一种纳米银导电墨水及其低温烧结方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米银导电墨水及其低温烧结方法，该方法使用双保护剂制备纳米银颗粒，利用聚氯化铝溶液处理制备得到的纳米银颗粒，利用紫外光照及不同浓度的HCl溶液对纳米银墨水进行辅助烧结处理。采用本发明专利技术专利公开的方法，纳米银导电墨水烧结温度低，导电墨水烧结后形貌均匀完整，且烧结后的银层导电性能优良。

A nano silver conductive ink and its low temperature sintering method

【技术实现步骤摘要】
一种纳米银导电墨水及其低温烧结方法
本专利技术属于纳米银导电墨水
，具体涉及一种纳米银导电墨水及其低温烧结方法。
技术介绍
近年来，喷墨印刷用纳米银导电墨水在PCB线路板、RFID天线、显示电极组件等方面展现了巨大的应用潜力，然而其发展目前还面临两方面的问题：一是纳米银导电墨水经烧结后所形成的膜层/线条，与传统电路板上的铜膜/铜丝相比电阻较大；二是柔性电子的快速发展，要求纳米银导电墨水在具有优良导电性的同时，实现低温烧结。喷墨印刷用银导电墨水的自身特性，使得这两方面的问题日益突出。首先，喷墨印刷用墨水中的银颗粒，必须满足一定要求：为避免喷嘴堵塞，银颗粒的最大直径应小于喷口直径的1/10，考虑到喷口形状和运行次数，这个比率实际上应该更小。这就要求墨水中银颗粒的直径小于50nm，在20nm左右最佳。而这种小直径的纳米银在热力学上极不稳定，粒子间极易相互吸引而团聚，因此在制备过程中必须有大量的分散剂包覆在颗粒表面。为了制备小尺寸纳米银颗粒，往往使用较高分解温度的有机物作为分散剂，造成墨水的烧结温度较高。如柠檬酸三钠的分解温度超过300℃，直到500℃依然有大量的残留，阻碍烧结过程；聚丙烯酸在高于300℃时会分解为黑色不导电物质，对导电性产生严重影响。其次，要获得良好的导电能力，喷墨印刷用银导电墨水的浓度较高。在较高浓度下，墨水中纳米银颗粒的分散稳定技术是使喷墨导电墨水成为成熟产品的关键，这决定了墨水能否顺利打印。要实现稳定分散的纳米银墨水，则除溶剂、pH调节剂、保湿剂外，墨水中还必须添加表面活性剂及分散稳定剂，这也将导致墨水烧结温度升高、导电性能不佳。
技术实现思路
本专利技术为解决上述问题，提出了一种喷墨印刷用纳米银导电墨水及其低温烧结方法。该导电墨水在低温烧结后，具有优良的导电性能。本专利技术的技术方案如下:一种纳米银导电墨水及其低温烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、依次将聚丙烯酸、柠檬酸钾和葡萄糖加入到去离子水中，搅拌均匀后得到混合液A。将硝酸银加入到去离子水中得到溶液B。将溶液B逐滴加入到混合液A中进行水浴反应并保持搅拌。将产物静置冷却后倒掉上清液即得到纳米银颗粒。步骤2、将步骤1制备的纳米银颗粒溶解于聚氯化铝水溶液中，再加入适量无水乙醇，进行3～5次离心。最后将纳米银颗粒溶解于去离子水中，再加入适量无水乙醇，进行1次离心。步骤3、以乙二醇、去离子水、羟乙基纤维素、硫醚非离子表面活性剂(EASYTECHST-5070)、Spredox分散剂(D-271)的混合溶液为溶剂配置纳米银导电墨水；步骤4、将纳米银导电墨水滴加或喷墨打印在基板上，于40～50℃烘干后，置于稀HCl溶液中浸泡一定时间，之后在紫外光下照射24h；步骤5、取出步骤4的样品，于40～50℃烘干，再浸泡于较浓HCl溶液中一定时间，然后置于恒温鼓风干燥箱中烧结。优选的，步骤1所用溶液中聚丙烯酸浓度为0.2～0.5mol/L，柠檬酸钾浓度为0.1～0.3mol/L，葡萄糖浓度为3～5mol/L，硝酸银浓度为5～10mol/L。优选的，步骤1中水浴反应温度为60℃，反应时间为60min，搅拌速率为800rpm。优选的，步骤2所用所用聚氯化铝水溶液的浓度为1～3mol/L，去离子水与无水乙醇的体积比为1：3。聚氯化铝能够有效破坏溶胶系统的电离平衡，使系统失稳，从而使溶胶中的纳米银颗粒析出，减少银颗粒表面包覆剂含量。优选的，步骤2所用离心速率为8000rpm，单次离心时间为10min。优选的，步骤3所形成的纳米银导电墨水，各组份的质量含量为：纳米银30～35％，羟乙基纤维素0.5％～2％，乙二醇8％～16％，硫醚非离子表面活性剂(EASYTECHST-5070)0.1～0.3％，Spredox分散剂(D-271)0.5～1％，其余为去离子水。乙二醇可以控制墨水表面张力从而改变润湿性，提高喷墨印刷时的均匀性。羟乙基纤维素可以增加墨水粘度，提高墨水的稳定性，减少烧结时产生的气泡和裂痕，提高烧结均匀性。硫醚非离子表面活性剂(EASYTECHST-5070)可以优化动态张力与静态张力，降低接触角。Spredox分散剂(D-271)可以提高银纳米颗粒的分散性。优选的，步骤4中所用稀HCl溶液浓度为0.05～0.1mol/L，浸泡时间为5～15s。HCl中的Cl-对金属银表面具有吸附性，可以使包覆在银颗粒表面的有机层一定程度上解吸，引发纳米银之间产生烧结颈，形成导电通路。且HCl作为烧结剂不仅不会结晶析出，而且在烧结过程中极易挥发除去，大大降低了因为烧结剂残留在导电墨水中对其导电性能的影响。优选的，步骤4中紫外光功率为5～8W，波长为300～365nm。优选的，步骤5中所用较浓HCl溶液的浓度为1～3mol/L，浸泡时间为1～10min。