專利名稱：在降低的加工溫度下由銀納米顆粒形成高導(dǎo)電部件的新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及導(dǎo)電部件，更具體地，涉及包括含銀的納米顆粒的高導(dǎo)電部件和 在低溫下形成該部件的方法。
背景技術(shù)：
銀納米顆粒在用作可印刷導(dǎo)電材料和電子裝置的高導(dǎo)電部件方面引起廣泛關(guān)注。 這是因?yàn)殂y的成本比金低得多，并且其比銅具有更好的環(huán)境穩(wěn)定性。在基質(zhì)上形成包含銀 納米顆粒的高導(dǎo)電部件的常規(guī)方法包括兩步。第一步包括將含有銀納米顆粒的液體組合物 沉積到基質(zhì)上成為組合物部件。第二步包括加熱該沉積的部件從而形成高導(dǎo)電部件。在常規(guī)方法中，常使用大塊或大量的穩(wěn)定劑以使含銀的納米顆粒穩(wěn)定。這通常導(dǎo) 致第二步的較高的加熱溫度和較長的加熱時間，這與例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等 塑料基質(zhì)不相容。例如，當(dāng)使用較高加熱溫度，尤其是使用較長時間時，PET基質(zhì)可能會發(fā) 生尺寸變形或化學(xué)降解。因此，需要克服現(xiàn)有技術(shù)中的這些及其他問題并通過一種使用降低的加熱溫度的 方法形成包括含銀納米顆粒的高導(dǎo)電部件。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)多個實(shí)施方案，本發(fā)明包括一種形成高導(dǎo)電部件的方法。所述高導(dǎo)電部件可 通過首先將一種具有多個含銀納米顆粒的液體組合物沉積到一種基質(zhì)上形成組合物部件， 然后通過一個對組合物部件的加熱步驟而形成。在該形成方法過程中，在選自沉積步驟、沉 積步驟之后加熱步驟之前的步驟和加熱步驟的一個步驟中，將一種組合物劑施用于所述組 合物部件。將所述組合物劑施用于組合物部件可降低加熱步驟的溫度。根據(jù)多個實(shí)施方案，本發(fā)明還包括一種形成高導(dǎo)電部件的方法。該形成方法可包 括首先將一種具有多個被有機(jī)胺穩(wěn)定的含銀納米顆粒的液體組合物沉積到一種柔性基質(zhì) 上形成組合物部件，然后在約140°C或更低的溫度下加熱該組合物部件。在該形成方法過程 中，例如在選自沉積步驟中、沉積步驟之后加熱步驟之前的步驟中和加熱步驟中的一個步 驟中，可將一種酸性組合物施用于該組合物部件。根據(jù)多個實(shí)施方案，本發(fā)明還包括一種形成高導(dǎo)電部件的方法。該形成方法可包 括首先將一種具有多個被有機(jī)胺穩(wěn)定的含銀納米顆粒的液體組合物在基質(zhì)上沉積形成一 個或多個組合物部件，所述基質(zhì)包含例如PET (聚對苯二甲酸乙二醇酯)材料；然后將該一 個或多個組合物部件在約120°C或更低的溫度下退火；然后將一種酸性組合物施用于該一 個或多個組合物部件。在實(shí)施方案中，所述酸性組合物可在選自沉積步驟、沉積步驟之后加 熱步驟之前的步驟和加熱步驟的一個步驟中施用。本發(fā)明的其他目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)一部分將在以下描述中描述，一部分將從描述中顯而易 見，或可通過實(shí)踐本發(fā)明而獲悉。本發(fā)明的所述目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將通過所附權(quán)利要求書中具體指出的要素及其結(jié)合而實(shí)現(xiàn)和獲得。應(yīng)理解，上文的概括描述和下文的詳細(xì)描述均為示例性的并且僅為說明性的，不 是對要求保護(hù)的本發(fā)明的限制。


