[發(fā)明專利]一種納米銀包銅導(dǎo)電墨水的室溫?zé)Y(jié)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811028936.X
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN109280424B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王濤;戴小鳳
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: C09D11/52
• 分類號: C09D11/52
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

本發(fā)明公開了屬于導(dǎo)電墨水領(lǐng)域的一種納米銀包銅導(dǎo)電墨水的室溫?zé)Y(jié)方法。該方法包括以下步驟：a、用印刷機(jī)或涂膜機(jī)等將墨水印制或涂覆在柔性薄膜基材上；b、將步驟a的膜浸泡于0?50v％醇胺溶液中0?1h，再用親水性溶劑清洗2?4遍，擦干；c、重復(fù)a和b步驟進(jìn)行重復(fù)印制或涂覆，達(dá)到所需印制層厚度；d、將步驟c的膜浸泡于0～40w％的還原劑溶液中0?30min，再用水清洗2?4遍，擦干。本發(fā)明采用上述化學(xué)燒結(jié)方法制得的金屬薄層電阻率低，實現(xiàn)了納米銅包銀墨水在室溫空氣中燒結(jié)，可用于多種熱敏及柔性基材。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于導(dǎo)電墨水領(lǐng)域，特別涉及一種納米銀包銅導(dǎo)電墨水的室溫?zé)Y(jié)方法。

背景技術(shù)

近年來，電子功能材料中的金屬納米材料具有易于靈活連接，便于實現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)、化學(xué)性質(zhì)活潑等特點，逐漸成為微電子領(lǐng)域的研究熱點。其中，納米銀包銅不僅保持了銅和銀的高導(dǎo)電性，還能夠降低銅的氧化性及銀的電遷移，是一種理想的導(dǎo)電填料。然而納米顆粒表面的穩(wěn)定劑會阻止顆粒之間形成導(dǎo)電通路。因此對印制圖案進(jìn)行后續(xù)的燒結(jié)處理是必要的。

目前，對納米銀包銅導(dǎo)電墨水的燒結(jié)，絕大部分采用加熱的方式進(jìn)行燒結(jié)。傳統(tǒng)的加熱燒結(jié)雖然簡單易行，但是往往需要在惰性氣氛中進(jìn)行，防止銀殼層受熱破壞而暴露銅核發(fā)生氧化。Michael Grouchko等(J.Mater.Chem.2009,19,3057.)研究發(fā)現(xiàn)銀殼在200℃條件下就會被破壞，導(dǎo)致銅核的氧化。此外，為了形成連續(xù)的導(dǎo)電相，需要進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)。然而，加熱燒結(jié)存在以下弊端：第一，高溫?zé)Y(jié)能耗大，對設(shè)備要求高；第二，惰性氣氛保護(hù)，增大了生產(chǎn)成本和操作難度；第三，較高的加熱溫度限制了基材的選擇，特別是熱敏性基材，比如紙張、塑料、織物等都不能承受超過150℃的高溫。因此，研究者將視線轉(zhuǎn)移到微波燒結(jié)、激光燒結(jié)、紅外燒結(jié)、等離子燒結(jié)等新興的燒結(jié)方式，通過局部快速加熱的方式減小對基材的破壞。但其根本原理仍然是加熱燒結(jié)，對基材的保護(hù)有限，并且需要昂貴的設(shè)備支持。因此，低溫下實現(xiàn)空氣中的燒結(jié)仍然是印制電子的一大難點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種納米銀包銅導(dǎo)電墨水的室溫?zé)Y(jié)方法，其特征在于，所述方法采用還原性電解質(zhì)溶液抑制銀包銅納米材料的原電池腐蝕，依據(jù)納米顆粒在電解質(zhì)溶液中的自團(tuán)聚效應(yīng)實現(xiàn)室溫空氣中燒結(jié)，解決傳統(tǒng)高溫?zé)Y(jié)帶來的弊端。具體方法包括以下步驟：

(1)將納米銀包銅分散在溶劑中，配制成固含量為10～80w％的墨水，放入超聲清洗器中超聲2h，獲得導(dǎo)電墨水。

其中的納米銀包銅包括直徑小于100nm的銀包銅納米顆粒和納米線。

其中的溶劑包括親水性溶劑和疏水性溶劑。親水性溶劑為水、甲醇、乙醇和乙二醇中的一種或多種，疏水性溶劑為己烷、辛烷或甲苯。

(2)將步驟(1)制得的導(dǎo)電墨水印制或涂膜于柔性薄膜基材上，形成圖形或涂層。

(3)將步驟(2)制得的膜浸泡于0～50v％醇胺的醇類溶劑溶液中0-1h，用醇胺將納米銀包銅材料表面的疏水性穩(wěn)定劑取代下來，使得印制或涂覆的圖形表面由疏水性變?yōu)橛H水性。再用醇類溶劑清洗2～4遍，擦干。

其中的醇胺為乙醇胺、1-氨基-2-丙醇或2-氨基正丁醇，醇類溶劑為甲醇、乙醇或異丙醇。

(4)重復(fù)(2)和(3)步驟，達(dá)到所需的印制層厚度；

(5)將步驟(4)的膜浸泡于0～40w％的還原劑水溶液中0-30min，再用水清洗2～4遍，擦干。

其中的還原劑為硼氫化鈉、水合肼或甲醛。

(6)由四探針測試儀測定膜的方塊電阻，掃描電子顯微鏡(SEM)測定膜厚度，計算得出膜的電阻率。

本發(fā)明的有益效果為：