CN107039100A - 一种导电聚噻吩/银量子点复合导电浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无机化学技术领域，具体涉及一种导电聚噻吩/银量子点复合导电浆料及其制备方法。这种复合浆料由成膜物质、银量子点、聚噻吩、润湿分散剂、消泡剂和有机溶剂组成，其中银量子点和聚噻吩共同作为导电填料。利用本发明的制备方法制备出的新型导电浆料具有填料粒径小，体系稳定不易发生沉降，成膜导电性能优异，机械性能佳且具有抗菌性能等优点。本发明可以通过调节两种导电填料的比例和添加量来满足不同应用领域对导电浆料导电能力的要求。本发明制得的导电浆料，采用涂刷方式获得的导电膜的表面电导率为1～8×10⁴S/cm。

Description

一种导电聚噻吩/银量子点复合导电浆料及其制备方法

技术领域

本发明属于无机化学技术领域，具体涉及一种以银量子点与聚噻吩共同作为导电填料的高导电性复合导电浆料及其制备方法。该导电浆料具有导电性能优异、抗氧化能力强且导电性能可根据使用需要进行调整等诸多优点，可广泛应用在超级电容器、导电涂料、医药化工等领域。

背景技术

导电浆料通常是指涂敷在非导电基材上，使之具有传导电流和排除积累静电荷能力的一类功能性浆料。由于导电浆料具有生产设备简单、施工方便快捷、应用范围广，同时又可以作为导电功能性填料使用等优点，在航空航天、化工、建筑以及超级电容器等领域应用前景十分广阔，倍受业界的青睐。然而，随着电子、医药、航天、化工等行业的飞速发展，对各类导电浆料的需求越来越多，对导电浆料的物理、化学、机械等性能的要求也越来越高，特别是具有良好的稳定性，导电性能能够根据使用需要进行调整，导电性能优异的导电浆料，是市场上最受欢迎的一类导电浆料。

目前，国内外的导电浆料依然以添加型导电浆料为主，常见的导电浆料按照导电填料的不同，可以分为碳系导电浆料、金属系导电浆料、金属氧化物系导电浆料和有机导电浆料，而金属氧化物系导电浆料和有机导电浆料的研究报道较少，而金属系导电浆料和碳系导电浆料则是市场上的主流产品，特别是银系导电浆料由于其出众的导电能力，占据着较大的市场份额。

