CN102942823A - 一种导电墨水以及纸基导电线路的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导电墨水以及纸基导电线路的制作方法，将硝酸银和表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮溶解在去离子水中，加入还原剂体系溶液，整个反应过程持续20～30min。反应结束后，对反应产物进行离心、干燥获得纳米银颗粒，然后将其分散在乙醇、乙二醇和丙三醇混合溶液中，超声震荡制备均匀分散的纳米银导电墨水。通过将制备好的导电墨水注入签字笔笔芯里面，从而实现在纸质基板上作出导电线路，制作纸基柔性电路。该导电墨水笔制作简单，操作方便，特别适合于中低端电子产品领域。

Description

一种导电墨水以及纸基导电线路的制作方法

技术领域

本发明属于印制电子技术领域，更加具体地说，涉及一种导电墨水以及纸基导电线路的制作方法。

背景技术

在电子工业中导电线路（电路）的制造至关重要，在传统的印制电路板工业中，制作电路广泛采用光刻技术，然而这一方法涉及蚀刻、电镀等，存在耗时、昂贵、污染环境、可选基材有限等问题。最近几年，关于导电线路的制造方面，新兴的印制电子技术作为一种灵活、快捷、环保的制造方法，已引起美国、欧盟、日本等发达国家的极大关注．它不仅对PCB制造业产生了重大影响，而且对硅基微电子发展也产生了重大影响，成为当今材料界、电子界、制造界共同关注的技术热点。纸张，作为基板制造柔性电路，具有如下优点：（1）纸张原料来源广泛，在现代社会中，纸张是必不可缺少的；(2)纸张具有良好的韧性，可以弯曲，折叠，从而制备三维立体电路，节省空间；（3）和现有的PCB板相比，纸张具有轻和薄的特点，符合现代电子轻量化的发展趋势；（4）纸张具有多孔结构，渗水性好，在医用电子领域有着潜在的广泛应用；（5）纸张的主要成分是纤维素，易分解，便于贵金属的回收再利用。印制电子技术的关键技术在于导电墨水、印制技术。导电墨水作为核心关键材料，其技术进展是印制电子技术在电子产品中获得更快、更广泛应用的基石；印制技术作为导电墨水转移必不可缺的手段，是印制电子发展的重要环节。因此，研制适用于纸质基板的导电墨水以及与之相适应的印制方法具有重要的意义。

发明内容

本发明要解决的问题在于提供一种导电墨水以及纸基导电线路的制备方法。该方法通过将制备好的导电墨水注入签字笔笔芯里面，从而实现在纸质基板上作出导电线路，制作纸基柔性电路。该导电墨水笔制作简单，操作方便，特别适合于中低端电子产品领域。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现

一种导电墨水以及纸基导电线路的制作方法，按照下述步骤进行：

（1）将硝酸银和表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮K30溶解在去离子水中，搅拌至无色透明溶液，然后加入还原剂体系溶液，整个反应过程持续20～30min。反应结束后，对反应产物进行离心、干燥以获得纳米银颗粒。

（2）将干燥后的纳米银颗粒分散在乙醇、乙二醇和丙三醇混合溶液中，超声震荡制备均匀分散的纳米银导电墨水。

（3）取常用的签字笔笔芯，去除笔芯中的墨水，用乙醇反复清洗，然后用注射器将配制好的导电墨水注入干净的笔芯中，制造导电墨水笔。

（4）通过导电墨水笔在纸基上画出线路，对获得的图案进行加热处理，得到纸基柔性电路。

其中步骤（1）中还原剂为硼氢化钠、水合肼中的一种或几种，聚乙烯吡咯烷酮K30和硝酸银的质量比为0.5:1～1.5:1，硝酸银和去离子水的质量比为1：50～1:150，还原剂和硝酸银的摩尔比为0.5:1～2:1，还原剂溶液的浓度为10mg/mL～20mg/mL。

步骤（1）中还原剂的加入方式为逐滴加入，滴加速度为2～4mL/min。

步骤（1）中整个反应过程需要在磁力搅拌器下剧烈搅拌，离心过程中离心速率为800～1000rpm,离心时间为20～30min，干燥过程中在氮气气氛下进行，干燥温度为50～60℃，干燥时间为4～6h，制备的纳米银颗粒粒径小于80nm。

步骤（2）中纳米银导电墨水中银的质量分数为15%～25%,溶剂组分中乙醇、乙二醇和丙三醇三者的体积分数分别为45%～55%，50%～40%和5%。

步骤（2）中纳米银颗粒的分散手段采用超声分散，超声振荡时间为30～60min。

步骤（3）中签字笔笔头钢珠直径为0.5～1mm。

步骤（4）中纸张为表面光滑的爱普生光泽照片纸，加热温度为100～120°C，加热时间为30～90min。

本发明技术方案通过合理的调配导电墨水，制造导电墨水笔，从而实现在纸质基板上作出导电线路，制作纸基柔性电路。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：（1）纳米银导电墨水制备工艺简单，墨水分散稳定性良好；（2）签字笔直写工艺设备简单，易操作；（3）纸基柔性导电线路导电性良好。

