【素材・化学】印刷で電子回路を作る！NIMSの「酸化しない銅インク」

【課題】安くて優秀な「銅」の、たった一つの弱点

これまで、プリンテッドエレクトロニクスの導電性インクには、主に「銀（Ag）」が使われてきました。銀は酸化しにくく電気をよく通しますが、非常に高価であるため、使い捨てのセンサーなどに大量に使うにはコストが見合いません。

そこで、銀の100分の1以下の価格である「銅（Cu）」のインクに注目が集まりました。しかし、銅のナノ粒子は空気に触れると瞬時に酸化して「酸化銅（絶縁体）」になってしまいます。酸化を防ぐためには、高価な還元ガス雰囲気下で高温処理をしなければならず、結局コストが高くついてしまうというジレンマがありました。

【解決策】錯体化学の力で「銅」と「ニッケル」を融合

NIMSの研究チームは、銅の酸化を防ぐために「ニッケル（Ni）」との合金化に着目し、独自の「錯体（さくたい）インク」を開発しました。

1. 「錯体」の状態で混ぜ合わせる

単に銅とニッケルの金属の粉を混ぜるのではなく、「ギ酸銅」と「ギ酸ニッケル」にそれぞれ特殊なアミン（配位子）を結合させた『錯体』という液状の分子レベルで混合しました。

この「銅錯体とニッケル錯体の混合インク」を基板に印刷し、比較的低い温度で加熱（焼成）すると、錯体が分解されて純粋な金属に戻りながら、銅とニッケルが均一に混ざり合った「合金」の電極が形成されます。

2. 圧倒的な「酸化耐性」の獲得

公報のデータ（上記図2）は、この発明の凄さを如実に物語っています。高温多湿の過酷な環境に置いた場合、ニッケルを混ぜていない銅単体のインク（例21）は急速に酸化して電気抵抗が数千倍に跳ね上がります。

しかし、本発明の銅ニッケル合金インク（例1, 6～8など）は、時間が経っても抵抗値のグラフが地面に這いつくばったまま、全く上昇していません。ニッケルが銅を酸化から見事に守り抜いているのです。

【効果】IoT社会を加速させる究極のエコ・プロセス

この特許技術により、以下のような未来が実現に近づいています。

• デバイスの低価格化： 高価な銀インクから、安価な銅ベースのインクに置き換わることで、ウェアラブル端末や使い捨てセンサーのコストが大幅に下がります。
• 環境負荷の低減： 大規模な真空設備や高温の加熱炉が不要になるため、電子回路の製造に伴う消費エネルギー（CO2排出）を劇的に削減できます。

材料科学の力で、電子デバイス製造の常識を根底から覆す、まさに「未来創造」の名にふさわしい素晴らしい発明です。

技術情報まとめ