理するのが難しい。さらに、有機溶媒媒体へ分散された金属ナノ粒子を有するシステムは、一度基質へ堆積させると、その乏しい焼結特性に悩まされることとなり、堆積後に導電性トレースを形成するために比較的高温に比較的長時間曝露する必要がある。例えば、Ｌｅｅ，ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ｏｆＣｏｌｌｏｉｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉ，２００６，３０４，９２-９７．を参照。
【００１２】
導電性インクにおける金属ナノ粒子の使用に対する一つの潜在的な妨害は、相対的に厚い導電性トレースを形成する能力が限定されていることである。大きな金属粒子（約５００ｎｍ以上の直径を有するものとして一般的に特徴付けされる）は、低温で焼結しないため用途に制限がある一方、大きな粒子は、金属ナノ粒子が形成できる金属トレースより厚い金属トレースを形成することができる。従って、大きな金属粒子は低温で焼結し導電性構造を形成する能力がないため、製造業者は、導電性構造に結合するために大きな粒子に必要な温度に耐えることができない基質上に厚い導電性構造を形成する能力に制限がある。
【００１３】
従って、本分野の現在の状況に基づいて、粒子凝集をほとんど若しくは全く示さず、印刷工程を介して堆積させ、中程度の温度に短期間曝露した後、広範囲の基質上に結合性導電性構造を形成することができる、水性金属ナノ粒子組成物、及びそのような組成物を製造する方法に対する必要性が存在する。さらに、そのような組成物を用いることによって導電性構造を形成する方法に対する関連した必要性も存在する。
【００１４】
さらに、穏やかな加工条件下、大きな金属粒子を導入して導電性構造を形成することは難しいため、低温のみに耐えられる基質上へ厚い導電性構造を形成する方法に対する必要性もある。そのような方法に適したあらゆる組成物に対する関連した必要性も存在する。
【発明の開示】
【発明の効果】
【００１５】
基質上に堆積させ、中程度温度条件下で結合性導電性構造を形成することができる水性金属ナノ粒子組成物を提供することに関連した課題の克服において、本発明は、とりわけ、水性媒体に分散された金属ナノ粒子の集団を有する組成物を提供するものであり、少なくとも一部の前記集団は、約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものとして特徴付けされた個々の金属ナノ粒子を有するものである。
【００１６】
別の観点において、本発明は、約９０秒以下で約１４０℃以下の温度で硬化させた後、厚さ約１０μｍ以下の結合性構造を形成することができる金属ナノ粒子混合物を有する組成物を提供し、前記結合性構造は、対応する金属のバルク抵抗率の約２倍から約１５倍の範囲の抵抗率を有するものである。
【００１７】
更に、本発明は、金属ナノ粒子分散を合成する方法を提供する。さらに詳細に開示されるているように、当該方法は、水性媒体において反応させる工程を含み、この反応は、少なくとも１つのリガンドであって、前記リガンドは約１から約２０炭素原子を有する尾部に結合したヘテロ原子頭部基を有する、リガンドと、少なくとも一つの還元剤と、水性分散溶液における少なくとも１つの金属塩であって、前記金属塩は、前記分散溶液の容積に基づいて約１０グラム／リットルから約６００グラム／リットルの範囲の濃度で前記分散溶液に存在するものであり、前記金属塩は、銀、銅、金、亜鉛、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム或いはそれらのあらゆる組み合わせを有する少なくとも１つのカチオンを有するものである、金属塩とを含むものである。
【００１８】
本発明はさらに、基質上に導電性構造を形成する方法を提供する。より詳細に説明されるように、当該方法は、前記基質へ組成物を堆積させる工程であって、前記組成物は金属ナノ粒子の少なくとも一つの集団を有しており、前記集団の少なくとも一部は、約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものとして特徴付けされる個々の金属ナノ粒子を有し、前記ナノ粒子のそれぞれはその表面に結合した少なくとも１つのリガンドを有し、前記リガンドは前記ナノ粒子表面へ結合したヘテロ原子頭部基及び前記ヘテロ原子頭部基へ結合した尾部を有するものである、工程と、前記堆積させた組成物を硬化する工程とを有する。
【００１９】
更なる態様において、本発明は導電性構造を形成する方法を提供する。さらに詳細に説明されるように、当該方法は、前記基質へ金属ナノ粒子組成物を堆積させる工程であって、前記組成物は、約９０秒以下で約１４０℃以下の温度での硬化させた後、対応する金属のバルク抵抗率の約２倍から約１５倍の範囲の抵抗率を有し、約２０μｍ以下の厚さを有する結合性導電性構造を形成させる、工程と、前記堆積した組成物を硬化する工程とを有する。
【００２０】
概要及び以下の詳細な説明は例示及び説明するのみのものであり、本発明の制限するものではなく、添付された請求項において定義されるものである。本発明の他の観点は、本明細書に提供されるように本発明の詳細な説明を考慮して本分野の当業者には明らかである。
【００２１】
本要約は、添付の図面と併せてた場合、以下の詳細な説明と同様にさらに理解されるものである。本願発明の例示的な目的として、本願発明の例示的実施形態が図面に示されているが、本願発明は、開示された特定の方法、組成物、及び装置に限定されるものではない。更に、図面は必ずしも縮尺通りに図示されてはいない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、この開示の一部を形成している付属の図面及び実施例と関連して以下の詳細な説明を参照することによってより容易に理解されるであろう。本発明は、本明細書で記載された及び／若しくは示された特異的な装置、方法、適用、条件、或いはパラメーターに限定されるものではなく、本明細書で使用された専門用語は、一例として特定の実施形態を記載することを目的とするものであり、請求する本発明の限定を意図したものではない。さらに、添付された請求項を含む明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は複数形も含み、文脈で明らかに指示がない限り、特定の数値の参照は少なくともその特定の数値を含むものである。本明細書で用いられたように、「複数（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」という用語は１以上を意味する。値の範囲が表現された場合、別の実施形態はある特定の値から及び／若しくは別の特定の値までを含む。同様に、先行詞「約（ａｂｏｕｔ）」を使用して値が近似値として表現された場合、その特定値は別の実施形態を形成するということは理解されるであろう。全ての範囲が含まれ、且つ組み合わせ可能である。
【００２３】
明確にするために、別々の実施形態の文脈中で本明細書に記載された本発明の特定の特性はさらに、単一の実施形態における組み合わせでも提供される。反対に、略して、単一の実施形態の文脈中に記載された本発明の様々な特性はさらに、別々に或いはあらゆるサブコンビネーションでも提供される。さらに、範囲を持って記載された値の参照は、その範囲内の各値及び全値を含む。
【００２４】
用語
本明細書で用いられたように、「水性」という用語は、水を含むことを意味する。
【００２５】
本明細書で用いられたように、「結合（ｂｏｎｄｉｎｇ）」という用語は、共有結合、イオン結合、水素結合、配位結合及びそれらと同等のものを意味する。
【００２６】
本明細書で用いられたように、「尾部」という用語は、炭素原子の直鎖、分岐鎖或いは環状鎖を意味し、ここにおいて前記鎖は脂肪族化合物であり、前記鎖は１若しくはそれ以上のそのメンバー炭素原子に結合した１若しくはそれ以上の付加基を有するものである。一例としては、前記鎖メンバーの一つに付着したアルコール基を有する脂肪族炭素原子の鎖である。
【００２７】
本明細書で用いられたように、「ヘテロ原子頭部基」という用語は、少なくとも一つの原子を含む基を意味し、ここにおいて前記基内の少なくとも一つの原子は炭素以外の原子である。一例としては、窒素、硫黄或いは酸素である。
【００２８】
本明細書で用いられたように、「結合性（ｃｏｈｅｓｉｖｅ）」という用語は単一体且つ抵抗分離として結合していることを意味する。
【００２９】
本明細書で用いられたように、「錯化（ｃｏｍｐｌｅｘｉｎｇ）」という用語は金属原子或いはイオンと配位結合を形成することを意味する。
【００３０】
本明細書で用いられたように、「リガンド」という用語は、別の化学体に結合しより大きな複合体を形成する分子或いは分子群を意味する。一例としては、前記リガンドの孤立電子対から空の金属電子軌道へ電子を供与することを介した配位共有結合によって金属或いは金属イオンと結合するようになる分子群を含む。
【００３１】
本明細書で用いられたように、「凝集化（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ）」という用語は、２若しくはそれ以上の粒子が可逆的にクラスター化することを意味し、ここにおいて前記粒子の表面はお互い接触しないものである。
【００３２】
本明細書で用いられたように、「フロック」という用語は、２若しくはそれ以上の粒子が可逆的にクラスター化することを意味し、ここにおいて前記粒子の表面はお互い接触しないものである。
【００３３】
本明細書で用いられたように、「バルク抵抗率」という用語は、特異的な対象を作り上げる物質の固有抵抗率を意味する。例えば、銀で作られたインドットのバルク抵抗率は銀の固有抵抗率となる。別の例として、銀と金を有する合金で作られたインゴットのバルク抵抗率は銀と金の合金の固有抵抗率となる。
【００３４】
本明細書で用いられたように、「凝集」、「凝集化（ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）」及び同様な形態の用語は、不可逆的に融合、連結、或いは集まった（ｎｅｃｋｅｄ ｔｏｇｅｔｈｅｒ）２若しくはそれ以上の粒子から成る統一構造を意味する。
【００３５】
本発明の組成物は一般的に、水性媒体に分散した金属ナノ粒子の集団を含み、ここにおいて前記集団の少なくとも一部は約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものとして特徴付けされた個々の金属ナノ粒子を有し；前記ナノ粒子のそれぞれはその表面へ結合した少なくとも一つのリガンドを有し、前記リガンドは前記ナノ粒子表面へ結合したヘテロ原子頭部基、及び前記ヘテロ原子頭部基へ結合した尾部を有するものである。
【００３６】
ナノ粒子集団は一般的に、２若しくはそれ以上の個々のナノ粒子から成る粒子凝集体、２若しくはそれ以上の個々のナノ粒子から成るナノ粒子フロック、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有する。個々の金属ナノ粒子の集団の粒子凝集体に対する重量による比は、約１：９９から９９：１の範囲であるとして考えられ、前記個々の金属ナノ粒子の集団の粒子フロックに対する重量による比は、約１：９９から９９：１の範囲であるとして考えられるものである。
【００３７】
特定の実施形態において、ナノ粒子凝集体は、約１００ｎｍから約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有しており、ナノ粒子フロックは、約１００から約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有している。
【００３８】
個々の金属ナノ粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含む。
【００３９】
前記リガンド尾部は約１から約２０炭素原子を有すると考えられる。前記尾部は、直鎖断片、分岐鎖断片、環状断片、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有し、さらに脂肪族鎖、酸性基、アルコール基、両親媒性基、アミン基、及びそれらと同等のもの、若しくはそれらのあらゆる組み合わせを有することができる。
【００４０】
適切なヘテロ原子頭部基は、酸素、硫黄、窒素、及びそれらと同等のものを有する。
【００４１】
前記水性媒体は水を有し、前記水性媒体はさらに１若しくはそれ以上の極性有機溶媒、１若しくはそれ以上の非極性有機溶媒、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有することができると想定される。適切な極性有機は、アルコール、ポリオール、グリコールエーテル、１−メチルピロリジノン、ピリジン、メチルエチルケトン、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有する。適切な非極性有機溶媒は、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、Ｃ５からＣ１４分岐パラフィン、Ｃ５からＣ１４非分岐パラフィン、Ｎ，Ｎ-ジメチルホルムアミド、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有する。
【００４２】
前記水性媒体は一般的に、約１０グラム／リットルから約６００グラム／リットルの範囲で、或いは５０から２００、或いはさらに８０から１２０の範囲で前記金属塩を溶解することができる。
【００４３】
前記ナノ粒子は約０．５ｗｔ％から約７０ｗｔ％の範囲で存在し、前記リガンドは約０．５ｗｔ％から約７５ｗｔ％の範囲で存在し、前記媒体は約３０から約９８ｗｔ％の範囲で存在すると考えられるものである。
