可印刷分子油墨制造技术

技术编号:22391919 阅读:32 留言:0更新日期:2019-10-29 07:48
一种分子油墨包含羧酸银、有机胺化合物、有机聚合物粘结剂、表面张力调节剂以及溶剂。油墨可以用于产生基体上的导电银迹线用于制备电子器件。油墨特别可用于在低温烧结工艺中产生可成型(例如可拉伸)基体上的导电银迹线。另外,用于在成型基体上产生导电银迹线的方法包括将分子油墨沉积在可成型基体上;干燥可成型基体上的油墨以形成在可成型基体上包含羧酸银的不导电迹线;将可成型基体成型为形状以产生成型基体,使得至少一部分不导电迹线位于成型基体的成型部分上;并且烧结成型基体以将羧酸银分解成金属银,从而在成型基体的至少成型部分上产生导电银迹线。该方法降低了成型基体上导电银迹线破裂的可能性。

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【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可印刷分子油墨
本申请涉及油墨,具体涉及可以在较低温度下烧结和/或可以使得能够在可成型基体例如可拉伸基体上产生导电迹线的油墨。
技术介绍
丝网印刷是用于在柔性基体上产生导电特征的最常用的技术,并且在印刷电子工业中最常采用的油墨是金属片基油墨。片基油墨产生厚迹线(>10μm)并且所得迹线的线宽通常>100μm。尽管近期已开发了两种可商购的银片基油墨,其可以在低至60℃的温度下烧结,薄层电阻率值分别为20-25和50-60mΩ/□/mil,但是产生导电迹线所需的温度通常高于120℃。人们对于开发可以热成型或拉伸并保持导电性的油墨方面的兴趣仍然与日俱增。然而,热成型片基导电油墨会导致迹线电阻增加(最高达10倍)或导致破裂和不导电的迹线。相对于可拉伸导电油墨,线性迹线通常不能拉伸超过20%而不断裂,并且如果需要拉伸更多,则必须以弯曲的图案印刷。迄今为止所描述的所有油墨都使用银片作为导电组分,但是对于在印刷技术中使用银前体油墨(即银分子油墨)的兴趣越来越大,因为它们可能使得能够开发出非常薄、窄且机械性能强劲的迹线。已知甲酸银-烷基胺配合物可以在低至25-80℃的温度下转化成银迹线。由这些盐组成的基于喷墨和喷雾的配方已经证明能够产生低于100μm的迹线,但甲酸银仅在与特定浓度的胺(即氨、烷基胺等)混合时才是稳定的,并且在不存在胺时在室温下会分解。因此,源自甲酸银盐的油墨与丝网印刷、凹版印刷和柔版印刷都不太相容,其中油墨散布在大表面区域上并且易于水和挥发性胺的蒸发,这将导致在丝网或网纹辊/转印辊上转化为银。此外,氨的存在使其与在开放式制造环境中的印刷不相容。开发在室温下稳定并且不含有诸如氨和挥发性溶剂的有毒气体的油墨,从而可以通过诸如丝网印刷、凹版印刷和柔版印刷的更多工业相关方法来印刷油墨将是有益的。一种选择是使用与烷基胺混合的草酸银盐,部分原因是草酸银在室温下更稳定,并且直至温度高于100℃时才会开始热分解。然而,已证明草酸银和烷基胺的混合物在120-130℃下烧结后产生导电性差的浸镀膜。所得膜在光子烧结后可明显变得更具导电性。其他实施例表明喷墨印刷的草酸银盐/烷基胺混合物在于130℃下烧结5分钟后可产生体积电阻率值为约350μΩ·cm的迹线,且当长时间烧结(30-60分钟)时,该值可降至25-50μΩ·cm。此外,将烧结温度提高到170℃也有助于降低体积电阻率(8-9μΩ·cm)。然而,高于140℃的温度与低温基体,诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯(ABS)、热塑性聚氨酯(TPU)和许多织物不相容。开发与这种低温基体相容的油墨可产生热成型和可拉伸的导体应用,其通常在具有低玻璃化转变温度的基体上进行。