CN111863308A - 一种彩色导电浆料及其制备方法、电子器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种彩色导电浆料及其制备方法、电子器件，涉及材料技术领域。按质量百分比计，本发明提供的彩色导电浆料包括：10％～90％液态金属、0％～50％树脂、0％～50％溶剂、0％～80％导电填料、1％～30％颜料和0～30％助剂。本发明的技术方案能够具有较好的柔性、抗拉伸性能，且可以呈现出彩色。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种彩色导电浆料及其制备方法、电子器件。
背景技术
印刷电子技术是目前生产电路及电子器件的一种重要方式，导电浆料是该技术的关键。
目前开发的导电油墨种类繁多，其中，起导电作用的材料主要有金、银、铜、铂等金属基材料以及导电炭黑、导电石墨、石墨烯、导电高分子等材料。但是上述各电子浆料的柔性、拉伸性能均较差，且颜色单一，无法满足用户的多样化需求。
发明内容
本发明提供一种彩色导电浆料及其制备方法、电子器件，可以具有较好的柔性、抗拉伸性能，且可以呈现出彩色。
第一方面，本发明提供一种彩色导电浆料，采用如下技术方案：
按质量百分比计，所述彩色导电浆料包括：
可选地，所述树脂包括环氧树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸酯、环氧丙烯酸树脂、环氧丙烯酸酯树脂、聚酯丙烯酸酯树脂、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯树脂、酚醛树脂、氨基甲酸树脂、聚酰胺树脂、硝化纤维素、乙基纤维素、环化橡胶、丁苯橡胶、顺丁烯二酸树脂、沥青树脂、松香、虫胶、生漆中的至少一种。
可选地，所述溶剂包括水、乙醇、乙二醇、丙三醇、正丁醇、异丁醇、异丙醇、异戊醇、1，3-丁二醇、丙酮、丁酮、环己酮、甲基异丁基酮、二异丁基酮、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚、二丙二醇甲醚、乙二醇苯醚、缩水甘油醚、乙酸乙酯、醋酸丁酯、醋酸异戊酯、乙醇酸正丁酯、尼龙酸甲酯、正己烷、环己烷、正庚烷、正辛烷、异辛烷、甲苯、二甲苯、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二丙酮醇、石脑油、松节油、灯油、松香水、香蕉水、离子液体中的至少一种。
可选地，所述导电填料包括金属材料、导电聚合物材料、无机非金属导电材料、半导体材料中的一种或几种。
可选地，所述颜料包括有机颜料、无机颜料、金属络合染料中的至少一种。
第二方面，本发明提供一种彩色导电浆料的制备方法，用于制备以上任一项所述的彩色导电浆料，采用如下技术方案：
所述彩色导电浆料的制备方法包括：
步骤S1、按配比称量除液态金属外的各组分，并混合均匀；
步骤S2、将步骤S1所得的混合浆料收集装入一密闭的容器中；
步骤S3、按配比称量液态金属并将其加入密闭的容器内，进行混合；
步骤S4、混合完成后，所述容器内的材料即为所述彩色导电浆料。
可选地，所述彩色导电浆料的制备方法还包括：在步骤S1和步骤S2之间，将步骤S1所得的混合浆料依次进行过滤、除泡和辊轧处理。
可选地，步骤S3中，将密闭的容器置于旋转机内，进行旋转混合。
进一步地，所述旋转机的转速为50r/min～30000r/min，旋转时间为1min～100min。
进一步地，每旋转1min～10min暂停0.5min～10min。
第三方面，本发明提供一种电子器件，所述电子器件包括由以上任一项所述的彩色导电浆料制成的线路。
本发明提供了一种彩色导电浆料及其制备方法、电子器件，按质量百分比计，彩色导电浆料包括：10％～90％液态金属、0％～50％树脂、0％～50％溶剂、0％～80％导电填料、1％～30％颜料和0～30％助剂，其中，一方面，颜料与树脂、液态金属的混合可以赋予彩色导电浆料丰富的色彩，另一方面，树脂可作为成膜物将液态金属包裹在内，以保护液态金属不渗出、使得液态金属的氧化程度较低，保证液态金属的导电性，再一方面，液态金属具有较强的柔性、耐拉伸、抗弯折性能，进而还可大幅增强彩色导电浆料的柔性、拉伸性能。
