[发明专利]一种可室温烧结的水性纳米银导电油墨及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种可室温烧结的水性纳米银导电油墨及其制备和应用；该制备方法包括以下步骤：将还原剂、短链分子分散剂和去离子水混合，得到还原液；将银盐与去离子水混合形成反应液；将还原液滴加到反应液中，滴加结束后反应；离心，清洗后制得短链分子分散剂分散的纳米银颗粒；将功能助剂与去离子水混合制成功能助剂的复合水溶液；将所得短链分子分散剂分散的纳米银颗粒与所述复合水溶液混合，在冰水浴中经超声波分散。本发明所制备的导电油墨包含导电填料纳米银颗粒、去离子水和功能助剂的复合水溶液，其粘度为8‐15cP，表面张力为25‐35mN/m，可在室温下烧结；有机物含量低，绿色环保。

技术领域

本发明属于印刷电子材料、柔性电子制造、电子封装领域，具体涉及一种可室温烧结的水性纳米银导电油墨及其制备和应用。

背景技术

印刷电子技术是基于印刷原理的电子制造技术。在过去的几十年中，光刻技术在印制电路板产业中被广泛使用，但是这项技术比较复杂，包括曝光、显影、刻蚀、电镀等诸多步骤，光刻技术是一种减材制造技术，不仅浪费了大量的原材料，而且需要用到大量对环境有害的化学试剂。因此，产生了一个不同于传统印制电路板制造技术的新的电子领域: 印刷电子。印刷电子产品的最大特点与优势是大面积、柔性化与低成本，与传统印制电路板制造技术形成强烈对比，而且制造方法为低温增材制造，具有绿色环保的特征。由于印刷电子可以印刷任何可以墨水化的材料，可以制作在任何衬底材料上，因此印刷电子与其他如柔性电子、透明电子、纸电子，以及可穿戴电子都有相通性。采用印刷的方法将导电油墨等印刷电子材料印刷在不同材质的基底上，可以在柔性基板或刚性基板上形成导电线路，也可以在不同电子元器件之间或电子元器件与基板之间形成互连，在印刷电子材料、柔性电子制造、电子封装等领域具有非常广阔的应用前景。

纳米银导电油墨是现今性能最好，最实用的导电油墨，具有导电性高、抗氧化、易制备等优点。但纳米银导电油墨在打印或印刷后需要进行烘烤和烧结，且其烧结工艺温度高（通常在180 °C以上），会影响基板的性能。此外，已有专利中的纳米银导电油墨大多数均以一种或多种有机溶剂来作为纳米银的分散体系，这类油墨可挥发有机物含量高，最大的问题就是对环境污染严重。从环保的角度考虑，其应用会逐渐受到限制。随着电子制造技术的发展，环境保护问题越来越受到人们的重视，开发一类低成本、绿色环保导电油墨的需要也越来越迫切。以水代替有机溶剂，安全无毒，有着天然的环保优势和成本优势。

公开号为CN106147403A，名称为“导电油墨以及导电层的制造方法”的发明专利公开了其纳米银导电油墨含有的物质及重量百分比，其中有机物含量高达67 wt.%，需要在最高温度200 °C的条件下进行烧结来形成导电层；该油墨中过高的有机物含量在烧结的过程中会产生大量可挥发的物质，从而会对环境造成严重影响，并且该导电油墨需要在较高的温度进行烧结才能形成导电线路，较高的烧结温度不仅会对基板产生一定的影响，而且增加了工艺流程，使得成本也相应增加。公开号为CN104650652A，名称为“一种纳米银导电油墨及其制备方法”的发明专利公开了其纳米银导电油墨含有的物质及重量百分比，其中有机物含量高达80 wt.%，经过140 °C处理30 min后，使得溶剂及部分有机物挥发后得到导电薄膜，其较高的有机物含量的挥发会对环境造成一定程度的影响，140 °C的后处理温度比较低，不会对基板造成损伤，但是会使得工艺流程增加，从而使得成本增加。公开号为CN106280716A，名称为“一种表面增强拉曼光谱敏感的导电银墨水的制备方法及其应用”的发明专利公开了其纳米银导电油墨含有的物质及重量百分比，其中有机物含量为30 wt.%的纳米银导电油墨印刷形成图案之后，需要在最高温度250 °C的条件下进行烧结来形成导电线路，其较低的有机物含量的挥发对环境造成的影响较小，但是其过高的烧结温度不仅会对大部分基板造成损伤，而且过高烧结温度的后处理增加了工艺流程，使得成本增加。

发明内容

为了解决上述现有导电油墨的不足，本发明提供了一种可室温烧结的水性纳米银导电油墨及其制备方法，克服了现有导电油墨烧结工艺温度高和可挥发有机物含量高的问题，本发明提供的纳米银导电油墨可室温烧结，可省略后处理的工艺流程，大大降低成本。