CN111128442B

CN111128442B - 一种液态金属导电浆料及其制备方法、电子器件

Info

Publication number: CN111128442B
Application number: CN202010014303.4A
Authority: CN
Inventors: 门振龙; 董仕晋
Original assignee: Beijing Dream Ink Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Dream Ink Technology Co Ltd
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2021-12-03
Anticipated expiration: 2040-01-07
Also published as: CN111128442A

Abstract

本发明提供一种液态金属导电浆料及其制备方法、电子器件，涉及新材料技术领域。按重量百分比计，本发明提供的液态金属导电浆料包括：10％～60％的液态金属，30％～70％的导电粉体，0.1％～0.5％的助剂，2％～15％的基础树脂，1％～7.5％的固化剂；其中，所述液态金属为熔点低于室温的金属单质或合金，所述基础树脂为热固性环氧树脂、改性热固性环氧树脂中的一种或几种。本发明的技术方案能够减小印刷图案在固化过程中的收缩率，提高印刷效果。

Description

一种液态金属导电浆料及其制备方法、电子器件

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种液态金属导电浆料及其制备方法、电子器件。

背景技术

近年来，随着电子信息技术的迅猛发展，市场对印刷导电材料的特异性和功能性要求越来越苛刻。导电材料逐渐由最初的金属、碳等单一材料发展为复合导电浆料。

目前公开了较多专利和文献中，已有研究人员用树脂材料、液态金属、各类导电粉体等配合加工制造成可固化型复合导电浆料，但是发明人发现，现有技术中所用的树脂材料多为粘度较大的热塑性树脂，导致在复合导电浆料体系中含有大量溶剂及稀释剂。上述溶剂和稀释剂在固化过程中的挥发，会使得印刷图案在固化过程中具有较大的收缩率，影响印刷效果。

发明内容

本发明提供一种液态金属导电浆料及其制备方法、电子器件，可以减小印刷图案在固化过程中的收缩率，提高印刷效果。

第一方面，本发明提供一种液态金属导电浆料，采用如下技术方案：

按重量百分比计，所述液态金属导电浆料包括：10％～60％的液态金属， 30％～70％的导电粉体，0.1％～0.5％的助剂，2％～15％的基础树脂，1％～7.5％的固化剂；其中，所述液态金属为熔点低于室温的金属单质或合金，所述基础树脂为热固性环氧树脂、改性热固性环氧树脂中的一种或几种。

可选地，所述液态金属包括镓铟合金、镓锡合金、镓单质、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金中的一种或几种。

可选地，所述液态金属以液态金属液滴的形式分布于所述液态金属导电浆料中。

进一步地，所述液态金属液滴的直径为0.1μm～10μm。

可选地，所述导电粉体包括银粉、铜粉、银包铜粉、铁粉、铁镍粉中的一种或几种。

可选地，所述导电粉体为片状银粉、球状银粉、棒状银粉、针状银粉、树枝状银粉中的一种或几种。

可选地，所述固化剂为潜伏型固化剂。

可选地，所述助剂包括分散剂、润湿剂、消泡剂中的一种或几种。

第二方面，本发明提供一种液态金属导电浆料的制备方法，采用如下技术方案：

所述液态金属导电浆料的制备方法包括：

步骤S1、按比例称量液态金属与基础树脂，并分散形成均一的材料；

步骤S2、称量导电粉体及各类助剂，并与步骤S1所得的材料混合，并分散得到均一的第一复合材料；

步骤S3、按比例称量固化剂加入步骤S2得到的复合材料中，并分散得到均一的第二复合材料；

步骤S4、对所述第二复合材料进行脱泡处理，得到液态金属导电浆料。

第三方面，本发明提供一种电子器件，所述电子器件包括导电线路，所述导电线路由以上任一项所述的液态金属导电浆料制成。

本发明提供了一种液态金属导电浆料及其制备方法、电子器件，该液态金属导电浆料包括：10％～60％的液态金属，30％～70％的导电粉体，0.1％～0.5％的助剂，2％～15％的基础树脂，1％～7.5％的固化剂，由于其中的基础树脂为热固性环氧树脂、改性热固性环氧树脂中的一种或几种，同时液态金属在液态金属导电浆料中以液态存在，使得液态金属导电浆料具有较小的粘度，无需向其中额外添加稀释剂和溶剂，使得在液态金属导电浆料的固化过程中无稀释剂、溶剂等挥发，进而可以大大减小印刷图案在固化过程中的收缩率，提高印刷效果，另外，其中的液态金属为熔点低于室温的金属单质或合金，即在室温下液态金属呈液态，具有很好的流动性，还可以使固化后的印刷图案在受到拉伸等变形时，液态金属可以填补导电粉体的空隙，使印刷图案保持较好的电阻稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的液态金属导电浆料的制备方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的液态金属与基础树脂混合所得材料的扫描电镜图。

