CN107705869A - 导电材料、打印墨水以及导电结构的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种导电材料、打印墨水以及导电结构的制备方法。该导电材料包括：多个导电金属纳米片和填充在所述多个导电金属纳米片之间的间隙中的导电金属纳米颗粒。在本公开的实施例提供的导电材料中，导电金属纳米片的导电性能优异、成本低，且导电金属纳米片不容易发生团聚现象，这样以导电金属纳米片作为骨架，在其间隙中填充导电金属纳米颗粒可以形成致密的结构，从而提高了该导电材料的导电性能和机械性能，且降低了生产成本。

Description

导电材料、打印墨水以及导电结构的制备方法
技术领域
本公开的实施例涉及一种导电材料、打印墨水以及导电结构的制备方法。
背景技术
在采用传统的方法制备电子设备的过程中，主要采用影印石版术、真空沉淀或者化学镀膜等方法制备导电结构。但采用上述方法制备导电结构时，所使用的设备昂贵，制备过程复杂且采用的原料会污染环境，无法适应于目前对于电子设备制作的要求。随着电子信息技术的发展，迫切需要一种成本低、易操作且对环境友好的导电膜层的制备技术。
目前，打印墨水广泛地应用于喷墨打印、孔板印刷、凹版印刷和凸版印刷等工艺过程中。例如，通过上述工艺可以将打印墨水形成为传输性能、介电性能、光学性能和机械性能均优的导电结构。
公开内容
本公开至少一实施例提供一种导电材料，该导电材料包括：多个导电金属纳米片和填充在所述多个导电金属纳米片之间的间隙中的导电金属纳米颗粒。
例如，在本公开至少一实施例提供的导电材料中，每个所述导电金属纳米片包括彼此相对的第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面之间的最小距离在纳米尺度；每个所述导电金属纳米片的所述第一表面具有沿第一方向的第一尺寸和沿第二方向的第二尺寸，所述第一方向不同于所述第二方向，所述第一尺寸和所述第二尺寸是该最小距离的三倍以上；每个所述导电金属纳米片的所述第二表面具有沿第三方向的第三尺寸和沿第四方向的第四尺寸，所述第三方向不同于所述第四方向，所述第三尺寸和所述第四尺寸是所述最小距离的三倍以上。
例如，在本公开至少一实施例提供的导电材料中，所述导电金属纳米颗粒在任何方向上的尺寸均在纳米尺度。
例如，在本公开至少一实施例提供的导电材料中，所述导电金属纳米片的形状包括不规则的多边形。
例如，在本公开至少一实施例提供的导电材料中，所述导电金属纳米片的形状包括三角形、四边形、五边形和六边形中的至少之一。
例如，在本公开至少一实施例提供的导电材料中，每个所述导电金属纳米片的所述第一表面的最大尺寸是所述导电金属纳米颗粒平均粒径的3～5倍。
例如，在本公开至少一实施例提供的导电材料中，每个所述导电金属纳米片的所述第二表面的最大尺寸是所述导电金属纳米颗粒平均粒径的3～5倍。
例如，在本公开至少一实施例提供的导电材料中，所述导电金属纳米片和所述导电金属纳米颗粒的材料包括金、银、铜、铝和铂中的至少之一。
例如，在本公开至少一实施例提供的导电材料中，所述导电金属纳米片和所述导电金属纳米颗粒的材料相同。
例如，在本公开至少一实施例提供的导电材料中，所述导电金属纳米片的质量百分含量大于所述导电金属纳米颗粒的质量百分含量。
本公开至少一实施例还提供一种打印墨水，该打印墨水包括上述任一导电材料和有机溶剂，其中，所述导电材料分散在所述有机溶剂中。
例如，在本公开至少一实施例提供的打印墨水中，所述导电材料的质量百分含量为8％～15％，所述有机溶剂的质量百分含量为85％～92％。
例如，本公开至少一实施例提供的打印墨水，还包括分散剂和添加剂。
例如，在本公开至少一实施例提供的打印墨水中，所述有机溶剂包括乙醇，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮，所述添加剂包括乙二醇和丙三醇中的至少之一。
本公开至少一实施例还提供一种导电结构的制备方法，包括：提供衬底基板；采用喷墨打印的方式将上述任一打印墨水形成在所述衬底基板上以形成所述导电结构。
例如，本公开至少一实施例提供的制备方法还包括：对打印墨水进行干燥处理。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为一种银纳米颗粒打印墨水的平面结构示意图；
图2为由图1中的银纳米颗粒形成的打印墨水烧结后的扫描电镜图；
图3为本公开一实施例提供的一种三角形导电金属纳米片和导电金属纳米颗粒复合后形成打印墨水的平面结构示意图；
图3A和图3B为图3中三角形导电金属纳米片的结构示意图；
图4为本公开一实施例提供的一种四边形导电金属纳米片和导电金属纳米颗粒复合后形成打印墨水的平面结构示意图；
