一种铜基墨水及其制备方法、电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铜基墨水及其制备方法、电极的制备方法，铜基墨水包括以下原料：其原料按质量分数包括：甲酸铜或甲酸铜四水合物，5％～35％；络合剂，0.5％～20％；铜纳米颗粒，2％～60％；溶剂，余量。本发明专利技术的有益效果在于本发明专利技术的铜基墨水及其制备方法、电极的制备方法，铜基墨水的主要成分为可分解的铜基金属有机物，利用铜纳米颗粒激光下聚合来制备铜结构，同时利用铜基金属有机物如甲酸铜在激光下分解产生气体和Cu的特性，减少铜的氧化。从而获得高精度、高电导的铜电极结构。

A copper-based ink and its preparation method and preparation method of electrodes

【技术实现步骤摘要】
一种铜基墨水及其制备方法、电极的制备方法
本专利技术涉及激光直写领域，特别涉及一种铜基墨水及其制备方法、电极的制备方法。
技术介绍
薄膜场效应晶体管(ThinFilmTransistorTFT)作为LCD和LED显示器件的驱动单元，对于显示设备的性能具有重要的影响。而随着显示面板的分辨率的提高和画面尺寸的变大，TFT的金属电极走线也变得越来越长，阻值也就变得越来越大。阻值的提高导致则导致信号延误等问题，从而影响了显示性能，因此开发更低电阻率的电极材料变得势在必行。而金属铜则比传统的金属铝有更高的电导率，可以明显地减小器件阻抗，且铜比铝的成本更低，因此铜逐渐成为TFT电极所需的主要材料。目前主要采用刻蚀技术制备TFT金属铜电极，其工艺包括PVD成膜、光阻涂布、光刻、湿蚀刻和光阻剥离等多种工艺，工艺较复杂；且该方法在蚀刻过程中造成较多的材料浪费。而激光直写技术作为一种增材制造技术，则可以直接由金属纳米颗粒制备得到图案化的金属电极结构，该方法被广泛应用于聚合物、金、银纳米颗粒的微纳加工领域。然而对于铜纳米颗粒来说，该激光加工极易造成铜氧化，导致其电导率降低。虽然在氮气保护条件下可以避免铜氧化，但这对于实际的大规模生产来说并不实用。因此开发大气环境下的加工方法或材料对于直写铜电极的发展非常必要。而我们通过对铜墨水的优化，制得铜基金属有机物的墨水，使其在激光加工过程中产生CO2等气体来阻碍熔融铜被氧气氧化，从而得到高电导率的铜电极。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种铜基墨水及其制备方法、电极的制备方法用以解决现有技术中激光加热极易造成铜氧化，导致电导率降低，不利于实际的大规模生产的问题。解决上述问题的技术方案是，本专利技术提供了一种铜基墨水，其原料按质量分数包括：甲酸铜，5％～35％；络合剂，0.5％～20％；铜纳米颗粒，2％～60％；溶剂，余量。进一步的，所述溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇和苄基醇中的至少一种。进一步的，所述络合剂为烷醇胺；所述烷醇胺为2-氨基-2-甲基-1-丙醇或辛胺或二者的混合物。进一步的，所述铜纳米颗粒物质的量浓度为所述甲酸铜物质的量浓度的2倍。本专利技术还提供了一种铜基墨水的制备方法，包括如下步骤：S11)将络合剂溶于溶剂中，搅拌10分钟～30分钟，得到第一溶液，所述络合剂质量分数占铜基墨水的0.5％～20％；S12)向所述第一溶液加入甲酸铜或甲酸铜四水合物粉末，搅拌1小时，得到第二溶液，其中所述甲酸铜质量分数占铜基墨水的5％～35％；S13)向所述第二溶液中加入铜纳米颗粒，得到所述的铜基墨水；所述铜纳米颗粒的质量分数占铜基墨水的的2％～60％。进一步的，所述铜基墨水的制备方法还包括铜纳米颗粒制备步骤：S131)在180°的温度下，在反应介质中通过热还原法将醋酸铜还原成铜纳米颗粒；S132)通过离心机分离纯化得到所述铜纳米颗粒。进一步的，所述S131)步骤中的反应介质为苯肼-辛胺-油酸。本专利技术还提供了一种电极的制备方法，包括以下步骤：S21)提供一基板以及如权利要求1-4中任意一项所述的铜基墨水；S22)将所述铜基墨水溶液旋涂于所述基板上形成第一膜层；S23)加热所述基板，使温度保持在60°～70°之间；S24)将脉冲激光聚焦于所述基板上的所述第一膜层以使所述铜基墨水中的铜纳米颗粒熔化后再凝固形成电极。进一步的，还包括S25)按预定的路线移动所述基板或所述脉冲激光，在所述第一膜层形成预设图案；S26)溶解并去除未被所述脉冲激光照射的所述第一膜层，得到含所述铜基墨水的混合溶液。进一步的，所述步骤S26)中，通过异丙醇溶液溶解并去除未被所述脉冲激光照射的所述第一膜层，溶解后得到的含所述铜基墨水的混合溶液可作为新的铜基墨水重新使用。本专利技术的优点是：本专利技术的铜基墨水及其制备方法、电极的制备方法，铜基墨水的主要成分为可分解的铜基金属有机物，利用铜纳米颗粒激光下聚合来制备铜结构，同时利用铜基金属有机物如甲酸铜在激光下分解产生气体和Cu的特性，减少铜的氧化。从而获得高精度、高电导的铜电极结构，这将对LCD和OLED等显示领域的TFT发展起到很大的促进作用。所述电极的制备方法中，通过激光脉冲加热铜纳米颗粒，使铜纳米颗粒聚集到一起固化成型，产生的CO2等气体有效阻碍O2与Cu反应，因此有效地避免的铜氧化，有利于获得高电导率铜电极。通过按照特定的路径移动基板或光束，从而得到相应的图案。然后利用异丙醇等溶剂洗去未被反应的甲酸铜，这样基板上便有了我们所需的铜电极图案。并且洗去的铜墨水还可以被回收利用，可以有效地避免材料浪费。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步解释。图1是实施例中的铜纳米颗粒制备流程图。图2是实施例中的铜基墨水制备流程图。图3是实施例中的电极制备流程图。具体实施方式以下实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本专利技术可用以实施的特定实施例。本专利技术所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「顶」、「底」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本专利技术，而非用以限制本专利技术。在一实施例中，本专利技术的铜基墨水包括所述甲酸铜或甲酸铜四水合物、络合剂铜纳米颗粒以及溶剂。其中，所述铜基墨水的原料按质量分数包括：甲酸铜，5％～35％；络合剂，0.5％～20％；铜纳米颗粒，2％～60％；余量为溶剂。所述甲酸铜或甲酸铜四水合物为所述铜基墨水的主体，所述甲酸铜一般浅蓝色晶体，易溶于水，溶液为天蓝色。所述络合剂可以与金属离子发生络合反应从而形成络合离子，使溶液中的反应向沉淀溶解的方向进行，影响沉淀的完全程度，甚至不产生沉淀现象。本实施例中，本专利技术的所述络合剂为烷醇胺(2-氨基-2-甲基-1-丙醇或辛胺或任意比例二者的混合物)，络合剂与甲酸铜的摩尔比范围为1：10-2：1。所述铜纳米颗粒为无表面氧化物的铜纳米颗粒，其物质的量浓度为所述甲酸铜物质的量浓度的0.5至4倍，最优比为2倍。所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇或苄基醇等醇溶液。如图1所示，其中所述铜纳米颗粒制备步骤包括：S131)在180°的温度下，在反应介质中通过热还原法将醋酸铜还原成铜纳米颗粒，其中所述反应介质为苯肼-辛胺-油酸。S132)通过离心机分离纯化得到所述铜纳米颗粒。由于甲酸铜在激光作用下，可以分解产生Cu(铜)、CO2(二氧化碳)和H2(氢气)，其反应方程式如下所示：Cu在激光作用下熔融聚合到一起，形成固化结构。而CO2和H2则可以挥发到空气中，从而基底上只有Cu材料，避免了有机物残留在Cu中，同时CO2等气体可以有效阻挡氧气与铜接触，减小了铜的氧化。因此该墨水非常适用于激光直写技术。如图2所示，为了更好的解释本专利技术，本实施的一种铜基墨水的制备方法，包括如下步骤：S11)将络合剂溶于溶剂中，搅拌10分钟～30分钟，得到第一溶液，所述络合剂质量分数占铜基墨水的0.5％～20％。S12)向所述第一溶液加入甲酸铜或甲酸铜四水合物粉末，搅拌1小时，得到第二溶液，其中所述甲酸铜质量分数占铜基墨水的5％～35％。S13)向所述第二溶液中加入铜纳米颗粒，得到所述的铜基墨水；所述铜纳米颗粒的质量分数占铜基墨水的2％～60％。根据以上制备的铜基墨水，本实施例还提供了一种电极的制备方法，如图3所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜基墨水，其特征在于，其原料按质量分数包括：甲酸铜或甲酸铜四水合物，5％～35％；络合剂，0.5％～20％；铜纳米颗粒，2％～60％；溶剂，余量。

