CN109401440A

CN109401440A - 一种溶剂型导电墨水、制备方法以及应用

Info

Publication number: CN109401440A
Application number: CN201810990947.XA
Authority: CN
Inventors: 王家林; 李胜夏
Original assignee: Shanghai Power Fang Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Power Fang Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2019-03-01

Abstract

一种溶剂型导电银墨水、制备方法以及应用，本发明提出的一种用于喷墨打印的溶剂型金属导电墨水，其特征在于，墨水由10‑30％金属盐、1‑10％还原剂、10‑30％络合稳定剂、40‑60％溶剂以及0.1‑0.5％添加剂组成，上述各组分的质量组分之和为100％。首先将金属盐溶于稳定剂、溶剂中，然后加入还原剂，室温搅拌，后静置过夜，过滤得到澄清溶液后，再加入添加剂得到导电墨水。采用上述墨水的配置方法，形成络合物前驱体溶液，利用3D喷墨打印机，通过增材制造的方式，将所述导电墨水打印在柔性基材上，加热获得导电薄膜。此制备方法简单、成本低，且后处理温度低。所制备的溶剂型导电墨水，适合喷墨打印，避免堵塞喷孔；适合于太阳能电池、场效应晶体管、RFID等各种柔性电子器件的电极电路制备。

Description

一种溶剂型导电墨水、制备方法以及应用

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种导电墨水，尤其涉及一种溶剂型导电墨水、制备方法以及应用。

背景技术

柔性电子凭借其可弯曲、可伸缩、超轻薄、超低功耗、耐用、便携等特点，已经成为业界未来的一大趋势。可是，柔性电子产品未来要从实验室走向大规模市场化商用，成本和可量产性是其面临的重要挑战。采用喷墨打印技术可以显著降低制造柔性电子器件的成本，甚至堪比印刷报纸的成本。此外，微电子技术的发展对印刷电子材料的生产提出了更高的要求，进一步向高密、细导线、多层、高可靠性、低成本、短周期和自动化连续生产的方向发展。相对于传统印刷电子工艺，喷墨导电墨水的出现为柔性电子产业提供了一种极具优势的制作方式，但是导电墨水的性质关系到能否顺利打印以及能否实现良好的导电能力，喷墨导电墨水在柔性电子领域具有巨大应用潜力，使得它代表了薄膜印刷电子材料、甚至整个印刷电子产业的发展方向，有望成为未来改变人类生活方式的前沿技术。目前3D喷墨打印的导电墨水多是纳米颗粒分散性溶液，例如，

CN107244070A公开了一种基于导电油墨的力传感器芯片的3D打印制作方法，包括以下步骤：

1)运用激光快速成型机固化树脂材料形成预定尺寸的带有悬臂梁的树脂框架结构1；

2)将加工好的树脂框架结构1依次置于酒精、去离子水中各超声清洗处理5min；取出树脂框架结构1后将其置于烘箱中60℃烘烤10min使其完全干燥；

3)将清洁并干燥后的树脂框架结构1置于气动式喷墨打印机下，按设计的银导线与电极2的图案喷印纳米银墨水于树脂框架结构1上悬臂梁末端的预定位置，重复喷印5次；

4)取出喷印好纳米银墨水的树脂框架结构1置于强制对流烘箱中，130℃烘烤30min，取出后自然冷却至室温；

5)将冷却后的树脂框架结构1置于气动式喷墨打印机下，按设计的压阻材料薄膜3的图案喷印PEDOT:PSS墨水于树脂框架结构1上悬臂梁末端的预定位置，重复喷印10次；

6)取出喷印好PEDOT:PSS墨水的树脂框架结构1置于强制对流烘箱中，90℃烘烤30min，取出后自然冷却至室温。

CN108250845A公开了一种纳米导电墨水，按百分比计，该纳米导电墨水包括如下组成成分：金属盐：0.5-1.5％；还原剂：1-3％；保护胶体：1-5％和水90.5-97.5％。优选的，所述金属盐为银盐或铜盐。优选的，所述银盐为硝酸银、氯化银或银氰化钾。优选的，所述铜盐为硫酸铜、氯化铜或硝酸铜。优选的，所述还原剂为次磷酸钠、水合肼、甲醛、抗坏血酸、连二亚硫酸钠、硼氢化钠、葡萄糖、单宁或氢酮中的一种。优选的，所述保护胶体为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、明胶或聚乙烯醇的中的一种。