【００４４】
いくつかの実施形態において、前記組成物は、約９０秒以下で約１１０℃以下の温度で硬化させた後、厚さ約１０μｍ以下の結合性構造を形成することができる。前記構造は、前記組成物に存在する対応する金属のバルク抵抗率の約２倍から約１５倍の範囲の抵抗率を適切に有するものである。
【００４５】
組成物はさらに、約６０秒以下で約１１０℃以下の温度で硬化させた後、厚さ約１０μｍ以下の結合性構造を形成することができる、若しくは約１５秒以下で約１４０℃以下の温度で硬化させた後、厚さ約５μｍ以下の結合性構造を形成することができる、若しくは約１０秒以下で約１１０℃以下の温度で硬化させた後、厚さ約２μｍ以下の結合性構造を形成することができる、若しくは約５秒以下で約１４０℃以下の温度で硬化させた後、厚さ約２μｍ以下の結合性構造を形成することができる金属ナノ粒子混合物を有し、ここにおいて前記結合性構造は、前記組成物の対応する金属のバルク抵抗率の約２倍から約１５倍の範囲の抵抗率を有するものである。
【００４６】
適切な混合物は、金属ナノ粒子の集団、リガンド、水性溶媒、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有する。
【００４７】
いくつかの実施形態において、前記金属ナノ粒子集団は個々のナノ粒子、２若しくはそれ以上の個々のナノ粒子から成る粒子凝集体、２若しくはそれ以上の個々のナノ粒子から成る粒子フロック、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有することができる。個々の金属ナノ粒子の集団の粒子凝集体に対する重量による比は約１：９９から９９：１の範囲であり、個々の金属ナノ粒子の集団の粒子フロックに対する重量による比は一般的に約１：９９から９９：１の範囲である。他の実施形態において、実質上全ての前記ナノ粒子は凝集体である。他の実施形態において、実質上全ての前記ナノ粒子は、分離した個々のナノ粒子である。
【００４８】
本発明のいくつかの実施形態において、個々の金属ナノ粒子は約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の、若しくは約５ｎｍから約３０ｎｍ、或いはさらに約１０ｎｍから約２０ｎｍの範囲の平均断面直径を有する。粒子サイズは、透過電子顕微鏡によって確認された音響減衰分光法を用いて測定され得る。粒子凝集体は、少なくとも約２ｎｍ、或いは少なくとも２０ｎｍ、さらには少なくとも２００ｎｍの平均断面直径、若しくは約１００ｎｍから約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有し；粒子フロックは約１００ｎｍから約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有する。個々の金属ナノ粒子及びリガンドは、本明細書の他の箇所に記載された通りであり；リガンドは、ヘテロ原子頭部基によって一般的に１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子の表面へ結合し、不可逆的な凝集に対して安定化された１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子を生じるものとして特徴付けされている。
【００４９】
これら組成物の水性媒体は一般的に水を有し、さらに１若しくはそれ以上の極性有機溶媒、１若しくはそれ以上の非極性有機溶媒、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有することができる。前記水性溶媒は一般的に、約１０グラム／リットルから約６００グラム／リットルの範囲で前記金属塩を溶解することができ、適切な極性有機溶媒は、アルコール、ポリオール、グリコールエーテル、１−メチルピロリジノン、ピリジン、メチルエチルケトン、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有する。適切な非極性有機溶媒は、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、Ｃ５からＣ１４分岐パラフィン、Ｃ５からＣ１４非分岐パラフィン、Ｎ，Ｎ-ジメチルホルムアミド、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有する。
【００５０】
前記ナノ粒子は約０．５ｗｔ％から約７０ｗｔ％の範囲で存在し、前記リガンドは約０．５ｗｔ％から約７５ｗｔ％の範囲で存在し、前記媒体は約３０から約９８ｗｔ％の範囲で存在する。前記ナノ粒子は約１０から約６０ｗｔ％の範囲で存在し、前記リガンドは約１から約３０ｗｔ％の範囲で存在し、前記媒体は約３０から約９８ｗｔ％の範囲で存在する。前記ナノ粒子は約１５から約５５ｗｔ％の範囲で存在し、前記リガンドは約２から約２５ｗｔ％の範囲で存在し、前記媒体は約３０から約９８ｗｔ％の範囲で存在する。さらに、リガンドの量は前記ナノ粒子の重量に対して重量に基づいて約１０％である。
【００５１】
１実施形態において、本発明はリガンドの存在下での金属塩の化学的還元に関するものであり、リガンドは分散媒体における前記金属に錯化或いは結合することができる。前記金属塩は、前記塩が溶媒相に不溶性である場合、固体として溶媒によって溶解される若しくは溶媒に分散され得る。適切な溶媒は、実質的に有機溶媒を含まない水性溶媒を含む。適切な溶媒はさらに、例えば前記金属塩が十分に高濃度（例えば約０．３から約０．９Ｍ、或いは約０．４５から約０．７Ｍ、或いは約０．５５から約０．６Ｍ）で溶解され得る場合、いくつかの極性有機溶媒も含む。前記金属は銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含む。前記塩アニオンは、硝酸塩、カルボン酸塩、硫酸塩、或いは塩化物を含む。前記還元剤は、それぞれの金属塩を効果的に還元するのに十分な電気化学ポテンシャルと濃度であるべきである。望ましくないイオン副産物を酸性しないヒドラジン、ヒドラジン水和物などの強力な還元剤は適切であり；水素化ホウ素ナトリウムなどの他の還元剤は使用される。
【００５２】
リガンドは、金属粒子と複合体を形成し、凝集に対して安定化する能力に基づいて選択され；一つの検討材料としては、前記粒子が固まり、乾燥及び熱処理の間硬化することを可能にする前記リガンドの能力が挙げられる。前記粒子が硬化する温度は、前記金属に吸着された前記リガンドによって一部調節される。前記リガンドは、酸素、硫黄或いは窒素などのヘテロ原子を介して前記金属へ結合するものとして特徴付けされ得る。いくつかの実施形態において、前記リガンドのヘテロ原子部分は、カルボキシル、スルホニル、チオール及びそれらと同等のものとして提供される。実施におけるあらゆる特定の理論に束縛されることなく、前記リガンド化合物の複合体部分及び脂肪族バックボーンの相対的温度安定性に基づいて、前記金属ナノ粒子の硬化に悪影響を及ぼす熱処理の間、中間体塩が生じると信じられている。約１から約２０炭素原子から成る直鎖脂肪族バックボーンを持つリガンドは特に適している。約２０炭素原子以下を有する分岐或いは環状バックボーンは、例えば、前記リガンドが前記溶媒システムに十分に安定である場合、使用される。適切なリガンドは好ましくは、前記脂肪族尾部に約５から約１２炭素原子を有することができる。
【００５３】
本発明において、前記金属塩アニオンなどの残基副産物を除去するための洗浄或いは相移動などの合成後処理は必要ない。この工程は必要ないけれども、付加的な洗浄及び加工後工程は使用され得る。前記反応の副産物は前記ナノ粒子混合物に残っており、前記ナノ粒子表面上での前記リガンドの分解を触媒する。特に、硝酸塩アニオンは、自己伝搬化学分解或いは超電導酸化物のアニオン性酸化還元合成において有機酸リガンドと反応し、中間体金属塩を阻止することができる。代わりに、アミンなどの化合物は前記反応産物へ添加され得る、若しくは前記リガンドの分解及び前記ナノ粒子の硬化を同様に触媒する前記リガンド分子の一部であり得る。前記粒子はしばしば、フィルムの形成用にそれらを濃縮するために定着してもよい。
【００５４】
実施における特定の理論に束縛されることなしに、前記金属ナノ粒子は、例えば相互嵌合二重層などのリガンドの自己組織化界面活性剤構造、或いは前記金属ナノ粒子の周囲での小胞構造の形成によって前記水性相へ分散せずに残ることができると信じられている。他の場合において、前記ナノ粒子は、濃縮ナノ粒子及び第ニの水性相を有する油性リガンドリッチ相を生じる水性相から相分離できる。前記粒子は、外側に向いた脂肪族部分を有する求核頭部基を介して銀の表面に結合したリガンドによって安定化され得る。前記ナノ粒子表面へ結合しないリガンドの前記脂肪族部分は、前記ナノ粒子の周囲で小胞を形成する結合リガンドの脂肪族部分と関連するものである。実施におけるあらゆる特定の理論に束縛されることなしに、二重層が形成されない場合、前記金属ナノ粒子は油相へ相分離すると信じられている。従って、リガンドは前記粒子の周囲に二重層を形成することができる。前記二重層は破壊され、ｐＨを修飾することによって或いは水性溶媒へ塩を添加することによって前記ナノ粒子が疎水性相を形成する原因となる。
【００５５】
従って、金属ナノ粒子分散を合成する方法は、少なくとも一つのリガンドであって、ここにおいて前記リガンドは約１から約２０炭素原子を有する尾部へ結合したヘテロ原子頭部基を有するものである、リガンド；少なくとも一つの還元剤；及び水性分散溶液における少なくとも一つの金属塩であって、ここにおいて前記金属塩は前記分散溶液の容積に基づいて約１０グラム／リットルから約６００グラム／リットルの範囲の濃度で分散液に存在するものであり、前記金属塩は銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有する少なくとも一つのカチオンを有するものである、金属塩が、水性媒体において反応する工程を含む。好ましくは、前記金属塩は銀を有するものである。
【００５６】
一般的に前記尾部は本明細書の他の箇所に記載された通りであり；適切なヘテロ原子頭部基は酸素、硫黄、窒素及びそれらと同等のものを有する。適切なリガンドは、金属ナノ粒子の表面へそのヘテロ原子頭部基によって結合し、凝集に対して少なくとも一部は安定化された金属ナノ粒子を生じることができるものとして特徴付けされている。
【００５７】
適切な還元剤は、例えばヒドラジン、ヒドラジン水和物、水素、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、アスコルビン酸、第一級アミン、第二級アミン、第三級アミン、及びそれらと同等のもの、若しくはそれらのあらゆる組み合わせなどの、水性システムにおいて金属を還元することができる強力な還元剤を含む。
【００５８】
前記金属塩は一般的に少なくとも一つのアニオンを有し、ここにおいて、前記アニオンは酢酸塩、硝酸塩、カルボン酸塩、硫酸塩、塩化物、水和物、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【００５９】
適切な分散溶液は水性媒体を有する。別の適切な分散溶液は、有機溶媒を実質的に含まない水性媒体を有し、水を有することができる。前記分散溶液はさらに、１若しくはそれ以上の極性有機溶媒、１若しくはそれ以上の非極性有機溶媒、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有することができる。適切な極性及び非極性溶媒は本明細書の他の箇所に記載された通りである。
【００６０】
反応させる工程は、接触する工程、混合する工程、撹拌する工程、超音波処理する工程、かき混ぜる工程、及びそれらと同等の工程を有し；反応させる工程の後、１若しくはそれ以上のリガンドヘテロ原子頭部基は、１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子の表面へ結合し、不可逆的な凝集に対して安定化した１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子を生じるものとして特徴付けされる。
【００６１】
前記方法は一般的に、リガンド及び金属塩を組み合わせる工程であって、それぞれのモル比は約０．１：１から約０．２：０．７の範囲であり、さらには約０．１：１から約０．３から約０．５の範囲である、工程と；前記金属塩及び還元剤を組み合わせる工程であって、それぞれのモル比は約０．７：１から約１：２の範囲であり、他の場合においては前記金属塩及び還元剤はそれぞれモル比で約４：１から約１：２の範囲であり、他の場合においては前記金属塩及び還元剤はそれぞれモル比で約０．６：１から約１．２：１の範囲である、工程とを有する。いくつかの実施形態において、前記方法は、約３から約１２の範囲のｐＨにするために、リガンド、還元剤、金属塩、水性分散溶液の相対量を調節する工程と、前記水性媒体のｐＨを調節する工程と、それらのあらゆる組み合わせとを有することができる。特定の実施形態において、前記ｐＨは反応の間、塩基性から酸性型の間で変えることができる。
【００６２】
いくつかの形態において、前記方法は、前記水性媒体、リガンド、還元剤、及び水性分散溶液における金属塩、或いはそれらのあらゆる組み合わせを、反応前に約５℃から約２００℃の温度へ、反応前に約３５℃から約７０℃の温度へ、反応前に約４０℃から約６０℃の温度へ、加熱する工程を含む。
【００６３】
