提供了可以使用广谱紫外光处理(例如干燥或固化)和烧结的可印刷分子油墨，以在低温基底例如PET上产生导电迹线。该油墨包括羧酸银或羧酸铜、有机胺化合物，并且可以包括热保护剂。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】UV可烧结分子油墨以及使用广谱UV光对其加工专利
本申请涉及导电油墨，尤其涉及可以用广谱紫外(UV)光处理和烧结的导电分子油墨。本申请还涉及用于使用广谱UV光处理和烧结分子油墨的方法。
技术介绍
印刷电子(PE)制造业使用的大多数导电油墨都利用热加工以将片基或纳米颗粒基的迹线转换为导电金属迹线。在典型的使用片对片平板丝网印刷机和隧道式炉的制造环境中，热加工可以是缓慢的(例如，5-30分钟)，但是随着可印刷电子(装置)移动至辊对辊工艺，将需要更快的加工时间(例如，少于5分钟)。减少导电迹线烧结所需时间的最常见方法是利用强脉冲光(IPL)或光子烧结(PS)技术(以下称为IPL烧结)，其中加工时间可低至微秒至秒。这是由于IPL加工通过使用在迹线内生成大量的局部热的UV光的强脉冲而快速且选择性地烧结油墨的能力。尽管IPL方法可以快速加工银和铜纳米颗粒油墨以及铜基和银基分子油墨，但该技术最适合用于高温基底诸如KaptonTM，因为加工大多数这些油墨所需的局部加热需要足够的能量，导致下层基底的性能也被影响。尤其，当使用低温基底诸如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基底时，IPL烧结趋于使印刷油墨迹线下的基底翘曲/变形，并且在许多情况下，迹线实际上熔化或浸入基底中。另外，IPL加工的迹线通常是很多孔的，而通过热烧结加工的迹线则更加致密并且均匀。因此，仍然需要可印刷油墨，其可以使用广谱UV光进行处理(例如，干燥或固化)和烧结以在低温基底上产生导电迹线，同时减少或消除对基底的损坏。
技术实现思路
广谱UV光加工用于处理(干燥或固化)和烧结印刷的非导电金属迹线的用途，为实现辊对辊可印刷电子制造以及寻求减少加工时间的其他制造方法的新效率提供了机会。使用广谱UV光有利地处理和烧结低温分子油墨，因为可以操纵这样的油墨以提供具有宽范围厚度和宽度的功能有效的导电迹线，以用于多种多样的应用。例如，可以将这样的油墨干燥并烧结以形成相对薄和/或窄的导电迹线，同时保持相对高的电导率(即相对低的电阻率)。在一方面，提供了一种油墨，所述油墨包括羧酸银或羧酸铜；有机胺化合物；以及热保护剂。在一种实施方式中，所述羧酸银是C1-10烷酸盐。在另一种实施方式中，所述羧酸铜是C1-12烷酸盐。在进一步的实施方式中，所述羧酸银或羧酸铜具有160℃或更低的分解温度。在还另一种实施方式中，所述有机胺化合物是氨基醇。在又另一种实施方式中，所述热保护剂包括共轭聚合物、聚醚、脂肪酸或其任何混合物。在另一方面，提供了一种油墨，所述油墨包括羧酸银或羧酸铜以及有机胺化合物，所述油墨在烧结期间自限制所述油墨中的温度升高至高到足以分解所述油墨的油墨温度，由此，所述温度升高局限于所述油墨所占据的基底区域。在一种实施方式中，使用宽带UV光执行烧结。在另一种实施方式中，所述油墨任选地包括热保护剂。在进一步的实施方式中，所述有机胺化合物是氨基醇。当添加到本公开的所述油墨中时，其他试剂诸如粘合剂和/或表面张力调节剂的使用，根据制造用于电子设备的具有导电金属迹线的基底的期望的方法，增强烧结前后所得印刷迹线的机械性能(例如，附着力)。在实施方式中，所述油墨是分子油墨。在相关的实施方式中，所述分子油墨包括羧酸银或羧酸铜、有机胺化合物以及选自由以下组成的组的一种或多种组分：粘合剂、溶剂、表面张力调节剂、消泡剂、触变改性剂和填充剂。在另一相关的实施方式中，所述油墨包括羧酸铜和氨基醇，铜纳米颗粒填充剂和粘合剂。有利地，本专利技术的油墨可以在低温基底上印刷，并且使用广谱UV光烧结以在低温基底上产生导电迹线，同时减少或消除对基底的损害。通过用广谱UV光烧结所述油墨产生的导电迹线具有的迹线形态类似于热加工样品的迹线形态，并且具有出色的电性能。在产生导电迹线之前，广谱UV光也可以用于在低温基底上处理印刷的油墨，以改进热成型和烧结后所得导电迹线的质量(例如，减少开裂)。如本文所公开的，当使用UV光来“处理(treat)”印刷迹线时，或者当印刷油墨经过UV“处理(treated)”或进行了UV“处理(treatment)”时，应理解该处理(无论其是否也可以被表征为干燥或固化)不足以产生适合其预期应用的导电迹线。这不同于如本文所公开的UV固化至烧结点的方法，其确实产生导电迹线。在另一方面，提供了用于在基底上产生导电银或铜迹线的方法，所述方法包括：使包括羧酸银或羧酸铜和有机胺化合物的油墨沉积在基底上以形成在所述基底上的所述油墨的迹线；以及用广谱UV光烧结所述基底上的迹线，以在所述基底上形成导电银迹线。有利地，所述方法可以用于使用广谱UV光在基底上形成导电迹线。通过用广谱UV光烧结所述油墨产生的导电迹线具有的迹线形态类似于热加工样品的迹线形态，并且具有出色的电性能，如果在热成型或烧结之前使用广谱UV光处理沉积(例如印刷)在基底上的油墨，则可以进一步改进导电迹线。在以下详细描述的过程中，进一步的特征将被描述或将变得显而易见。应当理解，本文描述的每个特征可以与其他描述的特征的任何一个或多个以任何组合来利用，并且每个特征不必依赖于另一特征的存在，除非对本领域技术人员显而易见的情况。