一种适合脉冲式氙灯光子固化的纳米金属导电油墨制造技术

本发明专利技术公开了一种适合脉冲式氙灯光子固化的纳米金属导电油墨。该导电油墨由纳米金属材料、UV单体、UV低聚物、UV引发剂和其他助剂构成。纳米金属材料的质量份为80～98，UV单体的质量份为2～15，UV低聚物的质量份为0～5，UV引发剂的质量份为0.1～2，其他助剂的质量份为0～10。本发明专利技术技术方案能够解决脉冲光固化导电油墨过程中开裂脱落等问题，并提高纳米金属导电油墨与承印基底的结合力。

【技术实现步骤摘要】
一种适合脉冲式氙灯光子固化的纳米金属导电油墨
本专利技术属于导电油墨
，特别涉及一种适合脉冲式氙灯光子固化的纳米金属导电油墨，即，一种基于脉冲式光子固化烧结纳米金属油墨材料。
技术介绍
基于高能量氙灯的脉冲固化电路技术，近年来逐渐被应用到柔性与印刷电子领域，目的是解决基于纳米金属油墨印刷电路的印后低温快速固化。纳米金属材料可以吸收脉冲能量，使得纳米金属颗粒熔融粘连，实现了颗粒间的电荷导通，继而形成一个导电通路(WanhoChungetal,2013,Nanotechnology,24(3),035202；Sung-Jun,J.etal.2014，Nanotechnology25(26)，265601；JintingJiuetal,2013,5,11820-11828)。由于固化过程发生在油墨层，使得该工艺可以兼容温度敏感的承印基底。但是基于氙灯的脉冲固化技术，在固化电路实践中发现，由于该方法形成导电通路过程中，纳米颗粒由松散的状态形成紧密连续的导电通路，会产生一定的应力变化，极易导致纳米金属材料从表面膨胀鼓起或脱落(DongJunLeeetal,J.Micromech.Microeng.2011,21,125023)，若调低脉冲能量，又无法达到理想的固化效果，因此使得基于氙灯的脉冲式固化技术难以用于印刷电路的大规模生产。在对此方法的研究和实践过程中，本专利技术的专利技术人发现：在纳米金属材料中引入紫外(UV)固化材料，由于氙灯波谱宽(190nm～1500nm)，涵盖紫外区，因此在固化烧结纳米金属颗粒过程中，也可以固化UV材料；通过选择合适的UV单体和低聚物，在脉冲氙灯固化纳米金属材料过程中，相应固化的UV材料增加油墨层与承印基底之间的结合力，抵消纳米金属材料熔融粘连产生的应力，从而实现具有良好结合力的脉冲固化印刷电路，避免固化后的导电层因应力发生鼓起或脱落。
技术实现思路
本专利技术提供了一种适合脉冲式氙灯光子固化的纳米金属导电油墨，能够避免光子固化过程由于应力变化而导致固化后的导电层发生鼓泡或脱落。一种适合脉冲式氙灯光子固化的纳米金属导电油墨，其包括：纳米金属材料，80～98质量份、UV单体，2～15质量份、UV低聚物，0～5质量份、UV引发剂，0.1～2质量份、助剂，0～10质量份。优选的，所述氙灯的发光光谱范围为190nm～1500nm，脉冲能量调节范围为200～2000Joules/pulse，脉冲时间25～2000μs。优选的，所述纳米金属材料为表面吸附聚乙烯吡咯烷酮的纳米金属材料。优选的，所述表面吸附聚乙烯吡咯烷酮的纳米金属材料中纳米金属的质量含量不低于95％。优选的，所述纳米金属材料为纳米银、纳米铜、纳米金、纳米铂、纳米钯、纳米镍中的任意一种。优选的，所述UV单体用于分散表面吸附聚乙烯吡咯烷酮的纳米金属材料，包括丙烯酰吗啉、羟乙基丙烯酰胺、4-羟丁基丙烯酸酯、羟乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟丙酯、二甲基丙烯酰胺、丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的至少一种。优选的，所述UV低聚物可溶解于UV单体，包括聚乙二醇丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、超支化丙烯酸树脂中的至少一种。优选的，所述UV引发剂包括2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、4-二甲胺基-苯甲酸乙酯、异丙基硫杂蒽酮、1-羟基环已基苯基甲酮，二苯基碘鎓盐六氟磷酸盐中的至少一种。优选的，所述助剂包括流变剂、成膜剂和附着力促进剂中的一种或几种。优选的，所述光固化导电油墨经脉冲固化的电导率为相应块体金属电导率的0.01～0.5倍，与承印基板的附着力为2B～5B。与现有技术相比:1)本专利技术提供的光固化导电油墨经脉冲固化后已经实现导电性要求，电导率范围为相应块体金属电导率的0.01～0.5倍，免去了印后高温加热工序，同时达到与承印基板的附着力要求，按照ASTM标准，附着力为2B～5B。2)由于本专利技术实施例采用UV材料提高了导电油墨层与承印基底之间的附着力，抵消了纳米金属材料熔融粘连过程中的应力变化，避免了导电油墨层鼓起或脱泡，因此本专利技术导电油墨方案有望推动脉冲固化技术在电子工业大规模应用。