前記方法は一般的に反応後の回収工程を含む。前記回収工程は、十分な時間経過を放置する工程であって、反応後に存在するあらゆる水性媒体におけるナノ粒子の濃度が約０ｗｔ％から約７０ｗｔ％の範囲、若しくは約０．５ｗｔ％から約３０ｗｔ％の範囲、或いは約２ｗｔ％から約２０ｗｔ％の範囲、若しくは約３ｗｔ％から約７ｗｔ％の範囲にあるものである、工程と、次に前記反応産物を回収する工程とを含むことができる。いくつかの場合において、前記回収工程は、十分な時間経過を放置する工程であって、反応後に存在するあらゆる水性媒体におけるナノ粒子の濃度が約０．５ｗｔ％から約７０ｗｔ％の範囲、或いは約５ｗｔ％から約６０ｗｔ％の範囲である、工程と、前記水性媒体をデカントする工程と、前記反応産物を回収する工程と、前記デカントされた水性媒体を限外濾過し前記デカントされた媒体に存在するあらゆるナノ粒子を回収する工程とを有する。いくつかの場合において、ナノ粒子を有するケーキ（ｃａｋｅ；固形物）が形成されるであろう。そのようなケーキは約２５ｗｔ％から約７０ｗｔ％を有することができる。他の実施形態において、浮遊物が形成され、それは０ｗｔ％から約３０ｗｔ％ナノ粒子までを有することができる。ナノ粒子の分布は、浮遊物及びケーキの間で分配され得る。前記回収工程は、前記媒体に存在するナノ粒子を回収するために、固定された反応産物がない場合、反応後に存在するあらゆる水性媒体を限外濾過する工程を含むことができる。
【００６４】
いくつかの実施形態において、前記反応させる工程は、前記水性媒体、リガンド及び還元剤を、第二の撹拌反応器の内容物と液体連結（ｆｌｕｉｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）できる第一の撹拌反応器へ連続的に導入する工程を有する。適切な媒体、リガンド及び還元剤、同様にこれら成分のお互いに対する適切な割合は、本明細書の他の箇所に記載されている。前記水性媒体、リガンド、還元剤及び水性分散溶液における金属塩は、本明細書の他の箇所に説明された通り加熱される。一般的に、前記第一の反応器の滞留時間は実質的完成へと進行する反応を生じさせるには十分なものであり、前記方法は第一の反応器の内容物を第二の反応器へと連続的に輸送する工程を含むことができ；前記第二の反応器における滞留時間は、前記反応が本質的に全て完了へと進行するのを可能にするのに十分であると考えられる。
【００６５】
本明細書に記載された前記方法はさらに、１若しくはそれ以上の回収工程も含むことができる。
【００６６】
本発明に従って合成された金属ナノ粒子及びこれらのナノ粒子を硬化することによって形成された前記構造は、図１（Ａ）、１（Ｂ）及び１（Ｃ）に示されている。図１（Ａ）は、本発明に従って製造された銀ナノ粒子を示している。図１（Ａ）のスケールバーと前記粒子の比較によって明らかになるように、本発明に従って製造された一般的なナノ粒子は１００ｎｍ以下のウェルの幅を有する。図１（Ｂ）は、約１分間約１００℃で硬化した後本発明に従って製造された金属ナノ粒子によって形成された構造を示している。図１（Ｃ）は約３分間約８０℃で硬化した後本発明に従って製造された金属ナノ粒子によって形成された構造を示している。
【００６７】
図２は、本発明の特定の実施形態におけるナノ粒子凝集体を伴った個々の粒子の存在を示したものである。この図は、重量ベースで、前記個々のナノ粒子から成るナノ粒子凝集体と比較した、本発明に従って合成された個々の金属ナノ粒子の集団を示している。
【００６８】
基質上に導電性構造を形成する方法は、前記基質へ組成物を堆積させる工程であって、ここにおいて前記組成物は金属ナノ粒子の少なくとも一つの集団、約１ｎｍから約３０ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものとして特徴付けされた個々の金属ナノ粒子を有する前記集団の少なくとも一部を有し；前記ナノ粒子のそれぞれはその表面へ結合した少なくとも一つのリガンドを有し、前記リガンドは前記ナノ粒子表面へ結合したヘテロ原子頭部基及び前記ヘテロ原子頭部基へ結合した尾部を有する、工程と；前記堆積された組成物を硬化する工程とを有する。
【００６９】
前記堆積させる工程は、印刷方法を含むことができ；適切な印刷方法はフレキソ印刷、輪転グラビア印刷、石版印刷、インタリオ印刷、凸版印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷、レーザー印刷、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含む。
【００７０】
これらの方法の組成物に関して、金属ナノ粒子の一般的な集団、同様に適切なリガンド、及び許容可能な水性媒体は、本明細書の他の箇所に記載された通りである。
【００７１】
金属ナノ粒子ベースインクの処方における更なる検討材料は流動学である。そのインク流動学は、前記固体成分の変形挙動及び前記成分の流体挙動に影響される。Ｍｅｚｇｅｒ，Ｔ．Ｇ．，Ｔｈｅ Ｒｈｅｏｌｏｇｙ Ｈａｎｄｂｏｏｋ，２００２，ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ Ｖｉｎｃｅｎｔｚ Ｖｅｒｌａｇ，Ｈａｎｎｏｖｅｒ，Ｇｅｒｍａｎｙ；Ｖｅｒｓｔｒａｔ，Ｄ．Ｗ．，Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｒｅｐｏｒｔ，Ｆｏｒｍｕｌａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｖｅ Ｒｈｅｏｌｏｇｙ Ｍｏｄｉｆｉｅｒｓ，Ａｌｃｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｗｅｂｓｉｔｅ（ｗｗｗ．ａｌｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ．ｃｏｍ）Ａｌｃｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｃｈａｔｔａｎｏｏｇａ，ＴＮ；Ｍａｎｓｈａｕｓｅｎ，Ｐ．，Ｂｏｒｃｈｅｒｓ ＧｍｂＨ，Ｍｏｎｈｅｉｍ，Ｇｅｒｍａｎｙ，Ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ ６ｔｈ Ｎｕｒｎｂｅｒｇ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ，Ａｐｒｉｌ，２００１を参照のこと。これらの挙動は、望ましい基質へ前記インクを堆積させる或いは印刷する工程の間、前記インク上に付与されたせん断力に対する反応である。添加物は、前記望ましい流体特性が前記金属トレース或いはフィルムの電気特性及び接着性に対する最低限の有害効果で達成されるように、前記インク流動学を修飾することができる。
【００７２】
流動学修飾因子に対する多くの選択が存在し（Ｍａｎｓｈａｕｓｅｎ，Ｐ．，Ｂｏｒｃｈｅｒｓ ＧｍｂＨ，Ｍｏｎｈｅｉｍ，Ｇｅｒｍａｎｙ，Ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ ６ｔｈ Ｎｕｒｎｂｅｒｇ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ，Ａｐｒｉｌ，２００１；Ｙｏｕｎｇ，Ｖ．Ｌ．ａｎｄ Ｈｉｃｋｍａｎ，Ａ．Ｄ．，Ｄｏｗ Ｌａｔｅｘ Ｔｅｃｈｎｏｔｅｓ，Ｊａｎｕａｒｙ ６，１９９２を参照のこと）、これには結合性及び非結合性有機増粘剤、さらには無機増粘剤が含まれる。結合性増粘剤は一般的に、前記金属ナノ粒子及び接着に利用されたポリマー結合粒子などの、インクにおける成分に関連するものである。非結合性増粘剤は水性相と相互作用を有し、基本的には水の粘性を高めるものである。
【００７３】
本方法の組成物は、１若しくはそれ以上の流動学修飾因子を含むことができる。いくつかのそのような修飾因子は、疎水的に修飾されたポリエーテルポリウレタン、疎水的に修飾されたポリエーテル、疎水的に修飾されたアクリル増粘剤、疎水的に修飾されたセルロースエーテル及びそれらと同等の物などの結合性増粘剤を含むことができる。代わりに、前記流動学修飾因子は、（メタ）アクリル酸から重合されたユニットを有するポリマーなどのアルカリ溶解性乳剤などの増粘因子を含むことができ、ここにおいて適切なポリマーは（メタ）アクリル酸のホモポリマー、（メタ）アクリル酸及び（メタ）アクリル酸エステル、マレイン酸のコポリマー、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。増粘因子はさらに、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、アラビノガラクチン、デキストラン、スターチ、酸膨潤性乳剤、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、或いはそれらのあらゆる組み合わせなどのセルロースベース物質を含むこともできる。一般的に、流動学修飾因子は、約０ｗｔ％から約１５ｗｔ％の範囲で、或いは約０ｗｔ％から約７ｗｔ％の範囲で、さらには約０ｗｔ％から約３ｗｔ％の範囲で存在している。
【００７４】
商業的印刷装置で印刷されるインクとして実施可能な処方の調合はさらに、一般的に前記望ましい基質への前記硬化インクの接着を可能にする或いは増強する、前記基質上の前記インクの湿潤を増加する、及び前記インクの流動学的或いは流体特性を修飾する因子の追加も必要とする。
【００７５】
一般的に金属ナノ粒子は、ポリエステル、ポリプロピレン及び紙などとして一般的に使用される未処理基質へは接着しないであろう。従って、接着剤、結合剤或いはそれらのあらゆる組み合わせは、添加物が前記望ましい基質の表面へ化学的或いは物理学的結合を達成するように、前記金属ナノ粒子分散へ添加される。理想的には、これらの添加物は、前記金属ナノ粒子の連続的結合性フィルム或いは構造への硬化或いは焼結工程を阻止或いは妨害しないものである。加えて、前記接着増強添加物は、前記ナノ粒子の安定性に影響を及ぼさないものを選択すべきである。接着促進添加物は一般的に、前記インクが前記基質表面を湿らせるのを助長する界面活性剤を含む。
【００７６】
従って、開示された本方法の前記組成物はさらに結合剤を有し、これはラテックス、前記ナノ粒子の溶媒媒体に溶解性である或いは前記ナノ粒子と適合できるポリマー、ポリマーラテックス、乳剤ポリマー、ポリイミド、シリコン、フルオロカーボン、ポリアミド酸、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、若しくはそれらのあらゆる組み合わせを含むことができる。前記結合剤は約０ｗｔ％から約２０ｗｔ％の範囲で、或いは約０ｗｔ％から約７ｗｔ％の範囲で、或いは約０ｗｔ％から約５ｗｔ％の範囲で存在すると考えられる。
【００７７】
本方法に適切な基質は、ガラス、セラミック、ポリマー、シリコン、窒化物、炭化物、セラミック前駆体、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含む。適切なポリマーは、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリカーボネート、アクリル酸ポリマー、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、液体結晶ポリマー、ポリカーボネート、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、前記基質は、紙、合成加工紙、段ボール、被覆段ボール紙、非被覆段ボール紙、布地、及びそれらと同等のものを有する。
【００７８】
いくつかの例において、前記基質の表面の少なくとも一部は、前記堆積された組成物へ接着可能な表面を生じるように修飾され得ると考えられる。
【００７９】
本発明のいくつかの実施形態において、前記組成物はさらに金属粒子を有する。そのような粒子は一般的に約２００ｎｍから約２００００ｎｍの範囲の、約５００ｎｍから約１００００ｎｍの範囲の、或いは約８００ｎｍから約３０００ｎｍの範囲の幅を有する。適切な粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有する。
【００８０】
本発明の硬化工程は一般的に、前記堆積させた組成物を約９０秒以下で約１１０℃以下の温度に曝露する工程であって、前記方法によって形成された構造は一般的に約２０μｍ以下の厚さを有するものである、工程；或いは前記堆積させた組成物を約６０秒以下で約１１０℃以下の温度に曝露する工程であって、前記方法によって形成された構造は一般的に約１５μｍ以下の厚さを有するものである、工程；或いは前記堆積させた組成物を約３０秒以下で約１４０℃以下の温度に曝露する工程であって、前記方法によって形成された構造は一般的に約１５μｍ以下の厚さを有するものである、工程；或いは前記堆積させた組成物を約３０秒以下で約１１０℃以下の温度に曝露する工程であって、前記方法によって形成された構造は一般的に約８μｍ以下の厚さを有するものである、工程；或いは前記堆積させた組成物を約２０秒以下で約１４０℃以下の温度に曝露する工程であって、前記方法によって形成された構造は一般的に約８μｍ以下の厚さを有するものである、工程を有する。
【００８１】
導電性構造を形成する方法は、金属ナノ粒子組成物を前記基質へ堆積させる工程であって、ここにおいて前記組成物は約９０秒以下で約１１０℃以下の温度で硬化させた後、対応する金属のバルク抵抗率の約２倍から約１５倍の範囲の抵抗率を持ち、約２０μｍ以下の厚さを有する結合性且つ導電性構造を形成することができるものである、工程と、前記堆積させた組成物を硬化させる工程とを含む。
【００８２】
適切な堆積工程は本明細書の他の箇所に記載されている。ナノ粒子組成物は、金属ナノ粒子の集団、リガンド、媒体、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含むものとして考えられており、それら全ては本明細書の他の箇所に議論されている。