图5为本公开一实施例提供的一种不规则多边形导电金属纳米片和导电金属纳米颗粒复合后形成打印墨水的平面结构示意图；
图6为本公开一实施例提供的一种三角形银纳米片生长过程的示意图；
图7为本公开一实施例提供的一种三角形银纳米片的放大结构示意图；以及
图8为图3中的打印墨水烧结后的扫描电镜图。
附图标记：
100-导电材料；101-导电金属纳米片；102-导电金属纳米颗粒；1011-第一表面；1012-第二表面。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
目前，在电子产品的制备过程中，可以采用喷墨打印技术实现超窄电路设计以及电极的打印。采用喷墨打印工艺可以直接将功能材料沉积在衬底基板上，以形成电路和电极等。例如，在有机电致发光器件(OLED)的制备过程中，可以将打印墨水直接印制成导电线路，或者直接印制成OLED的透明电极。通过喷墨打印设备将纳米级的打印墨水一次成型打印在衬底基板上，可印刷的线宽小于10μm，例如，可以形成亚微米或者纳米级的线路。此外，喷墨打印技术可以大幅降低原料的使用量，提高生产效率，降低生产成本。随着纳米喷墨打印技术的出现，人们对于可应用于喷墨打印的金属微粒的研究越来越深入。例如，金属基打印墨水主要是以导电金属作为墨水的导电填料，例如，该导电金属包括Ag、Cu、Au或者Al等。
例如，导电结构(例如，电路、电极等)可以用于无线射频识别标签(RFID(RadioFrequency Identification)识别标签)、印刷线路(PCB(Printed Circuit Board)线路板)和柔性印刷电路板(Flexible Printed Circuit Board，FPCB)等中。
由于电子产品和数据通信装置对轻薄化、提高集成度以及降低生产成本的要求越来越高，常规的打印墨水不能满足技术发展的要求。纳米打印墨水因其导电性好，烧结温度低，生产成本低，其在电子信息技术领域中的应用越来越广泛。此外，根据不同的需求，纳米打印墨水通过喷墨打印等方式可以印制出期望的导电图案，从而可以适用于制备各种半导体器件、光电子器件等新型电子设备。
例如，用于打印墨水的导电材料主要包括导电金属纳米颗粒和导电金属纳米线，例如，银纳米颗粒或者银纳米线。如果采用导电金属纳米颗粒作为打印墨水的单一填充材料，导电金属纳米颗粒极易团聚，则需要添加大量的保护剂PVP来阻止其团聚，而具有绝缘性质的PVP吸附在导电金属纳米颗粒的表面，阻止了导电通路的形成。同时，去除大量覆盖在导电金属纳米颗粒表面的PVP需要较高的烧结温度和较长的烧结时间。另外，去除了导电金属纳米颗粒之间的PVP之后，烧结后的打印墨水的孔隙率变大，致密性变差，进而影响了形成的导电结构的导电性能和机械强度。如果采用导电金属纳米线作为打印墨水的单一填充材料，尽管其电导率高，但导电金属纳米线的制备工艺复杂，对设备的要求高，生产成本高。
例如，图1为一种银纳米颗粒打印墨水的平面结构示意图，从图1中可以看出银纳米颗粒团聚的现象比较严重。例如，图2为由图1中的银纳米颗粒形成的打印墨水烧结后的扫描电镜图。从图2中可以看出，银纳米颗粒作为填料的打印墨水烧结后的孔隙率较大，即形成了较大的空隙和较多的孔洞，银纳米颗粒分布松散。由该打印墨水形成的导电结构会严重影响其导电性能。
本公开的发明人发现，导电金属纳米片的分散性好，不易团聚，且制备成本低，可以以导电金属纳米片作为骨架，将导电金属纳米颗粒填充在导电金属纳米片的间隙中，以得到导电金属纳米片之间的间隙中填充有导电金属纳米颗粒的导电材料，这样形成的导电材料的结构致密，导电性好。将该导电材料用于打印墨水中时，可以提高后续形成的打印电路的机械强度，同时这种打印墨水的导电通路更宽更连续，且降低了生产成本。
本公开至少一实施例提供一种导电材料，例如，图3为本公开一实施例提供的一种三角形导电金属纳米片和导电金属纳米颗粒复合后形成打印墨水的平面结构示意图。该导电材料100包括：多个导电金属纳米片101和填充在多个导电金属纳米片101之间的间隙中的导电金属纳米颗粒102。由于导电金属纳米片的导电性能优异、成本低，且不容易发生团聚现象，这样以导电金属纳米片作为骨架，在其间隙中填充导电金属纳米颗粒可以形成致密的结构，从而提高了该导电材料的导电性能，且降低了生产成本。
例如，以银纳米片和银纳米颗粒为例，测试结果表明银纳米片和银纳米颗粒形成的复合导电材料的方块电阻值为仅采用银纳米颗粒形成的导电材料的方块电阻值的1/10。
例如，在本公开至少一实施例提供的导电材料中，每个导电金属纳米片包括彼此相对的第一表面和第二表面，该第一表面和该第二表面之间的最小距离在纳米尺度；每个导电金属纳米片的第一表面具有沿第一方向的第一尺寸和沿第二方向的第二尺寸，该第一方向不同于该第二方向，该第一尺寸和该第二尺寸是该最小距离的三倍以上；每个导电金属纳米片的所述第二表面具有沿第三方向的第三尺寸和沿第四方向的第四尺寸，该第三方向不同于该第四方向，该第三尺寸和该第四尺寸是该最小距离的三倍以上。
