CN102883822A - 用烧结添加剂制备透明导电涂层的方法 - Google Patents

用烧结添加剂制备透明导电涂层的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102883822A
CN102883822A CN2011800231509A CN201180023150A CN102883822A CN 102883822 A CN102883822 A CN 102883822A CN 2011800231509 A CN2011800231509 A CN 2011800231509A CN 201180023150 A CN201180023150 A CN 201180023150A CN 102883822 A CN102883822 A CN 102883822A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
acid
coating
additive
composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011800231509A
Other languages
English (en)
Inventor
I·海姆
N·亚弗雷门科
D·扎米亚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cima Nanotech Israel Ltd
Original Assignee
Cima Nanotech Israel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cima Nanotech Israel Ltd filed Critical Cima Nanotech Israel Ltd
Publication of CN102883822A publication Critical patent/CN102883822A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/24—Electrically-conducting paints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • B22F7/04—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • B05D5/12—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain a coating with specific electrical properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/02—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to macromolecular substances, e.g. rubber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Manufacturing Of Electric Cables (AREA)
  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)

Abstract

揭示了通过将烧结添加剂结合到用于形成涂层的乳液的水相中，使得自组装透明导电涂层中的金属纳米颗粒延迟烧结的方法。所述烧结添加剂使得形成纳米颗粒的金属的金属离子标准还原电势降低了大于0.1V但是小于该金属离子的完全还原电势。还揭示了该方法中所用的乳液组合物。