所述附圖被納入并構(gòu)成本說明書的一部分，其說明了本發(fā)明的多個實(shí)施方案，并 與所描述內(nèi)容一起，用于解釋本發(fā)明的原理。圖1A描繪了根據(jù)本發(fā)明的多個實(shí)施方案形成高導(dǎo)電部件的一種示例方法。圖1B描繪了根據(jù)本發(fā)明的多個實(shí)施方案形成一種示例性高導(dǎo)電部件的橫截面示 意圖。圖1C描繪了根據(jù)本發(fā)明的多個實(shí)施方案形成另一種示例性高導(dǎo)電部件的橫截面 示意圖。圖1D描繪了根據(jù)本發(fā)明的多個實(shí)施方案形成又一種示例性高導(dǎo)電部件的橫截面 示意圖。圖2描繪了對照試樣和本發(fā)明的多個實(shí)施方案所公開的多種導(dǎo)電試樣之間的電 導(dǎo)率的比較。應(yīng)注意的是，為便于理解實(shí)施方案，圖中的一些細(xì)節(jié)已被簡化畫出，而不是保持嚴(yán) 格的結(jié)構(gòu)精確度、細(xì)節(jié)和比例。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將詳細(xì)參照本發(fā)明的實(shí)施方案及在附圖中示例的實(shí)施例進(jìn)行描述。盡可能地， 在所有附圖中會使用相同的標(biāo)記來指代相同或相似的部件。在以下描述中，將參照構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖，并且附圖中示例性示出了可 實(shí)踐本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方案。對這些實(shí)施方案足夠詳細(xì)地進(jìn)行了描述以使本領(lǐng)域技 術(shù)人員能實(shí)踐本發(fā)明，并且應(yīng)理解的是，可使用其他實(shí)施方案，并且在不偏離本發(fā)明的范圍 的情況下可進(jìn)行改變。因此，以下說明僅為示例性的。示例性實(shí)施方案提供了在小于約140°C或在有些情況下小于約120°C的降低的 操作溫度下形成包含被穩(wěn)定的含銀納米顆粒的高導(dǎo)電部件的材料和方法。在一個實(shí)施方 案中，可通過使經(jīng)由有關(guān)組合物劑處理過的組合物部件退火而在一種基質(zhì)上形成高導(dǎo)電部 件。根據(jù)用于穩(wěn)定含銀納米顆粒的穩(wěn)定劑，所述有關(guān)組合物劑可包括例如酸性組合物 和/或堿性組合物。在實(shí)施方案中，不限于任何具體理論地，所述有關(guān)組合物劑能夠與穩(wěn) 定劑形成一種化學(xué)鍵和/或物理連接，從而在含銀納米顆粒的表面上形成一種弱的網(wǎng)狀構(gòu) 造、復(fù)合物和/或鹽，這樣可以使用較低的溫度來例如使穩(wěn)定劑從被穩(wěn)定的含銀納米顆粒 上熱離解出。在實(shí)施方案中，可將一種或多種穩(wěn)定劑，例如有機(jī)胺或其他穩(wěn)定劑，連接于含銀納 米顆粒的表面從而形成被穩(wěn)定的含銀納米顆粒。穩(wěn)定劑可具有最小化或防止含銀納米顆粒在液體中的聚集并任選地提供含銀納 米顆粒在液體中的可溶性或可分散性的作用。此外，穩(wěn)定劑可以是可通過熱除去的，這意指在一定條件下例如通過加熱或退火，可使穩(wěn)定劑從含銀納米顆粒表面離解出。在實(shí)施方案 中，穩(wěn)定劑在所述溫度下從含銀納米顆粒上熱離解出可導(dǎo)致穩(wěn)定劑蒸發(fā)或使穩(wěn)定劑分解成 氣體形式。在實(shí)施方案中，所述穩(wěn)定劑可以是一種有機(jī)穩(wěn)定劑。示例性有機(jī)穩(wěn)定劑可包括硫 醇及其衍生物、胺及其衍生物、羧酸及其羧酸酯衍生物、聚乙二醇，及其他有機(jī)表面活性劑。 在實(shí)施方案中，所述有機(jī)穩(wěn)定劑可選自硫醇，例如丁硫醇、戊硫醇、己硫醇、庚硫醇、辛硫醇、 癸硫醇和十二烷硫醇；胺，例如乙胺、丙胺、丁胺、戊胺、己胺、庚胺、辛胺、壬胺、癸胺和十二 烷胺；二硫醇，例如1,2-乙二硫醇、1，3_丙二硫醇和1，4_ 丁二硫醇；二胺，例如乙二胺、1， 3_二氨基丙烷、1，4-二氨基丁烷；硫醇和二硫醇的混合物；及胺和二胺的混合物。本發(fā)明實(shí) 施方案中也可包括含有可使含銀納米顆粒穩(wěn)定的吡啶衍生物(例如十二烷基吡啶)和/或 有機(jī)膦的有機(jī)穩(wěn)定劑來作為穩(wěn)定劑。在多種實(shí)施方案中，穩(wěn)定劑可為有機(jī)胺，包括例如丁胺、戊胺、己胺、庚胺、辛胺、壬 胺、癸胺、十六烷胺、十一烷胺、十二烷胺、十三烷胺、十四烷胺、二氨基戊烷、二氨基己烷、二 氨基庚烷、二氨基辛烷、二氨基壬烷、二氨基癸烷、二氨基辛烷、二丙胺、二丁胺、二戊胺、二 己胺、二庚胺、二辛胺、二壬胺、二癸胺、己基癸胺、甲基丙基胺、乙基丙基胺、丙基丁基胺、乙 基丁基胺、乙基戊基胺、丙基戊基胺、丁基戊基胺、三丁胺、三己胺等，或其混合物?？