CN104845449A - 一种基于rfid天线的喷墨导电墨水的制备及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于RFID天线的喷墨导电墨水的制备方法。本发明还涉及利用该墨水制作一款RFID天线。墨水的制备工艺主要包括以下步骤：通过简单的离子交换反应制备得到银源前驱体沉淀，经特殊孔径滤膜过滤，干燥，研磨得银源前驱体粉末；将络合剂、添加剂与其它助剂借助磁力搅拌器充分混合得均质溶液；将银源前驱体粉末分少量多次加入到上述溶液中，充分溶解反应后，得澄清透明溶液，该溶液即为无颗粒型导电墨水。然后利用喷墨打印的方式制作得到RFID天线。本发明制备的无颗粒型导电墨水本身不含任何固体颗粒，不会出现颗粒的团聚，不会造成喷头堵塞；同样不存在颗粒的分散问题，烧结后，会在承印基材表面形成均匀致密的导电银膜。可实现墨水与喷墨打印头的更好匹配。

Description

一种基于RFID天线的喷墨导电墨水的制备及应用

技术领域

本发明涉及一种无颗粒型导电墨水的制备以及RFID天线的制作方法。

背景技术

RFID，即无线射频识别技术，是一种基于射频原理实现的非接触式自动识别技术，目前在工业领域应用比较广泛。RFID系统主要有电子标签，读写器，天线和中间件等这几部分组成。其中电子标签天线的制作，目前国内比较流行的制造技术主要有蚀刻法、电镀法和直接印刷法，并以蚀刻法和电镀法为主。然而，这两种方法工艺比较复杂，成品制作时间较长，需消耗金属材料，因此成本较高。另外，在天线制作过程中，会产生大量含有金属和化学物质的废液，不仅对人体健康有害，而且还会对环境造成污染。直接印刷法虽不存在以上问题，但是，以丝网印刷为例，其制版过程，需经过绷网，涂布感光胶，晒版等流程，过程相对复杂且有些因素不宜控制。在印刷时还要注意网距，刮板角度，印刷速度等等，这一系列参数都会影响天线的印刷质量。

喷墨印刷无需接触、无需压力、无需印版，只需将电子计算机中存储的信息输入喷墨打印机，印刷过程可控，被认为是聚合物沉积领域的核心技术。过程方面，简单快捷，灵活性高，可实现电子元器件的集成加工；材料方面，可以使用非粘性液体，如不加连接料的聚合物溶液和悬浮液；基材方面，可选的打印基材相对较多，例如硅片、玻璃、高分子聚合材料(如PET、PI)以及一些非吸收性的改性纸等。

喷墨印刷制作电子器件的关键在于导电墨水的制备。导电墨水主要分为颗粒型和无颗粒型两种。颗粒型导电墨水，主要是由纳米金属颗粒、还原剂、保护剂、溶剂以及其它助剂混合所得。目前，在该领域的研究成果比较多，技术相对比较成熟。银具有较强的化学惰性，不易被氧化，且导电性较好，因此纳米金属颗粒以银为主。然而，纳米级的金属颗粒，表面能较高，极易发生团聚，形成大颗粒银簇，喷墨打印时容易堵塞喷头，增加产品制作成本；有些墨水，其中的纳米金属颗粒分布不够均匀，在喷墨打印制作导电图形时，墨水在承印基材上沉积所形成的线路，烧结以后，会不可避免的出现一定的空隙，降低了导电图形的导电性；为解决纳米金属颗粒团聚和分布不均的问题，可在其中加入稳定剂、保护剂、偶联剂、分散剂、表面活性剂等助剂，但是助剂的加入，在一定程度上增加了墨水的烧结温度和烧结时间，从而增加了能耗，限制了基材的选用范围，而且还会对应用安全性带来问题。无颗粒型导电墨水，主要是由导电金属的前躯体化合物与络合剂、还原剂、表面活性剂、黏度调节剂、表面张力调节剂、PH调节剂等混合制得。该领域的研究成果不多，很多方面均需要完善。其本身不含任何固体颗粒，不会出现颗粒的团聚，不会造成喷头堵塞；同样不存在颗粒的分散问题，烧结后，会在承印基材表面形成均匀致密的导电银膜。无颗粒型导电墨水可实现墨水与喷墨打印头的更好匹配。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种无颗粒型导电墨水及其制备方法，并将其应用在RFID天线的制作上。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种无颗粒型导电墨水，按重量百分比计，包括如下组分：

