CN119286301A - 一种应用于导电浆料/油墨的无颗粒型玻璃组分墨水、制备及应用 - Google Patents

一种应用于导电浆料/油墨的无颗粒型玻璃组分墨水、制备及应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于导电浆料技术领域,公开了一种应用于导电浆料/油墨的无颗粒型玻璃组分墨水、制备及应用。20~50%铋前驱体组分、1~20%含硅和硼的玻璃组分、10~20%胺类络合剂和0.001~10%有机添加剂,其余为溶剂。无颗粒型玻璃组分墨水作为烧结助剂代替部分玻璃粉加入导电浆料中,在较低温度下分解产生形成玻璃相,填补金属颗粒间空隙,使金属薄膜致密化。玻璃相在烧结中渗透入基板表面,提高金属与基板之间结合力,金属与基板之间形成良好的欧姆接触,改善导电浆料分解后金属与基板的热膨胀系数差异,减少其烧结过程中因热膨胀不匹配导致的应力不均匀和裂纹。

Description

一种应用于导电浆料/油墨的无颗粒型玻璃组分墨水、制备及 应用
技术领域
本发明涉及导电浆料技术领域,尤其涉及一种应用于导电浆料/油墨的无颗粒型玻璃组分墨水、制备及应用。
背景技术
导电浆料(Conductive Pastes)是一种常用的功能性材料,广泛应用于光伏、微电子封装、传感器、显示器、RFID与印刷天线、集成电路印刷等领域。在晶体硅太阳能电池的生产中,银基导电浆料被用作正面电极和背电极(BSF或PERC结构的背面浆料),以确保高效的光电流收集和低接触电阻。导电浆料在半导体封装中也扮演关键角色,尤其在高密度互连技术和倒装芯片技术中,用于丝网印刷以形成可靠的电路连接和散热路径。其中银/钯浆料常用于多层陶瓷电容器(MLCCs)的内电极制造。在液晶显示器(LCD)和有机发光二极管(OLED)的制造中,导电浆料用于制作透明导电电极,可替代传统的铟锡氧化物(ITO)电极,提高电极可拉伸性的同时降低成本。随着电子、信息、微电子技术的高速革新和发展,电子器件向环保化、集成化、微型化发展,这对导电浆料的性能要求越来越高。开发新型具有高性能、低成本的环保型电子浆料,成为研究热点。
导电浆料由导电颗粒(如贵金属粉末、碳基纳米材料、复合导电粒子等)、玻璃粉和有机载体组成,其中玻璃粉通常由低熔点的无机氧化物组成。在导电浆料后续烧结过程中,玻璃粉加热变为熔融态润湿基板表面,促进金属致密化排列。熔融态的玻璃粉冷却后形成玻璃相填充在金属颗粒之间,形成致密的金属薄膜,提高金属电路或电极的机械强度与电学性能。烧结过程中,熔融态玻璃粉附着渗透入基板表面,冷却后粘结金属与基板,同时降低金属与基板的热膨胀系数差,使金属与基板之间形成牢固的连接。
传统的导电浆料大多采用含铅玻璃粉作为粘结剂,而铅对健康和环境危害较大,应限制铅的使用及排放,这使得制备以无铅玻璃粉为粘结相的银导电浆料成为研究方向。常见的无铅玻璃粉为氧化钙体系、氧化铋体系和氧化铝体系。其中氧化钙系统和氧化铝系统玻璃粉的玻璃化转变温度较高,温度越高成本越高,且过高的烧结温度影响烧结后金属电路完整性。氧化铋体系玻璃粉通常具有相对较低的熔点,在800℃左右即可完成玻璃化转变,且可以与多种基材形成牢固连接。但对于一些不能承受高温的基材,如PVA、PET、PI等聚合物在这种烧结温度下会发生不可逆转的破坏,这大大限制了导电浆料的应用范围。
