專利名稱：納米粉末的制造方法
納米粉末的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種納米粉末的制造方法，且特別是有關(guān)于一種可制備任意化學(xué) 組成(chemical composition)的納米粉末的制造方法。
背景技術(shù)：
大面積面板是當(dāng)今顯示器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，但大面積面板需要更大的鍍膜與黃光 微影制程平臺(tái)，維持良品率的困難度也相對(duì)增高。為克服上述困難，有研究者提出噴印技 術(shù)，亦即，將導(dǎo)電漿體噴印在適當(dāng)位置后，再對(duì)噴印圖案(Printed pattern)進(jìn)行適當(dāng)處理 而形成導(dǎo)電薄膜。 噴印技術(shù)可用來制作平面顯示器的薄膜晶體管的通道層或透明畫素電極。特 別是，噴印技術(shù)具有可省略黃光微影制程、可配合計(jì)算機(jī)輔助繪圖設(shè)計(jì)(Computer aided drawing design, CAD)程控來制作各種形狀的圖案、無基板高度差之影響、可重工 (Rework)、制程彈性大等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展?jié)摿ο喈?dāng)大。然而，噴印漿體的開發(fā)為噴印技術(shù)的關(guān)鍵。
圖1為傳統(tǒng)噴印技術(shù)的步驟流程的示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)Dl，步驟S101 S103為噴印 漿料的制備流程，步驟S104 S107為利用噴印漿料制作導(dǎo)電薄膜的流程。
首先，如步驟S101 S103所示，噴印槳料的制備通常采用化學(xué)反應(yīng)法，亦即，將含 有氧化鋅(Zn0)的前驅(qū)物及界面活性劑所組成的溶凝膠溶液(Sol-gel solution)與去離 子水混合后，即可得到含氧化鋅金屬鹽的水溶液(即噴印漿料)。上述前驅(qū)物可為醋酸鋅 (Zn(CH3C00)2'2H20，zinc acetate)或硝酸鋅(Zn (N03) 2. 6H20， zinc nitrate)。接著，如 步驟S104 S107所示，將噴印槳料噴印或旋涂到基板上后，再經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚?預(yù)烘烤、 后烘烤等)而形成氧化鋅導(dǎo)電薄膜。 此外，也可以利用化學(xué)浴鍍著法(Chemical Bath D印osition，CBD)來形成導(dǎo)電薄 膜，亦即，將基板沉浸于含有適當(dāng)比率的硝酸鋅與二甲基胺硼烷(Dimethylamine borane) 之鍍液(溫度約6(TC)中。導(dǎo)電薄膜的厚度可調(diào)整前驅(qū)物的濃度而控制。之后，再經(jīng)約 100°C的烘烤即可得到氧化鋅導(dǎo)電薄膜。 上述化學(xué)反應(yīng)法的制程簡(jiǎn)易，且已經(jīng)有相當(dāng)多的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。然而，后續(xù)熱處理的溫 度往往在數(shù)百攝氏度以上，不利軟板之制程應(yīng)用。值得注意的是，上述化學(xué)反應(yīng)法較適合制 作僅含有氧化鋅的導(dǎo)電薄膜。當(dāng)欲制備摻雜其它元素(如銦、鋁、鎂等)之氧化鋅薄膜，或 多元組成的氧化鋅薄膜(如InGaZnO(IGZO))時(shí)，因不同成分的氧化還原反應(yīng)速率不同，使 得難以準(zhǔn)確控制最終產(chǎn)物的化學(xué)組成，其應(yīng)用也因而受限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，在于提供一種納米粉末的制造方法，可制備任意化學(xué) 組成的納米粉末。 基于上述，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種納米粉末的制造方法。首先，提供混合物，此 混合物至少包括第一材料與第二材料。接著，燒結(jié)此混合物，以得到單一相合金體。繼之，預(yù)粉碎此單一相合金體，以得到待研磨粉體。之后，將化學(xué)分散劑加入到待研磨粉體中并進(jìn) 行研磨，以得到納米粉末。 所述第一材料為氧化鋅，而該第二材料包括氧化銦、氧化鋁或氧化鎂；或者是，所 述第一材料為氧化鋇，而所述第二材料為氧化鈦。 所述混合物還包括一第三材料；所述第一材料為氧化鋅，所述第二材料為氧化銦，
