可室溫燒結的噴墨打印導電墨水及其應用
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于導電墨水，特別涉及可室溫燒結的嗔墨打印導電墨水，以及該嗔墨打 印導電墨水的應用。
【背景技術】
[0002] 近年來，電子信息技術的飛速發(fā)展和日益普及已經(jīng)有目共睹，與此同時，作為電子 技術的主要物質(zhì)承載部分的導電電路，其市場需求已經(jīng)達到每年2000億美元。目前電路制 造技術還停留在傳統(tǒng)技術層面，主要有光刻、化學蝕刻、蒸鍍和絲印等方法。然而，傳統(tǒng)的電 路制造技術有著1?污染、1?浪費、1?成本等不可避免的缺陷。
[0003] 與常規(guī)印刷電路板制備導電線路的工藝相比，利用噴墨打印技術制備導電線路的 方法具有制造速度快、環(huán)境友好、工藝過程簡單、成本低以及功能多樣化的特點。噴墨打印 技術不僅可以將功能性材料直接印刷在電路板上，形成高性能的導電線路，還可噴印成電 阻、電池、晶體管或電容等兀器件，進而大大提商了廣品的生廣率。
[0004] 適用于噴墨打印技術的導電墨水主要性能有四點：導電性、印適性、耐用性、可燒 結性。
[0005] 導電性主要由導電載體決定。常見的導電載體有高分子導電物質(zhì)、石墨類、陶瓷類 及金屬類。由于納米金屬具有尺寸小、顆粒不易團聚、熔點低等特性，同時，金屬銀擁有很高 的金屬電導率，相對廉價等突出優(yōu)點，故納米銀顆粒被廣泛用于導電噴墨的研究和生產(chǎn)中。
[0006] 印適性主要指導電墨水在打印過程中的流暢性、連續(xù)性等性能，主要通過調(diào)節(jié)導 電墨水的表面張力、粘度、揮發(fā)性及導電顆粒的大小等性質(zhì)能來調(diào)節(jié)印適性。
[0007] 耐用性指的是導電墨水在靜置時的穩(wěn)定性、不沉降、不分解、不變性等特性。
[0008] 可燒結性指的是導電墨水在打印后需要經(jīng)過燒結步驟獲得良好導電性的能力。納 米銀之所以可以在導電墨水中穩(wěn)定存在，是因為其表面包裹著一層高分子聚合物作為穩(wěn)定 劑。導電墨水在噴墨打印在基底上形成圖案之后，由于有穩(wěn)定劑存在，在納米銀顆粒之間導 致其不能直接導電，需要燒結步驟去除納米銀顆粒表面的穩(wěn)定劑，使納米銀顆粒形成連續(xù) 相，最終才能導電。燒結是噴墨打印導電墨水實現(xiàn)導電的關鍵性步驟。
[0009] 傳統(tǒng)的燒結方法有熱燒結、激光燒結、微波燒結及紅外燒結等方法，其根本原理都 是使納米銀顆粒受熱，使溶劑揮發(fā)，表面穩(wěn)定劑脫去，從而形成連續(xù)導電相，并且，燒結溫度 越高，非導電物質(zhì)脫去越徹底，燒結導電效果越好。然而，傳統(tǒng)的高溫燒結有兩個不可避免 的弊端。第一，高溫燒結需要消耗很大的能量，燒結設備復雜。第二，高溫燒結對基底破壞 性大，目前很多噴墨打印的基材都不能承受超過150°C的高溫，導致燒結效果不理想。
[0010] 中國發(fā)明專利CN102827509A公開了一種納米銀導電墨水，然而其未涉及到燒結 的步驟。中國發(fā)明專利CN101805538A公開了一種低溫燒結導電墨水，但是其燒結溫度仍然 達到150°C，溫度仍然較高。中國發(fā)明專利CN102220045公開了一種低溫燒結的溶劑型納米 銀導電油墨及其制備方法，其燒結溫度為140°C，但是主要側重于納米銀粉的制備，涉及到 燒結步驟的內(nèi)容很少?，F(xiàn)有的專利鮮有提及室溫燒結的，本發(fā)明將填補這一空白。
[0011] 本發(fā)明涉及到一種室溫即可燒結的噴墨打印導電墨水,及其室溫燒結的方法,可 以解決高溫燒結帶來的弊端。本發(fā)明的可室溫燒結的噴墨打印導電墨水，不但可以在室溫 下進行化學燒結，而且燒結方法簡單，成本低廉，經(jīng)化學燒結打印出來的導電線路的圖案， 所獲得的導電線路的導電性優(yōu)良。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的之一在于針對現(xiàn)有技術的不足，從而提供一種成本低廉，并有著優(yōu) 良的印適性及耐用性的可室溫燒結的噴墨打印導電墨水，最主要的是該導電墨水可以配合 本發(fā)明的室溫燒結方法，在室溫下進行化學燒結打印出來的導電線路的圖案，所獲得的導 電線路能夠達到良好的導電性。
[0013] 本發(fā)明的目的之二在于提供可室溫燒結的噴墨打印導電墨水的應用，通過室溫燒 結的方法，實現(xiàn)所獲得的導電線路能夠達到良好的導電性。
