一种超高导电性材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种超高导电性材料的制备方法，使用微烧结溶液分别将纳米银颗粒表面的有机配体和液态金属表面的氧化镓层去除，并可用于高均匀性液态金属

【技术实现步骤摘要】
一种超高导电性材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于电子
，特别是涉及一种超高导电性材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着柔性电子技术的日趋成熟，新型电子产品的集成度和使用量均显著提高。因而，在不降低电路电学性能的前提下，要求柔性电路的线宽可以大幅减小，这就对柔性电路的制备方式和导电材料的电学性能提出了更高的要求。
[0003]现有的电子工业中，广泛采用的导电材料以纳米银、石墨烯、碳纳米管等高弹性模量高导电颗粒为主。以纳米银为例，目前市场上的导电银浆多是以球状纳米银颗粒为主要填料。相比于早期的微米级银粉，纳米银颗粒克服了微米级银粉可能存在的粒子沉降问题，对行业技术的进步起到了关键性作用。但由于纳米银颗粒表面有一定量的有机配体，且纳米银颗粒之间的接触几率偏低，导致纳米银电路的导电性能下降。近年来，以镓基液态金属为代表的导电材料在电路领域展现出独特的优势。液态金属在常温下不仅自身具有流动性，电流也能在其中流动，是作为可拉伸器件和电路的理想材料。但是液态金属具有巨大的表面能，且其表面会自发形成绝缘氧化膜，这就使得液态金属在各种载体上的印刷和电导性差一直是这类材料的主要技术难题。
[0004]本专利技术制备了一种超高导电性的液态金属
‑
纳米银粉改性材料，并将其用于制备电路。通过使用微烧结溶液，可分别将纳米银颗粒表面的有机配体和液态金属表面的氧化镓层去除，并在液相条件下制备获得液态金属
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纳米银粉改性材料。使用液态金属
‑
纳米银粉改性材料制备的刚性或柔性电路，可满足可穿戴设备、电子皮肤、智能传感等民用领域的应用需求。

技术实现思路

[0005]基于
技术介绍
所述存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种超高导电性材料的制备方法，通过使用微烧结溶液，可分别将纳米银颗粒表面的有机配体和液态金属表面的氧化镓层去除，并用于液态金属
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纳米银粉改性材料的制备；而液态金属
‑
纳米银粉改性材料可形成纳米银、液态金属和纳米银
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液态金属三种导电通路，进而显著提升其导电性。同时，采用溶液制备液态金属
‑
纳米银粉改性材料的方式，可以实现液态金属和纳米银粉的快速混合，并提高液态金属
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纳米银粉改性材料的制备速率和均匀性。此外，使用液态金属
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纳米银粉改性材料制备的电路可满足可穿戴设备、电子皮肤、智能传感等民用领域的应用需求。具体技术方案如下：
[0006]一种超高导电性材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将纳米银粉浸泡于微烧结溶液中，采用机械搅拌的方式去除纳米银颗粒表面的有机配体，离心后获得表面净化的纳米银粉A。其中，搅拌转速为50
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500rpm，搅拌时间为6
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24h。净化后的纳米银粉A的银固含量大于99.5％；
[0008](2)将液态金属浸泡于微烧结溶液中，采用机械搅拌的方式去除液态金属表面的氧化镓等氧化物薄膜层，离心后获得表面净化的液态金属B。其中，搅拌转速为100
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1000rpm，搅拌时间为12
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48h；
[0009](3)将表面净化的纳米银粉A、表面净化的液态金属B和微烧结溶液按照质量比为(0.05
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0.3)：1：(5
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20)混合后放入球磨机中球磨混匀，获得液态金属
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纳米银粉改性材料混合溶液C。其中，球磨转速为100
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500rpm，球磨时间为30
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360min；采用溶液制备液态金属
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纳米银粉改性材料的方式，可以实现液态金属和纳米银粉的快速混合，并提高液态金属
‑
纳米银改性材料的制备速率和均匀性。
[0010](4)将液态金属
‑
纳米银粉改性材料混合溶液C在60
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80℃的条件下真空干燥6
‑
8h，获得液态金属
‑
纳米银粉改性材料D；
[0011]所述的纳米银粉，纳米银颗粒的银固含量要求高于98％，颗粒尺寸小于200nm。如果纳米银颗粒的银固含量小于98％，其在制备液态金属
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纳米银粉改性材料时，纳米银颗粒表面的有机配体会氧化液态金属，并与液态金属混合，导致液态金属的导电性变差。同时，如果纳米银尺寸大于200nm，会导致液态金属
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纳米银粉改性材料D制备的电路表面粗糙、不均匀且不平整，影响电路的导电性和质量。
[0012]所述的微烧结溶液包括乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、丙二醇二甲醚、丙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇二乙醚和NaOH溶液中的一种或几种。所述微烧结溶液的pH在3
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10，可将纳米银颗粒表面的有机配体去除。
[0013]所述纳米银粉的微烧结溶液清洗过程，可采用微烧结溶液反复清洗3
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4次并反复离心的方式提高纳米银颗粒表面有机配体的去除率，离心转速为5,000
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15,000rpm，离心时间为10
‑
30min；
[0014]所述纳米银粉的微烧结溶液清洗过程，可采用加热清洗液的方式提高纳米银颗粒表面有机配体的去除率，加热温度为40
‑
60℃；
[0015]所述液态金属为熔点小于30℃的液态合金材料Ga
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In、Ga
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In
‑
Sn、Ga
‑
In
‑
Zn或Ga
‑
In
‑
Sn
‑
Zn；
[0016]所述液态金属
‑
纳米银粉改性材料的粘度在4,000
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8,000cp，该粘度范围内的液态金属
‑
纳米银粉改性材料可采用丝网印刷或狭缝涂布的方式制备电路；
[0017]所述超高导电性材料的应用方式，可采用丝网印刷或狭缝涂布的方式将液态金属
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纳米银粉改性材料在刚性载体或柔性载体表面制备电路。
[0018]所述的刚性载体为PCB板、氧化铝陶瓷板、氮化铝陶瓷板、铝基板、铜基板；所述的柔性载体为PET、PVC、PI、PEN、Teslin、相纸，液态金属
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纳米银粉改性材料的室温超高导电性，可适用于PVC、PI、PEN等耐温性差的载体，显著拓宽其适用范围；
[0019]所述的超高导电性电路，该电路可满足可穿戴设备、电子皮肤、智能传感的应用需求。
[0020]本专利技术的有益效果是：通过设计并制备一种超高导电性材料，使用微烧结溶液分别将纳米银颗粒表面的有机配体和液态金属表面的氧化镓层去除，并用于高均匀性液态金属
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纳米银粉改性材料的快速制备。同时，液态金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高导电性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将纳米银粉浸泡于微烧结溶液中，采用机械搅拌的方式去除纳米银颗粒表面的有机配体，离心后获得表面净化的纳米银粉A；其中，搅拌转速为50
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500rpm，搅拌时间为6
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24h；净化后的纳米银粉A的银固含量大于99.5％；(2)将液态金属浸泡于微烧结溶液中，采用机械搅拌的方式去除液态金属表面的氧化镓氧化物薄膜层，离心后获得表面净化的液态金属B；其中，搅拌转速为100
‑
1000rpm，搅拌时间为12
‑
48h；(3)将表面净化的纳米银粉A、表面净化的液态金属B和微烧结溶液按照质量比为(0.05
‑
0.3)：1：(5
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20)混合后放入球磨机中球磨混匀，获得液态金属
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纳米银粉改性材料混合溶液C；其中，球磨转速为100
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500rpm，球磨时间为30
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360min；(4)将液态金属
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纳米银粉改性材料混合溶液C在60
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80℃的条件下真空干燥6
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8h，获得液态金属
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纳米银粉改性材料D。2.根据权利要求1所述超高导电性材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的纳米银粉的银固含量高于98％，颗粒尺寸小于200nm。3.根据权利要求1所述超高导电性材料的制备方法，其特征在于，所述的微烧结溶液包括乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、丙二醇二甲醚、丙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇二乙醚和NaOH溶液中的一种或几种，所述微烧结溶液的pH值在3
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：张琦，李双寿，季林红，杨建新，汤彬，王蓓蓓，王群，李睿，马运，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：