Description

用烧结添加剂制备透明导电涂层的方法
相关申请的交叉参考
本申请要求2010年3月9日提交的美国临时申请序列第61/311,992号的优先权。
技术领域
本发明涉及一种制备透明导电涂层的方法，所述透明导电涂层包含至少部分连接的纳米颗粒形成的导电途径的图案，该导电途径界定了对光透明的随机形状的单元。更具体地，本发明涉及通过将来自涂覆乳液的纳米颗粒自组装形成导电途径来制备透明导电涂层的方法，所述导电途径界定了对光透明的随机形状的单元。还描述了用于制备透明导电涂层的涂覆组合物。
背景
透明导电涂层用于各种电子器件中。这些涂层提供了各种功能，例如电磁（EMI屏蔽）和静电耗散，且它们在多种应用中起了透光导电层以及电极的作用。所述应用包括，但不限于，触摸屏显示器、无线电子板、光伏装置、导电性织物和纤维、有机发光二极管（OLED）、电致发光装置以及电泳显示器，例如电子纸。
通过将来自乳液的导电性纳米颗粒的自组装件涂覆到基材上并干燥形成了如美国专利7,566,360和7,601,406以及WO2006/135735中所述的透明导电涂层。涂覆步骤之后，将纳米颗粒自组装形成随机形状单元的网络状导电图案，所述随机形状单元对光是透明的。
为了实现小于或等于约100欧姆/平方米的低薄层电阻，通常需要在图案形成之后对涂层进行烧结。可以通过单独的热处理完成该烧结，但是对于适宜用于商业规模辊到辊工艺中的大多数的柔性聚合基材，所需的烧结温度通常过高。还可以通过单独的加工步骤，例如将形成的图案与某些化学洗涤或者蒸汽接触来完成化学烧结。例子包括，如美国专利第7,566,360号和第7,601,406号中所述，与酸或者甲醛溶液或蒸汽接触，或者如PCT/US2009/046243中所述，与丙酮或者其他有机溶剂接触。在商业规模的制备过程中，这些单独化学加工步骤是昂贵、不方便的，且对于工人有潜在危害。
发明内容
本发明的方法和涂覆组合物消除了从含纳米颗粒的乳液制备低电阻透明导电涂层中的对于单独化学烧结步骤的需求。
揭示了一种用于在基材上形成透明导电涂层的方法，该方法包括：（1）通过将（a）与（b）混合在一起形成乳液，所述（a）是包含不与水混溶溶剂的油相，在所述不与水混溶溶剂中分散有金属纳米颗粒，所述（b）是包含水或者与水混溶溶剂以及添加剂的水相，所述添加剂用于延迟纳米颗粒的烧结，使得形成纳米颗粒的金属的金属离子标准还原电势降低了大于0.1V但是小于该金属离子的完全还原电势；（2）将乳液施涂到基材以形成湿涂层；以及（4）使得液体从涂层蒸发以形成包含导电途径网络的干燥涂层，该导电途径界定了对光透明的随机形状单元。
涂层的薄层电阻优选小于100欧姆/平方米，最优选无需进一步化学烧结小于10欧姆/平方米。
在本方法的优选实施方式中，所述用于延迟烧结的添加剂是酸、卤化物和卤代化合物，所述酸例如盐酸、硫酸、磷酸、乙酸或者甲酸；所述卤化物例如氯化钠、氯化铵或者氯化钾；所述卤代化合物例如季铵盐或者季铵离子型液体。
在优选的实施方式中，在加入除了水或者与水混溶溶剂之外的任意其他成分以及延迟烧结添加剂之前，水相的pH小于3.0，而与油相混合之后水相的pH大于8.0。
本发明还提供了用于在基材上形成透明导电涂层的乳液形式的液体涂覆组合物，该组合物包含（a）油相和（b）水相，所述（a）油相包含具有分散于其中的金属纳米颗粒的不与水混溶的溶剂，所述（b）水相包含水或者与水混溶溶剂以及添加剂，所述添加剂用于延迟纳米颗粒的烧结，使得形成纳米颗粒的金属的金属离子标准还原电势降低了大于0.1V但是小于该金属离子的完全还原电势。在优选的涂覆组合物中，用于延迟烧结的添加剂包含酸、卤化物或者卤代化合物，所述酸例如盐酸、硫酸、磷酸、乙酸或者甲酸；所述卤化物例如氯化钠、氯化铵或者氯化钾；所述卤代化合物例如季铵盐或者季铵离子型液体。
优选实施方式的详述
本发明的方法和涂覆材料用于在基材表面形成透明导电涂层，该透明导电涂层包含由至少部分连接的金属纳米颗粒的集合（collection）形成的导电途径的图案。所述途径界定了单元，通常不含金属纳米颗粒，所述单元通常对光是透明的。包含所述透明导电层的制品如美国专利第7,601,406号所述，其通过引用结合入本文。
本文所用术语“纳米颗粒”指的是精细颗粒，该精细颗粒小到足以分散到液体中，其分散程度使得它们可以被涂覆并形成均匀涂层。该定义包含平均粒径小于约3微米的颗粒。例如，在一些实施方式中，平均粒径小于1微米，而在一些实施方式中，测得颗粒在至少一个维度小于0.1微米。
术语“对光透明”通常指的是在约400nm至700nm的可见波长范围内的透光率在30%和95%之间。
使用在乳液连续相中含有金属纳米颗粒的液体乳液形成透明导电层。连续相的蒸发比不连续相快，允许通过受控制方式的乳液液滴凝结产生不连续相单元的生长。乳液的干燥产生了包含被途径包围的明显透光性单元的图案，所述途径透过的光明显小于所述透光性单元透过的光。由单元和外围途径产生的图案具有网状特性，该网状特性可以被光学显微镜观察到。
根据本发明的液体乳液是油包水乳液，其中连续相包含具有纳米颗粒分散于其中的有机溶剂，而不连续相包含水或者与水混溶的溶剂以及用于延迟烧结的添加剂。美国专利第7,566,360号中揭示了适用于配制乳液的溶剂，其通过引用结合入本文。用于油相的优选的有机溶剂的例子包含那些在环境条件下，通过蒸发速率比水的蒸发速率高来表征的有机溶剂。所述溶剂可以选自，但不限于，石油醚、己烷、庚烷、甲苯、二甲苯、苯、二氯乙烷、三氯乙烯、氯仿、二氯甲烷、硝基甲烷、二溴甲烷、环戊酮、环己酮、环己烷、环己醇、可紫外固化与可热固化单体（例如，丙烯酸酯）或者它们的任意组合。所述水相优选是基于水的，但是也可以单独使用可与水混溶溶剂或者与水结合使用可与水混溶溶剂。所述可与水混溶溶剂的例子包括，但不限于，甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、乙腈、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮或者它们的任意混合。
乳液制剂的油相和/或水相中还可以存在其他添加剂。例如，所述添加剂可以包括，但不限于，反应性或者非反应性稀释剂、氧清除剂、硬涂覆组分、抑制剂、稳定剂、着色剂、颜料、IR吸收剂、表面活性剂、润湿剂、流平剂、流动控制剂、触变改性剂或者其他流变改性剂、增滑剂、分散助剂、消泡剂、润湿剂以及腐蚀抑制剂。还可以在制剂中存在粘结剂或者粘合组分，例如，热活化粘结剂或者紫外活化粘结剂或者粘合促进剂。
金属纳米颗粒可以包含导电性金属或者包含金属合金的金属混合物，所述金属选自，但不限于，银、金、铂、钯、镍、钴、铜、或其任意组合。优选的金属纳米颗粒包含银、银铜合金、银钯合金或者其他银合金，或者如美国专利第5,476,535号以及第7,544,229号中所述的称作冶金化学法（MCP）的方法制备的金属或金属合金。在合金的情况下，术语“还原电势”指的是以纳米颗粒的重量%计，对应于主要金属的金属离子的还原电势。