例如，以三角形的导电金属纳米片为例加以说明，图3A和图3B为图3中三角形导电金属纳米片的结构示意图。第一表面1011和第二表面1012之间的最小距离d为第一表面1011和第二表面1012的最小垂直连线的距离。
需要说明的是，上述彼此相对的第一表面和第二表面不要求完全平行，该第一表面和第二表面可以延伸以形成一定的角度。
如图3A所示，第一表面1011和第二表面1012平行，第一表面1011和第二表面1012之间的最小距离d为第一表面1011和第二表面1012垂直连线的距离。
如图3B所示，第一表面1011和第二表面1012不平行，第一表面1011和第二表面1012之间形成有一定的角度，第一表面1011和第二表面1012之间的最小距离d为第一表面1011和第二表面1012最小垂直连线的距离。
例如，第一方向可以与第三方向相同或不同，第二方向可以与第四方向相同或不同。
例如，在本公开至少一实施例提供的导电材料中，导电金属纳米颗粒在任何方向上的尺寸均在纳米尺度。
例如，纳米尺度是指处于1nm～100nm之间的尺寸范围。
例如，在一个示例中，每个导电金属纳米片的第一尺寸、第二尺寸、第三尺寸和第四尺寸均为纳米尺度。例如，导电金属纳米片的第一表面和第二表面之间的垂直连线的尺寸为5nm、10nm、15nm、20nm、25nm或者30nm等，导电金属纳米片的第一尺寸、第二尺寸、第三尺寸和第四尺寸为30nm、40nm、45nm、60nm、75nm或者90nm等。
例如，在另一个示例中，每个导电金属纳米片的第一尺寸、第二尺寸、第三尺寸和第四尺寸中的至少之一为非纳米尺度。例如，该导电金属纳米片在第一表面和第二表面之间的垂直连线的尺寸为10nm、20nm、30nm、40nm、50nm或者60nm等，导电金属纳米片的第一尺寸、第二尺寸、第三尺寸和第四尺寸的尺寸为60nm、75nm、90nm、120nm、135nm、150nm、160nm、180nm或者200nm等。
例如，导电金属纳米片的形状包括不规则的多边形，多边形的边数不做限制。
例如，导电金属纳米片的形状包括规则的三角形、四边形、五边形和六边形中的至少之一。例如，等边三角形、等腰三角形、直角三角形、平行四边形、矩形、梯形、正五边形、正六边形或者正八边形等。
例如，图4为本公开一实施例提供的一种四边形导电金属纳米片和导电金属纳米颗粒复合后形成打印墨水的平面结构示意图。从图4中可以看出，以四边形的导电金属纳米片作为骨架，在其间隙中填充导电金属纳米颗粒形成了致密的结构。
例如，导电金属纳米片的形状包括不规则的多边形。例如，多边形中的至少一条边可以为锯齿状或者曲线等。
例如，图5为本公开一实施例提供的一种不规则多边形导电金属纳米片和导电金属纳米颗粒复合后形成打印墨水的平面结构示意图。如图5所示，该不规则多边形同时包括锯齿形和弧形的边缘。图5只是示例性地示出了该不规则多边形的形状，还可以是其他任意不规则的形状。
例如，每个导电金属纳米片101的第一表面的最大尺寸是导电金属纳米颗粒102平均粒径的3～5倍。例如，3倍、3.5倍、4倍、4.5倍或者5倍等。
例如，每个导电金属纳米片101的第二表面的最大尺寸是导电金属纳米颗粒102平均粒径的3～5倍。例如，3倍、3.5倍、4倍、4.5倍或者5倍等。
需要说明的是，第一表面的最大尺寸是指第一表面上的最长的直线距离，即第一表面边缘上任取两点间距离的最大值；第二表面的最大尺寸是指第二表面上的最长的直线距离，即第一表面边缘上任取两点间距离的最大值。
例如，每个导电金属纳米片101的第一表面的最大尺寸为30～200nm，导电金属纳米颗粒的平均粒径为6～60nm。
例如，每个导电金属纳米片101的第二表面的最大尺寸为30～200nm，导电金属纳米颗粒的平均粒径为6～60nm。
例如，在一个示例中，导电金属纳米片101的第一表面的最大尺寸为30nm、40nm、45nm、60nm、75nm或者90nm等，导电金属纳米颗粒102平均粒径为6nm、8nm、10nm、20nm、25nm或者30nm等。
例如，在再一个示例中，导电金属纳米片101的第二表面的最大尺寸为30nm、40nm、45nm、60nm、75nm或者90nm等，导电金属纳米颗粒102平均粒径为6nm、8nm、10nm、20nm、25nm或者30nm等。
例如，在另一个示例中，导电金属纳米片101的第一表面的最大尺寸为120nm、135nm、150nm、160nm、180nm或者200nm等，导电金属纳米颗粒102平均粒径为24nm、30nm、35nm、40nm、50nm或者60nm等。