现阶段关于金属系导电浆料的生产、研究报道比较多。金属系导电浆料导电性能较为稳定，但作为导电成分的金属导电填料成本相对较高，且密度较大，容易发生金属粉体沉降，从而影响产品的性能。如，冯波在《一种薄膜太阳能电池用导电浆料》(申请号：CN201510060980)公开的导电浆料，包括30～88％的银粉、2～20％的有机载体，10～68％的有机溶剂，所述有机溶剂为1，3，5-三甲基苯，所述有机载体包括苯并环丁烯或者双苯并环丁烯中的一种或者两种，为了改善和提高效果还添加有助剂，所述助剂包括有分散剂、触变剂、流平剂；白海赞等在专利《一种太阳能电池细线丝网印刷用无铅导电浆料及其制备方法》(申请号：CN201510197433)中公开了一种导电浆料，由85％-95％银粉、1％-5％玻璃料、5％-10％有机载体和0.02％-0.5％无机添加剂经过混合分散、三辊机轧制及过滤制成，银粉是不同的粒径、比表面、振实密度、形貌及分散体系的银粉混合而成；褚永国在专利《基于不锈钢基板的大功率厚膜电路用导电浆料及其制备工艺》(申请号：02139895)中公开了一种基于不锈钢基板的大功率厚膜电路用的导电浆料；容敏智等在专利《低含量纳米银导电浆料及其制备方法》(申请号：03113552)中根据纳米银粒子自组装和低温熔焊特性，制备了低含量纳米银粒子填充环氧树脂单组份导电浆料；山名毅在专利《导电浆料》(申请号：96101415)中公开的导电浆料能有效地防止铜粉发生氧化并且提供良好的可焊性；松木谦典在专利《导电浆料用铜合金粉末》(申请号：02824162)中提供了一种导电浆料用铜合金粉末；甘卫平等在专利《基于半导体芯片粘结用低温烧结型导电浆料及其制备工艺》(申请号200810030682)中公开了一种基于半导体芯片粘结用低温烧结型导电浆料及其制备工艺；张志刚在专利《一种感光性导电浆料的制备方法》(申请号：200710307725)中公开了一种Ag粉感光性导电浆料的制备方法；北岛雅之等在专利《导电浆料及其制造方法》(申请号：200710103215)中公开了一种金属粉导电浆料的制备方法；桑岛秀次等在专利《导电浆料》(申请号：200380109308.X)中提供导电粉含有重量比为80～97％的大致球状银被覆铜粉和3～20重量％的扁平状银被覆铜粉；陈晓东在专利《一种硅太阳能电池背面电极用导电浆料及其制备方法》(申请号：201110237357)中公开的浆料由一定重量份数比的导电金属粉、金属粘接剂、有机载体、功能添加剂混合研磨制备而成；谭富彬在专利《正温度系数热敏电阻器用铝导电浆料的组成及制备方法》(申请号：200610048681)中涉及一种正温度系数热敏电阻器用铝电极浆料的组成及制备方法；谭富彬等在专利《化学法合成硅太阳能电池背场铝导电浆料》(申请号：200610011050)中公开了一种化学法合成的硅太阳能电池背场用铝导电浆料的制备方法；刘斌等在专利《导电浆料、制备方法及由其制得的电极》(申请号：201110456581)中公开了一种由银粉、无机粘结剂、有机粘结剂、光引发剂、活性稀释剂以及溶剂组成的导电浆料；汪洋等在专利《高性能环保型太阳能电池铝导电浆料的制备方法》(申请号：200910213827)中公开了一种高性能环保型太阳能电池铝导电浆料的制备方法；许文才等在专利《种制作射频识别(RFID)标签天线的热固化银导电浆料》(申请号：200810167515)中公开了一种通过丝网印刷制作射频识别(RFID)标签天线的热固化银导电浆料；许文才等在专利《一种制作射频识别(RFID)标签天线的紫外光固化银导电浆料》(申请号：200810167513)中公开了一种制作射频识别(RFID)标签天线的紫外光固化银导电浆料；郑建华等在专利《一种具有优良印刷性能的太阳能电池正面电极用银导电浆料》(申请号：200810038138)中提供了一种太阳能电池正面电极用导电浆料，由导电金属银粉，玻璃粉以及有机载体组成；周东祥等在专利《一种镍基导电浆料的制备方法》(申请号：200810047907)中提供了一种镍基导电浆料的制备方法；曹建在专利《黑色导电浆料和使用该浆料的等离子显示器》(申请号：200810113553)中提供了一种黑色银系导电浆料及使用该导电浆料的等离子显示器；王伟等在专利《导电浆料和使用该浆料的等离子显示器》(申请号：200810114629)中提出一种用于形成等离子显示器电极的导电浆料，包括导电金属粉末、有机物成分和低熔点玻璃粉；张志刚在专利《抗Ag扩散感光性导电浆料及其制备方法》(申请号：200810150977)中涉及一种抗Ag扩散感光性导电浆料及其制备方法；朱万超在专利《一种低温导电浆料》(申请号：200810232755)中公开了一种可用于键盘线路印刷、薄膜开关、电子射频标签等领域的以碳铁合金粉和银粉混合而成的导电粉体作为导电填料的低温固化导电浆料；朱万超在专利《一种光热固化导电浆料的制造方法》(申请号：200910021738)中公开了一种用于丝网印刷的光热固化银系导电浆料的制造方法；罗世永等在专利《钒银低熔玻璃和含有该玻璃的导电浆料》(申请号：200710087034)中涉及一种用作导电性电子浆料组成中粘接相的钒银低熔玻璃及含有该低熔玻璃的导电性电子浆料；小俣浩等在专利《导电浆料》(申请号：200780047126)中提供了导电浆料配方，其包含作为原料的金属粉、热固性树脂和具有羧基和酚羟基的焊剂活性化合物；宫崎孝晴等在专利《导电浆料和层压的陶瓷电子部件》(申请号：01122368)中提供了用于制成层压陶瓷电子部件的内电极的镍基导电浆料以及采用该导电浆料的层压陶瓷电子部件；宫崎孝晴等在专利《导电浆料和采用该浆料的层压的陶瓷电子部件》(申请号：01122370)中提供了可以用于制作内电极的镍基导电浆料；P·J·奥利维尔等在专利《用于微波应用中LTCC带的厚膜导电浆组合物》(申请号：200610077665)中涉及厚膜导电浆料组合物，它包含导电金粉、一种或多种玻璃料或陶瓷氧化物的组合物和有机载体；金钟翰等在专利《导电浆料组合物和利用其制造多层陶瓷电容器的方法》(申请号：201010255736)中提供了一种导电浆料组合物和利用该导电浆料组合物制造多层陶瓷电容器的方法，该导电浆料组合物包含金属粉和粘结剂树脂；年福枭在专利《一种导电浆料》(申请号2012105220259)、张明在专利《一种热塑性导电浆料》(申请号2013106614958)，廖辉等在专利《电极导电浆料、其制备方法及太阳能电池电极》(申请号2013105912201)及孙维民在专利《Ag包覆Ni复合纳米粉体导电浆料的制备方法》(申请号2012104463696)均公开了以银作为导电体的导电浆料的制备方法；谭伟华等在专利《一种太阳能电池用银导电浆料、太阳能电池片及其制备方法》(申请号2012102097661)提供了一种太阳能电池用银导电浆料、用此银导电浆料制备的太阳能电池片及此太阳能电池片的制备方法；L·A·卡波维奇等在《低金属含量导电浆料组成物》(申请号2013101902164)中公开了一种用于太阳能电池技术中的导电浆料，其包括大小小于1微米且具有大于2.4m²/g的表面积的银粒子以及玻璃粉和有机载体；朱金浩等在专利《一种晶硅太阳能电池高附着力背场铝导电浆料》(申请号：CN201510015499)本发明公开的导电浆料，包括铝粉68～80％、玻璃粉1～6％、有机粘合剂16～25％和助剂1～3％。

