金属酸化物薄膜、コンデンサ、水素分離膜−電解質膜接合体および燃料電池の製造方法
【課題】 有機溶媒をめっき溶液として用いて、厚みの均一性が高くかつ緻密性の高い金属酸化物薄膜の製造方法を提供する。
【解決手段】 金属酸化物薄膜（７０）の製造方法は、ジメチルスルホキシドおよびハロゲンを含有するメチルケトン系有機溶液（２０）をめっき溶液として用いるめっき工程を含む。腐食性の有機溶液をめっき液として用いていることから、非水溶性金属の酸化物薄膜を成膜することができる。また、有機溶液にハロゲンおよびジメチルスルホキシドが添加されていることから、厚みの均一性が高く緻密性の高い金属酸化物薄膜を成膜することができる。
【解決手段】 金属酸化物薄膜（７０）の製造方法は、ジメチルスルホキシドおよびハロゲンを含有するメチルケトン系有機溶液（２０）をめっき溶液として用いるめっき工程を含む。腐食性の有機溶液をめっき液として用いていることから、非水溶性金属の酸化物薄膜を成膜することができる。また、有機溶液にハロゲンおよびジメチルスルホキシドが添加されていることから、厚みの均一性が高く緻密性の高い金属酸化物薄膜を成膜することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属酸化物薄膜、コンデンサ、水素分離膜−電解質膜接合体および燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属酸化物薄膜の製造方法としては、ディップコーティング、スピンコーティング等の金属酸化物前駆体溶液を支持体に付着させた後に加熱して酸化物薄膜を得る方法、化学蒸着法により金属酸化物前駆体を支持体に付着させた後に加熱して酸化物薄膜を得る方法等が知られている。これらの成膜方法は比較的簡便な方法であるが、均一な薄膜を形成することができる場合の成膜条件は極めて限られている。したがって、これらの成膜方法は、必ずしも容易な手段ではない。また、スパッタリングにより金属酸化物を支持体上に成膜する方法も知られている。しかしながら、この方法には大がかりな装置が必要である。
【０００３】
上記のような方法の他に、近年、めっき法により金属酸化物薄膜を支持体上に形成する技術が開発されている。めっき法を用いる場合、装置が安価で、成膜が容易である。したがって、めっき法は工業化に有利である。一般に行われる金属酸化物めっきでは金属イオンを含有する水溶液がめっき溶液として用いられる。例えば、Ｐｂ（鉛）イオン、Ｚｒ（ジルコニウム）イオン、Ｔｉ（チタン）イオン、Ｌａ（ランタン）イオンもしくは硝酸イオン、ならびに還元剤を含有する水溶液をめっき溶液として用いる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この技術では、支持体表面において還元剤により硝酸イオンが亜硝酸イオンに還元される。この場合、支持体表面に生成される水酸基が作用して、金属イオンが水酸化物または酸化物として支持体表面に堆積する。なお、還元剤を用いる代わりに電圧印加によって導電性支持体上に水酸基を形成し、金属水酸化物または酸化物を支持体表面にめっきする方法もある。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、キャパシタ等に利用される高誘電性の酸化タンタル薄膜または酸化ニオブ薄膜を形成しようとしても、タンタルイオンおよびニオブイオンが水溶性を有していないことから、水系のめっき溶液を用いることができない。
【０００６】
そこで、腐食性の有機溶媒内に金属タンタル、金属ニオブ等の陽極を配置し、導電性の被めっき物である陰極を配置する技術が知られている。この場合、電圧印加によって陽極が腐食溶解することによって生成された金属イオンと陰極上で生成された水酸基または酸素イオンとを反応させることによって、酸化物めっきが行われる。
【０００７】
例えば、腐食性の有機溶媒としては、アセトンに臭素またはヨウ素が添加されたものが公知である（例えば、非特許文献１参照）。この方法では、両極に５０Ｖ程度の電圧を印加すればよいとされている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１９４５５６号公報
【非特許文献１】Kai kamada, Maki Mukai and Yasumichi Matsumoto, “Anodic Dissolution of tantalum and niobium in acetone solvent with halogen additives for electrochemical synthesis of Ta2O5 and Nb2O5 thin films”, Elecrochimica Acta ４９巻 ３２１−３２７頁 ２００４年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、本発明者がこの処方に従ってパラジウム板を被めっき物として用いて酸化タンタル薄膜の形成を試みたところ、陰極からの水素発生等によって、形成された膜が不均一なものとなった。
【００１０】
本発明は、有機溶媒をめっき溶液として用いて、厚みの均一性が高くかつ緻密性の高い金属酸化物薄膜の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る金属酸化物薄膜の製造方法は、ジメチルスルホキシドおよびハロゲンを含有するメチルケトン系有機溶液をめっき溶液として用いるめっき工程を含むことを特徴とするものである。本発明に係る金属酸化物薄膜の製造方法においては、有機溶媒にハロゲンおよびジメチルスルホキシドが添加されていることから、厚みの均一性が高く緻密性の高い金属酸化物薄膜を成膜することができる。なお、腐食性の有機溶媒をめっき液として用いていることから、非水溶性金属の酸化物薄膜を成膜することができる。
【００１２】
めっき工程において成膜された金属酸化物薄膜または金属水酸化物薄膜に対して加熱処理を施す加熱工程をさらに含んでいてもよい。この場合、めっき工程によって成膜された薄膜がアモルファス状であっても、結晶状の金属酸化物薄膜を形成することができる。
【００１３】
メチルケトン系有機溶液は、プロトン供与性有機物を含有していてもよい。この場合、メチルケトン系有機溶媒の導電性が向上し、めっき工程における薄膜の成膜速度が向上すると推定される。なお、プロトン供与性有機物とは、メタノール、エタノール、プロパノールおよび酢酸の少なくとも１つを含んでいるものであってもよい。また、ハロゲンとは、臭素であってもよい。
【００１４】
本発明に係るコンデンサの製造方法は、第１の電極を準備する準備工程と、請求項１〜５のいずれかに記載の金属酸化物薄膜の製造方法により第１の電極上に金属酸化物薄膜からなる誘電体を形成する誘電体形成工程と、誘電体上に第２の電極を形成する電極形成工程とを含むことを特徴とするものである。本発明に係るコンデンサの製造方法においては、均一性が高く緻密性の高い誘電体を備えるコンデンサを製造することができる。
【００１５】
