[發(fā)明專利]噴墨納米銀導(dǎo)電墨水及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110261814.7
• 申請日: 2011-09-06
• 公開（公告）號: CN102382502A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周雪琴;劉東志;李巍;莫黎昕
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: C09D11/02
• 分類號: C09D11/02
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及一種噴墨納米銀導(dǎo)電墨水及其制備方法，屬于電子印刷材料技術(shù)。

背景技術(shù)

在傳統(tǒng)的電子及微電子行業(yè)，多采用光刻蝕的方式制備導(dǎo)電線路和電子元器件，其制備工藝復(fù)雜，同時(shí)在制備過程中產(chǎn)生了大量的化學(xué)污染以及原料浪費(fèi)，這與電子行業(yè)當(dāng)前對于生產(chǎn)效率的要求，以及社會(huì)所倡導(dǎo)的環(huán)境友好式生產(chǎn)方式不相符合。相比之下，現(xiàn)代印刷技術(shù)例如噴墨、膠印、凹印、靜電印刷和絲網(wǎng)印刷等則是一種高效、環(huán)保、低成本的生產(chǎn)方式。導(dǎo)電油墨尤其是導(dǎo)電墨水的發(fā)展使得采用印刷的方式制備各種導(dǎo)電線路及電子元器件成為一種可能，這就是“印刷電子”，并已經(jīng)在包括薄膜晶體管電路、顯示器、互連線、光伏電池、傳感器和連動(dòng)器等方面獲得應(yīng)用。

納米金屬導(dǎo)電墨水是含有可在基材上形成導(dǎo)電線路的納米金屬粒子的一類墨水的總稱。其原料易得、工藝簡單，而且所形成的線路導(dǎo)電性高，現(xiàn)在倍受矚目，是目前導(dǎo)電墨水發(fā)展的重點(diǎn)和方向。納米金屬粒子比重較大，且比表面能高，易于聚結(jié)，必需采用適當(dāng)?shù)姆绞教岣咂湓趯?dǎo)電墨水中的分散穩(wěn)定性。保護(hù)劑可以與金屬納米顆粒相互作用并包覆在其表面，從而抑制粒子的成核、生長，并阻止粒子的團(tuán)聚和沉降，常常被用來提高納米金屬顆粒的分散穩(wěn)定性。擴(kuò)散劑既可與納米金屬粒子表面相互作用，又能與溶劑相互作用，有助于降低納米金屬粒子的界面能，因此也可用于提高納米金屬顆粒的分散穩(wěn)定性。但是，這些保護(hù)劑和擴(kuò)散劑同時(shí)會(huì)影響電子在打印涂層中金屬納米粒子間的傳輸，因此必須有一個(gè)后處理過程例如熱處理來促進(jìn)粒子燒結(jié)，提高涂層的導(dǎo)電性。而較高的后處理溫度限制了金屬納米顆粒懸浮液的應(yīng)用范圍。眾所周知，當(dāng)今電子及微電子行業(yè)對于柔性顯示器件的需求日益增加，而柔性顯示器件的支撐基材多為一些透明高分子薄膜，如PET、PEN等，這類高分子薄膜的耐受溫度多低于200℃，因此如何在較低的后處理溫度下得到導(dǎo)電性能優(yōu)良的導(dǎo)電涂層成為眾多研究者關(guān)注的重點(diǎn)之一。另一方面，由于納米金屬導(dǎo)電涂層的組成相對單一，導(dǎo)電涂層與各種基材的附著力強(qiáng)度較弱，容易在后續(xù)的加工、運(yùn)輸過程中及使用中出現(xiàn)脫落或摩擦損壞，難以保證其導(dǎo)電性能的穩(wěn)定性。因此，如何降低納米金屬導(dǎo)電涂層后處理溫度以及提高涂層附著力是納米金屬懸浮液導(dǎo)電墨水面臨的兩大難題。

為了降低涂層后處理溫度，研究者們探討了墨水組成、納米金屬粒徑、后處理?xiàng)l件對導(dǎo)電涂層熱處理過程中微觀結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電性的影響，嘗試改變保護(hù)劑結(jié)構(gòu)并減弱其與納米金屬粒子的相互作用，實(shí)現(xiàn)保護(hù)劑在較低溫度下的脫吸附與分解，從而降低導(dǎo)電涂層后處理溫度。Kim等在文章?Highly?conductive?ink?jet?printed?films?of?nanosilver?particles?for?printable?electronics(Electrochemical?and?solid-state?letters,?2005,?8?(11):?J30～J33)中報(bào)道了一種以聚乙烯基吡咯烷酮為保護(hù)劑的納米銀導(dǎo)電墨水，其熱處理溫度為200℃。Nguyen等在文章Nitrocellulose-stabilized?sliver?nanoparticles?as?low?conversion?temperature?precursors?useful?for?inkjet?printed?electronics(Journal?of?materials?chemistry,?2007,?17:?1725～1730)中以硝化纖維為保護(hù)劑制備了一種納米銀導(dǎo)電墨水，其熱處理溫度為190℃。Volkman?等在文章Ink-jetted?silver/copper?conductors?for?printed?RFID?applications(Materials?research?society?symposium?proceedings,?2004,?814:?151～156)報(bào)道了一種烷基硫醇為保護(hù)劑的納米銀導(dǎo)電墨水其熱處理溫度為200℃。Li?等(?Journal?of?the?American?chemical?society,?2005,?127:?3266～3267)報(bào)道了一種以烷基胺為保護(hù)劑的納米銀導(dǎo)電墨水，其熱處理溫度為140℃。但是，減弱保護(hù)劑與納米金屬顆粒作用力，往往又會(huì)影響納米金屬顆粒的粒徑，同時(shí)降低納米金屬顆粒的分散穩(wěn)定性。此外，烷基硫醇、烷基胺等小分子保護(hù)劑在熱處理過程中發(fā)生分解，因此所制備的涂層附著力很差。