一种可印刷柔性导电浆料及其导电线路与制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可印刷柔性导电浆料及其导电线路与制备方法。具体地，可印刷柔性导电浆料由复合导电颗粒和聚有机硅氧烷制成；其中，所述复合导电颗粒的质量百分数为40％～85％。所述复合导电颗粒为非金属内核表面镀有金属表层的、直径不高于20μm的颗粒。本发明专利技术利用镀银导电颗粒替代传统的纯金属导电颗粒或碳系导电填料，具有高电导率、低密度及低成本特性，在聚有机硅氧烷柔性聚合物中不易沉降，可制备高导电性的柔性导电浆料，且能够通过丝网印刷等传统印刷方式进行柔性导电线路的简便制作。本发明专利技术成本低廉、结构简单、制作简便易行，适用于柔性印刷电路、柔性显示屏、柔性可穿戴电子、电子皮肤等新兴领域。

Printable flexible conductive slurry and conductive circuit thereof and preparation method thereof

The invention discloses a printable flexible conductive slurry and a conductive circuit thereof and a preparation method thereof. In particular, the printed flexible conductive slurry is made of composite conductive particles and organic silicone alkanes, wherein the mass fraction of the composite conductive particles is from 40% to 85%. The composite conductive particle is a particle with a metal surface and a diameter not more than 20 mu m plated on the surface of a non-metal core. The pure metal conductive particles or carbon conductive filler of the invention using silver conductive particles instead of the traditional, high conductivity, low density and low cost characteristics, easy settlement in polysiloxane flexible polymer, preparation of flexible conductive paste, high conductivity, simple manufacture and can flexible conductive lines through screen printing the traditional printing mode. The invention has the advantages of low cost, simple structure and easy fabrication, and is suitable for flexible printed circuit, flexible display screen, flexible wearable electronic and electronic skin and other emerging fields.

【技术实现步骤摘要】
一种可印刷柔性导电浆料及其导电线路与制备方法
本专利技术涉及一种可印刷柔性导电浆料及其导电线路与制备方法。
技术介绍
柔性导电线路除具备传统导电线路的导电功能外，还具有机械柔性，可适应拉伸、弯曲、卷绕、折叠、扭曲等各种机械形变，在柔性印刷电路、柔性显示屏、柔性电子皮肤、可穿戴电子等新兴领域具有重要的应用前景。印刷技术是实现电路图案大面积、快速、高效制作的重要方法之一。集导电、柔性及可印刷性于一体的导电浆料及其导电线路是现代电子材料研究领域的前沿方向，受到人们的广泛关注。导电浆料的主要成分为导电填料与树脂基体。导电填料有金、银、铜、镍等金属材料，炭黑、石墨、碳纳米管等碳系导电材料，以及表面镀金属的导电填料，如铜表面镀银、玻璃微珠表面镀金属与聚合物微球表面镀金属等。根据填料尺寸，又可分为球形、无规则颗粒、二维片状及一维线形填料。导电填料的种类及形状的不同，会对导电浆料的渗流阈值、导电性能、粘度等性能产生重要影响。树脂基体则主要提供力学机械性能与粘结性能。传统的导电浆料通常以银微粉为填料，但银的价格昂贵，且通常量通常需达75wt％以上才能获得稳定的高导电性能。