CN104200875A

CN104200875A - 一种低银含量石墨烯复合导电银浆及其制备方法

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Publication number: CN104200875A
Application number: CN201410460776.1A
Authority: CN
Inventors: 肖淑勇; 吴开; 李智慧
Original assignee: Ningbo City Adds A Novel Material Co Ltd
Current assignee: Ningbo City Adds A Novel Material Co Ltd
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2014-12-10

Abstract

本发明公开了一种低银含量复合导电银浆，该导电银浆以重量份数计，包括5-15份石墨烯微片，30-50份镀银玻璃粉，5-15份高分子树脂，20-40份有机溶剂，1-4份的流平剂和0.1-1.5的消泡剂。本发明在银浆中选用了导电颗粒石墨烯微片与镀银玻璃粉均为片状结构，有效减少了导电颗粒间的间隙，从而提高导电膜层的堆积密度，增加粒子间的接触面积，降低了膜层的收缩力，提高了银浆的导电能力，采用比重极低的石墨烯微片和低比重的镀银玻璃粉，其比重只有纯银粉的10-20%，这种轻的石墨烯微片和镀银玻璃粉在有机载体中不容易沉降，从而提高了导电银浆的稳定性。

Description

一种低银含量石墨烯复合导电银浆及其制备方法

技术领域

本发明属于导电浆料技术领域，涉及一种可用于丝网印刷的低银含量石墨烯复合导电银浆及其制备方法。

背景技术

在导电浆料领域里，银系浆料具有导电率高、性能稳定、可印刷性好、与基板结合强度大等特点，广泛应用于各种电子元器件的生产，如集成电路、薄膜开关、电加热膜片等。导电银浆一般由银粉、有机载体和其他添加剂等组成，为了达到应用要求的导电率，通常银粉在整个浆料中的重量比例须达到60-85％，这部分成本占整个导电银浆成本的90％以上。在许多应用导电银浆的电子元器件生产中，如电加热膜片，银浆的成本占到了整个原材料成本的80％以上，因此，降低导电银浆的成本，对于降低整个产品成本，具有决定性的意义。

降低导电银浆的银含量，同时保持其高导电率，是降低银浆成本的有效途径。如中国发明专利公开号CN 1437200A，所公开的“低含量纳米银导电浆料及其制备方法”，采用微乳方法制备粒径分布较窄的纳米银粒子，这种纳米银粒子制备的导电银浆，在保持良好导电性的同时，银含量降到了20％。此外，中国发明专利公开号CN 102831954A，所公开的“晶体硅太阳能电池背场银浆及其制备方法”，通过混合含银浆料和含铜浆料两种浆料制备的导电银浆，在保持其良好导电性的同时，由于铜粉的添加，有效降低了银浆的生产成本。上述两个专利制备的导电银浆都使用了纳米粒子，包括纳米银粒子和纳米铜粒子，这些纳米粒子的制备工艺比较复杂，本身的生产成本也较高，显然不利于广泛推广应用。

石墨烯是一种新型二维碳材料，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，其具有优异的导电性能，具有比晶体硅快100倍的电子迁移率，同时它还有优良的导热性能和优异的力学性能，这些特点，使其在导电银浆应用方面具有独特的优势，一方面可以改善银浆的导电导热和机械性能，同时也可以降低银浆的含银量，减少成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低银含量石墨烯复合导电银浆及其制备方法，该银浆制备工艺简单，在甚低银含量下(小于25％重量比)，表现出良好的导电性，并且具有良好的可印刷性(自动、半自动丝网印刷等均可)以及很强的与各种基板如PET膜粘接的能力，大幅度降低了导电银浆的生产成本，具有重要的应用价值。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种低银含量复合导电银浆，其特征在于，以重量份数计，包括5-15份石墨烯微片，30-50份镀银玻璃粉，5-15份高分子树脂，20-40份有机溶剂，1-4份的流平剂和0.1-1.5的消泡剂。