金属纳米颗粒大多数，但是并非排他性地成为了导电网络途径的部分。除了如上所述的导电性颗粒，途径还可以包含其他另外的导电性材料，例如金属氧化物（例如，ATO或者ITO）或者导电性聚合物或者它们的组合。这些另外的导电性材料可以以各种形式供给，例如，但不限于，颗粒、溶液或者胶体颗粒的形式。
如美国专利第7,566,360号中所述，基本的乳液制剂还包含乳化剂或者粘结剂以稳定化乳液。所述乳化剂的例子包含非离子型与离子型表面活性剂，例如，市售可得的SPAN-20、span-80、甘油单油酸酯以及十二烷基硫酸酯/盐。合适的粘结剂的例子包括，改性纤维素例如乙基纤维素（MW 100,000-200,000），改性尿素例如购自BYK化学品公司（BYK Chemie Ltd）的BYK-410、Byk-411、以及BYK-420。
如美国专利第7,566,360号中所述的基本的乳液制剂通常包含40至80%之间的有机溶剂或其混合物、0至3%的粘结剂、0至4%的乳化剂、2至10%的金属粉末以及15至55%的水或者与水混溶溶剂。
可以通过将乳化剂和/或粘结剂溶解于有机溶剂或者有机溶剂的混合物中并加入金属粉末来制备混合物。通过超声处理、高剪切混合、高速混合或者常用于制备悬浮液的任意其他方法使得金属粉末分散在有机相中。在加入了水相之后，通过超声处理、高剪切混合、高速混合或者常用于制备乳液的任意其他方法制备了W/O乳液。
根据本发明，通过将延迟烧结添加剂加入到乳液的水相中改变了基本的乳液制剂。本文所用术语“延迟”指的是由于添加剂的存在，在乳液施涂到基材之后发生显著量的烧结。
烧结添加剂是化合物或者化合物的混合物，所述化合物或者化合物的混合物使得形成纳米颗粒的金属的金属离子标准还原电势降低了大于0.1V但是小于该金属离子的完全还原电势。虽然不希望被任何特定的理论所限制，但是认为所述延迟的烧结是由于，至少部分是由于以下原因所导致的：增加了金属离子（M+）在导电性网络的某些区域的形成，之后这些M+离子扩散到导电性网络中M+离子浓度较低的区域，从而离子被还原回到大块金属态。
金属例如银的纳米颗粒具有不同于大块金属的氧化还原电势。这可以使得纳米颗粒金属网络因为使用化学试剂而烧结。
金属纳米颗粒的氧化还原电势随着纳米颗粒尺寸、纳米颗粒局部的曲率半径、发生接触的颗粒的具体晶面等的变化而变化。离子和中性原子态之间的具体能量屏障的大小（与标准电势定量相关）决定了平衡状态的金属转变成相关金属离子的程度。氧化之后，金属离子（M＋）可以在水性环境中扩散。如果在一系列电连接的金属纳米颗粒的一部分上局部产生了大量的M+离子，则M+金属离子会扩散到产生了较少量的所述M+金属离子的区域。例如，半径非常小的金属纳米颗粒的区域会偏向自然局部化学反应以产生较大浓度的M+离子，而大半径的金属纳米颗粒的区域可能会产生低浓度的离子。随着来自较小半径区域的离子扩散到较大半径区域，较大半径区域的局部电势会不成比例地支持之后的还原反应使得离子还原回大块金属态。只要金属系统可以允许电传输以中和化新表面处难以避免的M+离子，该净通量可以无限地继续下去，且具有来自小曲率半径区域（尖锐区域）的金属的缓慢总消耗量以及在低曲率半径区域（平坦区域）的金属生长。通常，随着其填充到颗粒之间的间隙中，会导致弱连接的金属纳米颗粒的较好电连接。
改变系统中的氧化还原能量可以加速该过程。可以选择各种化学物以增加系统中离子型物质相对于大块金属的量。如果总氧化还原水平强烈地支持金属留在非离子态，则几乎不产生离子，且仅会发生缓慢烧结。相反地，如果总氧化还原水平完全地偏向仅形成离子，则会发生大块金属的最小化再沉淀，且会消耗下方金属（例如，消耗到金属有效完全耗尽的程度）。
为了以商业可用的速度促进烧结，应当选择烧结添加剂，该烧结添加剂增加了金属离子在小半径区域的形成并驱动了较大半径区域的离子氧化成金属。如果烧结添加剂使得形成纳米颗粒的金属的金属离子标准还原电势降低了大于0.1V但是小于该金属离子的完全还原电势，则这通常是会发生的。例如，在银的情况下，烧结添加剂应该使得Ag+离子的标准还原电势降低大于0.1V，但是小于Ag+离子的完全量（0.8V）。
在整个乳液制备-进料-涂覆-图案形成-烧结过程中，需要对该过程进行调整以防止在不合适的时候，例如过程中过早的时候发生不需要的反应。例如，在涂覆到想要的表面之前，不希望银纳米颗粒在混合设备内部的涂层中演变成连接的团块。优选在形成网络之后发生最剧烈的烧结。在这之前的烧结可能使得纳米颗粒生长到阻止形成所需图案的尺寸。
因此，应该选择在基材上形成了图案之后提供烧结并降低了不合乎需求的早期烧结的风险的添加剂。如果烧结在整个乳液制备、储藏、递送和网络形成阶段积极地发生，则金属纳米颗粒会在网络形成前生长以形成团块或者大颗粒，因此阻碍了网络的形成，因为较大尺寸的颗粒会以不同方式在乳液环境中扩散和传输。此外，促进了烧结的添加剂可能通过使得乳液不稳定化来中断图案的形成。良好图案的形成需要各种表面张力、电压、粘度的平衡，且化学活性成分的添加可能对于图案的形成是有害的。最后，为了易于制备，在过程中，添加剂应该造成最小的风险，所述风险是由于产品的腐蚀性演变造成的制造设备的损坏或者人员的损伤（例如高蒸汽压）。
发现优选的烧结添加剂包含非常少量的酸或者卤化物或者其他卤代化合物，所述非常少量的酸或者卤化物或者其他卤代化合物在水相与有机相混合前加入到水相中。通过添加这些材料，用Loresta MCP T6104-点探针测量，由所得乳液形成的涂层在涂层热烧结之后的薄层电阻显著地小于使用水相制备的乳液得到的涂层的薄层电阻，该水相不包括加入的酸、卤化物或者其他卤代化合物。在大量试验中发现，当在水相中加入酸、卤化物或者卤代化合物时所得到的薄层电阻比不包含这些组分的涂层所得到的薄层电阻小约2个数量级。不包含添加的组分，在约150°C热烧结2-3分钟之后的涂层薄层电阻约为100-1000欧姆/平方米。之前，一个后续化学接触步骤或者一系列后续化学接触步骤（例如与酸或者甲醛溶液或蒸汽接触，或者与丙酮或其他有机溶剂接触）是必须的，以使得该涂层的薄层电阻进一步降低至小于或等于10欧姆/平方米的值。在本发明中，使用这些类型的乳液无需后续的化学接触步骤通常实现了小于或等于约10欧姆/平方米的薄层电阻。
相对于存在于水相中的其他组分，可以将酸、卤化物或者卤代化合物以任意顺序加入到水相中。合适的酸的例子包含盐酸、硫酸、磷酸、乙酸以及甲酸。合适的卤化物的例子包含氯化钠、氯化铵以及氯化钾。合适的卤代化合物的例子包含季铵盐和季铵离子型液体。加入到水相中的酸、卤化物或者卤代化合物的浓度相对于水相优选在0.001M至0.1M范围内。
在一个优选的实施方式中，在将其他组分加入到水相中之前将所述酸、卤化物或者卤代化合物加入到水相中。在另一个优选的实施方式中，添加剂是酸，以约0.008M或者使得水相的pH在将其他组分加入到水相中之前小于3的浓度将该酸加入到水相中。在另一优选实施方式中，酸是HCl。
涂覆了乳液的基材可以是柔性的或者刚性的，且包含以下材料，例如聚合材料、玻璃、硅或者其他半导体材料、陶瓷、纸或者织物。所述基材优选是聚合材料，例如聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚烯烃、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、它们的共聚物、或它们的混合物。基材可以具有平坦的表面或者弯曲的表面，所述表面可以是光滑或者粗糙的。
