CN108517150A - 一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子信息产品领域，具体涉及一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水及其制备方法；按质量百分比计算，包括以下组分：含银前驱液：10～20％；交联剂：1～3％；表面助剂：1～5％；墨水溶剂：余量；且上述各组分的质量百分比含量之和为100％；按质量百分比称含银前驱液、墨水溶剂、交联剂和表面助剂，然后依次向溶剂中加入纳米银、交联剂和表面助剂，在室温下混合搅拌30～90min，用滤膜孔径为10～40μm的滤膜过滤，得到导电银墨水；本发明提供了一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水及其制备方法，制备工艺简单、环境友好、热处理温度低、附着力好、稳定性强。

Description

一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子信息产品领域，具体涉及一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水及其制备方法。

背景技术

在电子信息领域，导电膜是一类应用广泛的产品。其特点之一就是具有高导电性能。特别是近几年柔性穿戴设备的出现，对柔性导电膜的需求越来越大，受到了人们的大量关注。

功能墨水由于适用于印刷工艺，可通过喷墨打印、丝网印刷、喷涂、旋涂、提拉、直接书写等方法制备无线射频、太阳能电池、柔性显示等器件。金属银具有优良的导电性能，有大量研究关注于如何把金属银加入到功能墨水中，使其具备优良的导电性能。其中纳米线和纳米颗粒都可以在基质材料上形成良好的导电线路，而且其原料易得、工艺简单，是目前导电墨水的发展方向之一。为了让导电墨水能在各种基质材料上具有良好的附着力，同时具备优良的导电性能，往往需要在其中加入大量的有机助剂，比如羟丙基甲基纤维素等。这类助剂的加入常常使得导电薄膜的后续处理变得困难，例如去除困难、分解温度增高等。另外由于纳米银本身具有重量，其悬浮液在长时间放置后会有不同程度的沉淀，严重时会产生银镜反应，严重影响了导电银墨水的成膜质量。同时目前市场上喷墨打印机的喷头多是基于加热的热喷头，在喷墨打印的瞬间会把墨水加热至200～300℃，对于普通的颗粒型的纳米银导电墨水，很容易导致喷头堵塞。这些问题都限制了颗粒型纳米银导电墨水的应用发展。

如公开号为CN105419488A的中国发明专利公开了一种无颗粒型银基导电墨水及其制备方法与应用，由以下重量百分比的原料制成：金属银盐20-55％，醇胺溶液30-50％，还原剂10-30％，添加剂0.3-0.5％；将金属银盐置于醇胺溶液中，混合均匀，在搅拌条件下加入还原剂，反应5-30min，再加入添加剂调节墨水的黏度和表面张力，过滤，即得到无颗粒型银基导电墨水。

本发明的无颗粒型银基导电墨水的黏度为6-14cp，表面张力为30-60mN/m。墨水具有较好的微喷射性能，墨水的黏度和表面张力特别适于喷墨打印。但在该发明中，通过使用还原剂虽然可以降低热处理温度，但同时也增加了墨水的不稳定性程度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水及其制备方法，制备工艺简单、环境友好、热处理温度低、附着力好、稳定性强。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水，按质量百分比计算，包括以下组分：

含银前驱液：10～20％；

交联剂：1～3％；

表面助剂：1～5％；

墨水溶剂：余量；

且上述各组分的质量百分比含量之和为100％。

优选的，含银前驱液为乙酸银、三氟乙酸银、氰尿酸银、对甲苯磺酸银中的一种或几种混合。

优选的，墨水溶剂为乙二醇、乙醇、环己烷、异丙醇和水中的一种或几种的混合。

优选的，交联剂为聚酰胺、N,N-二甲基对烷基氧化苯胺、十二烷基二甲基氧化叔胺中的一种或几种的混合。

优选的，表面助剂为羟甲基淀粉、松油醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种的混合。

一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水的制备方法，包括以下步骤：

按质量百分比称含银前驱液、墨水溶剂、交联剂和表面助剂，然后依次向溶剂中加入纳米银、交联剂和表面助剂，在室温下混合搅拌30～90min，用滤膜孔径为10～40μm的滤膜过滤，得到导电银墨水。