例如，在另一个示例中，导电金属纳米片101的第二表面的最大尺寸为120nm、135nm、150nm、160nm、180nm或者200nm等，导电金属纳米颗粒102平均粒径为24nm、30nm、35nm、40nm、50nm或者60nm等。
例如，导电金属纳米片101和导电金属纳米颗粒102的材料包括金、银、铜、铝和铂中的至少之一。由于金和铂的价格昂贵，其应用受到诸多限制；铜虽然具有高的导电性和相对低廉的成本，但是其化学性质较为活泼，容易被氧化，其应用同样会受到一定的局限性；铝具有高的导电性和相对低廉的成本，但是其被氧化后会形成致密的氧化膜，影响了其导电性能，其应用同样会受到一定的局限性；银的导电性强、化学稳定性好、抗氧化能力强，价格适中，即使银被氧化后其导电性能也不会有太大地变化，其在打印墨水的研究中备受关注。
例如，在本公开至少一实施例提供的导电材料中，导电金属纳米片和导电金属纳米颗粒的材料可以相同。
例如，导电金属纳米颗粒形成的原理为：金属前驱体在溶液中被还原剂还原成金属原子，随着前驱体不断地被消耗，反应体系中金属原子的浓度逐渐升高，当金属原子的浓度达到过饱和点时，金属原子会聚集成小的原子簇即为晶核；随着晶核的不断生长，反应体系中金属原子的浓度逐渐降低，当金属原子的浓度降低到最小过饱和点时，晶核不再生长。随着前驱体不断供应金属原子，晶核逐渐聚集长大会形成金属纳米颗粒。
例如，导电金属纳米片形成的原理为：反应体系中的表面活性剂(例如，聚乙烯吡咯烷酮(PVP))选择性地附着在晶核的特定的晶面上，导致该被表面活性剂吸附的晶面的生长速率慢于其他晶面的生长速度，从而造成了异性生长，基于该原理可以控制形成金属纳米片的形貌。例如，图6为本公开一实施例提供的一种三角形银纳米片生长过程的示意图。纳米银原子在表面活性剂的作用下由球形晶核逐渐生长为六边形、六角形、最后得到形貌规则粒径较小的三角形银纳米片。
例如，在一定的表面活性剂和反应前驱体的摩尔比以及特定的反应温度和反应时间的条件下，可以得到形貌可控的三角形银纳米片，且制得的三角形纳米片的尺寸均匀。例如，图7为本公开一实施例提供的一种三角形银纳米片的放大结构示意图，从图7中可以看出该三角形银纳米片的第一表面的最大尺寸为80nm。
需要说明的是，根据反应路径的不同，会产生不同形貌的金属纳米晶体。晶核逐渐生长的过程中还可能形成单晶、单孪晶或者多孪晶。
例如，在本公开至少一实施例提供的导电材料中，导电金属纳米片的质量百分含量大于导电金属纳米颗粒的质量百分含量。例如，在本公开至少一实施例提供的导电材料中，导电金属纳米片和导电金属纳米颗粒的质量百分含量的比值为2:1～5:1。例如，在该导电材料中，导电金属纳米片的质量百分含量为66.7％～83.3％，导电金属纳米颗粒的质量百分含量为16.7％～33.3％。
以下以银纳米片和填充在银纳米片的间隙中的银纳米颗粒构成的导电材料为例加以说明。
例如，制备银纳米颗粒的过程包括：将一定量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入去离子水中在磁力搅拌器的作用下剧烈搅拌，至完全溶解后加入硝酸银，继续搅拌至溶液呈无色透明态以形成溶液A；称取一定量的硼氢化钠溶解在去离子水中，在磁力搅拌器的作用下剧烈搅拌，使硼氢化钠完全溶解以形成溶液B；将溶液B以一定的速度逐滴滴加至先前配制的溶液A中，反应剧烈进行，溶液迅速由无色变为黑黄色，并产生大量的气泡；滴加结束后，混合液在剧烈搅拌下继续反应，直至反应完全停止，溶液变为黑色悬浊液；使用慢速滤纸对反应物过滤以除去大的颗粒和杂质；将过滤后的反应物导入离心管中进行离心，离心后移除上层清液得到银纳米颗粒，依次用乙醇和丙酮对银纳米颗粒进行超声清洗，将清洗后的产物再次离心；将离心后的产物干燥，以得到银纳米颗粒。例如，在形成银纳米颗粒的过程中，硝酸银(AgNO3)作为反应前驱体，硼氢化钠作为还原剂，硼氢化钠将二价的银离子还原成银单质，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为表面活性剂以将银纳米颗粒进行分散。
示例一：
制备银纳米颗粒的过程为：用天平分别称取0.3g硝酸银(AgNO3)和1.5g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，将该1.5g PVP加入80mL去离子水中在磁力搅拌器下剧烈搅拌，至完全溶解后加入0.3g硝酸银，继续搅拌至溶液呈无色透明以形成溶液A；称取0.078g硼氢化钠溶解在20ml去离子水中，在磁力搅拌下剧烈搅拌，防止飞溅，使硼氢化钠完全溶解以形成溶液B；将溶液B以2mL/min的速度逐滴滴加至先前配制的溶液A中，反应剧烈进行，溶液迅速由无色变为黑黄色，并产生大量的气泡；滴加结束后，混合液在剧烈搅拌下继续反应10min，直至反应完全停止，溶液变为黑色悬浊液；使用慢速滤纸对反应物过滤以除去大的颗粒和杂质；将过滤后的反应物导入离心管中进行离心，离心速度为8000rpm，离心时间为20min，离心后移除上层清液得到银纳米颗粒，依次用乙醇和丙酮对银纳米颗粒进行超声清洗，将清洗后的产物再次离心；将离心后的产物在干燥箱中进行干燥，从而去除乙醇、丙酮和表面活性剂(PVP)，得到银纳米颗粒，该银纳米颗粒的粒径例如为20nm。