然而，使用传统的金属纳米颗粒分散液，其纳米颗粒易发生团聚、稳定性差，且在制备电极电路时往往需要高温处理，且处理时间较长。因此，在使用喷墨打印技术制备柔性电子器件电极电路时，面临着巨大的挑战。一方面，柔性电子器件需要使用塑料基底，这些塑料基底难以承受长时间高温处理。另一方面，对于喷墨打印技术制备电极电路时，纳米分散型导电墨水，极易造成喷孔堵塞，使喷墨质量变差，甚至使喷头无法继续使用。

发明内容

本发明目的在于克服上述墨水易发生团聚，稳定性差，喷墨打印时易堵头，后处理温度高，处理时间长等缺陷，提供一种溶剂型导电墨水以及制备方法，溶剂型导电墨水，通过形成络合物前驱体溶液，在加热时反应生成导电薄膜，保证导电薄膜致密平整。喷墨打印时不易堵头；且后处理温度低，处理时间短。可满足多种柔性电子器件的电极电路，如有机太阳能电池电极、场效应晶体管、以及其他电极电路的制备需求。

根据本发明的一方面，提供一种用于喷墨打印的溶剂型金属导电墨水，其特征在于，墨水由10-30％金属盐、1-10％还原剂、10-30％络合稳定剂、40-60％溶剂以及0.1-0.5％添加剂组成，上述各组分的质量组分之和为100％。

优选的，其中金属盐为硝酸银、乙酸银、草酸银、柠檬酸银、酒石酸银、硫酸银、碳酸银、磷酸银中的一种。

优选的，其中还原剂为甲酸、硼氢化钠、硼氢化钾、水合肼、乙酰肼、甲基二乙醇胺、二甲基胺硼烷或者柠檬酸三钠中的一种或几种。

优选的，所述络合稳定剂为氨水、乙胺、二乙胺、三乙胺、丙胺、二丙胺、2-羟基丙胺、甲氧基丙胺、正丁胺、异丁胺、正辛胺、异辛胺、乙醇胺、乙氧基胺、乙二胺、丙二胺、己二胺、三乙胺、三乙二胺中的一种或几种共混。

优选的，所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇、乙二醇、二甲基亚砜、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺、1,2-丙二醇、丙三醇、聚乙二醇、2,3-丁二醇、丙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇单甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或几种共混。

优选的，所述的添加剂为甲基纤维素、羟甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、低分子聚乙烯蜡、聚丙烯酰胺中的一种。

本发明的另一方面，提供一种用于喷墨打印的溶剂型金属导电墨水的配置方法，首先将金属盐溶于稳定剂、溶剂中，然后加入还原剂，室温搅拌，后静置过夜，过滤得到澄清溶液后，再加入添加剂得到导电墨水。

本发明的另一方面，提供一种用于喷墨打印的溶剂型金属导电墨水的应用，其特征在于，采用上述墨水的配置方法，形成络合物前驱体溶液，通过3D打印增材制造的方式，将所述导电墨水打印在柔性基材上，加热获得导电薄膜。

优选的，其中柔性基材为PET(对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethyleneterephthalate PET))、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylene naphthalate PEN))、PI(聚酰亚胺(Polyimide PI))基底。

优选的，所述导电薄膜应用于有机太阳能电池电极、场效应晶体管。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明的溶剂型导电墨水，制备方法简单、成本低，且后处理温度低。

溶剂型导电墨水，适合喷墨打印，避免堵塞喷孔；适合于柔性器件的电极电路制备。

具体实施方式

下面结合具体实施方式详细介绍本发明的内容。

本发明提出的一种用于喷墨打印的溶剂型金属导电墨水，其特征在于，墨水由10-30％金属盐、1-10％还原剂、10-30％络合稳定剂、40-60％溶剂以及0.1-0.5％添加剂组成，上述各组分的质量组分之和为100％。