有益效果：

本发明通过选用含银前驱液为乙酸银、三氟乙酸银、氰尿酸银、对甲苯磺酸银中的一种或几种混合作为银源来制备导电银墨水，避免了颗粒型纳米银作为银源使用的情况，而且在室温下能保存一段时间，悬浮液在长时间放置后不会产生沉淀现象，从而改善了导电银墨水的成膜质量；由于银对光源敏感且无颗粒银导电墨水在还原剂存在的情况下，当遇到光和温度较高时，墨水会分解同时银颗粒出现，影响了导电墨水的稳定性，而本发明通过含银前驱液、墨水溶剂、表面助剂和交联剂进行反应络合形成络合物，不会发生团聚现象，墨水经过后期热处理后其中的有机溶剂完全挥发，本发明通过合理控制表面助剂和交联剂加入的量，使导电墨水具有良好的稳定性，而银络合物分解成具有导电性的金属银，同时分解时具有低的热处理温度；本发明通过采用滤膜孔径为10～40μm的滤膜过滤，避免了使用离心或超声分散的方式，降低了成本，同时利用率高；本发明提供的热喷墨喷头应用的导电银墨水，其制备工艺简单、环境友好、热处理温度低、附着力好、稳定性强。适用于印刷工艺，可通过喷墨打印、丝网印刷、喷涂、旋涂、提拉、直接书写等方法制备无线射频、太阳能电池、柔性显示等器件。

附图说明

图1为本发明实施例2中制备的导电银膜的XRD图谱；

图2为本发明实施例2中制备的导电银膜的SEM图谱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水，按质量百分比计算，包括以下组分：

含银前驱液：18％；

交联剂：1％；

表面助剂：1％；

墨水溶剂：80％；

且上述各组分的质量百分比含量之和为100％。

优选的，含银前驱液为乙酸银。

优选的，墨水溶剂为乙二醇。

优选的，交联剂为聚酰胺。

优选的，表面助剂为羟甲基淀粉。

一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水的制备方法，包括以下步骤：

按质量百分比称含银前驱液、墨水溶剂、交联剂和表面助剂，然后依次向溶剂中加入纳米银、交联剂和表面助剂，在室温下混合搅拌60min，用滤膜孔径为10μm的滤膜过滤，得到导电银墨水。

实施例2：

一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水，按质量百分比计算，包括以下组分：

含银前驱液：10％；

交联剂：2％；

表面助剂：4％；

墨水溶剂：84％；

且上述各组分的质量百分比含量之和为100％。

优选的，含银前驱液为氰尿酸银。

优选的，墨水溶剂为乙二醇和水的体积比2:1混合而成。

优选的，交联剂为聚酰胺。

优选的，表面助剂为松油醇。

一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水的制备方法，包括以下步骤：

按质量百分比称含银前驱液、墨水溶剂、交联剂和表面助剂，然后依次向溶剂中加入纳米银、交联剂和表面助剂，在室温下混合搅拌60min，用滤膜孔径为10μm的滤膜过滤，得到导电银墨水。

由图1可知，在衍射角从30-90°的扫描范围内，样品存在四个衍射峰，对应于银的(111)，(200)，(220)，(311)和(222)晶面，且不存在其他衍射峰，表明得到的是具有面心立方结构的单质银；由图2可知，导电银膜具有微观组织均匀分布、尺寸较为均匀，无杂质出现。

实施例3：

一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水，按质量百分比计算，包括以下组分：

含银前驱液：14％；

交联剂：1.5％；

表面助剂：2.5％；

墨水溶剂：82％；

且上述各组分的质量百分比含量之和为100％。

优选的，含银前驱液为氰尿酸银。

优选的，墨水溶剂为乙醇和水的体积比2:1混合而成。

优选的，交联剂为十二烷基二甲基氧化叔胺。

优选的，表面助剂为聚乙烯吡咯烷酮。

一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水的制备方法，包括以下步骤：

按质量百分比称含银前驱液、墨水溶剂、交联剂和表面助剂，然后依次向溶剂中加入纳米银、交联剂和表面助剂，在室温下混合搅拌60min，用滤膜孔径为10μm的滤膜过滤，得到导电银墨水。

实施例4：

一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水，按质量百分比计算，包括以下组分：

含银前驱液：12％；

交联剂：1％；

表面助剂：3％；

墨水溶剂：84％；

且上述各组分的质量百分比含量之和为100％。

优选的，含银前驱液为对甲苯磺酸银。

优选的，墨水溶剂为异丙醇和水的体积比2:1混合而成。

优选的，交联剂为聚酰胺。

优选的，表面助剂为羟甲基淀粉。

一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水的制备方法，包括以下步骤：

按质量百分比称含银前驱液、墨水溶剂、交联剂和表面助剂，然后依次向溶剂中加入纳米银、交联剂和表面助剂，在室温下混合搅拌60min，用滤膜孔径为10μm的滤膜过滤，得到导电银墨水。