示例二：
制备银纳米颗粒的过程：用天平分别称取0.4g硝酸银(AgNO3)和1.6g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，将该1.6g PVP加入90mL去离子水中在磁力搅拌器下剧烈搅拌，至完全溶解后加入0.4g硝酸银，继续搅拌至溶液呈无色透明以形成溶液A；称取0.095g硼氢化钠溶解在30ml去离子水中，在磁力搅拌下剧烈搅拌，防止飞溅，使硼氢化钠完全溶解以形成溶液B；将溶液B以2.5mL/min的速度逐滴滴加至先前配制的溶液A中，反应剧烈进行，溶液迅速由无色变为黑黄色，并产生大量的气泡；滴加结束后，混合液在剧烈搅拌下继续反应20min，直至反应完全停止，溶液变为黑色悬浊液；使用慢速滤纸对反应物过滤以除去大的颗粒和杂质；将过滤后的反应物导入离心管中进行离心，离心速度为8000rpm，离心时间为20min，离心后移除上层清液得到银纳米颗粒，依次用乙醇和丙酮对银纳米颗粒进行超声清洗，将清洗后的产物再次离心；将离心后的产物在干燥箱中进行干燥，从而去除乙醇、丙酮和表面活性剂(PVP)，得到银纳米颗粒，该银纳米颗粒的粒径例如为40nm。
示例三：
制备银纳米颗粒的过程：用天平分别称取0.2g硝酸银(AgNO3)和1.4g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，将该1.4g PVP加入70mL去离子水中在磁力搅拌器下剧烈搅拌，至完全溶解后加入0.2g硝酸银，继续搅拌至溶液呈无色透明以形成溶液A；称取0.065g硼氢化钠溶解在15ml去离子水中，在磁力搅拌下剧烈搅拌，防止飞溅，使硼氢化钠完全溶解以形成溶液B；将溶液B以2mL/min的速度逐滴滴加至先前配制的溶液A中，反应剧烈进行，溶液迅速由无色变为黑黄色，并产生大量的气泡；滴加结束后，混合液在剧烈搅拌下继续反应15min，直至反应完全停止，溶液变为黑色悬浊液；使用慢速滤纸对反应物过滤以除去大的颗粒和杂质；将过滤后的反应物导入离心管中进行离心，离心速度为7000rpm，离心时间为20min，离心后移除上层清液得到银纳米颗粒，依次用乙醇和丙酮对银纳米颗粒进行超声清洗，将清洗后的产物再次离心；将离心后的产物在鼓风干燥箱中进行干燥，从而去除乙醇、丙酮和表面活性剂(PVP)，得到银纳米颗粒，该银纳米颗粒的粒径例如为10nm。
示例四：
制备银纳米颗粒的过程：用天平分别称取0.5g硝酸银(AgNO3)和1.8g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，将该1.8g PVP加入100mL去离子水中在磁力搅拌器下剧烈搅拌，至完全溶解后加入0.5g硝酸银，继续搅拌至溶液呈无色透明以形成溶液A；称取0.098g硼氢化钠溶解在30ml去离子水中，在磁力搅拌下剧烈搅拌，防止飞溅，使其完全溶解以形成溶液B；将溶液B以3mL/min的速度逐滴滴加至先前配制的溶液A中，反应剧烈进行，溶液迅速由无色变为黑黄色，并产生大量的气泡；滴加结束后，混合液在剧烈搅拌下继续反应10min，直至反应完全停止，溶液变为黑色悬浊液；使用慢速滤纸对反应物过滤以除去大的颗粒和杂质；将过滤后的反应物导入离心管中进行离心，离心速度为9000rpm，离心时间为20min，离心后移除上层清液得到银纳米颗粒，依次用乙醇和丙酮对银纳米颗粒进行超声清洗，将清洗后的产物再次离心；将离心后的产物在鼓风干燥箱中进行干燥，从而去除乙醇、丙酮和表面活性剂(PVP)，得到银纳米颗粒，该银纳米颗粒的粒径例如为50nm。
例如，在上述示例中，硼氢化钠作为还原剂发生还原反应的程度剧烈，使得在还原反应的过程中聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在银晶核的各个晶面，例如，在(100)、(111)和(110)上均匀吸附，使得各个晶面的生长速度大体一致，从而可以形成金属银纳米颗粒。
