[发明专利]一种纳米铜导电墨水的室温烧结方法

说明书

本发明公开了一种纳米铜导电墨水的室温烧结方法，属于导电墨水技术领域。其包括以下步骤：a、用印刷机或涂膜机等将墨水印制或涂覆在柔性薄膜基材上；b、将步骤a的膜浸泡于0.1‑100v％有机酸的醇溶液中0.1‑30min，再用溶剂清洗2‑4遍，吹干；c、重复a和b步骤进行重复印制或涂覆，达到所需印制层厚度；d、将步骤c的膜浸泡于一定浓度的还原剂溶液中0.05‑60min，再用水清洗2‑4遍，吹干。本发明方法，适用于廉价的纳米铜墨水，实现室温空气中的烧结，所制得铜膜的电阻率低，可用于多种热敏及柔性基材上，工艺简单，适合于规模化生产。

技术领域

本发明涉及导电墨水技术领域，特别涉及纳米铜导电墨水的室温烧结方法。

背景技术

近年来，金属纳米材料作为电子功能材料具有易于灵活连接，便于实现低温烧结、化学性质活泼等特点，逐渐成为微电子领域的研究热点。传统蚀刻法不仅材料浪费严重、制备过程复杂，还存在成本高、环境污染严重等问题。而印刷电子技术则把印刷工艺和电子技术很好地结合在一起，具有广阔的应用前景。该技术的核心就在于功能墨水的制备和应用。其中，导电墨水是功能墨水的重要类别，受到广泛的关注。

在众多的导电组分中，金属的导电性能最为优异。其中，银是最广泛应用于导电墨水的材料，然而作为贵金属应用于印刷电路显然是不经济的。而铜的导电性能与银接近并且价格低，是一种理想的替代材料。但是，纳米铜的抗氧化稳定性差，严重阻碍了铜导电墨水的应用。同时，由于纳米材料表面的稳定剂会阻止颗粒之间形成导电通路，因此需要对印制图案进行后续的烧结处理。受限纳米铜的氧化敏感性，传统的加热烧结往往需要在高温条件下辅以还原性气氛或还原剂，防止氧化的发生。这种烧结方法不仅能耗大，操作复杂，而且由于较高的加热温度限制了基材的选择。特别是热敏性基材，比如纸张、塑料、织物等操作温度均低于150℃。因此，研究者致力于开发新型的烧结方式，包括微波烧结、激光烧结、红外烧结和等离子烧结等。通过局部快速加热的方式减小对基材的破坏。但其对基材的保护有限，并且需要昂贵的设备支持。

因此，低温下实现空气中的烧结仍然是纳米铜墨水的一大难点。有文献报道了利用纳米银材料的自团聚效应实现室温烧结的方法，极大地简化了工艺，可以适用于更多的基材。但现有的文献和专利都没有真正实现纳米铜墨水的室温烧结。为数不多的尝试(JMATER CHEM C,2017,5)，也没有得到理想的导电性。本发明将填补这一空白，通过简单的化学烧结，获得高导电性能的铜膜。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种室温烧结纳米铜导电墨水的方法。该方法采用有机酸溶液脱除颗粒表面的稳定剂，使颗粒初步连接，再应用还原性溶液将颗粒表面的氧化物还原为单质，实现颗粒间的焊接，解决颗粒的氧化问题与传统高温烧结带来的弊端。所述方法包括以下步骤：

1)将纳米铜分散在溶剂中，配制成固含量为5～80w％的溶液，放入超声清洗器中超声2h，获得导电墨水；

2)将步骤1)制得的导电墨水使用印刷机或涂膜机印制或涂覆于柔性薄膜基材上，形成图形或涂层；

3)将步骤2)制得的薄膜浸泡于0.1-100v％有机酸的醇类溶剂溶液中0.1-30min，使纳米铜表面的疏水性稳定剂充分脱除，并使印制或涂覆的图形表面由疏水性变为亲水性。再用醇类溶剂，清洗2～4遍，吹干；

4)重复步骤2)和3)，达到所需的印制层厚度；

5)将步骤4)所得薄膜浸泡于0.1～40w％的还原剂水溶液中0.05-60min，再用水清洗2～4遍，吹干。

使用四探针测试仪测定膜的方块电阻，使用扫描电子显微镜(SEM)测定膜厚度，计算得出膜的电阻率。

进一步，步骤1)中所述纳米铜包括直径小于100nm的纳米颗粒和纳米线，其表面被部分氧化。

进一步，步骤1)中所述溶液的固含量为5～80w％。