[发明专利]用于使用官能化烷氧基硅烷添加剂和底漆层增强银纳米粒子墨水的粘附力的方法

说明书

使用包含官能团的烷氧基硅烷作为在银纳米粒子墨水(1)中的添加剂，并且作为在衬底(5)的表面上的助粘剂(或底漆层)以增强银纳米粒子墨水在温度敏感的塑料衬底上的粘附力。官能化的烷氧基硅烷在墨水中和在衬底的表面上两者的组合在将墨水在低温退火后提供增强的粘附力。当根据ASTM D3359试验时，退火的膜的粘附力从0B‑3B水平提高至4B‑5B。在将退火的膜在湿度箱中老化后，没有观察到粘附力下降和颜色变化。

领域

本公开涉及银纳米粒子墨水组合物及其用途。更具体地，本公开涉及包括涂布在塑料衬底上的银纳米粒子墨水的电子部件和增强对其粘附力的方法。

背景

本章节中的说明仅提供与本公开相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。

导电墨水正越来越多地用于形成在多种2-D和3-D电子应用中的印刷元件，如天线或传感器。然而，导电墨水对塑料衬底材料如低成本聚碳酸酯的粘附力较差，并且可能限制与印刷元件相关联的使用寿命。

一般地，正在采用两种类型的导电墨水，即聚合物厚膜(PTF)糊料和金属纳米粒子墨水。PTF糊料通常由分散在聚合物粘合剂中的微米尺寸金属片组成。聚合物粘合剂的使用允许固化的PTF糊料粘附至多种衬底材料。然而，这些聚合物粘合剂还作为绝缘体，并且对由印刷导电元件表现出的导电性具有副作用。

相比之下，金属纳米粒子墨水一般包含非常少量至不包含聚合物粘合剂。因此，在烧结纳米粒子墨水后，通常获得高水平的导电性。然而，该导电性增加是以对衬底材料的粘附力为代价获得的。

塑料衬底材料的使用降低可以用于使导电墨水固化的烧结温度。低成本、温度敏感的塑料衬底的使用要求导电墨水在暴露于低退火或烧结温度后表现出墨水对衬底的良好粘附力以及保持高导电性(例如，低电阻率)。

概述

本公开总体上提供在衬底上形成导电轨迹(conductive trace)的方法。所述方法包括：提供衬底；将底漆层涂布到所述衬底的表面上，其中所述底漆层由含有包含一个或多个官能团的第一烷氧基硅烷物质的起始成分形成；使所述底漆层至少部分地固化；提供银纳米粒子墨水；将包含一个或多个官能团的第二烷氧基硅烷物质掺入到银纳米粒子墨水中以形成改性墨水；将所述改性墨水涂布到所述底漆层上；以及将所述改性墨水退火以形成所述导电轨迹，使得所述导电轨迹表现出4B以上水平的粘附力，备选地，5B水平的粘附力。当需要时，所述导电轨迹可以表现出大于约1.5x 10²N/m的剥离强度。所述导电轨迹在暴露于具有90％相对湿度且在60℃的高湿度环境至少四天后还可以表现出5B粘附力。

用于形成所述底漆层或被掺入到所述银纳米粒子墨水中的所述烷氧基硅烷物质的一个或多个官能团中的每一个独立地选择为氨基、环氧基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、巯基或乙烯基。基于所述银纳米粒子墨水中的银的总重量，所述烷氧基硅烷物质以约0.01重量％至约2.0重量％的浓度掺入到所述银纳米粒子墨水中。改性银纳米粒子墨水具有与原始银纳米粒子墨水大致相同的粘度。

可以使用旋涂、浸涂、喷涂、印刷或流涂技术将所述底漆层涂布至所述衬底，并且可以使用模拟或数字印刷法将改性银纳米粒子墨水涂布到至少部分固化的底漆层上。当需要时，可以在所述底漆层的涂布之前使用大气压/空气等离子体、火焰、大气压化学等离子体、真空化学等离子体、UV、UV-臭氧、热处理、溶剂处理、机械处理或电晕充电工艺处理所述衬底的表面。

根据本公开的一个方面，所述底漆层在不大于120℃的温度至少部分地固化在约2分钟至约60分钟之间的范围内的时间段。所述至少部分固化的底漆层表现出等于或大于对于所述衬底的表面测量的平均粗糙度(Ra)值的平均厚度。备选地，所述至少部分固化的底漆层表现出约50纳米至约1微米的平均厚度。