例如，制备银纳米片的过程：分别称取一定量的硝酸银(AgNO3)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，将该PVP加入到一定体积的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在磁力搅拌器下搅拌均匀，然后在混合液中加入一定量的AgNO3，继续搅拌至AgNO3完全溶解，混合液由无色变为浅黄色再变为红棕色；将混合液快速移入具有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中；将反应釜置于一定温度的油浴锅中保温若干小时，然后移出在室温下冷却；得到的产物用无水乙醇清洗三次，离心后得到的银纳米片保存在乙醇溶液中。例如，在形成银纳米片的过程中，硝酸银(AgNO3)作为反应前驱体，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为还原剂以将二价的银离子还原成银单质，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为表面活性剂以将银纳米片进行分散，同时抑制银纳米片沿着特定的方向生长。
示例一：
制备银纳米片的过程：使用精密天平分别称取0.17g硝酸银(AgNO3)和1.5g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，将该1.5g PVP加入到20mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在磁力搅拌器下搅拌均匀，然后在混合液中加入0.17g AgNO3，继续搅拌至AgNO3完全溶解，混合液由无色变为浅黄色再变为红棕色；将混合液快速移入具有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中；将反应釜置于160℃恒温的油浴锅中保温45小时，然后移出在室温下冷却；得到的产物用无水乙醇清洗三次，离心后得到的银纳米片状保存在乙醇溶液中。例如，银纳米片为三角形，三角形银纳米片第一表面的最大尺寸例如为80nm。
示例二：
制备银纳米片的过程：使用精密天平分别称取0.19g硝酸银(AgNO3)和1.6g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，将该1.6g PVP加入到25mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在磁力搅拌器下搅拌均匀，然后在混合液中加入0.19g AgNO3，继续搅拌至AgNO3完全溶解，混合液由无色变为浅黄色再变为红棕色；将混合液快速移入具有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中；将反应釜置于180℃恒温的油浴锅中保温45小时，然后移出在室温下冷却；得到的产物用无水乙醇清洗三次，离心后得到的纳米银片保存在乙醇溶液中。例如，银纳米片为三角形，三角形银纳米片第一表面的最大尺寸例如为120nm。
示例三：
制备银纳米片的过程：使用精密天平分别称取0.15g硝酸银(AgNO3)和1.3g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，将该1.3g PVP加入到15mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在磁力搅拌器下搅拌均匀，然后在混合液中加入0.15g AgNO3，继续搅拌至AgNO3完全溶解，混合液由无色变为浅黄色再变为红棕色；将混合液快速移入具有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中；将反应釜置于150℃恒温的油浴锅中保温50小时，然后移出在室温下冷却；得到的产物用无水乙醇清洗三次，离心后得到的纳米银片保存在乙醇溶液中。例如，银纳米片为三角形，三角形银纳米片第一表面的最大尺寸例如为60nm。
示例四：
制备银纳米片的过程：使用精密天平分别称取0.21g硝酸银(AgNO3)和1.9g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，将该1.9g PVP加入到40mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在磁力搅拌器下搅拌均匀，然后在混合液中加入0.21g AgNO3，继续搅拌至AgNO3完全溶解，混合液由无色变为浅黄色再变为红棕色；将混合液快速移入具有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中；将反应釜置于170℃恒温的油浴锅中保温45小时，然后移出在室温下冷却；得到的产物用无水乙醇清洗三次，离心后得到的纳米银片保存在乙醇溶液中。例如，银纳米片为三角形，三角形银纳米片第一表面的最大尺寸例如为180nm。
