[发明专利]一种核壳结构Ag@Cu纳米颗粒导电墨水及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种核壳结构Ag@Cu纳米颗粒导电墨水及其制备方法和用途，该墨水由球状纳米颗粒分散于液体中形成，所述球状纳米颗粒为银壳包覆铜核的Ag@Cu纳米颗粒，所述液体为去离子水、乙二醇和丙三醇的混合液；所述球状纳米颗粒的固含量为10～30wt％。本发明中的球状纳米颗粒由于具有银壳包覆铜核的特点，不但利于铜氧化稳定性的提升，还可以提高其抗电迁移性。因此该纳米颗粒制备的导电墨水具有较好的稳定性，且印刷在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或相片纸等柔性基底上的导电图案呈现出良好的导电性和附着性。基于本发明的墨水打印的导电膜具有柔性可弯折的特点，在弯曲情况下导电性能良好。

技术领域

本发明属于金属导电纳米颗粒领域，特别涉及一种针对喷墨打印在柔性基底上的核壳结构Ag@Cu纳米颗粒导电墨水及其制备方法。

背景技术

应用于印刷油墨的导电材料一直在不断发展，因其巨大的潜力而得到广泛开发应用于各种电子设备，如射频识别(RFID)、光伏电池、导电电路、传感器、显示器等。碳纳米管、导电聚合物和石墨烯等材料已被用于导电印刷油墨，但这些油墨往往具有较低的导电性和较差的化学性质，并且在这些油墨在柔性基底上的附着性较差，喷墨打印的效果也不是很精细，而金属纳米颗粒应用于印刷油墨中将会有效地解决上述问题。

银纳米颗粒已广泛用于导电油墨，其具有高导电性和较好的氧化稳定性。然而，银纳米颗粒的高价格和其严重的电迁移，即在电场作用下使金属离子发生迁移，当器件工作时，金属互连线内有一定电流通过，金属离子会沿导体产生输运，其结果会使导体的某些部位产生空洞或晶须阻碍了其在印刷油墨中的应用。

由于铜与贵金属(金、银)相比，具有优异的等效导电性(仅比银低6％)和较低的价格，因此铜纳米颗粒被认为是用于印刷油墨的银纳米颗粒的替代物，然而，铜纳米颗粒在空气环境条件下容易氧化，其氧化物将对电导率产生严重影响。

作为优化方案，Ag@Cu核壳纳米颗粒非常适合作为印刷油墨的替代品。铜的应用不仅降低了成本，而且降低了电迁移的可能性，同时，外部银壳可以钝化内部铜核以避免其发生氧化。与此同时，根据不同的固重比和溶剂的比例来调试墨水以在PET上实现较好的附着。目前制备Ag@Cu核壳纳米颗粒的方法主要有利用磁场制备法、高温热挤压法、化学脱合金法、电镀法等，但是利用磁场制备法和高温挤压法等方法所需设备昂贵，化学脱合金法、电镀法等方法实验条件较为苛刻。

中国专利CN 101088670 A公开了一种Cu-Ag核壳复合金属粉末的制备方法，采用直接镀法对铜颗粒进行预镀随后进行两次葡萄糖浴包覆一层银层，但是所需试剂不环保，步骤复杂且制备的颗粒为微米级别。中国专利CN 102950282 A公开了一种银铜包覆粉的制备方法，采用超声搅拌还原的方法，但反应涉及硝酸、硫酸等强酸溶剂，且制得的粉末形状不均一，球状与片状同时存在。

发明内容

本发明的目的是针对上述核壳结构Ag@Cu纳米颗粒导电墨水存在的问题，提供一种核壳结构Ag@Cu纳米颗粒导电墨水及其制备方法和用途，制备方法简单、易于操作。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种核壳结构Ag@Cu纳米颗粒导电墨水，其由球状纳米颗粒分散于液体中形成，所述球状纳米颗粒为银壳包覆铜核的Ag@Cu纳米颗粒，所述液体为去离子水、乙二醇和丙三醇的混合液；所述球状纳米颗粒的固含量为10～30wt％。

一种核壳结构Ag@Cu纳米颗粒导电墨水的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制铜源前驱液：取硫酸铜(CuSO₄)置于反应容器中，加入乙二醇(EG)，磁力搅拌均匀配制成铜源前驱物溶液；

(2)加入还原剂和分散剂：在步骤(1)中得到的铜源前驱物溶液中加入作为还原剂的一水合次磷酸钠(NaH₂PO₂·H₂O)和作为分散剂的聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)；