成膜用金属溶液以及金属被膜的成膜方法技术

一种成膜用金属溶液以及金属被膜的成膜方法，该溶液能够在固相电沉积法中使金属离子在具有离子通道结构的固体电解质膜中通过以尽早到达基板，从而在基板上与氢的产生相比而使金属的析出优先以减小金属被膜的表面粗糙度。该成膜方法为，在阳极与作为阴极的基材间配置具有磺酸基的固体电解质膜，并使固体电解质膜与基材接触且向阳极与基材之间施加电压，而使金属从被供给至固体电解质膜内部的金属离子中析出至基材的表面以在基材的表面形成金属被膜，该溶液用于向固体电解质的内部供给金属离子，其包含金属的水溶液、溶剂和非离子表面活性剂，非离子表面活性剂具备具有环氧乙烷单元的直链状的亲水基团和具有环状结构且最大长度为

Metal solution for film formation and film formation method of metal coating

【技术实现步骤摘要】
成膜用金属溶液以及金属被膜的成膜方法
本专利技术涉及一种成膜用金属溶液以及金属被膜的成膜方法。
技术介绍
现有技术中，作为金属被膜的成膜方法，已知一种被称为固相电沉积法(SED)的方法，在该方法中，在阳极与成为阴极的基材之间配置固体电解质膜，并在阳极与固体电解质膜之间配备包含金属离子的水溶液，再使固体电解质膜与基板接触并对阳极与阴极之间施加电压，通过对水溶液进行加压从而利用水溶液的液压使金属离子从固体电解质膜的内部向阴极侧析出，从而在基板的表面上形成由金属离子的金属构成的金属被膜。另一方面，在专利文献2中，作为电解液(还原剂溶液)而公开了0.2mol/l的硫酸锡水溶液(硫酸锡浓度：40g/l，硫酸浓度：100g/l，甲酚磺酸浓度：30g/l，福尔马林(37％)：5ml)(专利文献2的0063段)。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开2018-035426号公报专利文献2：日本特许第5681916号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题为了利用固相电沉积法而将锡等金属成膜，则必须使用酸性的金属溶液，其中，所述固相电沉积法使用具有磺酸基的固体电解质膜。通过水解而产生的氢的电极电位依存于pH，其关系由下式表示。EH＝-0.059×pH在此可知，例如酸性锡浴的pH为-1～4左右，因此若基于pH-电位图而利用固相电沉积法将锡成膜，则会同时产生氢和锡。在此，作为固相电沉积法中使用的固体电解质膜，一般使用具有磺酸基的固体电解质膜，具体而言，使用杜邦(Dupont)公司制的NAFion(商品名)、AGC旭硝子公司制的FElmion(商品名)、旭化成公司制的AciplEx(商品名)和戈尔特斯公司制的GorE-SElEct等全氟磺酸系离子交换膜。这些固体电解质膜由于聚四氟乙烯(PTFE)骨架的主链为疎水性，且具有醚键、磺酸基的侧链为亲水性，因此采取PTFE骨架主链与磺酸基侧链相分离的结构，从而形成通过具有磺酸基的侧链部分而保持水和水(水簇)的离子通道结构。在固相电沉积法中，锡离子等金属离子经由固体电解质膜的离子通道移动，因此认为由水簇产生的摩擦力和离子通道的大小成为决定金属离子的移动度(金属析出速度)的主要因素。然而，在现有的金属溶液中，由于金属离子容易被水簇吸引，因而会延迟到达基板，因此存在如下问题，即，与金属相比而容易在基板上产生氢的析出，从而因在基板上产生气泡而使金属被膜的厚度不均(表面粗糙度较大)。因此，本专利技术的目的在于，提供一种成膜用金属溶液以及使用该成膜用金属溶液的金属被膜的成膜方法，其能够在固相电沉积法中使金属离子于具有离子通道结构的固体电解质膜中通过并快速到达基板上，并且与氢的产生相比而在基板上使金属的析出优先从而减小金属被膜的表面粗糙度。用于解决课题的手段本专利技术的专利技术人发现，通过使用非离子表面活性剂作为添加剂，使金属离子被吸引到不会对水簇进行强烈吸引的非离子表面活性剂上，并且指定非离子表面活性剂的结构，以提高添加剂向固体电解质膜中的流入效率，从而在基板上与氢产生相比而使金属的析出优先进而解决上述课题，并由此完成了专利技术。即、本专利技术的要点如下。(1)一种成膜用金属溶液，其用于在如下的方法中向固体电解质膜的内部供给金属离子的成膜用金属溶液，所述方法为：在阳极与成为阴极的基材之间配置具有磺酸基的所述固体电解质膜，并使所述固体电解质膜与所述基材接触且在所述阳极与所述基材之间施加电压，以使金属从被供给至所述固体电解质膜内部的金属离子中析出至所述基材的表面上，由此在所述基材的表面形成金属被膜的方法，所述成膜用金属溶液包含金属的水溶液、溶剂和非离子表面活性剂，所述非离子表面活性剂具备直链状的亲水基团、和具有环状结构且最大长度在以下的疏水基，所述亲水基团具有环氧乙烷单元。