实施例5：

一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水，按质量百分比计算，包括以下组分：

含银前驱液：12％；

交联剂：3％；

表面助剂：5％；

墨水溶剂：80％；

且上述各组分的质量百分比含量之和为100％。

优选的，含银前驱液为三氟乙酸银。

优选的，墨水溶剂为环己烷和水的体积比2:1混合而成。

优选的，交联剂为十二烷基二甲基氧化叔胺中。

优选的，表面助剂为聚乙烯吡咯烷酮。

一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水的制备方法，包括以下步骤：

按质量百分比称含银前驱液、墨水溶剂、交联剂和表面助剂，然后依次向溶剂中加入纳米银、交联剂和表面助剂，在室温下混合搅拌60min，用滤膜孔径为10μm的滤膜过滤，得到导电银墨水。

对比例1：

一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水，按质量百分比计算，包括以下组分：

含银前驱液：10％；

交联剂：5％；

表面助剂：5％；

墨水溶剂：80％；

且上述各组分的质量百分比含量之和为100％。

优选的，含银前驱液为三氟乙酸银。

优选的，墨水溶剂为环己烷和水的体积比2:1混合而成。

优选的，交联剂为十二烷基二甲基氧化叔胺中。

优选的，表面助剂为聚乙烯吡咯烷酮。

一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水的制备方法，包括以下步骤：

按质量百分比称含银前驱液、墨水溶剂、交联剂和表面助剂，然后依次向溶剂中加入纳米银、交联剂和表面助剂，在室温下混合搅拌60min，用滤膜孔径为10μm的滤膜过滤，得到导电银墨水。

对比例2：

一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水，按质量百分比计算，包括以下组分：

含银前驱液：10％；

交联剂：3％；

表面助剂：7％；

墨水溶剂：80％；

且上述各组分的质量百分比含量之和为100％。

优选的，含银前驱液为三氟乙酸银。

优选的，墨水溶剂为环己烷和水的体积比2:1混合而成。

优选的，交联剂为十二烷基二甲基氧化叔胺中。

优选的，表面助剂为聚乙烯吡咯烷酮。

一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水的制备方法，包括以下步骤：

按质量百分比称含银前驱液、墨水溶剂、交联剂和表面助剂，然后依次向溶剂中加入纳米银、交联剂和表面助剂，在室温下混合搅拌60min，用滤膜孔径为10μm的滤膜过滤，得到导电银墨水。

将本发明中实施例1、2、3、4、5、对比例1和对比例2所制备的导电银墨水进行数据测试，得到各项指标数据如下表：

由表中数据可知，本发明所制备的导电银墨水附着力强度为5A，其附着力较好；电阻率为0.5～1.2×10^-4Ω.mm，当其导电性较好；当对比例1中交联剂为5％和对比例2中表面助剂为7％时，导致其稳定性变差。

本发明提供的导电银墨水，其制备工艺简单、环境友好、热处理温度低、附着力好。适用于印刷工艺，可通过喷墨打印、丝网印刷、喷涂、旋涂、提拉、直接书写等方法制备无线射频、太阳能电池、柔性显示等器件。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.根据权利要求1所述的一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水，其特征在于，按质量百分比计算，包括以下组分：

含银前驱液：10～20％；

交联剂：1～3％；

表面助剂：1～5％；

墨水溶剂：余量；

且上述各组分的质量百分比含量之和为100％。

2.根据权利要求1所述的一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水，其特征在于：所述含银前驱液为乙酸银、三氟乙酸银、氰尿酸银、对甲苯磺酸银中的一种或几种混合。

3.根据权利要求1所述的一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水，其特征在于：所述墨水溶剂为乙二醇、乙醇、环己烷、异丙醇和水中的一种或几种的混合。

4.根据权利要求1所述的一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水，其特征在于：所述交联剂为聚酰胺、N,N-二甲基对烷基氧化苯胺、十二烷基二甲基氧化叔胺中的一种或几种的混合。

5.根据权利要求1所述的一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水，其特征在于：所述表面助剂为羟甲基淀粉、松油醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种的混合。

6.根据权利要求1所述的一种基于热喷墨喷头应用的导电银墨水的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按质量百分比称含银前驱液、墨水溶剂、交联剂和表面助剂，然后依次向溶剂中加入纳米银、交联剂和表面助剂，在室温下混合搅拌30～90min，用滤膜孔径为10～40μm的滤膜过滤，得到导电银墨水。