一种窄线宽金属型低压压敏器件及电流体打印的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种窄线宽金属型低压压敏器件及电流体打印的制备方法；所述压敏器件的成分包括纳米银颗粒、乙基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮，所述压敏器件包括主体部分和两个外接点，所述外接点位于主体部分两端。将基底清洗和干燥处理，然后采用电流体打印将纳米银溶胶在基底上打印压敏器件，将打印的压敏器件退火固化，得到窄线宽金属型低压压敏器件。所述压敏器件的压敏电阻稳定，非线性系数较大，漏电流小，微观均匀性较好；工艺简单，烧结温度低。

【技术实现步骤摘要】
一种窄线宽金属型低压压敏器件及电流体打印的制备方法
本专利技术属于电子材料
，涉及一种窄线宽金属型低压压敏器件及电流体打印的制备方法。
技术介绍
“压敏电阻"是一种具有非线性伏安特性的电阻器件，主要用于在电路承受过压时进行电压钳位，吸收多余的电流以保护敏感器件。目前压敏电阻器的电阻体材料均是是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的"氧化锌"(ZnO)压敏电阻器，它的主体材料有二价元素锌(Zn)和六价元素氧(O)所构成。目前，提高氧化锌压敏电阻性能的主要途径是通过改进压敏电阻材料粉体的配方及制备工艺以获得高性能的ZnO压敏电阻。晶粒尺寸和微观均匀性决定了压敏电阻电学性能的高低，传统的ZnO压敏电阻制备方法，是将微米级的ZnO，Bi、Mn、Sb等的氧化物按照一定比例放入球磨罐中并将其混合粉碎，然后放入1100℃～1500℃的高温中烧结成瓷。尽管如此，由于微米级原料表面活性低，生长晶粒时所需要的温度较高，生长的晶粒较大而导致电位梯度低，微观均匀性差，即使通过更先进的球磨法和掺杂粒子压敏电阻的电性能也不可能有大幅度的提高。因此，在新的时代背景下需要寻找新的压敏材料朝着更微型，更高效，更清洁的领域稳步发展。现有的调控氧化锌电阻非线性的方法是将ZnO、MnO2、Co2O3、NiO2、Bi2O3、Sb2O3以上混合物通过球磨机球磨6h后进行喷雾造粒(刘亚芸,厍海波,杨军,刘明新.掺杂氧化锑对氧化锌电阻片性能的影响[J].电瓷避雷器,2020(05):124-126+133.)，放置24h后进行含水，压制成型，形成圆柱坯体。首先将样品在最高温度为780℃的温度曲线下进行预烧处理，侧面涂布特制高阻层配方，之后在最高温度为1020℃的温度曲线下烧结。最后将电阻片进行涂覆、磨片、喷铝。可以通过改变氧化锑的含量，对氧化锌电阻片电位梯度、泄漏电流等性能的影响。氧化锑在烧结过程中与氧化锌可以形成尖晶石相，可以抑制氧化锌晶粒尺寸的大小，进而调整电阻片电位梯度。但是氧化锑需要高达800℃才能发生离解进而与其他粉末料互溶，因此制备过程能耗大。同时该生产过程均使用粉末料作为原料进行研磨，需要注意粉尘对人体、环境的危害。CN109734435A公开了一种纳米氧化锌压敏电阻材料及制备方法。通过采用纳米ZnO粉料为原料，稀土元素Ce的氧化物为添加剂，采用球磨技术获得纳米ZnO压敏电阻。摒弃了传统以微米ZnO为原料的做法，采用了纳米ZnO原料，由于纳米颗粒表面活性高，因此可以降低了ZnO的烧结温度从而节省能源。但是粉末球磨混合不足以完全破坏纳米粉体的团聚，微观上两项(多项)粉体仍不均匀，因此其电学性能难以保证。因此，本领域亟待开发一种压敏电阻，其制备工艺简单成本低，烧结温度低。具有稳定的压敏电压，良好的非线性以及漏电流小的性能。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种窄线宽金属型低压压敏器件及电流体打印的制备方法，该方法操作简单，原料易得，对设备要求低，适合工业化规模生产；经该方法制得的纳米银压敏电阻材料具有稳定的压敏电压，良好的非线性以及较低的漏电流。为了达到上述目的，本方案通过以下技术方案实现：一种窄线宽金属型低压压敏器件，所述压敏器件的成分包括纳米银颗粒、乙基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮，所述压敏器件包括主体部分和两个外接点，所述外接点位于主体部分两端。优选的，所述主体部分的线长为100-1000um，宽为1-10um，高为30-300nm；所述外接点的直径为20-100um，高为30-300nm。优选的，所述纳米银颗粒的粒径为1～50nm。电流体打印上述的窄线宽金属型低压压敏器件的制备方法，包括以下步骤：将基底清洗和干燥处理，然后采用电流体打印将纳米银溶胶在基底上打印压敏器件，将打印的压敏器件退火固化，得到窄线宽金属型低压压敏器件。优选的，所述基底的材质为n型硅，p型硅，玻璃基板中的一种。优选的，所述纳米银溶胶为纳米银颗粒墨水和聚乙烯吡咯烷酮溶液按照质量比为1：3～6超声混合2～3小时后得到。优选的，所述纳米银颗粒墨水由以下方法制得：将醋酸银与混合溶剂混合，加入乙醇胺并搅拌2～3个小时，得到纳米银颗粒墨水；其中，所述醋酸银、混合溶剂和乙醇胺的比例为1～2g：1～5ml：0.01～0.05mol，所述混合溶剂为体积比为5～10：5～10：1的乙二醇、乙醇和油酸的混合物。优选的，所述聚乙烯吡咯烷酮溶液由重均分子量200000～500000的聚乙烯吡咯烷酮和乙基纤维素溶于乙二醇单甲醚得到；其中，所述聚乙烯吡咯烷酮溶液中聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为10～35％，乙基纤维素的质量浓度为0.5～3％。优选的，所述清洗指依次用异丙醇、四氢呋喃、碱性清洗液、去离子水和异丙醇超声震荡基底5～10min；所述干燥的温度为65～75℃，干燥至恒重；所述退火固化的温度为200～500℃，退火固化的时间为10～30min。优选的，所述电流体打印所用的电流体打印机型号为SIJ-S150；所述电流体打印的参数为：电压200～1200V，电压频率100～1500Hz，电压波形为方波、三角波和正弦波中的任意一种，移动速度5～50mm/s。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：本专利技术提出的电流体打印纳米银压敏电阻工艺简单，烧结温度低。正常使用时纳米银压敏电阻处于漏电流区，其阻值极高可以抑制电路中的异常过高电压，保护电路免受过电压的损害。受浪涌冲击时释放浪涌电流。在通流量剧增的情况下，因其窄线宽以及纳米效应的特点器件会熔断以保护电路。经本专利技术方法制备出的纳米银压敏电阻材料压敏电阻稳定，非线性系数较大，漏电流小，微观均匀性较好。附图说明图1为本专利技术窄线宽纳米银压敏电阻结构示意图；图2为实施例1窄线宽纳米银压敏电阻伏安特性曲线图；图3为实施例1窄线宽纳米银压敏电阻高压熔断图(20um，500x)。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式和保护范围不限于此。本专利技术实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。以下实施例中使用的材料如下：纳米银颗粒(AgNPs)墨水：以醋酸银(1.66g)为前驱体，乙二醇、乙醇、油酸组成混合溶剂体积比为10：10：1，用量分别为1ml、1ml与0.1ml，将醋酸银加入混合溶剂中混合均匀；在慢速搅拌下往混合溶液中滴加0.02mol的乙醇胺作为还原剂。密封下让溶液慢速搅拌2-3个小时，待溶液中固体几乎完全溶解后过滤得到银纳米墨水。PVP溶液：由重均分子量400000的PVP与乙基纤维素溶于乙二醇单甲醚得到，其中PVP与乙基纤维素的质量浓度分别为20％和1.5％。纳米银溶胶：上述AgNPs墨水和PVP溶液按照质量比1：4超声混合2-3小时后可得到粒径1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种窄线宽金属型低压压敏器件，其特征在于，所述压敏器件的成分包括纳米银颗粒、乙基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮，所述压敏器件包括主体部分和两个外接点，所述外接点位于主体部分两端。/n

