CN105504998A - 一种可低温烧结有机金属导电墨水及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及导电墨水技术领域，具体地说是一种可低温烧结有机金属导电墨水及其制备方法。一种可低温烧结有机金属导电墨水，其特征在于：包括银盐、溶剂、络合剂、粘度调节剂和表面活性剂，其中银盐的重量百分比含量为10-25%，溶剂的重量百分比含量为30-60%，络合剂的重量百分比含量为20~40%，粘度调节剂的重量百分比含量为0.1%-5.0%，表面活性剂的重量百分比为0.1%~3.0%。同现有技术相比，提供一种稳定性良好，可低温烧结的有机金属导电墨水及其制备方法，该导电墨水能在较低的烧结温度下得到良好的导电性，并且可打印在多种基材上，可用于柔性电子的印制。

Description

一种可低温烧结有机金属导电墨水及其制备方法

技术领域

本发明涉及导电墨水技术领域，具体地说是一种可低温烧结有机金属导电墨水及其制备方法。

背景技术

随着对电子设备高精度高集成度的需求，喷墨打印技术逐渐在印制电子领域崭露头角。由于喷墨打印可以实现按需喷墨，并且快速、便捷，相对于传统的模版式印刷，可以减少原料的浪费，因此吸引了各方面相关人员的研究。在喷墨印制电子方面，主要涉及到的是打印机、墨水和基材。三者之间必须有良好的适应性才能得到性能良好的器件。为实现高精度，喷墨打印机的喷头的孔径要尽可能的小，在这方面，市场上已经有1pl的墨盒，通过调节打印参数，可以得到良好的墨滴。基材方面，可以通过一定的处理方式对基材表面进行改性，以使墨水在基材上能有良好的成膜性能。因此，最关键的就是可用于喷墨打印的墨水。该墨水必须既要能适应打印机，得到良好的墨滴，又要能具备良好的导电性，并且在使用过程中性能不会发生劣化，影响使用。满足这些性能的导电墨水可以应用于射频识别（RFID）、有机发光二极管（OLED）、印刷电路板（PCB）、柔性传感器等方面。

常用的导电墨水中的导电材料可以分为两类，一类是非金属，一类是金属。在非金属导电墨水中，主要是碳系材料，但是其导电性低于金属，因此金属系导电墨水的应用更为广阔。在金属材料中，导电性好的首先要数金银铜了。但是金的价格相对来说是最贵的，因此应用的不是很广泛。银的价格次之，铜是最便宜的。但是铜存在一个最大的问题就是氧化。特别是尺寸越小越容易氧化。因此，在导电墨水方面，占主导的要数银导电墨水。

银导电墨水可以分为两类，颗粒型和无颗粒型。对于颗粒型银导电墨水来说，主要是制备出粒径很小的银颗粒，并且要能够良好的分散开，不发生团聚，以免堵塞打印机喷头，然后将这些颗粒分散在溶剂中，调节粘度和表面张力，即可得到颗粒型导电墨水。对于颗粒型导电墨水，颗粒的制备过程比较复杂，通常需要通过高速离心以得到颗粒。另外，在存储过程中，一旦颗粒发生部分团聚，那么就会出现堵塞喷头的现象。针对这些特点，无颗粒型墨水可以避开这些潜在问题。因此，无颗粒型导电墨水具有潜在的应用价值。

为了实现柔性印刷，需要墨水能够在较低的温度下实现烧结。常用的塑料基材包括PET和PI，其中PI可承受的温度较高，但是价格较贵。PET价格便宜，但是可承受的做高温度约150℃左右。因此，若要用于柔性喷墨印刷，墨水必须在150℃以下就可实现完全烧结，具有可满足应用的导电性。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供一种稳定性良好，可低温烧结的有机金属导电墨水及其制备方法，该导电墨水能在较低的烧结温度下得到良好的导电性，并且可打印在多种基材上，可用于柔性电子的印制。

为实现上述目的，设计一种可低温烧结有机金属导电墨水，其特征在于：包括银盐、溶剂、络合剂、粘度调节剂和表面活性剂，其中银盐的重量百分比含量为10-25%，溶剂的重量百分比含量为30-60%，络合剂的重量百分比含量为20~40%，粘度调节剂的重量百分比含量为0.1%-5.0%，表面活性剂的重量百分比为0.1%~3.0%。

所述的银盐为碳酸银、硝酸银、柠檬酸银、醋酸银、新癸酸银、β-酮酸银、2-[2-(2-甲氧乙氧基)乙氧基]醋酸银、月桂酸银、草酸银中的一种或多种混合。

所述的溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、一缩二乙二醇、丙三醇、异丙醇、1,2-丙二醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单丁醚、聚乙二醇200、聚乙二醇400、甲苯中的一种或多种混合。