可以直接使用基材或者对基材进行预处理使用，例如为了清洁表面或者为了改进的粘合性、合适的表面张力或者其他特性对其进行改变。可以通过物理方法或者化学方法进行预处理。物理方法包括，但不限于，电晕放电、等离子体处理、紫外照射、热处理、红外处理或其他辐射处理或者火焰处理。可以用例如酸、底漆或者其他预备涂层，例如硬涂层进行化学预处理。例如，基材可以施涂有硬涂层从而提供抗刻划和抗破坏的机械耐受性。可以在PCT.US2009/046243中找到对于基材预处理方法的更详细的说明。
可以在即将进行随后的涂覆、印刷和沉积步骤之前，以离线或在线的方式进行预处理步骤。可以使用间歇式工艺设备或连续型涂覆设备对基材进行这些物理处理，所述处理可以是实验室小规模或工业较大规模的，包括辊到辊的工艺。
可以通过涂覆法、喷涂法或者其他沉积法使得乳液在基材上沉积。可以使用间歇式工艺设备或连续型涂覆设备进行涂覆，所述涂覆可以是实验室小规模或工业较大规模的，包括辊到辊的工艺。所述涂覆设备可以是本领域已知的各种接触或非接触涂布机，例如科马涂布机、模头涂布机、凹版涂布机、反向辊涂布机、刀涂布机、杆涂布机、挤出涂布机、帘式涂布机或者任意其他的涂布装置或计量装置。涂覆可以涉及一次通过过程或者多次通过过程。根据本发明的一个实施方式，将乳液涂覆到表面上的步骤提供了1至200微米厚的湿乳液。
在将乳液施涂到基材之后；在施加或者不施加热的条件下，使得溶剂蒸发。当从乳液去除液体之后，纳米颗粒自组装成界定了随机形状单元的导电途径的网络状图案，所述随机形状单元对光是透明的。通常在约150°C进行约2分钟的热处理，以增加图案与基材的粘合性。
改进的方法和组合物可以适用于，但不限于，以下应用，例如：EMI屏蔽、静电耗散、透明电极、触摸屏、无线电子板、光伏装置、导电性织物和纤维、显示屏、有机发光二极管、电致发光装置以及电子纸。
实施例1
作为比较例，没有在水相中加入酸、卤化物或者卤代化合物，用以下配方制备了乳液：
有机相：
水相：
  组分   供应商   重量(g)
  水   18.7
  十二烷基硫酸钠（SDS） 西格玛-奥德里奇公司（Sigma-Aldrich）   0.005
  2-氨基丁醇   伏路卡公司（Fluka）   0.044
该配方对应于5重量%的总金属负载。将乳液以40微米厚度的湿涂层涂覆到PET基材（SH34，SKC公司）上之后，在空气中干燥并在150°C热处理2分钟，由装有ESP型4-点探针的Loresta GP电阻测量计测得的所得涂层的电阻为270欧姆/平方米。当对该膜通过浸没在1M的HCl溶液中30-60秒，然后用水清洗约30秒以进行进一步处理后，其薄层电阻降低到2-10欧姆/平方米的范围内。
实施例2
制备了具有与实施例1相同有机相的乳液。相对实施例1对水相进行了改变，将盐酸（HCl）以0.008M的浓度加入到水中：
水相：
Figure BDA00002373884600091
添加了酸的水的pH为2.25。在与SDS和2-氨基丁醇的后续混合之后，水相的pH为10.0。然后将水相与有机相混合以形成乳液。将乳液以40微米厚度的湿涂层涂覆到光学级PET基材（Skyrol SH34，韩国SKC公司）上之后，在空气中干燥并在150°C热处理2分钟，由实施例1中的Loresta GP电阻测量计测得的所得涂层的电阻为3.5-4欧姆/平方米。由Cary 300紫外-可见光分光光度计在370-770nm范围内测定的透明度为70.5%。在基材上无需底漆层，并实现了与基材的良好粘合性。
实施例3
在使用辊到辊涂覆设备的工业试规模运行中，上述实施例2的配方产出了加工方向（MD）和横向方向（TD）的平均薄层电阻分别为3.6和3.5欧姆/平方米的膜。过程涉及通过涂覆模头以62ml/分钟的速率将乳液制剂进料到以6m/分钟的速率移动的接收SH34PET基材上。在与随后的5米区域接触之后，然后将涂覆的膜自动进料到在线连续烘箱中，所述5米区域中使得涂覆的膜中的有机溶剂蒸发，所述在线连续烘箱具有两个分别为4.5米的连续加热区域。第一加热区域的温度被控制在130°C而第二区域的温度被控制在140°C。作为相同在线过程的部分，然后将所得的膜自动卷绕到辊上。
膜的后续测试显示透光率为68%。在专业图形高级4.1成像软件（Image-Pro Plus 4.1 imaging software）的辅助下，测得的涂覆图案中的随机单元的平均单元直径为145微米，平均线宽度为15.8微米。通过用食指摩擦膜对涂层与基材的粘合性进行检测，发现粘合性良好。该过程无需在基材上涂覆预底漆层或者对基材进行其他预涂覆处理，也不需要后涂覆化学清洗处理步骤以产生所得到的非常低的薄层电阻。因此，用于进行涂覆的过程是高度有效的一次通过单次涂覆过程。
使用相同设备以及相同的乳液制剂，对接收了SKC SH34PET基材的另一个样品进行了涂覆。在该运行中，将乳液以80ml/分钟的速率进料到涂覆模头，设备的线速度为10m/分钟。相同蒸发区域和烘箱区域的后续接触如上所述，在线卷辊到完成的辊之后，所得膜的MD和TD的平均薄层电阻值分别为5.9欧姆/平方米和5.5欧姆/平方米。所得涂覆的图案的平均单元直径为107微米，单元的平均线宽度为13.4微米。
实施例4
如同实施例2制备乳液，不同之处在于所述酸是H2SO4而不是HCl，酸的添加量使得水和酸的溶液的pH为2.25。水相的最终pH为9.2。之后的涂覆、干燥和热处理同上述实施例1和2，涂覆的膜的电阻为33欧姆/平方米。
实施例5
如同实施例2制备乳液，不同之处在于所述酸是H3PO4，酸的添加量使得水和酸的溶液的pH为2.25。水相的最终pH为8.3。之后的涂覆、干燥和热处理同上述实施例1和2，涂覆的膜的电阻为23欧姆/平方米。
实施例6
如同实施例2在水相中用HCl制备乳液，不同之处在于酸的添加量使得水和酸的溶液的pH为2.0。水相的最终pH为8.9。之后的涂覆、干燥和热处理同上述实施例1和2，涂覆的膜的电阻为9-12欧姆/平方米，透明度为73%。
实施例7
如同实施例2制备乳液，不同之处在于以0.008M的水平将NaCl卤化盐而不是HCl加入到水相中。水相的最终pH为10.0。之后的涂覆、干燥和热处理同上述实施例1和2，涂覆的膜的电阻为25欧姆/平方米，透明度为69%。当以溶于水中的浓度为0.01M的NaCl制备乳液时，在如同实施例1和2中的干燥和热处理之后所得的膜的电阻为3.5-4欧姆/平方米，透明度为67%。
实施例8
如同实施例2制备乳液，不同之处在于以0.008M的水平将NH4Cl卤化盐而不是HCl加入到水相中。水相的最终pH为9.6。之后的涂覆、干燥和热处理同上述实施例1和2，涂覆的膜的电阻为2.5欧姆/平方米，透明度为70%。
实施例9
如同实施例2制备乳液，不同之处在于以0.008M的水平将KCl卤化盐而不是HCl加入到水相中。水相的最终pH为9.5。之后的涂覆、干燥和热处理同上述实施例1和2，涂覆的膜的电阻为5欧姆/平方米，透明度为67%。