所述的石墨烯微片为厚度在6-8纳米的石墨薄片材料，粒径大小为5-10μm，振实密度为0.03-0.1g/mL。

所述的镀银玻璃粉为片状颗粒，粒径大小为2-8μm，表面镀银含量为20-60％(重量比)，振实密度为0.5-1.5g/mL。

所述的高分子树脂选自改性聚乙烯或者聚酯类树脂。

所述有机溶剂选自高沸点的脂类、酮类或者芳香烃类溶剂。

所述的其他添加剂包括流平剂和消泡剂，二者的重量比分别为1-4和0.1-1.5。

所述的流平剂选自环己酮、松节油、蓖麻油、磷酸三丁酯中的一种或几种；所述的消泡剂选自松油醇、甲基硅油、正己醇中的一种或几种。

一种低银含量复合导电银浆的制备方法，包括以下步骤：

(1)有机载体的配制

按照重量百分比，将1份高分子树脂(改性聚乙烯或者聚酯)加入到5份有机溶剂(脂类、或酮类、或芳香烃类)中，加热到60-90oC充分搅拌至树脂完全溶解后，然后再放在80oC的恒温水浴锅中保持搅拌8小时，最后得到室温粘度为8000-10000厘泊的有机载体。

(2)基底银浆的配置

按照重量百分比，将5-15％的石墨烯微片、30-50％的镀银玻璃粉、10-30％的有机载体、1-5％的添加剂在机械搅拌下充分混合，再使用高速搅拌高速分散，得到均匀的浆体。该浆体再转移至三辊机上反复滚轧、分散、研磨至用刮板细度计测定细度在5μm以下。

(3)终端银浆的生产

将(2)中得到的基底银浆在高速分散机中，通过少量添加溶剂或载体(5-20％重量比)来调节银浆的粘度、导电性能等，最终得到可直接用于丝网印刷的浆料，其室温粘度为30000-50000厘泊。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明采用石墨烯微片和镀银玻璃粉取代纯银粉，在保证导电银浆具有良好导电性能的同时，大大降低了银浆中实际银含量(小于25％重量比)，从而有效降低了银浆的生产成本。

本发明在银浆中选用了导电颗粒石墨烯微片与镀银玻璃粉均为片状结构，有效减少了导电颗粒间的间隙，从而提高导电膜层的堆积密度，增加粒子间的接触面积，降低了膜层的收缩力，提高了银浆的导电能力。

本发明采用比重极低的石墨烯微片和低比重的镀银玻璃粉，其比重只有纯银粉的10-20％，这种轻的石墨烯微片和镀银玻璃粉在有机载体中不容易沉降，从而提高了导电银浆的稳定性，延长了银浆的储存寿命。

本发明使用了柔韧性能优异的石墨烯微片，大大提高了导电银线的机械强度。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明所述的低银含量石墨烯复合导电银浆具体制备步骤如下：

(1)有机载体的制备

在三口圆底烧瓶中加入1，4-二甲基萘80克，水浴加热至60oC，量取聚醋酸乙烯酯颗粒20克缓慢加入到上述溶液中，一直保持搅拌，树脂添加完毕后，水浴温度升高到80oC恒温8小时，得到淡黄色透明粘稠树脂溶液。

(2)基底银浆的制备

取30克(1)中制备的有机载体溶液，加入200毫升烧杯中，保持缓慢搅拌，依次量取2克松节油和0.3克甲基硅油加入载体溶液中，高速搅拌至混合均匀，再称量10克石墨烯微片，缓慢加入，保持搅拌，加入完毕后，高速搅拌至石墨烯微片均匀分散在载体中，然后量取60克镀银玻璃粉(镀银重量比为40％)，逐次缓慢加入，保持搅拌，加入完毕后，高速搅拌至镀银玻璃粉均匀分散在载体中，得到银白色浆体。该浆体再转移至三辊机上反复滚轧、分散、研磨至用刮板细度计测定细度在5μm以下，最后收集到约100克颗粒分散均匀的基底银浆。

(3)终端银浆的制备(实施例1-4)

实施例1

取20克(2)中制备的基底银浆，加入1克1，4-二甲基萘，在高速分散机中，高速混合至浆体均匀，冷却至室温后，测量其粘度约为50000厘泊。该银浆通过丝网印刷的方式(220目丝网)印刷到PET薄膜上，在120oC恒温烘箱中干燥10分钟，得到厚度约为25μm的导电薄膜，随后测量该导电薄膜的导电率。银浆和导电薄膜的各种性能数据总结在表1中。

实施例2

取20克(2)中制备的基底银浆，加入2克1，4-二甲基萘，在高速分散机中，高速混合至浆体均匀，冷却至室温后，测量其粘度约为40000厘泊。该银浆通过丝网印刷的方式(220目丝网)印刷到PET薄膜上，在120oC恒温烘箱中干燥10分钟，得到厚度约为25μm的导电薄膜，随后测量该导电薄膜的导电率。银浆和导电薄膜的各种性能数据总结在表1中。