所述的络合剂为氨水、乙二胺、异丙胺、草酸铵、环己胺、甲酰胺、二乙胺、三乙胺、正丁胺、正辛胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、2-（乙氨基）乙醇、2-（二甲氨基）乙醇、2-（二乙氨基）乙醇、1-氨基-2-丙醇（异丙醇胺）、乙基二乙醇胺、丁基二乙醇胺中的一种或多种混合。

所述的粘度调节剂为聚乙二醇200、聚乙二醇-300、聚乙二醇-400、乙二醇、丙三醇、一缩二乙二醇、1,2-丙二醇、松油醇中的一种或多种混合；或者为导电高分子聚噻吩或聚乙炔；所述的聚噻吩为聚3-甲基噻吩、聚3-乙基噻吩、聚3-丙基噻吩、聚3-丁基噻吩、聚3-戊基噻吩、聚3-己基噻吩、聚3-庚基噻吩、聚3-辛基噻吩、聚3-壬基噻吩、聚3.4-乙烯二氧噻吩、聚苯基噻吩中的一种或多种混合；所述的聚乙炔为聚（2,5-二庚基）对苯撑乙炔。

所述的表面活性剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚苯乙烯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺、十六烷基三甲基溴化铵、抗坏血酸中的一种或多种混合。

一种可低温烧结有机金属导电墨水的制备方法，具体制备流程如下：

（1）以醇类作为溶剂，加入适量的胺类作为络合剂，在室温下搅拌约30min；

（2）将适量银盐加入步骤（1）所制得的溶液中搅拌至沉淀完全溶解；

（3）将步骤（2）所制得的溶液用0.22um针孔式滤膜过滤，得到橙黄色溶液；（4）将表面活性剂、粘度调节剂加入步骤（3）所制得的溶液中，搅拌均匀，即得到可低温烧结有机金属导电墨水。

所述的可低温烧结有机金属导电墨水为橙黄色澄清溶液。

所述的可低温烧结有机金属导电墨水的银含量在5%~20%之间。

所述的可低温烧结有机金属导电墨水的烧结温度可低至90℃，优选的烧结温度为100℃~140℃。

所述的可低温烧结有机金属导电墨水可以通过普通喷墨打印机打印在不同的基材上，经低温处理后的可低温烧结有机金属导电墨水可以得到导电性良好，附着能力强的导电图案，所述的基材可以是玻璃、塑料、硅片、纸张等。

为了适合喷墨打印，可低温烧结有机金属导电墨水的粘度为2cP~20cP，优选的为5cP~12cP。

本发明同现有技术相比，提供一种稳定性良好，可低温烧结的有机金属导电墨水及其制备方法，该导电墨水能在较低的烧结温度下得到良好的导电性，并且可打印在多种基材上，可用于柔性电子的印制。

该导电墨水的制备方法简单，通过将银盐加入配好的溶液中，搅拌至完全溶解后过滤，即可得到，为了适应于不同的打印机，需要对粘度及表面张力进行一定的调节。

本发明的可低温烧结有机金属导电墨水为澄清溶液，粘度在2~20cP，银含量在5%~20%，并且气味较为温和，不会对人体和环境产生太大伤害，适用于普通家用打印机，制备的电路具有良好的导电性。

附图说明

图1为本发明实施例1中的导电墨水的热分析曲线。

图2为本发明实施例1中的导电墨水在90℃烧结的扫描电镜图。

图3为本发明实施例1中的导电墨水经不同温度和不同时间处理后的银膜的方块电阻。

图4为本发明实施例2中得到的导电银膜的XRD图谱。

具体实施方式

实施例1

将15ml的2-氨基-2-甲基-1-丙醇与22.5ml的甲醇混合均匀，搅拌30min后，加入4g碳酸银，继续搅拌，直至完全溶解，然后经0.22um针孔式滤膜过滤，得到橙黄色导电墨水。

所得墨水的热分析曲线如图1所示，从图中可以看出银含量约为13%。所得墨水滴在载玻片上，在90℃烧结20min后，其表面形貌如图2所示。方块电阻为0.019Ω/□。由BrookfieldLV-Ⅱ型旋转粘度计测得该墨水的粘度为5.2cP。

将所制备的墨水加入爱普生R230打印机墨盒中，打印两遍后在不同温度不同时间下进行热处理，其方块电阻与温度和时间的关系如图3所示。

实施例2

将15ml的2-氨基-2-甲基-1-丙醇与15ml的甲醇混合均匀，搅拌30min后，加入4g碳酸银，继续搅拌，直至完全溶解，然后经0.22um针孔式滤膜过滤，得到橙黄色导电墨水。