本発明に係る水素分離膜−電解質膜接合体の製造方法は、水素透過性を有する水素分離膜を準備する準備工程と、請求項１〜５のいずれかに記載の金属酸化物薄膜の製造方法により水素分離膜上に金属酸化物薄膜からなるプロトン伝導性電解質膜を形成する電解質膜形成工程とを含むことを特徴とするものである。本発明に係る水素分離膜−電解質膜接合体の製造方法においては、均一性が高く緻密性の高い電解質膜を備える水素分離膜−電解質膜接合体を製造することができる。
【００１６】
本発明に係る燃料電池の製造方法は、請求項７に記載の水素分離膜−電解質膜接合体の電解質膜上にカソードを形成するカソード形成工程を含むことを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池の製造方法においては、均一性が高く緻密性の高い電解質膜を備える燃料電池を製造することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、有機溶媒をめっき溶液として用いて、厚みの均一性が高くかつ緻密性の高い金属酸化物薄膜を成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る金属酸化物薄膜の製造方法について説明するためのフロー図である。まず、図１（ａ）に示すように、容器１０内のメチルケトン系有機溶液２０に、所定の金属からなる陽極３０と薄膜支持体として用いられ導電性を有する陰極４０とを浸す。本実施の形態においては、メチルケトン系有機溶液２０は、ジメチルスルホキシドおよびハロゲンを含有する。陽極３０および陰極４０は電源５０に接続されている。電源５０がオンされると、陽極３０を構成する金属の酸化物または水酸化物が陰極４０上にめっきされ、厚みの均一性および緻密性の高い薄膜６０が形成される。なお、メチルケトン系有機溶液２０は、電圧印加時に静置されてもよく、攪拌されてもよい。また、マスキング等によって、陰極４０における被めっき領域を選択してもよい。
【００２０】
めっきにより形成された薄膜６０は、アモルファス状である。薄膜６０は、このまま実用に供されてもよい。薄膜６０を結晶状の金属酸化物薄膜として用いる場合には、図１（ｂ）に示すように薄膜６０に対して加熱処理を施せばよい。それにより、結晶状の金属酸化物薄膜７０を形成することができる。この場合の加熱温度および加熱時間は、陰極４０および薄膜６０の耐熱性、結晶成長性等に応じて適宜選択することができる。
【００２１】
メチルケトン系有機溶液２０に用いることができるメチルケトンとしては、ＣＨ３ＣＯＲ（ＲはＣ７以下の炭化水素基）で表される構造を有するものであることが好ましい。ＲがＣ８以上のメチルケトン溶液を用いると、粘度が高くなり、イオンの拡散性が悪化し、めっき効率が低下するからである。上記メチルケトンとして、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルｎ−プロピルケトン、メチルイソプロピルケトン、２−ペンタノン、メチルイソブチルケトン、メチルｔ−ブチルケトン、２−ヘキサノン、３−メチル−２−ペンタノン、４−メチル−２−ペンタノン、２−ヘプタノン、アセトフェノン等またはこれらの混合物を用いることができる。
【００２２】
上記メチルケトンが含有するハロゲンは、臭素またはヨウ素であることが好ましく、特に臭素であることが好ましい。
【００２３】
メチルケトン系有機溶液２０中のハロゲン濃度は、特に限定されないが、ハロゲン分子として０．００２ｍｏｌ／Ｌ〜０．１ｍｏｌ／Ｌであることが好ましく、０．００５ｍｏｌ／Ｌ〜０．０５ｍｏｌ／Ｌであることが特に好ましい。ハロゲン濃度が０．００２ｍｏｌ／Ｌよりも低くなると溶媒の腐食性が低下して十分に陽極を溶解腐食することができず、また、ハロゲン濃度が０．０５ｍｏｌ／Ｌよりも高くなると陽極が過度に酸化されてしまうからである。
【００２４】
ハロゲンおよびメチルケトンは、ハロホルム反応を起こし、ＲＣＯＣＨ２Ｘ（Ｘはハロゲンを示す）およびＨＸを形成する。この場合、メチルケトン系有機溶液２０の導電性および腐食性を向上させることができると考えられる。
【００２５】
メチルケトン系有機溶液２０中のジメチルスルホキシド濃度は、特に限定されないが、０．００５ｍｏｌ／Ｌ〜０．５ｍｏｌ／Ｌであることが好ましく、０．０１ｍｏｌ／Ｌ〜０．３ｍｏｌ／Ｌであることが特に好ましい。
【００２６】
ジメチルスルホキシドは、共存するハロゲンと作用して、メチルケトン系有機溶液２０の腐食性を向上させるとともに薄膜６０を均一化する機能を有すると推定される。
【００２７】
メチルケトン系有機溶液２０は、プロトン供与性を有する有機物をさらに含有していてもよい。この場合、メチルケトン系有機溶液２０の導電性が向上し、薄膜６０の成膜速度が向上すると推定される。プロトン供与性有機物としては、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、酢酸、プロピオン酸等、またはこれらの混合物を用いることができる。
【００２８】
メチルケトン系有機溶液２０中のプロトン供与性有機物の濃度は、特に限定されるものではないが、５ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましく、２ｍｏｌ／Ｌ以下であることがより好ましい。プロトン供与性有機物の濃度が５ｍｏｌ／Ｌを超えると、めっき中に水素が発生し、めっき被膜が不均一なものになるおそれがあるからである。
【００２９】
陽極３０を構成する金属は、特に限定されないが、マグネシウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン等の金属であることが好ましい。これらの金属は還元性が低く、有機溶液を用いためっき法に適しているからである。陽極３０の形状は、特に限定されず、板状、棒状、筒状、網状等であってもよい。陽極３０の形状は、被めっき物である陰極４０の形状に合わせて選択することができる。また、陰極４０を構成する材料は、導電性を有していればどのようなものでもよい。
【００３０】
電源５０による印加電圧は、陽極３０が溶解しかつ陰極４０に薄膜６０が形成されれば特に限定されないが、３０Ｖ〜２５０Ｖであることが好ましく、５０Ｖ〜２００Ｖであることが特に好ましい。なお、図２に示すように、陽極を複数用意して、各陽極と陰極との間の電圧にばらつきを持たせてもよい。この場合、陰極４０に、複合した金属酸化物からなる薄膜６０を形成することができる。印加電圧が３０Ｖよりも低いと陽極の腐食溶解速度が低下し、また、印加電圧が２５０Ｖを越えると好ましくない副反応が生じるおそれがあるからである。
【００３１】
電源５０による電圧印加の際におけるメチルケトン系有機溶液２０の温度は、メチルケトン系有機溶液２０が沸騰しない温度であれば特に限定されないが、０℃〜７０℃であることが好ましく、１５℃〜５０℃であることがより好ましい。メチルケトン有機溶液２０の温度が０℃よりも低いと溶液のイオン溶解度が低下し、また、メチルケトン有機溶液２０の温度が７０℃を超えると溶液の蒸発が生じてめっき条件を一定に保つことが困難となるからである。
