[发明专利]一种导电油墨及其制备方法和使用方法

说明书

【技术领域】

本发明属于材料化学技术领域，涉及一种导电油墨及其制备方法和使用方法。

【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，喷墨打印技术倍受关注。

传统的PCB制造法是通过蚀刻减成法制备的，其缺点是生产工序多、材料消耗大、废液排放高、环保压力重，而且每层基板的制作都需要用预制的不同掩膜来实现导电图形的转移，随后还要玻璃光阻材料。就多层和积层PCB而言，重复加工工作量很大，而且每层均涉及十几道工序，故效率低、浪费大、污染重、成本高。喷墨打印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。

喷墨打印法的关键在于各种油墨的制备，其中导电油墨是其中的基础，导电油墨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、锡、锌、镍、铁、铝、铅等金属以及它们的合金。目前对纯银颗粒的油墨研究的比较多，因为纯银具有化学惰性较强，不易被氧化的特点，综合考虑导电性能、生产运输成本、使用成本等，普遍认为银系导电油墨的性价比较高，另外，纯铜的导电油墨也有人开发出来，但是由于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。

导电油墨的性能指标主要是：(1)导电率：含有导电颗粒的油墨在用喷墨打印方法沉积到基底之后一般要经过溶剂沸腾和烧结过程，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十皮升以下，所以要求导电油墨具有很好的流动性、颗粒大小、固体含量和连续性，以及保证打印的效果，同时要求打印在印刷板上的油墨具有一定的稳定性、粘度、表面张力、干燥速度等；(3)烧结特性：导电油墨打印之后需要经过加热处理，以除去或者减少溶剂和其他非导电添加物的含量，同时将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沸腾的速度越快，金属纳米颗粒之间由于缺陷产生的电阻也越小。但是大多数线路板的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损坏，从而给使用造成影响。但是如果烧结温度过低，存在于导电油墨中的溶剂和助剂难以沸腾出去，造成导电油墨在烧结后因残存有过多的杂质而导致导电油墨烧结后导电线路导电率下降。