CN111647315A - 一种银基导电墨水及其制备方法和应用 - Google Patents

一种银基导电墨水及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种银基导电墨水及其制备方法和应用，该银基导电墨水按质量百分比由10％～45％的银前驱体、10％～60％的络合剂、1％～6％的稳定剂、10％～80％的去离子水组成，其制备过程包括以下步骤：首先用胺类络合物与甲醛溶液反应制备羟甲基胺类缩合物作为稳定剂，然后按照上述比例依次将络合剂、稳定剂加入到溶剂中，混合，最后将银前驱体加入到混合液中，溶解，过滤得到银基导电墨水。本发明制得的银基导电墨水采用的稳定剂不仅能充当还原剂，且能增强烧结银膜在聚酰亚胺基底上的附着力，不需要对基材表面进行预处理，附着力等级即可达到1级以上，制备过程简单，具有极高的实用价值。

Description

一种银基导电墨水及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于导电墨水技术领域，具体涉及一种银基导电墨水及其制备方法和应用。
背景技术
导电墨水于20世纪90年代最早被美国人研制出来，随着印刷电子产业的快速发展，在美、日、韩、德等发达国家的推动下，银导电墨水的研发得到了广泛关注。在2000年以后，纳米技术得到了大力发展，各种纳米材料被发现和研制出来，促进了银导电墨水的发展。目前，银导电墨水已广泛应用在电池、能量带、射频识别标签、有机发光二极管、电子电路、传感器、显示器等方面。
银导电墨水主要包括金、银、铜导电墨水，其中金导电墨水性能最稳定，但价格高昂；铜导电墨水价格便宜，但易氧化；相比之下银导电墨水导电性能优异，价格适中，也是应用最广泛的导电墨水。
目前制备的银基导电墨水普遍存在附着力差的问题，一般通过对基底材料表面进行电晕、空气等离子体、硅烷偶联剂溶液等预处理来增强与墨水间的附着力。公开号CN105774267A使用电晕处理对聚对苯二甲酸乙二酯基材表面进行改性，以此增强薄膜对油墨的吸附能力。除此之外，还有通过在墨水中添加粘结剂来增强与基材间的附着力。何君(水性纳米银喷印导电墨水的制备与应用研究[D]:[硕士学位论文].天津:天津大学,2012)在制备的墨水中添加羧甲基纤维素钠改善墨水与基材的附着力。上述方法存在操作步骤繁琐，烧结温度高等问题。因此，制备出操作过程简单，烧结温度低且具有高附着力的银基导电墨水具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种银基导电墨水及其制备方法和应用，该银基导电墨水采用的稳定剂不仅具有还原性，且能显著增强墨水在聚酰亚胺基底上的附着力。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种银基导电墨水，由以下原料按质量百分比组成：10％～45％的银前驱体，10％～60％的络合剂，1％～6％的稳定剂，10％～80％的去离子水，其中，所述稳定剂为胺类络合物与甲醛溶液反应制备的羟甲基胺类缩合物。
优选地，所述胺类络合物为乙二胺。
优选地，所述胺类络合物与甲醛的摩尔比为1:2～4。
优选地，所述银前驱体为醋酸银。
优选地，所述络合剂为异丙醇胺。
优选地，所述银基导电墨水中还含有微量纳米银粒子。
一种银基导电墨水的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)用胺类络合物与甲醛溶液反应制备羟甲基胺类缩合物作为稳定剂；
步骤2)依次将络合剂、步骤1)制得的稳定剂加入到去离子水中，在0～25℃下搅拌10～20min直至完全混合，得到混合液；
步骤3)将银前驱体加入到步骤2)制得的混合液中，在0～25℃下搅拌50～60min直至完全溶解，过滤后即得到所述银基导电墨水。
一种银基导电墨水在制备导电银膜方面的应用：将所述银基导电墨水喷涂于聚酰亚胺基底上，烧结温度为130～200℃，保温时间为10～50min，烧结得到所述导电银膜。
本发明的有益效果如下：
1、本发明的银基导电墨水提供一种羟甲基胺类缩合物为稳定剂，该稳定剂不仅具有还原性，且可显著增强烧结银膜在聚酰亚胺薄膜基材上的附着力，不需要对基材表面进行预处理，附着力等级即可达到1级以上。
2、本发明的银基导电墨水中含有微量纳米银粒子，烧结过程中以这些银粒子表面为基底进行异相成核，极大的降低了结晶过程所需的表面能，在过饱和率较小时即可形核结晶，促进了银导电墨水烧结温度的降低，烧结温度为130～200℃，保温时间为10～50min，烧结得到的导电银膜电阻率为6.4～23μΩ·cm。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种银基导电墨水的制备方法，具体如下：
(1)制备羟甲基胺类缩合物稳定剂：取0.27g无水乙二胺溶液溶于1.70g去离子水中，再取0.73g质量分数为37％的甲醛溶液，在搅拌下将甲醛溶液加入到乙二胺溶液中，反应1h后得到稳定剂备用。
(2)依次取0.67g异丙醇胺，0.10g上述稳定剂加入到0.63g去离子水中，在25℃下搅拌20min直至完全混合，然后取0.50g醋酸银迅速加入到混合液中，在25℃下搅拌60min直至完全溶解后并过滤得到所述银基导电墨水。
将本实施例制得的银基导电墨水喷涂于聚酰亚胺基底上，150℃烧结50min，烧结得到导电银膜，导电银膜的电阻率为23μΩ·cm，附着力等级1(百格测试法)。
实施例2
一种银基导电墨水的制备方法，具体如下：
(1)制备羟甲基胺类缩合物稳定剂：取0.27g无水乙二胺溶液溶于1.70g去离子水中，再取0.73g质量分数为37％的甲醛溶液，在搅拌下将甲醛溶液加入到乙二胺溶液中，反应1h后得到稳定剂备用。
(2)依次取0.67g异丙醇胺，0.20g上述稳定剂加入到0.63g去离子水中，在25℃下搅拌20min直至完全混合，然后取0.50g醋酸银迅速加入到混合液中，在25℃下搅拌60min直至完全溶解后并过滤得到所述银基导电墨水。
将本实施例制得的银基导电墨水喷涂于聚酰亚胺基底上，150℃烧结50min，烧结得到导电银膜，导电银膜的电阻率为16.6μΩ·cm，附着力等级1(百格测试法)。
实施例3
一种银基导电墨水的制备方法，具体如下：
(1)制备羟甲基胺类缩合物稳定剂：取0.27g无水乙二胺溶液溶于1.34g去离子水中，再取1.09g质量分数为37％的甲醛溶液，在搅拌下将甲醛溶液加入到乙二胺溶液中，反应1h后得到稳定剂备用。
(2)依次取0.67g异丙醇胺，0.10g上述稳定剂加入到0.63g去离子水中，在25℃下搅拌20min直至完全混合，然后取0.50g醋酸银迅速加入到混合液中，在25℃下搅拌60min直至完全溶解后并过滤得到所述银基导电墨水。
将本实施例制得的银基导电墨水喷涂于聚酰亚胺基底上，150℃烧结50min，烧结得到导电银膜，导电银膜的电阻率为15μΩ·cm，附着力等级1(百格测试法)。
实施例4
一种银基导电墨水的制备方法，具体如下：
(1)制备羟甲基胺类缩合物稳定剂：取0.27g无水乙二胺溶液溶于1.34g去离子水中，再取1.09g质量分数为37％的甲醛溶液，在搅拌下将甲醛溶液加入到乙二胺溶液中，反应1h后得到稳定剂备用。
(2)依次取0.67g异丙醇胺，0.20g上述稳定剂加入到0.63g去离子水中，在25℃下搅拌20min直至完全混合，然后取0.50g醋酸银迅速加入到混合液中，在25℃下搅拌60min直至完全溶解后并过滤得到所述银基导电墨水。
将本实施例制得的银基导电墨水喷涂于聚酰亚胺基底上，150℃烧结50min，烧结得到导电银膜，导电银膜的电阻率为11.2μΩ·cm，附着力等级1(百格测试法)。
上述实施例1～4中，所述胺类络合物还可以选择1,2-丙二胺或1,3-丙二胺。
所述银前驱体还可以选择草酸银、柠檬酸银、酒石酸银、丁二酸银、丁酸银、苹果酸银中的一种或一种以上的混合。
所述络合剂还可以选择乙二醇胺、二乙醇胺、1,2-丙醇胺、1,3-丙醇胺中的一种或一种以上的混合。
对比例1
一种银基导电墨水的制备方法，具体如下：
首先取0.67g异丙醇胺加入到0.63g去离子水中，在25℃下搅拌20min直至完全混合，然后取0.50g醋酸银迅速加入到混合液中，在25℃下搅拌60min直至完全溶解后并过滤得到银基导电墨水。
将本实施例制得的银基导电墨水喷涂于聚酰亚胺基底上，150℃烧结50min，烧结得到导电银膜，导电银膜的电阻率为1152.1μΩ·cm，附着力等级3(百格测试法)。