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中的附图，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做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。

需要说明的是，在不冲突的情况下本发明实施例中的各技术特征均可以相互结合。

本发明实施例提供一种液态金属导电浆料，具体地，按重量百分比计，该液态金属导电浆料包括：10％～60％的液态金属，30％～70％的导电粉体， 0.1％～0.5％的助剂，2％～15％的基础树脂，1％～7.5％的固化剂；其中，液态金属为熔点低于室温的金属单质或合金，基础树脂为热固性环氧树脂、改性热固性环氧树脂中的一种或几种。

其中，基础树脂作为成膜物，导电粉体和液态金属作为导电功能相，固化剂用于促进基础树脂固化，助剂用于提升液态金属导电浆料的综合性能。

示例性地，液态金属导电浆料中基础树脂的重量百分比为2％、5％、7％、 10％或者15％；液态金属导电浆料中导电粉体的重量百分比为30％、40％、 50％、60％或者70％；液态金属导电浆料中固化剂的重量百分比为1％、2％、 3％、4％、5％、6％、7％或者7.5％；液态金属导电浆料中液态金属的重量百分比为10％、20％、30％、40％、50％或者60％；液态金属导电浆料中助剂的重量百分比为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％或者0.5％。

由于上述液态金属导电浆料中的基础树脂为热固性环氧树脂、改性热固性环氧树脂中的一种或几种，同时液态金属在液态金属导电浆料中以液态存在，使得液态金属导电浆料具有较小的粘度，无需向其中额外添加稀释剂和溶剂，使得在液态金属导电浆料的固化过程中无稀释剂、溶剂等挥发，进而可以大大减小印刷图案在固化过程中的收缩率，提高印刷效果，另外，其中的液态金属为熔点低于室温的金属单质或合金，即在室温下液态金属呈液态，具有很好的流动性，还可以使固化后的印刷图案在受到拉伸等变形时，液态金属可以填补导电粉体的空隙，使印刷图案保持较好的电阻稳定性。

本发明实施例中的液态金属导电浆料固化后最高可达到10⁷S/m量级的电导率用。

本发明实施例中的液态金属导电浆料可以适用于丝网印刷、柔版印刷、转移印刷、挤出式点胶、钢网印刷等成型工艺，成型后加热即可固化。本发明实施例中的液态金属导电浆料中的液态金属在成型前均匀分散，在成型过程中不产生任何相分离或金属溢出现象。

本发明实施例中的液态金属导电浆料可以在PET、PVC、PI、PMMA、 PC、ABS、PE、PP、PU等多种非金属基材上印刷，可满足现代工业不同领域对液态金属导电浆料功能性的要求。

为了便于本领域技术人员理解和实施，下面本发明实施例对上述液态金属导电浆料中的各组分进行详细说明。

可选地，本发明实施例中液态金属包括镓铟合金、镓锡合金、镓单质、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金中的一种或几种。

可选地，本发明实施例中液态金属以液态金属液滴的形式分布于液态金属导电浆料中，以使液态金属导电浆料制成的导电线路的各个位置均有较好的柔性。

进一步地，本发明实施例中选择液态金属液滴的直径为0.1μm～10μm。以上直径范围的液态金属液滴较易制备，且在成型过程中不产生任何相分离或金属溢出现象，在成型后热固化过程中印刷图案表面不容易擦拭渗出液态金属，且印刷图案收缩率小，在印刷图案受到强力挤压时将液态金属释放出来，形成满足拉伸、弯曲变化过程中，可填补导电通路的液态流体导电通路。

可选地，本发明实施例中导电粉体包括银粉、铜粉、银包铜粉、铁粉、铁镍粉中的一种或几种。优选地，导电粉体为片状银粉、球状银粉、棒状银粉、针状银粉、树枝状银粉中的一种或几种。

可选地，本发明实施例中固化剂为潜伏型固化剂，选用潜伏型固化剂的好处在于固化剂具有潜伏性，即在加热固化之前固化剂不起作用，加之液态金属导电浆料中不添加任何稀释剂及溶剂，不会破坏潜伏型固化剂的潜伏性，使得液态金属导电浆料具有较好的稳定性，在室温下可以稳定存储一个月，低温存储条件下可以存储六个月。潜伏型固化剂可以为双氰胺固化剂、有机酰肼类固化剂、改性咪唑、聚胺型固化剂等中的一种或几种。

可选地，本发明实施例中助剂包括分散剂、润湿剂、消泡剂中的一种或几种，具体可以根据液态金属导电浆料的目标性能和目标工艺进行选择。其中，分散剂可以包括阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和高分子表面活性剂中的一种或几种。