Claims (18)

1.一种用于在基材上形成透明导电涂层的方法，该方法包括：（1）通过将（a）与（b）混合在一起形成乳液，所述（a）是包含不与水混溶溶剂的油相，在所述不与水混溶溶剂中分散有金属纳米颗粒，所述（b）是包含水或者与水混溶溶剂以及添加剂的水相，所述添加剂用于延迟纳米颗粒的烧结，使得形成纳米颗粒的金属的金属离子标准还原电势降低了大于0.1V但是小于该金属离子的完全还原电势；（2）将乳液施涂到基材以形成湿涂层；以及（3）使得液体从涂层蒸发以形成包含导电途径网络的干燥涂层，该导电途径界定了对光透明的随机形状单元。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干燥涂层的薄层电阻小于100欧姆/平方米。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述干燥涂层的薄层电阻小于10欧姆/平方米。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加剂是酸、卤化物或者其他卤代化合物。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述添加剂以0.001M至0.1M的浓度存在于水相中。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述添加剂是酸。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述酸包含盐酸、硫酸、乙酸、甲酸或者磷酸。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述添加剂是卤化物。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述卤化物包含氯化钠、氯化铵或者氯化钾。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在加入酸之后所述水相的pH小于3.0，在加入水相的所有其他成分之后所述水相的pH大于8.0。
11.一种液体涂覆组合物，该液体涂覆组合物为乳液的形式用于形成基材的透明导电涂层，该液体涂覆组合物包含：（a）油相以及（b）水相，所述（a）是包含不与水混溶溶剂的油相，在所述不与水混溶溶剂中分散有金属纳米颗粒，所述（b）是包含水或者与水混溶溶剂以及添加剂的水相，所述添加剂用于延迟纳米颗粒的烧结，使得形成纳米颗粒的金属的金属离子标准还原电势降低了大于0.1V但是小于该金属离子的完全还原电势。
12.如权利要求11所述的组合物，其特征在于，所述添加剂是酸、卤化物或者其他卤代化合物。
13.如权利要求11所述的组合物，其特征在于，所述添加剂以0.001M至0.1M的浓度存在于水相中。
14.如权利要求12所述的组合物，其特征在于，所述添加剂是酸。
15.如权利要求14所述的组合物，其特征在于，所述酸包含盐酸、硫酸、磷酸、乙酸或者甲酸。
16.如权利要求12所述的组合物，其特征在于，所述添加剂是卤化物。
17.如权利要求16所述的组合物，其特征在于，所述卤化物包含氯化钠、氯化铵或者氯化钾。
18.如权利要求12所述的组合物，其特征在于，所述卤代化合物是季铵盐。
CN2011800231509A 2010-03-09 2011-03-09 用烧结添加剂制备透明导电涂层的方法 Pending CN102883822A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US31199210P 2010-03-09 2010-03-09
US61/311,992 2010-03-09
PCT/IB2011/000765 WO2011110949A2 (en) 2010-03-09 2011-03-09 Process of forming transparent conductive coatings with sintering additives