所述第三材料為氧化鎵。所述氧化鋅、該氧化銦與該氧化鎵的組成摩爾比例為2 :i:i。 所述燒結(jié)該混合物的溫度介于900°C 1， 500°C ;所述燒結(jié)該混合物的時(shí)間介于4 小時(shí) 8小時(shí)。
所述預(yù)粉碎所述單一相合金體的步驟包括對(duì)該單一相合金體進(jìn)行機(jī)械研磨，該
機(jī)械研磨的轉(zhuǎn)速介于2， 400 3， 600rpm，該機(jī)械研磨的時(shí)間為8小時(shí) 12小時(shí)。 所述化學(xué)分散劑包括聚甲基丙烯酸鈉、或丙烯酰氧乙基聚丙烯胺。 在所述待研磨粉體與所述化學(xué)分散劑的總重量中，該化學(xué)分散劑的重量百分比為
0. lwt% 5wt%。 還包括一將去離子水加入到所述待研磨粉體中的步驟，以形成一漿體。還包括一 將酸堿值調(diào)整試劑加入到該待研磨粉體中的步驟，使該酸堿值介于8 9。在所述待研磨粉 體、所述化學(xué)分散劑、所述去離子水與所述酸堿值調(diào)整試劑的總重量中，該待研磨粉體的重 量百分比為15wt% 35wt%。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的納米粉末的制造方法結(jié)合燒結(jié)制程、化學(xué)分散劑與 機(jī)械研磨，所制得的納米粉末(包括漿體)具有化學(xué)組成多樣化、粒徑分布窄、制程容易、易 于大量產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)，且納米粉末的后續(xù)應(yīng)用相當(dāng)容易。


下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 圖1為傳統(tǒng)噴印技術(shù)的步驟流程的示意圖。 圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的納米粉末的制造方法的步驟流程示意圖。 圖3為化學(xué)分散劑濃度與漿體中的平均粒徑的曲線關(guān)系圖。 圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例的納米粉末的制造方法的步驟流程示意圖。 圖5為本發(fā)明第三實(shí)施例的納米粉末的制造方法的步驟流程示意圖。
具體實(shí)施方式

本發(fā)明之納米粉末的制造方法可制備任意化學(xué)組成的納米粉末。其具體是將不同 種類的原始粉體(Original powder)進(jìn)行調(diào)配混合后，再用適當(dāng)?shù)臒Y(jié)制程來制得單一相 合金體。之后，配合機(jī)械研磨與化學(xué)分散劑來研磨該單一相合金體，即可得到具有多元材料 及任意化學(xué)組成的納米粉末。所得到的納米粉末可以是干粉，也可以是漿體，該漿體可用來 制作噴印漿料，配合噴印技術(shù)可相當(dāng)容易地制作導(dǎo)電圖案。以下通過幾個(gè)實(shí)施例，來說明本 發(fā)明的納米粉末的制造方法及其應(yīng)用。
[納米粉末的制備方法]
第一實(shí)施例 圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的納米粉末的制造方法的步驟流程示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D2，此納米粉末的制造方法200大致包括步驟S201 S209。首先，如步驟S201所示，提供混合 物，此混合物至少包括第一材料與第二材料。在本實(shí)施例中，第一材料可為氧化鋅，而第二 材料可為氧化銦、氧化鋁或氧化鎂。 市面上可直接購得氧化鋅、氧化銦、氧化鋁與氧化鎂等納米粉體。然而，若所使用 之粉體的尺寸非納米等級(jí)，也可先進(jìn)行初步的機(jī)械研磨。特別是，在步驟S201中，可根據(jù)特 定的化學(xué)組成來決定第一材料與第二材料各自的添加量。在單純混合固態(tài)粉體的步驟中， 不同的固態(tài)粉體之間不會(huì)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，所以將可準(zhǔn)確控制最終產(chǎn)物之化學(xué)組成，而 不會(huì)有傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)法所衍生的問題。 接著，如步驟S202所示，燒結(jié)第一材料與第二材料的混合物，以得到單一相合金 體。燒結(jié)混合物的溫度可介于900°C 1， 50(TC，較佳為1， 300°C ;并且，燒結(jié)混合物的時(shí)間 可介于4小時(shí) 8小時(shí)，較佳為6小時(shí)。由于在步驟S201中已經(jīng)決定了第一材料與第二材 料各自的添加量，所以在步驟S202的燒結(jié)制程中，亦得到特定化學(xué)組成的單一相合金體。