【００３２】
以上のように、本実施の形態に係る金属酸化物薄膜の製造方法によれば、腐食性の有機溶媒をめっき液として用いていることから、非水溶性金属の酸化物薄膜を成膜することができる。また、有機溶媒にハロゲンおよびジメチルスルホキシドを添加することによって、厚みの均一性が高く緻密性の高い金属酸化物薄膜を成膜することができる。
【００３３】
（第２の実施の形態）
続いて、本発明の第２の実施の形態に係るコンデンサ１００の製造方法について説明する。図３は、コンデンサ１００の製造工程を説明するためのフロー図である。まず、図３（ａ）に示すように、電極１１０を準備する。電極１１０を構成する材料は、導電性を有していれば特に限定されるものではない。次に、図３（ｂ）に示すように、電極１１０の一面上に、誘電体１２０を形成する。この場合、第１の実施の形態に係る金属酸化物薄膜の製造方法に従って、誘電体１２０を成膜する。本実施の形態においては、酸化物になった場合に誘電体として用いることができる金属を陽極として用いる。例えば、陽極として、ニオブ、タンタル等を用いることができる。
【００３４】
次に、図３（ｃ）に示すように、誘電体１２０上に電極１３０をスパッタリング法等によって形成する。それにより、コンデンサ１００が完成する。電極１３０を構成する材料は、導電性を有していれば特に限定されるものではない。以上のように、本実施の形態に係るコンデンサの製造方法によれば、非水溶性金属の酸化物薄膜であって均一性が高く緻密性の高い誘電体を備えるコンデンサを製造することができる。なお、本実施の形態においては、電極１１０が第１の電極に相当し、電極１３０が第２の電極に相当する。
【００３５】
（第３の実施の形態）
続いて、本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池２００の製造方法について説明する。図４は、燃料電池２００の製造方法について説明するためのフロー図である。まず、図４（ａ）に示すように、水素分離膜２１０を準備する。水素分離膜２１０を構成する材料は、水素透過性および導電性を有していれば特に限定されるものではない。例えば、水素分離膜２１０として、パラジウム、ニオブ、バナジウム、タンタル、チタン等、またはこれらの合金を用いることができる。
【００３６】
次に、図４（ｂ）に示すように、水素分離膜２１０の一面上に、プロトン伝導性を有する電解質膜２２０を成膜する。それにより、水素分離膜−電解質膜接合体が完成する。この場合、第１の実施の形態に係る金属酸化物薄膜の製造方法に従って、電解質膜２２０を成膜する。本実施の形態にいいては、酸化物になった場合にプロトン伝導性電解質として用いることができる金属を陽極として用いる。例えば、陽極として、ニオブ、タンタル等を用いることができる。
【００３７】
次いで、図４（ｃ）に示すように、電解質膜２２０上に、カソード２３０を形成する。それにより、燃料電池２００が完成する。カソード２３０は、例えば、ランタンコバルトタイト、ランタンマンガネート、銀、白金、白金担持カーボン等の導電性材料からなる。カソード２３０は、スクリーン印刷法等によって形成することができる。
【００３８】
ここで、燃料電池２００の動作の概略について説明する。まず、水素を含有する燃料ガスが水素分離膜２１０に供給される。この燃料ガス中の水素は、水素分離膜２１０を透過し、水素分離膜２１０と電解質膜２２０との界面においてプロトンに変換される。変換されたプロトンは、電解質膜２２０を伝導し、カソード２３０に到達する。一方、カソード２３０には酸素を含有する酸化剤ガスが供給される。カソード２３０においては、酸化剤ガス中の酸素とカソード２３０に到達したプロトンとから水が発生するとともに電力が発生する。それにより、燃料電池２００は、負荷に電力を供給することができる。
【００３９】
本実施の形態に係る燃料電池の製造方法によれば、非水溶性金属の酸化物薄膜であって均一性が高く緻密性の高い電解質膜を備える水素分離膜−電解質膜接合体およびそれを備える燃料電池を製造することができる。また、電解質膜２２０の膜厚を小さくすることができる。それにより、燃料電池２００の発電抵抗を低減させることができる。
【実施例】
【００４０】
上記実施の形態に従って、金属酸化物薄膜を形成し、その均一性および緻密性について調べた。金属酸化物薄膜の成膜条件を表１に示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】
（実施例１）
実施例１においては、第１の実施の形態に従って、金属酸化物薄膜７０を形成した。陽極３０として、厚さ０．２ｍｍのニオブ板を用いた。陰極４０として、厚さ０．１ｍｍのパラジウム板を用いた。メチルケトン系有機溶液２０として、臭素濃度が０．０１ｍｏｌ／Ｌでありジメチルスルホキシド濃度が０．０３ｍｏｌ／Ｌの２−ペンタノン溶液を用いた。
【００４３】
陽極３０および陰極４０を、メチルケトン系有機溶液２０に浸した。陽極３０と陰極４０とは、５ｍｍ間隔で平行に配置した。陽極３０と陰極４０との間に１５０Ｖの直流電圧を３０分印加した。それにより、陰極４０上に薄膜６０を形成した。次に、薄膜６０に対して、空気中７００℃の条件で３時間加熱処理を施すことによって、酸化ニオブ薄膜からなる金属酸化物薄膜７０を得た。
【００４４】
（実施例２）
実施例２においては、メチルケトン系有機溶液２０にさらにメタノールを添加した。メチルケトン系有機溶液２０中のメタノール濃度は、０．４ｍｏｌ／Ｌとした。その他は、実施例１と同様とした。
【００４５】
（実施例３）
実施例３においては、メチルケトン系有機溶液２０にさらにエタノールを添加した。メチルケトン系有機溶液２０中のエタノール濃度は、０．４ｍｏｌ／Ｌとした。その他は、実施例１と同様とした。
【００４６】
（実施例４）
実施例４においては、メチルケトン系有機溶液２０にさらに１−プロパノールを添加した。メチルケトン系有機溶液２０中の１−プロパノール濃度は、０．４ｍｏｌ／Ｌとした。その他は、実施例１と同様とした。
【００４７】
（実施例５）
実施例５においては、メチルケトン系有機溶液２０にさらに酢酸を添加した。メチルケトン系有機溶液２０中の酢酸濃度は、０．４ｍｏｌ／Ｌとした。その他は、実施例１と同様とした。
【００４８】
（実施例６）
実施例４においては、メチルケトン系有機溶液２０にさらにエタノールを添加した。メチルケトン系有機溶液２０中のエタノール濃度は、０．８ｍｏｌ／Ｌとした。その他は、実施例１と同様とした。
【００４９】
（実施例７）
実施例７においては、メチルケトン系有機溶液２０中のジメチルスルホキシド濃度を０．３ｍｏｌ／Ｌとした。その他は、実施例３と同様とした。
【００５０】
（実施例８）
実施例８においては、陽極３０と陰極４０との間の印加電圧を５０Ｖとした。その他は、実施例３と同様とした。
【００５１】
（実施例９）
実施例９においては、陽極３０として、厚さ０．２ｍｍのチタン板を用いた。また、薄膜６０に対して、空気中７００℃の条件で３時間加熱処理を施すことによって、酸化チタン薄膜からなる金属酸化物薄膜７０を得た。その他は、実施例３と同様とした。