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102883822A true CN102883822A (zh) 2013-01-16

Family

ID=44563930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011800231509A Pending CN102883822A (zh) 2010-03-09 2011-03-09 用烧结添加剂制备透明导电涂层的方法

Country Status (6)

Country Link
US (2) US9257211B2 (zh)
JP (3) JP5775887B2 (zh)
KR (1) KR101787134B1 (zh)
CN (1) CN102883822A (zh)
TW (1) TWI573846B (zh)
WO (1) WO2011110949A2 (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015532669A (ja) * 2012-08-16 2015-11-12 シーマ ナノテック イスラエル リミテッド 透明な導電性コーティングを調製するためのエマルション
CN105324183A (zh) * 2013-05-29 2016-02-10 西玛耐诺技术以色列有限公司 使用光引发剂的基材预处理
CN106501299A (zh) * 2016-10-18 2017-03-15 北京印刷学院 一种自组装印刷电子产品连续烧结实验装置
US10781324B2 (en) 2012-06-22 2020-09-22 C3Nano Inc. Metal nanostructured networks and transparent conductive material
US10870772B2 (en) 2014-07-31 2020-12-22 C3Nano Inc. Transparent conductive films with fused networks
US11274223B2 (en) 2013-11-22 2022-03-15 C3 Nano, Inc. Transparent conductive coatings based on metal nanowires and polymer binders, solution processing thereof, and patterning approaches
US11968787B2 (en) 2012-06-22 2024-04-23 C3 Nano, Inc. Metal nanowire networks and transparent conductive material