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彩色导电浆料的制备方法的流程图。
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彩色导电浆料，具体地，按质量百分比计，彩色导电浆料包括：
以上各组分中，液态金属可以导电且具有较好的柔性、耐拉伸和抗弯折性能；树脂可提高彩色导电浆料对于基材的附着力，且可作为成膜物将液态金属包裹在内，以保护液态金属不渗出、使得液态金属的氧化程度较低，保证液态金属的导电性；溶剂用于溶解树脂，使树脂呈现出合适的流动性；导电填料可以提升彩色导电浆料的导电性能；颜料可以使导电浆料呈现出彩色；助剂可使彩色导电浆料具有较好的综合性能，以利于应用。
以上各组分的质量百分比均在上述范围内，才可以使彩色导电浆料具有最优的综合性能，其中任一组分的质量百分比超出上述范围均会使得彩色导电浆料的综合性能下降。
示例性地，彩色导电浆料中，液态金属的质量百分比可以为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或者90％。彩色导电浆料中，树脂的质量百分比可以为0％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或者50％。彩色导电浆料中，溶剂的质量百分比可以为0％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或者50％。彩色导电浆料中，导电填料的质量百分比可以为0％、5％、10％、15％、20％、30％、40％、50％、60％、65％、70％、75％或者80％。彩色导电浆料中，颜料的质量百分比可以为1％、3％、5％、7％、10％、15％、20％、25％或者30％。彩色导电浆料中，助剂的质量百分比可以为0％、0.5％、1％、5％、10％、15％、20％、25％或者30％。
本发明实施例中的彩色导电浆料具有以上所述的组分，进而使得一方面，颜料与树脂、液态金属的混合可以赋予彩色导电浆料丰富的色彩，另一方面，树脂可作为成膜物将液态金属包裹在内，以保护液态金属不渗出、使得液态金属的氧化程度较低，保证液态金属的导电性，再一方面，液态金属具有较强的柔性、耐拉伸、抗弯折性能，进而还可大幅增强彩色导电浆料的柔性、拉伸性能。
另外，本发明实施例中引入液态金属作为彩色导电浆料中的导电材料，较常规使用金粉、银粉、镀银铜粉、银包覆的其它导电微粒、石墨烯的导电油墨而言，价格更便宜；较使用乙炔黑、导电聚合物等的导电油墨而言，导电性更好。
可选地，本发明实施例中的液态金属为熔点在300℃以下的液态金属金属单质或合金，其可以包括镓、铟、锡、锌、铋、铅、镉、汞、钠、钾、镁、铝、铁、钴、锰、钛、钒、硼、碳、硅等元素中的一种或多种。
优选地，液态金属为汞单质、镓单质、铟单质、锡单质、镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铟锌合金、镓锡锌合金、镓铟锡锌合金、镓锡镉合金、镓锌镉合金、铋铟合金、铋锡合金、铋铟锡合金、铋铟锌合金、铋锡锌合金、铋铟锡锌合金、铋铟锡铅合金、铋锡镉合金、铋铅锡合金、铋锡铅镉合金、锡铅合金、锡铜合金、锡锌合金、锡锌铜合金、锡银铜合金中的一种或几种。
可选地，本发明实施例中的树脂包括环氧树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸酯、环氧丙烯酸树脂、环氧丙烯酸酯树脂、聚酯丙烯酸酯树脂、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯树脂、酚醛树脂、氨基甲酸树脂、聚酰胺树脂、硝化纤维素、乙基纤维素、环化橡胶、丁苯橡胶、顺丁烯二酸树脂、沥青树脂、松香、虫胶、生漆中的至少一种。
可选地，本发明实施例中的溶剂包括水、乙醇、乙二醇、丙三醇、正丁醇、异丁醇、异丙醇、异戊醇、1，3-丁二醇、丙酮、丁酮、环己酮、甲基异丁基酮、二异丁基酮、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚、二丙二醇甲醚、乙二醇苯醚、缩水甘油醚、乙酸乙酯、醋酸丁酯、醋酸异戊酯、乙醇酸正丁酯、尼龙酸甲酯、正己烷、环己烷、正庚烷、正辛烷、异辛烷、甲苯、二甲苯、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二丙酮醇、石脑油、松节油、灯油、松香水、香蕉水、离子液体中的至少一种。
