[发明专利]用羧酸-有机胺络合物稳定的金属纳米颗粒

说明书

技术领域

本发明涉及用羧酸-有机胺络合物稳定的金属纳米颗粒。

背景技术

使用液体沉积技术制造电子电路元件受到广泛关注，因为这种技术提供了用于电子用途，如薄膜晶体管(TFT)、发光二极管(LED)、RFID标签、光电池等的传统主流非晶硅技术的潜在低成本替代方案。但是，满足实际应用的电导率、加工及成本要求的功能电极、像素板(pixel pads)和导电迹线、线路与轨道的沉积和/或图案化已经成为巨大的挑战。

利用例如聚苯胺的共轭聚合物、炭黑糊和金属糊的在先方法受困于低电导率、差的操作稳定性和高成本。如美国专利No.7,270,694中所述，使用有机胺稳定的银纳米颗粒的另一方法实现了较低退火温度。

已经如美国专利公开No.20070099357 A1中所述使用1)胺稳定的银纳米颗粒和2)用羧酸稳定剂交换胺稳定剂来制备银纳米颗粒。但是，这种方法通常需要碳链长度大于12个碳原子的羧酸以提供对溶液加工而言足够的溶解度。由于此类长链羧酸的高沸点和羧酸与银纳米颗粒之间的强键合，获得导电银膜所需的退火温度通常高于200℃。尽管某些特种塑料基底可以承受250℃的退火温度，但多数塑料基底不能，因此尺寸稳定性仍成问题。此外，低成本塑料基底偏向于低于150℃的退火温度。

发明内容

因此需要1)可以在低成本塑料基底上印刷并在低于至少约150℃的温度下退火和2)具有足够存放时间的稳定金属纳米颗粒组合物的制备方法，本文公开的主题针对这一需求。

本申请致力于解决上述及其它问题，其中在实施方案中，本申请涉及具有附着到纳米颗粒表面上的稳定剂的金属纳米颗粒，并涉及其制造方法。该纳米颗粒可以用羧酸和有机胺稳定。该稳定的纳米颗粒可用于在低温，例如低于大约200℃或低于大约150℃下制造对电子器件而言具有足够高的电导率的导电元件。根据本程序制成的金属纳米颗粒在实施方案中具有1)良好的稳定性或存放时间和/或2)低退火温度，并可以与适用于制造电子器件的液体-加工导电元件的液体一起制成金属纳米颗粒组合物。

通过在金属纳米颗粒表面上形成作为稳定剂的羧酸-胺络合物，本申请由此实现优于在基底上印刷金属部件的现有程序的进步。通过适当选择金属羧酸盐(至少4个碳原子)和有机胺(大约1至大约20个碳原子)，该金属纳米颗粒在溶液中保持稳定，并可以在200℃或更低的温度下，如大约80℃至大约200℃，大约100℃至大约180℃和/或大约120℃至大约150℃下退火成高导电金属薄膜。

在实施方案中，制造金属纳米颗粒的方法包括：在有机胺和还原剂存在下还原金属羧酸盐以形成在金属纳米颗粒表面上具有羧酸-胺络合物的金属纳米颗粒，其中金属羧酸盐包含具有至少四个碳原子的羧基，且其中有机胺具有大约1至大约20个碳原子。

在实施方案中，在基底上制造导电金属部件(feature)的方法包括：将在金属纳米颗粒表面上具有羧酸-胺络合物的金属纳米颗粒分散在溶剂中以形成均匀溶液；将该均匀溶液印刷到基底上；并将印刷的基底退火以在该基底表面上形成金属部件。

在实施方案中，描述了在金属纳米颗粒表面上包含羧酸-胺络合物的金属纳米颗粒，其中该羧酸-胺络合物衍生自包括具有至少四个碳原子的羧基的金属羧酸盐和具有少于20个碳原子的有机胺，由此其中该络合物包括具有至少四个碳原子的羧基和具有少于20个碳原子的胺。

具体实施方式

由此，本文描述了制造在其表面上具有稳定络合物的金属纳米颗粒的方法，制造这类金属纳米颗粒的方法，以及使用这类纳米颗粒形成金属部件的方法，和在其表面上具有稳定络合物的金属纳米颗粒。

可以通过在有机胺和肼化合物存在下还原金属羧酸盐(具有至少四个碳原子)以形成在金属纳米颗粒表面上具有羧酸-胺络合物的金属纳米颗粒来进行制造金属纳米颗粒的方法。该方法可以分离出在金属纳米颗粒表面上具有稳定剂分子的金属纳米颗粒。该金属纳米颗粒随后可以分散到溶液中以形成包含在金属纳米颗粒表面上具有稳定剂分子的金属纳米颗粒的稳定溶液。

“金属纳米颗粒”中所用的术语“纳米”是指例如小于大约1,000纳米的粒度，如大约0.5纳米至大约1,000纳米，例如大约1纳米至大约500纳米，大约1纳米至大约100纳米，或大约1纳米至大约20纳米。粒度是指通过TEM(透射电子显微术)或其它合适方法测得的金属颗粒的平均直径。

制造在其上具有稳定剂络合物的金属纳米颗粒的化学方法可以包括在剧烈搅拌下在水性或非水性介质中将金属羧酸盐与初始稳定剂混合，随后加入还原剂。