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI573846B (zh) * 2010-03-09 2017-03-11 西瑪奈米技術以色列有限公司 形成具有燒結添加物之透明導電塗層的方法
KR101487342B1 (ko) * 2010-07-30 2015-01-30 주식회사 잉크테크 투명 도전막의 제조방법 및 이에 의해 제조된 투명 도전막
JP5775438B2 (ja) * 2011-12-05 2015-09-09 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 銀微粒子分散液
TWI648751B (zh) * 2012-02-28 2019-01-21 以色列商客利福薄膜技術有限公司 在彈性基材上之透明導電塗層
WO2015136449A1 (en) * 2014-03-13 2015-09-17 Cima Nanotech Israel Ltd. Process for preparing conductive coatings using metal nanoparticles
WO2016020766A1 (en) 2014-08-07 2016-02-11 Sabic Global Technologies B.V. Conductive multilayer sheet for thermal forming applications

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1446653A (zh) * 2002-03-25 2003-10-08 住友金属矿山株式会社 贵金属型微粒子分散液的制造方法及其用途
JP3501942B2 (ja) * 1998-05-11 2004-03-02 住友大阪セメント株式会社 透明導電膜形成用塗料、透明導電膜及び表示装置
US20050215689A1 (en) * 2002-06-13 2005-09-29 Arkady Garbar Nano-powder-based coating and ink compositions

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL106958A (en) 1993-09-09 1996-06-18 Ultrafine Techn Ltd Method of producing high-purity ultra-fine metal powder
US7601406B2 (en) 2002-06-13 2009-10-13 Cima Nanotech Israel Ltd. Nano-powder-based coating and ink compositions
IL150325A (en) 2002-06-19 2010-12-30 Cima Nanotech Israel Ltd Method for the production of highly pure metallic nano-powders and nano-powders produced thereby
WO2006135735A2 (en) * 2005-06-10 2006-12-21 Cima Nano Tech Israel Ltd. Enhanced transparent conductive coatings and methods for making them
BRPI0808160A2 (pt) 2007-02-01 2014-09-23 Sol Gel Technologies Ltd Processo para revestir um material particulado sólido, insolúvel em água, com um óxido de metal, material particulado revestido, partículas, métodos para tratar uma condição de superfície em um indivíduo, e para prevenir, reduzir, ou eliminar pragas em um local, e, uso de material particulado revestido
EP2240286A4 (en) * 2007-12-20 2014-05-21 Cima Nano Tech Israel Ltd TRANSPARENT LINE COATING WITH FILLER MATERIAL
KR20100099737A (ko) * 2007-12-20 2010-09-13 시마 나노 테크 이스라엘 리미티드 미세구조 재료 및 이의 제조 방법
WO2009149249A1 (en) * 2008-06-06 2009-12-10 Cima Nanotech Israel Ltd. Processes for making transparent conductive coatings
KR20130010101A (ko) * 2009-03-24 2013-01-25 이슘 리서치 디벨롭먼트 컴퍼니 오브 더 히브루 유니버시티 오브 예루살렘, 엘티디. 저온에서 나노 입자를 소결하는 방법
JP5727766B2 (ja) * 2009-12-10 2015-06-03 理想科学工業株式会社 導電性エマルジョンインク及びそれを用いた導電性薄膜の形成方法
TWI573846B (zh) * 2010-03-09 2017-03-11 西瑪奈米技術以色列有限公司 形成具有燒結添加物之透明導電塗層的方法
TWI648751B (zh) * 2012-02-28 2019-01-21 以色列商客利福薄膜技術有限公司 在彈性基材上之透明導電塗層

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3501942B2 (ja) * 1998-05-11 2004-03-02 住友大阪セメント株式会社 透明導電膜形成用塗料、透明導電膜及び表示装置
CN1446653A (zh) * 2002-03-25 2003-10-08 住友金属矿山株式会社 贵金属型微粒子分散液的制造方法及其用途
US20050215689A1 (en) * 2002-06-13 2005-09-29 Arkady Garbar Nano-powder-based coating and ink compositions