向上述墨水中加入少量表面活性剂和粘度调节剂。由BrookfieldLV-Ⅱ型旋转粘度计测得该墨水的粘度为8.3cP。经140℃热处理10min，方块电阻为0.035Ω/□。对得到的银膜进行XRD表征，如图4所示。

实施例3

将12ml的1-氨基-2-丙醇与24ml的甲醇混合均匀，搅拌30min后，加入4g碳酸银，继续搅拌，直至完全溶解，然后经0.22um针孔式滤膜过滤，得到橙黄色导电墨水。

向上述墨水中加入少量表面活性剂和粘度调节剂。由BrookfieldLV-Ⅱ型旋转粘度计测得该墨水的粘度为4cP。经140℃热处理10min，方块电阻为0.045Ω/□。

Claims (10)

1.一种可低温烧结有机金属导电墨水，其特征在于：包括银盐、溶剂、络合剂、粘度调节剂和表面活性剂，其中银盐的重量百分比含量为10-25%，溶剂的重量百分比含量为30-60%，络合剂的重量百分比含量为20~40%，粘度调节剂的重量百分比含量为0.1%-5.0%，表面活性剂的重量百分比为0.1%~3.0%。

2.根据权利要求1所述的一种可低温烧结有机金属导电墨水，其特征在于：所述的银盐为碳酸银、硝酸银、柠檬酸银、醋酸银、新癸酸银、β-酮酸银、2-[2-(2-甲氧乙氧基)乙氧基]醋酸银、月桂酸银、草酸银中的一种或多种混合。

3.根据权利要求1所述的一种可低温烧结有机金属导电墨水，其特征在于：所述的溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、一缩二乙二醇、丙三醇、异丙醇、1,2-丙二醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单丁醚、聚乙二醇200、聚乙二醇400、甲苯中的一种或多种混合。

4.根据权利要求1所述的一种可低温烧结有机金属导电墨水，其特征在于：所述的络合剂为氨水、乙二胺、异丙胺、草酸铵、环己胺、甲酰胺、二乙胺、三乙胺、正丁胺、正辛胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、2-（乙氨基）乙醇、2-（二甲氨基）乙醇、2-（二乙氨基）乙醇、1-氨基-2-丙醇（异丙醇胺）、乙基二乙醇胺、丁基二乙醇胺中的一种或多种混合。

5.根据权利要求1所述的一种可低温烧结有机金属导电墨水，其特征在于：所述的粘度调节剂为聚乙二醇200、聚乙二醇300、聚乙二醇400、乙二醇、丙三醇、一缩二乙二醇、1,2-丙二醇、松油醇中的一种或多种混合；或者为导电高分子聚噻吩或聚乙炔；所述的聚噻吩为聚3-甲基噻吩、聚3-乙基噻吩、聚3-丙基噻吩、聚3-丁基噻吩、聚3-戊基噻吩、聚3-己基噻吩、聚3-庚基噻吩、聚3-辛基噻吩、聚3-壬基噻吩、聚3.4-乙烯二氧噻吩、聚苯基噻吩中的一种或多种混合；所述的聚乙炔为聚（2,5-二庚基）对苯撑乙炔。

6.根据权利要求1所述的一种可低温烧结有机金属导电墨水，其特征在于：所述的表面活性剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚苯乙烯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺、十六烷基三甲基溴化铵、抗坏血酸中的一种或多种混合。

7.一种可低温烧结有机金属导电墨水的制备方法，其特征在于：具体制备流程如下：

（1）以醇类作为溶剂，加入适量的胺类作为络合剂，在室温下搅拌约30min；

（2）将适量银盐加入步骤（1）所制得的溶液中搅拌至沉淀完全溶解；

（3）将步骤（2）所制得的溶液用0.22um针孔式滤膜过滤，得到橙黄色溶液；（4）将表面活性剂、粘度调节剂加入步骤（3）所制得的溶液中，搅拌均匀，即得到可低温烧结有机金属导电墨水。

8.根据权利要求7所述的一种可低温烧结有机金属导电墨水的制备方法，其特征在于：所述的可低温烧结有机金属导电墨水为橙黄色澄清溶液。

9.根据权利要求7所述的一种可低温烧结有机金属导电墨水的制备方法，其特征在于：所述的可低温烧结有机金属导电墨水的银含量在5%~20%之间。

10.根据权利要求7所述的一种可低温烧结有机金属导电墨水的制备方法，其特征在于：所述的可低温烧结有机金属导电墨水的烧结温度可低至90℃，优选的烧结温度为100℃~140℃。