一种纳米导电墨水的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米金属导电墨水的制备方法，尤其是涉及一种制备成本低，稳定性好，导电性能优良的具有核-壳结构的新型纳米金属导电墨水的制备方法。本发明专利技术工艺简单，工艺时间短，适合批量生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种纳米金属导电墨水的制备方法，尤其是涉及一种制备成本低，稳定性好，导电性能优良的具有核-壳结构的新型纳米金属导电墨水的制备方法。
技术介绍
随着电子信息技术的发展，更小、集成度更高和成本要求更低的电子产品和数据通信装置需求逐渐增多，传统意义上的导电墨水不能满足技术发展的要求。纳米导电墨水是比较理想的解决方案。它由于其导电性好，烧结温度低，线条细腻，能够以加成法形成电子线路，对环境的影响小，已被应用于军工、航天、射频识别(RFID)智能电子标签、印刷线 路板和包装等领域中。目前文献已报道了包括纳米金、纳米银和纳米铜在内的多种纳米技术导电油墨。其中，纳米银导电墨水在包括韩国ANP、日本ULVAC、美国ANI、NanoMas、Dupont及德国拜耳等几家知名企业已有商品出售。但是作为贵金属之一的银，其价格居高不下，特别是在潮湿的环境中极易发生离子迁移形成枝晶缩小了布线宽度/间距，易引起短路等故障。铜是一种廉价的金属，与银有着相似的电性能，不会发生离子迁移，但是纳米铜在空气中极易被氧化，有导电性差和稳定性差等缺点，而且热固化温度偏高。在现有技术中，如银包裹铜、金包裹铜、金包裹镍等使用导电性好价格低廉但是稳定性弱的金属作为导电内核，使用导电性好稳定性强的金属作为外壳，制备具有核-壳结构的纳米粒子作为纳米金属制备纳米导电油墨不仅在成本上大大低于纳米金、纳米银墨水的价格，而且能解决诸如银离子迁移的问题(例如铜的存在可以作为银离子消除剂)，墨水的导电性、抗氧化性和稳定性远高于单一的纳米铜墨水。美国专利US2009/0029038 Al公布了一种纳米金属墨水，含有两种纳米金属，一种是高导电高熔点的金属，例如金，钼，银，铜等，第二种是低熔点的金属例如锡，铟，铋，锌等.利用金属合金熔点降低的原理，该墨水可在150-300摄氏度还原性气氛的条件下固化，最大特点是低熔点金属能够通过热处理熔化，起到导电连接的作用，可以降低界面电阻.两种金属比例3 1-1 3。但是该专利技术仍然存在着成本高和固化温度高的问题，而且单纯的两种合金容易在潮湿环境下发生原电池反应，降低了线路的可靠性。美国专利US2010/0171064 Al公开了一种核-壳结构的纳米金属合金作为纳米金属墨水.其中核为磁性材料包括铁，钴，镍及其合金.外层为高导电的金属.该专利技术能制备粒径均一的纳米颗粒，而且能够防止出现打印空白边.但是该专利技术由于采用了磁性金属因此导电性较差，在一些对磁场比较敏感的特殊场合无法使用。中国专利01138495. 6公布了一种导电油墨组合物采用环氧热固化体系，以银，铜，或银包铜为导电介质制备，但是该专利技术由于体系黏度和导电颗粒尺寸的缘故并不能用作导电墨水。中国专利CN101643865A提出了一种纳米银铜合金的制备方法，包括摩尔成分为(l-X)Ag-XCu，合金相为FCC结构单相固溶体，合金的微观结构为枝晶，通过电化学沉积制备。制备中，通过对电解液配方和恒电位沉积工艺中电压及温度的控制，制备出具有一个吸收峰的单相的银铜纳米合金。需要在ITO导电玻璃上直接沉积，不能用来做纳米金属墨水。中国专利CN100379891C制备铜银纳米颗粒分散氧化物光学薄膜制备方法。在溅射设备内制备出具有纳米层状特征的铜银纯金属纳米颗粒分散氧化物复合薄膜。方法为先制备铜或银纳米颗粒单层膜，再沉积氧化物膜，然后再沉积铜或者银纳米颗粒单层膜，在沉积氧化物膜。依次叠加。优点在于银铜两种纳米颗粒以纯金属状态存在，在特定的波长处可观察到两个吸收峰，具有优良的非线形光学特性。但是也不能用于纳米金属颗粒的形成和墨水的制备。因此，研制低成本高导电性和稳定性的具有核-壳结构的新型纳米金属导电墨水将具有广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