接下來，如步驟S203所示，預(yù)粉碎此單一相合金體，以得到待研磨粉體。預(yù)粉 碎單一相合金體的步驟包括對(duì)單一相合金體進(jìn)行機(jī)械研磨，此機(jī)械研磨的轉(zhuǎn)速可介于 2， 400 3， 600rpm，機(jī)械研磨的時(shí)間為8小時(shí) 12小時(shí)，較佳為大于10小時(shí)且小于12小 時(shí)。 之后，如步驟S204 S209所示，將化學(xué)分散劑加入到待研磨粉體中進(jìn)行研磨， 以得到納米粉末。由第一材料與第二材料的搭配，可得到In:ZnO(IZO)、Al:ZnO(AZO)或 Mg:ZnO等三種摻雜不同元素的氧化鋅混合物。 特別是，在步驟S204中使用的化學(xué)分散劑包括凍甲基丙烯酸鈉(PMMA-Na)、或丙 條酉先氧乙基聚丙條胺(polyacrylamide/(_N， N_dimethyl_N_acryloyloxyethyl)ammonium ethanate， PDAAE)。 更詳細(xì)而言，若要得到納米尺寸的粒徑之粉末，可利用濕式研磨法。所謂濕式研磨 法乃是將待研磨粉體與適當(dāng)溶劑混和調(diào)制成漿體(Slurry)，再由化學(xué)分散劑進(jìn)行分散，以 避免于研磨過程中發(fā)生粉末凝聚現(xiàn)象。在此實(shí)施例中，如步驟S205所示，還可將去離子水 加入到待研磨粉體中，以調(diào)整漿體的黏滯度而有利濕式研磨的進(jìn)行。另外，如步驟S206所 示，還可將酸堿值調(diào)整試劑加入到待研磨粉體中，使酸堿值介于8 9，以促進(jìn)化學(xué)分散劑 完整水解，避免待研磨粉體產(chǎn)生沉淀現(xiàn)象。 請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D2，在步驟S207中，當(dāng)制成漿體后，可先進(jìn)行預(yù)攪拌，其中，在待研 磨粉體、化學(xué)分散劑、去離子水與酸堿值調(diào)整試劑的總重量中，待研磨粉體的重量百分比為 15wt^ 35wt^。此漿體之固體含量(亦即待研磨粉體的含量)需控制在15wt^ 35wt^ 的理由是可防止機(jī)械研磨過程中因待研磨粉體的比表面積(Specific surface area, SSA)增加所導(dǎo)致黏滯度上升。如此一來，才達(dá)到良好的研磨與分散粒子的效果。
如步驟S208所示，在對(duì)加入了化學(xué)分散劑的待研磨粉體進(jìn)行機(jī)械研磨的步驟中， 機(jī)械研磨的轉(zhuǎn)速可介于2， 400 3， 600rpm，而機(jī)械研磨的時(shí)間可為30分鐘 90分鐘，較佳 為30分鐘。由此，可得到步驟S209中具有特定化學(xué)組成的納米粉末。機(jī)械研磨可以利用 一般的球磨機(jī)?？刂魄蚰C(jī)的轉(zhuǎn)速以使磨球(例如以氧化鋯為材質(zhì)的磨球)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)，而 達(dá)成對(duì)于待研磨粉體的研磨和分散的作用。 研磨分散能否達(dá)到納米等級(jí)，其與漿料成分、研磨介質(zhì)(即磨球)之大小、研磨條
5件、化學(xué)分散劑之分散機(jī)制等有關(guān)。以實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)為例，所選擇的磨球可為0. 3 0. 5mm 或更小尺寸(必須依研磨機(jī)臺(tái)的研磨能力而定)。同時(shí)，為了讓磨球能夠在研磨過程中能持 續(xù)有效地進(jìn)行粉體粒徑尺寸的縮減，攪拌棒的線速度需超過10m/sec以上；同時(shí)，漿料的黏 滯性需調(diào)整到100cps以下，以便讓磨球的運(yùn)動(dòng)不受漿料黏度影響。 值得注意的是，在待研磨粉體與化學(xué)分散劑的總重量中，化學(xué)分散劑的重量百分 比為0. lwt% 5wt^，較佳為3wt%。限定化學(xué)分散劑的重量百分比是為了得到良好的的 分散效果，并使研磨的粒徑有效縮減。 