[发明专利]用于挤出的易流动油墨

说明书

技术领域

本发明总体涉及用以生成电极、电池、太阳能电池等的细微特征的油墨或浆料。更具体地说，在实施方式中，本发明涉及易流动油墨的组合物，其能在将油墨应用到衬底上生成细微特征时减少堵塞。本发明还披露了应用易流动的油墨的方法。

背景技术

许多种电子装置，如信息显示器、电阻器、太阳能电池和线路板，使用了需要印刷功能性材料的粘稠浆料的工序。这些浆料大量地负载了微粒形式的功能性材料，功能性材料通常是金属、陶瓷或玻璃。为了使印刷的浆料被处理至其最终状态时最小化收缩，上述浆料负载尽可能大体积分数的微粒。

所述的浆料通常使用丝网印刷法印刷。丝网印刷法是一种版面复制技术，其使用镂花模板生成印刷图像。例如，丝网印刷术是印刷用于太阳能电池工业的含银油墨的主要方法。这些油墨具有丝网印刷术所期望的流变性质：它们是高触变性的(换言之，油墨被剪切时其粘度随时间变化)。这些浆料的高触变性的性能使得它们可以流过丝网，但在通过之后，可以迅速恢复他们的粘度，从而防止了印刷特征的下陷。

丝网印刷中堵塞不是重要的问题。尤其是，由于滤网中的开口的长度很短，仅发生较少的堵塞。另外，堵塞进一步通过应用浆料的印刷刮板缓解，因为印刷刮板能粉碎油墨中的松散的团块，并推动所述的团块通过滤网。

一种较不常用的应用功能性浆料的方法是通过挤出。总体上，挤出是推动和/或拖拉材料的坯料通过模具以形成杆、轨、管等的方法。例如，Hanoka等人的美国专利5,151,377披露了分送一种浆料通过空心笔的方法和装置。在该方法中，分送的浆料生成的细微特征可以比笔尖的横截面更为细微，因为当分送浆料时，浆料伸展形成更细微的横截面。然而，该方法碰到大量的堵塞，尤其是印刷过程被重复地停止和重启时。

其他用于应用浆料至衬底上的挤出系统包括来自Ohmcraft的MicroPen系统和来自Manncorp的DOTLINER系统。

然而，常规挤出技术是有局限的。例如，常规技术不能提供成本低于1美元/平方英尺的相对高的纵横比(例如，大于1∶1，或甚至最高10∶1高度/宽度)和细微特征(例如，少于50微米)结构。因此，挤出通常不能用于制造电化学(例如，燃料的)、太阳能和/或其他类型的电池的传导接触和/或电路，上述电池利用高纵横比细微特征的多孔结构来提高效能和电能生成。

已经开发一种挤出印刷的特殊类型(称为共挤出)，以实现极细微特征的印刷。总体上，共挤出是挤出二种或更多种不同的材料通过印刷头模具生成共挤出结构的方法。例如，第一和第二油墨的挤出流合并成单一的流，在单一的流中，第二油墨与第一油墨共享了至少一个共同的边界。然后，应用该单一的流至衬底上以生成至少一种复合材料。共挤出可以用于，例如，制造高纵横比、微米大小的结构以用于太阳能电池或燃料电池。参见美国专利申请公开号2007/0108229。

共挤出印刷头通常比用于常规挤出方法的印刷头复杂。共挤出印刷头可以存在各种各样的弯曲、分岔、孔、集气室和通道。这种结构可以增加印刷头的堵塞。另外，共挤出方法也需要停止和重启浆料的流动以准确地形成期望的细微特征，从而导致进一步的堵塞。

因此，本领域中需要一种能减少堵塞的浆料配方。所述的浆料配方也必需能满足一般的功能性浆料的需求，其中它们应当能够大量(按体积计通常大于20％)负载功能性微粒，能在高流速(通常为100毫米/秒或更高)下分送，且能在高剪切(通常为1000s^-1或更高)下被分送。

发明内容

本发明通过提供一种改良的油墨配方解决了这些以及其他的需求，该配方包含：功能性材料的微粒、长链聚合物和溶剂；其中在切变速率少于约1s^-1下该油墨具有大于约10帕*秒的动态剪切粘度，而且在流速在恒压下降低一半之前，通过400目筛滤器可分送每平方厘米过滤面积多于20mL的该油墨。

在实施方式中，本发明还提供了一种印刷细微特征的方法，其包括通过细微涂布器将油墨挤出到衬底上；和后处理该油墨以在衬底上形成细微特征；其中在切变速率少于约1s^-1下该油墨具有大于约10帕*秒的动态剪切粘度，而且在流速在恒压下降低一半之前，通过400目筛滤器可分送每平方厘米过滤面积多于20mL的该油墨。

图1示出了一种根据本发明的油墨的流动性的测量，并与2种现有技术油墨的流动性做比较。

本发明并不限于在此描述的特定的实施方式，而且基于本发明，本领域的普通技术人员可以对一些组分和方法进行修改。在此使用的术语仅是为了描述特定实施方式的目的，且并不希望进行限制。