[发明专利]纳米导电粒子沉积层的组合式光和化学烧结

说明书

技术领域

本发明涉及处理纳米粒子以增强用纳米粒子制备的结构的材料特性的方法。更具体来说，本发明涉及通过辐射烧结接着化学烧结处理纳米粒子以增强用纳米粒子制备的结构的材料特性的方法。

背景技术

纳米粒子具有在各种应用(如生物学、化学、材料科学、电子、成像和药品)中有价值的特性。在电子工业中，纳米粒子通常用作催化剂，如在无电金属电镀中；它们用于形成电磁干扰(EMI)屏蔽涂层、射频干扰信号(RFI)屏蔽涂层以及用于形成用于透明传导性材料(TCM)的金属网。

在衬底上的纳米粒子的烧结在用于印刷型电子产品、增材制造或3D打印的新型材料的开发中已变得越来越重要。在衬底上的纳米粒子的沉积可使用一系列技术实现：喷墨和气溶胶印刷、丝网印刷、电纺丝、挤出沉积和标准本体涂布方法(如旋涂或棒涂)。显著挑战为达到有效的纳米粒子的烧结以获得期望的材料特性，例如致密化、强度、传导性和光学特性。烧结金属纳米粒子的已知技术是通过热、光子或化学曝露。然而，纳米粒子的低效烧结可导致由该纳米粒子制备的制品的受损和不可接受的材料特性。另外，过度的烧结(如经重复的光子曝露)可损坏在其上沉积纳米粒子的衬底。

当衬底对热敏感时，例如聚对苯二甲酸亚乙酯(PET)(T_g约67℃到81℃)能够实现在低温下的有效烧结变成一种需要。举例来说，金属纳米粒子墨沉积的结构的烧结可需要超过200℃的温度用于维持延长的时间周期，其与热敏性衬底不兼容。所以，存在对在热敏性衬底上烧结纳米粒子以增强由纳米粒子制备的制品的材料特性而不破坏衬底的方法的需要。

发明内容

方法包括将纳米粒子沉积在衬底上；以及通过辐射烧结接着化学烧结来处理在衬底上的导电的纳米粒子以形成烧结的结构。

出乎意料地，与单独使用许多常规辐射烧结和化学烧结方法相比，辐射烧结接着化学烧结导电的纳米粒子的组合改进烧结的结构的材料特性。纳米粒子的过度烧结产生具有不可接受的材料特性的烧结的结构。因此，通过烧结由辐射烧结接着化学烧结纳米粒子制备的烧结的结构的材料特性预期未被改进但是一般来说为不可接受的。然而，辐射烧结接着化学烧结的组合至少增强烧结的结构的导电性，这通常伴随着提高的透射率和降低的雾度。组合的烧结方法还实现使用热敏性衬底，而无需担心组合的烧结方法可能造成衬底损坏或烧结的结构与衬底的分层。

辐射烧结接着化学烧结的方法可用于形成电磁干扰(EMI)屏蔽涂层、射频干扰信号(RFI)屏蔽涂层、导电线迹、形成用于透明传导性材料(TCM)的金属网、增材制造(3D印刷)以及用于其中导电纳米粒子有用的任何其它领域。

附图说明

图1为在光烧结接着氯化氢曝露后的薄层电阻[欧姆/平方]与在光烧结后的薄层电阻[欧姆/平方]的曲线。

图2为在光烧结接着氯化氢曝露后的雾度[％]与在光烧结后的雾度[％]的曲线。

图3为在光烧结接着氯化氢曝露后的透射率[％]与在光烧结后的透射率的曲线。

具体实施方式

除非上下文另外明确指示，否则如在整个说明书中所使用，以下缩写具有以下含义：℃＝摄氏度；g＝克；L＝升；mL＝毫升；μL＝微升；rpm＝转/分钟；msec＝毫秒；D.I.＝去离子水；Hz＝赫兹；mPa s＝兆帕秒；s＝秒；Mw＝重均分子量；Mn＝数均分子量；m＝米；mm＝毫米；μm＝微米(micron)＝微米(micrometer)；cm＝厘米；nm＝纳米；(＝欧姆；(m＝欧姆米；sq＝平方(square)；V＝伏特；kV＝千伏特；mJ＝毫焦耳；μs＝微秒；UV＝紫外；IR＝红外；3D＝三维；SEM＝扫描电子显微照片；M＝摩尔；TGA＝热解重量分析；T_g＝玻璃态转变温度；wt％＝重量％；vol％＝体积％；VFR_核＝核材料的体积流率；以及VFR_壳＝壳材料的体积流率。

术语“辐射”意指以射线、波或粒子的形式辐射或传播的能量。术语“烧结”意指融合粒子使得粒子的晶粒边界融合并且形成块团。术语“块团”意指材料的聚集。术语“透射率百分比(％)”＝I/I₀×100，其中I₀＝进入样品的光的强度，并且I＝离开样品的光的强度。术语“雾度”意指由光散射引起的材料的浑浊度。化学式HCl＝氯化氢或盐酸。术语“膜”和“层”在整个本说明书中可互换使用。除非另外规定，否则所有百分比值都是重量％。所有数值范围都包括在内并且可按任何次序组合，但逻辑上这类数值范围被限制于总计共100％。