【００５２】
（実施例１０）
実施例１０においては、陽極３０として、厚さ０．２ｍｍのタンタル板を用いた。また、薄膜６０に対して、空気中７００℃の条件で３時間加熱処理を施すことによって、酸化タンタル薄膜からなる金属酸化物薄膜７０を得た。その他は、実施例３と同様とした。
【００５３】
（実施例１１）
実施例１１においては、陽極３０として、厚さ０．２ｍｍのニオブ板および直径１ｍｍのマグネシウム棒を用いた。陰極４０として、厚さ０．１ｍｍのパラジウム板を用いた。メチルケトン系有機溶液２０として、臭素濃度が０．０１ｍｏｌ／Ｌであり、ジメチルスルホキシド濃度が０．０３ｍｏｌ／Ｌであり、エタノール濃度が０．４ｍｏｌ／Ｌの２−ペンタノン溶液を用いた。
【００５４】
陰極４０と上記マグネシウム棒とを平行に１０ｍｍ間隔で配置し、それらの中間に上記ニオブ板を陰極４０とを平行に５ｍｍ間隔で配置した。陰極４０とニオブ板との間に１５０Ｖの直流電圧を３０分印加し、陰極４０とマグネシウム棒との間に１００Ｖの直流電圧を３０分印加した。それにより、薄膜６０を得た。なお、薄膜６０に対して、空気中７００℃の条件で３時間加熱処理を施すことによって、酸化ニオブ・酸化マグネシウム複合薄膜からなる金属酸化物薄膜７０を得た。
【００５５】
（実施例１２）
実施例１２においては、２−ペンタノンの代わりに、２−ペンタノンおよびアセトンの混合物（アセトン３０％）を用いた。その他は、実施例５と同様とした。
【００５６】
（実施例１３）
実施例１３においては、臭素濃度を０．０５ｍｏｌ／Ｌにした。その他は、実施例３と同様とした。
【００５７】
（実施例１４）
実施例１４においては、メチルケトン系有機溶液２０中のジメチルスルホキシド濃度を０．０８ｍｏｌ／Ｌとし、プロトン供与剤を添加せず、陽極３０と陰極４０との間の印加電圧を５０Ｖとした。その他は、実施例１０と同様とした。
【００５８】
（比較例１）
比較例１においては、メチルケトン系有機溶液２０にジメチルスルホキシドを添加しなかった。その他は、実施例１と同様とした。
【００５９】
（比較例２）
比較例２においては、メチルケトン系有機溶液２０にジメチルスルホキシドを添加しなかった。その他は、実施例３と同様とした。
【００６０】
（分析）
実施例１〜１２および比較例１，２において得られた金属酸化物薄膜の均一性および緻密性を観察した。その結果を表２に示す。均一性および緻密性は、それぞれ３段階で評価してある。均一性に関しては、陰極表面が見える状態となっていれば「不良」、陰極表面は見えないが陰極の厚みが不均一となっていれば「良」、陰極表面が見えず陰極の厚みも均一であれば「優良」と判断した。また、緻密性に関しては、表面に顕著な孔が見られれば「不良」、表面に顕著な孔はないが顕著な凹凸があれば「良」、顕著な孔および顕著な凹凸がなければ「優良」と判断した。
【００６１】
【表２】
【００６２】
表２に示すように、比較例１においては、均一性および緻密性のいずれも「不良」であった。また、比較例２においては、緻密性「良」であったものの、均一性は「不良」であった。これは、陰極における水素発生が原因であると考えられる。
【００６３】
これに対して、実施例１においては、均一性および緻密性のいずれも「良」であった。これは、メチルケトン系有機溶液２０にハロゲンおよびジメチルスルホキシドが添加されたからであると考えられる。また、実施例３，４，５，９，１０，１２においては、均一性および緻密性の少なくとも一方が「優良」であった。これは、メチルケトン系有機溶液２０へのプロトン供与性有機物の添加によって、メチルケトン系有機溶液２０の導電性が向上したからであると考えられる。
【００６４】
以上のことから、メチルケトン系有機溶液２０にハロゲンおよびジメチルスルホキシドを添加することによって金属酸化物薄膜の均一性および緻密性を向上させることができることが立証された。また、メチルケトン系有機溶液２０にプロトン供与性有機物を添加することによって、金属酸化物薄膜の均一性および緻密性をさらに向上させることができることが立証された。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る金属酸化物薄膜の製造方法について説明するためのフロー図である。
【図２】金属酸化物薄膜の他の製造方法について説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るコンデンサの製造方法について説明するためのフロー図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池の製造方法について説明するためのフロー図である。
【符号の説明】
【００６６】
２０ メチルケトン系有機溶液
３０ 陽極
４０ 陰極
６０ 薄膜
７０ 金属酸化物薄膜
１００ コンデンサ
１２０ 誘電体
２００ 燃料電池
２１０ 水素分離膜
２２０ 電解質膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属酸化物薄膜、コンデンサ、水素分離膜−電解質膜接合体および燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属酸化物薄膜の製造方法としては、ディップコーティング、スピンコーティング等の金属酸化物前駆体溶液を支持体に付着させた後に加熱して酸化物薄膜を得る方法、化学蒸着法により金属酸化物前駆体を支持体に付着させた後に加熱して酸化物薄膜を得る方法等が知られている。これらの成膜方法は比較的簡便な方法であるが、均一な薄膜を形成することができる場合の成膜条件は極めて限られている。したがって、これらの成膜方法は、必ずしも容易な手段ではない。また、スパッタリングにより金属酸化物を支持体上に成膜する方法も知られている。しかしながら、この方法には大がかりな装置が必要である。
【０００３】
上記のような方法の他に、近年、めっき法により金属酸化物薄膜を支持体上に形成する技術が開発されている。めっき法を用いる場合、装置が安価で、成膜が容易である。したがって、めっき法は工業化に有利である。一般に行われる金属酸化物めっきでは金属イオンを含有する水溶液がめっき溶液として用いられる。例えば、Ｐｂ（鉛）イオン、Ｚｒ（ジルコニウム）イオン、Ｔｉ（チタン）イオン、Ｌａ（ランタン）イオンもしくは硝酸イオン、ならびに還元剤を含有する水溶液をめっき溶液として用いる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この技術では、支持体表面において還元剤により硝酸イオンが亜硝酸イオンに還元される。この場合、支持体表面に生成される水酸基が作用して、金属イオンが水酸化物または酸化物として支持体表面に堆積する。なお、還元剤を用いる代わりに電圧印加によって導電性支持体上に水酸基を形成し、金属水酸化物または酸化物を支持体表面にめっきする方法もある。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、キャパシタ等に利用される高誘電性の酸化タンタル薄膜または酸化ニオブ薄膜を形成しようとしても、タンタルイオンおよびニオブイオンが水溶性を有していないことから、水系のめっき溶液を用いることができない。
