[发明专利]金属纳米纤维油墨、实质上透明的导体、及其制造方法

说明书

技术领域

本发明大体是关于用于制造实质上透明的导体的导电油墨及聚合物，且具体而言是关于金属纳米纤维悬浮于液体或凝胶中且能够被印刷的组合物，具有该等金属纳米纤维的实质上透明的导电膜及制造品，及制造金属纳米纤维悬浮于液体或凝胶中的组合物以形成金属纳米纤维油墨的方法。

背景技术

许多导电油墨包括于粘合剂或黏合介质中的微粒金属，诸如银或铝。虽然该等油墨产生实质上导电且具有相对较低电阻抗（或电阻）的导体（当固化时），但所得导体实质上不透明且不允许可见光谱或其它重要光谱（诸如紫外及红外光谱）中的任何明显量的光透射。

然而，多种应用中需要光学透明导体。举例而言，制备光伏打及发光应用中的二极管的电接触高度需要光学透明导体，以便与不透明导体相比，分别允许更大光输入及光输出。

典型可印刷透明导体虽然具有合理的光学透射率，但令人遗憾的是，当固化时通常具有相对较高的电阻抗及较低导电率，其中电阻典型地在800-1000或1000以上欧姆/平方的范围内（例如聚乙烯-二氧噻吩）。另外，许多该等透明导体（例如氧化铟锡（ITO））需要特殊化沉积技术及极高温度加工以降低阻抗，或当在所得设备中固化时，倾向于具有有限（若存在）可挠性。制造该等典型透明导体的油墨或聚合物包括例如聚乙烯-二氧噻吩（例如来自AGFA公司（Ridgefield Park,New Jersey,USA）的“Orgacon”）、聚-3,4-伸乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸的组合（以Baytron P销售且可购自Bayer AG（Leverkusen,Germany））、聚苯胺或聚吡咯聚合物、碳纳米管（CNT）及/或氧化锑锡（ATO）（ATO或其它物质与CNT一起典型地以粒子形式悬浮于各种粘合剂、聚合物或载剂中的任一者中）。

其它可印刷透明导体需要在印刷后进行其它重要加工。举例而言，一些导体各自制成整体薄片或膜，其必须层压于基板上，且随后图案化以形成具有特定电连接的所需电绝缘导体，诸如经由蚀刻工序。其它可印刷透明导体亦需要在沉积后进行其它重要加工，诸如酸洗，随后例如在轧辊中进行重要实体压缩，以在形成导体的金属纳米线之间形成导电连接。其它可印刷透明导体当沉积时易碎，且可能进一步需要其它稳定化层以使所沉积但不稳定的金属纳米线保持在适当位置。然而，此等类型的可印刷透明导体具有有限适用性，因为其不能容易地用于向已置于基板上且不应经受可能不能恢复的损坏处理（例如酸洗、蚀刻或压缩力）的装置（诸如二极管）提供电连接。

因此，仍需要如下导电油墨、聚合物或组合物，其可印刷且当固化时产生稳定、固定于适当位置并能够向装置提供电连接，且进一步提供相对较低电阻抗（或电阻）同时在可见光或其它光谱中允许实质性光透射的所得导体。另外，仍需要能够在相对较低加工温度下固化成稳定导体且适合于多种应用（诸如用于发光及光伏打面板中）的该种组合物。

发明内容

例示性具体实例提供一种“金属纳米纤维油墨”，亦即金属纳米纤维的液体或凝胶悬浮液，其能够印刷（诸如经由网版印刷或弹性凸版印刷），以例如且不加限制，当固化或凝固时产生实质上透明且稳定的导体。例示性方法亦包含制造金属纳米纤维油墨的方法，如下文更详细论述，其将复数个金属纳米纤维悬浮于能够印刷的溶剂及粘性树脂或聚合物混合物中以制造各种装置，诸如发光二极管（LED）装置及光伏打装置。亦揭示通过印刷该种金属纳米纤维油墨所形成的例示性设备及系统。

例示性组合物包含复数个金属纳米纤维，实质上所有该等金属纳米纤维均至少部分涂有聚合物或经聚合物官能化；第一溶剂；及粘度调节剂、树脂或粘合剂。在各种例示性具体实例中，金属纳米纤维的长度介于约1μ与约250μ之间且直径介于约10nm与约500nm之间；或更具体而言，金属纳米纤维的长度介于约10μ与约150μ之间且直径介于约5nm与约250nm之间；或更具体而言，金属纳米纤维的长度介于约10μ与约100μ之间且直径介于约10nm与约100nm之间；或更具体而言，金属纳米纤维的长度介于约10μ与约80μ之间且直径介于约10nm与约80nm之间；或更具体而言，金属纳米纤维的长度介于约1μ与约60μ之间且直径介于约10nm与约200nm之间；或更具体而言，金属纳米纤维的长度介于约10μ与约70μ之间且直径介于约25nm与约60nm之间。最后，在各种其它例示性具体实例中，金属纳米纤维的长度介于约40μ与约60μ之间且直径介于约15nm与约40nm之间，及/或长度介于约10μ与约25μ之间且直径介于约10nm与约15nm之间。