示例五：
制备银纳米片的过程：使用精密天平分别称取0.18g硝酸银(AgNO3)和1.5g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，将该1.5g PVP加入到35mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在磁力搅拌器下搅拌均匀，然后在混合液中加入0.18g AgNO3，继续搅拌至AgNO3完全溶解，混合液由无色变为浅黄色再变为红棕色；将混合液快速移入具有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中；将反应釜置于150℃恒温的油浴锅中保温25小时，然后移出在室温下冷却；得到的产物用无水乙醇清洗三次，离心后得到的片状纳米银粒子纳米银片保存在乙醇溶液中，其中。例如，银纳米片为规则六边形，该规则六边形银纳米片第一表面的最大尺寸例如为150nm。
示例六：
制备银纳米片的过程：使用精密天平分别称取0.17g硝酸银(AgNO3)和1.6g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，将该1.6g PVP加入到40mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在磁力搅拌器下搅拌均匀，然后在混合液中加入0.17g AgNO3，继续搅拌至AgNO3完全溶解，混合液由无色变为浅黄色再变为红棕色；将混合液快速移入具有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中；将反应釜置于160℃恒温的油浴锅中保温22小时，然后移出在室温下冷却；得到的产物用无水乙醇清洗三次，离心后得到的片状纳米银粒子纳米银片保存在乙醇溶液中，其中。例如，银纳米片为不规则六边形，该不规则六边形银纳米片第一表面的最大尺寸例如为200nm。
例如，在上述示例中，选择N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为还原剂发生还原反应的过程不如选择硼氢化钠作为还原剂发生还原反应的程度剧烈，在反应时间、反应温度、反应体系中的表面活性剂(例如，聚乙烯吡咯烷酮(PVP))的相对含量等综合因素的影响下，会使得在还原反应的过程中聚乙烯吡咯烷酮(PVP)选择性地附着在晶核的特定的晶面上，例如，PVP选择性地附着在(100)晶面上，导致该被表面活性剂吸附的(100)晶面的生长速率慢于(110)晶面和(111)晶面的生长速度，从而造成了各向异性生长，从而可以形成金属银纳米片。
例如，本公开至少一实施例还提供一种打印墨水，该打印墨水包括上述任一导电材料，以及有机溶剂，该导电材料分散在有机溶剂中。
例如，在打印墨水中，导电材料的质量百分含量为8％～15％，有机溶剂的质量百分含量为85％～92％。
例如，导电材料的质量百分含量为8％，有机溶剂的质量百分含量为92％；再例如，导电材料的质量百分含量为10％，有机溶剂的质量百分含量为90％；又例如，导电材料的质量百分含量为12％，有机溶剂的质量百分含量为88％；又例如，导电材料的质量百分含量为15％，有机溶剂的质量百分含量为85％。
例如，该有机溶剂包括乙醇。
例如，该打印墨水还包括分散剂和添加剂，例如，该分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮，该添加剂包括乙二醇和丙三醇中的至少之一。
例如，该分散剂可以使导电材料在有机溶剂中均匀分散，该添加剂可以使导电材料与有机溶剂的相容性更好。
例如，图8为图3中的打印墨水烧结后的扫描电镜图。从图8中可以看出，银纳米片和银纳米颗粒混合的打印墨水烧结后的形貌平整规则，结合紧密，没有空隙或者裂纹。
本公开至少一实施例还提供一种打印墨水的制备方法，包括：将上述任一导电材料分散在有机溶剂中。
例如，制备银纳米颗粒和银纳米片混合型打印墨水的过程包括：以乙醇作为溶剂，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂，同时添加乙二醇、丙三醇作为添加剂，调整好打印墨水的粘度，然后将干燥的银纳米片和银纳米颗粒按特定的比例加入到混合了添加剂的溶剂中，搅拌均匀，超声分散1h，从而得到均匀分散的银纳米片和银纳米颗粒复合的打印墨水。在该打印墨水中，乙醇、乙二醇和丙三醇混合溶液中各组分的质量百分比为45％，35％和10％，导电金属纳米片和导电金属纳米颗粒的质量百分比之和为10％，导电金属纳米片和导电金属纳米颗粒的质量百分含量的比值为2:1。
