CN103194116A - 一种油墨、透明导电线路及透明导电线路的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种油墨、透明导电线路及透明导电线路的制备方法。相较于磁控溅射、真空蒸发法、化学气相沉积法、喷涂法以及溶胶-凝胶法，本发明直接采用印刷或者涂布的方法直接将线路图打印出来，无需上述方法的后期蚀刻方法制作导电线路，能够节约成本，同时还能够减少环境污染。相比于磁控溅射的设备高昂来说，本发明的设备成本低廉，方法简单。相比于真空蒸发法、化学气相沉积法、喷涂法、溶胶-凝胶法来说，本发明制成的导电线路的合金氧化物附着力好、致密性好，导电率高，同时透光性好，另外，本发明的原材料利用率高，采用本发明制作透明导电线路能够显著的节约原材料成本，减少浪费。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种油墨、透明导电线路及透明导电线路的制备方法，特别涉及一种用于制备透明导电线路的油墨、制成的透明导电线路以及制备该透明导电线路的方法。
【背景技术】
导电氧化物线路主要由In、Zn、Sb和Cd的氧化物及其复合多元氧化物等透明导电材料组成，具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等特性。透明导电材料以掺锡氧化铟(ITO)为代表，广泛地应用于平板显示、太阳能电池、特殊功能窗口涂层及其他光电器件领域。平板显示器市场广阔，被认为具有比半导体产业更高的增长率，特别是液晶显示器(LCD)具有体积小、重量轻、能耗低、无辐射、无闪烁、抗电磁干扰等特点，广泛应用于笔记本电脑、台式电脑、各类监视器、数字彩电和手机等电子产品，以全球显示器市场来看，LCD产值远高于其他显示器。透明导电材料是简单液晶显示器的三大主要材料之一，随着LCD产业的发展，市场对ITO透明导电材料的需求也随之急剧增大。
ITO透明导电线路主要有ITO薄膜经过蚀刻工艺制得，ITO薄膜的制备方法多样，研究较多的制备方法为磁控溅射法，另外还有真空蒸发法、化学气相沉积法、喷涂法、溶胶-凝胶法等方法。
磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar和新的电子；新电子飞向基片，Ar在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，磁控溅射法制备ITO薄膜的成本很高，主要原因在于磁控溅射的设备成本很高，维护费用高昂，而另一方面，沉积在基片上的薄膜还需要经过蚀刻工艺才能制作成导线线路，由于蚀刻工艺本身对环境有污染，而且成本较高，所以磁控溅射法制备ITO线路具有很多缺点。
另外一种真空蒸发法和磁控溅射的原理比较近似，其采用高温使氧化锡铟基片上沉积成膜，不仅生产效率不高(主要原因是靶材的利用率不高，以及后期蚀刻工艺又浪费了一些溅射到基材上的氧化锡铟)，而且其在后期还需要通过蚀刻工艺将导电薄膜制成导电线路，也对环境构成污染。
化学气相沉积法、溶胶-凝胶法也不能直接制备出透明导电线路，其也需要先制备出透明导电薄膜后经过蚀刻工艺才可以制备出导电线路，制作成本较高，对环境造成污染，而且产出率不高(与磁控溅射一样，在蚀刻工艺阶段会浪费一些涂覆在基材上的氧化物)，会浪费很多原材料，而且采用化学气相沉积法、溶胶-凝胶法制备的导电薄膜的烧结温度高，致密性差，致使导电线路的导电率和透光率均不高。
喷涂法是将包含有合金氧化物(例如氧化铟锡、氧化锡锑、氧化锌铝)粉末的油墨直接喷墨打印或者涂布在基材上，再通过高温烧结，使油墨中的有机溶剂和助剂蒸发，同时使合金氧化物粉末烧结成透明导电线路，此种方法要求基材具有耐高温的特性，而由于本身这些合金氧化物的烧结温度很高，所以低温难以将合金氧化物烧结结晶，所以致使制得的导电线路致密性不好，透光率和导电率差。
【发明内容】
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种新的透明导电线路的制备方法、通过这种方法制备成的透明导电线路以及制备该导电线路所使用的油墨。