优选的，步骤5中烧结温度为100～150℃，保温时间为1～2h。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：(1)纳米银导电墨水烧结温度低。(2)纳米银导电墨水烧结后形貌均匀完整。(3)纳米银导电墨水烧结后导电性能优良。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的纳米银导电墨水烧结后的扫描电镜图片；图2为本专利技术实施例2制备的纳米银导电墨水烧结后的扫描电镜图片；图3为本专利技术对比例1制备的纳米银导电墨水烧结后的扫描电镜图片；图4为本专利技术对比例2制备的纳米银导电墨水烧结后的扫描电镜图片；图5为本专利技术工艺流程图。具体实施方式下面结合附图和实例，进一步对本专利技术的技术方案进行举例说明。实施例1依次将4.3g柠檬酸钾、8g葡萄糖加入50mL去离子水中，在室温下以800rpm的速度磁力搅拌20min，然后向其中加入6g聚丙烯酸得到混合液A；将硝酸银溶解于去离子水中得到浓度为10mol/L的溶液B。以30滴/min的速度将溶液10mL溶液B滴加到溶液A中，磁力搅拌20min，之后在60℃水浴条件下反应60min，保持磁力搅拌速率为800rpm。之后室温下自然冷却并保持磁力搅拌。将产物静置后倒掉上清液，即得纳米银颗粒。利用3mol/L的聚氯化铝水溶液溶解纳米银颗粒后，向其中加入三倍于去离子水体积的无水乙醇，8000rpm离心10分钟，重复三次。然后将纳米银颗粒先溶解于去离子水，然后加入三倍于去离子水体积的无水乙醇，再次离心，得到银灰色固体。将产物在50℃下干燥12h，即可得到配置导电墨水用纳米银颗粒。以上述纳米银颗粒为导电材料，以去离子水为溶剂，乙二醇为保湿剂，EASYTECHST-5070为表面活性剂，SpredoxD-271为分散剂，羟乙基纤维素为稳定剂配置导电墨水。其质量组成如下：纳米银30.00％，去离子水61.05％，乙二醇6.80％，羟乙基纤维素1％，EASYTECHST-5070为0.26％，SpredoxD-271为0.89％。将纳米银墨水喷墨打印在基板上，然后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米银导电墨水及其低温烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、依次将聚丙烯酸、柠檬酸钾和葡萄糖加入到去离子水中，搅拌均匀后得到混合液A。将硝酸银加入到去离子水中得到溶液B。将溶液B逐滴加入到混合液A中进行水浴反应并保持搅拌。将产物静置冷却后倒掉上清液即得到纳米银颗粒。/n步骤2、将步骤1制备的纳米银颗粒溶解于聚氯化铝水溶液中，再加入适量无水乙醇，进行3～5次离心。最后将纳米银颗粒溶解于去离子水中，再加入适量无水乙醇，进行1次离心。/n步骤3、以乙二醇、去离子水、羟乙基纤维素、硫醚非离子表面活性剂(EASYTECH ST-5070)、Spredox分散剂(D-271)的混合溶液为溶剂配置纳米银导电墨水；/n步骤4、将纳米银导电墨水滴加或喷墨打印在基板上，于40～50℃烘干后，置于稀HCl溶液中浸泡一定时间，之后在紫外光下照射24h；/n步骤5、取出步骤4的样品，于40～50℃烘干，再浸泡于较浓HCl溶液中一定时间，然后置于恒温鼓风干燥箱中烧结。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米银导电墨水及其低温烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、依次将聚丙烯酸、柠檬酸钾和葡萄糖加入到去离子水中，搅拌均匀后得到混合液A。将硝酸银加入到去离子水中得到溶液B。将溶液B逐滴加入到混合液A中进行水浴反应并保持搅拌。将产物静置冷却后倒掉上清液即得到纳米银颗粒。
步骤2、将步骤1制备的纳米银颗粒溶解于聚氯化铝水溶液中，再加入适量无水乙醇，进行3～5次离心。最后将纳米银颗粒溶解于去离子水中，再加入适量无水乙醇，进行1次离心。
步骤3、以乙二醇、去离子水、羟乙基纤维素、硫醚非离子表面活性剂(EASYTECHST-5070)、Spredox分散剂(D-271)的混合溶液为溶剂配置纳米银导电墨水；
步骤4、将纳米银导电墨水滴加或喷墨打印在基板上，于40～50℃烘干后，置于稀HCl溶液中浸泡一定时间，之后在紫外光下照射24h；
步骤5、取出步骤4的样品，于40～50℃烘干，再浸泡于较浓HCl溶液中一定时间，然后置于恒温鼓风干燥箱中烧结。


2.根据权利要求1所述的一种纳米银导电墨水及其低温烧结方法，其特征在于，步骤1所用溶液中聚丙烯酸浓度为0.2～0.5mol/L，柠檬酸钾浓度为0.1～0.3mol/L，葡萄糖浓度为3～5mol/L，硝酸银浓度为5～10mol/L。


3.根据权利要求1所述的一种纳米银导电墨水及其低温烧结方法，其特征在于，步骤1中水浴反应温度为60℃，反应时间为60min，搅拌速率为800rpm。

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【专利技术属性】
技术研发人员：陈金菊，王小明，
申请(专利权)人：四川睿欧莱资科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51