可选地，本发明实施例中的导电填料包括金属材料、导电聚合物材料、无机非金属导电材料、半导体材料中的一种或几种。金属材料包括金、银、铜、铝、镍、银包铜等中至少一种，无机非金属导电材料包括碳纳米管、石墨烯、氧化锌、氧化铟锡、氧化铟锌、氧化银等中至少一种，导电聚合物材料包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中至少一种，半导体材料包括硼、硅、磷、锗、氮化镓、砷化镓等中至少一种。
可选地，本发明实施例中的颜料包括有机颜料、无机颜料、金属络合染料中的至少一种。其中，有机颜料可以包括偶氮颜料、酞菁颜料、蒽醌、靛族、喹吖啶酮、二恶嗪等多环颜料、芳甲烷系颜料、丙烯颜料中的至少一种；无机颜料可以包括金属、金属氧化物、铬酸盐、硫酸盐、硅酸盐、硼酸盐、钼酸盐、磷酸盐、钒酸盐、铁氰酸盐、氢氧化物、硫化物颜料中的至少一种；金属络合染料可以包括水性金属络合染料和油性金属络合染料中的至少一种。
以上颜料可以以粉末的形式或者溶液的形式混合至彩色导电浆料中。其中，当颜料以粉末的形式存在时，颜料粉末的粒径为50nm～1μm，以使得颜料粉末较易制备且较易分散均匀。
可选地，本发明实施例中的助剂包括稀释剂、分散剂、增稠剂、减黏剂、干燥剂、消泡剂、抗静电剂、偶联剂、流平剂、抗氧剂、牢固剂、光固化剂、增塑剂中的至少一种，具体助剂种类本领域技术人员可以根据实际需要(如工艺、应用场景等)进行选择。
发明人发现，液态金属易氧化，共混不当易导致混合物导电率低，为了避免此问题出现，本发明实施例还提供一种彩色导电浆料的制备方法，用于制备以上任一项所述的彩色导电浆料，具体地，如图1所示，图1为本发明实施例提供的彩色导电浆料的制备方法的流程图，所述彩色导电浆料的制备方法包括：
步骤S1、按配比称量除液态金属外的各组分，并混合均匀。
发明人发现，若直接将液态金属与其他组分混合，则需要很长时间才能混合均匀，但是长时间搅拌会使得液态金属氧化很重，可能导致整个彩色导电浆料的导电性很差，甚至不导电，基于此，本发明实施例中选择先将其他组分混合均匀，最后再加入液态金属进行混合。
步骤S2、将步骤S1所得的混合浆料收集装入一密闭的容器中。
放入密闭的容器中的目的在于减少后续放入的液态金属与空气的接触，尽可能降低液态金属的氧化程度。
步骤S3、按配比称量液态金属并将其加入密闭的容器内，进行混合。
步骤S4、混合完成后，容器内的材料即为彩色导电浆料。
可选地，彩色导电浆料的制备方法还包括：在步骤S1和步骤S2之间，将步骤S1所得的混合浆料依次进行过滤、除泡和辊轧处理，以提升制得的彩色导电浆料的性能。
可选地，步骤S3中，将密闭的容器置于旋转机内，进行旋转混合。
进一步地，旋转机的转速为50r/min～30000r/min，如50r/min、100r/min、500r/min、1000r/min、2000r/min、4000r/min、5000r/min、10000r/min、30000r/min，旋转时间为1min～100min，如1min、2min、5min、10min、30min、50min、70min、100min。
进一步地，每旋转1min～10min暂停0.5min～10min，以防止旋转过热导致液态金属氧化严重，降低导电性，保证了彩色导电浆料的导电性，并且还可以提高彩色导电浆料的美观度。如，旋转机每旋转2min暂停0.5min，或者，每旋转5min暂停3min，或者，每旋转10min暂停10min。
此外，本发明实施例还提供了一种电子器件，该电子器件包括由以上任一项所述的彩色导电浆料制成的线路。
示例性地，该电子器件为水洗唛、织唛或者电子标签，其中的天线由彩色导电浆料制成；或者，电子器件为柔性器件，其中的可拉伸线路由彩色导电浆料制成；或者，电子器件为智能穿戴设备，其中的电极由彩色导电浆料制成。以上仅为举例，本领域技术人员可以根据实际需要将彩色导电浆料应用于其他电子器件中。
为了便于本领域技术人员理解和实施本发明实施例中的彩色导电浆料及其制备方法，下面本发明实施例提供几个具体实施例进行描述。
实施例1
一种彩色导电浆料，包括以下组成(质量百分比)：
按照上述配方制备彩色导电浆料，制备方法包括如下步骤：