其中，添加剂是还原剂、表面活性剂、黏度调节剂、PH调节剂中的至少一种，包括以下组分：

一种无颗粒型导电墨水的制备方法，包括以下步骤：

1.通过简单的离子交换反应制备得到银源前驱体沉淀，经滤膜过滤，20-50℃的烘箱内干燥5-15h，研磨得银源前驱体粉末；

2.将络合剂、添加剂与其它助剂借助磁力搅拌器充分混合得均质溶液；

3.将银源前驱体粉末分少量多次加入到上述溶液中，充分溶解反应后，得澄清透明溶液，该溶液即为无颗粒型导电墨水。

其中滤膜为美国PALL公司滤膜,孔径为0.2微米。

本发明可以达到的技术效果包括：

1.本发明所提供的墨水制备方法，实验过程简单，对实验装置设备要求低，且制备周期短。

2.本发明所得墨水黏度在2-15cp之间，表面张力在20-40dyn/cm之间，可根据实验环境的变化自由调节，墨水的黏度和表面张力值适合喷墨打印，黏度优选5-10cp，表面张力优选25-35dyn/cm。

3.本发明所得墨水烧结温度低，最低可为100℃，优选130-150℃，烧结时间较短，最短可为10min，优选15-25min，烧结时无需提供特殊气体环境。

4.本发明所得墨水在基材上形成的涂层，烧结后表现出优良的导电性，方阻值可达0.1Ω/□以下，并可根据要求，获得不同导电性的墨水。

5.本发明制备的墨水适用于多种打印基材，基底范围广泛，例如硅片、玻璃、高分子聚合材料(如PET、PI)以及一些非吸收性的改性纸等。

6.利用本发明制备的导电墨水，成功实现了RFID天线的喷墨打印，简化了RFID天线的制作过程，节约了成本。

附图说明

图1是本发明实施例一中导电墨水的普通外观图；

图2是利用本发明实施例三中的导电墨水喷墨打印制作的一款RFID天线。

具体实施方式

结合实施例对本发明的无颗粒型导电墨水的制备方法加以说明。使用旋转粘度计测量墨水的黏度，全自动界面张力仪测量墨水的表面张力，RTS-5双电测四探针测试仪测试导电薄膜的方阻。

实施例一

在室温下，将7.0g柠檬酸钠溶解在100ml去离子水中，将10.2g硝酸银溶解在100ml去离子水中，充分溶解直至变为无色透明溶液。将硝酸银溶液置于恒定滴定管中，然后缓慢滴加到柠檬酸钠溶液中，边滴加边搅拌，会有白色沉淀立刻析出。滴加完成后继续搅拌1h，然后选用0.45微米孔径的滤膜，真空抽滤，并分别用去离子水和乙醇洗涤两次。抽滤完成后将沉淀置于35℃的电热鼓风干燥箱中避光干燥12h，即可得到烘干的白色固体，然后用研钵研至白色粉末。

将10.0g乙醇和6.0g的氨水混合均匀，边搅拌边加入0.6g柠檬酸银，直至完全溶解得到无色透明溶液，然后加入0.3g葡萄糖，0.2g司班60，0.3g醋酸调节墨水的黏度和表面张力。通过0.2μm的滤膜过滤后即可得到无色透明的无颗粒型导电墨水。

测试该墨水的黏度为3.76cp，表面张力为35.1dyn/cm。将该墨水涂布在PET薄膜上，在一定的温度下烧结一段时间后，用RTS-5双电测四探针测试仪测试导电薄膜的方阻为2.35Ω/□。满足RFID天线的喷墨打印。

实施例二

柠檬酸银的制备方法同实施例一。

将4.5g乙醇，1.5g的去离子水和2.0g的乙二胺混合均匀，边搅拌边加入2.5g柠檬酸银，直至完全溶解得到棕色透明溶液，加入0.5g柠檬酸钠，0.3g羧甲基纤维素钠，0.5g丁二酸调节墨水的黏度和表面张力。通过0.2μm的滤膜过滤后即可得到无颗粒型导电墨水。见说明书附图1。