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10781324B2 (en) 2012-06-22 2020-09-22 C3Nano Inc. Metal nanostructured networks and transparent conductive material
US11968787B2 (en) 2012-06-22 2024-04-23 C3 Nano, Inc. Metal nanowire networks and transparent conductive material
US11987713B2 (en) 2012-06-22 2024-05-21 C3 Nano, Inc. Metal nanostructured networks and transparent conductive material
JP2015532669A (ja) * 2012-08-16 2015-11-12 シーマ ナノテック イスラエル リミテッド 透明な導電性コーティングを調製するためのエマルション
CN105324183A (zh) * 2013-05-29 2016-02-10 西玛耐诺技术以色列有限公司 使用光引发剂的基材预处理
US11274223B2 (en) 2013-11-22 2022-03-15 C3 Nano, Inc. Transparent conductive coatings based on metal nanowires and polymer binders, solution processing thereof, and patterning approaches
US10870772B2 (en) 2014-07-31 2020-12-22 C3Nano Inc. Transparent conductive films with fused networks
US11512215B2 (en) 2014-07-31 2022-11-29 C3 Nano, Inc. Metal nanowire ink and method for forming conductive film
US11814531B2 (en) 2014-07-31 2023-11-14 C3Nano Inc. Metal nanowire ink for the formation of transparent conductive films with fused networks
CN106501299A (zh) * 2016-10-18 2017-03-15 北京印刷学院 一种自组装印刷电子产品连续烧结实验装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015228376A (ja) 2015-12-17
JP6426239B2 (ja) 2018-11-21
TW201137063A (en) 2011-11-01
JP2017192938A (ja) 2017-10-26
US10081733B2 (en) 2018-09-25
US9257211B2 (en) 2016-02-09
WO2011110949A2 (en) 2011-09-15
KR20130028713A (ko) 2013-03-19
JP5775887B2 (ja) 2015-09-09
JP2013527791A (ja) 2013-07-04
KR101787134B1 (ko) 2017-10-18
US20160115327A1 (en) 2016-04-28
TWI573846B (zh) 2017-03-11
US20130071557A1 (en) 2013-03-21
WO2011110949A3 (en) 2012-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102883822A (zh) 用烧结添加剂制备透明导电涂层的方法
US9972742B2 (en) Method for forming a transparent conductive film with metal nanowires having high linearity
EP2995399B1 (en) Metal nanoplate, method for manufacturing same, and conductive ink composition and conductive film comprising metal nanoplate
CN103597550B (zh) 导电性构件、导电性构件的制造方法、组成物、触摸屏及太阳电池
US10427251B2 (en) Fine silver particle dispersion, fine silver particles, and method for producing same
Badawy et al. Impact of environmental conditions (pH, ionic strength, and electrolyte type) on the surface charge and aggregation of silver nanoparticles suspensions
Vimalanandan et al. Redox‐responsive self‐healing for corrosion protection
CN103503081B (zh) 导电性构件、其制造方法、触摸屏及太阳电池
TWI609936B (zh) 含銀奈米線組成物、塗膜及透明導電體
Shchukin et al. Active anticorrosion coatings with halloysite nanocontainers
Chen et al. Effects of surfactants in an electroless nickel-plating bath on the properties of Ni− P alloy deposits
US20100245814A1 (en) Methods for fabricating analytical substrates using metallic nanoparticles
JP2005530005A (ja) 導電性及び透明性を有するナノ被覆物及びナノインクの製造方法、並びにこの製造方法により製造されるナノ粉末被覆物及びインク
US20110297436A1 (en) Net-like metal fine particle multilayer film and method for producing same
Cao et al. Facile fabrication of superhydrophobic Bi/Bi2O3 surfaces with hierarchical micro-nanostructures by electroless deposition or electrodeposition
US20180114609A1 (en) Conductive coated composite body and method for producing same
Chou et al. Studies on the continuous precipitation of silver nanoparticles
Fujiwara et al. Adsorption promotion of Ag nanoparticle using cationic surfactants and polyelectrolytes for electroless Cu plating catalysts
Lozhkina et al. Aluminum chloride reveals the catalytic activity towards laser-induced deposition of copper from water-based solutions
Chen et al. Quasi layer by layer spray deposition of high-quality Ag coatings with excellent micro mechanical properties
JP2011082025A (ja) 導電性ペースト
TW202209351A (zh) 接合用組成物及接合用組成物的製備方法
Mehrabanian et al. Laser-induced localized formation of silver nanoparticles on chitosan films: study on particles size and density variation
Lin et al. Site-selective deposition of gold on photo-patterned self-assembled monolayers
Bishop et al. Precipitation of oppositely charged nanoparticles by dilution and/or temperature increase

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C53 Correction of patent of invention or patent application
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: I sea nurse

Inventor after: Yaframenko Nikolay

Inventor after: D Zha meter Ya

Inventor after: A Jiabao

Inventor after: Ryckman David

Inventor before: I sea nurse

Inventor before: Yaframenko Nikolay

Inventor before: D Zha meter Ya

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: ILANA HAYMOV NIKOLAY YAFRAMENKO DOV ZAMIR TO: ILANA HAYMOV NIKOLAY YAFRAMENKO DOV ZAMIR ARKADY GARBAR RECKMANN D.

C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20130116