[發明專利]用于油墨應用的金屬納米顆粒的光化學合成

有效

• 申請號: 200910146512.8
• 申請日: 2009-05-22
• 公開（公告）號: CN101585984A
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發明（設計）人: M·赫雷蒂恩;N·喬普拉;M·A·霍伊夫特;P·M·卡斯邁爾
• 申請（專利權）人: 施樂公司
• 主分類號: C09D11/02
• 分類號: C09D11/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 李 進;孫秀武

本公開內容涉及一種形成油墨的方法，該方法包括光化學方式生 產穩定化的金屬納米顆粒。

印刷的電子特征(Printed?electronic?features)，例如薄膜晶體管(TFT) 電極和射頻識別(RFID)技術，是研究密集型領域。直接印刷電子特征 的能力為無數具有許多應用可能性的廉價的柔性電子裝置創造了機 會。

通常用于印刷電子特征的材料包括金屬材料。特別地，納米粒狀 金屬材料被廣泛用在印刷電子裝置應用中，因為它們具有產生更好產 品的突出特性。金屬納米顆粒是具有亞微米尺寸范圍的直徑的顆粒。 納米顆粒金屬具有與塊體(bulk)和原子種類的性質不同的獨特性質。金 屬納米顆粒的特征是表面原子的提高的反應性、高電導率和獨特的光 學性質。例如，納米顆粒具有比塊體金屬更低的熔點，和比塊體金屬 的燒結溫度更低的燒結溫度。金屬納米顆粒的獨特性質是由它們獨特 的電子結構和它們極大的表面積和高百分數的表面原子造成的。

金屬納米顆粒是結晶材料或非晶態材料。它們可由純金屬(例如 銀、金、銅等)，或金屬的混合物(例如合金)，或一種或多種金屬(例如 銅)芯(core)被一種或多種其他金屬(例如金或銀)外殼覆蓋組成。鎳因為 它相對低的電導率(大約為銅或銀的電導率的四分之一)而非常有限地 用于導電油墨。金和銀可提供良好的電導率，但相對昂貴。而且，金 和銀需要高溫來退火，這可對在紙基材和塑料基材上印刷造成挑戰。 銅以低價(約為銀價格的百分之一)提供良好的電導率。不幸的是，銅 易被氧化且氧化物是不傳導的。常規的基于銅的納米顆粒油墨是不穩 定的，且在制備和退火期間需要惰性/還原氣氛以防止自發氧化成不傳 導的CuO或Cu₂O。銅聚合物厚膜油墨已獲得多年，且可被用于特殊 用途，例如，需要可焊性(solderability)的情況。另一種感興趣的策略 是將銀和銅的優點結合起來。鍍銀的銅顆粒可購買得到，且被用在某 些可購買得到的油墨中。鍍銀為粒間接觸提供了銀的優點，而對于顆 粒材料的主體使用了較不昂貴的導電金屬(銅)。但是，如上所述，銀 是相對昂貴的。因此，需要一種可靠的、劃算的方法來生產適合印刷 電子特征的油墨。

Lawrence等申請的美國專利申請公開第2004/0175548?A1號公開 了一種導電油墨，其適合照相凹版印刷或柔性版印刷，且包括羧酸或 酐官能(anhydride-functional)芳族乙烯基聚合物和導電材料，該導電材 料可以是粒狀材料或片狀材料，特別是具有至少約5∶1的長寬比的導 電片狀材料。

Dhas等，Chem?Mater，10：1446-52(1998)討論了一種通過使用氬/ 氫(95∶5)氣氛以避免形成雜質(例如氧化銅)的金屬銅納米顆粒合成的 方法。

Volkman等，Mat.Res.Soc.Proc.，814：17.8.1-17.8.6(2004)描述了 形成銀納米顆粒和銅納米顆粒的方法，并討論了優化印刷/退火過程以 展示塑料相容性(plastic-compatible)低電阻導體。

Jana等，Current?Science，79(9)：1367-70(2000年11月10日)描述了 立方體的銅顆粒的制備，其中尺寸范圍為約75至250nm的立方體形 狀的銅納米顆粒由更小的球形銅顆粒形成。

Wu等，Mater.Res.Soc.Symp.Proc.，879E：Z6.3.1-Z6.3.6(2005)描 述了一種沒有惰性氣體保護的溶液相化學還原法，其用于制備具有3.4 nm的平均粒度和窄粒度分布的穩定的銅納米顆粒膠體，該方法使用 抗壞血酸作為還原劑和抗氧化劑以還原銅銷售前體(copper?sale precursor)并有效地防止發生于新生納米顆粒的通常的氧化過程。

Chen等，Nanotechnology，18：175706-12(2007)描述了在水溶液中 的、并用十八烷硫醇和p-磺化的杯[4]芳烴的包合配合物加封的銀納米 顆粒合成。

McGilvray等，J.Am.Chem.Soc.，128(50)：15980-81(2006)描述了 穩定的、無保護的金納米顆粒的光化學合成，其不需要常規的穩定化 配體，例如硫、氮或磷。