实施例3

取20克(2)中制备的基底银浆，加入3克1，4-二甲基萘，在高速分散机中，高速混合至浆体均匀，冷却至室温后，测量其粘度约为35000厘泊。该银浆通过丝网印刷的方式(220目丝网)印刷到PET薄膜上，在120oC恒温烘箱中干燥10分钟，得到厚度约为25μm的导电薄膜，随后测量该导电薄膜的导电率。银浆和导电薄膜的各种性能数据总结在表1中。

实施例4

取20克(2)中制备的基底银浆，加入4克1，4-二甲基萘，在高速分散机中，高速混合至浆体均匀，冷却至室温后，测量其粘度约为30000厘泊。该银浆通过丝网印刷的方式(220目丝网)印刷到PET薄膜上，在120oC恒温烘箱中干燥10分钟，得到厚度约为25μm的导电薄膜，随后测量该导电薄膜的导电率。银浆和导电薄膜的各种性能数据总结在表1中。

表1 实施例1-4数据总结比较

备注：石墨烯微片和镀银玻璃粉含量均为其在整个银浆中的重量比含量。

从表1中数据可以看出，本发明所述的复合导电银浆在银含量只有20％左右的条件下，表现出了良好的导电性(0.01-0.07Ω/◇,25μm)，相近导电性能普通银浆的银含量在60％以上。此外，本发明的复合银浆密度低，只有1.20g/mL左右，普通银浆密度通常都在2.0g/mL以上，因此，本发明复合银浆的理论覆盖面积(30-40m2/L/mil)大，是普通银浆(10-20m2/L/mil)的2-3倍。综上所述，本发明的复合银浆与普通银浆对比，不仅银浆本身生产成本降低(低银含量)，而且其实际应用成本也大大降低(理论覆盖面积大)，具有重要的市场应用价值。

Claims

1.一种低银含量复合导电银浆，其特征在于，以重量份数计，包括5-15份石墨烯微片，30-50份镀银玻璃粉，5-15份高分子树脂，20-40份有机溶剂，1-4份的流平剂和0.1-1.5的消泡剂。

2.根据权利要求1所述的低银含量复合导电银浆，其特征在于，所述的石墨烯微片为厚度在6-8纳米的石墨薄片材料，粒径大小为5-10 μm，振实密度为0.03-0.1 g/mL。

3.根据权利要求1所述的低银含量复合导电银浆，其特征在于，所述的镀银玻璃粉为片状颗粒，粒径大小为2-8 μm，表面镀银含量为20-60%（重量比），振实密度为0.5-1.5 g/mL。

4.根据权利要求1所述的低银含量复合导电银浆，其特征在于，所述的高分子树脂选自改性聚乙烯或者聚酯类树脂。

5.根据权利要求1所述的低银含量复合导电银浆，其特征在于，所述有机溶剂选自高沸点的脂类、酮类或者芳香烃类溶剂。

6.根据权利要求1所述的低银含量复合导电银浆，其特征在于，所述的流平剂选自环己酮、松节油、蓖麻油、磷酸三丁酯中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的低银含量复合导电银浆，其特征在于，所述的消泡剂选自松油醇、甲基硅油、正己醇中的一种或几种。

8.一种低银含量复合导电银浆的制备方法，其特征在于，该方法包括以下工艺步骤：（1）有机载体的配制：按照重量百分比，将高分子树脂加入到有机溶剂中，加热到60-90℃充分搅拌至树脂完全溶解后，然后再放在60－90℃的恒温水浴锅中保持搅拌，最后得到室温粘度为8000-10000厘泊的有机载体；（2）基底银浆的配置：按照重量百分比，将5-15%的石墨烯微片、30-50%的镀银玻璃粉、10-30%的有机载体、1-4份的流平剂和0.1-1.5的消泡剂在机械搅拌下充分混合，再使用高速搅拌高速分散，得到均匀的浆体；该浆体再转移至三辊机上反复滚轧、分散、研磨至用刮板细度计测定细度在5 μm以下；（3）终端银浆的生产：将（2）中得到的基底银浆在高速分散机中，通过少量添加溶剂或载体来调节银浆的粘度、导电性能等，最终得到可直接用于丝网印刷的浆料，其室温粘度为30000-50000厘泊。