圖3為化學(xué)分散劑濃度與漿體中的平均粒徑的曲線關(guān)系圖。請(qǐng)參照?qǐng)D3，化學(xué)分散 劑可使用PMMA-Na或PDAAE。 PMAA-Na為陽離子型分散劑，其主要以水解后之-(COO-)官能 基來提供電荷斥力，以作為粒子之間的分散機(jī)制。另外，PDAAE可同時(shí)提供電荷斥力與立體 阻障，所得結(jié)果與PMAA-Na類似。 請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D3，未添加化學(xué)分散劑的漿體的平均粒徑為300nm。隨著化學(xué)分散劑 的添加，平均粒徑有減小的趨勢(shì)。添加約3wt^左右的化學(xué)分散劑，平均粒徑達(dá)到最小，約 70nm?；瘜W(xué)分散劑的濃度在超過3wt^后，平均粒徑反而有增大的趨勢(shì)，這是因?yàn)檫^量的化 學(xué)分散劑反而引起架橋效應(yīng)，而使平均粒徑增大。 在顯微鏡下觀察，未加入化學(xué)分散劑的粒子狀態(tài)與加入化學(xué)分散劑的粒子的狀 態(tài)。通過比較二者可知，未加入化學(xué)分散劑的粒子均凝聚在一起，而加入化學(xué)分散劑的粒子 卻能得到良好的分散效果。因此，利用化學(xué)分散劑所輔助的機(jī)械研磨法，可有效地將粒子進(jìn) 行研磨并分散。 綜上所述，本實(shí)施例的納米粉末的制造方法，將不同種類的原始粉體(至少兩種) 進(jìn)行調(diào)配混合后，再用適當(dāng)?shù)臒Y(jié)制程來制得單一相合金體。之后，配合機(jī)械研磨與化學(xué)分 散劑來研磨該單一相合金體，即可得到任意化學(xué)組成的納米粉末。并且，所得到的納米粉末 具有純度高、粒徑小、粒徑分布窄等特點(diǎn)。特別是，上述納米粉末的制造方法相當(dāng)適合量產(chǎn)。
第二實(shí)施例 圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例的納米粉末的制造方法的步驟流程示意圖。如圖5所示 的納米粉末的制造方法包括步驟S301 S309，相關(guān)的內(nèi)容與如圖2所示的納米粉末的制造 方法類似，在此不予以重述。 值得注意的是，在步驟301中，提供混合物，此混合物至少包括第一材料與第二材 料。在此實(shí)施例中，第一材料為氧化鋇，而第二材料為氧化鈦。再繼續(xù)經(jīng)過步驟S302 S309 后，可得到鈦酸鋇(BaTi03)的納米粉末。
第三實(shí)施例 圖6為本發(fā)明第三實(shí)施例的納米粉末的制造方法的步驟流程示意圖。如圖6所示 的納米粉末的制造方法包括步驟S401 S409，相關(guān)的內(nèi)容與如圖2所示的納米粉末的制造 方法類似，在此不予以重述。 值得注意的是，在步驟401中，提供混合物，此混合物包括第一材料、第二材料與 第三材料。在此實(shí)施例中，第一材料為氧化鋅，第二材料為氧化銦，第三材料為氧化鎵。在本 實(shí)施例中，氧化鋅、氧化銦與氧化鎵的組成摩爾比例為2 : 1 : 1。再繼續(xù)經(jīng)過步驟S402 S409后，可得到氧化銦鎵鋅(IGZO)的納米粉末。 更詳細(xì)而言，大致流程如下先混合適當(dāng)比率的氧化鋅(ZnO)、氧化銦(In203)與
6氧化鎵(Ga203)等粉體原料。接著，經(jīng)約1，30(TC、6小時(shí)的燒結(jié)制程，使反應(yīng)完成單一的 InGaZnO相。接下來，預(yù)粉碎使成粉體后，加入去離子水與適當(dāng)比率的化學(xué)分散劑形成漿料， 并利用高速研磨機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的攪拌棒將動(dòng)力傳送至適當(dāng)尺寸的磨球。漿料經(jīng)泵推動(dòng)進(jìn)入研磨 室后，以磨球之相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生剪切力(Shear Force)克服粉體粒子間的范德華力，化學(xué)分 散劑遂得以進(jìn)入粉體粒子之間而達(dá)成分散的目的。 另外，可在步驟S401中改變氧化鋅、氧化銦與氧化鎵的混合比例，以得到不同化 學(xué)組成的氧化銦鎵鋅(IGZO)的納米粉末，如In2Ga2Zn07、InGaZn04等。