尽管已经特别配制了几种片基银油墨以经受热成型/拉伸并保持导电性,但是这种油墨在伸长率大于10-20%时易于破裂,导致电阻显著增加,特别是对于低于500μm宽的迹线。最近开发了一种可以配制用于丝网印刷的分子银油墨平台(2015年12月23日公开的国际专利公开WO2015/192248)。这种可丝网印刷的分子油墨具有优异的可印刷性,并且可以用热或脉冲光处理,以产生具有高导电性、强劲的机械性能且线宽窄至76μm间隔36μm的迹线。这种分子油墨的有价值的特征是它们可以被印刷、干燥并随后烧结(使用热或脉冲光),以便将不导电分子前体转化为导电金属迹线。然而,仍然需要开发在较低温度下,尤其是在低温可热成型、可拉伸和基于织物的基体和线/纱线上形成导电迹线的可印刷油墨。在热成型应用中使用分子油墨是特别有益的,使得能够选择丝网印刷、干燥、热成型和随后光子烧结形成的迹线以使它们导电。
技术实现思路
在一方面,提供了分子油墨,其包括:羧酸银;有机胺化合物;有机聚合物粘结剂;表面张力调节剂;以及溶剂。在另一方面,提供了在基体上产生导电银迹线的方法,该方法包括将分子油墨沉积在基体上以形成基体上油墨的不导电迹线,并烧结该基体上油墨的不导电迹线以形成导电银迹线。在另一方面,提供了在成型基体上产生导电银迹线的方法,该方法包括:将分子油墨沉积在可成型基体上;干燥可成型基体上的油墨以形成在可成型基体上包含羧酸银的不导电迹线;将可成型基体成型为形状以产生成型基体,使得至少一部分不导电迹线位于成型基体的成型部分上;并且烧结(例如光子烧结)成型基体以将羧酸银分解成金属银,从而在成型基体的至少成型部分上产生导电银迹线。在另一方面,提供了在成型基体上产生导电银迹线的方法,该方法包括:将分子油墨沉积在可成型基体上;干燥并烧结可成型基体上的油墨以形成包含银金属的导电迹线;将可成型基体成型为形状以产生成型基体,使得至少一部分导电迹线位于成型基体的成型部分上,从而在成型基体的至少成型部分上产生导电银迹线。在另一方面,提供了在可拉伸基体上产生导电银迹线的方法,该方法包括:将分子油墨沉积在可拉伸基体上;干燥并烧结可拉伸基体上的油墨以形成包含银金属的导电迹线。在另一方面,提供了产生导电银线(thread)/纱线(yarn)的方法,该方法包括:将线/纱线浸泡在分子油墨中,除去多余的油墨,并热烧结涂覆后的线/纱线以形成导电线/纱线。在另一方面,提供了包括通过上述方法产生的导电银迹线的基体。在另一方面,提供了产生导电银纱线或线的方法,该方法包括:将分子油墨沉积在纱线或线上以形成不导电纱线或线,并烧结该不导电纱线/线以形成导电银线/纱线。在另一方面,提供了电子器件,其包括具有通过上述方法产生的导电银迹线的基体。在另一方面,提供了包括具有通过上述方法产生的涂覆有导电银涂层或层的线/纱线的电子器件或服装。其它特征将在以下具体实施方式中描述或变得显而易见。应该理解,本文所述的每个特征可以与任何一种或多种其它所述特征任意组合使用,并且每个特征不一定依赖于其它特征的存在,除对本领域技术人员显而易见的情况之外。附图说明为了更清楚的理解,现在参考附图,通过举例的方式详述优选实施方式,其中:图1A描绘了由本专利技术的低温分子油墨(NRC-848A3a)产生的印刷和烧结的迹线的三维表面光度仪图像,以及可以用油墨实现的突出线宽和线间距(L/S)的得到的截面。图1B描绘了由低温分子油墨(NRC-848A3a)产生的印刷和烧结的迹线的另一三维表面光度仪图像,以及可以用油墨实现的进一步突出线宽和线间距(L/S)的得到的截面。图2A描绘了由在不同温度下加工的本专利技术的另一种油墨(NRC-849A1)产生的具有约512μm线宽的导电银迹线的薄层电阻率(mΩ/□/mil)与温度(℃)的图。图2B描绘了由在不同温度下加工的本专利技术的另一种油墨(NRC-850A)产生的具有约444μm线宽的导电银迹线的薄层电阻率(mΩ/□/mil)与温度(℃)的图。