WEKO3
アイテム
液相還元法による単分散銀粒子の合成に関する研究
https://doi.org/10.18997/00007886
https://doi.org/10.18997/0000788603d14e64-a5cf-473b-88ed-02b8a88680dd
| 名前 / ファイル | ライセンス | アクション |
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sei_k_377.pdf (17.1 MB)
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| アイテムタイプ | 学位論文 = Thesis or Dissertation(1) | |||||||
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| 公開日 | 2020-09-08 | |||||||
| 資源タイプ | ||||||||
| 資源タイプ識別子 | http://purl.org/coar/resource_type/c_db06 | |||||||
| 資源タイプ | doctoral thesis | |||||||
| タイトル | ||||||||
| タイトル | 液相還元法による単分散銀粒子の合成に関する研究 | |||||||
| 言語 | ja | |||||||
| 言語 | ||||||||
| 言語 | jpn | |||||||
| 著者 |
三戸, 兼太郎
× 三戸, 兼太郎
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| 抄録 | ||||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||||
| 内容記述 | 本論文は液相還元法による銀粒子合成とその物性の制御について述べる。銀粒子の最も大きな用途は結晶シリコン系太陽電池の集電材であるブスバー電極及びフィンガー電極を形成する厚膜電極の導電フィラーである。厚膜電極は焼成型銀ペーストを用いてスクリーン印刷によって形成される。より微細なフィンガー電極のサイズは厚さが50μm以下、幅は100μm以下である。太陽電池セルの受光面積を大きくするために、より細線で高さのある厚膜電極が求められている。焼成型銀ペーストは銀粒子、金属酸化物粒子のガラスフリットそして溶剤・分散剤などのビヒクルから成る。銀粒子の競合材料は銅粒子であるが、シリコン半導体上に電極を形成した際の信頼性、拡散性などの技術的課題が解決していないために現状実用化されていない。2015年以降、世界における銀粒子の需要量は年間2,000tを越える勢いで堅調に上昇して推移している。それに伴い、銀粒子の研究開発競争が激化している。 本研究の目標とする銀粒子は単分散銀粒子と呼び、3点の特徴的な粒子物性を有する。その特徴は形状アスペクト比が1に近い、粒度分布の幅が狭いそして高い粒子明度を有する点である。この3点の粒子物性を満足する銀粒子は今まで存在していなかった。これら3点の銀粒子物性は、形成される厚膜電極の特性に大きく影響を及ぼす。まず、形状アスペクト比は厚膜電極中における銀粒子の分散性に影響を与えて、アスペクト比が大きくなるにつれて銀粒子の分散性が低下する。結果として、厚膜電極中において銀粒子の偏りが発生する。次に、粒度分布の幅は粗粒子と微粒子の分布幅を言い、その幅が広いとスクリーン印刷によって厚膜電極を描いた時に寸法精度の高い配線が得られない。結果として、厚膜電極表面の凹凸や配線間の滲みとして現れてライン性が劣る。さらに、銀粒子の明度は高い程銀色を呈し、低い程黒褐色を呈する。この銀粒子の明度は厚膜電極の導電性と密接な相関があり、高い明度の銀粒子は低い体積固有抵抗値を示す。結果として、厚膜電極の導電性が向上する。すでに、形状アスペクト比が1に近く、粒度分布の幅が狭い銀粒子の合成については過去にいくつかの研究報告がなされている。いずれの研究報告においても使用されている還元剤は多価フェノールの1,4-ベンゼンジオールであり、1,4-ベンゼンジオール以外の還元剤での報告は存在しない。ベンゼンジオールには異性体が存在するが、これら過去の研究報告ではベンゼンジオール異性体の反応性と生成する銀粒子の物性についても議論されていない。銀粒子の場合は前述の通り明度が低いと体積固有抵抗値が上昇する。ただし、この点に関する研究論文は存在せず議論されていない。本研究においては粒子明度に影響を及ぼす要素を特定することが出来た。その要素とは銀粒子を生成させる還元反応で副生する物質であり、使用する還元剤によって決定されてしまうことが判明した。1,4-ベンゼンジオールの場合は1,4-ベンゾキノンが副生する。 本研究の目的は粒子形状が極めて真球に近く、粒子分布幅の狭いそして高い明度を有する単分散銀粒子の合成及びその物性に影響を及ぼす要素を特定して最適化することである。具体的な合成手順は次の通りである。最初に原料である硝酸銀を純水に溶解する。次に化学当量以上の過剰なアンモニア水添加によって褐色の酸化銀を一時的に生成させた後、無色透明な銀アンミン錯体溶液とする。