从广义上来讲，本发明所述的透明导电线路包括具有网格或者空缺的线路，也包括全部覆盖在基材上的一种透明导电膜，因为通过喷墨打印或者涂布的方法将油墨全覆盖在基材上后，经过本发明的制备方法，同样可以制备出透明导线膜，所以本发明的保护范围不仅仅局限于具有网格或者空缺的透明导电线路上。
本发明提供一种用于制备透明导电线路的油墨，其特征在于，按重量份计，该油墨包括：
纳米合金粉末：5～65份；
助剂：1～10份；
溶剂：余量。
所述纳米合金粉末包括纳米铟锡合金粉末、纳米锡锑合金粉末以及纳米锌铝合金粉末中的一种或多种。
所述助剂包括分散剂。
所述纳米铟锡合金粉末中，锡与铟的重量比为2～20∶100；
所述纳米锡锑合金粉末中，锑与锡的重量比为1～15∶100；
所述纳米锌铝合金粉末中，铝与锌的重量比为1～3∶100。
本发明还提供一种透明导电线路的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
将上述的油墨按照线路图印刷或者涂布于基材上；
在非氧化性气氛下将基材上的油墨低温烧结成致密的合金；
氧化所述合金形成透明导电线路。
步骤：“在非氧化性气氛下将基材上的油墨低温烧结成致密的合金”具体为：在100℃～350℃的温度下，将所述印刷或者涂布有油墨的基材放在真空或者惰性环境或还原性气体中烧结，并且边烧结边将烧结的挥发物抽出，使基材上的油墨逐渐烧结成致密的合金。
步骤：“在非氧化性气氛下将基材上的油墨低温烧结成致密的合金”具体为：通过光波或者微波将基材上的油墨烧结成致密的合金，通过控制光波或微波的强度使烧结温度控制在100℃～350℃。
步骤“氧化所述合金形成透明导电线路”具体为：
在氧气环境下加热合金，控制温度在100℃～500℃范围，缓慢氧化所述合金形成透明导电线路。
所述基材为玻璃或者透明树脂。
本发明另提供一种透明导电线路，其特征在于，所述透明导电线路由透明的合金氧化物组成，所述合金氧化物的透光率为75％～95％，电阻率为8×10-2～5×10-4Ω*CM。所述透明导电线路是通过如下方法制备而成的：
将上述油墨按照线路图印刷或者涂布于基材上；
在非氧化性气氛下将基材上的油墨低温烧结成致密的合金；
氧化所述合金形成透明导电线路。
所述合金氧化物包括氧化铟锡、氧化锡锑以及氧化锌铝中的一种或多种。
所述氧化铟锡中，锡与铟重量比为2～20∶100；
所述氧化锡锑中，锑与锡的重量比为1～15∶100；
所述氧化锌铝中，铝与锌的重量比为1～3∶100。
相较于之前的技术，本发明有益的技术效果在于：
相较于磁控溅射、真空蒸发法、化学气相沉积法、喷涂法以及溶胶-凝胶法，本发明直接采用印刷或者涂布的方法直接将线路图打印出来，无需上述方法的后期蚀刻方法制作导电线路，能够节约成本，同时还能够减少环境污染。
相比于磁控溅射的设备高昂来说，本发明的设备成本低廉，方法简单，原料利用率高。
相比于真空蒸发法、化学气相沉积法、喷涂法、溶胶-凝胶法来说，本发明制成的导电线路的合金氧化物附着力好、致密性好，导电率高，同时透光性好，另外，本发明的原材料利用率高，采用本发明制作透明导电线路能够显著的节约原材料成本，减少浪费。
【具体实施方式】
下面采用具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
一种用于制备透明导电线路的油墨，按照重量份计，包括：
5份纳米铟锡合金粉末，1份分散剂烷基硫醇以及94份溶剂(由水、醇类、醚类以及酯类中的一种或多种组成)，所述纳米铟锡合金粉末中，锡与铟的重量比为2∶100。纳米铟锡合金粉末的平均粒径为30nm。
采用上述的油墨制备透明导电线路的方法如下：
(1)将上述的油墨放入喷墨打印机中，通过喷墨打印机将上述的油墨按照线路图印刷于玻璃基材上；
(2)在100℃～350℃的温度下，将所述印刷有油墨的玻璃基材放在真空环境中烧结，并且边烧结边将烧结的挥发物抽出，使玻璃基材上的油墨逐渐烧结成致密的合金；
(3)在空气中加热合金，缓慢的升温，并控制温度在100～450℃范围，使所述合金缓慢氧化成为透明导电线路。