碳系导电浆料的主要特点是成本较低，导电性较好，不足之处是颜色深，不易调色。关于碳系导电浆料的报道有很多，比如，宋肖肖等在发明专利《一种基于石墨烯复合材料的导电油墨及其制备方法》，公开了一种碳系导电浆料，由功能化石墨烯复合材料1份-30份、树脂连接剂1份-70份、溶剂5份-60份、助剂1份-40份等组成；陈志鹏等在专利《含有炭黑助剂的光伏电池用导电浆料及其制备方法》(申请号：201110280802.9)中公开了一种含有炭黑助剂的光伏电池用导电浆料及其制备方法；张君等在专利《基于碳一铜复合填料的丝网印刷水性导电浆料的制备方法》(申请号：200910217326)中公开了一种基于碳-铜复合填料的丝网印刷水性导电浆料及其制备方法；李应硕等在专利《含有碳纳米管的导电浆料和使用其的印刷电路板》(申请号：200910134492)中提供了一种组份包含碳纳米管的导电浆料；李涛等在专利《一种掺杂石墨烯制备高导电浆料的方法》中公开了一种掺杂石墨烯制备高导电浆料的方法(申请号2013104203369)；张楷亮在专利《一种基于碳纳米管-纳米铜粉的环保型导电浆料》(申请号2013101050126)公开了一种基于碳纳米管-纳米铜粉的环保型导电浆料，由经表面处理的纳米铜颗粒、经碳纳米管分散液处理的碳纳米管、添加剂和有机溶剂组成。