除此之外,玻璃粉粒径对导电浆料性能具有较大影响。常用玻璃粉中氧化物颗粒由球磨等方法机械粉碎制成,为平均粒径几微米的均匀颗粒。导电浆料中含有的玻璃熔体的平均尺寸较大,烧结中填充在金属之间和金属与基板之间,使金属由于接触不良和金属化而不容易形成连续的导电通路。“Jeon S J,Koo SM,Am Hwang S.Optimization oflead-and cadmium-free front contact silver paste formulation to achieve highfill factors for industrial screen-printed Si solar cells[J].Solar EnergyMaterials and Solar Cells,2009,93(6-7):1103-1109”中研究了玻璃粉的平均粒径对导电浆料导电性的影响,使用较大颗粒玻璃粉的浆料制成的太阳能电池有更高的结分流和漏电率,当利用较小平均尺寸颗粒的玻璃熔体时可以减少玻璃粉的用量,并能获得较高的填充因子和转换效率。
本发明所提出的无颗粒玻璃相墨水的主要组分为一些低熔点的有机物溶剂、含铋前驱体和含硼硅的组分,在较低温度下即可分解产生氧化铋等玻璃相组分。将这种玻璃相墨水加入到导电浆料中,在烧结过程中产生玻璃相物质可粘结金属与基板,使金属与基板之间产生欧姆接触,提高金属与基板之间结合力,代替传统玻璃粉的功能。
本发明提出的玻璃相墨水为无颗粒型,不含大颗粒的氧化物组分。以一定比例代替部分传统玻璃粉加入导电浆料中混合均匀,在烧结过程中原位分解生成纳米级玻璃相颗粒,填充在金属颗粒之间使其致密化。小颗粒的玻璃相也可以降低传统大颗粒玻璃熔体在金属之间对于金属颗粒之间界面连通性的影响,从而使其产生良好的欧姆接触,提高金属导电性。
发明内容
本发明针对现有导电浆料中传统玻璃粉玻璃转化温度较高,导电浆料烧结温度较高导致应用场景受限,玻璃粉粒径较大烧结后影响金属颗粒之间欧姆接触等问题提供了一种工艺简单、绿色环保的无颗粒型玻璃组分墨水制备方法。该墨水作为烧结助剂代替部分玻璃粉加入现有导电浆料中,可在较低的温度下烧结产生玻璃相组分粘结金属与基板,提高金属与基板之间结合力。同时原位分解生成小颗粒玻璃相物质填充在微米级金属颗粒之间,改善传统玻璃相中大粒径玻璃熔体对金属之间欧姆接触的不良影响。
为了达到上述目的,本发明采用的主要技术方案如下:一种应用于导电浆料/油墨的无颗粒型玻璃组分墨水,所述无颗粒型玻璃组分墨水采用铋前驱体组分与胺类络合剂形成稳定的络合物后,加入含硅和硼的玻璃组分,溶解于有机溶剂过滤形成无颗粒型墨水,后加入到传统导电浆料中作为烧结助剂;所述无颗粒型玻璃组分墨水在烧结中原位分解产生氧化铋、氧化硼、氧化硅,填充在金属颗粒之间以及金属与基板之间,进一步升温中变为熔融态,冷却凝固后使其产生致密的欧姆接触。
在无颗粒型玻璃组分墨水中加入添加剂,调节其粘度与流平性、调整玻璃相组分分解后玻璃相转化温度。
所述无颗粒型玻璃粉墨水稳定性强,在室温下存放1个月无沉淀生成。
一种应用于导电浆料/油墨的无颗粒型玻璃组分墨水的制备方法,包括以下步骤:
1)所述的无颗粒型玻璃组分墨水由下列质量百分含量的组分组成:20~50%铋前驱体组分、1~20%含硼和硅的玻璃组分、10~20%胺类络合剂和0.001~10%有机添加剂,其余部分为溶剂;按照上述比例将胺类络合剂充分溶解于溶剂中,然后加入铋前驱体搅拌至完全溶解,制备成基础的铋基墨水;
2)向步骤1)制得的铋基墨水中加入含硼和硅的玻璃组分,常温搅拌至完全溶解;
3)向步骤2)制得的墨水中按比例加入不同添加剂用于降低墨水分解温度、调整墨水粘度与表面张力;在各种配置方式中,所述添加剂为粘度调节剂、表面张力改性剂、成膜剂、消泡剂中的一种或两种以上;在常温下搅拌1~10h至溶解无颗粒,获得玻璃组分墨水;
4)将步骤3)制得的玻璃组分墨水经0.22μm的微孔滤膜过滤后得到无颗粒型玻璃组分墨水。
