通过从喷墨打印头分配金属纳米粒子组合物来形成特征的方法和用于喷墨打印的金属纳米粒子组合物技术

披露了一种通过从喷墨打印头分配金属纳米粒子组合物来形成特征的方法。将喷射波形施加到压电致动器以通过喷嘴开口分配金属纳米粒子组合物的液滴。液滴的体积范围在0.5皮升与2.0皮升之间。喷射波形包括中间收缩波形部分、在中间收缩波形部分之后的最终收缩波形部分和在最终收缩波形部分之后的膨胀波形部分。在中间收缩波形部分期间，施加的电压从初始低电压增加到中间电压并且然后保持在中间电压。在最终收缩波形部分期间，施加的电压从中间电压增加到最大电压并且然后保持在最大电压。在膨胀波形部分期间，施加的电压从最大电压降低到最终低电压。到最终低电压。到最终低电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过从喷墨打印头分配金属纳米粒子组合物来形成特征的方法和用于喷墨打印的金属纳米粒子组合物
[0001]背景
[0002]工业喷墨打印机可用于打印各种各样的材料。随着纳米粒子技术的最新进展，可以制备具有预定特征的金属纳米粒子。对于新颖的电子应用，令人希望的是打印特征为线宽<100μm并且<50μm的金属纳米粒子特征的能力。为了通过喷墨打印实现此类较小的特征，需要与皮升喷墨打印头兼容的金属纳米粒子组合物以及从此类打印头分配金属纳米粒子组合物的方法。
[0003]专利技术概述
[0004]在一个方面，通过从喷墨打印头分配金属纳米粒子组合物来形成特征的方法包括：配置喷墨打印头并将喷射波形施加到压电致动器以通过喷嘴开口分配金属纳米粒子组合物的液滴。液滴的体积范围在0.5皮升与2.0皮升之间。喷射波形包括中间收缩波形部分、在中间收缩波形部分之后的最终收缩波形部分和在最终收缩波形部分之后的膨胀波形部分。在中间收缩波形部分期间，施加的电压从初始低电压增加到中间电压并且然后保持在中间电压。在最终收缩波形部分期间，施加的电压从中间电压增加到最大电压并且然后保持在最大电压。在膨胀波形部分期间，施加的电压从最大电压降低到最终低电压。
[0005]在另一个方面，用于喷墨打印的金属纳米粒子组合物包含银纳米粒子和二醇醚溶剂。二醇醚溶剂具有在200℃至240℃范围内的沸点，在25℃下在4cP和8cP范围内的粘度，以及在25℃下不超过0.1mm Hg的蒸气压。金属纳米粒子组合物中的银的浓度在20wt％至40wt％范围内。聚乙烯吡咯烷酮(PVP)存在于银纳米粒子表面上。
[0006]本专利技术的以上概述不旨在描述本专利技术的每个披露的实施例或每个实施方式。下面的描述更具体地举例说明了说明性的实施例。在遍及本申请中的数个位置中，通过实例提供了指导，这些实例可以以各种组合使用。在列表的每个例子中，所列举的列表仅用作代表性组并且不应该被解释为排他性列表。
附图说明
[0007]考虑到以下结合附图对本披露的披露内容的各个实施例的详细描述，可以更完全地理解本披露，其中：
[0008]图1是通过喷墨打印形成特征的方法的流程图。
[0009]图2是喷射像素的示意性俯视图。
[0010]图3是喷射和非喷射像素的示意性俯视图。
[0011]图4是示出喷射波形、非喷射波形和静态波形之间的关系的示意图。
[0012]图5是示出喷射驱动信号的组成的示意图。
[0013]图6是示出非喷射驱动信号的组成的示意图。
[0014]图7是示出另一种非喷射驱动信号的组成的示意图。
[0015]图8、9、10、11、12、13、14、15和16是驱动信号的各自实施方式的图形图。
[0016]图17是喷墨打印机的实施方式的示意性俯视图。
[0017]图18、19、20和21是喷墨打印头在各自致动状态下的示意性截面图。
[0018]图22是在较低放大倍率下银纳米粒子的透射电子显微镜(TEM)图像。
[0019]图23是在较高放大倍率下银纳米粒子的透射电子显微镜(TEM)图像。
