[发明专利]导电材料

说明书

技术领域

[001]本发明涉及在电子器件中使用的导电材料。该材料包括聚合物颗粒、导电颗粒和液体介质，所述液体介质在固化后消散，以提供导电膜。

背景技术

[002]在许多不同的电子应用中使用导电材料。这类材料通常是聚合物基的并且含有金属导电填料如银粉或银片。在应用和固化后，导电金属在聚合物基质中形成渗流网络(percolated network)，其提供了导电通道。典型的电子涂料和导电粘合剂需要非常高的导电填料装载量，其中，由于渗流阈高，导电填料通常占组合物的大约70-85wt％。与聚合物的相对低成本相对，由于导电金属——其通常为导电组合物中最昂贵的组分——的高成本，此类涂料和粘合剂通常是非常昂贵的。因此，提供含有体积减少的金属导电填料材料的较低成本的导电组合物将是有利的。

发明内容

[003]本发明涉及用于制造导电组合物的材料，所述组合物含有聚合物颗粒、导电颗粒和液体介质。该材料处于液体/乳状液形式，直到其固化，此时，其形成导电组合物。所述组合物包含较大尺寸的聚合物颗粒以及较小的金属或其它导电填料颗粒，例如纳米颗粒大小的填料颗粒。较大的聚合物颗粒在材料基质中产生排除体积(excludedvolume)，并且降低了导电填料颗粒的渗流阈，以提供具有减小的导电填料体积分数的导电材料。在热处理后——这引起金属导电填料颗粒烧结在一起形成高度导电的网络，该材料的导电性进一步增加。

附图说明

[004]图1是在液体介质中填充聚合物颗粒和导电填料颗粒的示意图。

[005]图2是干燥后聚合物颗粒和导电填料颗粒的示意图。

[006]图3是根据本发明形成的膜的扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

[007]含有与导电填料颗粒结合的聚合物材料的渗流填料网络通常用于需要导电性的应用。一般而言，导电填料材料比聚合物填料材料昂贵得多。因此，出于成本的原因，最小化在该网络中使用的导电填料材料的量是有利的。在两种大小显著不同的颗粒被填充在一起的情况下，较小颗粒的渗流阈明显降低。因此，使用较大尺寸的聚合物颗粒在颗粒之间产生排除体积，减小了形成导电网络所需的较小尺寸导电填料材料的量。

[008]为了形成所述网络，导电填料颗粒与含有聚合物颗粒的聚合物乳液一起使用，所述聚合物颗粒的大小比导电填料颗粒大。导电填料颗粒的平均大小可以变化，并且其直径可以在大约5纳米到大约5微米的范围内。导电颗粒的大小必须如此：它们比聚合物颗粒小，并且在施加热后——通常在大约100℃以上的温度，也能够聚集在一起，以形成导电网络。优选地，导电填料颗粒的大小在大约500nm以下，并且在充分加热后烧结在一起。小金属颗粒——例如在纳米颗粒范围内的那些金属颗粒，具有比微米级金属或块体金属(bulk metal)低得多的烧结温度。例如，大小在500nm以下的银纳米颗粒在大约150℃的温度下烧结，这增加了导电性，而银的整体熔点是960℃。组合物的烧结温度根据填料的类型、大小和表面化学而变化。发生的任何烧结通常增加所述网络的导电性。聚合物颗粒的平均尺寸应该比导电填料颗粒的尺寸大至少大约1.5倍，使得导电填料/聚合物颗粒的尺寸比是至少1.5∶1。进一步的实施方式具有5∶1和20∶1的比值。如果需要，也可使用更大的比值。

[009]在组合物中使用一种或多种导电填料。示例性的导电填料包括但不限于银、铜、金、钯、铂、镍、镀金镍或镀银镍、炭黑、铅、锌、金属合金、碳纤维、石墨、铝、氧化铟锡(indium tin oxide)、镀银铜、氧化银、镀银铝、镀金属玻璃球(glass sphere)、镀金属填料、镀金属聚合物、镀银纤维、镀银球、掺杂锑的氧化锡、导电纳米球、纳米银、纳米铝、纳米铜、纳米镍、碳纳米管和它们的混合物。组合物中的聚合物颗粒部分可以包括水性聚合物乳液或分散在有机溶剂中的聚合物颗粒。优选的聚合物颗粒是聚合物胶乳，所述聚合物胶乳通过响应热和/或压力发生形变而减小聚合物颗粒之间的间隙空间的大小，降低导电填料的渗流阈。

[010]在组合物中使用一种或多种聚合物。可以使用的示例性聚合物包括聚乙酸乙烯酯、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、丙烯酸酯、丙烯酸酯共聚物、苯乙烯、苯乙烯丙烯酸酯共聚物、聚氨酯、橡胶胶乳——其包括天然橡胶、丁基橡胶和丁苯橡胶，以及它们的共聚物和混合物。