一種高穩(wěn)定性無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于導(dǎo)電墨水技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高穩(wěn)定性無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)電墨水是微電子技術(shù)領(lǐng)域近幾年來的一項重要革新，可以應(yīng)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(fā)光二極管(OLED)等。應(yīng)用導(dǎo)電墨水進行印刷具有成本低、能耗低、污染低、能夠?qū)崿F(xiàn)高效率、大面積、柔性化制造的特點。
[0003]銀在所有金屬中是導(dǎo)電性最好的一種金屬，是價格最便宜的貴金屬，其化學(xué)惰性較強，不易被氧化，在導(dǎo)電墨水的研宄中備受青睞。
[0004]銀基導(dǎo)電墨水可分為顆粒型和無顆粒型兩種。顆粒型銀基導(dǎo)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(dǎo)電墨水，其實質(zhì)是導(dǎo)電顆粒的分散體系。對于顆粒型銀基導(dǎo)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(dǎo)電性受到嚴(yán)重影響。此外，顆粒型銀基導(dǎo)電墨水在印刷中會堵塞噴頭，并且穩(wěn)定性較低，會出現(xiàn)顆粒沉降、團聚等問題。無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水是由銀的前驅(qū)體、溶劑、和一些助劑組成，其實質(zhì)是金屬銀前驅(qū)體溶液或者是銀前驅(qū)體與螯合劑或絡(luò)合劑生成的螯合物或絡(luò)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(jīng)過后續(xù)熱處理后其中的有機溶劑完全揮發(fā)，而銀絡(luò)合物則分解成具有導(dǎo)電性的金屬銀。無顆粒型導(dǎo)電墨水的優(yōu)勢在于可低溫分解并具有較高的導(dǎo)電性能，但其穩(wěn)定性一直是研宄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(dǎo)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(zhì)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(yōu)勢。故無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水常需要儲存在避光低溫處，其較短的保質(zhì)期以及低溫避光保存要求為無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水的商業(yè)化生產(chǎn)、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(dǎo)電墨水的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的各種問題，本發(fā)明提供一種高穩(wěn)定性無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水及其制備方法。本發(fā)明的無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水穩(wěn)定性強，可在室溫自然光下存放I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(xiàn)工業(yè)化。并且將本發(fā)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(xiàn)良好的導(dǎo)電性能。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種高穩(wěn)定性無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水，由銀前驅(qū)體，其他金屬前驅(qū)體，螯合劑或絡(luò)合劑以及溶劑組成；其中，銀前驅(qū)體，其他金屬前驅(qū)體，螯合劑或絡(luò)合劑和溶劑的質(zhì)量百分比分別為 10-45%, 0.05-1%, 10-81.5% 和 8-79.95%。
[0006]所述銀前驅(qū)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(shù)為1~17的脂肪族羧酸銀或芳香族羧酸銀或脂環(huán)族羧酸銀中的一種或多種的混合物。
[0007]所述其他金屬前驅(qū)體為銅、鎳、鐵、鈷、鋅的金屬鹽或者氧化物中的一種或數(shù)種的混合物。
[0008]所述螯合劑或絡(luò)合劑為氨水，脂肪胺，醇胺，酰胺，芳香胺中的一種或數(shù)種的混合物。
[0009]所述溶劑為水和含有1~3個羥基官能團且碳原子個數(shù)為1~12的脂肪醇中的一種或多種的混合物。
[0010]所述一種高穩(wěn)定性無顆粒型銀基導(dǎo)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(luò)合劑溶解于溶劑中，混合均勻后將銀前驅(qū)體和其他金屬前驅(qū)體加入到混合液中，在0~25°C下攪拌0.5-12 h至溶解后，過濾得到本發(fā)明的高穩(wěn)定性無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水。
[0011 ] 所述高穩(wěn)定性無顆粒型銀基導(dǎo)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。
[0012]采用本發(fā)明的導(dǎo)電墨水制備導(dǎo)電銀膜的方法為:將導(dǎo)電墨水印刷或涂膜于基板上，在空氣中加熱至90~300°C，熱處理5~60min，得到導(dǎo)電銀膜。
[0013]所述導(dǎo)電銀膜的電阻率為2.3-44.6 μ Ω.αιι，與基板的附著性良好，用3Μ，600Μ膠帶撕拉后無銀膜脫落；而在柔性基板上生成的導(dǎo)電銀膜彎曲50次后銀膜不會損壞，其電阻率比值I<R/R0<2 (其中R為每次彎折后銀膜的電阻率，&為銀膜彎折前的電阻率)。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，其優(yōu)點在于:
