[发明专利]一种可大量生产的纳米铜导电油墨的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可大量生产的纳米铜导电油墨的制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

纳米金属油墨具有粒径小、烧结温度低，烧结后导电率高等特点，是印刷电子产业领域重要的原料。纳米金属油墨的主要成分是金属纳米粒子、分散溶剂、助剂等。目前纳米金属导电填料有金粉、银粉、铜粉、镍粉、炭黑粉、石墨粉及碳纤维。目前应用最多、最广泛的是纳米银导电油墨。采用纳米银导电油墨制备柔性电路（FPC）、电子标签（RFID）、有机太阳能电池（OPV）。银，不仅导电性能优异，而且化学稳定性好、不易被氧化，而且银导电油墨制备方便、操作简单、无需格外的防氧化措施，在印刷电子领域有广泛的应用。但是，银的价格昂贵且在潮湿的环境中易发生离子迁移或电迁移，引起线短路或开路。在产业化生产中高性能、低成本的要求制约了银导电油墨的发展，需要找到具有高导电性、价格低廉的替代材料。铜，价格仅为银价格的1/50～1/80，将会极大的降低生产成本，电阻率是银的1.08倍，可代替银成为纳米金属导电油墨的主流产品。但是，铜在铜盐中的质量分数低，虽然氯化铜质量分数高但由于含有Cl离子，是电子电路等应用中所不希望的。因此，需要一种简便、快速、可大量生产纳米铜的制备方法。中国专利201110367327.9公布了一种可再分散的纳米铜粒子的水相制备方法，使用铜盐、保护剂和还原剂得到纳米铜粒子，但是需要氮气保护，而且产量较低。中国专利201210359909.7公布了一种有抗氧化性及分散性的纳米铜制备方法，得到20-100nm的铜粒子，但是加料时间和反应时间较长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可大量生产的纳米铜导电油墨的制备方法，它提出一种高含量、高纯度、导电优良、工艺简单、快速高效、污染小的纳米铜导电墨水的制备方法。

本发明采用以下的技术方案：

一种可大量生产的纳米铜导电油墨的制备方法，包括下述步骤：

（1）将保护剂溶解于去离子水中，调节溶液的pH值至9.0～12.0，然后将铜盐和助剂加入到溶液（反应体系）中；所述的保护剂为油酸、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基氯化铵和聚乙烯醇中的一种或者两种以上；所述的助剂为消泡剂；

（2）持续搅拌下，水浴加热使溶液的温度达到60～90℃；

（3）将还原剂加入到溶液中，搅拌15～40min后停止，逐渐冷却；

（4）先用纱布过滤，然后用5μm的滤纸抽滤，去除表面漂浮的助剂等产生的杂质和较高温度下产生的粒径较大的铜颗粒；

（5）将抽滤液沉降，沉降物进行洗涤和离心处理，加入溶剂后再进行分散处理，即可得到稳定的纳米铜导电墨水。

步骤（1）中，本发明中所使用的铜盐为硝酸铜、硫酸铜、醋酸铜和氢氧化铜中的一种或者是两种以上。所采用的铜盐和保护剂的摩尔比为1:0.7～1:2。

本发明所使用的助剂为消泡剂，如高碳醇脂肪酸酯复合物、乳化硅油、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇謎、聚氧乙烯聚氧丙烯醇胺醚和聚氧丙烯甘油醚中的一种或者两种以上。

步骤（2）和步骤（3）中，搅拌速度为300～600rmp。

步骤（3）中，所述的还原剂为硼氢化物（如硼氢化钠）、次亚磷酸钠、水合肼等中的一种或者两种以上；所采用的铜盐和还原剂的摩尔比为1：2～1：4。将还原剂配成水溶液再加入反应体系中，还原剂的浓度为10～350mol/L，加入速度为14～210ml/min。

步骤（5）中，所述的沉降为将步骤（4）所得的抽滤液采用丙酮沉降1～2次，所述的洗涤和离心处理为将沉降物用去离子水、己烷、乙醇依次清洗1～2次，最后进行离心处理，速度为10000rmp，时间为3～10min。

步骤（5）中，本发明所使用的溶剂为乙二醇、乙醇、丙二醇甲醚、乙二醇甲醚、二乙二醇丁醚、异丙醇、甲醇和丙三醇等溶剂中的一种或者两种以上。所述的分散处理是指经过球磨、砂磨、高剪切分散乳化和微射流分散中的一种或者两种以上处理方式。

本发明可大量生产的纳米铜导电油墨的制备方法，可包括如下具体的步骤：

（1）将15～1325g的保护剂分散于300mL～15L的去离子水中，经机械搅拌分散得到混合溶液；将上述混合溶液的pH调节到9.0～12.0，并分别加入9.8～5000g的铜盐（铜化合物）和0.2～12g助剂，在机械搅拌下充分分散；

（2）将步骤（1）得到的溶液在搅拌的同时水浴加热到60～90℃，搅拌速度为300～600rmp；