[發(fā)明專利]一種水系納米墨水及配制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910860080.0
• 申請日: 2019-09-11
• 公開（公告）號: CN110408268B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田艷紅;王尚;杭春進;鄭振
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C09D11/52
• 分類號: C09D11/52;C09D11/033;C09D11/03
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

一種水系納米墨水及配制方法，屬于印刷電子技術(shù)領(lǐng)域，具體技術(shù)方案如下：一種水系納米墨水，包括金屬鹽、納米導(dǎo)電材料、表面活性劑和溶劑，所述金屬鹽的摩爾濃度為0.1mmol/L?100mmol/L，所述納米導(dǎo)電材料的摩爾濃度為0.1mol/L?1mol/L，所述表面活性劑的摩爾濃度為0.1mmol/L?100mmol/L；本發(fā)明所述的水系納米墨水無需高溫?zé)Y(jié)固化，印刷后采用自然光或紫外光照就可以實現(xiàn)墨水的固化連接，短時間的光照處理就能大幅降低電路的電阻，提高印刷電路整體導(dǎo)電率；連接成本低廉，無需復(fù)雜的操作設(shè)備，操作方便，易應(yīng)用于印刷電子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于印刷電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水系納米墨水及配制方法。

背景技術(shù)

得益于納米材料制備技術(shù)的發(fā)展，印刷電子技術(shù)在柔性電子、納米光電路和有機電子等領(lǐng)域取得了諸多成就。目前，已開發(fā)出多種針對柔性器件的印刷方法，如噴墨打印、絲網(wǎng)印刷、凹版印刷、電流體噴印等，但是，為了實現(xiàn)電子圖案的高精度印刷，還需要制備與以上印刷技術(shù)相匹配的電子墨水材料。

根據(jù)材料的主要組分，可以把印刷墨水分為有機聚合物墨水和無機納米墨水兩種。有機聚合物墨水通常使用有機導(dǎo)電高分子材料作為導(dǎo)電填料，但是有機導(dǎo)電高分子材料的電導(dǎo)率較低，化學(xué)性能不穩(wěn)定，其應(yīng)用范圍受到了限制。無機納米墨水主要是使用納米級的金屬粒子作為導(dǎo)電填料，金屬粒子具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，同時制造工藝簡單，因此無機納米墨水在印刷電子墨水中占據(jù)主導(dǎo)地位。但大多數(shù)印刷墨水均含有大量的有機組分，墨水必須經(jīng)過固化與燒結(jié)處理才能實現(xiàn)墨水中導(dǎo)電體之間的可靠連接，以最大化印制線路的電學(xué)性能。

固化處理決定著印刷器件最終的電學(xué)性能和工作穩(wěn)定性。為了實現(xiàn)無機納米墨水中金屬納米顆粒或金屬納米線之間良好的物理連結(jié)，常采用高溫加熱的方式對圖案進行燒結(jié)，而高溫會造成柔性基底不可逆的損傷(如PET在150℃左右會發(fā)生明顯變形)，降低了印刷器件的性能，也導(dǎo)致了器件壽命大幅降低。近年來，國內(nèi)外的學(xué)者們提出了多種低溫或室溫連接方法，如等離子體連接法、焦耳熱連接法、微波連接法和化學(xué)連接法等納米級金屬粒子的連接方法，但是現(xiàn)有的連接方案無法與印刷工藝完全兼容，還會損失納米材料的部分性能。

因此，亟需開發(fā)適用于印刷電子的可快速固化的綠色環(huán)保印刷墨水。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一個目的是提供一種水系納米墨水，使用此墨水印刷后的電路在室溫、大氣條件下經(jīng)紫外線照射處理就能制備出具有低表面電阻、高工作可靠性等性能優(yōu)異的印刷器件。

本發(fā)明的第二個目的是提供一種水系納米墨水的配制方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種水系納米墨水，包括無機金屬鹽、納米金屬導(dǎo)電材料、表面活性劑和溶劑，所述無機金屬鹽的摩爾濃度為0.1mmol/L-100mmol/L，所述納米金屬導(dǎo)電材料的摩爾濃度為0.1mol/L-1mol/L，所述表面活性劑的摩爾濃度為0.1mmol/L-100mmol/L。

進一步的，所述納米金屬導(dǎo)電材料為銀納米線、銀納米顆粒、銅納米線、銅納米顆粒、金納米顆粒、金納米線中的一種或多種組合。

進一步的，所述無機金屬鹽為硝酸銀、氯化鎳和氯酸金中的一種或多種組合，所述無機金屬鹽的選擇依據(jù)為：無機金屬鹽中的任意一種金屬元素的活潑性大于等于所述納米金屬導(dǎo)電材料中任意一種金屬元素的活潑性。

進一步的，所述表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，其分子量為33000-360000。

進一步的，所述溶劑為去離子水或蒸餾水。

一種所述的可快速固化連接的水系納米墨水的配制方法，包括以下步驟：

步驟一：按配比量將無機金屬鹽溶解在溶劑中，制得溶液A；