此外，本发明实施例还提供一种液态金属导电浆料的制备方法，用于制备以上任一项所述的液态金属导电浆料，具体地，如图1所示，图1为本发明实施例提供的液态金属导电浆料的制备方法的流程图，液态金属导电浆料的制备方法包括：

可选地，通过转速为500r/min～1000r/min的球磨工艺对液态金属和基础树脂进行分散。

如图2所示，图2为本发明实施例提供的液态金属与基础树脂混合所得材料的扫描电镜图，液态金属均匀分布在基础树脂中。

可选地，通过转速为500r/min～3000r/min的机械搅拌工艺将导电粉体、各类助剂与步骤S1所得的材料混合均匀，得到第一复合材料。

可选地，通过转速为500r/min～3000r/min的机械搅拌工艺将固化剂与步骤S2所得的材料混合均匀，得到第二复合材料。

步骤S4、对第二复合材料进行脱泡处理，得到液态金属导电浆料。

可选地，利用真空脱泡机脱出第二复合材料中的气泡。

其中，液态金属为熔点低于室温的金属单质或合金，基础树脂为热固性环氧树脂、改性热固性环氧树脂中的一种或几种。

在以上制备方法中，由于使用低粘度的环氧树脂及低粘度的改性环氧树脂与液态金属进行球磨分散，使液态金属分散成极小的液滴，由于液态金属的特殊性能(如表面张力大、粘度低等)，使得液态金属与基础树脂混合分散后的材料的粘度仍然较小，可以继续添加导电粉体，同时液态金属本身是电的良导体与导电粉体共同作用增加体系的导电性。

此外，本发明实施例还提供一种电子器件，电子器件包括导电线路，导电线路由以上任一项所述的液态金属导电浆料制成。上述电子器件可以为柔性传感器、可穿戴设备、柔性电子标签、FPC电路板等任何需要使用导电线路的电子器件，尤其适用于需要柔性的导电线路的电子器件。

为了便于更好地实施本发明中的液态金属导电浆料，下面本发明提供几个具体实施例进行举例说明。

实施例1：

液态金属导电浆料：

组成	类型	用量(g)
			液态金属	镓铟锡共晶合金	50
导电粉体	片状银粉	34
			树脂	环氧树脂	10
固化剂	潜伏型固化剂	4
			分散剂	高分子分散剂	1
消泡剂	有机硅消泡剂	1

液态金属导电浆料的制备方法包括：

步骤S1、称量100g液态金属与20g环氧树脂加入到玛瑙球磨罐中，在 600r/min条件下球磨分散2h形成均一的材料；

步骤S2、称量1g分散剂，1g消泡剂，34g片状银粉，并与步骤S1所得的材料共同加入到不锈钢离心杯中，在1000r/min离心分散1min得到均一的第一复合材料；

步骤S3、称量4g固化剂加入到步骤S2得到的第一复合材料中，在 1000r/min离心分散1min得到均一的第二复合材料；

步骤S4、利用真空脱泡脱出第二复合材料中的气泡，得到液态金属导电浆料。

所得液态金属导电浆料的粘度为59000cp，不添加稀释剂，印刷后在 120℃下热交联。实施例1的液态金属导电浆料的印刷图案的方阻为 120mΩ(25.4微米)，印刷过程无液态金属渗出。

实施例2：

液态金属导电浆料：

组成	类型	用量(g)
			液态金属	镓铟锡共晶合金	10
导电粉体	片状银粉	74
			树脂	环氧树脂	10
固化剂	潜伏型固化剂	4
			分散剂	高分子分散剂	1
消泡剂	有机硅消泡剂	1

液态金属导电浆料的制备方法包括：

步骤S1、称量50g液态金属与50g环氧树脂加入到玛瑙球磨罐中，在 600r/min条件下球磨分散2h形成均一的材料；

步骤S2、称量1g分散剂，1g消泡剂，74g片状银粉，并与步骤S1所得的材料共同加入到不锈钢离心杯中，在1000r/min离心分散1min得到均一的第一复合材料；

所得液态金属导电浆料的粘度为100000cp，不添加稀释剂，印刷后在120℃下热交联。实施例2的液态金属导电浆料的印刷图案的方阻为30mΩ (25.4微米)，印刷过程无液态金属渗出。

实施例3：

液态金属导电浆料：

组成	类型	用量(g)
			液态金属	镓铟锡共晶合金	40
导电粉体	片状银粉	45
			树脂	柔性环氧树脂	10
固化剂	潜伏型固化剂	3
			分散剂	高分子分散剂	1
消泡剂	有机硅消泡剂	1