图3描绘了由油墨NRC-849A1产生的丝网印刷的迹线,其已在120℃下热烧结5分钟,显示了当油墨中不包含触变剂且油墨在高湿度(>50%)下印刷时对迹线形状的影响。图4描绘了由油墨NRC-850A1产生的丝网印刷的迹线,其已在120℃下热烧结5分钟,显示了当油墨中包含触变剂且油墨在高湿度(>50%)下印刷时对迹线形状的影响。图5描绘了油墨NRC-850A2的迹线的俯视图,其已印刷在乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种分子油墨,包括:羧酸银;有机胺化合物;有机聚合物粘结剂;表面张力调节剂;以及溶剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.08 US 62/456,2721.一种分子油墨,包括:羧酸银;有机胺化合物;有机聚合物粘结剂;表面张力调节剂;以及溶剂。2.根据权利要求1所述的油墨,其中,所述羧酸银包括草酸银。3.根据权利要求1或2所述的油墨,其中,所述羧酸银以基于所述油墨总重量的约10wt%至约60wt%的量存在。4.根据权利要求1至3中任一项所述的油墨,其中,所述有机胺化合物包括氨基-2-丙醇。5.根据权利要求1至4中任一项所述的油墨,其中,所述有机胺化合物包括氨基-2-丙醇和2-氨基-1-丁醇的混合物。6.根据权利要求1至5中任一项所述的油墨,其中,所述有机胺化合物以基于所述油墨总重量的约10wt%至约75wt%的量存在。7.根据权利要求1至6中任一项所述的油墨,其中,所述羧酸银和有机胺化合物在油墨中形成配合物或相互作用。8.根据权利要求1至7中任一项所述的油墨,其中,所述有机聚合物粘结剂与所述有机胺化合物相容,由此所述有机胺化合物在所述有机聚合物粘结剂中的混合物不会产生明显的相分离。9.根据权利要求1至8中任一项所述的油墨,其中,所述有机聚合物粘结剂包括羟乙基纤维素。10.根据权利要求1至9中任一项所述的油墨,其中,所述有机聚合物粘结剂以基于所述油墨总重量的约0.1wt%至约5wt%的量存在。11.根据权利要求1至10中任一项所述的油墨,其中,所述表面张力调节剂包括乙醇酸或乳酸。12.根据权利要求1至11中任一项所述的油墨,其中,所述表面张力调节剂以基于所述油墨总重量的约0.5wt%至约4wt%的量存在。13.根据权利要求1至12中任一项所述的油墨,其中,所述有机胺化合物和有机聚合物粘结剂可分散于所述溶剂中。14.根据权利要求1至13中任一项所述的油墨,其中,所述溶剂包括二丙二醇甲醚。15.根据权利要求1至14中任一项所述的油墨,其中,所述溶剂以提供所述油墨重量余量的量存在。16.根据权利要求1至15中任一项所述的油墨,还包括消泡剂。17.根据权利要求16所述的油墨,其中,所述消泡剂包括甘油。18.根据权利要求16或17所述的油墨,其中,所述消泡剂以基于所述油墨总重量的约0.5wt%至约8wt%的量存在。19.根据权利要求1至18中任一项所述的油墨,还包括触变调节剂。20.根据权利要求19所述的油墨,其中,所述触变调节剂包括聚羟基羧酸酰胺。21.根据权利要求19或20所述的油墨,其中,所述触变调节剂以基于所述油墨总重量的约0.1wt%至约0.5wt%的量存在。22.一种在基体上产生导电银迹线的方法,所述方法包括将根据权利要求1至21中任一项所限定的油墨沉积在基体上以形成所述基体上油墨的不导电迹线,并烧结所述基体上油墨的不导电迹线以形成所述导电银迹线。23.一种在成型...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘向阳尚塔尔·帕凯阿诺德·J·凯尔帕特里克·罗兰·卢西恩·马朗方
申请(专利权)人:加拿大国家研究委员会
类型:发明
国别省市:加拿大,CA

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