其配置方法，首先将金属盐溶于稳定剂、溶剂中，然后加入还原剂，室温搅拌，后静置过夜，过滤得到澄清溶液后，再加入添加剂得到导电墨水。

采用上述墨水的配置方法，形成络合物前驱体溶液，通过3D打印增材制造的方式，将所述导电墨水打印在柔性基材上，加热获得导电薄膜。

实施例1

将1g草酸银溶于2.5mL氨水、10mL乙醇与1mL乙二醇中，然后加入0.2mL甲酸，室温搅拌10min，后静置过夜，过滤得到澄清溶液后，再加入0.5％的聚乙烯醇得到导电墨水，室温下粘度5.62mPa·s。将导电墨水使用3D打印机，打印在柔性PET基材上，然后130℃加热2min，方阻1.2Ω/□。

实施例2

将0.5g乙酸银溶于0.5mL乙胺和0.5mL异辛胺中，室温下搅拌至固体完全溶解。然后分别加入0.8mL甲基二乙醇胺、1mL0.5％羟乙基纤维素甲醇溶液。静置过夜得到澄清导电墨水，室温下粘度4.76mPa·s。将导电墨水使用3D打印机，打印在柔性PET基材上，然后150℃加热2min，方阻0.8Ω/□。

本文中的具体实施方式仅是本发明的几个比较典型实施例，但是这样的描述并不用来以任何方式限定本发明，凡是本权利要求所保护的半导体柔性光敏器件及制备方法范畴内均属于本发明范畴。

Claims

1.一种用于喷墨打印的溶剂型金属导电墨水，其特征在于，墨水由10-30％金属盐、1-10％还原剂、10-30％络合稳定剂、40-60％溶剂以及0.1-0.5％添加剂组成，上述各组分的质量组分之和为100％。

2.如权利要求1所述的墨水，其中金属盐为硝酸银、乙酸银、草酸银、柠檬酸银、酒石酸银、硫酸银、碳酸银、磷酸银中的一种。

3.如权利要求1所述的墨水，其中还原剂为甲酸、硼氢化钠、硼氢化钾、水合肼、乙酰肼、甲基二乙醇胺、二甲基胺硼烷或者柠檬酸三钠中的一种或几种。

4.如权利要求1所述的墨水，所述络合稳定剂为氨水、乙胺、二乙胺、三乙胺、丙胺、二丙胺、2-羟基丙胺、甲氧基丙胺、正丁胺、异丁胺、正辛胺、异辛胺、乙醇胺、乙氧基胺、乙二胺、丙二胺、己二胺、三乙胺、三乙二胺中的一种或几种共混。

5.如权利要求1所述的墨水，所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇、乙二醇、二甲基亚砜、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺、1,2-丙二醇、丙三醇、聚乙二醇、2,3-丁二醇、丙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇单甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或几种共混。

6.如权利要求1所述的墨水，所述的添加剂为甲基纤维素、羟甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、低分子聚乙烯蜡、聚丙烯酰胺中的一种。

7.一种如权利要求1-6所述的用于喷墨打印的溶剂型金属导电墨水的配置方法，首先将金属盐溶于稳定剂、溶剂中，然后加入还原剂，室温搅拌，后静置过夜，过滤得到澄清溶液后，再加入添加剂得到导电墨水。

8.一种如权利要求1-6所述的用于喷墨打印的溶剂型金属导电墨水的应用，其特征在于，采用如权利要求7所述墨水的配置方法，形成络合物前驱体溶液，通过3D打印增材制造的方式，将所述导电墨水打印在柔性基材上，加热获得导电薄膜。

9.如权利要求8所述的应用，其中柔性基材为PET(对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethyleneterephthalate PET))、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylene naphthalate PEN))、PI(聚酰亚胺(Polyimide PI))基底。

10.如权利要求9所述的应用，所述导电薄膜可应用于有机太阳能电池电极、场效应晶体管、RFID标签。