液态金属导电浆料的制备方法包括：

步骤S1、称量80g液态金属与20g环氧树脂加入到玛瑙球磨罐中，在 600r/min条件下球磨分散2h形成均一的材料；

步骤S2、称量1g分散剂，1g消泡剂，45g片状银粉，并与步骤S1所得的材料共同加入到不锈钢离心杯中，在1000r/min离心分散1min得到均一的第一复合材料；

步骤S3、称量3g固化剂加入到步骤S2得到的第一复合材料中，在 1000r/min离心分散1min得到均一的第二复合材料；

所得液态金属导电浆料的粘度为60000cp，不添加稀释剂，印刷后在 80℃下热交联。实施例3的液态金属导电浆料的印刷图案的方阻为50mΩ(25.4微米)，印刷过程无液态金属渗出，固化后有很好的柔韧性。

实施例4：

液态金属导电浆料：

组成	类型	用量(g)
			液态金属	镓铟锡共晶合金	50
导电粉体	片状银粉	35
			树脂	柔性环氧树脂	10
固化剂	潜伏型固化剂	3
			分散剂	高分子分散剂	1
消泡剂	有机硅消泡剂	1

液态金属导电浆料的制备方法包括：

步骤S2、称量1g分散剂，1g消泡剂，35g片状银粉，并与步骤S1所得的材料60g共同加入到不锈钢离心杯中，在1000r/min离心分散1min得到均一的第一复合材料；

所得液态金属导电浆料的粘度为50000cp，不添加稀释剂，印刷后在 80℃下热交联。实施例4的液态金属导电浆料的印刷图案的方阻为80mΩ (25.4微米)，印刷过程无液态金属渗出，固化后有很好的柔韧性。

对比例1

导电浆料：

组成	类型	用量(g)
			导电粉体	片状银粉	85
树脂	柔性环氧树脂	10
			固化剂	潜伏型固化剂	3
分散剂	高分子分散剂	1
			消泡剂	有机硅消泡剂	1

导电浆料的制备方法包括：

步骤S1、称量10g环氧树脂，1g分散剂，1g消泡剂，85g片状银粉，共同加入到不锈钢离心杯中，在1000r/min离心分散1min得到均一的复合材料；

步骤S2、称量3g固化剂加入到步骤S1得到的复合材料中，在1000r/min 离心分散1min得到均一的混合物；

步骤S3、利用真空脱泡脱出混合物中的气泡，得到导电浆料。

所得导电浆料的粘度为250000cp，不添加稀释剂，印刷后在80℃下热交联。对比例1的导电浆料的印刷图案的方阻为20mΩ(25.4微米)，导电浆料粘度过大不适合连续印刷。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims

1.一种液态金属导电浆料，其特征在于，按重量百分比计，所述液态金属导电浆料由10％～60％的液态金属，30％～70％的导电粉体，0.1％～0.5％的助剂，2％～15％的基础树脂，1％～7.5％的固化剂组成；其中，所述液态金属为熔点低于室温的金属单质或合金，所述基础树脂为低粘度的热固性环氧树脂、低粘度的改性热固性环氧树脂中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的液态金属导电浆料，其特征在于，所述液态金属包括镓铟合金、镓锡合金、镓单质、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的液态金属导电浆料，其特征在于，所述液态金属以液态金属液滴的形式分布于所述液态金属导电浆料中。

4.根据权利要求3所述的液态金属导电浆料，其特征在于，所述液态金属液滴的直径为0.1μm～10μm。

5.根据权利要求1所述的液态金属导电浆料，其特征在于，所述导电粉体包括银粉、铜粉、银包铜粉、铁粉、铁镍粉中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的液态金属导电浆料，其特征在于，所述导电粉体为片状银粉、球状银粉、棒状银粉、针状银粉、树枝状银粉中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的液态金属导电浆料，其特征在于，所述固化剂为潜伏型固化剂。

8.根据权利要求1所述的液态金属导电浆料，其特征在于，所述助剂包括分散剂、润湿剂、消泡剂中的一种或几种。

9.一种液态金属导电浆料的制备方法，用于制备如权利要求1～8任一项所述的液态金属导电浆料，其特征在于，包括：

步骤S4、对所述第二复合材料进行脱泡处理，得到液态金属导电浆料；

按重量百分比计，所述液态金属导电浆料由10％～60％的液态金属，30％～70％的导电粉体，0.1％～0.5％的助剂，2％～15％的基础树脂，1％～7.5％的固化剂组成；其中，所述液态金属为熔点低于室温的金属单质或合金，所述基础树脂为低粘度的热固性环氧树脂、低粘度的改性热固性环氧树脂中的一种或几种。

10.一种电子器件，其特征在于，所述电子器件包括导电线路，所述导电线路由如权利要求1～8任一项所述的液态金属导电浆料制成。