エレクトロニクス分野で使用されるスラリーの分散安定性は、最終製品の品質レベルを保証する上で極めて重要です。例えば、超高精細ディスプレイは、独自の光学コーティングと薄膜構造の表面エンジニアリングによって高品質な画像を生成します。化学機械研磨（CMP）では、スラリーを用いて半導体材料の表面を研磨します。燃料電池やバッテリーの機能は、溶液処理されたナノ粒子コーティングによって向上します。既存および最先端のエレクトロニクスアプリケーションにおいて、スラリーが使用されている例は数多くあります。スラリーの安定性試験は、最終製品である電子機器が実使用環境において要件に適合することを保証するのに役立ちます。
Microtracでは、レーザ回折、DLS、画像解析など多様な粒子径測定技術を用いた製品を提供しています。
リチウムイオン電池は、負極と正極の間でリチウムイオンが可逆的に移動することで充放電します。これらの電池では、電極スラリーは活物質、バインダー、導電助剤、溶媒の混合物です。これを集電体に塗布し、乾燥させます。スラリーの安定性は、粒子の分離や凝集を防ぐために不可欠です。粒子の分離や凝集は電極の凝集と接着に悪影響を及ぼし、電池寿命と安全性を低下させる可能性があります。
スラリーの安定性は、バインダー、溶媒、活物質とバインダーおよびカーボンブラックの比率、そして製造プロセスによって異なります。理想的なバインダーは可逆的なゲル挙動を示す必要があります。静的多重光散乱法に基づくTURBISCAN技術は、電極スラッジ中の沈降、凝集、および清澄化現象を検出し、定量化するために使用できます。この技術により、スラッジの組成を均質性（homogeneity）と保存期間（Shelf-Life）に基づいて比較・分類することができます。
CMP（Chemical-Mechanical Polishing: 化学機械研磨）技術では、研磨性と腐食性を持つ化学スラリーを用いて基板材料の表面を平坦化し、リソグラフィによる電子印刷工程の準備を行います。酸化セリウム(IV)、すなわちセリアは、研磨工程において化学触媒として日常的に使用されています。セリアは半導体基板上の金属表面粒子の脆化を促進し、機械研磨パッドによってこれらの粒子が表面から除去されます。この工程により、表面の凹凸が低減され、オングストロームレベルの平坦性が得られます。
セリアは半導体表面処理において非常に効率的な研磨媒体ですが、分散粒子が沈降して凝集する傾向があります。この挙動は、CMP表面処理の効率を低下させ、半導体ウェーハに機械的欠陥を引き起こす可能性があります。マイクロスケールの表面変動は、薄膜構造の効率性と機能性を著しく低下させる可能性があります。このことから、CMP処理に使用されるセリア懸濁液の安定性試験を実施することが重要であることが分かります。
CMPスラリーの安定性試験は、セリア懸濁液中の高分子型分散剤（液相中での分散剤粒子の移動を抑制する）の効率性を評価するために実施されます。TURBISCAN LABを用いて、分散剤の分子量がセリア懸濁液の安定性に及ぼす影響を評価しました。室温35℃で実施した試験では、サンプルの底部で後方散乱光が増加し、サンプルの上部で透過率が増加することが示されました。これは、セリア懸濁液中の粒子が時間の経過とともに沈降するためです。
これらの安定性試験により、分析者は様々な分子量をもつ配合物の短期安定性を評価することが可能となり、分子量が多い（ポリマー鎖が長い）分散剤ほどセリア懸濁液の分散安定性が長くなることが示されました。
TURBISCANは、幅広い用途で用いられるコロイド分散系の安定性試験に必要不可欠な測定装置です。実際、燃料電池用の白金ナノ粒子、多層カーボンナノチューブ、プラズマディスプレイパネル用インクなど、懸濁液の安定性試験に幅広く利用されています。
TURBISCANを用いた安定性試験の実施についてさらに詳しく知りたい場合は、お気軽にお問い合わせください。また、本サイトではTURBISCAN関連のアプリケーションノートをダウンロードすることが可能です。
最終的に、シンプルなふるい振とう機を使用するか、レーザー回折・散乱式測定装置や動的画像解析式装置に投資するかの選択は、試験の量、利用可能な予算や人員、そして準拠すべき国際規格や顧客要件によって決まります。
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