CN103408993B - 导电油墨、透明导电体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导电油墨、透明导电体及其制备方法，该导电油墨按质量份数计，包括金属导电剂50～90份、高分子树脂10～40份、溶剂0.1～10份计分散剂0.1～5份。该导电油墨包括合适质量配比的金属导电剂、高分子树脂、溶剂及分散剂，固含量为50%～90%，固化前后的收缩比小于5%，在使用时能够避免有机溶剂挥发而产生开裂的现象，无需进行多次填充和烧结，提高制备效率和良率。

Description

导电油墨、透明导电体及其制备方法

技术领域

本发明涉及光电技术领域，特别是涉及一种导电油墨、透明导电体及其制备方法。

背景技术

透明导电体（包括透明导电薄膜和透明导电玻璃等）因其兼具有光线透过率高，导电性良好等特点，越来越广泛的被作为透明电极应用于触摸屏、显示屏及透明电磁屏蔽材料等光电子产品中。

目前，透明导电体的导电材料应用较多的是氧化铟锡（ITO），因其结构稳定，透过率和方块电阻兼顾得较好，制作工艺相对简单，被大规模的应用。但是铟元素是一种稀土金属，大自然中存量极少，并且近年铟元素材料的成本急剧上升，且如果需要实现低方阻则ITO镀层则要变厚，导致透过率降低，制造成本上升，另外ITO导电层易龟裂。正因为ITO透明导电体存在以上不足，产业界迫切需要一种新的透明导电方案。

近来，越来越多的科研工作者通过采用纳米压印方式开发一种新型的图形化柔性透明导电薄膜。其制作方法是在压印胶表面先压印出图案化凹槽结构，再向凹槽中填充导电油墨最后烧结固化形成导电层。

但是，目前的导电油墨一般使用小分子有机溶剂（如乙醇等）或者水溶剂的作为溶剂，固形物含量低，固形物的含量一般小于50%，在制作过程中，导电油墨在填充凹槽固化时随着溶剂挥发，导电材料固化时受液体表面张力及内应力影响而出现开裂现象，从而导致固化后的导电层容易发生导线断裂或者导电材料填充厚度不均匀造成整体方阻大小不一。多次进行多次填充、烧结能够在一定程度上避免上述问题，但会降低制备效率，也难以保证制备良率。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高制备透明导电体的效率和良率的导电油墨。

进一步提供一种透明导电体及其制备方法。

一种导电油墨，按质量份数计，包括如下组分：

金属导电剂：50～90份；

高分子树脂：10～40份；

溶剂：0.1～10份；及

分散剂：0.1～5份。

在其中一个实施例中，所述金属导电剂为纳米颗粒或纳米线，且所述金属导电剂的材料为金、银、铜、铝和锌中的一种或金、银、铜、铝和锌中的至少两种形成的合金、金、银、铜、铝或锌。

在其中一个实施例中，所述纳米颗粒的平均粒径为100纳米，所述纳米线的平均长度为100纳米。

在其中一个实施例中，所述高分子树脂选自聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚丙烯酸酯、环氧树脂及聚乙烯基醚中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述溶剂选自乙醇、正丁醇、乙二醇-丁醚、乙酸丁酯、环己酮及缩水甘油醚中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述分散剂选自聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸及聚乙烯醇中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述导电油墨的粘度为5000cps～50000cps。

在其中一个实施例中，所述导电油墨的体积收缩率小于5%。

一种透明导电体，包括透明基板、层叠于所述透明基板上的介质层及嵌设于所述介质层中的导电层，所述导电层由上述的导电油墨形成。

在其中一个实施例中，所述介质层中形成有网格状凹槽，所述导电油墨填充于所述网格状凹槽中，所述导电油墨固化后的体积为所述网格状凹槽容积的95%～100%。

一种透明导电体的制备方法，包括如下步骤：

提供透明基板，在所述透明基板上涂布介质材料，固化后形成层叠于所述透明基板上的介质层；

在所述介质层上压印形成网格状凹槽；

向所述网格状凹槽中填充上述的导电油墨，热固化后形成嵌设于所述介质层中的导电层，得到透明导电体。

在其中一个实施例中，所述热固化的温度为100℃～180℃，热固化时间为10分钟～90分钟。

上述导电油墨包括合适质量配比的金属导电剂、高分子树脂、溶剂及分散剂，固含量为50%～90%，固化前后的收缩比小于5%，在使用时能够避免有机溶剂挥发而产生开裂的现象，无需进行多次填充和烧结，提高制备效率和良率。