所述铋前驱体中为各种含铋有机物;所述溶剂为常压下,沸点在300℃以下的有机溶剂中的一种或多种混合物;所述胺类络合剂为氨水、脂肪胺、醇胺、酰胺、芳香胺中的一种或两种以上;所述含硼和硅的玻璃组分为各种含硼和硅的有机物。
所述粘度调节剂为阿拉伯胶、果胶、琼脂、明胶、海藻胶、角叉胶、通用明胶或多糖衍生物;所述有机聚合物粘度调节剂为均聚物或共聚物;所述消泡剂为氟硅酮、矿物油、植物油、聚硅氧烷、酯蜡、脂肪醇、甘油、硬脂酸酯、硅酮、聚丙烯基聚醚中的一种或两种以上。
所述墨水受不同添加剂的影响,粘度为10~40m Pa·s,表面张力为5~40mN/m。
一种应用于导电浆料/油墨的无颗粒型玻璃组分墨水的应用,所述无颗粒型玻璃组分墨水加入导电浆料中做烧结助剂;制得的含有无颗粒型玻璃组分墨水按1~20%的体积分数加入以不同导电浆料中,搅拌1h获得组分均匀的混合油墨;将混合油墨使用滴涂、浸涂、旋涂或印制方式涂覆或印制于不同的基材上,形成图层或图案,将其通过一定的方法烧结处理得到金属薄膜。
所述基板材料为硅、碳化硅、石英、玻璃、陶瓷;所述烧结温度范围为400~800℃,时间为10min~5h。
所述导电浆料包括玻璃系导电浆料和树脂系导电浆料;根据其中导电功能相填料分类,所述的导电浆料包括碳浆及各种金属浆料。
本发明的有益效果:将无颗粒型玻璃组分墨水作为烧结助剂代替部分传统玻璃粉加入导电浆料中,在较低温度下就可以分解产生玻璃组分,连接金属与基板。这种无颗粒型玻璃组分墨水加入导电浆料中烧结过程中原位产生小颗粒玻璃熔体,固化后致密的填充在金属颗粒之间,减少了传统微米级玻璃粉对金属间欧姆接触的影响,进一步提高烧结后金属通路导电性。而且制备工艺简单,绿色环保。
附图说明
图1为实施例3混合墨水烧结后薄膜的SEM图。
具体实施方式
本发明提供一种无颗粒型玻璃组分墨水、制备及应用。无颗粒型玻璃组分墨水采用铋前驱体组分与胺类络合剂形成稳定的络合物,后加入含硅和硼的玻璃组分,溶解于有机溶剂过滤形成无颗粒型墨水,后加入到传统导电浆料中作为烧结助剂。该墨水在烧结中原位分解产生氧化铋、氧化硼、氧化硅填充在金属颗粒和金属与基板之间,进一步升温中变为熔融态,冷却凝固后使其产生致密的欧姆接触,提升其电学性能和机械连接强度。在墨水中加入各种添加剂可调节其粘度与流平性、调整玻璃相组分分解后玻璃相转化温度,提升其助烧性能。该新型墨水稳定性强,可在室温下存放1个月无沉淀生成,且制备方法简单容易操作,成本低廉,绿色环保,易于实现工业化生产。
所述无颗粒型玻璃组分墨水制备方法包括以下步骤:
1)本发明所述的无颗粒型玻璃组分墨水由下列质量百分含量的组分组成:20~50%铋前驱体组分、1~20%含硼和硅的玻璃组分、10~20%胺类络合剂和0.001~10%有机添加剂,其余部分为溶剂。先按照上述比例将胺类络合剂充分溶解于溶剂中,然后将铋前驱体加入至混合溶液搅拌至完全溶解,制备成基础的铋基墨水。
2)向步骤1)制得的铋基墨水中加入含硼和硅的玻璃组分,常温搅拌至完全溶解。
3)向步骤2)制得的墨水中按比例加入不同添加剂用于降低墨水分解温度、调整墨水粘度与表面张力。在各种配置方式中,墨水中可包含粘度调节剂、表面张力改性剂、成膜剂、消泡剂中的一种或多种或其任意混合物。在常温下搅拌1~10h至溶解无颗粒,获得玻璃组分墨水。
4)将步骤3)制得的玻璃组分墨水经0.22μm的微孔滤膜过滤后得到无颗粒型玻璃组分墨水。
所述无颗粒型玻璃组分墨水加入导电浆料中做烧结助剂工艺方法包括以下步骤:
制得的含有无颗粒型玻璃组分墨水按1~20%的体积分数加入以不同导电浆料中,搅拌1h获得组分均匀的混合油墨。将混合油墨使用滴涂、浸涂、旋涂或印制等方式涂覆或印制于不同的基材上,形成图层或图案,将其通过一定的方法烧结处理得到金属薄膜。