[0020]图24是根据本专利技术形成的特征(包括线和点)的光学显微镜图像。
具体实施方式
[0021]本披露涉及通过从喷墨打印头分配金属纳米粒子组合物来形成特征的方法和用于喷墨打印的金属纳米粒子组合物。
[0022]在本披露中：
[0023]词语“优选的”和“优选地”是指本专利技术的实施例在某些情况下可以提供某些益处。然而，在相同或其他情况下，其他实施例也可以是优选的。此外，一个或多个优选实施例的叙述并不意味着其他实施例是无用的并且不旨在将其他实施例排除在本专利技术的范围之外。
[0024]术语“包括”及其变体在这些术语出现在说明书和权利要求书中时不具有限制性含义。
[0025]除非另有说明，否则“一个/种(a/an)”、“所述(the)”和“至少一个/种”可互换地使用并且意指一个/种或多于一个/种。
[0026]依据端点的数值范围的叙述包括在该范围内包含的全部数字(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等)。
[0027]对于本文披露的包括离散步骤的任何方法，这些步骤可以以任何可行的顺序进行。在适当时，可以同时进行两个或更多个步骤的任何组合。
[0028]对于本文所述的实验，我们使用富士胶片北极星喷墨打印机来分配金属纳米粒子组合物。尽管对使用喷墨打印来分配相对窄的纳米粒子特征(如线宽<100μm或<50μm的线)有浓厚兴趣，但已经证明制备合适的纳米粒子组合物非常困难。存在纳米粒子在打印头中聚集的趋势，这导致喷嘴堵塞。为了降低纳米粒子聚集的可能性，典型地使用产生比期望的更大的液滴的喷嘴(喷嘴开口)。在示例打印机中，在常规纳米粒子组合物的情况下，典型地使用额定用于分配10皮升(pl)液滴的打印头。然而，本文所述的金属纳米粒子组合物(银纳米粒子组合物)和打印方法使得能够使用1pl打印头而在使用数周内没有任何堵塞。
[0029]图1是通过喷墨打印形成特征的方法100的流程图。方法100包括步骤102、104、106、108、110、112和114。在步骤102中，制备金属纳米粒子组合物。步骤102包括合成银纳米粒子，如果它们还不可用的话。合适的银纳米粒子的合成在下文的实例1和实例2中说明。实例2在银纳米粒子的合成方面与实例1相同。通常，在溶液中合成金属纳米粒子采用三种组分：(1)金属前体(例如，用于银纳米粒子的AgNO3)；(2)还原剂(例如，用于银纳米粒子的乙二醇)；和(3)稳定(封端)剂(例如，聚乙烯吡咯烷酮)。聚乙烯吡咯烷酮，缩写为PVP，可溶于水和其他极性溶剂。当PVP有效地用作分散剂时，由于PVP减少了银的聚集，可以获得小尺寸(<250nm)的用PVP聚合物覆盖(封端)的稳定胶体银纳米粒子。
[0030]银纳米粒子的平均尺寸可以控制在20nm至80nm范围内。平均粒度和分散度可以通过控制热力学和动力学反应参数来控制。反应温度、温度斜坡和反应时间是重要的热力学反应参数。试剂的添加速率和所用的金属前体与稳定剂(PVP)的摩尔比是重要的动力学反应参数。这些参数的适当组合导致获得表现出小粒度、低分散度和高分散稳定性(低聚集发
生率)的期望特性的纳米粒子。
[0031]步骤102包括由金属纳米粒子(银纳米粒子)制备金属纳米粒子组合物。通常，将纳米粒子分离，以去除杂质和过量的PVP，并分散在溶剂或溶剂混合物中。金属纳米粒子组合物可以任选地包含添加剂以更好地控制其物理化学特性。这些添加剂包括表面活性剂、粘合剂、粘附促进剂和消泡剂。