蓪⒁环N 或多種穩(wěn)定劑用于本文公開的被穩(wěn)定的含銀納米顆粒中。在實(shí)施方案中，所述穩(wěn)定劑可與含銀納米顆粒通過化學(xué)鍵和/或物理連接相互作 用。所述化學(xué)鍵可為例如共價鍵合、氫鍵合、配位絡(luò)合鍵合或離子鍵合形式、或不同化學(xué)鍵 合的混合形式。所述物理連接可為例如范德華力或偶極-偶極相互作用的形式，或不同物 理連接的混合形式。根據(jù)例如穩(wěn)定劑使溶劑中含銀納米顆粒穩(wěn)定的能力，穩(wěn)定劑在含銀納米顆粒表面 上的覆蓋程度可以在例如部分覆蓋到全部覆蓋之間進(jìn)行變化。對單獨(dú)的含銀納米顆粒，可 使用多種不同穩(wěn)定劑覆蓋程度來穩(wěn)定含銀納米顆粒。在多種實(shí)施方案中，所述含銀納米顆粒的平均粒度可為例如小于約lOOnm、小于約 50nm、小于約25nm或小于約lOnm。此處粒度可定義為含銀顆粒核的平均直徑，不包括穩(wěn)定 劑。在多種實(shí)施方案中，所述含銀納米顆?？砂▎钨|(zhì)銀或銀復(fù)合物。除銀之外，銀 復(fù)合物還可包括以下兩者之一或兩者(i) 一種或多種其他金屬，和(ii) 一種或多種非金 屬。適宜的其他金屬可包括例如Al、Au、Pt、Pd、Cu、Co、Cr、In和Ni，特別是過渡金屬，例如 Au、Pt、Pd、Cu、Cr、Ni，及其混合物。示例性金屬復(fù)合物可包括Au-Ag、Ag_Cu、Au-Ag-Cu和 Au-Ag-Pd。金屬復(fù)合物中的適宜的非金屬可包括例如Si、C、Ge或它們的結(jié)合。所述銀復(fù)合物中的多種組分的存在量，基于含銀納米顆?？傊亓坑?jì)可為例如約 0.01重量％ -約99. 9重量％，或在一些情況下，為約10重量％至約90重量％。在實(shí)施方 案中，所述銀復(fù)合物可為包括銀及其他金屬的金屬合金，銀占納米顆粒的例如至少約20重 量％，或在一些情況下為納米顆粒的大于約50重量％。除非另有注明，否則此處所述的含 銀納米顆粒的各組分的重量百分比不包括穩(wěn)定劑。在多種實(shí)施方案中，所述穩(wěn)定劑例如有機(jī)胺的存在量可為納米顆粒和穩(wěn)定劑(即 被有機(jī)胺穩(wěn)定的含銀納米顆粒)的總重量的約5重量％ -約60重量％、約10重量％ -約40重量％、或約15重量％ -約30重量％。本文所公開的術(shù)語“高導(dǎo)電部件”是指電導(dǎo)率為至少約0.1西門子/厘米(“S/ cm”)、至少約100S/cm、至少約500S/cm、至少約1，000S/cm、至少約5，000S/cm、至少約 10，000S/cm或至少約20，000S/cm的導(dǎo)電部件，所述值由例如四點(diǎn)探針法測得。在實(shí)施方案中，所述高導(dǎo)電部件的厚度可為例如約5納米至約5毫米，或在一些情 況下，為約10納米至約1000微米，包括例如約50納米至約10微米，包括約60納米至約5 微米，或80納米至約1微米。在實(shí)施方案中，所述高導(dǎo)電部件可用作可印刷導(dǎo)電材料或用于電子裝置。例如， 所述高導(dǎo)電部件可用在多種應(yīng)用中，所述應(yīng)用包括但不限于，電子裝置中的導(dǎo)電電極、導(dǎo)電 墊、導(dǎo)電路徑(conductive trace)、導(dǎo)電線、導(dǎo)電線路(conductive track)等。用語“電子 裝置”是指大型、微型和納米級電子裝置，例如薄膜晶體管、有機(jī)發(fā)光二極管、RFID標(biāo)簽、光 電件、印刷電路板，及需要導(dǎo)電元件或部件的其他電子裝置。在實(shí)施方案中，所公開的低溫退火可使高導(dǎo)電部件在例如柔性基質(zhì)如PET(聚對 苯二甲酸乙二醇酯)上形成。本文所用術(shù)語“柔性基質(zhì)”是指由聚合物、塑料、橡膠等制成 的基質(zhì)。所述“柔性基質(zhì)”可在高溫例如高于140°C下發(fā)生尺寸變形和/或化學(xué)降解。因此 該低溫加工可保持所述基質(zhì)的尺寸穩(wěn)定性。在一個示例性實(shí)施方案中，對于大面積應(yīng)用，可 能需要約120°C或更低的加工溫度。圖1A描繪了用于形成高導(dǎo)電部件的一種示例性方法100，而圖1B-1D描繪了根據(jù) 本發(fā)明的多個實(shí)施方案形成多種示例性高導(dǎo)電部件的橫截面示意圖。