附图说明

图1为本发明制备的银纳米粒子扫描电镜图

图2为本发明制备的纳米银粒子X射线衍射图

图3为本发明制备的银导线厚度方向扫描电镜图

图4为本发明通过签字笔直写工艺制备纸基柔性电路

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

（1）将1g硝酸银和1g表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮K30溶解在150mL去离子水中，搅拌至无色透明溶液，将20mL浓度为10mg/mL的硼氢化钠以2mL/min的速度滴加至上述硝酸银溶液中，整个反应过程保持30min。反应结束后，对反应产物以800rpm的速度离心30min，将离心产物在60°C下干燥4h，干燥过程在氮气气氛下进行。

（2）将干燥后的纳米银颗粒分散在乙醇、乙二醇和丙三醇混合溶剂中，超声震荡45min，制备均匀分散的纳米银导电墨水，纳米银颗粒的质量分数为20%，混合溶剂中乙醇、乙二醇和丙三醇三者的体积分数分别为50%、45%和5%。

（3）取笔头钢珠直径为1.0mm的签字笔笔芯，去除笔芯中的墨水，用乙醇反复清洗，然后用注射器将配制好的导电墨水注入干净的笔芯中，制造导电墨水笔。

（4）通过导电墨水笔在纸基上画出线路，对获得的图案在120°C下进行加热处理，加热时间为40min，得到纸基柔性电路。

实施例2

（1）将1g硝酸银和0.5g表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮K30溶解在100mL去离子水中，搅拌至无色透明溶液，将10mL浓度为15mg/mL的硼氢化钠以4mL/min的速度滴加至上述硝酸银溶液中，整个反应过程保持20min。反应结束后，对反应产物以800rpm的速度离心20min，将离心产物在50°C下干燥5h，干燥过程在氮气气氛下进行。

（2）将干燥后的纳米银颗粒分散在乙醇、乙二醇和丙三醇混合溶剂中，超声震荡制备均匀分散的纳米银导电墨水，纳米银颗粒的质量分数为15%，混合溶剂中乙醇、乙二醇和丙三醇的体积分数分别为45%、50%和5%。

（3）取笔头钢珠直径为0.7mm的签字笔笔芯，去除笔芯中的墨水，用乙醇反复清洗，然后用注射器将配制好的导电墨水注入干净的笔芯中，制造导电墨水笔。

（4）通过导电墨水笔在纸基上画出线路，对获得的图案在100°C下进行加热处理，加热时间为60min，得到纸基柔性电路。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种导电墨水的制作方法，其特征在于，按照下述步骤进行：

（1）将硝酸银和表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮K30溶解在去离子水中，搅拌至无色透明溶液，然后加入还原剂体系溶液，整个反应过程持续20～30min，反应结束后，对反应产物进行离心、干燥以获得纳米银颗粒；

（2）将干燥后的纳米银颗粒分散在乙醇、乙二醇和丙三醇混合溶液中，超声震荡制备均匀分散的纳米银导电墨水；

步骤（1）中还原剂为硼氢化钠、水合肼中的一种或几种，聚乙烯吡咯烷酮K30和硝酸银的质量比为0.5:1～1.5:1，硝酸银和去离子水的质量比为1：50～1:150，还原剂和硝酸银的摩尔比为0.5:1～2:1，还原剂溶液的浓度为10mg/mL～20mg/mL；

步骤（2）中纳米银导电墨水中银的质量分数为15%～25%,溶剂组分中乙醇、乙二醇和丙三醇三者的体积分数分别为45%～55%，50%～40%和5%。

2.根据权利要求1所述的一种导电墨水的制作方法，其特征在于，步骤（1）中还原剂的加入方式为逐滴加入，滴加速度为2～4mL/min。

3.根据权利要求1所述的一种导电墨水的制作方法，其特征在于，步骤（1）中整个反应过程需要在磁力搅拌器下剧烈搅拌，离心过程中离心速率为800～1000rpm,离心时间为20～30min，干燥过程中在氮气气氛下进行，干燥温度为50～60℃，干燥时间为4～6h，制备的纳米银颗粒粒径小于80nm。

4.根据权利要求1所述的一种导电墨水的制作方法，其特征在于，步骤（2）中纳米银颗粒的分散手段采用超声分散，超声振荡时间为30～60min。

5.一种利用如权利要求所述的方法制备的导电墨水制作纸基导电线路的方法，其特征在于，按照下述步骤进行：

（1）取常用的签字笔笔芯，去除笔芯中的墨水，用乙醇反复清洗，然后用注射器将配制好的导电墨水注入干净的笔芯中，制造导电墨水笔；

（2）通过导电墨水笔在纸基上画出线路，对获得的图案进行加热处理，得到纸基柔性电路；

步骤（1）中签字笔笔头钢珠直径为0.5～1mm；

步骤（2）中纸张为表面光滑的爱普生光泽照片纸，加热温度为100～120°C，加热时间为30～90min。

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