通过上述方法制备出的导电线路，导电线路由氧化铟锡组成，氧化铟锡的的透光率为75％，电阻率为8×10-2Ω*CM，制备出的导电线路相比采用磁控溅射方法制成的相同材料、相同厚度的导电线路来说，电阻率和透光率相差不大。
实施例2
一种用于制备透明导电线路的油墨，按照重量份计，包括：
10份纳米铟锡合金粉末，2份分散剂烷基硫醇以及88份溶剂(由水、醇类、醚类以及酯类中的一种或多种组成)，所述纳米铟锡合金粉末中，锡与铟的重量比为20∶100。纳米铟锡合金粉末的平均粒径为20nm。
采用上述的油墨制备透明导电线路的方法如下：
(1)将上述的油墨放入喷墨打印机中，通过喷墨打印机将上述的油墨按照线路图印刷于玻璃基材上；
(2)通过光波将玻璃基材上的油墨烧结成致密的合金，通过控制微波的强度使烧结温度控制在100℃～350℃；
(3)在空气中加热合金，通过程序控制升温，并控制温度在100～500℃范围，使所述合金缓慢氧化成为透明导电线路。
通过上述方法制备出的导电线路，导电线路由氧化铟锡组成，氧化铟锡的的透光率为80％，电阻率为9×10-3Ω*CM，制备出的导电线路相比采用磁控溅射方法制成的相同材料、相同厚度的导电线路来说，电阻率和透光率相差不大。
实施例3
一种用于制备透明导电线路的油墨，按照重量份计，包括：
30份纳米锡锑合金粉末，3份分散剂烷基酸以及67份溶剂(由水、醇类、醚类以及酯类中的一种或多种组成)，所述纳米锡锑合金粉末中，锑与锡的重量比为1∶100。纳米锡锑合金粉末的平均粒径为40nm。
采用上述的油墨制备透明导电线路的方法如下：
(1)将上述的油墨通过涂布的方法将上述的油墨按照线路图涂布于树脂基材上；
(2)在100℃～250℃的温度下，将所述涂布有油墨的树脂基材放在惰性气体环境中烧结，并且边烧结边将烧结的挥发物抽出，并且不断的通入惰性气体，使树脂基材上的油墨逐渐烧结成致密的锡锑合金；
(3)在富氧环境中加热合金，缓慢的升温，并控制温度在100℃～500℃范围，缓慢氧化所述合金形成透明导电线路。
通过上述方法制备出的导电线路，导电线路由氧化锡锑组成，氧化锡锑的透光率为82％，电阻率为3×10-3Ω*CM，制备出的导电线路相比采用磁控溅射方法制成的相同材料、相同厚度的导电线路来说，电阻率和透光率相差不大。
实施例4
一种用于制备透明导电线路的油墨，按照重量份计，包括：
50份纳米锡锑合金粉末，6份分散剂烷基酸以及44份溶剂(由水、醇类、醚类以及酯类中的一种或多种组成)，所述纳米锡锑合金粉末中，锑与锡的重量比为15∶100。纳米铟锡合金粉末的平均粒径为35nm。
采用上述的油墨制备透明导电线路的方法如下：
(1)将上述的油墨通过涂布的方法将上述的油墨按照线路图涂布于树脂基材上；
(2)在100℃～250℃的温度下，将所述涂布有油墨的树脂基材放在惰性气体环境中烧结，并且边烧结边将烧结的挥发物抽出，并且不断的通入惰性气体，使树脂基材上的油墨逐渐烧结成致密的锡锑合金；
(3)在富氧环境中加热合金，通过程序控制逐步的升温，并控制温度在100℃～500℃范围，缓慢氧化所述合金使合金成为透明导电线路。
通过上述方法制备出的导电线路，导电线路由氧化锡锑组成，氧化锡锑的透光率为85％，电阻率为9×10--3Ω*CM，制备出的导电线路相比采用磁控溅射方法制成的相同材料、相同厚度的导电线路来说，电阻率和透光率相差不大。
实施例5
一种用于制备透明导电线路的油墨，按照重量份计，包括：
60份纳米锌铝合金粉末，8份分散聚乙烯醇以及32份溶剂(由水、醇类、醚类以及酯类中的一种或多种组成)，所述纳米锌铝合金粉末中，铝与锌的重量比为1∶100。纳米锌铝合金粉末的平均粒径为50nm。
采用上述的油墨制备透明导电线路的方法如下：
(1)将上述的油墨通过涂布的方法将上述的油墨按照线路图涂布于透明树脂基材上；
(2)通过微波将透明树脂基材上的油墨烧结成致密的锌铝合金，通过控制微波的强度使烧结温度控制在100℃～250℃；
(3)在富氧环境中加热合金，通过程序控制逐步的升温，并控制温度在100℃～500℃范围，缓慢氧化所述合金形成透明导电线路。