在實(shí)施方案中，雖然 為說明的目的而參照圖1B-1D對圖1A的方法100進(jìn)行了描述，但是，圖1A的方法100的過 程不限于圖1B-1D中所示結(jié)構(gòu)。此外，雖然下文以一系列行為或事件對圖1A的方法100進(jìn)行了說明和描述，但是 應(yīng)認(rèn)識到的是，本發(fā)明不受限于所述行為或事件的說明順序。例如，一些行為可能以不同的 順序發(fā)生和/或與除本文所說明和/或描述之外的其他行為或事件同時發(fā)生。此外，并非 需要實(shí)施所有的示例步驟以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個或多個方面或?qū)嵤┓桨傅姆椒ā４送?，此?所述行為中的一個或多個可以一個或多個單獨(dú)的行為和/或階段實(shí)施。在圖1A的102步驟中，參照圖1B，可將一種包括被穩(wěn)定的含銀納米顆粒的液體組 合物20沉積到基質(zhì)10上形成組合物部件24。在多個實(shí)施方案中，所述基質(zhì)10可包括玻璃、聚酰亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN)、PET等。在一個實(shí)施方案中，所述基質(zhì)10可為在較低溫度下例如低于約140°C下或 在一些情況下低于約120°C下穩(wěn)定的任意基質(zhì)。本文所公開的包括被穩(wěn)定的含銀納米顆粒的液體組合物20也可包含適宜的溶 劑，例如水、烴類溶劑、醇、酮、氯化溶劑、酯、醚等。適宜的烴類溶劑可包括具有至少5個 碳原子至約20個碳原子的脂肪族烴，例如戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、 十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、十七烷、十二碳烯、十四碳烯、十六碳烯、十七碳 烯、十八碳烯、萜品烯、異鏈烷烴溶劑，及它們的異構(gòu)體；具有約7個碳原子至約18個碳 原子的芳族烴，例如甲苯、二甲苯、乙基甲苯、1，3，5-三甲基苯、三甲基苯、二乙基苯、四 氫化萘、乙基苯、及它們的異構(gòu)體和混合物。適宜的醇可具有至少6個碳原子，并且可為 例如己醇、庚醇、辛醇、壬醇、癸醇、十一烷醇、十二烷醇、十四烷醇和十六烷醇；二醇，例如己二醇、庚二醇、辛二醇、壬二醇和癸二醇；含有一個不飽和雙鍵的醇，例如法呢醇、十二 碳二烯醇(dedecadienol)、里哪醇、香葉醇、橙花醇、庚二烯醇、十四碳烯醇、十六碳烯醇 (hexadeceneol)、葉綠醇、油醇、十二碳烯醇(dedecenol)、癸烯醇、i^一碳烯醇、壬烯醇、香 茅醇、辛烯醇和庚烯醇；具有或不具有一個不飽和雙鍵的脂環(huán)醇，例如甲基環(huán)己醇、薄荷醇、 二甲基環(huán)己醇、甲基環(huán)己烯醇、萜品醇、二氫葛縷醇、異蒲勒醇、甲酚、三甲基環(huán)己烯醇；等 等。如果使用兩種或多種溶劑，則各溶劑可以是任意適宜比例。例如，烴溶劑和醇溶劑可以 是約5 1至約1 5的比例。其他溶劑可包括四氫呋喃、氯苯、二氯苯、三氯苯、硝基苯、 氰基苯、乙腈，和/或其混合物。在一個實(shí)施方案中，所述液體組合物20可通過例如制備或提供被穩(wěn)定的含銀納 米顆粒(在該含銀納米顆粒的表面具有穩(wěn)定劑分子)、并將該制得的被穩(wěn)定的含銀納米顆 粒溶解或分散(通過例如超聲波和/或機(jī)械攪拌加以輔助)于一種合適的液體，一種有機(jī) 溶劑或水中而制備。所形成的液體組合物適于形成電子應(yīng)用中所用的導(dǎo)電元件。在多種實(shí)施方案中，所述液體組合物20可包括的被穩(wěn)定的含銀納米顆粒的存 在量基于該液體組合物20的總重量計(jì)為例如約10% -約90%、約15% -約70%、或約 25% -約60%。在實(shí)施方案中，所述液體組合物可以是任意適宜的形式，例如可噴射油墨、 苯胺印刷油墨、膏劑、凝膠等。在實(shí)施方案中，用于被穩(wěn)定的含銀納米顆粒及其液體組合物的材料和方法可與題 為 “Stabilized Silver Nanoparticles and their Use” 的美國專利 No. 7270694 中所述 的材料和方法類似或相同，該專利的全部內(nèi)容據(jù)此通過弓I用納入本文。