[发明专利]可低温烧结的导电墨水

说明书

技术领域

本发明涉及用于喷墨打印的导电墨水，特别涉及可低温烧结的导电墨水。

背景技术

喷墨打印技术是一种无接触、无压力、无印版的打印技术，目前广泛应用在日常生 活中。喷墨打印技术可以应用在柔性固态基底上，例如在各种薄膜和粗糙基底上生产电 气元件等，所以对于目前正处于高速发展期的射频识别标签(RFID)，印刷电路板(PCB)， 柔性显示器，柔性太阳能光伏电池等产业而言，喷墨打印技术备受关注。

就电路板生产而言，传统的方法有蚀刻和丝网印刷等方法。蚀刻法是一种较为传统 的制造电路板或者具有一定柔性的电子线路的方法，其刻蚀减成的工序需要大量的清洗 用水和溶剂，污染严重，并且材料利用率很低，造成了原材料浪费和成本上升；另外， 蚀刻法工序复杂，能源消耗多。与蚀刻法相比，丝网印刷法的优势在于其对生产设备的 投入较低，材料利用率也相对较高，但是丝网印刷法仍然需要预先制模板，而且无法避 免浆料的浪费；另外，丝网印刷法仍然属于接触式加工，印刷质量和很多因素有关，产 品质量往往较难控制。喷墨打印法属于非接触式的加工方法，是将导电颗粒分散于溶剂 形成导电油墨，利用计算机控制，通过打印方式将导电油墨精确沉积到基底所需要的部 位。从工艺上讲，喷墨打印法尤其适合在柔性基底上制造电子器件；从材料上讲，它可 以做到金属原料几乎零浪费的利用率；从环保的角度来说，它避免了蚀刻工艺所要求的 大量工序，从而减少排放，降低能源消耗。所以，喷墨打印法是实现柔性基底电子线路 制造的理想方法。

喷墨打印法的关键在于各种功能墨水的制备，其中导电分散体系喷墨打印墨水，即 导电墨水的制备，更是其中的基础。导电墨水的本质是导电颗粒的分散体系，常见的导 电颗粒有高分子导电物质、石墨类、陶瓷和金属等。其中，高分子导电物质、石墨类、 陶瓷导电颗粒一般导电性能较差，不适合用作导电线路。金属导电颗粒有金、银、铜等 常用作导体的金属，铁、镍、铝、锌、铅等金属以及它们的合金。目前，对单质银颗粒 墨水的研究较多，因为单质银具有化学惰性较强，不易被氧化的特点，当综合考虑导电 性能、生产运输成本、使用成本时，银墨水的性价比较高。另外，对单质铜颗粒墨水的 研究也有相关报道，但是，铜的化学性质较为活泼，不易制备和使用，对设备的要求也 比较高，因而增加了应用成本和整个系统的复杂程度。

导电墨水的性能指标主要是：1)导电率：含有导电颗粒的墨水在用喷墨打印方法 沉积到基底之后一般要经过溶剂挥发和烧结的过程，形成连续的导电体，由于存在不可 避免的杂质和空隙，以及颗粒间较大的电阻，其导电率不及纯金属导体；2)可打印性： 喷墨打印时喷射出的墨滴体积一般在数十皮升以下，所以要求导电墨水具有很好的流动 性和连续性，以保证打印的效果；可打印性的表征参数一般有稳定性，粘度，表面张力， 干燥速度，颗粒大小以及固体含量等；3)烧结特性：导电墨水打印之后需要经过加热 处理，以除去或减少溶剂和其他非导电添加物的含量，同时将低熔点纳米金属颗粒烧结 成连续固体；烧结温度、加热时间和是否需要特殊气体环境等是衡量烧结特性的指标。

一般来说，提高烧结温度可以在一定程度上提高烧结后剩余固体金属的导电率，因 为温度越高，大部分添加剂和溶剂等分解和挥发的速度越快，金属纳米颗粒之间由于缺 陷产生的电阻也越小。但是，大多数柔性基底材料在高温下都容易发生性质上的改变， 过高的烧结温度可能会使基底材料产生形状、颜色、柔韧性等的变化，从而对生产和使 用造成影响。因此，导电墨水在较低温度下烧结并能获得很好的导电性，能够大大提高 导电墨水在各类基底上的普适性，同时降低能源消耗，对于生产企业的成本控制和坏境 保护有着十分重要的意义。

中国发明专利申请公开说明书CN101010388A公开了一种导电墨水，其主要成分为 金属络合物，烧结温度需要200℃，仍然偏高；另外，络合物的性质限制了分解成金属 单质的速度，即需要较长的煅烧时间。中国发明专利申请公开说明书CN101448904A公 开了一种含有高分子量线型聚合物的喷墨油墨组合物，可以减少喷墨打印时形成的卫星 滴，但是该专利未涉及导电油墨的烧结过程和烧结温度。中国发明专利申请公开说明书 CN1671805A公开了一种需要低烧结温度的导电纳米金属油墨制备方法，但是，该方法制 备的导电纳米金属油墨适用于涂布方法加工工艺，不是喷墨打印技术中的导电墨水。

发明内容