[0032]合适的金属纳米粒子组合物的制备在下文的实例1和实例2中说明。通常，该组合物包含二醇醚溶剂，其具有在200℃至240℃范围内的沸点，在25℃下在4cP和8cP范围内的粘度，以及在25℃下不超过0.1mm Hg的蒸气压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过从喷墨打印头分配金属纳米粒子组合物来形成特征的方法，所述方法包括以下步骤：配置所述喷墨打印头，所述喷墨打印头包括连接到所述金属纳米粒子组合物的源的泵送室、机械地联接到所述泵送室以使所述泵送室膨胀和收缩的压电致动器、以及连接到所述泵送室的喷嘴开口；在喷射像素处，将喷射驱动信号施加到所述压电致动器以通过所述喷嘴开口分配所述金属纳米粒子组合物的液滴，所述液滴的体积范围在0.5皮升与2.0皮升之间，所述喷射驱动信号包括喷射波形；其中所述喷射波形包括中间收缩波形部分、在所述中间收缩波形部分之后的最终收缩波形部分和在所述最终收缩波形部分之后的膨胀波形部分；在所述中间收缩波形部分期间，所述喷射驱动信号的施加的电压从初始低电压增加到中间电压并且然后保持在所述中间电压；在所述最终收缩波形部分期间，所述施加的电压从所述中间电压增加到最大电压V
max
并且然后保持在所述最大电压；在所述膨胀波形部分期间，所述施加的电压从所述最大电压V
max
降低到最终低电压；所述中间电压在所述最大电压V
max
的63％至83％范围内；并且所述初始低电压和所述最终低电压不超过所述最大电压V
max
的30％。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述喷射驱动信号另外包括在所述喷射波形之后的静态波形，在所述静态波形期间所述施加的电压不超过所述最大电压的30％，并且所述喷射波形的持续时间和所述静态波形的持续时间总和为0.2毫秒或更长。3.如权利要求2所述的方法，其中，在所述静态波形期间所述施加的电压保持在所述最终低电压。4.如权利要求2所述的方法，其中：所述喷射波形另外包括在所述中间收缩波形部分之前的启动波形部分；在所述启动波形部分期间，所述施加的电压从另一个静态波形的电压水平降低到所述初始低电压并且然后保持在所述初始低电压；并且所述初始低电压不超过所述最大电压的10％。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述启动波形部分的持续时间在2.0微秒至3.0微秒范围内。6.如权利要求4所述的方法，其中，在所述启动波形部分期间，所述施加的电压以0.5V
max
/μs或更大的转换速率从所述另一个静态波形的所述电压水平降低到所述初始低电压。7.如权利要求1所述的方法，其中，所述中间电压在所述最大电压V
max
的68％至78％范围内。8.如权利要求1所述的方法，其中，所述中间收缩波形部分的持续时间在1.7微秒至2.2微秒范围内。9.如权利要求1所述的方法，其中，在所述中间收缩波形部分期间，所述施加的电压以0.5V
max
/μs或更大的转换速率从所述初始低电压增加到所述中间电压。10.如权利要求1所述的方法，其中，所述最大电压V
max
在22V至27V范围内。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述最大电压V
max
在24V至25V范围内。12.如权利要求1所述的方法，其中，所述最终收缩波形部分的持续时间在1.0微秒至2.7微秒范围内。13.如权利要求1所述的方法，其中，在所述最终收缩波形部分期间，所述施加的电压以0.5V
max
/μs或更大的转换速率从所述中间电压增加到所述最大电压V
max
。14.如权利要求13所述的方法，其中，所述转换速率是1.5V
max
/μs或更大。15.如权利要求1所述的方法，其中，所述最终低电压不超过所述最大电压V
max
的27％。16.如权利要求1所述的方法，其中，在所述膨胀波形部分期间，所述施加的电压以0.5V
max
/μs或更大的转换速率从所述最大电压V
max
降低到所述最终低电压。17.如权利要求1所述的方法，其中，所述初始低...

【专利技术属性】
技术研发人员：马特乌什，
申请(专利权)人：艾斯提匹勒股份公司，
类型：发明
国别省市：