附图说明

图1为一实施方式的透明导电体的结构示意图；

图2为图1所示的透明导电体的分解示意图；

图3～图6为分别为不同实施方式的透明导电体的第一导电层的金属网格的图案示意图；

图7为一实施方式的透明导电体的制备方法流程图；

图8为图7所示的透明导电体的制备方法的示意图；

图9为采用传统的导电油墨填充网格状凹槽的未固化的状态示意图；

图10为图9的导电油墨固化后的状态示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

请同时参阅图1及图2，一实施方式的透明导电体100，包括透明基板10、介质层20、导电层30。

透明基板10为绝缘基板。透明基板10的材料为聚对苯二甲酸树脂、聚碳酸酯等透明塑料或玻璃。

透明基板10的厚度为0.02毫米～1.2毫米，优选为0.05毫米～0.7毫米。

介质层20层叠于透明基板10上。介质层20的材料选自热塑型聚合物、热固性聚合物及UV固化聚合物中的至少一种。

介质层20的厚度为2微米～10微米，优选为3微米～6微米，以使介质层20的透光性能较好，不会影响透明导电体100的整体透光性。

介质层20远离透明基板10的一侧开设有网格状凹槽（图未示）。网格状凹槽的槽深为1微米～10微米，优选为2微米～5微米。

导电层30为金属网格。导电层30收容于网格状凹槽中而嵌设于介质层20中，且导电层30的厚度不大于网格状凹槽的深度。

金属网格由多个网格单元构成。网格单元为正方形、菱形、正六边形或随机网格形状，正方形、菱形、正六边形及不规则形状分别如图3～图6所示。网格单元为正方形是指第一导电层30的每一个网格单元均为正方形。网格单元为菱形或正六边形具有相同的含义。而网格单元为随机网格形状是指，构成第一导电层30的网格单元可以包括正方形、菱形、正六边形及其他不规则的形状。

若干个网格单元组成一组基本单元，金属网格包括多个相互隔开的基本单元，以相互绝缘，形成多个独立的导电单元。导电层30嵌设于介质层20中，能够避免导电单元被刮伤。

导电层30的厚度为1微米～10微米，优选为2微米～5微米。

导电层30由导电油墨形成。导电油墨按质量份数计，包括如下组分：

金属导电剂50～90份、高分子树脂10～40份、溶剂0.1～10份及分散剂0.1～5份。

金属导电剂为纳米颗粒或纳米线。金属导电剂的材料为金、银、铜、铝和锌中的一种或金、银、铜、铝和锌中的至少两种形成的合金、金、银、铜、铝或锌。

相对于昂贵的铟锡氧化物，这几种金属及合金的价格较低，且具有合适的电导率，能够满足导电层30的导电性能需求。

优选地，上述纳米颗粒平均粒径为100纳米，纳米线的平均长度为100纳米，以使金属导电剂均匀分散，以制备得到导电性能良好的导电层。

高分子树脂选自聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚丙烯酸酯、环氧树脂及聚乙烯基醚中的至少一种。

溶剂选自乙醇、正丁醇、乙二醇-丁醚、乙酸丁酯、环己酮及缩水甘油醚中的至少一种。

分散剂选自聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸及聚乙烯醇中的至少一种。

上述导电油墨的固含量为50%～90%。

优选地，上述导电油墨的粘度为5000cps～50000cps，以便于填充网格状凹槽。导电油墨固化前后的收缩比小于5%。

将金属导电剂、高分子树脂、溶剂及分散剂进行混合即得到上述导电油墨，制备过程简单。

上述导电油墨包括合适质量配比的金属导电剂、高分子树脂、溶剂及分散剂，固含量为50%～90%，固化前后的收缩比小于5%，在使用时能够避免有机溶剂挥发而产生开裂的现象，体积收缩很小，可以实现一次填充固化后基本填满网格状凹槽，无需进行多次填充和烧结，提高制备效率和良率。

并且，由于该导电油墨的粘度适中，可以采用刮涂方式填充网格状凹槽，填充方式简易、易实施。

上述透明导电体100的导电层30由上述导电油墨形成，使得导电层30的稳定性较好，能够避免出现导线断裂的现象，并且，上述导电油墨的加工性能较好，能够避免导电材料填充厚度不均匀造成整体方阻大小不一的现象，使得透明导电体100的整体性能较好。