附图说明图1为实施例1添加UV单体和低聚物的电路印刷效果图，图2为对比例1不添加UV单体和低聚物的电路印刷效果图，图3为实施例1光固化后的纳米金属扫描电镜形貌，图4为实施例1表面吸附聚乙烯吡咯烷酮的纳米银的扫描电镜形貌。具体实施方式本专利技术提供了一种适合脉冲式氙灯光子固化的纳米金属导电油墨，组成表1：表1序号名称质量份1纳米金属材料80～982UV单体2～153UV低聚物0～54UV引发剂0.1～25助剂0～10该导电油墨是针对一种高强度的脉冲式氙灯，该氙灯的发光光谱范围为190nm～1500nm，脉冲能量调节范围为200～2000Joules/pulse，脉冲时间25～2000μs可调控。所述纳米金属材料为表面吸附聚乙烯吡咯烷酮的纳米金属材料。所述的纳米金属材料为纳米银、纳米铜、纳米金、纳米铂、纳米钯、纳米镍中的一种。所述的UV单体具有可以分散表面吸附聚乙烯吡咯烷酮的纳米金属材料的特点，包括但不限于丙烯酰吗啉(ACMO)、羟乙基丙烯酰胺(HEAA)、4-羟丁基丙烯酸酯(4-HBA)、羟乙基丙烯酸酯(HEA)、甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)、二甲基丙烯酰胺(DMAA)、丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的一种。所述的UV低聚物具有可溶解于UV单体的特征，包括但不限于聚乙二醇丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、超支化丙烯酸树脂中的一种。所述的UV引发剂包括但不限于是2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO)、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯(TOP-L)、4-二甲胺基-苯甲酸乙酯(EDB)、异丙基硫杂蒽酮(ITX)、1-羟基环已基苯基甲酮(184)，二苯基碘鎓盐六氟磷酸盐(810)中的一种。所述的助剂包括油墨行业中常用流变剂、成膜剂和附着力促进剂。下面通过几个实施例来对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1适合脉冲式氙灯光子固化的纳米金属导电油墨，包括表面吸附聚乙烯吡咯烷酮的纳米银98质量份(纳米银的质量百分含量为98.7％)，二甲基丙烯酰胺(DMAA)5质量份，超支化丙烯酸树脂1质量份，4-二甲胺基-苯甲酸乙酯(EDB)1.5质量份，附着力促进剂道康宁Z-60404质量份。使用美国XENON公司的Sinteron2010高强度脉冲式氙灯对导电油墨进行光固化，氙灯的光谱范围为190nm～1500nm，脉冲能量为2000Joules/pulse，脉冲时间2000μs。光固化后的导电油墨的电导率为2.9×107S/m(常温下银的电导率为6.3×107S/m)；脉冲固化印刷电路与基板结合力良好，没有脱落，同时，按照ASTM的测定标准，导电油墨对承印基板的附着力为5B。对比例1按照实施例1的方法，不同的是，不添加UV单体和UV低聚物，其余条件相同制得导电油墨。按照实施例1的方式进行测试，光固化后的导电油本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适合脉冲式氙灯光子固化的纳米金属导电油墨，其特征在于，包括：纳米金属材料，80～98质量份、UV单体，2～15质量份、UV低聚物，0～5质量份、UV引发剂，0.1～2质量份、助剂，0～10质量份。

【技术特征摘要】
1.一种适合脉冲式氙灯光子固化的纳米金属导电油墨，其特征在于，包括：纳米金属材料，80～98质量份、UV单体，2～15质量份、UV低聚物，0～5质量份、UV引发剂，0.1～2质量份、助剂，0～10质量份。2.根据权利要求1所述适合脉冲式氙灯光子固化的纳米金属导电油墨，其特征在于，所述氙灯的发光光谱范围为190nm～1500nm，脉冲能量调节范围为200～2000Joules/pulse，脉冲时间25～2000μs。3.根据权利要求1或2所述适合脉冲式氙灯光子固化的纳米金属导电油墨，其特征在于，所述纳米金属材料为纳米银、纳米铜、纳米金、纳米铂、纳米钯、纳米镍中的任意一种。4.根据权利要求3所述适合脉冲式氙灯光子固化的纳米金属导电油墨，其特征在于，所述UV单体包括丙烯酰吗啉、羟乙基丙烯酰胺、4-羟丁基丙烯酸酯、羟乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟丙酯、二甲基丙烯酰胺、丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲氨...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴业，王海燕，宋延林，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11