【０００６】
そこで、腐食性の有機溶媒内に金属タンタル、金属ニオブ等の陽極を配置し、導電性の被めっき物である陰極を配置する技術が知られている。この場合、電圧印加によって陽極が腐食溶解することによって生成された金属イオンと陰極上で生成された水酸基または酸素イオンとを反応させることによって、酸化物めっきが行われる。
【０００７】
例えば、腐食性の有機溶媒としては、アセトンに臭素またはヨウ素が添加されたものが公知である（例えば、非特許文献１参照）。この方法では、両極に５０Ｖ程度の電圧を印加すればよいとされている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１９４５５６号公報
【非特許文献１】Kai kamada, Maki Mukai and Yasumichi Matsumoto, “Anodic Dissolution of tantalum and niobium in acetone solvent with halogen additives for electrochemical synthesis of Ta2O5 and Nb2O5 thin films”, Elecrochimica Acta ４９巻 ３２１−３２７頁 ２００４年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、本発明者がこの処方に従ってパラジウム板を被めっき物として用いて酸化タンタル薄膜の形成を試みたところ、陰極からの水素発生等によって、形成された膜が不均一なものとなった。
【００１０】
本発明は、有機溶媒をめっき溶液として用いて、厚みの均一性が高くかつ緻密性の高い金属酸化物薄膜の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る金属酸化物薄膜の製造方法は、ジメチルスルホキシドおよびハロゲンを含有するメチルケトン系有機溶液をめっき溶液として用いるめっき工程を含むことを特徴とするものである。本発明に係る金属酸化物薄膜の製造方法においては、有機溶媒にハロゲンおよびジメチルスルホキシドが添加されていることから、厚みの均一性が高く緻密性の高い金属酸化物薄膜を成膜することができる。なお、腐食性の有機溶媒をめっき液として用いていることから、非水溶性金属の酸化物薄膜を成膜することができる。
【００１２】
めっき工程において成膜された金属酸化物薄膜または金属水酸化物薄膜に対して加熱処理を施す加熱工程をさらに含んでいてもよい。この場合、めっき工程によって成膜された薄膜がアモルファス状であっても、結晶状の金属酸化物薄膜を形成することができる。
【００１３】
メチルケトン系有機溶液は、プロトン供与性有機物を含有していてもよい。この場合、メチルケトン系有機溶媒の導電性が向上し、めっき工程における薄膜の成膜速度が向上すると推定される。なお、プロトン供与性有機物とは、メタノール、エタノール、プロパノールおよび酢酸の少なくとも１つを含んでいるものであってもよい。また、ハロゲンとは、臭素であってもよい。
【００１４】
本発明に係るコンデンサの製造方法は、第１の電極を準備する準備工程と、請求項１〜５のいずれかに記載の金属酸化物薄膜の製造方法により第１の電極上に金属酸化物薄膜からなる誘電体を形成する誘電体形成工程と、誘電体上に第２の電極を形成する電極形成工程とを含むことを特徴とするものである。本発明に係るコンデンサの製造方法においては、均一性が高く緻密性の高い誘電体を備えるコンデンサを製造することができる。
【００１５】
本発明に係る水素分離膜−電解質膜接合体の製造方法は、水素透過性を有する水素分離膜を準備する準備工程と、請求項１〜５のいずれかに記載の金属酸化物薄膜の製造方法により水素分離膜上に金属酸化物薄膜からなるプロトン伝導性電解質膜を形成する電解質膜形成工程とを含むことを特徴とするものである。本発明に係る水素分離膜−電解質膜接合体の製造方法においては、均一性が高く緻密性の高い電解質膜を備える水素分離膜−電解質膜接合体を製造することができる。
【００１６】
本発明に係る燃料電池の製造方法は、請求項７に記載の水素分離膜−電解質膜接合体の電解質膜上にカソードを形成するカソード形成工程を含むことを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池の製造方法においては、均一性が高く緻密性の高い電解質膜を備える燃料電池を製造することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、有機溶媒をめっき溶液として用いて、厚みの均一性が高くかつ緻密性の高い金属酸化物薄膜を成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る金属酸化物薄膜の製造方法について説明するためのフロー図である。まず、図１（ａ）に示すように、容器１０内のメチルケトン系有機溶液２０に、所定の金属からなる陽極３０と薄膜支持体として用いられ導電性を有する陰極４０とを浸す。本実施の形態においては、メチルケトン系有機溶液２０は、ジメチルスルホキシドおよびハロゲンを含有する。陽極３０および陰極４０は電源５０に接続されている。電源５０がオンされると、陽極３０を構成する金属の酸化物または水酸化物が陰極４０上にめっきされ、厚みの均一性および緻密性の高い薄膜６０が形成される。なお、メチルケトン系有機溶液２０は、電圧印加時に静置されてもよく、攪拌されてもよい。また、マスキング等によって、陰極４０における被めっき領域を選択してもよい。
【００２０】
めっきにより形成された薄膜６０は、アモルファス状である。薄膜６０は、このまま実用に供されてもよい。薄膜６０を結晶状の金属酸化物薄膜として用いる場合には、図１（ｂ）に示すように薄膜６０に対して加熱処理を施せばよい。それにより、結晶状の金属酸化物薄膜７０を形成することができる。この場合の加熱温度および加熱時間は、陰極４０および薄膜６０の耐熱性、結晶成長性等に応じて適宜選択することができる。
【００２１】
メチルケトン系有機溶液２０に用いることができるメチルケトンとしては、ＣＨ３ＣＯＲ（ＲはＣ７以下の炭化水素基）で表される構造を有するものであることが好ましい。ＲがＣ８以上のメチルケトン溶液を用いると、粘度が高くなり、イオンの拡散性が悪化し、めっき効率が低下するからである。上記メチルケトンとして、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルｎ−プロピルケトン、メチルイソプロピルケトン、２−ペンタノン、メチルイソブチルケトン、メチルｔ−ブチルケトン、２−ヘキサノン、３−メチル−２−ペンタノン、４−メチル−２−ペンタノン、２−ヘプタノン、アセトフェノン等またはこれらの混合物を用いることができる。
【００２２】
上記メチルケトンが含有するハロゲンは、臭素またはヨウ素であることが好ましく、特に臭素であることが好ましい。
【００２３】