按配比称量除液态金属外的各组分，并置于搅拌机内搅拌以混合均匀；
经过滤、除泡处理后，再经三轴辊轧机辊轧处理后将混合浆料收集装入一密闭的容器中；
按配比称量液态金属并将其加入密闭的容器内，将密闭的容器置于旋转机内，调节旋转速度为2000r/min，旋转总时间为8min，且每隔2min暂停0.5min；
混合完成后，将容器从旋转机内取出，容器内的材料即为彩色导电浆料。
按照上述配方和制备方法配制的彩色导电浆料的粘度约为16000mPa·s，电导率为3.7*106S/m。
实施例2
一种彩色导电浆料，包括以下组成(质量百分比)：
按照上述配方制备彩色导电浆料，制备方法包括如下步骤：
按配比称量除液态金属外的各组分，并置于搅拌机内搅拌以混合均匀；
经过滤、除泡处理后，再经三轴辊轧机辊轧处理后将混合浆料收集装入一密闭的容器中；
按配比称量液态金属并将其加入密闭的容器内，将密闭的容器置于旋转机内，调节旋转速度为1500r/min，旋转总时间为8min，且每隔2min暂停0.5min；
混合完成后，将容器从旋转机内取出，容器内的材料即为彩色导电浆料。
按照上述配方和制备方法配制的彩色导电浆料的粘度约为22000mPa·s，电导率为4.2*106S/m。
实施例3
一种彩色导电浆料，包括以下组成(质量百分比)：
按照上述配方制备彩色导电浆料，制备方法包括如下步骤：
按配比称量除液态金属外的各组分，并置于搅拌机内搅拌以混合均匀；
经过滤、除泡处理后，再经三轴辊轧机辊轧处理后将混合浆料收集装入一密闭的容器中；
按配比称量液态金属并将其加入密闭的容器内，将密闭的容器置于旋转机内，调节旋转速度为2000r/min，旋转总时间为8min，且每隔2min暂停0.5min；
混合完成后，将容器从旋转机内取出，容器内的材料即为彩色导电浆料。
按照上述配方和制备方法配制的彩色导电浆料的粘度约为18000mPa·s，电导率为3.9*106S/m。
实施例4
一种彩色导电浆料，包括以下组成(质量百分比)：
按照上述配方制备彩色导电浆料，制备方法包括如下步骤：
按配比称量除液态金属外的各组分，并置于搅拌机内搅拌以混合均匀；
经过滤、除泡处理后，再经三轴辊轧机辊轧处理后将混合浆料收集装入一密闭的容器中；
按配比称量液态金属并将其加入密闭的容器内，将密闭的容器置于旋转机内，调节旋转速度为1500r/min，旋转总时间为8min，且每隔2min暂停0.5min；
混合完成后，将容器从旋转机内取出，容器内的材料即为彩色导电浆料。
按照上述配方和制备方法配制的彩色导电浆料的粘度约为24000mPa·s，电导率为2.6*106S/m。
实施例5
一种彩色导电浆料，包括以下组成(质量百分比)：
按照上述配方制备彩色导电浆料，制备方法包括如下步骤：
按配比称量除液态金属外的各组分，并置于搅拌机内搅拌以混合均匀；
经过滤、除泡处理后，再经三轴辊轧机辊轧处理后将混合浆料收集装入一密闭的容器中；
按配比称量液态金属并将其加入密闭的容器内，将密闭的容器置于旋转机内，调节旋转速度为2000r/min，旋转总时间为12min，且每隔2min暂停0.5min；
混合完成后，将容器从旋转机内取出，容器内的材料即为彩色导电浆料。
按照上述配方和制备方法配制的彩色导电浆料的粘度约为17000mPa·s，电导率为1.3*106S/m。
实施例6
一种彩色导电浆料，包括以下组成(质量百分比)：
按照上述配方制备彩色导电浆料，制备方法包括如下步骤：
按配比称量除液态金属外的各组分，并置于搅拌机内搅拌以混合均匀；
经过滤、除泡处理后，再经三轴辊轧机辊轧处理后将混合浆料收集装入一密闭的容器中；
按配比称量液态金属并将其加入密闭的容器内，将密闭的容器置于旋转机内，调节旋转速度为1500r/min，旋转总时间为10min，且每隔2min暂停0.5min；
混合完成后，将容器从旋转机内取出，容器内的材料即为彩色导电浆料。
按照上述配方和制备方法配制的彩色导电浆料的粘度约为9000mPa·s，电导率为5.3*106S/m。
实施例7
一种彩色导电浆料，包括以下组成(质量百分比)：
按照上述配方制备彩色导电浆料，制备方法包括如下步骤：
按配比称量除液态金属外的各组分，并置于搅拌机内搅拌以混合均匀；
经过滤、除泡处理后，再经三轴辊轧机辊轧处理后将混合浆料收集装入一密闭的容器中；