测试该墨水的黏度为5.28cp，表面张力为32.3dyn/cm。将该墨水涂布在PET薄膜上，在一定的温度下烧结一段时间后，测试得到导电薄膜的方阻为3.83Ω/□。满足RFID天线的喷墨印刷。

实施例三

柠檬酸银的制备方法同实施例一。

将7.0g乙醇、3.5g乙二醇和8.0g的仲丁胺混合均匀，边搅拌边加入5.0g柠檬酸银，直至完全溶解得到浅黄色透明溶液，加入0.5g柠檬酸钠，0.15g乙基纤维素，0.3g苹果酸调节墨水的黏度和表面张力。通过0.2μm的滤膜过滤后即可得到无颗粒型导电墨水。

测试该墨水的黏度为5.83cp，表面张力为25.3dyn/cm。利用该墨水通过喷墨打印设备在PET上制作一款RFID天线。在一定的温度下烧结一段时间后，用RTS-5双电测四探针测试仪测试天线的方阻为1.49Ω/□。见说明书附图2。

Claims (11)

1.一种无颗粒型导电墨水，按重量百分比计，包括如下组分：

以上各组份之和满足百分百；

其中，添加剂是还原剂、表面活性剂、黏度调节剂、PH调节剂中的至少一种：所述其他助剂用于提供化学反应的液体环境。

2.根据权利要求1所述的无颗粒型导电墨水，其特征是：按重量百分比计，所述的添加剂包括以下组分：

3.根据权利要求1所述的无颗粒型导电墨水，其特征是：所述银源前驱体为硝酸银、碳酸银、氟化银、氧化银、柠檬酸银、醋酸银、新癸酸银中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的无颗粒型导电墨水，其特征是：所述络合剂为氨水或者有机胺，可与银源前驱体发生反应形成银氨络合物,有机胺可以是甲胺、乙胺、乙二胺、正丁胺、仲丁胺、二正丁胺、十二胺、十六胺、等脂肪胺中的至少一种，也可是苯胺、二苯胺、邻苯二胺、对甲基苯胺、等芳香胺中的至少一种。

5.根据权利要求2所述的无颗粒型导电墨水，其特征是：所述还原剂均为弱还原剂，可以是葡萄糖、蔗糖、酒石酸钾钠、柠檬酸钠、柠檬酸钾中的至少一种。

6.根据权利要求2所述的无颗粒型导电墨水，其特征是：所述表面活性剂用于降低墨水的表面张力，可以是离子型、非离子型和两性离子型,可以是硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、卵磷脂、脂肪酸甘油酯、聚山梨酯、季铵化物、油酸、月桂酸、硫酸化蓖麻油、十二烷基硫酸钠、甘胆酸钠、单硬脂酸甘油酯中的至少一种。

7.根据权利要求2所述的无颗粒型导电墨水，其特征是：所述黏度调节剂用于增加墨水的黏度，可以是乙基纤维素、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、松油醇、丙三醇、司班-85、司班-60、淀粉、明胶、阿拉伯树胶、黄原胶、天然橡胶、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂中的至少一种。

8.根据权利要求2所述的无颗粒型导电墨水，其特征是：所述PH调节剂用于调节墨水的酸碱性，可以是碳酸、醋酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、硬脂酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、丙烯酸、环己烷甲酸、苯甲酸、邻苯二甲酸中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的无颗粒型导电墨水，其特征是：所述其他助剂用于提供化学反应的液体环境,可以是去离子水和小分子醇类，优选乙醇、叔丁醇、乙二醇。

10.一种权利要求1所述的无颗粒型导电墨水的制备方法，包括以下步骤：

a.通过简单的离子交换反应制备得到银源前驱体沉淀，经滤膜过滤，20-50℃的烘箱内干燥5-15h，研磨得银源前驱体粉末；

b.将络合剂、添加剂与其它助剂借助磁力搅拌器充分混合得均质溶液；

c.将银源前驱体粉末分少量多次加入到上述溶液中，充分溶解反应后，得澄清透明溶液，该溶液即为无颗粒型导电墨水。

11.一种权利要求1所述的无颗粒型导电墨水在采用传统印刷设备及生产流程制备射频识别标签天线中的应用。