【００８３】
適切な組成物はさらに、本明細書の他の箇所に記載されたように流体学修飾因子も含む。前記組成物は、本明細書の他の箇所に記載されたように結合剤をさらに有すると考えられる。適切な組成物はさらに、本明細書の他の箇所に記載されたように金属粒子も含む。
【００８４】
図３は、先行技術の組成物及び本発明によって提供された組成物に対する硬化時間の関数としての抵抗率を示している。示されたように、本発明によって合成された金属銀ナノ粒子を有する組成物の抵抗率（トレース（ｂ））は、約１分間約８５℃の温度で硬化した後、バルク銀の抵抗率（トレース（ａ））と同程度の抵抗率を達成する。トレース（ｃ）は、本発明によって合成された金属銀ナノ粒子、及び流動学修飾因子及び結合剤などの特定の添加物を有する組成物を示しており、示されたように、その組成物も約６分間約１００℃の温度で硬化された後、バルク銀の抵抗率に近づいた。トレース（ｄ）は、住友金属鉱山株式会社（日本）によって製造された組成物を示しており、この組成物（ｈｔｔｐ：ｗｗｗ．ｓｍｍ．ｃｏ．ｊｐ／ｂ＿ｉｎｆｏ＿Ｅ／ｂ１０＿Ｅ．ｈｔｍｌ）は１５０℃で硬化させた場合、全ての硬化時間で、本発明に従って製造された組成物の抵抗率より高い抵抗率を達成するものである。トレース（ｅ）は住友（日本）によって製造された組成物であり、これも１００℃で硬化させた場合、全ての硬化時間で、本発明に従って製造された組成物の数桁大きい抵抗率を有するものとして特徴付けされている。
【００８５】
実施例
以下は、ただの代表例である限定されない実施例であり、必ずしも本発明の範囲を制限するものではない。
【実施例１】
【００８６】
初期溶液は、７．５グラムの水酸化アンモニウム（重量で３０％アンモニア）を２７５グラムの水へ添加し；１３．５グラムのヘプタン酸をこの溶液に添加し、その後２０．９グラムの５０％ヒドラジン水和物水溶液を添加することによって調合した。前記水酸化アンモニウムは、酸が水に溶解させるために必要であった。別々に、３６グラムの硝酸銀は１７５グラムの水へ溶解した。前記硝酸銀溶液は、窒素存在下で撹拌しながら前記初期溶液へ添加した。結果生じた産物は凝集し固定された。過剰な水はデカントした。濃縮された産物は０．５ｍｉｌ巻線ロッドの５ｍｉｌポリエステルフィルムへと広げ、次に１から２分間８０℃及び１００℃で硬化させ、結合性導電性銀フィルムを生じた。
【実施例２】
【００８７】
初期溶液は、２．１グラムの水酸化アンモニウム（重量で３０％アンモニア）を５０グラムの水へ添加し；７．８グラムのヘプタン酸をこの溶液へ添加し、その後３グラムの５０％ヒドラジン水和物水溶液を添加することによって調合した。別々に、１０グラムの硝酸銀は５０グラムの水に溶解した。この硝酸銀溶液は窒素存在下で撹拌しながら前記初期溶液へ添加した。結果生じた産物は固定され、過剰な水はデカントした。
【００８８】
濃縮された産物は０．５ｍｉｌ巻線ロッドの５ｍｉｌポリエステルフィルムへと広げ、次に１から２分間８０℃及び１００℃で硬化させ、結合性導電性銀フィルムを生じた。１分間１００℃で硬化されたサンプルの重量抵抗率は、０．３９グラム−オーム／ｍ２（２ｘバルク銀以下）であると測定された。
【実施例３】
【００８９】
インク組成物は、５０グラムの球状銀粉末（１から２μｍ平均直径）を、３ｗｔ％のアクリルコポリマーラテックス（５５ｗｔ％ポリマー）、２ｗｔ％のポリビニルアルコール（水中で２５ｗｔ％、Ｍｗは８，０００−９，０００）、及び１ｗｔ％エチレングリコールも含む実施例１の３５ｗｔ％ナノ粒子分散５０グラムへ添加することによって調合した。前記物質は一緒によく混合し、すり鉢で粉砕し、均一混合物が得られるまですりつぶした。結果得られたインクのフィルムは、０．００１５’’Ｂｉｒｄフィルム塗布器で０．００５’’厚さの未処理ポリエステルフィルムへ堆積させた。湿潤フィルムは３０秒間１００℃で、その後１４０℃で６０秒間硬化させた。結果生じた銀フィルムの重量抵抗率は、１．３グラム−オーム／ｍ２で、バルク銀の約８倍の抵抗率であると測定された。前記フィルムの前記基質への接着は、４’’幅のＳｃｏｔｃｈ ｂｒａｎｄテープ（３Ｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）を前記フィルムに適用し、人差し指（指の爪ではない）で圧力を掛けることで前記フィルムへの接着を確実にすることによってテストした。前記テープは次に、９０°の角度で前記基質に対して垂直に上方へ引っ張りながら素早くはがした。このテープテスト方法は、テープテストによる接着測定のＡＳＴＭ Ｄ３３５９-０２標準テスト方法から派生している。前記トレースのバルクから前記銀がわずかにはがれたことが観察された（５が完全なテープであり、４．２１５）が、銀は前記基質からはがれていなかった。この失敗は、前記銀粒子間の結合性失敗であると観察された。
【実施例４】
【００９０】
インク組成物は、５０グラムの球状銀粉末（１から２ミクロン平均直径）を、１０ｗｔ％ポリビニル酢酸−ポリエチレンコポリマーラテックス（５０ｗｔ％ポリマー）、２ｗｔ％のポリビニルアルコール（水中で２５ｗｔ％、Ｍｗは８，０００から９，０００）及び１ｗｔ％エチレングリコールも含む３５ｗｔ％ナノ粒子分散の５０グラムへ添加することによって調合した。前記物質は一緒によく混合し、すり鉢で粉砕し、均一混合物が得られるまですりつぶした。結果生じたインクのフィルムは、＃１６巻線ロッド（０．０１６’’ワイヤー直径、０．００１’’湿潤フィルム厚さ）で０．００５’’厚さ未処理ポリエステルフィルムへ堆積させた。前記湿潤フィルムは３０秒間１００℃で、その後１４０℃で３０秒間硬化させた。結果生じた銀フィルムの重量抵抗率は、１．０グラム−オーム／ｍ２で、バルク銀の抵抗率の約６．２倍になると測定された。前記基質への前記フィルムの接着は実施例２に記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記基質への前記フィルムの接着は非常に優れており（４．８／５）、銀のトレースのみが前記基質からはがれ（結合性失敗）、前記基質からはがれた銀は観察されなかった。
【実施例５】
【００９１】
インク組成物は、２５グラムの球状銀粉末（１から２μｍ平均直径）を３ｗｔ％アクリルコポリマー（５５ｗｔ％ポリマー）、及び４ｗｔ％のポリアクリルアミド（水中で５０ｗｔ％）も含む３５ｗｔ％ナノ粒子分散の５０グラムへ添加することによって調合した。前記物質は一緒によく混合し、すり鉢で粉砕し、均一混合物が得られるまですりつぶした。結果生じたインクのフィルムは、＃１６巻線ロッド（０．０１６’’ワイヤー直径、０．００１’’湿潤フィルム厚さ）で０．００５’’厚さ未処理ポリエステルフィルムへ堆積させた。前記湿潤フィルムは３０秒間１００℃で、その後１３０℃で６０秒間硬化させた。結果生じた銀フィルムの重量抵抗率は、１．７１グラム−オーム／ｍ２で、バルク銀の抵抗率の約１０．７倍であると測定された。前記基質への前記フィルムの接着は、実施例２に記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記基質への前記フィルムの接着は非常に優れており（４．８／５）、銀のトレースのみが前記基質からはがれ（結合性失敗）、前記基質からはがれた銀は観察されなかった。
【実施例６】
【００９２】
インク組成物は、６５グラムの球状銀粉末（１から２ｐｍ平均直径）を３ｗｔ％アクリルコポリマー（５５ｗｔ％ポリマー）、１．５ｗｔ％のポリアクリルアミド（水中で５０ｗｔ％）、及び１ｗｔ％プロピレングリコールも含む３５ｗｔ％ナノ粒子分散の８０グラムへ添加することによって調合された。前記物質は一緒によく混合し、すり鉢で粉砕し、均一混合物が得られるまですりつぶした。結果生じたインクのフィルムは、＃１６巻線ロッド（０．０１６’’ワイヤー直径、０．００１’’湿潤フィルム厚さ）で０．００５’’厚さ未処理ポリエステルフィルムへ堆積させた。前記湿潤フィルムは３０秒間１００℃で、その後１３０℃で６０秒間硬化させた。結果生じた銀フィルムの重量抵抗率は、１．３１グラム−オーム／ｍ２で、バルク銀の抵抗率の約８倍であると測定された。前記基質への前記フィルムの接着は、実施例２に記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記基質への前記フィルムの接着は優れており（４．２１５）、前記トレースのバルクからわずかに銀がはがれた（結合性失敗）が、前記基質から銀ははがれていなかった。
【実施例７】
【００９３】
インク組成物は、５２グラムの球状銀粉末（１から２ｐｍ平均直径）を３ｗｔ％アクリルコポリマー（５５ｗｔ％ポリマー）、１．５ｗｔ％のポリアクリルアミド（水中で５０ｗｔ％）、及び１ｗｔ％プロピレングリコールも含む３５ｗｔ％ナノ粒子分散の６４グラムへ添加することによって調合した。前記物質は一緒によく混合し、さらに５分間ボルテックス塗料ミキサーで混合した。結果生じたインクのフィルムは、＃１６巻線ロッド（０．０１６’’ワイヤー直径、０．００１’’湿潤フィルム厚さ）で０．００５’’厚さ未処理ポリエステルフィルムへ堆積させた。前記湿潤フィルムは２０秒間６０℃で、その後１３０℃で４０秒間硬化させた。結果生じた銀フィルムの重量抵抗率は、１．００グラム−オーム／ｍ２で、バルク銀の抵抗率の約６倍であると測定された。前記基質への前記フィルムの接着は、実施例２に記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記基質への前記フィルムの接着は非常に優れており（４．９／５）、わずかな銀のトレースのみが前記表面からはがれ（結合性失敗）、前記基質からはがれた銀は観察されなかった。さらに、結果生じたサンプルは、膨張性形態（単一しわ）及びより圧縮形態（単一しわ）に折られており、固いしわが各サンプル上に指先（指の爪ではない）で作られていた。
【実施例８】
【００９４】
インク組成物は、１０グラムのＦｌｏｅｔｒｏｌ（Ｔｈｅ Ｆｌｏｏｄ Ｃｏｍｐａｎｙ）を４０グラムの３５ｗｔ％ナノ粒子分散へ添加することによって調合した。前記物質は一緒によく混合し、結果生じたインクのフィルムは０．０００５’’直径巻線ロッドで０．００５’’厚さ未処理ポリエステルフィルムへ堆積させ、次に９０秒間１３０℃で硬化させ、結合性導電性銀フィルムを生じた。前記基質への前記フィルムの接着は、４’’幅のＳｃｏｔｃｈ ｂｒａｎｄテープ（３Ｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）を前記フィルムに適用し、人差し指（指の爪ではない）で圧力を掛けることで前記フィルムへの接着を確実にすることによってテストした。前記テープは次に、９０°の角度で前記基質に対して垂直に上方へ引っ張りながら素早くはがした。このテープテスト方法は、テープテストによる接着測定のＡＳＴＭ Ｄ３３５９-０２標準テスト方法から派生している。何の物質も前記基質からはがれなかった。
【実施例９】
【００９５】
インク組成物は、１０グラムのポリビニルアルコール（９，０００から１０，０００Ｍｗ、８０％加水分解化）の２５ｗｔ％溶液を４０グラムの３５ｗｔ％銀ナノ粒子分散へ添加することによって調合した。前記物質は一緒によく混合し、結果生じたインクのフィルムは０．０００５’’直径巻線ロッドで０．００５’’厚さ未処理ポリエステルフィルムへ堆積させ、次に９０秒間１３０℃で硬化させ、結合性導電性銀フィルムを生じた。前記基質への前記フィルムの接着は、以前に記載したテープテスト方法を用いて評価した。いくつかの物質は前記基質からはがれたが、前記インクのほとんどが前記基質上へ残った。
【実施例１０】
【００９６】
調合された状態のフィルム、３５ｗｔ％銀ナノ粒子分散は、０．０００５’’直径巻線ロッドで５ｍｉｌポリエステルフィルムへ堆積させ、次に６０秒間８５℃で硬化し、その結果結合性導電性銀フィルムを生じた。結果生じたフィルムは、０．３８グラム−オーム／ｍ２（ＩＰＣ-ＴＭ-６５０、番号２．５．１７．２）の重量抵抗率を有していた。前記基質への前記フィルムの接着は、以前記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記物質の全てが前記基質からはがれた。
【実施例１１】
【００９７】
インク組成物は、２．６グラムの商業的に利用可能な疎水的に修飾されたヒドロキシエチルセルロースの１或いは２ｗｔ％溶液を１９．２グラムの４０ｗｔ％銀ナノ粒子分散へ添加することによって調合した。前記物質は一緒によく混合し、結果生じたインクのフィルムは０．０００３’’直径巻線ロッドで０．００５’’厚さポリエステルフィルムへ堆積させ、次に９０秒間１３０℃で硬化させ、結合性導電性銀フィルムを生じた。前記基質への前記フィルムの接着は、以前記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記物質の全ては前記基質からはがれた。
【実施例１２】
【００９８】
インク組成物は、０．５グラムの疎水的に修飾されたエトキシレート化ウレタン流動学修飾因子の溶液を１０グラムの３４ｗｔ％銀ナノ粒子分散へ添加することによって調合した。前記物質は一緒によく混合し、結果生じたインクのフィルムは０．０００３’’直径巻線ロッドで０．００５’’厚さポリエステルフィルムへ堆積させ、次に６０秒間１００℃で硬化させ、結合性導電性銀フィルムを生じた。前記基質への前記フィルムの接着は、以前記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記物質の全ては前記基質からはがれた。
【実施例１３】
【００９９】