[0014] 本發(fā)明的可室溫燒結的噴墨打印導電墨水，是由功能材料和漿料溶劑載體組成， 各組分的質(zhì)量百分含量如下：
[0015] 表面包喪.翁聚乙烯吡咯烷酬的銀納米顆粒 8%~40% 商分子樹脂 0.01~5%
[0016] 溶劑 20 ~90% 表面活性劑 0,02~20% 防腐劑 0.02~丨5% 消泡劑 0.02~15% 保濕劑 0.02~15%
[0017] 所述的表面包裹有聚乙烯吡咯烷酮的銀納米顆粒，其聚乙烯吡咯烷酮是作為穩(wěn)定 劑使用。
[0018] 所述的表面包裹有聚乙烯吡咯烷酮的銀納米顆粒，其聚乙烯吡咯烷酮占表面包裹 有聚乙烯吡咯烷酮的銀納米顆粒的質(zhì)量分數(shù)的0. 5%。
[0019] 所述的表面包裹有聚乙烯吡咯烷酮的銀納米顆粒的平均粒徑為5~50nm。
[0020] 所述的高分子樹脂為熱固性丙烯酸樹脂，可以選自聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙 烯酸乙酯、甲基丙烯酸酰胺、聚丙烯酸月桂酯和聚丙烯酸-2-羥基乙酯中的任意一種。
[0021] 所述的溶劑選自水、醋酸正丙酯、乙二醇丙醚、丙二醇丙醚、丙二醇丁醚、一縮乙二 醇丙醚、異丙醇、正丙醇、四氫呋喃、甲苯、二甲苯、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、乙二醇單甲醚、 乙二醇苯甲醚、二乙二醇單甲醚、一縮丙二醇甲醚和丙二醇苯醚中的一種或幾種。
[0022] 所述的表面活性劑可以選自三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉、失水山梨醇油酸 三酯、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸鈉、甲基戊醇、纖維素衍生物、聚丙烯酰胺、古爾膠和 脂肪酸聚乙二醇酯中的一種或幾種。
[0023] 所述的防腐劑可以選自苯酚、甲酚、氯甲酚、麝香草酚、羥苯酯類、苯甲酸及其鹽 類、山梨酸及其鹽、硼酸及其鹽類、丙酸、脫氫醋酸、甲醛、戊二醛、苯甲醇、苯乙醇、三氯叔丁 醇、氯仿、氯己定、氯已定碘、聚維酮碘、硫柳汞、醋酸苯汞、硝酸苯汞、硝甲酚汞、氯化苯甲烴 銨、氯化十六烷基吡啶、溴化十六烷銨和度米芬等中的一種。
[0024] 所述的消泡劑可以選自聚硅氧烷、聚醚、乳化硅油、高碳醇、磷酸三丁酯、聚氧丙烯 和德國畢克公司生產(chǎn)的BYK消泡劑系列等中的一種。
[0025] 所述的保濕劑可以選自丙二醇、甘油、山梨醇、丙三醇、聚乙二醇、己二醇和聚丙三 醇等中的一種。
[0026] 本發(fā)明的可室溫燒結的噴墨打印導電墨水的制備方法：以質(zhì)量百分含量計，將 8%~40%的表面包裹有作為穩(wěn)定劑的聚乙烯吡咯烷酮的銀納米顆粒、0. 01~5%的高分子 樹脂、20~90%的溶劑、0. 02~20%的表面活性劑、0. 02~15%的防腐劑、0. 02~15%的消 泡劑和0. 02~15%的保濕劑混合均勻得到。
[0027] 所述的表面包裹有作為穩(wěn)定劑的聚乙烯吡咯烷酮的銀納米顆?？蓞⒖?文獻 Zhiliang Zhang, Xingye Zhang, Yanlin Song. The synthesis of silver nanoparticles and its application in the ink-jet printing electrocircuits. Chemistry, 2011，74(10)，874-880中的制備方法制備得到。
[0028] 本發(fā)明的可室溫燒結的噴墨打印導電墨水可打印在印刷電路板上，在印刷電路板 上制備出導電線路的圖案，并在帶有導電線路圖案的印刷電路板上涂覆處理液，在室溫下， 經(jīng)所述的處理液化學燒結上述導電墨水打印出來的導電線路的圖案，吹干(可用吹風機）印 刷電路板表面上殘留的所述的處理液，然后放在干燥通風的地方，從而獲得具有良好導電 性能的導電線路。
[0029] 所述的涂覆是使用超聲波霧化噴涂設備或氣泵噴槍，均勻將處理液噴涂在帶有導 電線路圖案的印刷電路板上。
[0030] 所述的處理液，是將占所述的處理液的質(zhì)量百分含量為1~30%的溶質(zhì)與占所述 的處理液的質(zhì)量百分含量為70~99%的溶劑混合，經(jīng)磁力攪拌，使溶質(zhì)溶解均勻后得到的。
[0031] 所述的溶質(zhì)可以選自三乙胺、二乙胺、氯化鈉、溴化鈉、碘化鈉、硝酸鉀、氯化鉀、溴 化鉀、碘化鉀、氫氧化鈉、氫氧化