日本专利JR2011134630A公开了一种个人电脑触摸屏电极用导电浆料，在玻璃基片上形成一层ITO膜，将水分散性丙烯酸类聚合物加入聚苯胺，聚噻吩和聚-3，4-乙烯二氧噻吩中，导电粒子则从金属银、金、铜、铝、锌、镍或金属合金的颗粒中选取；日本专利JR5105828A公开了一种分散型导电浆料，由导电填料和导电高分子粘合剂组成。导电高分子最好从聚噻吩，聚苯胺，聚吡咯或其衍生物中选取；导电填料至少是从银，银铜合金，镍，碳，石墨或铜中选取的金属粉；韩国专利KR20110030263A公开了一种太阳能电池电极用导电浆料，由30-95％重量份银粉，0.1-40％重量份导电聚合物，0.1-50％重量份纤维素衍生物，以及溶剂组成，所用导电聚合物可从聚-3，4-乙撑二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸钠、聚噻吩、聚-3-烷基噻吩、聚吡咯和聚对苯乙烯等中选取；韩国KR972014 B1公开了一种太阳能电池电极的制备方法，涉及电极用导电浆料，由30-95％重量份银粉，0.1-40％重量份导电聚合物，0.1-50％重量份纤维素衍生物，以及溶剂组成，所用导电聚合物可从聚-3，4-乙撑二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸钠、聚噻吩、聚-3-烷基噻吩、聚吡咯和聚对苯乙烯等中选取；Lu，Fang-Hsie等报道了一种简单淬灭/螯合方法制备导电银/低聚噻吩复合导电浆料(Journal of MaterialsChemistry C：Materials for Optical and Electronic Devices.2014，2(30)：6111-6118)。

通过对现有技术调研发现，现有导电浆料组成相对单一，往往只采用单一组份的导电填料，如果将有机类导电填料和无机类导电填料复合使用，就可以弥足两者间的不足，获得导电、机械等性能均佳的导电浆料。因此，如果将银量子点与聚噻吩共同作为导电填料制备导电浆料，将有助于扩大导电浆料的应用范围，弥补现有产品存在的一些不足，目前尚未见有用银量子点制备该类导电浆料的报导。。而该类导电浆料同现有产品相比，浆料由于粒径小不易发生沉降，导电性能优异，且成膜后耐磨性好，容易形成稳定的导电网络，特别是可以通过改变两者的配比，调整导电浆料的导电性能。由于有机材料聚噻吩和无机材料银量子点的协同作用，使形成的导电膜具有更好的机械性能和良好的化学稳定性。

发明内容

本发明的目的是提出一种导电聚噻吩/银量子点作为导电填料的具有优异导电性能的复合导电浆料及其制备方法，该导电浆料具有结构稳定不易沉降，导电性能优异，抗冲击和抗紫外线能力强，耐磨等优点，能够弥补碳系导电浆料颜色深、在使用过程中易出现分散不均匀的不足和金属系导电浆料易发生导电填料迁移或被氧化而造成体系断路等缺点。特别值得一提的是，由于聚噻噻和银量子点均具有良好的导电能力，能够根据使用需要调整导电填料的用量，从而实现对导电能力的不同要求。由于银量子点导电材料的填加，同单纯聚噻吩作为导电填料相比，有效提高了导电膜的机械性能和耐候性，同时还赋予成膜良好的抗菌性能，提高导电浆料和成膜的使用寿命。

本发明提出的导电浆料，由成膜物质、银量子点、聚噻吩、消泡剂、润湿分散剂和有机溶剂组成，各组份的重量百分比为：

以上各组份之和等于100。

本发明中，成膜物质可以采用环氧树脂、丙烯酸树脂、氟碳树脂中的一种。

本发明中，所述的导电填料由聚噻吩和银量子点组成，两者协同作用实现优异的导电效果。

本发明采用的聚噻吩为市售产品。

本发明采用的有机溶剂为市售产品。

本发明采用的银量子点为市售产品。

本发明的制备方法如下：

(1)按上述配比将润湿分散剂和消泡剂加入到成膜物质中，用小型分散机充分搅拌，分散；

(2)将银量子点和聚噻吩加入到步骤(1)的混合体系中，充分搅拌；

(3)向步骤(2)的混合体系中加入有机溶剂，搅拌均匀；

(4)过筛去除杂质，得到成品导电浆料。

本发明以银量子点和聚噻吩作为导电填料，制备出了一类新型的高导电性聚噻吩/银量子点复合导电浆料。所用的导电填料具有细度高、电导率高、导电性能持久稳定、能够根据需要调整用量等诸多优点，因此，用该导电填料制备的导电浆料将会具有广阔的市场应用前景。