參照圖1-1A，由被穩(wěn)定的含銀納米顆粒的液體組合物20制備高導(dǎo)電部件或?qū)щ?元件可通過在基質(zhì)10上的其他任選的層(一層或多層)形成之前或之后的任意適宜的時 間，使用一種液相沉積技術(shù)將所述液體組合物20沉積于該基質(zhì)10上而進(jìn)行。因此，所述液 體組合物20在基質(zhì)10上的液相沉積可發(fā)生在一種基質(zhì)上或一種已含有成層材料的基質(zhì) 上。術(shù)語“液相沉積技術(shù)”是指使用一種液相方法例如液相涂覆或印刷法使液體組合 物沉積，其中所述液體組合物為一種溶液或分散系。在實(shí)施方案中，被穩(wěn)定的含銀納米顆粒 的液體組合物20可以是油墨，當(dāng)印刷時，特別地使用噴墨印刷。示例性印刷技術(shù)可包括，例 如平版印刷或膠版印刷、照相凹版印刷、苯胺印刷、絲網(wǎng)印刷、模版印刷、噴墨印刷、壓印、微 接觸印刷等。如圖1B中所示，經(jīng)沉積或印刷的被穩(wěn)定的含銀納米顆?？稍诨|(zhì)10上形成一個 或多個組合物部件24。在多種實(shí)施方案中，組合物部件24在該階段可顯示出或不顯示出可 感知的電導(dǎo)率。在圖1A的104步驟中，參照圖1B，可向由液體組合物20所沉積成的組合物部件 24施用一種組合物劑30，例如一種酸性組合物。在實(shí)施方案中，組合物劑30的施用方法可 包括例如液體涂覆法，如旋涂、刮涂、棒涂、浸涂、噴涂等。組合物劑30的施用也可包括一種 印刷技術(shù)，例如噴墨印刷、苯胺印刷、絲網(wǎng)印刷、微接觸印刷等。在示例性實(shí)施方案中，所述 組合物劑30可通過噴涂進(jìn)行施用，所述噴涂可包括連續(xù)噴涂或脈沖噴涂。在多種實(shí)施方案中，示例性酸性組合物可包括酸性氣氛，例如含有酸的酸性蒸汽 或酸性氣體。在實(shí)施方案中，示例性酸性組合物可包括純酸或溶于溶劑的酸。
在一個示例性實(shí)施方案中，可選擇酸性組合物以使其與沉積的組合物部件24中 被有機(jī)胺穩(wěn)定的含銀納米顆粒鍵合。示例性酸性組合物可包括例如具有2至約20個碳原 子的羧酸，包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、i^一烷酸、十二烷酸、 十三烷酸、十四烷酸、十五烷酸、棕櫚酸、十七烷酸、十八烷酸、油酸、十九烷酸、二十烷酸、 二十碳烯酸、反油酸、亞油酸、棕櫚油酸、香茅酸、香葉酸、十一碳烯酸、月桂酸、十一碳烯酸， 其異構(gòu)體，及其混合物；無機(jī)酸，例如HC1、HN03、H2S04、HP03等。用于形成示例性酸性組合物 的溶劑可包括例如，水、醇、酮、醚等。在實(shí)施方案中，酸性組合物可具有約-11至約5的pKa 值，包括約0.5至約5。在實(shí)施方案中，與包括一個沉積步驟和一個加熱步驟的用于形成高導(dǎo)電部件的常 規(guī)兩步法相比，本文公開的方法可包括一個將所述組合物劑30施用于組合物部件10的附 加步驟104。雖然不意欲囿于任何特定的理論，但是認(rèn)為，含銀納米顆粒表面上的組合物劑 30 (例如酸性組合物)與穩(wěn)定劑(例如有機(jī)胺)之間的化學(xué)和/或物理相互作用可產(chǎn)生的 “弱的”穩(wěn)定位點(diǎn)，這樣相鄰的納米顆?？稍诩訜岵襟E106的降低的加熱溫度下通過這些弱 的位點(diǎn)融合或生長在一起。所述降低的溫度可為比不使用任何組合物劑的常規(guī)兩步法中所用的加熱溫度低 至少約10°C的溫度。但是，當(dāng)使用相同的形成體系時，由常規(guī)方法和本文公開的方法形成的 高導(dǎo)電部件的電導(dǎo)率可基本類似。在多種實(shí)施方案中，所述組合物劑30可包括可在含銀納米顆粒上提供弱的位點(diǎn) 的任何試劑。例如，當(dāng)被穩(wěn)定的含銀納米顆粒通過酸例如羧酸進(jìn)行穩(wěn)定時，可將一種堿用 于組合物劑30。所述堿包括例如NH40H或NaOH，其可與示例性羧酸穩(wěn)定劑反應(yīng)從而在納米 顆粒表面上產(chǎn)生弱的位點(diǎn)，這樣可在之后的加熱步驟中使用降低的或較低的退火或加熱溫 度，從而形成高導(dǎo)電部件。在圖1A的106步驟中，參照圖1B，在使用組合物劑30處理之后，可將沉積于基質(zhì) 10上的組合物部件24在約140°C或更低的溫度下加熱或退火。