[发明专利]几何离散金属纳米颗粒组合物的絮凝物及其形成方法

说明书

本公开涉及几何离散金属铜纳米颗粒的絮状物。具体地，本公开涉及一种用于获得抗氧化稳定铜纳米颗粒的絮状物或簇的方法，所述絮状物能够在相对低的温度下在周围环境中烧结。

背景技术

本公开涉及用于获得几何离散金属纳米颗粒的离散絮凝物的方法和组合物。具体地，本公开涉及一种用于获得抗氧化稳定铜纳米颗粒的絮凝物的工艺，所述絮凝物能够在相对低的热量下在周围环境中烧结。

目前生产的电子器件中的大部分导电部件均由铜制成。这是因为铜的导电性高，且价格相对低廉。现在，其中的电子设备通过印刷技术制造的印刷型电子器件的市场日益增长。例如，丝网印刷和喷墨印刷。

为了利用例如喷墨印刷来制造导电印刷图案；铜金属应被还原为微米/亚微米级的微颗粒。

导电铜油墨(例如，铜“纳米油墨”)可用作在导电图案的喷墨印刷中使用的银和金纳米油墨的低成本替代品。包含纳米颗粒的铜油墨可用于制造各种印刷电子器件，例如，柔性印刷电路(FPC)和印刷电路板(PCB)及其组合(例如，刚/挠结合PCB)。为了符合通过喷墨技术进行的按需喷墨(DOD)数字印刷的要求，纳米油墨必须具有适当的粘度、表面张力、密度、粒径和稳定性。为了使沉积的纳米颗粒形成有效的导电图案(或迹线)，印刷材料的活性组分应形成致密的堆积阵列，所述阵列能够在整个迹线的体积中更有效地导电。

金属纳米油墨的性能属性与油墨中包含的纳米颗粒的粒径、形状、粒径分布和胶态悬浮体密切相关。通常，纳米颗粒的均匀形状和粒径对于优化堆积因子、获得导致喷墨迹线导电率值更高的高内相而言非常重要。

不幸的是，铜容易氧化，并且氧化物是不导电的，这种现象在从块体材料到微米级的转化中大大增强。常规的基于铜的纳米颗粒油墨是不稳定的，并且在制备和烧结期间需要惰性/还原气氛，以防止自氧化成非导电CuO或Cu₂O。铜聚合物厚膜(PTF)油墨已经使用多年，并且可以用于特殊用途，例如，在需要可焊性的情况下使用。另一种策略是结合银和铜的优点。镀银铜颗粒可商购，并且用于一些商购油墨中。镀银提供了银用于颗粒间接触和作为氧扩散阻挡层的优势，同时将较便宜的导电金属(铜)用于颗粒材料块体。然而，与纯铜颗粒相比，它们的成本仍然更高。

因此，需要可以在环境、大气条件下喷射但仍然能够提供高电导率的抗氧化铜纳米颗粒。

发明内容

在各个实施例中，公开了抗氧化导电油墨组合物，其包含几何离散金属纳米颗粒的离散絮凝物、其构造、用于合成其的方法和由其形成的导电纳米油墨。具体地，本文提供了用于形成具有离散空间构型的抗氧化铜纳米颗粒的絮凝纳米颗粒的纳米@微簇(絮凝物)的方法和组合物。在烧结时，尽管在絮凝物的表面上可能形成氧化壳，但未氧化的铜纳米颗粒的核仍将保持浓度高于3D键逾渗阈值，以确保迹线的导电性。

在一个实施例中，本文提供了一种包含多个絮凝物的抗氧化导电油墨组合物，每个絮凝物包含多个几何离散金属纳米颗粒，所述多个絮凝物具有预定粒径分布D_3,2，其中每个絮凝物均包含壳，所述壳由所述多个几何离散金属纳米颗粒的第一部分构成，包封所述多个几何离散金属纳米颗粒的第二部分的核。

在另一个实施例中，本文提供了一种形成多个几何离散铜纳米颗粒的絮凝物的方法，所述方法包括：将铜前体混入稳定剂-溶剂混合物中，从而形成稳定的铜前体/盐/离子分散体；在适于形成离散尺寸絮凝物的环境条件下使所述稳定的铜分散体与还原剂接触；以及洗涤还原的稳定铜分散体，其中所述还原剂被配置成与铜前体反应并形成元素铜。