[發明專利]一種納米銀導電墨水及其制備方法

有效

• 申請號: 201210285630.9
• 申請日: 2012-10-08
• 公開（公告）號: CN102827509A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 沈文鋒;黃琦金;宋偉杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C09D11/02
• 分類號: C09D11/02
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 程曉明

技術領域

本發明涉及一種導電墨水，具體涉及一種可用于噴墨印刷柔性電子電路的納米銀導電墨水及其制備方法。

背景技術

柔性電子，又稱印刷電子或有機電子，是將有機/無機電子器件沉積在柔性襯底如紙、塑料或織物等基底上形成電路的技術。由于柔性電子性能與傳統微電子相當，且具有便攜式、透明、輕質、伸展/彎曲以及易于快速大面積打印等特點，使一些無法用傳統的電子電路實現的特殊應用成為可能，例如可彎曲的柔性顯示器、電子紙、大面積傳感器陣列、智能標簽、薄膜太陽電池等。柔性電子制造的關鍵就是圖案化導電電路的制造，而柔性電子理想的圖案化工藝應滿足：低成本、大面積、批量化工藝、低溫、“加”式、非接觸式、可實時調整、三維結構化、易于多層套準等要求。而目前常見的圖案化技術如光刻、蔭罩、微接觸印刷、以及噴墨印刷等技術中，只有噴墨印刷技術能很好滿足這些要求。此外，在計算機輔助控制條件下，噴墨打印技術更易實現圖形在介觀和微觀級別上的設計與實施，可實現精確、定量、定位沉積，保證導電圖案的成像精度。而且噴墨打印技術的工藝相對簡單，不需要特別苛刻的環境要求，制作成本較低，減少對環境的污染和原材料的浪費。

利用噴墨打印技術制備導電電路的工藝中，關鍵技術之一是制備適合噴墨打印的導電墨水。適用于噴墨打印的導電墨水的性能指標主要包括：（1）可噴性：表現為墨水的顆粒尺寸、粘度和表面張力三個指標。一般而言，顆粒尺寸應小于1μm，粘度為5~35cP，表面張力為10~50mN/m。對于不同品牌壓電式打印機，墨水的這幾個指標也稍有不同。（2）可靠性：不阻塞噴頭；墨水組分間以及墨水與噴頭組件間有相容性；有貯存穩定性。（3）印刷圖案質量：打印品質好；在打印介質上有著一定干燥速度、粘附性等。（4）安全性：要求導電墨水盡量能使用綠色溶劑，具有無毒性，不易燃、無氣味。常見導電墨水可分為有機聚合物導電墨水和金屬導電墨水，但一般有機聚合物導電墨水比金屬導電墨水的導電率低三或四個數量級，而且價格昂貴，不大適用于普通大面積導電電路的制備。金屬導電墨水常見的有金導電墨水、銀導電墨水和銅導電墨水等幾種。但由于銀具有價格比金低廉許多，而化學性質比銅穩定等特點，綜合考慮導電墨水的導電性能、生產成本時，銀導電墨水具有較高的性價比。

利用噴墨打印技術制備導電電路的另一個關鍵技術是導電墨水噴墨打印出電路圖案后的燒結過程的控制。一般來說，燒結溫度越高，電路圖案的電阻率越低，即導電性越好。在現有技術中，提高燒結溫度可以得到較好的導電性，但是大部分的柔性襯底都無法承受200℃以上的溫度，因此，現有的柔性電子在柔性襯底的選擇上受到限制。如2012年3月28日公開的中國發明專利申請公布說明書CN102391716A公開了一種柔印納米銀導電墨水及其制備方法，當其燒結溫度低于200℃時，其具有極高的方塊電阻(?>1000?kΩ/□)，進而限制了該墨水在需要較低溫度燒結的柔性襯底上的應用，同時該墨水的制備采用甲苯等為溶劑，在實際生產中具有毒性和異樣氣味，不符合綠色墨水的要求；2010年8月18日公開的中國發明專利申請公布說明書CN101805538A公開了可低溫燒結的導電墨水，當燒結溫度在130℃時，其得到的銀導線的電阻率為100μΩ·cm，約為塊體銀的電阻率的60多倍，較高的電阻率同樣限制了其在柔性襯底上制備銀導電電路的應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種低溫燒結功能好的納米銀導電墨水及其制備方法。該納米銀導電墨水不含有毒溶劑，制備過程綠色環保，可在較低的燒結溫度下得到導電性能較好的導電電路，應用時柔性襯底的選擇范圍大。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種納米銀導電墨水，其特征在于，其重量百分比組成包括：?

??????表面包覆著有機保護劑的銀顆粒???????5~50%，??

??????墨水溶劑???????????????????????????40~85%，

??????表面張力調節劑?????????????????????0.03~1%，

??????增粘劑?????????????????????????????0.3~5%，

??????分散劑?????????????????????????????1~18%。

優選地，所述的銀顆粒的粒徑小于60nm。

優選地，所述的有機保護劑選自聚谷氨酸、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚氧丙烯、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基酚醚中的一種或兩種。