この銀アンミン錯体溶液が緩やかに攪拌されている状態の液中に還元剤であるゼラチンを添加したヒドラジン水溶液を短時間で投入し、単分散銀粒子を生成させる。 本研究は3ステップに分けて取り組んだ。1ステップは過去の研究報告の検証を含めて代表的な還元剤の銀粒子物性に与える影響についての実験と解析を行った。その結果、ヒドラジンが最も高い明度を有する銀粒子を生成することが判明した。また、1,4-ベンゼンジオールは球形度の高い、粒度分布幅の狭い銀粒子を生成することも検証した。さらに液相還元法によって生成する銀粒子はナノサイズ銀粒子の凝集体であることも判明した。2ステップは還元剤としてオルト位、メタ位そしてパラ位に水酸基を有する3種類のベンゼンジオールを用いた実験と解析を行った。その結果、水酸基の強いオルト・パラ配向性によって1,2-ベンゼンジオールは1,4-ベンゼンジオール同様に還元反応が進行した。しかし、メタ位に水酸基が配位している1,3-ベンゼンジオールは求電子置換反応である銀イオンの還元が起きなかった。3ステップは製錬の電解工程において析出物の平滑性を生む膠の効果に着目し、その原料及び精製物であるコラーゲン・膠そしてゼラチンをヒドラジン水溶液にそれぞれ添加した還元剤を用いた実験と解析を行なった。 その結果、適量のゼラチンを添加したヒドラジン水溶液を還元剤に用いることによって本研究の目標とする形状アスペクト比が1に近い、粒度分布の幅が狭いそして高い粒子明度を有する単分散銀粒子の合成及びその物性の制御法を確立することが出来た。 | |||||||
| 目次 | ||||||||
| 内容記述タイプ | TableOfContents | |||||||
| 内容記述 | 第1章 序論||第2章 還元剤が銀粒子物性に及ぼす影響||第3章 銀粒子の単分散化が可能な還元剤と異性体||第4章 還元剤が銀粒子明度に及ぼす影響||第5章 高い明度を有する銀粒子の球形化||第6章 総括 | |||||||
| 備考 | ||||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||||
| 内容記述 | 九州工業大学博士学位論文 学位記番号：生工博甲第377号 学位授与年月日：令和2年6月29日 | |||||||
| キーワード | ||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||
| 主題 | 形状アスペクト比 | |||||||
| キーワード | ||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||
| 主題 | 粒度比 | |||||||
| キーワード | ||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||
| 主題 | 粒子明度 | |||||||
| キーワード | ||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||
| 主題 | ヒドラジン | |||||||
| キーワード | ||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||
| 主題 | ゼラチン | |||||||
| キーワード | ||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||
| 主題 | 単分散銀粒子 | |||||||
| アドバイザー | ||||||||
| 馬, 廷麗 | ||||||||
| 学位授与番号 | ||||||||
| 学位授与番号 | 甲第377号 | |||||||
| 学位名 | ||||||||
| 学位名 | 博士（工学） | |||||||
| 学位授与年月日 | ||||||||
| 学位授与年月日 | 2020-06-29 | |||||||
| 学位授与機関 | ||||||||
| 学位授与機関識別子Scheme | kakenhi | |||||||
| 学位授与機関識別子 | 17104 | |||||||
| 学位授与機関名 | 九州工業大学 | |||||||
| 学位授与年度 | ||||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||||
| 内容記述 | 令和2年度 | |||||||
| 出版タイプ | ||||||||
| 出版タイプ | VoR | |||||||
| 出版タイプResource | http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 | |||||||
| アクセス権 | ||||||||
| アクセス権 | open access | |||||||
| アクセス権URI | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 | |||||||
| ID登録 | ||||||||
| ID登録 | 10.18997/00007886 | |||||||
| ID登録タイプ | JaLC | |||||||