メチルケトン系有機溶液２０中のハロゲン濃度は、特に限定されないが、ハロゲン分子として０．００２ｍｏｌ／Ｌ〜０．１ｍｏｌ／Ｌであることが好ましく、０．００５ｍｏｌ／Ｌ〜０．０５ｍｏｌ／Ｌであることが特に好ましい。ハロゲン濃度が０．００２ｍｏｌ／Ｌよりも低くなると溶媒の腐食性が低下して十分に陽極を溶解腐食することができず、また、ハロゲン濃度が０．０５ｍｏｌ／Ｌよりも高くなると陽極が過度に酸化されてしまうからである。
【００２４】
ハロゲンおよびメチルケトンは、ハロホルム反応を起こし、ＲＣＯＣＨ２Ｘ（Ｘはハロゲンを示す）およびＨＸを形成する。この場合、メチルケトン系有機溶液２０の導電性および腐食性を向上させることができると考えられる。
【００２５】
メチルケトン系有機溶液２０中のジメチルスルホキシド濃度は、特に限定されないが、０．００５ｍｏｌ／Ｌ〜０．５ｍｏｌ／Ｌであることが好ましく、０．０１ｍｏｌ／Ｌ〜０．３ｍｏｌ／Ｌであることが特に好ましい。
【００２６】
ジメチルスルホキシドは、共存するハロゲンと作用して、メチルケトン系有機溶液２０の腐食性を向上させるとともに薄膜６０を均一化する機能を有すると推定される。
【００２７】
メチルケトン系有機溶液２０は、プロトン供与性を有する有機物をさらに含有していてもよい。この場合、メチルケトン系有機溶液２０の導電性が向上し、薄膜６０の成膜速度が向上すると推定される。プロトン供与性有機物としては、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、酢酸、プロピオン酸等、またはこれらの混合物を用いることができる。
【００２８】
メチルケトン系有機溶液２０中のプロトン供与性有機物の濃度は、特に限定されるものではないが、５ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましく、２ｍｏｌ／Ｌ以下であることがより好ましい。プロトン供与性有機物の濃度が５ｍｏｌ／Ｌを超えると、めっき中に水素が発生し、めっき被膜が不均一なものになるおそれがあるからである。
【００２９】
陽極３０を構成する金属は、特に限定されないが、マグネシウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン等の金属であることが好ましい。これらの金属は還元性が低く、有機溶液を用いためっき法に適しているからである。陽極３０の形状は、特に限定されず、板状、棒状、筒状、網状等であってもよい。陽極３０の形状は、被めっき物である陰極４０の形状に合わせて選択することができる。また、陰極４０を構成する材料は、導電性を有していればどのようなものでもよい。
【００３０】
電源５０による印加電圧は、陽極３０が溶解しかつ陰極４０に薄膜６０が形成されれば特に限定されないが、３０Ｖ〜２５０Ｖであることが好ましく、５０Ｖ〜２００Ｖであることが特に好ましい。なお、図２に示すように、陽極を複数用意して、各陽極と陰極との間の電圧にばらつきを持たせてもよい。この場合、陰極４０に、複合した金属酸化物からなる薄膜６０を形成することができる。印加電圧が３０Ｖよりも低いと陽極の腐食溶解速度が低下し、また、印加電圧が２５０Ｖを越えると好ましくない副反応が生じるおそれがあるからである。
【００３１】
電源５０による電圧印加の際におけるメチルケトン系有機溶液２０の温度は、メチルケトン系有機溶液２０が沸騰しない温度であれば特に限定されないが、０℃〜７０℃であることが好ましく、１５℃〜５０℃であることがより好ましい。メチルケトン有機溶液２０の温度が０℃よりも低いと溶液のイオン溶解度が低下し、また、メチルケトン有機溶液２０の温度が７０℃を超えると溶液の蒸発が生じてめっき条件を一定に保つことが困難となるからである。
【００３２】
以上のように、本実施の形態に係る金属酸化物薄膜の製造方法によれば、腐食性の有機溶媒をめっき液として用いていることから、非水溶性金属の酸化物薄膜を成膜することができる。また、有機溶媒にハロゲンおよびジメチルスルホキシドを添加することによって、厚みの均一性が高く緻密性の高い金属酸化物薄膜を成膜することができる。
【００３３】
（第２の実施の形態）
続いて、本発明の第２の実施の形態に係るコンデンサ１００の製造方法について説明する。図３は、コンデンサ１００の製造工程を説明するためのフロー図である。まず、図３（ａ）に示すように、電極１１０を準備する。電極１１０を構成する材料は、導電性を有していれば特に限定されるものではない。次に、図３（ｂ）に示すように、電極１１０の一面上に、誘電体１２０を形成する。この場合、第１の実施の形態に係る金属酸化物薄膜の製造方法に従って、誘電体１２０を成膜する。本実施の形態においては、酸化物になった場合に誘電体として用いることができる金属を陽極として用いる。例えば、陽極として、ニオブ、タンタル等を用いることができる。
【００３４】
次に、図３（ｃ）に示すように、誘電体１２０上に電極１３０をスパッタリング法等によって形成する。それにより、コンデンサ１００が完成する。電極１３０を構成する材料は、導電性を有していれば特に限定されるものではない。以上のように、本実施の形態に係るコンデンサの製造方法によれば、非水溶性金属の酸化物薄膜であって均一性が高く緻密性の高い誘電体を備えるコンデンサを製造することができる。なお、本実施の形態においては、電極１１０が第１の電極に相当し、電極１３０が第２の電極に相当する。
【００３５】
（第３の実施の形態）
続いて、本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池２００の製造方法について説明する。図４は、燃料電池２００の製造方法について説明するためのフロー図である。まず、図４（ａ）に示すように、水素分離膜２１０を準備する。水素分離膜２１０を構成する材料は、水素透過性および導電性を有していれば特に限定されるものではない。例えば、水素分離膜２１０として、パラジウム、ニオブ、バナジウム、タンタル、チタン等、またはこれらの合金を用いることができる。
【００３６】
次に、図４（ｂ）に示すように、水素分離膜２１０の一面上に、プロトン伝導性を有する電解質膜２２０を成膜する。それにより、水素分離膜−電解質膜接合体が完成する。この場合、第１の実施の形態に係る金属酸化物薄膜の製造方法に従って、電解質膜２２０を成膜する。本実施の形態にいいては、酸化物になった場合にプロトン伝導性電解質として用いることができる金属を陽極として用いる。例えば、陽極として、ニオブ、タンタル等を用いることができる。
【００３７】
次いで、図４（ｃ）に示すように、電解質膜２２０上に、カソード２３０を形成する。それにより、燃料電池２００が完成する。カソード２３０は、例えば、ランタンコバルトタイト、ランタンマンガネート、銀、白金、白金担持カーボン等の導電性材料からなる。カソード２３０は、スクリーン印刷法等によって形成することができる。
【００３８】