中存在的问题，提出了低成本高导电性和稳定性的具有 核-壳结构的新型纳米金属导电墨水的制备方法。本专利技术提出的具有核-壳结构的纳米金属导电墨水的制备方法通过以下技术方案实现的一种纳米颗粒导电墨水，由核-壳结构的纳米颗粒、溶剂和分散剂组成，其中具有核-壳结构的纳米颗粒是采用两种以上不同纳米颗粒的前驱体络合物的方法制备而成，其中作为内核的金属需要满足导电性好，价格低廉等优点，作为外壳的金属要满足导电性好常温下稳定性高等特点；具体是先用一种金属或者金属化合物溶液在还原条件下发生反应，除去溶剂后形成固体纳米颗粒作为核，然后将该纳米颗粒配置成新的还原液，使用第二种金属或者金属盐形成新的络合物溶液，将络合物溶液缓慢加入到新还原液中在一定条件下进行反应得到具有核-壳结构的纳米颗粒；所述的纳米颗粒包含以下两种或以上的金属或金属化合物组成Au、Pt、Pd、Ag、Cu、Ni、Fe、Ti、Zn、Cr、W、Sn、Pb 和 In 等。其中所述的溶剂选自水、甲醇、乙醇、异丙醇、甘油、丁醇、乙二醇、乙酸乙酯、乙二醇醚乙酸酯、丙二醇醚乙酸酯、乙二醇单丁醚乙酸酯、环戊烷、环己烷、甲级环戊烷、甲级环己烷、石油醚、苯、甲苯、二甲苯和四氯化碳的一种或几种的混合物。其中所述的分散剂是墨水中的纳米粒子能够稳定的在溶液中悬浮存在，不沉降不团聚。选自聚乙烯吡咯烷酮、(I-乙烯基吡咯烷酮)_丙烯酸共聚物、(I-乙烯基吡咯烷酮)_乙烯基乙酸共聚物、(I-乙烯基吡咯烷酮)_苯乙烯共聚物、(I-乙烯基吡咯烷酮)_乙烯醇共聚物、聚氧乙烯硬脂酸酯、烷烃酸、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基氯化铵、聚氧乙烯棕榈酸酯、烯丙基聚乙二醇马来酸羧酸盐共聚物(PCE)、聚乙醇酸和聚乙烯醇等的一种或几种。一种低成本高导电性纳米导电墨水的制备方法，包含步骤为(a)首先使用一种金属或金属化合物溶液作为纳米粒子的前驱体A和含有还原剂的溶液B ；(b)将溶液A注入反应容器并加热，再使用恒流泵或者注射泵将B缓慢加入到A中，并用高速搅拌机进行搅拌，滴加完毕后继续搅拌0. 5-4小时，溶液用高速离心机进行浓缩分离，并用蒸馏水进行冲洗和稀释；(c)使用第二种金属或金属化合物作为壳体的前驱体，加入稳定剂以形成络合物溶液C;(d)在上述第(b)步中加入含有还原剂的溶液D，形成新的溶液；(e)将步骤(C)的溶液C使用恒流泵或者注射泵加入到步骤(d)的溶液中，高速搅拌0. 5-8小时，进行反应；(f)用高速离心机将步骤(e)的溶液进行离心分离并用纯净水进行清洗，再在真空条件下进行干燥处理，得到核-壳结构的纳米金属颗粒；(g)通过溶液和分散剂调节墨水的粘度最终得到纳米导电墨水。其中，在所述步骤(a)中，金属或者金属化合物纳米粒子溶液前驱体是由金属盐溶液或者络合物溶液组成。所述的金属盐的阴离子至少包含以下一种或几种硝酸根离子、乙酸根离子、磺酸根离子、磷酸根离子、硫氰酸根离子、氯酸根离子、高氯酸根粒子或者苯磺酸根离子等。所形成的络合物溶液包括氨络合物、氰酸络合物、硫氰酸络合物和氢氟酸络合物等。A溶液的PH = 4，A溶液中金属离子的浓度在0. 01-0. 2mol/l，优选0. 05mol/l。在所述步骤(a)中，含有还原剂的溶液B包括还原剂、稳定剂和溶液。其中所述的还原剂选自硼氢化钠、硼氢化钾、苯肼、水合肼、乙酰肼、甲基二乙醇胺、二甲基胺硼烷、次磷酸钠、单宁酸、葡萄糖、淀粉和环六亚甲基四胺中的一种。 所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米导电墨水的制备方法，包括先用一种金属或者金属化合物溶液在还原条件下发生反应，除去溶剂后形成固体纳米颗粒作为核，然后将该纳米颗粒配置成新的还原液，使用第二种金属或者金属盐形成新的络合物溶液，将络合物溶液缓慢加入到新还原液中在一定条件下进行反应得到具有核？壳结构的纳米颗粒，通过溶液和分散剂调节墨水的粘度最终得到纳米导电墨水。

【技术特征摘要】
1.一种纳米导电墨水的制备方法，包括先用一种金属或者金属化合物溶液在还原条件下发生反应，除去溶剂后形成固体纳米颗粒作为核，然后将该纳米颗粒配置成新的还原液，使用第二种金属或者金属盐形成新的络合物溶液，将络合物溶液缓慢加入到新还原液中在一定条件下进行反应得到具有核-壳结构的纳米颗粒，通过溶液和分散剂调节墨水的粘度最终得到纳米导电墨水。2.如权利要求I所述的纳米导电墨水的制备方法，其特征在于，所述核-壳结构的纳米颗粒的制备，是采用两种以上不同纳米颗粒的前驱体络合物的方法制备而成。3.—种如权利要求I或2所述的纳米导电墨水的制备方法，包含步骤为 (a)先使用一种金属或金属化合物溶液作为纳米粒子的前驱体A和含有还原剂的溶液B，其中，所述的纳米粒子前驱体是由金属盐溶液或者络合物溶液组成，所述含有还原剂的溶液B包括还原剂、稳定剂和溶液； (b)将溶液A注入反应容器并加热，再使用恒流泵或者注射泵将B缓慢加入到A中，并用高速搅拌机进行搅拌，滴加完毕后继续搅拌0. 5-4小时。溶液用高速离心机进行浓缩分离，并用蒸馏水进行冲洗和稀释； (c)使用第二种金属或金属化合物作为壳体的前驱体，加入稳定剂以形成络合物溶液C ； (d)在上述步骤(b)中加入含有还原剂的溶液D，形成新的溶液； (e)将步骤(c)的溶液C使用恒流泵或者注射泵加入到步骤(d)的溶液中，高速搅拌0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘锋，侯李明，杨兆国，
申请(专利权)人：上海鑫力新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：