并且，由于使用了上述导电油墨，能够提高制备的生产效率和良率，使得该透明导电体100的价格较低。

请同时参阅图7和图8，一实施方式的透明导电体，包括如下步骤：

S110：提供透明基板，在透明基板上涂布介质材料，固化后形成层叠于透明基板上的介质层。

透明基板的材料为聚对苯二甲酸树脂、聚碳酸酯等透明塑料或玻璃。

透明基板的厚度为0.02毫米～1.2毫米，优选为0.05毫米～0.7毫米。

首先用等离子体清洗设备对透明基板的表面进行等离子体处理，以增加介质层与透明基板的附着力。

介质材料热塑型聚合物、热固性聚合物及UV固化聚合物中的至少一种。

在经过等离子体处理的透明基板的表面上涂布热塑型聚合物、热固性聚合物或UV固化聚合物，固化后形成层叠于透明基板上的介质层。

介质层的厚度为1微米～10微米，优选为2微米～5微米。

S120：在介质层上压印形成网格状凹槽。

用压印模板在介质层上压印形成网格状凹槽，压印模板与所需的导电层的导电图案相嵌套。

S130：向网格状凹槽中填充导电油墨，热固化后形成嵌设于介质层中的导电层，得到透明导电体。

导电油墨按质量份数计，包括如下组分：

金属导电剂50～90份、高分子树脂10～40份、溶剂0.1～10份及分散剂0.1～5份。

金属导电剂为纳米颗粒或纳米线。金属导电剂的材料为金、银、铜、铝和锌中的至少两种形成的合金、金、银、铜、铝或锌。

优选地，上述纳米颗粒平均粒径为100纳米，纳米线的平均长度为100纳米。

高分子树脂选自聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚丙烯酸酯、环氧树脂及聚乙烯基醚中的至少一种。

溶剂选自乙醇、正丁醇、乙二醇-丁醚、乙酸丁酯、环己酮及缩水甘油醚中的至少一种。

分散剂选自聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸及聚乙烯醇中的至少一种。

上述导电油墨的固含量为50%～90%。

采用热固化的方式使导电油墨固化，热固化的温度为100℃～180℃，固化时间为10分钟～90分钟。

优选地，上述导电油墨的粘度为5000cps～50000cps。

采用刮涂的方式进行填充，填充方式简便，易实施。

采用现有的导电油墨填充网格状凹槽，导电油墨在填充网格状凹槽后，在固化时随着溶剂挥发，导电油墨受液体表面张力及内应力影响而出现分团、开裂现象，如图9所示，从而使得固化后形成的导电层容易发生导线断裂或者导电油墨填充厚度不均匀而造成整体方阻大小不一，所以需要进行多次填充、固化以确保导电层的导电性能良好。并且，使用的导电油墨中含有小分子有机溶剂（如乙醇等）或者水溶剂，且固含量为10%～50%，在固化时溶剂完全挥发，最终固化后的导电层的厚度要低于网格状凹槽深度，如图10所示，影响其电学性能。

上述透明导电体的制备方法采用上述固含量高的导电油墨填充介质层中的网格状凹槽，导电油墨固化后形成嵌设于介质层中的导电层。上述导电油墨固含量高，使用该导电油墨可以实现一次填充固化后形成的导电层可以填满网格状凹槽，无需多次填充，提高良率及效率。

并且，这种制备方法采用压印工艺及填充工艺进行制造，相较于传统的ITO薄膜作为导电层的工艺，导电层可以一步成形，工艺简单，不需要溅镀、蒸镀等昂贵设备，良率高，适合大面积、大批量生产。并且以金属代替ITO，材料成本大大降低，由于不需要用到刻蚀工艺，不会造成导电材料的浪费，制备得到透明导电体的价格较低。

以下为具体实施例。

实施例1

制备透明导电体

（1）提供透明基板，在透明基板上涂布介质材料，固化后形成层叠于透明基板上的介质层；其中，透明基板为玻璃基板，透明基板的厚度为0.02毫米，介质层的材料为热塑型聚合物，介质层的厚度为3微米；

（2）用压印模板在介质层上压印形成网格状凹槽，网格状凹槽的槽深为2微米；

（3）向网格状凹槽中填充导电油墨，在100℃下热固化90分钟，使导电油墨固化后形成嵌设于介质层中的导电层，得到透明导电体；其中，导电层的厚度为2微米，导电油墨按质量份包括如下组分：金属导电剂50份、高分子树脂40份、溶剂5份及分散剂5份，导电油墨的粘度为800cps。