【技术特征摘要】
1.一种窄线宽金属型低压压敏器件，其特征在于，所述压敏器件的成分包括纳米银颗粒、乙基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮，所述压敏器件包括主体部分和两个外接点，所述外接点位于主体部分两端。


2.根据权利要求1所述的窄线宽金属型低压压敏器件，其特征在于，所述主体部分的线长为100-1000um，宽为1-10um，高为30-300nm；所述外接点的直径为20-100um，高为30-300nm。


3.根据权利要求1所述的窄线宽金属型低压压敏器件，其特征在于，所述纳米银颗粒的粒径为1～50nm。


4.电流体打印权利要求1-3任一项所述的窄线宽金属型低压压敏器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将基底清洗和干燥处理，然后采用电流体打印将纳米银溶胶在基底上打印压敏器件，将打印的压敏器件退火固化，得到窄线宽金属型低压压敏器件。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述基底的材质为n型硅，p型硅，玻璃基板中的一种。


6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述纳米银溶胶为纳米银颗粒墨水和聚乙烯吡咯烷酮溶液按照质量比为1：3～6超声混合2～3小时后得到。


7.根据权利要求6所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚日晖，梁宏富，宁洪龙，钟锦耀，刘泰江，张旭，张观广，梁志豪，杨跃鑫，彭俊彪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44