本发明所制备的导电浆料随着导电填料添加量的增大，对应导电膜的导电能力不断提高。本发明可以根据实际需要，通过调整两种导电填料的比例和添加量，来实现对导电能力的要求。

本发明的导电机理为：加入的银量子点和聚噻吩共同作为导电填料在整个涂层中形成立体的导电网络，电子易通过导电网络和隧道效应自由移动。

本发明具有如下优点：

1、本发明采用的银粉为银量子点，同现有的制备技术相比，本发明的导电浆料具有粒径小，导电膜机械性能和耐候性能优良，成膜光滑细腻，易于调色等优点。

2、本发明的导电浆料制备工艺简单，导电层平整度好，附着力强。本发明提供的导电浆料能够弥补碳系导电浆料颜色深、在使用过程中易出现分散不均匀的不足，避免发生金属系导电浆料密度大、易发生沉降或导电填料迁移或被氧化而形成断路等现象。该导电浆料同单一的聚噻吩导电浆料相比，具有更好的机械性能，耐磨性更佳。

3、本发明制备出的导电浆料导电性能优异，采用涂刷方式获得的导电膜电导率为1～8×10⁴S/cm。

4、本发明使用的聚噻吩和银量子点均具有良好的导电能力，可以根据使用需要，调整两者的比例，实现对导电性能的要求。

5、本发明首次将具有良好导电性能和机械强度的银量子点粉体用于制备导电浆料，银量子点导电材料能够有效降低浆料的密度和生产成本，提高导电膜的抗冲击能力和抗划伤、耐磨等效果。

6、本发明制备的导电浆料，成膜后不仅导电性能优异，而且具有其他类产品难以比拟的非常优异的抗菌性能，大大提高了成膜的使用寿命。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：

该导电浆料的基本配方为：

将上述原料按照比例进行搅拌分散，过600目筛子后，即可获得导电浆料成品。浆料采用涂刷方式成膜后，导电膜的电导率为3×10S/cm。

实施例2

该导电浆料的基本配方为：

将上述原料按照比例进行搅拌分散，过600目筛子后，即可获得导电浆料成品。浆料采用涂刷方式成膜后，导电膜的电导率为1×10⁴S/cm。

实施例3：

该导电浆料的基本配方为：

将上述原料按照比例进行搅拌分散，过600目筛子后，即可获得导电浆料成品。浆料采用涂刷方式成膜后，导电膜的电导率为2×10⁵S/cm。

实施例4：

该导电浆料的基本配方为：

将上述原料按照比例进行搅拌分散，过600目筛子后，即可获得导电浆料成品。浆料采用涂刷方式成膜后，导电膜的电导率为8×10⁴S/cm。

实施例5：

该导电浆料的基本配方为：

将上述原料按照比例进行搅拌分散，过600目筛子后，即可获得导电浆料成品。浆料采用涂刷方式成膜后，导电膜的电导率为2×10⁴S/cm。

实施例6：

该导电浆料的基本配方为：

将上述原料按照比例进行搅拌分散，过600目筛子后，即可获得导电浆料成品。浆料采用涂刷方式成膜后，导电膜的电导率为4×10⁴S/cm。

Claims (4)

1.一种导电聚噻吩/银量子点复合导电浆料及其制备方法，其特征在于该导电浆料由成膜物质、银量子点、聚噻吩、消泡剂、润湿分散剂和有机溶剂组成，各组份的重量百分比为：

2.根据权利要求1所述的一种导电聚噻吩/银量子点复合导电浆料及其制备方法，其特征在于成膜物质采用氟碳树脂或者环氧树脂或者丙烯酸树脂之一种。

3.根据权利要求1所述的一种导电聚噻吩/银量子点复合导电浆料及其制备方法，其特征在于用聚噻吩和银量子点共同作为导电填料，且原料均来自市售。

4.根据权利要求1所述的一种导电聚噻吩/银量子点复合导电浆料及其制备方法，其特征在于采用的溶剂为有机溶剂。