インク組成物は、０．３６グラムのアラビノガラクタン木質ゴム（Ｌａｒｅｘ Ｇｒａｄｅ １００）を１８．２グラムの３５ｗｔ％銀ナノ粒子分散へ添加することによって調合した。前記物質は０．０００３’’直径巻線ロッドで０．００５’’厚さポリエステルフィルムへ堆積させ、次に６０秒間１００℃で硬化させ、結合性導電性銀フィルムを生じた。前記基質への前記フィルムの接着は、以前記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記物質のいくつかは前記基質からはがれた。
【実施例１４】
【０１００】
インク組成物は、０．６３グラムの５０ｗｔ％ポリアクリルアミド溶液（Ａｌｄｒｉｃｈ１０，０００Ｍｗ）を１２．５７グラムの４０ｗｔ％銀ナノ粒子分散へ添加することよって調合した。前記物質は０．０００３’’直径巻線ロッドで０．００５’’厚さポリエステルフィルムへ堆積させ、次に６０秒間１００℃で硬化させ、結合性導電性銀フィルムを生じた。前記基質への前記フィルムの接着は、実施例１に以前記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記物質は前記基質からはがれなかった。
【実施例１５】
【０１０１】
インク組成物は、０．４４グラムの２５ｗｔ％ポリビニルアルコール溶液（Ａｌｄｒｉｃｈ９，０００から１０，０００Ｍｗ）及び１．１４グラムのアクリルナノ粒子ラテックス分散を２２．２グラムの３５ｗｔ％銀ナノ粒子分散へ添加することによって調合した。前記物質は０．０００３’’直径巻線ロッドで０．００５’’厚さポリエステルフィルムへ堆積させ、次に３０秒間１３０℃で硬化させ、結合性導電性銀フィルムを生じた。前記基質への前記フィルムの接着は、実施例２に以前記載されたテープテスト方法を用いて評価した。前記物質のいくつかは前記基質からはがれた。
【０１０２】
比較例
実施例１の物質は、Ｈｉｒａｉの方法（Ｈｉｒａｉ，ｅｔ ａｌ．，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９２，１５２７-１５３０；Ｈｉｒａｉ，ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ｏｆ Ｃｏｌｌｏｉｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉ．，１９９３，１６１，４７１-４７４）と同様に、塩化ナトリウム誘導によってヘキサンへと移した。ヘキサン及び塩化ナトリウム溶液を、実施例１の物質を濃縮するために添加し、前記二相を１０分間磁石スターラーバーで混合した。前記銀ナノ粒子は、非水性相へ相を移した（恐らく全てのイオン種が水性相に残存している）。懸濁された銀粒子を有する前記溶媒相は水相から分離した。１２０℃で相移動物質を硬化させる試みがなされた場合、前記銀は硬化せず、この温度で期間延長した後でさえ油性銀フィルムが残存した。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明によって合成された銀ナノ粒子の透過型電子顕微鏡（「ＴＥＭ」）顕微鏡図を示したものである。
【図１Ｂ】図１Ｂは、約１００℃で１分間硬化した、本発明の組成物を含むトレースの走査型電子顕微鏡（「ＳＥＭ」）顕微鏡図を説明したものである。
【図１Ｃ】図１Ｃは、約８５℃で３分間硬化した、本発明の組成物を含むトレースのＳＥＭ顕微鏡図を示したものである。
【図２】図２は、本発明の組成物の、重量ベースでの粒子サイズ分布を示したものである。
【図３】図３は、本発明によって提供された特定の組成物及び特定の先行技術組成物の硬化時間に対する重量抵抗率を示したものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成物であって、
水性媒体に分散した金属ナノ粒子の集団を有し、
前記集団の少なくとも一部は、約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものとして特徴付けされた個々の金属ナノ粒子を有するものであり、
前記ナノ粒子のそれぞれは、その表面に結合した少なくとも一つのリガンドを有し、前記リガンドは前記ナノ粒子表面に結合したヘテロ原子頭部基及び前記ヘテロ原子頭部基に結合した尾部を有するものである、組成物。
【請求項２】
請求項１記載の組成物において、前記ナノ粒子集団はさらに、
２若しくはそれ以上の個々のナノ粒子、２若しくはそれ以上の個々のナノ粒子を含むナノ粒子フロック、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含む粒子凝集体を有するものである。
【請求項３】
請求項２記載の組成物において、前記個々の金属ナノ粒子の集団の粒子凝集体に対する重量比は、約１：９９から９９：１の範囲である。
【請求項４】
請求項２記載の組成物において、前記個々の金属ナノ粒子の集団の粒子フロックに対する重量による比は、約１：９９から９９：１の範囲である。
【請求項５】
請求項２記載の組成物において、ナノ粒子凝集体は、約１００ｎｍから約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。
【請求項６】
請求項２記載の組成物において、ナノ粒子フロックは、約１００ｎｍから約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。
【請求項７】
請求項１記載の組成物において、個々の金属ナノ粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項８】
請求項１記載の組成物において、前記水性媒体は、約１０グラム／リットルから約６００グラム／リットルの範囲の金属塩を溶解することができるものである。
【請求項９】
請求項１記載の組成物において、前記ナノ粒子は、約０．５ｗｔ％から約７０ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項１０】
請求項１記載の組成物において、前記リガンドは、約０．５から約７５ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項１１】
請求項１記載の組成物において、前記媒体は、約３０から約９８ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項１２】
請求項１記載の組成物において、前記組成物は、約１４０℃を下回る温度で約６０秒未満硬化させた後、厚さ約１０μｍ未満の結合性構造を形成することができるものである。
【請求項１３】
請求項１２記載の組成物において、前記構造は、対応する金属のバルク抵抗率の約２倍から約１５倍の範囲の抵抗率を有するものである。
【請求項１４】
組成物であって、
約１４０℃を下回る温度で約９０秒未満硬化させた後、厚さ約１０μｍ以下の結合性構造を形成することができる、少なくとも一つの金属ナノ粒子を有する金属ナノ粒子混合物を有し、前記結合性構造は、前記対応する金属のバルク抵抗率の約２倍から約１５倍の範囲の抵抗率を有するものである、組成物。
【請求項１５】
請求項１４記載の組成物において、前記混合物は、金属ナノ粒子の集団、リガンド、水性媒体、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項１６】
請求項１５記載の組成物において、前記ナノ粒子集団は、個々のナノ粒子、２若しくはそれ以上の個々のナノ粒子を含む粒子集合体、２若しくはそれ以上の個々のナノ粒子を含む粒子フロック、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項１７】
請求項１６記載の組成物において、前記個々の金属ナノ粒子の集団の粒子凝集体に対する重量比は、約１：９９から９９：１の範囲である。
【請求項１８】
請求項１６記載の組成物において、前記個々の金属ナノ粒子の集団の粒子フロックに対する重量比は、約１：９９から９９：１の範囲である。
【請求項１９】
請求項１６記載の組成物において、個々の金属ナノ粒子は、約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。
【請求項２０】
請求項１６記載の組成物において、粒子凝集体は、約１００ｎｍから約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。
【請求項２１】
請求項１６記載の組成物において、粒子フロックは、約１００から約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。
【請求項２２】
請求項１６記載の組成物において、個々の金属ナノ粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項２３】
請求項１５記載の組成物において、前記水性媒体は、約１０グラム／リットルから約６００グラム／リットルの範囲の金属塩を溶解することができるものである。
【請求項２４】
請求項１５記載の組成物において、前記ナノ粒子は、約０．５から約７０ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項２５】
請求項１５記載の組成物において、前記リガンドは、約０．５から約７５ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項２６】
請求項１５記載の組成物において、前記媒体は、約３０から約９８ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項２７】
金属ナノ粒子分散物を合成する方法であって、
少なくとも１つのリガンドであって、このリガンドは１から約２０炭素原子を有する尾部に結合したヘテロ原子頭部基を有するものである、リガンドと、
少なくとも１つの還元剤と、
水性分散溶液中における少なくとも１つの金属塩であって、この金属塩は、前記分散溶液の容積に基づいて約１０グラム／リットルから約６００グラム／リットルの範囲の濃度で分散して存在するものであり、前記金属塩は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含む少なくとも１つのカチオンを有するものである、金属塩と
を水性媒体において反応させる工程を有する、方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の方法において、前記リガンドは、凝集に対して少なくとも一部は安定化されている金属ナノ粒子を生じるように、金属ナノ粒子の表面にそのヘテロ原子頭部基によって結合することができるものとして特徴付けされているものである。
【請求項２９】
請求項２７記載の方法において、前記金属塩は、さらに、
少なくとも１つのアニオンを有するものである。
【請求項３０】
請求項２７記載の方法において、前記反応させる工程は、接触する工程、混合する工程、撹拌する工程、超音波処理する工程、かき混ぜる工程、又はそれらと同等の工程を有するものである。
【請求項３１】
請求項３０記載の方法において、前記反応させる工程の後、１若しくはそれ以上のリガンドヘテロ原子頭部基は、不可逆的凝集に対して安定化された１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子を生じるように、１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子の表面に結合するものとして特徴付けされているものである。
【請求項３２】
請求項３０記載の方法において、この方法は、さらに、
約０．１：１から約１：１の範囲の各モル比で前記リガンド及び金属塩を組み合わせる工程を有するものである。
【請求項３３】
請求項３２記載の方法において、この方法は、さらに、
前記金属塩及び還元剤を、約１：１０から約４：１の範囲の各モル比で組み合わせる工程を有するものである。
【請求項３４】
請求項３２記載の方法において、この方法は、さらに、
約３から約１２の範囲のｐＨにするために、リガンド、還元剤、金属塩、水性分散溶液の相対量を調節する工程、前記水性媒体のｐＨを調節する工程、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項３５】
請求項２７記載の方法において、この方法は、さらに、
前記水性媒体、リガンド、還元剤、及び水性分散溶液における金属塩、或いはそれらのあらゆる組み合わせを、反応前に約５℃から約２００℃の温度に加熱する工程を有するものである。
【請求項３６】
請求項２７記載の方法において、この方法は、さらに、
前記水性媒体、リガンド、還元剤、及び水性分散溶液における金属塩、或いはそれらのあらゆる組み合わせを、反応前に約３５℃から約７０℃の温度へ加熱する工程を有するものである。
【請求項３７】
請求項２７記載の方法において、この方法は、さらに、
前記水性媒体、リガンド、還元剤、及び水性分散溶液における金属塩、或いはそれらのあらゆる組み合わせを、反応前に約４０℃から約６０℃の温度へ加熱する工程を有するものである。
【請求項３８】
請求項２７記載の方法であって、この方法は、さらに、
反応後に回収する工程を有するものである。
【請求項３９】
請求項３８記載の方法において、前記回収工程は、あらゆる水性媒体に存在するナノ粒子の濃度が約０ｗｔ％から約７０ｗｔ％の範囲となるように、十分な時間放置する工程を有するものである。
【請求項４０】
請求項３８記載の方法において、前記回収工程は、あらゆる水性媒体に存在するナノ粒子の濃度が約５ｗｔ％となるように、十分な時間放置する工程と、前記水性媒体をデカントする工程とを有するものである。
【請求項４１】
