[发明专利]一种纳米铜锡合金导电油墨及其制备方法和使用方法

说明书

【技术领域】

本发明属于材料化学技术领域，涉及一种导电油墨，特别涉及一种纳米铜锡合金导电油墨及其制备方法和使用方法。

【背景技术】

导电油墨广泛应用在印刷电路以及电子封装等行业。导电根据其中的导电填料不同，可以分为碳浆和金属，从导电性能比较，金属的导电填料的导电性最好，碳浆其次。金属包括金系导电、银系导电以及铜系导电，金系导电的抗氧化性能最好，但是价格相对较高，银系导电油墨相比金系导电价格要便宜，导电率比铜系以及金系均要高，但是银系导电油墨还是相比铜系导电油墨价格要高，而且银系导电存在价捡高，连接强度不高等缺点，并且在直流电场和湿气条件下会产生银迁移现象，使导电性降低，影响其使用寿命。铜系导电相比银系导电油墨的价格便宜，但是由于铜容易氧化和团聚，所以导致铜系导电的导电性能不稳定。虽然纳米金属粉体相比非纳米金属粉体也较易被氧化，但是纳米金属粉体比非纳米金属粉体具有较高的电导率和较低的烧结温度，所以，综合各种导电的优缺点，现在越来越趋向于选择纳米铜系和纳米银系的导电油墨作为RFID标签天线或者PCB板、触摸屏等基材的印刷材料。

喷墨印刷方式印刷RFID标签天线是按照设计的天线图案在塑料、纸张等基材上喷印含有纳米金属颗粒的导电油墨，然后利用纳米金属的低熔点特性进行烧结处理，获得高精度的RFID天线。制备这种喷墨印刷用导电油墨比较简单的方法是在高分子的保护下，采用化学还原金属离子的方式得到纳米金属颗粒，再经过离心分散得到纳米金属粉末，然后经超声波将其分散在水或者有机溶液中，从而获得一定浓度的导电油墨，油墨中的有机溶剂以及分散剂在烧结过程中可以去掉。采用这种方法的难点在于难以获得较高固含量且分散稳定的导电油墨，除了分散性外，利用纳米金属颗粒制备的导电油墨需要进行加热烧结处理才能与PET、PI、PVC等基材粘接牢固，同时经过加热后有机溶剂以及其他助剂挥发掉后，导电油墨才能形成比较稳定的导电效果。一般的烧结温度取决于纳米金属颗粒的熔点。一般来说，提高烧结温度可以在一定程度上提高烧结后剩余固定金属的导电率，因为温度越高，大部分添加剂和溶剂等分解和挥发的速度越快，金属纳米颗粒之间由于缺陷产生的电阻也越小，但是，大多数柔性基底材料再高温下都容易发生性质上的改变，过高的烧结温度可能会使基底材料产生形状、颜色、柔韧性等变化，从而对生产和使用造成影响，如果烧结温度超过300℃，则导电油墨只能印制于PI何玻璃基材上，不能应用于PET、PVC以及纸张等基材上。纳米铜导电油墨的烧结温度在300℃左右，而纳米银导电油墨的烧结温度虽然在200℃以下，但是纳米银粉体相比纳米铜粉体价格要昂贵，而且纳米银粉体会产生银迁移现象，所以，综上，如果将纳米铜导电油墨的烧结温度降低，既能使烧结温度降低，而且又能够保证导电油墨中的添加剂和溶剂挥发，同时又能够防止纳米铜氧化，将是最理想的纳米金属系导电油墨。

专利公开号为：CN 1783355A的中国发明专利公开了一种铜银合金导体浆料及其制备方法，在该专利中浆料的组分含量分别为：铜银合金纳米粒子35～50Wt％，松油醇30～45Wt％，玻璃粉5～25Wt％，乙基纤维素1～5Wt％，无水乙醇2～5Wt％。所述铜银合金纳米粒子的平均粒径为80～100纳米，粒子中银含量为5～20Wt％。本发明采用铜银合金纳米粒子为主要原料的导体浆料的目的是为了降低浆料的烧结温度，而且烧结时不需要保护气体，纳米铜银合金抗氧化能力高于纳米铜粉，所以，导体浆料的导电稳定性高于铜粉浆料。

但是发明人经过实验发现，该纳米铜银合金导电浆料的烧结温度仍然维持在210℃～220℃，仍然有所偏高，因为PET和PVC的熔点均低于200℃，而且纳米铜银合金中仍会出现银离子迁移现象，导致电路板短路或者失效。

中国专利公开号为：CN 101805538A的发明专利公开了一种可低温烧结(烧结温度为130℃～150℃)的导电墨水，在该导电墨水中包括质量分数分别为0.1％～10％、25％～98％和0.01％～36％的分散剂、溶剂和添加剂，还包括质量分数为1％～70％的纳米金属颗粒，所述纳米金属颗粒为金、银、铜等常用作导体的金属和铁、镍、锌、铅等金属以及它们的合金。实际上，所述的纳米金属颗粒无论是纯金属还是合金，其熔点都大于180℃，所以采用上述的纳米金属颗粒为导电填料的导电油墨的烧结温度必须在200℃以上才能将使得纳米金属颗粒熔化形成导电良好的导电线路。

【发明内容】