[发明专利]一种纳米铜导电墨水的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种纳米铜导电墨水的制备方法，尤其是涉及一种制备稳定性好，导电性能优良的新型纳米铜导电墨水的制备方法。

背景技术

20世纪80年代以来，一项令世人瞩目的纳米科学技术迅速发展。纳米科技将在21世纪促使许多产业领域发生革命性的变化。纳米科技在材料、信息、能源、环境、生命、军事、制造等方面显示广泛的应用潜力，是21世纪高新技术发展的源头并将给人类生活带来巨大的变化，成为21世纪世界各国抢占高科技和全球经济制高点的重点战略领域。

纳米铜具有超塑延层性，在室温下可以拉长50多倍而不出现裂纹。纳米铜晶体的在这种机械特性为制造通常温度下的弹性物质开辟了光明的前景，纳米微粒具有独特的电学性能众所周知铜是良导体，但纳米铜的导电性能很差。可以用纳米铜的这一特性制作绝缘浆料，介电材料，纳米微粒对环境变化敏感，可以制作高灵敏度的敏感材料。

纳米金属油墨是新一代喷墨印制PCB技术的主要原料，其质量与成本在根本上决定着此项技术能否在PCB行业中顺利的实现大规模运用。纳米金属油墨基本组成成分为：(1)纳米金属粒子；(2)复合溶剂；(3)各种添加剂。目前文献已报道包括纳米金、纳米银、纳米铜在内的多种金属导电油墨。其中，纳米银导电油墨有着最多的研究报道，且包括美国Polychem、韩国ANP在内的多家公司均已有商品在市场上出售。但作为贵金属之一的银，其价格居高不下，且它在潮湿的环境中极易发生离子迁移，从而导致线路损坏。铜作为一种廉价的金属(价格约为银的1/80)，与银有着相似电性能，且不会发生离子迁移，因而被广泛认为将替代银，成为纳米金属导电墨水的主流产品。中国专利200810201967.0公布了一种可用于制造印刷线路板的喷墨打印用的纳米铜导电墨水的制备方法：它以次磷酸钠为还原剂，以硫酸铜为前驱体，并添加LD，PVP为表面活性剂和分散剂，采用有机相一缩乙二醇的液相还原法，在温度120～160℃下制备纳米铜导电墨水。但是该发明存在加热温度高，而且最后产品纳米铜含量低于40％的一般技术标准，难以实现良好的导电性。专利01138495.6公布了一种导电油墨组合物，采用的是环氧热固化体系，以银，铜，或银包铜为导电介质制备而成，由于导电介质分散难以均匀，同样存在导电性不良的隐患。

发明内容

本发明针对背景技术中存在的问题，提出了一种原料易得，工艺设备简单，快速高效，纯度高，污染小的制备稳定性高，导电性优良的纳米铜导电油墨的制备方法。

本发明提出的该纳米铜导电油墨的制备方法，具体步骤如下：

A：将铜盐和有机保护剂溶解于溶剂中，逐渐升温至30～100℃，同时将还原剂加入反应体系中，之后持续搅拌反应20～30分钟后，逐渐冷却。

B：将冷却的溶液进行电渗析除盐处理，并用减压蒸馏的方式浓缩至一定浓度，即可得到稳定的纳米铜导电墨水。

本发明中所使用的铜盐为醋酸铜，硝酸铜，油酸铜或者月桂酸铜等含有12～18碳的有机铜的一种或者是几种。

本发明中所使用的还原剂为硼氢化钠，水合肼，次亚磷酸钠，维生素C中的一种或者几种；所采用的还原剂和铜盐的摩尔比为1∶1～3∶1。

本发明中所使用的保护剂可以是八烷酸～油酸等烷烃酸，十二烷基苯磺酸钠，十二烷基三甲基氯化铵，十六烷基三甲基溴化铵等小分子保护剂中的一种或几种，还有聚乙二醇，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，聚乙烯醇等高分子保护剂中的一种或几种；所采用的保护剂和铜盐的摩尔比为0.1∶1～10∶1；

本发明中所使用的溶剂可以是乙醇，乙二醇，丙三醇，一缩二乙二醇中的一种或几种；

本发明中所使用的溶剂的添加量为：每0.01mol铜盐对应于80～120ml溶剂。

本发明中所述电渗析除盐的过程电流为40～70mA或者70～100mA。

本发明中所述减压蒸馏中的真空度为1000pa以下。

本发明的纳米铜导电墨水中纳米铜的质量含量为10～50％。

本发明中的纳米铜的粒径为20～70nm。

有益效果

1、本方法不需要氮气等惰性气体的保护，工艺简单，反应条件温和，反应时间短。

2、产品导电性良好，纳米铜粒径小于20nm，且在空气中保持一个月不被氧化。

3、制备成本低，没有有害废弃物产生，符合“绿色生产”的要求。

附图说明

图1为纳米铜TEM。

图2为纳米铜墨水XRD。

具体实施方式