为了降低导电填料在浆料中的渗流阈值，减少填料使用量进而降低成本，专利CN103400637A利用微观结构为三维树枝状金属晶结构的树枝银银代替传统的银微粉，与树脂复合制得导电浆料。所用三维树枝状金属晶结构的直径为0.5μm～50μm，二级枝状结构的长度为5nm～5μm。所制导电银浆的电性能与传统银浆相当，银的填充量却显著降低，有效降低了原料成本。但是该专利所用三维树枝状的金属银粉本身的制备难度大，技术门槛高，难以大量生产以满足工业量化需求。为了降低成本同时尽可能满足导电性能要求，专利CN101419851A选用碳系导电材料如石墨粉、碳纤维、膨胀石墨、炭黑、焦炭、碳纳米管或其组合物等作为填料制备复合导电材料，该方法使用热压或捏合成型，工艺较为复杂，所制导电复合材料最大电导率为150～200S/cm，仍然偏低。为了解决导电填料密度过大易沉降与金银贵金属成本较高的问题，将金、银等贵金属沉积在低密度廉价材料表面，形成表面镀金属的核壳结构导电填料，既可降低填料的密度又可降低填料的成本，与此同时还可很大程度上保留金银等金属的高电导率特性。专利CN105225768A利用镀银玻璃微珠与镀银玻璃纤维为导电填料，与稀释的PDMS混合均匀并固化得到三明治结构的柔性导电膜。该专利技术专利就是利用表面镀金属的材料为导电填料达到降低成本，同时提高电导率的目的，但是该三明治结构的柔性导电膜无法作为导电浆料通过印刷方式制作柔性导电线路。为了获得能适应机械变形的柔性导电浆料，专利技术专利CN105702323A以银纳米线为导电材料，与羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯、聚氨酯树脂、聚乙烯醇缩丁醛、溶剂、消泡剂、固化剂等复合制备具有优异附着性和抗弯折性的柔性导电银浆。但该专利技术所用银纳米线的价格远高于银粉等常规导电填料，且在该体系中使用量高达30％～60％，将显著增大该柔性导电银浆的成本。与此同时，该柔性导电银浆中有机溶剂的使用，将限制其在某些基体材料上的使用，比如有机溶剂可能会溶解或腐蚀纤维纸基基体。
技术实现思路
有鉴于此，为了克服上述缺陷和问题，本专利技术提供一种成本低廉、结构简单、制作方便、无溶剂、可印刷、基体适用范围广、可低温固化的柔性导电浆料及其印刷线路与制备方法。本专利技术选用轻质聚合物微球为核，在其表面化学镀银，制备核壳结构的低密度导电填料。通过与PDMS预聚物及其固化剂简单混合，便可制备柔性导电浆料，将该浆料通过丝网印刷、刮涂印刷、掩膜版印刷等印刷工艺可以印制薄膜、回形线路等各种图案，再经固化工艺，便可制得柔性导电线路。本专利技术一个方面提供了一种可印刷柔性导电浆料，其特征在于，其由复合导电颗粒和聚有机硅氧烷制成；所述复合导电颗粒为非金属内核表面镀有金属表层的、直径不高于20μm的颗粒；优选地，所述导电浆料中不含有机溶剂或无机溶剂；更优选地，有机溶剂选自丙酮、丁酮、乙醇、甲醇、异丙醇、苯、甲苯、苯乙烯、正己烷、环己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、乙二醇单甲醚、乙腈、吡啶等中的一种或多种；无机溶剂选自水、液氨、硫酸、硝酸等中的一种或多种。在本专利技术具体实施方案中，所述复合导电颗粒的质量百分数为40％～85％。在本专利技术具体实施方案中，所述复合导电颗粒的非金属内核选自玻璃、陶瓷、惰性聚合物形成的微球；更优选地，所述微球选自聚苯乙烯微球(PS)、聚丙烯酸微球(PAA)、聚甲基丙烯酸甲酯微球(PMMA)、聚酚醛树脂微球(PF)、聚二乙烯基苯微球(PDVB)或其共聚物微球中的一种或多种，其粒径为200nm～10μm(200nm、400nm、600nm、800nm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm)；更优选地，所述非金属内核的密度为0.6-1.5g/cm3(优选为0.8-1.2g/cm3，更优选为0.9-1.1g/cm3，1.0g/cm3)；更优选地，所述非金属内核表面金属表层的含量占复合导电颗粒质量的30％～80％。在本专利技术具体实施方案中，所述金属表层中的金属选自金、银、铜、镍、铝、钨、铁、钛、钯、铂中的一种或多种；优选地，所述金属表层通过化学方法或物理方法镀在非金属内核表面上；更优选地，所述金属表面至少镀有1层金属；更优选为1层或2层。在本专利技术具体实施方案中，聚有机硅氧烷由聚有机硅氧烷预聚物及其固化剂制成；优选地，聚有机硅氧烷预聚物与固化剂的质量比为5:1～15:1；更优选地，所述聚有机硅氧烷选自聚二甲基硅氧烷、环甲基硅氧烷、氨基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、聚醚聚硅氧烷共聚物中的一种或多种；更优选地，所述聚有机硅氧烷预聚物选自聚二甲基硅氧烷(PDMS)；更优选地，所述固化剂选自小分子硅烷，优选为带硅羟基、硅烷氧基的小分子硅烷。