請求項２７記載の方法において、前記反応させる工程は、前記水性媒体、リガンド及び還元剤を、第二の撹拌反応器の内容物と液体連結（ｆｌｕｉｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）できる第一の撹拌反応器へ連続的に導入する工程を有するものである。
【請求項４２】
請求項４１記載の方法において、前記リガンドは、不可逆的凝集に対して少なくとも一部は安定化された金属ナノ粒子を生じるように、金属ナノ粒子の表面へそのヘテロ原子頭部基によって結合することができるものとして特徴付けされるものである。
【請求項４３】
請求項４１記載の方法であって、この方法は、さらに、
前記第一の反応器へ前記金属塩分散を連続的に導入する工程を有するものである。
【請求項４４】
請求項４３記載の方法において、前記金属塩はさらに、アニオンを有するものである。
【請求項４５】
請求項４４記載の方法において、前記アニオンは、酢酸塩、硝酸塩、カルボン酸塩、硫酸塩、塩化物、水和物、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項４６】
請求項４３記載の方法において、前記分散媒体は、実質的に有機溶媒を含まない水性媒体を有するものである。
【請求項４７】
請求項４４記載の方法において、前記リガンド及び金属塩は、約０．１：１から約１：１の各モル比で前記第一の反応器へ導入されるものである。
【請求項４８】
請求項４３記載の方法であって、この方法は、さらに、
約３から約１２の範囲のｐＨにするために、リガンド、還元剤、金属塩、水性分散溶液の相対量を調節する工程、前記水性媒体のｐＨを調節する工程、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項４９】
請求項４８記載の方法において、この方法は、さらに、
水性分散溶液における前記水性媒体、リガンド、還元剤、及び金属塩、或いはそれらのあらゆる組み合わせを、反応前に約５℃から約２００℃の温度に加熱する工程を有するものである。
【請求項５０】
請求項４３記載の方法において、この方法は、さらに、
水性分散溶液における前記水性媒体、リガンド、還元剤、及び金属塩、或いはそれらのあらゆる組み合わせを、反応前に約３５℃から約７０℃の温度に加熱する工程を有するものである。
【請求項５１】
請求項４３記載の方法において、この方法は、さらに、
水性分散溶液における前記水性媒体、リガンド、還元剤、及び金属塩、或いはそれらのあらゆる組み合わせを、反応前に約４０℃から約６０℃の温度に加熱する工程を有するものである。
【請求項５２】
請求項４３記載の方法において、前記第１の反応器の滞留時間は、実質的完了に達した反応をもたらすのに十分なものである。
【請求項５３】
請求項４３記載の方法であって、この方法は、さらに、
前記第１の反応器の内容物を前記第２の反応器に連続的に輸送する工程を有するものである。
【請求項５４】
請求項５３記載の方法において、前記第２の反応器における滞留時間は、実質的に全て完了したことを達成するのを可能にするのに十分なものである。
【請求項５５】
請求項５４記載の方法はであって、この方法は、さらに、
反応後の回収工程を有するものである。
【請求項５６】
請求項５５の方法において、前記回収工程は、あらゆる水性媒体に存在するナノ粒子の濃度が約５ｗｔ％になるように、十分な時間放置する工程を有するものである。
【請求項５７】
基質上に導電性構造を形成させる方法であって、
前記基質に組成物を堆積させる工程であって、前記組成物は、金属ナノ粒子の少なくとも１つの集団を有し、前記集団の少なくとも一部は、約１ｎｍから約３０ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものとして特徴付けされた個々の金属ナノ粒子を有するものであり、
前記ナノ粒子のそれぞれは、その表面に結合した少なくとも一つのリガンドを有し、このリガンドは、前記ナノ粒子表面に結合したヘテロ原子頭部基及び前記ヘテロ原子頭部基に結合した尾部を有するものである、工程と、
前記堆積させた組成物を硬化させる工程と
を有する、方法。
【請求項５８】
請求項５７記載の方法において、前記堆積させる工程は、印刷方法を有するものである。
【請求項５９】
請求項５８記載の方法において、前記印刷方法は、フレキソ印刷、輪転グラビア印刷、石版印刷、インタリオ印刷、凸版印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷、レーザー印刷、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項６０】
請求項５７記載の方法において、前記ナノ粒子集団は、個々の粒子、少なくとも２つの個々のナノ粒子を含むナノ粒子凝集体、少なくとも２つのナノ粒子を含むナノ粒子フロック、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項６１】
請求項５７記載の方法において、個々の金属ナノ粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項６２】
請求項５７記載の方法において、１若しくはそれ以上のリガンドは、凝集に対して安定化した１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子がもたらされるように、１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子の表面に結合したものとして特徴付けされるものである。
【請求項６３】
請求項５７記載の方法において、前記ナノ粒子は、約０．５から約７０ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項６４】
請求項５７記載の方法において、前記リガンドは、約０．５から約７５ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項６５】
請求項５７記載の方法において、前記組成物は、さらに、
流動学的重合調整剤を有するものである。
【請求項６６】
請求項６５記載の方法において、前記流動学的重合調整剤は、結合性増粘剤を含むものである。
【請求項６７】
請求項６５記載の方法において、前記流動学的重合調整剤は、増粘因子を有するものである。
【請求項６８】
請求項６７記載の方法において、前記増粘因子は、アルカリ溶解性乳化剤を有するものである。
【請求項６９】
請求項６５記載の方法において、前記流動学的重合調整剤は、約０ｗｔ％から約１５ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項７０】
請求項５７記載の方法において、前記組成物は、さらに、結合剤を有するものである。
【請求項７１】
請求項７０記載の方法において、前記結合剤は、約０ｗｔ％から約２０ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項７２】
請求項５７記載の方法において、前記基質は、ガラス、セラミック、ポリマー、シリコン、窒化物、炭化物、セラミック前駆体、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項７３】
請求項７２記載の方法において、前記ポリマーは、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリカーボネート、アクリル酸ポリマー、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、液体結晶ポリマー、ポリカーボネート、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項７４】
請求項７２記載の方法において、前記基質は、さらに、
紙、合成加工紙、段ボール、被覆段ボール紙、非被覆段ボール紙、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項７５】
請求項７２記載の方法において、前記基質の表面の少なくとも一部は、前記堆積させた組成物に接着させることができる表面を生じるように、修飾することができるものである。
【請求項７６】
請求項５７記載の方法において、前記組成物は、さらに、
金属粒子を有するものである。
【請求項７７】
請求項７６記載の方法において、前記金属粒子は、約２００ｎｍから約２００００ｎｍの範囲の幅を有するものである。
【請求項７８】
請求項７６記載の方法において、金属粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項７９】
請求項５７記載の方法において、硬化させる工程は、約１４０℃を下回る温度で約９０秒未満前記堆積させた組成物を曝露する工程を有するものである。
【請求項８０】
請求項５７記載の方法において、前記構造は、約２０μｍ以下の厚さを有するものである。
【請求項８１】
導電性構造を形成させる方法であって、
前記基質へ少なくとも１つの金属ナノ粒子を有する金属ナノ粒子組成物を堆積させる工程であって、前記組成物は、約１４０℃を下回る温度で約９０秒未満硬化させた後、対応する金属のバルク抵抗率の約２倍から約１５倍の範囲の抵抗率を有し、約２０μｍ以下の厚さを有する結合性導電性構造を形成させるものである、前記堆積させる工程と、
前記堆積させた組成物を硬化させる工程と
を有する、方法。
【請求項８２】
請求項８１記載の方法において、堆積させる工程は、印刷方法を有するものである。
【請求項８３】
請求項８２記載の方法において、前記印刷方法は、フレキソ印刷、輪転グラビア印刷、石版印刷、インタリオ印刷、凸版印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷、レーザー印刷、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項８４】
請求項８１記載の方法において、前記組成物は、金属ナノ粒子の集団、リガンド、媒体、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項８５】
請求項８１記載の方法において、前記ナノ粒子集団は、個々のナノ粒子、ナノ粒子凝集体、ナノ粒子フロック、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項８６】
請求項８５記載の方法において、個々の金属ナノ粒子は、約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。
【請求項８７】
請求項８５記載の方法において、ナノ粒子フロックは、約１００から約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。
【請求項８８】
請求項８４記載の方法において、個々の金属ナノ粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項８９】
請求項８４記載の方法において、１若しくはそれ以上のリガンドは、不可逆的凝集に対して安定化した１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子を生じるように、１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子の表面に結合するものとして特徴付けされるものである。
【請求項９０】
請求項８４記載の方法において、前記ナノ粒子は、約０．５から約７０ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項９１】
請求項８４記載の方法において、前記リガンドは、約０．５から約７５ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項９２】
請求項８４記載の方法において、前記媒体は、約３０から約９８ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項９３】
請求項８４記載の方法において、前記組成物は、さらに、
流動学的重合調整剤を有するものである。
【請求項９４】
請求項９３記載の方法において、前記流動学的重合調整剤は、結合性増粘剤を有するものである。
【請求項９５】
請求項９３記載の方法において、前記流動学的重合調整剤は、約０ｗｔ％から約１５ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項９６】
請求項８４記載の方法において、前記組成物はさらに、結合剤を有するものである。
【請求項９７】
請求項９６記載の方法において、前記結合剤は、ラテックス、ポリマーラテックス、乳剤ポリマー、ポリイミド、シリコン、フルオロカーボン、ポリアミド酸、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ樹脂、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項９８】
請求項９６記載の方法において、前記結合剤は、約０ｗｔ％から約２０ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項９９】
請求項８１の方法において、前記基質は、ガラス、セラミック、ポリマー、シリコン、窒化物、炭化物、セラミック前駆体、繊維、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項１００】
