[发明专利]一种高稳定性无颗粒型银基导电墨水及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于导电墨水技术领域，特别涉及一种高稳定性无颗粒型银基导电墨水及其制备方法。

背景技术

导电墨水是微电子技术领域近几年来的一项重要革新，可以应用于柔性电路板（FPCB）、传感器无线射频识别（RFID）、印刷电路板（PCB）、有机发光二极管（OLED）等。应用导电墨水进行印刷具有成本低、能耗低、污染低、能够实现高效率、大面积、柔性化制造的特点。

银在所有金属中是导电性最好的一种金属，是价格最便宜的贵金属，其化学惰性较强，不易被氧化，在导电墨水的研究中备受青睐。

银基导电墨水可分为颗粒型和无颗粒型两种。颗粒型银基导电墨水是将纳米银颗粒分散在有机溶剂中并加入分散剂配制成导电墨水，其实质是导电颗粒的分散体系。对于颗粒型银基导电墨水，为了降低银颗粒的热处理温度，故要求银颗粒的尺寸为纳米级，纳米银颗粒的制备不但增加实验的繁琐性，而且加入的分散剂会使墨水的分解温度较高，使墨水的导电性受到严重影响。此外，颗粒型银基导电墨水在印刷中会堵塞喷头，并且稳定性较低，会出现颗粒沉降、团聚等问题。无颗粒型银基导电墨水是由银的前驱体、溶剂、和一些助剂组成，其实质是金属银前驱体溶液或者是银前驱体与螯合剂或络合剂生成的螯合物或络合物，既不含有任何固体颗粒，也不存在团聚问题，因此无需加入分散剂，墨水经过后续热处理后其中的有机溶剂完全挥发，而银络合物则分解成具有导电性的金属银。无颗粒型导电墨水的优势在于可低温分解并具有较高的导电性能，但其稳定性一直是研究者们努力克服的问题。这是由于银对光敏感且无颗粒银基导电墨水的溶剂通常都是一种弱还原剂，温度较高或遇光会使墨水变色分解并有银颗粒析出，墨水变质分层，如果用于印刷中还会堵塞喷头，从而丧失无颗粒型银基墨水的优势。故无颗粒型银基导电墨水常需要储存在避光低温处，其较短的保质期以及低温避光保存要求为无颗粒型银基导电墨水的商业化生产、存储和运输带来许多不必要的麻烦。因此，提高无颗粒型银基导电墨水的稳定性至关重要。

发明内容

针对现有技术存在的各种问题，本发明提供一种高稳定性无颗粒型银基导电墨水及其制备方法。本发明的无颗粒型银基导电墨水稳定性强，可在室温自然光下存放1个月，或者室温下避光存放3个月，或者低温避光保存6个月无沉淀生成，且制备方法简单，易于实现工业化。并且将本发明墨水通过印刷或者涂抹的方式在基板上成膜，在一定温度下热处理后，呈现良好的导电性能。本发明的技术方案如下：

一种高稳定性无颗粒型银基导电墨水，由银前驱体，其他金属前驱体，螯合剂或络合剂以及溶剂组成；其中，银前驱体，其他金属前驱体，螯合剂或络合剂和溶剂的质量百分比分别为10~45%，0.05~1%，10~81.5%和8~79.95%。

所述银前驱体为硝酸银、氧化银以及具有1~3个羧基，0~2个羟基，且碳原子个数为1~17的脂肪族羧酸银或芳香族羧酸银或脂环族羧酸银中的一种或多种的混合物。

所述其他金属前驱体为铜、镍、铁、钴、锌的金属盐或者氧化物中的一种或数种的混合物。

所述螯合剂或络合剂为氨水，脂肪胺，醇胺，酰胺，芳香胺中的一种或数种的混合物。

所述溶剂为水和含有1~3个羟基官能团且碳原子个数为1~12的脂肪醇中的一种或多种的混合物。

所述一种高稳定性无颗粒型银基导电墨水的制备方法，工艺步骤为：按照上述比例先将螯合剂或络合剂溶解于溶剂中，混合均匀后将银前驱体和其他金属前驱体加入到混合液中，在0~25℃下搅拌0.5~12 h至溶解后，过滤得到本发明的高稳定性无颗粒型银基导电墨水。

所述高稳定性无颗粒型银基导电墨水在室温自然光下存放一个月无沉淀，室温下避光存放3个月无沉淀，低温避光保存6个月无沉淀生成；其黏度为1~1000 mPa·s，表面张力为20~50 mN/m。

采用本发明的导电墨水制备导电银膜的方法为：将导电墨水印刷或涂膜于基板上，在空气中加热至90~300℃，热处理5~60min，得到导电银膜。

所述导电银膜的电阻率为2.3~44.6μΩ·cm，与基板的附着性良好，用3M，600M胶带撕拉后无银膜脱落；而在柔性基板上生成的导电银膜弯曲50次后银膜不会损坏，其电阻率比值1<R/R₀<2 (其中R为每次弯折后银膜的电阻率，R₀为银膜弯折前的电阻率)。

本发明与现有的技术相比，其优点在于：