[发明专利]金属纳米颗粒分散体

说明书

金属纳米颗粒分散体，包含金属纳米颗粒、液体载体和任选的粘合剂，其特征在于所述分散体还包含根据式(I)的硅烷化合物，其中R1、R2和R3独立地选自氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳基、烷氧基和芳氧基，条件是R1至R3中的至少一个表示烷氧基或芳氧基，L₁表示包含1至20个碳原子的二价连接基团，A表示硫醇、二硫或包含至少一个硫醇或二硫的官能部分，具有不多于10个碳原子，和n表示0或1。

发明领域

本发明涉及金属纳米颗粒分散体，例如纳米银分散体，以及由其制备的导电油墨和糊料。本发明还涉及制备金属纳米颗粒分散体的方法，以及在中等固化条件下由金属纳米颗粒分散体或油墨形成的导电层或图案。

发明背景

在过去几十年中，对包含金属纳米颗粒的金属印刷或涂覆流体的兴趣增加，这是由于与给定金属的体性质相比其独特的性质。例如，金属纳米颗粒的熔点随着颗粒尺寸的减小而降低，使得它们对于印刷电子学、电化学、光学、磁学和生物学应用而言引人关注。

稳定和浓缩的金属印刷或涂覆流体的生产是非常引人关注的，因为它使得能够以低成本制备电子器件，所述流体可例如通过喷墨印刷方式印刷，或高速涂覆。

金属印刷或涂覆流体通常是金属纳米颗粒分散体，包含金属纳米颗粒和分散介质。这种金属纳米颗粒分散体可以直接用作印刷或涂覆流体。然而，通常将额外的成分添加到金属纳米颗粒分散体中以优化所得金属印刷或涂覆流体的性质。

金属纳米颗粒的制备可以通过所谓的多元醇合成在水或有机溶剂中进行，如例如´Approaches to the synthesis and Characterization of Spherical and Anisotropic Silver Nanomaterials´, Metallic Nanomaterials Vol.1., Challa S.S.R.Kumar编辑, Wiley-VCH Verlag GmbHCo.KGaA, Weinheim中所公开，通过多元醇合成方法的衍生方法或通过在各种还原剂存在下原位还原金属盐进行。这样的方法例如公开于US2010143591、US2009142482、US20060264518、EP-A 2147733、EP-A 2139007、EP-A803551、EP-A 2012952、EP-A 2030706、EP-A 1683592、EP-A 166617、EP-A 2119747、EP-A2087490、EP-A 2010314、WO2008/151066、WO2006/076603、WO2009/152388、WO2009/157393。

聚合分散剂通常用于制备金属纳米颗粒以获得稳定的金属印刷或涂覆流体。用于制备上述银纳米颗粒的多元醇合成通常在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)存在下进行。不稳定的金属纳米颗粒分散体可能导致不可逆的相分离，从而导致涂布或印刷头的堵塞等问题。金属纳米颗粒的聚集还可导致导电率的降低。

聚合分散剂通常是由丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基吡咯烷酮、乙烯醇缩丁醛、乙酸乙烯酯或乙烯醇单体制备的均聚物或共聚物。

通常，在将金属印刷或涂覆流体施加在基材上之后，在高温下进行烧结步骤(也称为固化步骤)以诱导/增强所施加的层图案的导电率。金属印刷或涂覆流体的有机组分，例如聚合分散剂，可降低烧结效率，从而降低所施加的层图案的导电率。因此，通常需要更高的烧结温度和更长的烧结时间来分解有机组分。

典型的聚合分散剂，如上述那些，其特征在于至少350℃的完全分解温度。因此，用包含这种聚合分散剂的金属印刷或涂覆流体涂覆或印刷的层或图案通常需要在升高的温度下进行烧结步骤以确保大多数聚合分散剂被分解。

这种高烧结温度与普通聚合物箔不相容，所述普通聚合物箔例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚碳酸酯，其具有相对低的玻璃化转变温度。这将选择限制为更昂贵的聚合物如聚酰亚胺。