然后可在該基質(zhì)10上形成 高導(dǎo)電部件40。本文所用術(shù)語“加熱”或“退火”包括可賦予一種材料足夠能量以產(chǎn)生所需結(jié)果的 任何(一種或多種)技術(shù)，所需技術(shù)例如加熱設(shè)備加熱(thermal heating)(例如熱板、烘 箱和燃燒器)、紅外(“IR”)輻射、微波輻射或UV輻射，或其結(jié)合。在例如低于約140°C或低于約120°C的溫度下加熱沉積的組合物部件24可使組合 物部件24形成各自包括含銀納米顆粒的導(dǎo)電部件40?？蛇x擇所述加熱溫度以使其不對先 前沉積的和/或經(jīng)試劑處理的組合物部件20/24以及在下面的基質(zhì)10的性能造成不利改 變。所述加熱進(jìn)行的時間可在例如1秒至約10小時和約10秒至1小時的范圍內(nèi)。所 述加熱可在空氣、惰性氣氛例如在氮?dú)饣驓鍤庀?、或在還原氣氛例如在含1-約20體積％氫 氣的氮?dú)庀逻M(jìn)行。所述加熱也可在常壓或在例如約lOOOmbar至約0. Olmbar的降低的壓力 下進(jìn)行。在實(shí)施方案中，所述加熱在常壓下在空氣中進(jìn)行。106的加熱可產(chǎn)生許多效應(yīng)。加熱之前，組合物部件24可能是電絕緣的或具有極 低的導(dǎo)電性，但是加熱可產(chǎn)生具有增加電導(dǎo)率的經(jīng)退火的含銀納米顆粒的高導(dǎo)電部件40。在實(shí)施方案中，經(jīng)退火的含銀納米顆粒可以是聚結(jié)的或部分聚結(jié)的含銀納米顆粒。在實(shí)施 方案中，可能的是，在經(jīng)退火的含銀納米顆粒中，含銀納米顆?？蓪?shí)現(xiàn)充分的顆粒與顆粒的 接觸從而形成電導(dǎo)電層而不發(fā)生聚結(jié)。106的加熱可使穩(wěn)定劑和/或液體(例如液體組合物20的溶劑)與含銀納米顆 粒分離，這是因?yàn)榉€(wěn)定劑和液體通常不摻入電導(dǎo)電部件40中，即使存在也是殘余量的。在 實(shí)施方案中，所述分離可以許多方式發(fā)生，例如物質(zhì)的相態(tài)從固體或液體狀態(tài)至氣體，如揮 發(fā)。在實(shí)施方案中，上述制備圖1A和圖1B中所公開的高導(dǎo)電部件40的多個步驟可以 加入、省去、結(jié)合、改變或以不同順序?qū)嵤?。例如，將組合物劑30施用于基質(zhì)10上的沉積部 件的步驟104可在任意時間，例如在沉積步驟102之后但在加熱步驟106之前(如圖1B中 所示)、在沉積步驟102過程中(見圖1C)和/或在加熱步驟106過程中(見圖1D)實(shí)施。具體地，如圖1C中所示，施用組合物劑30的步驟104可與將液體組合物20沉積 到基質(zhì)10上的步驟102 —起實(shí)施。然后可實(shí)施加熱步驟106從而在基質(zhì)10上形成高導(dǎo)電 部件40。在另一個實(shí)施例中，如圖1D中所示，在將液體組合物20沉積到基質(zhì)10上形成組 合物部件24的步驟102之后，可將施用組合物劑30的步驟104與加熱步驟106 —起實(shí)施。實(shí)施例實(shí)施例1——未使用組合物劑處理的對照試樣將用己基癸胺穩(wěn)定的含銀納米顆粒用于對照試樣和本文公開的導(dǎo)電試樣中。制備 在甲苯溶劑中含有15重量％的由己基癸胺穩(wěn)定的含銀納米顆粒的對照試樣的液體組合物 并將其旋涂于作為示例基質(zhì)的載玻片上。將該經(jīng)涂覆的材料在約110°C、120°C和140°C的 各個溫度下在熱板上退火約10分鐘。在該對照試樣形成過程中，不施用對經(jīng)涂覆或經(jīng)退火 的試樣進(jìn)行處理的組合物劑。形成的對照試樣的電導(dǎo)率使用常規(guī)四探針方法測量。當(dāng)退火溫度分別為約110°C、 120°C和140°C時，對照試樣的電導(dǎo)率為約4. IX 10_4、4. 8X 10_2和3. 9X 104S/cm。所述結(jié)果 清楚地表明，在不使用組合物劑的情況下，在約110°C和約120°C的溫度下退火，對照試樣 顯示出不希望的電導(dǎo)率。需要至少約140°C的高退火溫度來達(dá)到所希望的高電導(dǎo)率，例如約 3. 9X104S/cm。