[納米粉末漿體的應(yīng)用] 上述納米粉末的制備方法中包含加入溶液的步驟，此溶液可包括化學(xué)分散劑與去 離子水，而得到納米粉末實(shí)為納米粉末漿體。 該納米粉末漿體可導(dǎo)入噴印制程，來制備薄膜晶體管的通道層或畫素電極；或是 可制作高介電系數(shù)的被動(dòng)電容組件；或再經(jīng)由適當(dāng)?shù)某尚团c燒結(jié)制程可制得微細(xì)晶粒且高 密度的濺鍍靶材。 綜上所述，本發(fā)明納米粉末的制造方法至少具有以下優(yōu)點(diǎn) 結(jié)合燒結(jié)制程、化學(xué)分散劑與機(jī)械研磨來制備納米粉末的方法，所制得的納米粉 末具有化學(xué)組成多樣化、粒徑分布窄、制程容易、易于大量產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)。所得的納米粉末可
供后續(xù)制程應(yīng)用，加入適當(dāng)溶液可配制成噴印制程之漿體(Ink Slurry);或再經(jīng)由適當(dāng)?shù)?成型與燒結(jié)制程可制得微細(xì)晶粒且高密度的濺射靶材。
權(quán)利要求
一種納米粉末的制造方法，其特征在于包括提供一混合物，該混合物至少包括一第一材料與一第二材料；燒結(jié)該混合物，以得到一單一相合金體；預(yù)粉碎該單一相合金體，以得到一待研磨粉體；以及將一化學(xué)分散劑加入到該待研磨粉體中并進(jìn)行研磨，以得到該納米粉末。
2. 如權(quán)利要求1所述的納米粉末的制造方法，其特征在于所述第一材料為氧化鋅，而 該第二材料包括氧化銦、氧化鋁或氧化鎂；或者是，所述第一材料為氧化鋇，而所述第二材 料為氧化鈦。
3. 如權(quán)利要求1所述的納米粉末的制造方法，其特征在于所述混合物還包括一第三 材料；所述第一材料為氧化鋅，所述第二材料為氧化銦，所述第三材料為氧化鎵。
4. 如權(quán)利要求3所述的納米粉末的制造方法，其特征在于所述氧化鋅、該氧化銦與該 氧化鎵的組成摩爾比例為2 :1:1。
5. 如權(quán)利要求1所述的納米粉末的制造方法，其特征在于所述燒結(jié)該混合物的溫度 介于900°C 1， 500°C ;所述燒結(jié)該混合物的時(shí)間介于4小時(shí) 8小時(shí)。
6. 如權(quán)利要求1所述的納米粉末的制造方法，其特征在于所述預(yù)粉碎所述單一相合 金體的步驟包括對(duì)該單一相合金體進(jìn)行機(jī)械研磨，該機(jī)械研磨的轉(zhuǎn)速介于2， 400 3， 600rpm，該機(jī)械 研磨的時(shí)間為8小時(shí) 12小時(shí)。
7. 如權(quán)利要求l所述的納米粉末的制造方法，其特征在于所述化學(xué)分散劑包括聚甲基丙烯酸鈉、或丙烯酰氧乙基聚丙烯胺。
8. 如權(quán)利要求1所述的納米粉末的制造方法，其特征在于在所述待研磨粉體與所述化學(xué)分散劑的總重量中，該化學(xué)分散劑的重量百分比為0. lwt% 5wt%。
9. 如權(quán)利要求1所述的納米粉末的制造方法，其特征在于還包括一將去離子水加入到所述待研磨粉體中的步驟，以形成一漿體。
10. 如權(quán)利要求9所述的納米粉末的制造方法，其特征在于還包括一將酸堿值調(diào)整試劑加入到該待研磨粉體中的步驟，使該酸堿值介于8 9。
11. 如權(quán)利要求10所述的納米粉末的制造方法，其特征在于在所述待研磨粉體、所述化學(xué)分散劑、所述去離子水與所述酸堿值調(diào)整試劑的總重量中，該待研磨粉體的重量百分比為15wt% 35wt%。
12. 如權(quán)利要求l所述的納米粉末的制造方法，其特征在于將所述化學(xué)分散劑加入到 待研磨粉體中并進(jìn)行研磨的步驟包括對(duì)該待研磨粉體進(jìn)行機(jī)械研磨，該機(jī)械研磨的轉(zhuǎn)速介于2， 400 3， 600rpm，該機(jī)械研 磨的時(shí)間為30分鐘 90分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種納米粉末的制造方法。首先，提供混合物，此混合物至少包括第一材料與第二材料。接著，燒結(jié)此混合物，以得到單一相合金體。繼之，預(yù)粉碎此單一相合金體，以得到待研磨粉體。之后，將化學(xué)分散劑加入到待研磨粉體中且進(jìn)行研磨，以得到納米粉末。
文檔編號(hào)C22C29/00GK101722310SQ20091011284
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者李懷安, 江美昭, 羅俊杰, 莫啟能, 謝宗雍, 邱創(chuàng)弘, 黃胤諴 申請(qǐng)人:福建華映顯示科技有限公司;中華映管股份有限公司