Claims (8)

1.一种银基导电墨水，其特征在于，由以下原料按质量百分比组成：10％～45％的银前驱体，10％～60％的络合剂，1％～6％的稳定剂，10％～80％的去离子水，其中，所述稳定剂为胺类络合物与甲醛溶液反应制备的羟甲基胺类缩合物。
2.根据权利要求1所述的一种银基导电墨水，其特征在于，所述胺类络合物为乙二胺。
3.根据权利要求1所述的一种银基导电墨水，其特征在于，所述胺类络合物与甲醛的摩尔比为1:2～4。
4.根据权利要求1所述的一种银基导电墨水，其特征在于，所述银前驱体为醋酸银。
5.根据权利要求1所述的一种银基导电墨水，其特征在于，所述络合剂为异丙醇胺。
6.根据权利要求1所述的一种银基导电墨水，其特征在于，所述银基导电墨水中还含有微量纳米银粒子。
7.权利要求1所述一种银基导电墨水的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)用胺类络合物与甲醛溶液反应制备羟甲基胺类缩合物作为稳定剂；
步骤2)依次将络合剂、步骤1)制得的稳定剂加入到去离子水中，在0～25℃下搅拌10～20min直至完全混合，得到混合液；
步骤3)将银前驱体加入到步骤2)制得的混合液中，在0～25℃下搅拌50～60min直至完全溶解，过滤后即得到所述银基导电墨水。
8.权利要求1所述的一种银基导电墨水在制备导电银膜方面的应用，其特征在于，将所述银基导电墨水喷涂于聚酰亚胺基底上，烧结温度为130～200℃，保温时间为10～50min，烧结得到所述导电银膜。
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