請求項９９記載の方法において、前記ポリマーは、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリカーボネート、アクリル酸ポリマー、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、液体結晶ポリマー、ポリカーボネート、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項１０１】
請求項９９記載の方法において、前記基質は、さらに、
紙、合成加工紙、段ボール、被覆段ボール紙、非被覆段ボール紙、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項１０２】
請求項９９記載の方法において、前記基質の表面の少なくとも一部は、前記堆積させた組成物に接着できる表面を生じるように修飾することができるものである。
【請求項１０３】
請求項８４記載の方法において、前記組成物は、さらに、
金属粒子を有するものである。
【請求項１０４】
請求項１０３記載の方法において、前記金属粒子は、約２００ｎｍから約２００００ｎｍの範囲の幅を有するものである。
【請求項１０５】
請求項１０３記載の方法において、金属粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項１】
組成物であって、
水性媒体に分散した金属ナノ粒子の集団を有し、
前記集団の少なくとも一部は、約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものとして特徴付けされた個々の金属ナノ粒子を有するものであり、
前記ナノ粒子のそれぞれは、その表面に結合した少なくとも一つのリガンドを有し、前記リガンドは前記ナノ粒子表面に結合したヘテロ原子頭部基及び前記ヘテロ原子頭部基に結合した尾部を有するものである、組成物。
【請求項２】
請求項１記載の組成物において、前記ナノ粒子集団はさらに、
２若しくはそれ以上の個々のナノ粒子、２若しくはそれ以上の個々のナノ粒子を含むナノ粒子フロック、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含む粒子凝集体を有するものである。
【請求項３】
請求項２記載の組成物において、前記個々の金属ナノ粒子の集団の粒子凝集体に対する重量比は、約１：９９から９９：１の範囲である。
【請求項４】
請求項２記載の組成物において、前記個々の金属ナノ粒子の集団の粒子フロックに対する重量による比は、約１：９９から９９：１の範囲である。
【請求項５】
請求項２記載の組成物において、ナノ粒子凝集体は、約１００ｎｍから約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。
【請求項６】
請求項２記載の組成物において、ナノ粒子フロックは、約１００ｎｍから約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。
【請求項７】
請求項１記載の組成物において、個々の金属ナノ粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項８】
請求項１記載の組成物において、前記水性媒体は、約１０グラム／リットルから約６００グラム／リットルの範囲の金属塩を溶解することができるものである。
【請求項９】
請求項１記載の組成物において、前記ナノ粒子は、約０．５ｗｔ％から約７０ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項１０】
請求項１記載の組成物において、前記リガンドは、約０．５から約７５ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項１１】
請求項１記載の組成物において、前記媒体は、約３０から約９８ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項１２】
請求項１記載の組成物において、前記組成物は、約１４０℃を下回る温度で約６０秒未満硬化させた後、厚さ約１０μｍ未満の結合性構造を形成することができるものである。
【請求項１３】
請求項１２記載の組成物において、前記構造は、対応する金属のバルク抵抗率の約２倍から約１５倍の範囲の抵抗率を有するものである。
【請求項１４】
組成物であって、
約１４０℃を下回る温度で約９０秒未満硬化させた後、厚さ約１０μｍ以下の結合性構造を形成することができる、少なくとも一つの金属ナノ粒子を有する金属ナノ粒子混合物を有し、前記結合性構造は、前記対応する金属のバルク抵抗率の約２倍から約１５倍の範囲の抵抗率を有するものである、組成物。
【請求項１５】
請求項１４記載の組成物において、前記混合物は、金属ナノ粒子の集団、リガンド、水性媒体、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項１６】
請求項１５記載の組成物において、前記ナノ粒子集団は、個々のナノ粒子、２若しくはそれ以上の個々のナノ粒子を含む粒子集合体、２若しくはそれ以上の個々のナノ粒子を含む粒子フロック、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項１７】
請求項１６記載の組成物において、前記個々の金属ナノ粒子の集団の粒子凝集体に対する重量比は、約１：９９から９９：１の範囲である。
【請求項１８】
請求項１６記載の組成物において、前記個々の金属ナノ粒子の集団の粒子フロックに対する重量比は、約１：９９から９９：１の範囲である。
【請求項１９】
請求項１６記載の組成物において、個々の金属ナノ粒子は、約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。
【請求項２０】
請求項１６記載の組成物において、粒子凝集体は、約１００ｎｍから約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。
【請求項２１】
請求項１６記載の組成物において、粒子フロックは、約１００から約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。
【請求項２２】
請求項１６記載の組成物において、個々の金属ナノ粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項２３】
請求項１５記載の組成物において、前記水性媒体は、約１０グラム／リットルから約６００グラム／リットルの範囲の金属塩を溶解することができるものである。
【請求項２４】
請求項１５記載の組成物において、前記ナノ粒子は、約０．５から約７０ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項２５】
請求項１５記載の組成物において、前記リガンドは、約０．５から約７５ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項２６】
請求項１５記載の組成物において、前記媒体は、約３０から約９８ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項２７】
金属ナノ粒子分散物を合成する方法であって、
少なくとも１つのリガンドであって、このリガンドは１から約２０炭素原子を有する尾部に結合したヘテロ原子頭部基を有するものである、リガンドと、
少なくとも１つの還元剤と、
水性分散溶液中における少なくとも１つの金属塩であって、この金属塩は、前記分散溶液の容積に基づいて約１０グラム／リットルから約６００グラム／リットルの範囲の濃度で分散して存在するものであり、前記金属塩は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含む少なくとも１つのカチオンを有するものである、金属塩と
を水性媒体において反応させる工程を有する、方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の方法において、前記リガンドは、凝集に対して少なくとも一部は安定化されている金属ナノ粒子を生じるように、金属ナノ粒子の表面にそのヘテロ原子頭部基によって結合することができるものとして特徴付けされているものである。
【請求項２９】
請求項２７記載の方法において、前記金属塩は、さらに、
少なくとも１つのアニオンを有するものである。
【請求項３０】
請求項２７記載の方法において、前記反応させる工程は、接触する工程、混合する工程、撹拌する工程、超音波処理する工程、かき混ぜる工程、又はそれらと同等の工程を有するものである。
【請求項３１】
請求項３０記載の方法において、前記反応させる工程の後、１若しくはそれ以上のリガンドヘテロ原子頭部基は、不可逆的凝集に対して安定化された１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子を生じるように、１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子の表面に結合するものとして特徴付けされているものである。
【請求項３２】
請求項３０記載の方法において、この方法は、さらに、
約０．１：１から約１：１の範囲の各モル比で前記リガンド及び金属塩を組み合わせる工程を有するものである。
【請求項３３】
請求項３２記載の方法において、この方法は、さらに、
前記金属塩及び還元剤を、約１：１０から約４：１の範囲の各モル比で組み合わせる工程を有するものである。
【請求項３４】
請求項３２記載の方法において、この方法は、さらに、
約３から約１２の範囲のｐＨにするために、リガンド、還元剤、金属塩、水性分散溶液の相対量を調節する工程、前記水性媒体のｐＨを調節する工程、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項３５】
請求項２７記載の方法において、この方法は、さらに、
前記水性媒体、リガンド、還元剤、及び水性分散溶液における金属塩、或いはそれらのあらゆる組み合わせを、反応前に約５℃から約２００℃の温度に加熱する工程を有するものである。
【請求項３６】
請求項２７記載の方法において、この方法は、さらに、
前記水性媒体、リガンド、還元剤、及び水性分散溶液における金属塩、或いはそれらのあらゆる組み合わせを、反応前に約３５℃から約７０℃の温度へ加熱する工程を有するものである。
【請求項３７】
請求項２７記載の方法において、この方法は、さらに、
前記水性媒体、リガンド、還元剤、及び水性分散溶液における金属塩、或いはそれらのあらゆる組み合わせを、反応前に約４０℃から約６０℃の温度へ加熱する工程を有するものである。
【請求項３８】
請求項２７記載の方法であって、この方法は、さらに、
反応後に回収する工程を有するものである。
【請求項３９】
請求項３８記載の方法において、前記回収工程は、あらゆる水性媒体に存在するナノ粒子の濃度が約０ｗｔ％から約７０ｗｔ％の範囲となるように、十分な時間放置する工程を有するものである。
【請求項４０】
請求項３８記載の方法において、前記回収工程は、あらゆる水性媒体に存在するナノ粒子の濃度が約５ｗｔ％となるように、十分な時間放置する工程と、前記水性媒体をデカントする工程とを有するものである。
【請求項４１】
請求項２７記載の方法において、前記反応させる工程は、前記水性媒体、リガンド及び還元剤を、第二の撹拌反応器の内容物と液体連結（ｆｌｕｉｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）できる第一の撹拌反応器へ連続的に導入する工程を有するものである。
【請求項４２】
請求項４１記載の方法において、前記リガンドは、不可逆的凝集に対して少なくとも一部は安定化された金属ナノ粒子を生じるように、金属ナノ粒子の表面へそのヘテロ原子頭部基によって結合することができるものとして特徴付けされるものである。
【請求項４３】
請求項４１記載の方法であって、この方法は、さらに、
前記第一の反応器へ前記金属塩分散を連続的に導入する工程を有するものである。
【請求項４４】
請求項４３記載の方法において、前記金属塩はさらに、アニオンを有するものである。
【請求項４５】
請求項４４記載の方法において、前記アニオンは、酢酸塩、硝酸塩、カルボン酸塩、硫酸塩、塩化物、水和物、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項４６】
請求項４３記載の方法において、前記分散媒体は、実質的に有機溶媒を含まない水性媒体を有するものである。
【請求項４７】
請求項４４記載の方法において、前記リガンド及び金属塩は、約０．１：１から約１：１の各モル比で前記第一の反応器へ導入されるものである。
【請求項４８】
請求項４３記載の方法であって、この方法は、さらに、
約３から約１２の範囲のｐＨにするために、リガンド、還元剤、金属塩、水性分散溶液の相対量を調節する工程、前記水性媒体のｐＨを調節する工程、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項４９】
請求項４８記載の方法において、この方法は、さらに、
水性分散溶液における前記水性媒体、リガンド、還元剤、及び金属塩、或いはそれらのあらゆる組み合わせを、反応前に約５℃から約２００℃の温度に加熱する工程を有するものである。
【請求項５０】
請求項４３記載の方法において、この方法は、さらに、
水性分散溶液における前記水性媒体、リガンド、還元剤、及び金属塩、或いはそれらのあらゆる組み合わせを、反応前に約３５℃から約７０℃の温度に加熱する工程を有するものである。
【請求項５１】
請求項４３記載の方法において、この方法は、さらに、
水性分散溶液における前記水性媒体、リガンド、還元剤、及び金属塩、或いはそれらのあらゆる組み合わせを、反応前に約４０℃から約６０℃の温度に加熱する工程を有するものである。
【請求項５２】
