[发明专利]三维导电性图案和用于制造三维导电性图案的油墨

说明书

技术领域

本发明大体上涉及可聚合的导电性油墨制剂和其用于打印三维功能结构的用途。

发明背景

数字打印，典型地被称为数字制造，使各种功能性涂层和装置的制造成为可能，并且提供产生具有高的长宽比的三维(3D)结构和图案的能力。

数字打印在本领域中已知给出用于装置例如传感器和电致发光装置的电极的功能性涂层。Sriprachuabwong等人[1]描述了作为抗坏血酸传感器的被打印的聚苯胺电极并且Azouble等人[2]描述了作为用于电致发光装置的电极的被打印的碳纳米管。

打印电子学主要地集中于通过打印纳米颗粒和前体形成的导电图案；在这些中，最常用的是银油墨，其主要地被用于制造简单的2维的导电性图案[3]。实现被打印的图案的高的长宽比的障碍中的一个是油墨在基板上的流动，这是由于不合适的油墨粘度和表面张力。

Kullman等人[4]描述了通过喷墨打印在甲苯中的低粘度金分散体的多个层、同时通过溶剂的快速蒸发固定单独的层的3D导电性结构。导电性，在加热至高于180℃之后，比大块金的导电性小约4个数量级。

Ahn等人[5]描述了粘性的银分散体(>70％Ag)的多向打印，所述银分散体由于它们的流变性质不在基板上铺展。在此丝状的打印方法中，浓缩的油墨被挤压经过使用三轴运动控制级移动的成锥形的圆柱形喷嘴。打印导致多达7的长宽比，取决于被打印的层的数目。所得到的图案被加热至250℃，获得约3％的大块银的电阻率。

因为喷墨打印是快速制造方法，对于油墨制剂的主要要求是其是低粘度油墨。

Willis等人[6]描述了方法，其中含有非挥发性的单体和光引发剂的油墨在打印之后立即地被暴露于UV辐射，导致液体单体转化为固体聚合物(UV油墨)。当这样的打印用多个层进行且每个层被暴露于辐射(导致聚合快速地发生)时，大的3D结构(大至50×40×20cm)可以被生产[7]。

Sangermano等人报道了含有银纳米颗粒、水和聚乙二醇二丙烯酸酯单体类的UV可聚合的油墨[8]。发现，对于含有至少30％银的混合物，通过绕线的涂抹器制备的膜的电阻率比大块银的电阻率高约9个数量级。这种非常低的电阻率是由于在UV暴露之后的油墨的聚合物基体的存在。

通常，金属材料的打印仅是获得导电性图案的第一步骤，其应当被烧结纳米颗粒的另外的步骤跟随。这可以通过常规的热加热或通过等离子体[9]、微波[10]、激光[11]辐射被实现，所述热加热导致作为绝缘体起作用的有机材料的燃烧。

最近地，Magdassi等人报道了基于配体交换机制的对银纳米颗粒的简单的低温烧结方法[12]。此工艺通过将被打印的基板简单浸渍[13]在NaCl溶液中或通过把溶液打印在纳米颗粒的图案的顶部上[14]被进行。此工艺可以导致约20％大块银的高的导电性。

参考文献

[1]Sriprachuabwong,C.；Karuwan,C.；Wisitsorrat,A.；Phokharatkul,D.；Lomas,T.；Sritongkham,P.；Tuantranont,A.Journal of Materials Chemistry2012，22(12)，5478-5485。

[2]Azoubel,S.；Shemesh,S.；Magdassi,S Nanotechnology 2012，23(34)。

[3](a)Tekin,E.；Smith,P.J.；Schubert,U.S.，Ink-jet printing as a deposition and patterning tool for polymers and inorganic particles.Soft Matter2008，4(4)，703-713；(b)Grouchko,M.；Kamyshny,A.；Magdassi,S Journal of Materials Chemistry 2009，19(19)，3057-3062。

[4]Kullmann,C.；Schirmer,N.C.；Lee,M.T.；Ko,S.H.；Hotz,N.；Grigoropoulos,C.P.；Poulikakos,D.Journal of Micromechanics and Microengineering 2012，22(5)。