在另一个示例中，在该打印墨水中，乙醇、乙二醇和丙三醇混合溶液中各组分的质量百分比为45％，30％和10％，导电金属纳米片和导电金属纳米颗粒的质量百分比之和15％，导电金属纳米片和导电金属纳米颗粒的质量百分含量的比值为3:1。
在又一个示例中，在该打印墨水中，乙醇、乙二醇和丙三醇混合溶液中各组分的质量百分比为40％，30％和10％，导电金属纳米片和导电金属纳米颗粒的质量百分比之和20％，导电金属纳米片和导电金属纳米颗粒的质量百分含量的比值为4:1。
在又一个示例中，在该打印墨水中，乙醇、乙二醇和丙三醇混合溶液中各组分的质量百分比为40％，30％和10％，导电金属纳米片和导电金属纳米颗粒的质量百分比之和20％，导电金属纳米片和导电金属纳米颗粒的质量百分含量的比值为5:1。
本公开至少一实施例还提供一种导电结构的制备方法，该制备方法包括：提供衬底基板；采用喷墨打印的方式将上述任一打印墨水形成在衬底基板上以形成导电结构。
该导电结构的制备方法还包括：对打印墨水进行干燥处理。例如，该干燥处理包括自然干燥或者在一定温度的烘箱中进行烧结。例如，该烧结的温度可以为40℃～70℃，例如，40℃、50℃、60℃或者70℃。
例如，该导电结构可以为电极或者电路线等。
本公开至少一实施例提供的导电材料、打印墨水及其制备方法以及导电结构的制备方法具有以下至少一项有益效果：
(1)在本公开至少一实施例提供的导电材料中，由于导电金属纳米片的导电性优异，且不容易发生团聚现象，这样以导电金属纳米片作为骨架，在其间隙中填充导电金属纳米颗粒可以形成致密的结构，从而可以提高该导电材料的导电性能；
(2)在本公开至少一实施例提供的打印墨水的制备方法中，对设备的成本要求低，制作过程简单，生产成本低。
有以下几点需要说明：
(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种导电材料，包括：多个导电金属纳米片和填充在所述多个导电金属纳米片之间的间隙中的导电金属纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的导电材料，其中，
每个所述导电金属纳米片包括彼此相对的第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面之间的最小距离在纳米尺度；
每个所述导电金属纳米片的所述第一表面具有沿第一方向的第一尺寸和沿第二方向的第二尺寸，所述第一方向不同于所述第二方向，所述第一尺寸和所述第二尺寸是所述最小距离的三倍以上；
每个所述导电金属纳米片的所述第二表面具有沿第三方向的第三尺寸和沿第四方向的第四尺寸，所述第三方向不同于所述第四方向，所述第三尺寸和所述第四尺寸是所述最小距离的三倍以上。
3.根据权利要求1所述的导电材料，其中，所述导电金属纳米颗粒在任何方向上的尺寸均在纳米尺度。
4.根据权利要求2所述的导电材料，其中，所述导电金属纳米片的形状包括不规则的多边形。
5.根据权利要求2所述的导电材料，其中，所述导电金属纳米片的形状包括三角形、四边形、五边形和六边形中的至少之一。
6.根据权利要求2所述的导电材料，其中，每个所述导电金属纳米片的所述第一表面的最大尺寸是所述导电金属纳米颗粒平均粒径的3～5倍。
7.根据权利要求2所述的导电材料，其中，每个所述导电金属纳米片的所述第二表面的最大尺寸是所述导电金属纳米颗粒平均粒径的3～5倍。
8.根据权利要求1所述的导电材料，其中，所述导电金属纳米片和所述导电金属纳米颗粒的材料包括金、银、铜、铝和铂中的至少之一。
9.根据权利要求8所述的导电材料，其中，所述导电金属纳米片和所述导电金属纳米颗粒的材料相同。
10.根据权利要求1所述的导电材料，其中，所述导电金属纳米片的质量百分含量大于所述导电金属纳米颗粒的质量百分含量。
11.一种打印墨水，包括：如权利要求1～10中任一项所述的导电材料和有机溶剂，其中，所述导电材料分散在所述有机溶剂中。
12.根据权利要求11所述的打印墨水，其中，所述导电材料的质量百分含量为8％～15％，所述有机溶剂的质量百分含量为85％～92％。
13.根据权利要求12所述的打印墨水，还包括分散剂和添加剂。
14.根据权利要求13所述的打印墨水，其中，所述有机溶剂包括乙醇，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮，所述添加剂包括乙二醇和丙三醇中的至少之一。
15.一种导电结构的制备方法，包括：
提供衬底基板；
采用喷墨打印的方式将如权利要求11～14中任一项所述的打印墨水形成在所述衬底基板上以形成所述导电结构。
16.根据权利要求15所述的制备方法，还包括：对打印墨水进行干燥处理。
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