請求項４３記載の方法において、前記第１の反応器の滞留時間は、実質的完了に達した反応をもたらすのに十分なものである。
【請求項５３】
請求項４３記載の方法であって、この方法は、さらに、
前記第１の反応器の内容物を前記第２の反応器に連続的に輸送する工程を有するものである。
【請求項５４】
請求項５３記載の方法において、前記第２の反応器における滞留時間は、実質的に全て完了したことを達成するのを可能にするのに十分なものである。
【請求項５５】
請求項５４記載の方法はであって、この方法は、さらに、
反応後の回収工程を有するものである。
【請求項５６】
請求項５５の方法において、前記回収工程は、あらゆる水性媒体に存在するナノ粒子の濃度が約５ｗｔ％になるように、十分な時間放置する工程を有するものである。
【請求項５７】
基質上に導電性構造を形成させる方法であって、
前記基質に組成物を堆積させる工程であって、前記組成物は、金属ナノ粒子の少なくとも１つの集団を有し、前記集団の少なくとも一部は、約１ｎｍから約３０ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものとして特徴付けされた個々の金属ナノ粒子を有するものであり、
前記ナノ粒子のそれぞれは、その表面に結合した少なくとも一つのリガンドを有し、このリガンドは、前記ナノ粒子表面に結合したヘテロ原子頭部基及び前記ヘテロ原子頭部基に結合した尾部を有するものである、工程と、
前記堆積させた組成物を硬化させる工程と
を有する、方法。
【請求項５８】
請求項５７記載の方法において、前記堆積させる工程は、印刷方法を有するものである。
【請求項５９】
請求項５８記載の方法において、前記印刷方法は、フレキソ印刷、輪転グラビア印刷、石版印刷、インタリオ印刷、凸版印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷、レーザー印刷、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項６０】
請求項５７記載の方法において、前記ナノ粒子集団は、個々の粒子、少なくとも２つの個々のナノ粒子を含むナノ粒子凝集体、少なくとも２つのナノ粒子を含むナノ粒子フロック、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項６１】
請求項５７記載の方法において、個々の金属ナノ粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項６２】
請求項５７記載の方法において、１若しくはそれ以上のリガンドは、凝集に対して安定化した１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子がもたらされるように、１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子の表面に結合したものとして特徴付けされるものである。
【請求項６３】
請求項５７記載の方法において、前記ナノ粒子は、約０．５から約７０ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項６４】
請求項５７記載の方法において、前記リガンドは、約０．５から約７５ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項６５】
請求項５７記載の方法において、前記組成物は、さらに、
流動学的重合調整剤を有するものである。
【請求項６６】
請求項６５記載の方法において、前記流動学的重合調整剤は、結合性増粘剤を含むものである。
【請求項６７】
請求項６５記載の方法において、前記流動学的重合調整剤は、増粘因子を有するものである。
【請求項６８】
請求項６７記載の方法において、前記増粘因子は、アルカリ溶解性乳化剤を有するものである。
【請求項６９】
請求項６５記載の方法において、前記流動学的重合調整剤は、約０ｗｔ％から約１５ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項７０】
請求項５７記載の方法において、前記組成物は、さらに、結合剤を有するものである。
【請求項７１】
請求項７０記載の方法において、前記結合剤は、約０ｗｔ％から約２０ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項７２】
請求項５７記載の方法において、前記基質は、ガラス、セラミック、ポリマー、シリコン、窒化物、炭化物、セラミック前駆体、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項７３】
請求項７２記載の方法において、前記ポリマーは、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリカーボネート、アクリル酸ポリマー、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、液体結晶ポリマー、ポリカーボネート、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項７４】
請求項７２記載の方法において、前記基質は、さらに、
紙、合成加工紙、段ボール、被覆段ボール紙、非被覆段ボール紙、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項７５】
請求項７２記載の方法において、前記基質の表面の少なくとも一部は、前記堆積させた組成物に接着させることができる表面を生じるように、修飾することができるものである。
【請求項７６】
請求項５７記載の方法において、前記組成物は、さらに、
金属粒子を有するものである。
【請求項７７】
請求項７６記載の方法において、前記金属粒子は、約２００ｎｍから約２００００ｎｍの範囲の幅を有するものである。
【請求項７８】
請求項７６記載の方法において、金属粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項７９】
請求項５７記載の方法において、硬化させる工程は、約１４０℃を下回る温度で約９０秒未満前記堆積させた組成物を曝露する工程を有するものである。
【請求項８０】
請求項５７記載の方法において、前記構造は、約２０μｍ以下の厚さを有するものである。
【請求項８１】
導電性構造を形成させる方法であって、
前記基質へ少なくとも１つの金属ナノ粒子を有する金属ナノ粒子組成物を堆積させる工程であって、前記組成物は、約１４０℃を下回る温度で約９０秒未満硬化させた後、対応する金属のバルク抵抗率の約２倍から約１５倍の範囲の抵抗率を有し、約２０μｍ以下の厚さを有する結合性導電性構造を形成させるものである、前記堆積させる工程と、
前記堆積させた組成物を硬化させる工程と
を有する、方法。
【請求項８２】
請求項８１記載の方法において、堆積させる工程は、印刷方法を有するものである。
【請求項８３】
請求項８２記載の方法において、前記印刷方法は、フレキソ印刷、輪転グラビア印刷、石版印刷、インタリオ印刷、凸版印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷、レーザー印刷、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項８４】
請求項８１記載の方法において、前記組成物は、金属ナノ粒子の集団、リガンド、媒体、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項８５】
請求項８１記載の方法において、前記ナノ粒子集団は、個々のナノ粒子、ナノ粒子凝集体、ナノ粒子フロック、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項８６】
請求項８５記載の方法において、個々の金属ナノ粒子は、約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。
【請求項８７】
請求項８５記載の方法において、ナノ粒子フロックは、約１００から約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。
【請求項８８】
請求項８４記載の方法において、個々の金属ナノ粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項８９】
請求項８４記載の方法において、１若しくはそれ以上のリガンドは、不可逆的凝集に対して安定化した１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子を生じるように、１若しくはそれ以上の金属ナノ粒子の表面に結合するものとして特徴付けされるものである。
【請求項９０】
請求項８４記載の方法において、前記ナノ粒子は、約０．５から約７０ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項９１】
請求項８４記載の方法において、前記リガンドは、約０．５から約７５ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項９２】
請求項８４記載の方法において、前記媒体は、約３０から約９８ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項９３】
請求項８４記載の方法において、前記組成物は、さらに、
流動学的重合調整剤を有するものである。
【請求項９４】
請求項９３記載の方法において、前記流動学的重合調整剤は、結合性増粘剤を有するものである。
【請求項９５】
請求項９３記載の方法において、前記流動学的重合調整剤は、約０ｗｔ％から約１５ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項９６】
請求項８４記載の方法において、前記組成物はさらに、結合剤を有するものである。
【請求項９７】
請求項９６記載の方法において、前記結合剤は、ラテックス、ポリマーラテックス、乳剤ポリマー、ポリイミド、シリコン、フルオロカーボン、ポリアミド酸、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ樹脂、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項９８】
請求項９６記載の方法において、前記結合剤は、約０ｗｔ％から約２０ｗｔ％の範囲で存在するものである。
【請求項９９】
請求項８１の方法において、前記基質は、ガラス、セラミック、ポリマー、シリコン、窒化物、炭化物、セラミック前駆体、繊維、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項１００】
請求項９９記載の方法において、前記ポリマーは、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリカーボネート、アクリル酸ポリマー、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、液体結晶ポリマー、ポリカーボネート、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項１０１】
請求項９９記載の方法において、前記基質は、さらに、
紙、合成加工紙、段ボール、被覆段ボール紙、非被覆段ボール紙、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【請求項１０２】
請求項９９記載の方法において、前記基質の表面の少なくとも一部は、前記堆積させた組成物に接着できる表面を生じるように修飾することができるものである。
【請求項１０３】
請求項８４記載の方法において、前記組成物は、さらに、
金属粒子を有するものである。
【請求項１０４】
請求項１０３記載の方法において、前記金属粒子は、約２００ｎｍから約２００００ｎｍの範囲の幅を有するものである。
【請求項１０５】
請求項１０３記載の方法において、金属粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２００９−５２１５９８（Ｐ２００９−５２１５９８Ａ）
【公表日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５４７５２４（Ｐ２００８−５４７５２４）
【出願日】平成１８年１２月２０日（２００６．１２．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４８６９９
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０４８３１６
【国際公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（５０８１８６５８７）ピーケム アソシエイツ、インク． (2)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２０日（２００６．１２．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４８６９９
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０４８３１６
【国際公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（５０８１８６５８７）ピーケム アソシエイツ、インク． (2)
【Ｆターム（参考）】
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