本专利技术另一个方面提供了一种可印刷柔性导电浆料组合物，其特征在于，其包括复合导电颗粒、聚有机硅氧烷预聚物及其固化剂；所述复合导电颗粒为非金属内核表面镀有金属表层的、直径不高于20μm的颗粒；优选地，所述导电浆料中不含有机溶剂或无机溶剂；更优选地，有机溶剂选自丙酮、丁酮、乙醇、甲醇、异丙醇、苯、甲苯、苯乙烯、正己烷、环己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、乙二醇单甲醚、乙腈、吡啶等中的一种或多种；无机溶剂选自水、液氨、硫酸、硝酸等中的一种或多种。在本专利技术具体实施方案中，所述复合导电颗粒占可印刷柔性导电浆料组合物的质量百分数为40％～85％(优选为40％-80％，更优选为50％-65％)。在本专利技术具体实施方案中，所述复合导电颗粒的非金属内核选自玻璃、陶瓷、惰性聚合物形成的微球；在本专利技术具体实施方案中，所述微球选自聚苯乙烯微球(PS)、聚丙烯酸微球(PAA)、聚甲基丙烯酸甲酯微球(PMMA)、聚酚醛树脂微球(PF)、聚二乙烯基苯微球(PDVB)或其共聚物微球中的一种或多种，其粒径为200nm～10μm；在本专利技术具体实施方案中，所述非金属内核的密度为0.6-1.5g/cm3(优选为0.8～1.2g/cm3，更优选为0.9-1.1g/cm3，更优选为1.0g/cm3)；在本专利技术具体实施方案中，所述非金属内核表面金属表层的含量占复合导电颗粒质量的30％～80％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可印刷柔性导电浆料，其特征在于，其由复合导电颗粒和聚有机硅氧烷制成；所述复合导电颗粒为非金属内核表面镀有金属表层的直径不高于20μm的颗粒；优选地，所述导电浆料中不含有机溶剂或无机溶剂；更优选地，有机溶剂选自丙酮、丁酮、乙醇、甲醇、异丙醇、苯、甲苯、苯乙烯、正己烷、环己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、乙二醇单甲醚、乙腈、吡啶中的一种或多种；无机溶剂选自水、液氨、硫酸、硝酸中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种可印刷柔性导电浆料，其特征在于，其由复合导电颗粒和聚有机硅氧烷制成；所述复合导电颗粒为非金属内核表面镀有金属表层的直径不高于20μm的颗粒；优选地，所述导电浆料中不含有机溶剂或无机溶剂；更优选地，有机溶剂选自丙酮、丁酮、乙醇、甲醇、异丙醇、苯、甲苯、苯乙烯、正己烷、环己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、乙二醇单甲醚、乙腈、吡啶中的一种或多种；无机溶剂选自水、液氨、硫酸、硝酸中的一种或多种。2.一种可印刷柔性导电浆料组合物，其特征在于，其包括复合导电颗粒、聚有机硅氧烷预聚物及其固化剂；优选地，所述导电浆料组合物中不含有机溶剂或无机溶剂；更优选地，有机溶剂选自丙酮、丁酮、乙醇、甲醇、异丙醇、苯、甲苯、苯乙烯、正己烷、环己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、乙二醇单甲醚、乙腈、吡啶中的一种或多种；无机溶剂选自水、液氨、硫酸、硝酸中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的可印刷柔性导电浆料或权利要求2所述的可印刷柔性导电浆料组合物，其中，所述复合导电颗粒占可印刷柔性导电浆料或可印刷柔性导电浆料组合物的质量百分数为40％～85％，优选为40％-80％，更优选为50％-65％。4.根据权利要求1所述的可印刷柔性导电浆料或权利要求2所述的可印刷柔性导电浆料组合物，其中，所述复合导电颗粒的非金属内核选自玻璃、陶瓷、惰性聚合物形成的微球；更优选地，所述微球选自聚苯乙烯微球(PS)、聚丙烯酸微球(PAA)、聚甲基丙烯酸甲酯微球(PMMA)、聚酚醛树脂微球(PF)、聚二乙烯基苯微球(PDVB)或其共聚物微球中的一种或多种，其粒径为200nm～10μm；更优选地，所述非金属内核的密度为0.6-1.5g/cm3(优选为0.8-1.2g/cm3，更优选为1.0g/cm3)；更优选地，所述非金属内核表面金属表层的含量占复合导电颗粒质量的30％～80％。5.根据权利要求4所述的可印刷柔性导电浆料或可印刷柔性导电浆料组合物，其中，所述金属表层中的金属选自金、银、铜、镍、铝、钨、铁、钛、钯、铂中的一种或多种；优选地，所述金属表层通过化学方法或物理方法镀在非金属内核表面上；更优选地，所述金属表面至少镀有1层；更优选为1层或2层。6.根据权利要求1所述的可印刷柔性导电浆料或权利要求2所述的可印刷柔性导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡友根，孙蓉，赵涛，朱朋莉，张愿，朱玉，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44