[發明專利]一種高穩定性無顆粒型銀基導電墨水及其制備方法

有效

• 申請號: 201510402455.0
• 申請日: 2015-07-10
• 公開（公告）號: CN104946022B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 李曉東;董越;孫旭東;李繼光;林智杰;朱琦;劉紹宏
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C09D11/52
• 分類號: C09D11/52
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙)11613
• 代理人: 齊勝杰

技術領域

本發明屬于導電墨水技術領域，特別涉及一種高穩定性無顆粒型銀基導電墨水及其制備方法。

背景技術

導電墨水是微電子技術領域近幾年來的一項重要革新，可以應用于柔性電路板（FPCB）、傳感器無線射頻識別（RFID）、印刷電路板（PCB）、有機發光二極管（OLED）等。應用導電墨水進行印刷具有成本低、能耗低、污染低、能夠實現高效率、大面積、柔性化制造的特點。

銀在所有金屬中是導電性最好的一種金屬，是價格最便宜的貴金屬，其化學惰性較強，不易被氧化，在導電墨水的研究中備受青睞。

銀基導電墨水可分為顆粒型和無顆粒型兩種。顆粒型銀基導電墨水是將納米銀顆粒分散在有機溶劑中并加入分散劑配制成導電墨水，其實質是導電顆粒的分散體系。對于顆粒型銀基導電墨水，為了降低銀顆粒的熱處理溫度，故要求銀顆粒的尺寸為納米級，納米銀顆粒的制備不但增加實驗的繁瑣性，而且加入的分散劑會使墨水的分解溫度較高，使墨水的導電性受到嚴重影響。此外，顆粒型銀基導電墨水在印刷中會堵塞噴頭，并且穩定性較低，會出現顆粒沉降、團聚等問題。無顆粒型銀基導電墨水是由銀的前驅體、溶劑、和一些助劑組成，其實質是金屬銀前驅體溶液或者是銀前驅體與螯合劑或絡合劑生成的螯合物或絡合物，既不含有任何固體顆粒，也不存在團聚問題，因此無需加入分散劑，墨水經過后續熱處理后其中的有機溶劑完全揮發，而銀絡合物則分解成具有導電性的金屬銀。無顆粒型導電墨水的優勢在于可低溫分解并具有較高的導電性能，但其穩定性一直是研究者們努力克服的問題。這是由于銀對光敏感且無顆粒銀基導電墨水的溶劑通常都是一種弱還原劑，溫度較高或遇光會使墨水變色分解并有銀顆粒析出，墨水變質分層，如果用于印刷中還會堵塞噴頭，從而喪失無顆粒型銀基墨水的優勢。故無顆粒型銀基導電墨水常需要儲存在避光低溫處，其較短的保質期以及低溫避光保存要求為無顆粒型銀基導電墨水的商業化生產、存儲和運輸帶來許多不必要的麻煩。因此，提高無顆粒型銀基導電墨水的穩定性至關重要。

發明內容

針對現有技術存在的各種問題，本發明提供一種高穩定性無顆粒型銀基導電墨水及其制備方法。本發明的無顆粒型銀基導電墨水穩定性強，可在室溫自然光下存放1個月，或者室溫下避光存放3個月，或者低溫避光保存6個月無沉淀生成，且制備方法簡單，易于實現工業化。并且將本發明墨水通過印刷或者涂抹的方式在基板上成膜，在一定溫度下熱處理后，呈現良好的導電性能。本發明的技術方案如下：

一種高穩定性無顆粒型銀基導電墨水，由銀前驅體，其他金屬前驅體，螯合劑或絡合劑以及溶劑組成；其中，銀前驅體，其他金屬前驅體，螯合劑或絡合劑和溶劑的質量百分比分別為10~45%，0.05~1%，10~81.5%和8~79.95%。

所述銀前驅體為硝酸銀、氧化銀以及具有1~3個羧基，0~2個羥基，且碳原子個數為1~17的脂肪族羧酸銀或芳香族羧酸銀或脂環族羧酸銀中的一種或多種的混合物。

所述其他金屬前驅體為銅、鎳、鐵、鈷、鋅的金屬鹽或者氧化物中的一種或數種的混合物。

所述螯合劑或絡合劑為氨水，脂肪胺，醇胺，酰胺，芳香胺中的一種或數種的混合物。

所述溶劑為水和含有1~3個羥基官能團且碳原子個數為1~12的脂肪醇中的一種或多種的混合物。

所述一種高穩定性無顆粒型銀基導電墨水的制備方法，工藝步驟為：按照上述比例先將螯合劑或絡合劑溶解于溶劑中，混合均勻后將銀前驅體和其他金屬前驅體加入到混合液中，在0~25℃下攪拌0.5~12 h至溶解后，過濾得到本發明的高穩定性無顆粒型銀基導電墨水。

所述高穩定性無顆粒型銀基導電墨水在室溫自然光下存放一個月無沉淀，室溫下避光存放3個月無沉淀，低溫避光保存6個月無沉淀生成；其黏度為1~1000 mPa·s，表面張力為20~50 mN/m。

采用本發明的導電墨水制備導電銀膜的方法為：將導電墨水印刷或涂膜于基板上，在空氣中加熱至90~300℃，熱處理5~60min，得到導電銀膜。

所述導電銀膜的電阻率為2.3~44.6μΩ·cm，與基板的附著性良好，用3M，600M膠帶撕拉后無銀膜脫落；而在柔性基板上生成的導電銀膜彎曲50次后銀膜不會損壞，其電阻率比值1<R/R₀<2 (其中R為每次彎折后銀膜的電阻率，R₀為銀膜彎折前的電阻率)。

本發明與現有的技術相比，其優點在于：