[發明專利]一種數碼可控打印銅納米導線的方法

在審

• 申請號: 202010900271.8
• 申請日: 2020-09-01
• 公開（公告）號: CN112024904A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 徐文濤;徐雯龍;劉璐
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B22F9/22
• 分類號: B22F9/22;B22F1/00;B22F3/00;B33Y10/00;B33Y80/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為一種數碼可控打印銅納米導線的方法。該方法包括如下步驟：將聚乙烯吡咯烷酮、三氟乙酸銅溶于混合溶劑中，常溫攪拌0.5～24小時，制備為前驅體溶液；然后利用電流體噴印設備將前驅體溶液打印，得到納米線陣列；將納米線陣列在空氣氣氛下300～500℃下煅燒30?120分鐘，再置于管式爐中，在氫氣氣氛下300～500℃煅燒1～5小時，得到銅納米導線。本發明得到的銅納米導線透光率高、尺寸可控、排列整齊，可用于場效應晶體管、傳感器等領域，具有操作簡單、工藝簡便、可大規模制備的優點。

技術領域：

本發明屬于先進材料制造領域，具體來說，本發明涉及一種數碼可控打印銅納米導線的方法。

背景技術：

納米線在各種電子應用中得到開發，在能源收集、存儲、邏輯電路、光電子、生物電子和人工智能等諸多領域中具有巨大的發展潛力。其中無機納米線被認為是克服傳統光刻方法局限性的理想納米電子元件。目前還沒有技術可以通過單獨的定位和校準控制來實現納米線的大規模定向制備，不能單獨精確控制納米線的長度、方向、位置和數量，從而制造出大規模對齊的納米線陣列。在傳統集成電路工業，多采用蝕刻方法制備銅導線，大部分的沉積金屬會被溶解刻蝕。產生大量的廢液。因此為避免傳統光刻技術中氧化物層的沉積和成圖過程復雜，以及現有的無機納米線制備技術中的對準困難，需要一種新的技術。

基于此問題導向，我們通過自主研發的數碼可控納米線打印技術，把功能性導電墨水印制到基材形成電子元器件和電路等電子產品，具有操作簡單、成本低、個性化、綠色環保、等優點，解決了現有的技術所制備的納米線結構的排列無序的國際性難題，并保留了所有的貴重金屬，大大降低了生產成本，提高了材料利用率。

發明內容：

本發明的目的為針對當前技術中存在的不足，提供一種數碼可控打印銅納米導線的方法。該方法以N,N-二甲基甲酰胺和四氫呋喃為混合溶劑，溶解聚乙烯吡咯烷酮、三氟乙酸銅制得前驅體溶液，然后利用高分辨率電流體噴印設備打印出納米線陣列，經高溫退火及低溫還原后制備出銅納米導線。本發明得到的銅納米導線透光率高、尺寸可控、排列整齊，可用于場效應晶體管、傳感器等領域，解決了現有技術制備納米導線工序繁瑣、操作困難及污染嚴重的問題，具有操作簡單、工藝簡便、可大規模制備的優點，并且制得的銅納米導線導電性能優異，具有的導電參數與塊狀銅具有同一數量級。

本發明的技術方案為：

一種數碼可控打印銅納米導線的方法，該方法包括如下步驟：

(1)將N,N-二甲基甲酰胺與四氫呋喃混合，得到混合溶劑；

其中，質量比為，N,N-二甲基甲酰胺：四氫呋喃＝1～4:1；

(2)將聚乙烯吡咯烷酮、三氟乙酸銅溶于混合溶劑中，常溫攪拌0.5～24小時，制備為前驅體溶液；

其中，質量比為，聚乙烯吡咯烷酮：三氟乙酸銅＝1:1～3；前驅體溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的質量濃度為5～15％；

(3)利用電流體噴印設備將前驅體溶液打印，得到納米線陣列；

其中，注射器針頭和接收面之間的電壓為0.5～2.5kV、注射器針頭距基板的距離為1～6mm，將注射器針頭出液流量設置為1～50nl/min，將基板運動速度設置為300～1000mm/s；

(4)將納米線陣列在空氣氣氛下300～500℃下煅燒30-120分鐘，再置于管式爐中，在氫氣氣氛下300～500℃煅燒1～5小時，得到銅納米導線；

所述的銅納米導線的直徑為50～5000nm，間距為5-1000μm。

本發明的實質性特點為：