ここで、燃料電池２００の動作の概略について説明する。まず、水素を含有する燃料ガスが水素分離膜２１０に供給される。この燃料ガス中の水素は、水素分離膜２１０を透過し、水素分離膜２１０と電解質膜２２０との界面においてプロトンに変換される。変換されたプロトンは、電解質膜２２０を伝導し、カソード２３０に到達する。一方、カソード２３０には酸素を含有する酸化剤ガスが供給される。カソード２３０においては、酸化剤ガス中の酸素とカソード２３０に到達したプロトンとから水が発生するとともに電力が発生する。それにより、燃料電池２００は、負荷に電力を供給することができる。
【００３９】
本実施の形態に係る燃料電池の製造方法によれば、非水溶性金属の酸化物薄膜であって均一性が高く緻密性の高い電解質膜を備える水素分離膜−電解質膜接合体およびそれを備える燃料電池を製造することができる。また、電解質膜２２０の膜厚を小さくすることができる。それにより、燃料電池２００の発電抵抗を低減させることができる。
【実施例】
【００４０】
上記実施の形態に従って、金属酸化物薄膜を形成し、その均一性および緻密性について調べた。金属酸化物薄膜の成膜条件を表１に示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】
（実施例１）
実施例１においては、第１の実施の形態に従って、金属酸化物薄膜７０を形成した。陽極３０として、厚さ０．２ｍｍのニオブ板を用いた。陰極４０として、厚さ０．１ｍｍのパラジウム板を用いた。メチルケトン系有機溶液２０として、臭素濃度が０．０１ｍｏｌ／Ｌでありジメチルスルホキシド濃度が０．０３ｍｏｌ／Ｌの２−ペンタノン溶液を用いた。
【００４３】
陽極３０および陰極４０を、メチルケトン系有機溶液２０に浸した。陽極３０と陰極４０とは、５ｍｍ間隔で平行に配置した。陽極３０と陰極４０との間に１５０Ｖの直流電圧を３０分印加した。それにより、陰極４０上に薄膜６０を形成した。次に、薄膜６０に対して、空気中７００℃の条件で３時間加熱処理を施すことによって、酸化ニオブ薄膜からなる金属酸化物薄膜７０を得た。
【００４４】
（実施例２）
実施例２においては、メチルケトン系有機溶液２０にさらにメタノールを添加した。メチルケトン系有機溶液２０中のメタノール濃度は、０．４ｍｏｌ／Ｌとした。その他は、実施例１と同様とした。
【００４５】
（実施例３）
実施例３においては、メチルケトン系有機溶液２０にさらにエタノールを添加した。メチルケトン系有機溶液２０中のエタノール濃度は、０．４ｍｏｌ／Ｌとした。その他は、実施例１と同様とした。
【００４６】
（実施例４）
実施例４においては、メチルケトン系有機溶液２０にさらに１−プロパノールを添加した。メチルケトン系有機溶液２０中の１−プロパノール濃度は、０．４ｍｏｌ／Ｌとした。その他は、実施例１と同様とした。
【００４７】
（実施例５）
実施例５においては、メチルケトン系有機溶液２０にさらに酢酸を添加した。メチルケトン系有機溶液２０中の酢酸濃度は、０．４ｍｏｌ／Ｌとした。その他は、実施例１と同様とした。
【００４８】
（実施例６）
実施例４においては、メチルケトン系有機溶液２０にさらにエタノールを添加した。メチルケトン系有機溶液２０中のエタノール濃度は、０．８ｍｏｌ／Ｌとした。その他は、実施例１と同様とした。
【００４９】
（実施例７）
実施例７においては、メチルケトン系有機溶液２０中のジメチルスルホキシド濃度を０．３ｍｏｌ／Ｌとした。その他は、実施例３と同様とした。
【００５０】
（実施例８）
実施例８においては、陽極３０と陰極４０との間の印加電圧を５０Ｖとした。その他は、実施例３と同様とした。
【００５１】
（実施例９）
実施例９においては、陽極３０として、厚さ０．２ｍｍのチタン板を用いた。また、薄膜６０に対して、空気中７００℃の条件で３時間加熱処理を施すことによって、酸化チタン薄膜からなる金属酸化物薄膜７０を得た。その他は、実施例３と同様とした。
【００５２】
（実施例１０）
実施例１０においては、陽極３０として、厚さ０．２ｍｍのタンタル板を用いた。また、薄膜６０に対して、空気中７００℃の条件で３時間加熱処理を施すことによって、酸化タンタル薄膜からなる金属酸化物薄膜７０を得た。その他は、実施例３と同様とした。
【００５３】
（実施例１１）
実施例１１においては、陽極３０として、厚さ０．２ｍｍのニオブ板および直径１ｍｍのマグネシウム棒を用いた。陰極４０として、厚さ０．１ｍｍのパラジウム板を用いた。メチルケトン系有機溶液２０として、臭素濃度が０．０１ｍｏｌ／Ｌであり、ジメチルスルホキシド濃度が０．０３ｍｏｌ／Ｌであり、エタノール濃度が０．４ｍｏｌ／Ｌの２−ペンタノン溶液を用いた。
【００５４】
陰極４０と上記マグネシウム棒とを平行に１０ｍｍ間隔で配置し、それらの中間に上記ニオブ板を陰極４０とを平行に５ｍｍ間隔で配置した。陰極４０とニオブ板との間に１５０Ｖの直流電圧を３０分印加し、陰極４０とマグネシウム棒との間に１００Ｖの直流電圧を３０分印加した。それにより、薄膜６０を得た。なお、薄膜６０に対して、空気中７００℃の条件で３時間加熱処理を施すことによって、酸化ニオブ・酸化マグネシウム複合薄膜からなる金属酸化物薄膜７０を得た。
【００５５】
（実施例１２）
実施例１２においては、２−ペンタノンの代わりに、２−ペンタノンおよびアセトンの混合物（アセトン３０％）を用いた。その他は、実施例５と同様とした。
【００５６】
（実施例１３）
実施例１３においては、臭素濃度を０．０５ｍｏｌ／Ｌにした。その他は、実施例３と同様とした。
【００５７】
（実施例１４）
実施例１４においては、メチルケトン系有機溶液２０中のジメチルスルホキシド濃度を０．０８ｍｏｌ／Ｌとし、プロトン供与剤を添加せず、陽極３０と陰極４０との間の印加電圧を５０Ｖとした。その他は、実施例１０と同様とした。
【００５８】
（比較例１）
比較例１においては、メチルケトン系有機溶液２０にジメチルスルホキシドを添加しなかった。その他は、実施例１と同様とした。
【００５９】
（比較例２）
比較例２においては、メチルケトン系有機溶液２０にジメチルスルホキシドを添加しなかった。その他は、実施例３と同様とした。
【００６０】
（分析）
実施例１〜１２および比較例１，２において得られた金属酸化物薄膜の均一性および緻密性を観察した。その結果を表２に示す。均一性および緻密性は、それぞれ３段階で評価してある。均一性に関しては、陰極表面が見える状態となっていれば「不良」、陰極表面は見えないが陰極の厚みが不均一となっていれば「良」、陰極表面が見えず陰極の厚みも均一であれば「優良」と判断した。また、緻密性に関しては、表面に顕著な孔が見られれば「不良」、表面に顕著な孔はないが顕著な凹凸があれば「良」、顕著な孔および顕著な凹凸がなければ「優良」と判断した。
【００６１】
【表２】
【００６２】
表２に示すように、比較例１においては、均一性および緻密性のいずれも「不良」であった。また、比較例２においては、緻密性「良」であったものの、均一性は「不良」であった。これは、陰極における水素発生が原因であると考えられる。
【００６３】