按配比称量液态金属并将其加入密闭的容器内，将密闭的容器置于旋转机内，调节旋转速度为1500r/min，旋转总时间为10min，且每隔2min暂停0.5min；
混合完成后，将容器从旋转机内取出，容器内的材料即为彩色导电浆料。
按照上述配方和制备方法配制的彩色导电浆料的粘度约为8000mpa·s，电导率为3.1*106S/m。
实施例8
一种水洗唛丝印浆料，包括以下组成(质量百分比)：
按照上述配方制备彩色导电浆料，制备方法包括如下步骤：
按配比称量除液态金属外的各组分，并置于搅拌机内搅拌以混合均匀；
经过滤、除泡处理后，再经三轴辊轧机辊轧处理后将混合浆料收集装入一密闭的容器中；
按配比称量液态金属并将其加入密闭的容器内，将密闭的容器置于旋转机内，调节旋转速度为1500r/min，旋转总时间为10min，且每隔2min暂停0.5min；
混合完成后，将容器从旋转机内取出，容器内的材料即为彩色导电浆料。
按照上述配方和制备方法配制的彩色导电浆料的粘度约14000mPa·s，电导率为4.7*106S/m。
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 (10)
1.一种彩色导电浆料，其特征在于，按质量百分比计，所述彩色导电浆料包括：
2.根据权利要求1所述的彩色导电浆料，其特征在于，所述树脂包括环氧树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸酯、环氧丙烯酸树脂、环氧丙烯酸酯树脂、聚酯丙烯酸酯树脂、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯树脂、酚醛树脂、氨基甲酸树脂、聚酰胺树脂、硝化纤维素、乙基纤维素、环化橡胶、丁苯橡胶、顺丁烯二酸树脂、沥青树脂、松香、虫胶、生漆中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的彩色导电浆料，其特征在于，所述溶剂包括水、乙醇、乙二醇、丙三醇、正丁醇、异丁醇、异丙醇、异戊醇、1，3-丁二醇、丙酮、丁酮、环己酮、甲基异丁基酮、二异丁基酮、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚、二丙二醇甲醚、乙二醇苯醚、缩水甘油醚、乙酸乙酯、醋酸丁酯、醋酸异戊酯、乙醇酸正丁酯、尼龙酸甲酯、正己烷、环己烷、正庚烷、正辛烷、异辛烷、甲苯、二甲苯、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二丙酮醇、石脑油、松节油、灯油、松香水、香蕉水、离子液体中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的彩色导电浆料，其特征在于，所述导电填料包括金属材料、导电聚合物材料、无机非金属导电材料、半导体材料中的一种或几种。
5.根据权利要求1或2所述的彩色导电浆料，其特征在于，所述颜料包括有机颜料、无机颜料、金属络合染料中的至少一种。
6.一种彩色导电浆料的制备方法，用于制备如权利要求1～5任一项所述的彩色导电浆料，其特征在于，所述彩色导电浆料的制备方法包括：
步骤S1、按配比称量除液态金属外的各组分，并混合均匀；
步骤S2、将步骤S1所得的混合浆料收集装入一密闭的容器中；
步骤S3、按配比称量液态金属并将其加入密闭的容器内，进行混合；
步骤S4、混合完成后，所述容器内的材料即为所述彩色导电浆料。
7.根据权利要求6所述彩色导电浆料的制备方法，其特征在于，还包括：在步骤S1和步骤S2之间，将步骤S1所得的混合浆料依次进行过滤、除泡和辊轧处理。
8.根据权利要求6或7所述的彩色导电浆料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，将密闭的容器置于旋转机内，进行旋转混合；所述旋转机的转速为50r/min～30000r/min，旋转时间为1min～100min。
9.根据权利要求8所述的彩色导电浆料的制备方法，其特征在于，每旋转1min～10min暂停0.5min～10min。
10.一种电子器件，其特征在于，所述电子器件包括由权利要求1～5任一项所述的彩色导电浆料制成的线路。
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