實(shí)施例2——退火時通過乙酸處理的高導(dǎo)電膜試樣在該實(shí)施例中同樣使用實(shí)施例1的方法和材料。將實(shí)施例1的液體組合物旋涂于 載玻片上并在約100°c和約110°C下在熱板上退火約10分鐘。在退火過程中，使用乙酸作 為本文公開的組合物劑并噴霧到經(jīng)退火的膜試樣頂部的空氣中。結(jié)果，測得在110°C退火 的膜試樣的電導(dǎo)率為約2. 37X 104S/cm，該值比其在實(shí)施例1中的對照試樣高7個數(shù)量級以 上。由于退火時施用示例性的乙酸，使用該方法使退火溫度降低了 30°C。實(shí)施例3——退火時通過HC1處理的高導(dǎo)電膜試樣同實(shí)施例2相比，在退火步驟過程中將幾滴又一示例性酸性組合物鹽酸(HC1) (36.5重量％)施用(例如噴霧)到熱板周圍的空氣中。所得膜試樣在100°C顯示出約 3970S/cm的電導(dǎo)率，在110°C顯示出約5. 68X 104S/cm的電導(dǎo)率，表明該操作溫度可降低至 低達(dá)約ioo°c。
圖2描繪了實(shí)施例1的對照試樣215、根據(jù)本發(fā)明的多個實(shí)施方案的實(shí)施例2的導(dǎo) 電膜試樣220、實(shí)施例3的導(dǎo)電膜試樣230之間的電導(dǎo)率的示例性比較。如圖2所指明，為 達(dá)到例如約lX104S/cm的高導(dǎo)電率，對照試樣205需要一個高于約140°C的加熱或退火溫 度，通過乙酸處理的導(dǎo)電試樣220需要一個低達(dá)約110°C的加熱溫度，并且通過HC1處理的 導(dǎo)電試樣230需要一個低達(dá)約105°C的加熱溫度。實(shí)施例4——退火之前通過HC1處理的高導(dǎo)電膜試樣同實(shí)施例3類似，使用HC1蒸汽。不同于實(shí)施例3的是，所述HC1蒸汽在經(jīng)沉積的 液體組合物進(jìn)行約1-2分鐘退火之前施用，之后在熱板上在約110°C進(jìn)行約10分鐘退火。 然后測得電導(dǎo)率為約3. 5X104S/cm，這表明酸的施加可在退火之前實(shí)施，其中可使用低退 火溫度來提供所希望的高電導(dǎo)率。實(shí)施例5——噴墨印刷的高導(dǎo)電線路部件在該實(shí)施例中，將實(shí)施例1-4的液體組合物配制成可噴射油墨并印刷到載玻片 上，從而形成精細(xì)導(dǎo)電部件，包括寬度為約60 ym的線路部件。將乙酸噴霧到印刷的組合物 部件的頂部。然后將該經(jīng)酸處理的部件在約110°C下退火約10分鐘。結(jié)果，印刷線路變得 具有高導(dǎo)電性，并且酸的展開不會破壞該印刷部件。雖然本發(fā)明已對一種或多種實(shí)施情況進(jìn)行了說明，但是在不偏離所附權(quán)利要求書 的主旨和范圍的情況下可以對所述實(shí)施例進(jìn)行改變和/或修改。此外，雖然可能僅對本發(fā) 明的一種具體特征的幾種實(shí)施中的一種進(jìn)行了公開，但是只要是需要的并對任何給定的或 特定的功能有利，所述特征可與其他實(shí)施中的一種或多種其他特征相結(jié)合。此外，就在詳細(xì) 描述和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“包括”、“具有”或其變型而言，所述術(shù)語意欲以與術(shù)語“包 含”類似的方式進(jìn)行包括。本文關(guān)于一系列條目例如A和B的所用術(shù)語“一個或多個”，意
指單獨(dú)的A、單獨(dú)的B，或A和B。術(shù)語“......中的至少一個”用于意指可選擇所列的條目
中的一個或多個。雖然描述本發(fā)明的較寬范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)為近似值，但是在具體實(shí)施例中所 述的數(shù)值盡可能精確地報道。但是，任何數(shù)值均固有地包含由在各自的試驗(yàn)測量中存在的 標(biāo)準(zhǔn)偏差必然產(chǎn)生的一定誤差。此外，本文公開的所有范圍應(yīng)理解為包括其中所包含的任 何及所有的子范圍。例如，“小于10”的范圍可包括最小值0和最大值10之間(并且包括 該最小值0和最大值10)的任何及所有的子范圍，即具有等于或大于0的最小值和等于或 小于10的最大值的任何及所有的子范圍，例如1-5。在某些情況下，所述參數(shù)的數(shù)值可采用 負(fù)值。在該情況下，所述“小于10”的范圍內(nèi)的實(shí)例值，可為之前定義的數(shù)值及負(fù)值例如-1 、-1. 2、-1. 89、-2、-2. 5、-3、-10、-20、-30 等。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明的其他實(shí)施方案可通過考慮本文所公開的本發(fā)明 的說明和實(shí)施顯而易見。欲將所述說明和實(shí)施例僅認(rèn)為是示例性的，本發(fā)明的真實(shí)范圍和 主旨通過以下權(quán)利要求書指明。