通过上述方法制备出的导电线路，导电线路由氧化锌铝组成，氧化锌铝的透光率为85％，电阻率为4×10-4Ω*CM，制备出的导电线路相比采用磁控溅射方法制成的相同材料、相同厚度的导电线路来说，电阻率和透光率相差不大。
实施例6
一种用于制备透明导电线路的油墨，按照重量份计，包括：
65份纳米锌铝合金粉末，10份分散剂烷基磷酸以及25份溶剂(由水、醇类、醚类以及酯类中的一种或多种组成)，所述纳米锌铝合金粉末中，铝与锌的重量百分比为3％。纳米锌铝合金粉末的平均粒径为60nm。
采用上述的油墨制备透明导电线路的方法如下：
(1)将上述的油墨通过涂布的方法将上述的油墨按照线路图涂布于透明树脂基材上；
(2)在100℃～250℃的温度下，将所述涂布有油墨的透明树脂基材放在惰性气体环境中烧结，并且边烧结边将烧结的挥发物抽出，并且不断的通入惰性气体，使透明树脂基材上的油墨逐渐烧结成致密的锌铝合金；
(3)在富氧环境中，通过控制微波的强度使合金缓慢氧化，并控制温度在100℃～350℃，缓慢氧化所述合金形成透明导电线路。
通过上述方法制备出的导电线路，导电线路由氧化锌铝组成，氧化锌铝的透光率为95％，电阻率为9×10-4Ω*CM，制备出的导电线路相比采用磁控溅射方法制成的相同材料、相同厚度的导电线路来说，电阻率和透光率相差不大。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种用于制备透明导电线路的油墨，其特征在于，按重量份计，该油墨包括：
纳米合金粉末：5～65份；
助剂：1～10份；
溶剂：余量。
2.根据权利要求1所述的用于制备透明导电线路的油墨，其特征在于，所述纳米合金粉末包括纳米铟锡合金粉末、纳米锡锑合金粉末以及纳米锌铝合金粉末中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的用于制备导电线路的油墨，其特征在于，
所述纳米铟锡合金粉末中，锡与铟重量比为2～20∶100；
所述纳米锡锑合金粉末中，锑与锡重量比为1～15∶100；
所述纳米锌铝合金粉末中，铝与锌重量比为1～3∶100。
4.一种透明导电线路的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
将权利要求1-3任一所述油墨按照线路图印刷或者涂布于基材上；
在非氧化性气氛下将基材上的油墨低温烧结成致密的合金；
氧化所述合金形成透明导电线路。
5.根据权利要求4所述的透明导电线路的制备方法，其特征在于，步骤：“在非氧化性气氛下将基材上的油墨低温烧结成致密的合金”具体为：
在100℃～350℃的温度下，将所述印刷或者涂布有油墨的基材放在真空或者惰性环境或者还原性气体中烧结，并且边烧结边将烧结的挥发物抽出，使基材上的油墨逐渐烧结成致密的合金。
6.根据权利要求4所述的透明导电线路的制备方法，其特征在于，步骤：“在非氧化性气氛下将基材上的油墨低温烧结成致密的合金”具体为：
通过光波或者微波将基材上的油墨烧结成致密的合金，通过控制光波或微波的强度使合金烧结温度控制在100℃～350℃。
7.根据权利要求4所述的透明导电线路的制备方法，其特征在于，步骤“氧化所述合金形成透明导电线路”具体为：
在氧气环境下加热合金，控制温度在100℃～500℃范围，缓慢均匀氧化所述合金使合金成为透明导电线路。
8.根据权利要求4-7任一所述的透明导线线路的制备方法，其特征在于，所述基材为玻璃或者透明树脂。
9.一种透明导电线路，其特征在于，所述透明导电线路由透明的合金氧化物组成，所述合金氧化物的透光率为75％～95％，电阻率为8×10-2～5×10-4Ω*CM。所述透明导电线路是通过如下方法制备而成的：
将权利要求1-3任一所述油墨按照线路图印刷或者涂布于基材上；
在非氧化性气氛下将基材上的油墨低温烧结成致密的合金；
氧化所述合金形成透明导电线路。
10.根据权利要求9所述的透明导电线路，其特征在于，所述合金氧化物包括氧化铟锡、氧化锡锑以及氧化锌铝中的一种或多种。
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