【技术特征摘要】
1.一种铜基墨水，其特征在于，其原料按质量分数包括：甲酸铜或甲酸铜四水合物，5％～35％；络合剂，0.5％～20％；铜纳米颗粒，2％～60％；溶剂，余量。2.根据权利要求1所述的铜基墨水，其特征在于，所述溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇和苄基醇中的至少一种。3.根据权利要求2所述的铜基墨水，其特征在于，所述络合剂为烷醇胺；所述烷醇胺为2-氨基-2-甲基-1-丙醇或辛胺或二者的混合物。4.根据权利要求1所述的铜基墨水，其特征在于，所述铜纳米颗粒物质的量浓度为所述甲酸铜物质的量浓度的2倍。5.一种铜基墨水的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S11)将络合剂溶于溶剂中，搅拌10分钟～30分钟，得到第一溶液，所述络合剂质量分数占铜基墨水的0.5％～20％；S12)向所述第一溶液加入甲酸铜或甲酸铜四水合物粉末，搅拌1小时，得到第二溶液，其中所述甲酸铜质量分数占铜基墨水的5％～35％；S13)向所述第二溶液中加入铜纳米颗粒，得到所述的铜基墨水；所述铜纳米颗粒的质量分数占铜基墨水的2％～60％。6.根据权利要求5所述的铜基墨水的制备方法，其特征在于，还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金阳，
申请(专利权)人：深圳市华星光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44