(2)在所述(1)所述的成膜用金属溶液中，所述疏水基团的最小长度在以下。(3)在所述(1)或(2)所述的成膜用金属溶液中，所述亲水基团具有9～15mol的环氧乙烷单元。(4)在所述(1)～(3)中的任意一项所述的成膜用金属溶液中，所述非离子表面活性剂的亲水亲油平衡值为13～15。(5)在所述(1)～(4)中的任意一项所述的成膜用金属溶液中，所述非离子表面活性剂为枯基苯酚环氧乙烷加成物。(6)在所述(1)～(5)中的任意一项所述的成膜用金属溶液中，所述金属的水溶液为硫酸锡水溶液。(7)一种金属被膜的成膜方法，其中，在阳极与成为阴极的基材之间配置具有磺酸基的固体电解质膜，并使所述(1)～(6)中的任意一项所述的成膜用金属溶液与所述固体电解质膜接触以向所述固体电解质膜的内部供给金属离子，同时在使所述固体电解质膜与所述基材接触的状态下向所述阳极与所述基材之间施加电压，从而使金属从被供给的金属离子中析出至所述基材的表面上。专利技术效果根据本专利技术，金属离子被非离子表面活性剂吸引。由于非离子表面活性剂不会强烈吸引水簇，因此能够在析出氢之前使金属析出到基板上。因而，能够在基板上产生气泡之前形成金属被膜，从而能够减小金属被膜的表面粗糙度。此外，由于通过使非离子表面活性剂具有指定的结构，从而非离子表面活性剂容易流入固体电解质膜中的离子通道，且金属离子更容易到达基板，因此能够进一步减小金属被膜的表面粗糙度。附图说明图1为用于对本专利技术的固体电解质膜中的离子通道结构进行说明的示意图。图2为示出非离子表面活性剂中的环氧乙烷单元数与金属被膜的表面粗糙度的关系的坐标图。图3为示出非离子表面活性剂的亲水亲油平衡值(HLB)与金属被膜的表面粗糙度的关系的坐标图。具体实施方式以下，详细说明本专利技术。本专利技术的成膜用金属溶液包含金属的水溶液、溶剂和非离子表面活性剂。而且，非离子表面活性剂的特征在于，具备直链状的亲水基团和具有环状结构且最大长度为以下的疏水基团，所述亲水基团具有环氧乙烷单元。这样的成膜用金属溶液是为了在固相电沉积法(SED)中向固体电解质膜的内部供给金属而被使用的，所述固相电沉积法(SED)为，在阳极与成为阴极的基材之间配置具有磺酸基的固体电解质膜，并使固体电解质膜与基材接触且向阳极与基材之间施加电压，以使金属从被供给至固体电解质膜的内部的金属离子中析出至基材的表面上。金属的水溶液可以根据成膜的金属的种类而适当选择。在固相电沉积法中，由于使用具有磺酸基的固体电解质膜，因此作为金属的水溶液而优选使用酸性金属溶液，作为具体例，能够列举有出硫酸溶液、甲烷磺酸溶液、氟硼化物溶液等。特别是，为了形成锡被膜而适当地使用了硫酸锡水溶液。虽然成膜用金属溶液中的硫酸锡的浓度能够根据成膜条件而适当设定，但是优选为30～50g/l的范围。此外，关于硫酸锡水溶液的pH，为了形成锡被膜而优选为-0.1～0.4的范围，但是并不限定于此。溶剂只要是将极性、非极性物质均溶解且不对固体电解质膜造成不良影响的溶剂，就可以应用。作为示例，能够列举出异丙醇、1-丙醇等。最本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成膜用金属溶液，其用于在如下的方法中向固体电解质膜的内部供给金属离子，/n所述方法为，在阳极与作为阴极的基材之间配置具有磺酸基的所述固体电解质膜，并使所述固体电解质膜与所述基材接触且向所述阳极与所述基材之间施加电压，以使金属从被供给至所述固体电解质膜内部的金属离子中析出至所述基材的表面上，由此在所述基材的表面上形成金属被膜的方法，/n所述成膜用金属溶液包含金属的水溶液、溶剂以及非离子表面活性剂，所述非离子表面活性剂具备直链状的亲水基团、和具有环状结构且最大长度为

【技术特征摘要】
20180605 JP 2018-1079111.一种成膜用金属溶液，其用于在如下的方法中向固体电解质膜的内部供给金属离子，
所述方法为，在阳极与作为阴极的基材之间配置具有磺酸基的所述固体电解质膜，并使所述固体电解质膜与所述基材接触且向所述阳极与所述基材之间施加电压，以使金属从被供给至所述固体电解质膜内部的金属离子中析出至所述基材的表面上，由此在所述基材的表面上形成金属被膜的方法，
所述成膜用金属溶液包含金属的水溶液、溶剂以及非离子表面活性剂，所述非离子表面活性剂具备直链状的亲水基团、和具有环状结构且最大长度为以下的疏水基团，所述亲水基团具有环氧乙烷单元。


2.根据权利要求1所述的成膜用金属溶液，其中，
所述疏水基团的最小长度为以下。


3.根据权利要求1或2所述的成膜用金属溶液，其中，
所述亲水...

【专利技术属性】
技术研发人员：饭坂浩文，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP