烧结温度低的导电纳米油墨及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种制造包含金属纳米粉末的导电油墨的有成本效益的新方法。所述方法包括四步：（ｉ）在溶剂中以制得均质溶液的方式混合金属纳米粉末和至少一种选自粘结剂、表面活性剂、添加剂、聚合物、缓冲剂、分散剂和／或偶合剂的成分；（ｉｉ）将以上所得均质溶液施涂到待涂布的表面上；（ｉｉｉ）从所述均质混合物中蒸发除去溶剂；（ｉｖ）最后在５０－３００℃的温度范围烧结所述涂布层，在所述表面上形成导电油墨，所述导电油墨的特征在于其电阻为０．００５－５欧姆／平方。本发明专利技术还公开了一种导电油墨，它包含用尤其包括在环境压力下低温烧结步骤的方法制得的金属纳米粉末。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
金属纳米粉末材料是一种单相或多相多晶体，在至少一维上，其粒度为几纳米通常为1-100的数量级。已公认，常规多晶材料晶粒边界占1体积％以下，而在纳米结构材料中其可占50％那么多。因此，纳米粒子，尤其是金属纳米粒子具有很特别的性能，这些性能直接与其尺寸以及粒子中大量的原子在粒子表面或在粒子或晶粒的边界处的事实有关。这些性能包括光学性能，扩散性，电学性能如电容、阻抗和电阻，催化活性和许多其它性能。这些改进的性能有广泛的应用，例如，化学反应的催化剂、电极、燃料电池、医疗器具、水净化技术、电子器件、涂料等。特点在于显著导电性的用于涂料的纳米油墨和纳米粉末可不仅仅用于印刷电路如天线、智能标记、显示屏、印刷电路板、芯片等中的电连接。文献给出了有关烧结纳米粒子步骤的很少提示。多数的技术提到在各高温范围烧结。因此，美国专利No.6582651(Cochran.Jr.等)公开了形成成形金属制件的方法，所述方法尤其包括步骤(i)混合原料，所述原料包含非金属的金属前体纳米粉末；(ii)将原料制成独立、无支承的形状，制得具有特定几何形状的非金属制件；(iii)用还原剂将非金属制件化学转化成金属制件，同时基本保持非金属制件的几何形状；和(iv)在500-1450℃下烧结所述金属制件，形成更致密的金属制件，同时基本保持非金属制件的几何形状。类似地，美国专利No.5147446(Pechnik等)公开了使用高压和低温由纳米级粒子制造致密压制品的方法，其中，烧结步骤在1000-1500℃的温度范围进行。美国专利No.6395214(Kear等)公开了另一种途径，并提出了在各低温下施加很高压力来制造纳米晶体陶瓷制件的方法。因此，其方法包括步骤(i)合成具有亚稳结构的疏松团聚的陶瓷纳米粉末；(ii)将陶瓷纳米粉末形成压坯，(iii)然后在不大于陶瓷纳米粉末熔融温度约0.6倍的温度下，在3-5.5GPa的压力下烧结所述陶瓷纳米粉末的压坯，形成所述纳米晶体制件。因此，重要的工业需求是一种在环境压力和各低温下烧结纳米粒子，尤其是导电纳米油墨粉末的有成本效益且有用的方法。附图简要说明现在，为了了解本专利技术并揭示在实践中如何进行，以仅为非限制性实施例的方式参考附图说明了优选的实施方式，附图中图1涂有表面活性剂(1)和洗去表面活性剂(2)的银纳米粉末的相对电阻的变化；图2本文测量系统中不同粒度银粉末及所测银块的相对电阻对温度依赖性；图3本文测量系统中不同粒度铜粉末及所测铜块的相对电阻对温度依赖性。专利技术概述本专利技术的主要目的是提供一种制造包含金属纳米粉末的导电油墨的有用的新方法。所述方法尤其包括如下四个步骤(i)在溶剂中以制得均质溶液的方式混合金属纳米粉末和至少一种选自粘结剂、表面活性剂、添加剂、聚合物、缓冲剂、分散剂和/或偶合剂的成分；(ii)将以上所得均质溶液施涂到待涂布的表面上；(iii)从所述均质混合物中蒸发除去溶剂；和最重要的(iv)在50-300℃的温度范围烧结所述涂层，在所述表面上形成导电油墨，所述导电油墨的特征在于其电阻为0.005-5欧姆/平方。所述烧结较好在环境压力(例如，约大气压)下进行。在本专利技术中，所述烧结步骤在约50℃下进行。或者，或另外在本专利技术中，所述烧结步骤进行0.5-2小时。本专利技术还涉及上述方法，其中，所述金属纳米粉末选自金属纳米粉末、具有金属胶体的金属纳米粉末、具有还原性金属盐和/或有机金属配合物和/或分解形成导电材料的有机-金属化合物的金属纳米粉末中的至少一种。所述混合溶液中金属纳米粉末的浓度为1-70重量％。更好的是，所述混合溶液中金属纳米粉末的浓度为2-50重量％。所述混合溶液包含有机溶剂或有机溶剂混合物并包含可紫外固化和可热固化的单体。而且，所述混合溶液中有机溶剂或有机溶剂混合物的浓度为20-85重量％。更好的是，该范围为40-80重量％。上述溶剂较好选自石油醚、己烷、庚烷、甲苯、苯、丙烯酸酯类、二氯乙烷、三氯乙烯、氯仿、二氯甲烷、硝基甲烷、二溴甲烷、环戊酮、环己酮或它们任意混合物中的至少一种。在所述混合溶液中，上述粘结剂的浓度较好为0-5重量％。所述粘结剂选自乙基纤维素和/或改性脲。在本专利技术中，待涂布的表面选自陶瓷、玻璃、柔性或相对非柔性的聚合物薄膜或聚合物片材、聚酰亚胺类、酮(kepton)、聚乙烯产品、聚丙烯、含丙烯酸酯的产品、聚甲基丙烯酸甲酯，例如PMMA或Perspex，其共聚物或任意组合，或任意可印刷的基材。更好的是，所述聚合物薄膜包括聚酯类、聚酰胺类、聚碳酸酯类、聚乙烯、聚丙烯、其共聚物和其任意组合中的至少一种。在本专利技术中，所述方法还包括用电晕处理和/或用底涂料涂布的方法处理待涂布的表面。所述底涂料选自3-氨基丙基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、缩水甘油基三甲氧基硅烷、市售Tween产品，Tween-80、新烷氧基三(二辛基丙基磷酸根合)钛酸酯或它们任何组合中的至少一种。在本专利技术中，所述纳米粉末包含选自银、金、铂、钯、镍、钴、铜或其任意组合或任何其它导电金属的金属或金属混合物。此外，或者将所述金属和金属胶体、具有还原性金属盐和/或有机金属配合物和/或可分解形成导电材料的有机-金属化合物的金属纳米粉末混合。上述方法包括在催化剂和/或氧化剂和/或还原剂存在下，以在均质溶液中制得水混溶聚合物的方式聚合单体。所述均质混合物在待涂布表面上的涂布通过选自简单涂布、棒涂、浸没、旋涂、掺杂和/或浸渍来进行。而且，将均质混合物涂布到待涂布表面上形成的涂布层的特征在于湿厚为1-200微米。本专利技术另一目的是提供任意有用的导电油墨，所述油墨包含通过尤其包括在环境压力下低温烧结步骤的方法制得的金属纳米粉末。在本专利技术中，还提供上述以预定图案印刷或涂布的导电纳米油墨，并提供自组装导电纳米油墨。尤其在本专利技术中，提供尤其适于表面后处理的导电纳米油墨，其中，所述处理选自抗划伤性、增大粘合性或它们的组合。本专利技术最后一个目的是提供任何有用的导电油墨(例如，纳米粉末，其特征在于电阻为0.005-5欧姆/平方)，它包含上述任意方法制得的金属纳米粉末。专利技术详述在本专利技术所有章节，提供以下说明，使本领域技术人员能利用本专利技术；并阐述了本专利技术人实施本专利技术的最佳方式。但是，各种修改对本领域那些技术人员来说是显而易见的，因为，已详细说明对的本专利技术一般原则。本文中提供了用于制造包含金属纳米粉末的导电涂料和油墨(即涂料或油墨)的低温烧结新方法。在本专利技术中，用预先分散的油墨、溶液或糊剂涂布基材，制得有成本效益的纳米导电材料和/或透明的导电涂层。在本专利技术中，术语“涂层”是指在溶剂中以制得均质溶液的方式混合金属纳米粉末和至少一种选自粘结剂、表面活性剂、添加剂、聚合物、缓冲剂、分散剂和/或偶合剂的成分，然后在50-300℃的各低温下烧结所制得的任意导电层。在本专利技术中，术语“油墨”是指包含一种或多种金属纳米粉末的任意油墨，尤其是用于着色材料乳液基组合物；或者是指适于在印刷电路板(PCB)上进行印刷的图例油墨(标记油墨)。更具体的是，在本专利技术中术语“油墨”是指按如下所述方式制得的任何导电的表面图案在溶剂中以制得均质溶液的方式混合金属纳米粉末和至少一种选自粘结剂、添加剂、聚合物、缓冲剂、分散剂和/或偶合剂的成分；所述溶液可以制得W/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造包含金属纳米粉末的导电油墨的方法，所述方法包括：（ｉ）在溶剂中以制得均质溶液的方式混合金属纳米粉末和至少一种选自粘结剂、表面活性剂、添加剂、聚合物、缓冲剂、分散剂和／或偶合剂的成分；（ｉｉ）将以上所得均质溶液施涂到待涂布的表面上；（ｉｉｉ）从所述均质混合物中蒸发除去溶剂；（ｉｖ）在５０－３００℃的温度范围烧结所述涂层，在所述表面上形成导电油墨，所述导电油墨的特征在于其电阻为０．００５－５欧姆／平方。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A贾巴，F德拉维加，E马茨纳，C索科林斯基，V罗森班德，A基西利夫，
申请(专利权)人：耐诺泡德斯工业有限公司，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]