附图说明为了更清楚地理解，现在将参考附图通过示例的方式详细描述优选的实施方式，其中：图1A描绘了由不具有热保护剂的油墨(C1)在使用DYMAXTM5000-EC系列UV固化泛光灯系统在自灯泡10cm的距离处UV烧结4.5分钟后在PET上产生的迹线。图1B描绘了由具有共轭聚合物作为热保护剂的油墨(I1)在使用DYMAXTM5000-EC系列UV固化泛光灯系统在自灯泡10cm的距离处UV烧结4.5分钟后在PET基底上产生的迹线。图2A描绘了由分子油墨I1在PET基底上使用DYMAXTM5000-EC系列UV固化泛光灯系统在自灯泡10cm的距离处持续5分钟产生的线性4cm长的迹线的电阻(Ω/cm)与UV辐照时间(分钟)的图，其示出了随着UV曝光持续时间的增加，在迹线上测量的电阻如何变化。图2B和图2C描绘了图2A的UV烧结的迹线的扫描电子显微图(SEM)横截面分析，其示出了该迹线在整个迹线中具有致密并且无孔的金属结构。图3描绘了由具有脂肪酸作为热保护剂的油墨(I3)在PET基底上使用DYMAXTM5000-EC系列UV固化泛光灯系统在自灯泡10cm的距离处UV烧结5分钟所产生的迹线。图4描绘了在PET上由具有聚乙二醇(PEG2K)作为热保护剂的油墨(I5)产生的UV烧结的迹线(A,B)和热烧结的迹线(C,D)的扫描电子显微图。图5A是使用广谱UV光以在PET上烧结低温油墨的烧结过程的温度(℃)与时间(s)的图。图5B展示了在烧结过程期间呈由掩模中的三角形开口形成的图案的PET上的烧结迹线，其温度曲线在图5A中示出。图5C展示了在烧结过程期间在PET上的呈由掩模中的缝隙形成的图案的烧结迹线，其温度曲线在图5A中示出。图6描述了使用广谱UV光以在PET基底上烧结低温油墨的烧结过程期间的温度(℃)与时间(s)的图。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种油墨，所述油墨包括：羧酸银或羧酸铜；有机胺化合物；以及热保护剂。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180803 US 62/714,3631.一种油墨，所述油墨包括：羧酸银或羧酸铜；有机胺化合物；以及热保护剂。
2.根据权利要求1所述的油墨，其中，所述羧酸银或羧酸铜具有160℃或更低的热分解温度。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的油墨，其中，所述羧酸银是C1-10烷酸盐，或其中所述羧酸铜是C1-12烷酸盐。
4.根据权利要求1所述的油墨，其中，所述羧酸银是草酸银、乙酸银或新戊酸银。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的油墨，其中，所述热保护剂包括共轭聚合物、聚醚、脂肪酸或其任何混合物。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的油墨，其中，所述热保护剂包括聚(芴)、聚(噻吩)、聚乙二醇、C2-16脂肪酸或其任何混合物。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的油墨，其中，所述热保护剂包括聚乙二醇、己酸、庚酸、新癸酸或包括式(I)或式(II)的聚合物的共轭聚合物：
其中n是5-2000的整数。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的油墨，所述油墨进一步包括有机聚合物粘合剂。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的油墨，所述油墨进一步包括表面张力调节剂。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的油墨，所述油墨进一步包括溶剂。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的油墨，所述油墨进一步包括消泡剂。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的油墨，所述油墨进一步包括触变改性剂。
13.一种油墨，所述油墨包括：羧酸银；氨基醇；乳酸表面张力调节剂；以及热保护剂，所述羧酸银包括草酸银、新戊酸银或乙酸银。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的油墨，其中，所述油墨在烧结期间自限制所述油墨中的温度升高至高到足以分解所述羧酸银的油墨温度，由此，所述温度升高局限于所述油墨所占据的基底区域。
15.一种油墨，所述油墨包括羧酸银或羧酸铜以及有机胺化合物，所述油墨在烧结期间自限制所述油墨中的温度升高至高到足以分解所述油墨的油墨温度，由此，所述温度升高局限于所述油墨所占据的基底区域。
16.根据权利要求15所述的油墨，其中，所述羧酸铜是甲酸铜，以及所述有机胺化合物是氨基二醇。
【专利技术属性】
技术研发人员：刘向阳，丁建夫，帕特里克·罗兰·卢西恩·马朗方，尚塔尔·帕凯，巴瓦纳·代奥雷，阿诺德·J·凯尔，
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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