權(quán)利要求
1.一種形成高導(dǎo)電部件的方法，該方法包括將一種含有多個含銀納米顆粒的液體組合物沉積到一種基質(zhì)上形成組合物部件； 加熱該組合物部件，從而形成一個高導(dǎo)電部件；和將一種組合物劑施用于所述組合物部件，以使得能夠降低加熱步驟的溫度，其中所述 組合物劑在選自沉積步驟、沉積步驟之后加熱步驟之前的步驟和加熱步驟的一個步驟中施用。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述組合物劑包括一種選自羧酸、HC1、HN03、H2SO4和HPO3 的酸性組合物。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述多個含銀納米顆粒包括被酸穩(wěn)定的含銀納米顆粒，并 且所述組合物劑包括一種堿，所述堿包括NaOH或ΝΗ40Η。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述基質(zhì)包括玻璃、聚酰亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN) 或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法形成的高導(dǎo)電部件，具有約50nm至約IOym的厚度。
6.權(quán)利要求5的高導(dǎo)電部件，具有大于約lOOOS/cm的電導(dǎo)率。
7.一種形成高導(dǎo)電部件的方法，該方法包括將一種含有多個被有機(jī)胺穩(wěn)定的含銀納米顆粒的液體組合物沉積到一種柔性基質(zhì)上 形成組合物部件；在約140°C或更低的溫度下加熱該組合物部件；和將一種酸性組合物施用于所述組合物部件，從而形成一個高導(dǎo)電部件；其中所述酸性 組合物在選自沉積步驟、沉積步驟之后加熱步驟之前的步驟和加熱步驟的一個步驟中施用。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述有機(jī)胺選自丁胺、戊胺、己胺、庚胺、辛胺、壬胺、癸胺、 十六烷胺、十一烷胺、十二烷胺、十三烷胺、十四烷胺、二氨基戊烷、二氨基己烷、二氨基庚 烷、二氨基辛烷、二氨基壬烷、二氨基癸烷、二氨基辛烷、二丙胺、二丁胺、二戊胺、二己胺、二 庚胺、二辛胺、二壬胺、二癸胺、己基癸胺、甲基丙基胺、乙基丙基胺、丙基丁基胺、乙基丁基 胺、乙基戊基胺、丙基戊基胺、丁基戊基胺、三丁胺、三己胺，及其混合物。
9.權(quán)利要求7的方法，其中將所述酸性組合物施用于所述組合物部件，與所述多個被 有機(jī)胺穩(wěn)定的含銀納米顆粒中的有機(jī)胺形成一種網(wǎng)狀構(gòu)造、復(fù)合物或鹽。
10.一種形成高導(dǎo)電部件的方法，該方法包括將一種含有多個被有機(jī)胺穩(wěn)定的含銀納米顆粒的液體組合物沉積到一種基質(zhì)上形成 一個或多個組合物部件，所述基質(zhì)包括PET (聚對苯二甲酸乙二醇酯)； 在約120°C或更低的溫度下對所述一個或多個組合物部件進(jìn)行退火；和 將一種酸性組合物施用于所述一個或多個組合物部件，從而形成一個或多個高導(dǎo)電部 件，其中所述酸性組合物在選自沉積步驟、沉積步驟之后加熱步驟之前的步驟和加熱步驟 的一個步驟中施用。
全文摘要
示例性實(shí)施方案提供了用于在不大于約140℃的低加工溫度下形成高導(dǎo)電部件的材料和方法，所述部件包括被穩(wěn)定的含銀納米顆粒。
文檔編號H01B5/14GK101996699SQ20101025603
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者吳貽良, 柳平, 胡南星 申請人:施樂公司