实施例2

（1）提供透明基板，在透明基板上涂布介质材料，固化后形成层叠于透明基板上的介质层；其中，透明基板为聚对苯二甲酸树脂基板，透明基板的厚度为1.2毫米，介质层的材料为热塑型聚合物，介质层的厚度为10微米；

（2）用压印模板在介质层上压印形成网格状凹槽，网格状凹槽的槽深为5微米；

（3）向网格状凹槽中填充导电油墨，在180℃下热固化10分钟，使导电油墨固化后形成嵌设于介质层中的导电层，得到透明导电体；其中，导电层的厚度为5微米，导电油墨按质量份包括如下组分：金属导电剂80份、高分子树脂15份、溶剂2.5份及分散剂2.5份，导电油墨的粘度为1000cps。

实施例3

（1）提供透明基板，在透明基板上涂布介质材料，固化后形成层叠于透明基板上的介质层；其中，透明基板为聚碳酸酯基板，透明基板的厚度为0.7毫米，介质层的材料为热固性聚合物，介质层的厚度为8微米；

（2）用压印模板在介质层上压印形成网格状凹槽，网格状凹槽的槽深为3微米；

（3）向网格状凹槽中填充导电油墨，在150℃下热固化60分钟，使导电油墨固化后形成嵌设于介质层中的导电层，得到透明导电体；其中，导电层的厚度为3微米，导电油墨按质量份包括如下组分：金属导电剂90份、高分子树脂20份、溶剂0.1份及分散剂2.5份，导电油墨的粘度为600cps。

实施例4

（1）提供透明基板，在透明基板上涂布介质材料，固化后形成层叠于透明基板上的介质层；其中，透明基板为聚碳酸酯基板，透明基板的厚度为0.5毫米，介质层的材料为热塑型聚合物，介质层的厚度为6微米；

（2）用压印模板在介质层上压印形成网格状凹槽，网格状凹槽的槽深为4微米；

（3）向网格状凹槽中填充导电油墨，在120℃下热固化70分钟，使导电油墨固化后形成嵌设于介质层中的导电层，得到透明导电体；其中，导电层的厚度为4微米，导电油墨按质量份包括如下组分：金属导电剂60份、高分子树脂30份、溶剂3份及分散剂3份，导电油墨的粘度为900cps。

实施例1～4的导电油墨的具体组分参见下表1。

表1  为实施例1～4的导电油墨的具体组分

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 (9)

1.一种导电油墨，其特征在于，按质量份数计，包括如下组分：

金属导电剂：50～90份；

高分子树脂：10～40份；

溶剂：0.1～10份；及

分散剂：0.1～5份；

所述高分子树脂选自聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚丙烯酸酯、环氧树脂及聚乙烯基醚中的至少一种；

所述导电油墨的体积收缩率小于5％；

所述金属导电剂为纳米颗粒或纳米线，且所述金属导电剂的材料为金、银、铜、铝和锌中的一种或金、银、铜、铝和锌中的至少两种形成的合金。

2.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述纳米颗粒的平均粒径为100纳米，所述纳米线的平均长度为100纳米。

3.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述溶剂选自乙醇、正丁醇、乙二醇-丁醚、乙酸丁酯、环己酮及缩水甘油醚中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述分散剂选自聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸及聚乙烯醇中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述导电油墨的粘度为5000cps～50000cps。

6.一种透明导电体，包括透明基板、层叠于所述透明基板上的介质层及嵌设于所述介质层中的导电层，其特征在于，所述导电层由权利要求1～5任一项所述的导电油墨形成。

7.根据权利要求6所述的透明导电体，其特征在于，所述介质层中形成有网格状凹槽，所述导电油墨填充于所述网格状凹槽中，所述导电油墨固化后的体积为所述网格状凹槽容积的95％～100％。

8.一种透明导电体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供透明基板，在所述透明基板上涂布介质材料，固化后形成层叠于所述透明基板上的介质层；

在所述介质层上压印形成网格状凹槽；

向所述网格状凹槽中填充权利要求1～5任一项所述的导电油墨，热固化后形成嵌设于所述介质层中的导电层，得到透明导电体。

9.根据权利要求8所述的透明导电体的制备方法，其特征在于，所述热固化的温度为100℃～180℃，热固化时间为10分钟～90分钟。