[发明专利]纳米导电墨水及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米导电墨水及其制备方法，该纳米导电墨水包括：有机铜盐、溶剂、表面活性剂和纳米金属导电粒子；其制备方法包括：步骤一：将有机铜盐、溶剂、表面活性剂、纳米金属导电粒子按比例混合均匀后，形成溶液；步骤二：将步骤一所得溶液通过筛网过滤，制得纳米导电墨水。本发明实现导电墨水的低温烧结和低电阻率，保持较高的电导率和良好的成模型，有效地解决了烧结温度由纳米粒子粒径所制约的问题，扩大了喷墨印刷适用的衬底和基板范围，并有效的解决了现有技术存在的铜纳米导电墨水合成工艺复杂、烧结温度过高的问题。

技术领域

本发明涉及一种导电墨水及其制备方法，特别是涉及一种纳米导电墨水及其制备方法。

背景技术

上世纪五十年代开始，铜箔刻蚀法成为了应用最广泛的印刷电路板制造技术。由于需要大量的清洗用水和溶剂，这种方法对于环境的污染较为严重，且大量的材料在刻蚀清洗过程中丢失，造成材料利用率很低、原材料的浪费，使得产品的成本显著增加。同时，复杂工艺导致的高能耗也使得需要寻找新的替代工艺。

丝网印刷工艺的兴起，从部分上解决了刻蚀法的生产设备成本高、利用率低等缺点。然而，对于浆料的浪费以及接触式的工艺技术，仍然导致了这种加工方法存在一定的弊端。

上世纪80年代开始，随着纳米技术的迅速发展，纳米科技已然使得人类社会诸多产业领域发生了巨大的变化。基于纳米导电墨水兴起的喷墨印刷电路技术，因为可直接在基板上制作电路、与传统的铜箔刻蚀法相比，具有低能耗、低成本、低污染、高效率、窄线宽等一系列的优点，可以大大提高现有印刷电路制造的效率，成为了如今正处于高速发展的射频识别标签（RFID）、印刷电路（PCB）、柔性电路（FPC）、柔性显示器和有机薄膜晶体管（OTFT）、可穿戴电子产品、有机发光二极管、有机太阳能材料和其他柔性电子器件等领域研究的一个重点之一。在设备器件不断向着高密度化、小型化和轻量化发展的今天，喷墨印刷电路技术定会成为未来印刷电路制造产业的核心技术，推动整个电子元件的发展和研究。

推动喷墨印刷电路技术在柔性电子器件制造工业化应用的先决条件是开发低烧结温度、低电阻率的导电墨水。因为柔性电子器件的基底一般为耐热温度较低的塑料或纸张，如果加工温度过高，容易使基底变形甚至发生不可逆转的破坏。因此，作为喷墨印刷电路的基础核心，导电墨水的制备是其中最为关键的步骤。通过将导电颗粒诸如导电高分子、陶瓷、金属和碳管等等有序分散在溶剂中形成稳定的墨水是目前研究的主流方向。其中，金属纳米墨水是所有导电墨水中最有应用前景的，因为其具备良好的导电性且由于尺寸效应可以在较低温度下烧结成导电薄膜。目前，金属导电墨水的研究主要集中在开发金、银和铜纳米导电墨水。金纳米导电墨水由于成本过高，仅停留在实验室研究阶段，而基于单质银纳米颗粒的导电墨水研究较多，如CN101805538A公开了银纳米导电墨水在150℃烧结时，电阻率低至10^-5Ωcm，完全可用于配线，而对单质铜纳米颗粒墨水的研究也存在相关的报道。

由于银纳米导电墨水成本居高不下，且银原子极易转移从而导致电路失效。因此，铜纳米导电墨水因为与银纳米导电墨水相比具有成本低、稳定性好而成为最近几年该领域的研究热点。如CN101386723A、CN101608077A公开了通过化学手段制备铜纳米导电墨水的方法，但其不足之处为合成的铜纳米颗粒需要复杂的除杂过程如电渗析；CN101880493A和CN102558944A分别公开了不需后续除杂的合成铜导电墨水的方法，但皆未研究该导电墨水的导电性能；中国专利CN102558954A公开了一种简单的制备铜纳米导电墨水的方法，但该导电墨水只有在高达200-250℃下烧结后才具有较好的导电性；另外，如CN102093774A也公开了一些技术和实现方式。然而，从导电墨水的基本要求导电率、烧结温度上综合考虑，尤其是在烧结温度上，都不能完全实现低温度的良好烧结，这就势必使得墨水的应用基底受到了一定的局限。因此，如何在保证导电率的同时，努力降低烧结温度是导电墨水的研究重心之一。