これに対して、実施例１においては、均一性および緻密性のいずれも「良」であった。これは、メチルケトン系有機溶液２０にハロゲンおよびジメチルスルホキシドが添加されたからであると考えられる。また、実施例３，４，５，９，１０，１２においては、均一性および緻密性の少なくとも一方が「優良」であった。これは、メチルケトン系有機溶液２０へのプロトン供与性有機物の添加によって、メチルケトン系有機溶液２０の導電性が向上したからであると考えられる。
【００６４】
以上のことから、メチルケトン系有機溶液２０にハロゲンおよびジメチルスルホキシドを添加することによって金属酸化物薄膜の均一性および緻密性を向上させることができることが立証された。また、メチルケトン系有機溶液２０にプロトン供与性有機物を添加することによって、金属酸化物薄膜の均一性および緻密性をさらに向上させることができることが立証された。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る金属酸化物薄膜の製造方法について説明するためのフロー図である。
【図２】金属酸化物薄膜の他の製造方法について説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るコンデンサの製造方法について説明するためのフロー図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池の製造方法について説明するためのフロー図である。
【符号の説明】
【００６６】
２０ メチルケトン系有機溶液
３０ 陽極
４０ 陰極
６０ 薄膜
７０ 金属酸化物薄膜
１００ コンデンサ
１２０ 誘電体
２００ 燃料電池
２１０ 水素分離膜
２２０ 電解質膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジメチルスルホキシドおよびハロゲンを含有するメチルケトン系有機溶液をめっき溶液として用いるめっき工程を含むことを特徴とする金属酸化物薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記めっき工程において成膜された金属酸化物薄膜または金属水酸化物薄膜に対して加熱処理を施す加熱工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の金属酸化物薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記メチルケトン系有機溶液は、プロトン供与性有機物を含有することを特徴とする請求項１または２記載の金属酸化物薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記プロトン供与性有機物とは、メタノール、エタノール、プロパノールおよび酢酸の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３記載の金属酸化物薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記ハロゲンとは、臭素であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属酸化物薄膜の製造方法。
【請求項６】
第１の電極を準備する準備工程と、
請求項１〜５のいずれかに記載の金属酸化物薄膜の製造方法により、前記第１の電極上に金属酸化物薄膜からなる誘電体を形成する誘電体形成工程と、
前記誘電体上に第２の電極を形成する電極形成工程とを含むことを特徴とするコンデンサの製造方法。
【請求項７】
水素透過性を有する水素分離膜を準備する準備工程と、
請求項１〜５のいずれかに記載の金属酸化物薄膜の製造方法により、前記水素分離膜上に金属酸化物薄膜からなるプロトン伝導性電解質膜を形成する電解質膜形成工程とを含むことを特徴とする水素分離膜−電解質膜接合体の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の水素分離膜−電解質膜接合体の前記電解質膜上にカソードを形成するカソード形成工程を含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項１】
ジメチルスルホキシドおよびハロゲンを含有するメチルケトン系有機溶液をめっき溶液として用いるめっき工程を含むことを特徴とする金属酸化物薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記めっき工程において成膜された金属酸化物薄膜または金属水酸化物薄膜に対して加熱処理を施す加熱工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の金属酸化物薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記メチルケトン系有機溶液は、プロトン供与性有機物を含有することを特徴とする請求項１または２記載の金属酸化物薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記プロトン供与性有機物とは、メタノール、エタノール、プロパノールおよび酢酸の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３記載の金属酸化物薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記ハロゲンとは、臭素であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属酸化物薄膜の製造方法。
【請求項６】
第１の電極を準備する準備工程と、
請求項１〜５のいずれかに記載の金属酸化物薄膜の製造方法により、前記第１の電極上に金属酸化物薄膜からなる誘電体を形成する誘電体形成工程と、
前記誘電体上に第２の電極を形成する電極形成工程とを含むことを特徴とするコンデンサの製造方法。
【請求項７】
水素透過性を有する水素分離膜を準備する準備工程と、
請求項１〜５のいずれかに記載の金属酸化物薄膜の製造方法により、前記水素分離膜上に金属酸化物薄膜からなるプロトン伝導性電解質膜を形成する電解質膜形成工程とを含むことを特徴とする水素分離膜−電解質膜接合体の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の水素分離膜−電解質膜接合体の前記電解質膜上にカソードを形成するカソード形成工程を含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２３１５１６（Ｐ２００８−２３１５１６Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７３７０７（Ｐ２００７−７３７０７）
【出願日】平成１９年３月２０日（２００７．３．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２０日（２００７．３．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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