1、本發(fā)明制備的無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水，摻有微量的其他金屬，提高了銀基墨水的穩(wěn)定性，在室溫自然光下存放一個月無沉淀生成，室溫避光存放3個月無沉淀生成，低溫避光存放6個月無沉淀生成。
[0015]2、本發(fā)明制備的無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水黏度為1~1000 mPa *s，表面張力為20~50mN/m，優(yōu)于現(xiàn)有的無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水。
[0016]3、本發(fā)明制備的無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水可在空氣中加熱至90~300°C，熱處理得到的銀膜電阻率在2.3-44.6 μ Ω.cm，與普通無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水制備的銀膜電阻率相差無幾；并且銀膜與基板的附著性良好，用3Μ，600Μ膠帶撕拉后無銀膜脫落；而在柔性基板上生成的導(dǎo)電銀膜彎曲50次后銀膜不會損壞，其電阻率比值1〈1?/%〈2 (其中R為每次彎折后銀膜的電阻率，Rtl為銀膜彎折前的電阻率；此外，采用本發(fā)明的導(dǎo)電墨水制備的導(dǎo)電銀膜可用于多種材質(zhì)，如塑料、硅、玻璃、陶瓷、紙張等，還可應(yīng)用于多種如絲網(wǎng)印刷、噴墨打印、凹版印刷、凸版印刷、平板印刷等印刷方法和如刮刀涂布、絲棒涂布、旋轉(zhuǎn)涂布、噴涂、浸涂等多種涂膜方法。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實施例1的高穩(wěn)定性無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水與普通無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水在不同存放條件下的紫外吸收對比圖。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明實施例中采用的銀前驅(qū)體，其他金屬前驅(qū)體，螯合劑或絡(luò)合劑以及溶劑均為市售產(chǎn)品。
[0019]實施例1
高穩(wěn)定性無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水，按照質(zhì)量百分比由30.02%乙酸銀，0.08%氧化銅，18%氨水以及51.9%乙醇組成。制備方法為:
按照上述比例先將氨水溶解于乙醇中，混合均勻后將乙酸銀和氧化銅加入到混合液中，在10°C下攪拌3 h至溶解后，過濾得到本實施例的高穩(wěn)定性無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水，其黏度為1.9 mPa *s，表面張力為30 mN/m ;將導(dǎo)電墨水旋轉(zhuǎn)涂膜于PET基板上，150°C下熱處理lOmin，膜電阻率為3.2 μ Ω.cm。
[0020]實施例2
高穩(wěn)定性無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水，按照質(zhì)量百分比由45%草酸銀，0.05%草酸銅，14%乙二胺以及40.95%異丙醇組成。制備方法為:
按照上述比例先將乙二胺溶解于異丙醇中，混合均勻后將草酸銀和草酸銅加入到混合液中，在25°C下攪拌0.5 h至溶解后，過濾得到本實施例的高穩(wěn)定性無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水，其黏度為20.9 mPa.s，表面張力為25 mN/m ;將導(dǎo)電墨水刮刀涂布于PET基板上，130°C下熱處理30 min，膜電阻率為5.2 μ Ω.cm。
[0021]實施例3
高穩(wěn)定性無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水，按照質(zhì)量百分比由40% 丁酸銀，1%硝酸鎳，37%異丙胺，15%甲醇以及7%乙二醇組成。制備方法為:
按照上述比例先將異丙胺溶解于甲醇和乙二醇混合溶液中，混合均勻后將丁酸銀和硝酸鎳加入到混合液中，在0°C下攪拌8 h至溶解后，過濾得到本實施例的高穩(wěn)定性無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水，其黏度為2.5 mPa.S，表面張力為23 mN/m ;將導(dǎo)電墨水絲棒涂膜于玻璃基板上，200°C下熱處理5 min，膜電阻率為9 μ Ω.cm。
[0022]實施例4
高穩(wěn)定性無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水，按照質(zhì)量百分比由25%丙二酸銀，0.5%醋酸亞鐵，30%氨水以及44.5%異丙醇組成。制備方法為:
按照上述比例先將氨水溶解于異丙醇溶液中，混合均勻后將丙二酸銀和醋酸亞鐵加入到混合液中，在15°C下攪拌12 h至溶解后，過濾得到本實施例的高穩(wěn)定性無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水，其黏度為I mPa.S，表面張力為50 mN/m ;噴墨打印于PI基板，150°C下熱處理20min，膜電阻率為7 μ Ω.cm。
[0023]實施例5
高穩(wěn)定性無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水，按照質(zhì)量百分比由18%乙酸銀，0.3%乙酸鈷，30%乙二胺，22%乙胺以及29.7%丙三醇組成。制備方法為:
按照上述比例先將乙二胺和乙胺的混合溶液溶解于丙三醇溶液中，混合均勻后將乙酸銀和乙酸鈷加入到混合液中，在25°C下攪拌9 h至溶解后，過濾得到本實施例的高穩(wěn)定性無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水，其黏度為1000 mPa *s，表面張力為36 mN/m ;絲網(wǎng)印刷于PI基板，250°C下熱處理5 min，膜電阻率為7.3 μ Ω.cm。
[0024]實施例6 高穩(wěn)定性無顆粒型銀基導(dǎo)電墨水，按照質(zhì)量百分比由20%硝酸銀，0.1%硬脂酸鋅，10%乙醇胺，12%正丁胺，30%乙二醇以及27.9%異丙醇組成。制備方法為:
按照上述比例先將乙醇胺和正丁胺的混合溶液溶解于乙二醇和異丙醇的混合溶液中，混合均勻后