进一步,步骤1)铋前驱体可为各种含铋有机物。铋前驱体的比例最优为20~50wt%,通过提高铋前驱体的加入量,可提高金属前驱体的络合效率。
进一步,步骤1)所述溶剂可以是醇、醚、酯等有机溶剂中的一种或多种混合物;作为溶剂,为防止影响墨水分解温度,优选常压(一个大气压)下,沸点在300℃以下的溶剂。有机溶剂可以是芳香族溶剂、非芳香族溶剂或芳香族和非芳香族溶剂的混合物。可以列举出甲醇、乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、1.2-丁二醇、甘醇、二甘醇、三甘醇、丙二醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇乙醚乙酸酯、己二酸二甲酯、己二酸二乙酯、琥珀酸(丁二酸)二甲酯、戊二酸二甲酯、DBE等。溶剂量的范围为约10~70wt%。
进一步,步骤1)所述胺类络合剂为氨水、脂肪胺、醇胺、酰胺、芳香胺中的一种或数种的混合物。作为配体可以列举出1,2-丙二胺、乙二胺、乙胺、正丙胺、异丙胺、正丁胺、正己胺、乙醇胺、异丙醇胺、二乙基乙二胺、二羟基乙二胺和三羟基乙二胺等。优选胺类络合剂添加范围为10~20wt%。
进一步,步骤2)中所述含硼和硅的玻璃组分为各种含硼、硅的有机物。如硼酸三甲酯、硼酸三乙酯、硼酸三丙酯、硼酸三丁酯、过硼酸钠、硅烷、聚硅氧烷、聚硅烷、正硅酸乙酯、正硅酸丁酯、硅酸四苯酯、肉硅酸异戊酯、正硅酸四苄酯及其混合物。该量的范围为约1~20wt%
进一步,步骤3)粘度调节剂的功能主要是调节墨水的黏度,使墨水适用于不同的导电浆料。优选能将墨水的粘度在常温25℃下调节至1~60mPa·s的添加剂,例如阿拉伯胶、果胶、琼脂、明胶、海藻胶、角叉胶、通用明胶、多糖衍生物等胶类。优选的粘度调节剂还包含纤维素聚合物、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃、聚乙烯吡咯烷酮、聚吡咯烷酮、聚乙烯醇缩醛、聚酯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、多元醇、硅酮、聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、酚甲醛树脂、聚亚烷基碳酸酯及其混合物。优选的有机聚合物粘度调节剂可以是均聚物或共聚物。该量的范围为约0.001~5wt%。
进一步,步骤3)中所述墨水受不同添加剂的影响,粘度优选为10~40m Pa·s,表面张力优选为5~40m N/m。
进一步,步骤3)消泡剂可以防止泡沫形成,减少或消灭原有泡沫。优选的消泡剂可以为氟硅酮、矿物油、植物油、聚硅氧烷、酯蜡、脂肪醇、甘油、硬脂酸酯、硅酮、聚丙烯基聚醚及其混合物。该量的范围为约0.001~5wt%。
进一步,步骤5)上述的印制基板材料为硅、碳化硅、石英、玻璃、陶瓷和各种合适的基体。如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯乙烯、丙烯腈、丁二烯、苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺(例如KaptonTM)、聚醚酰亚胺(例如UltemTM)、热塑性聚氨酯(TPU)、硅胶膜、印刷线路板基体(例如FR4)、玻璃、金属、电介质涂层等。
进一步,步骤5)上述的各种成膜方式,包括滴涂、涂布、喷雾、层压、悬涂成膜;印制图案方式包含网版印制、喷墨打印、卷对卷印刷、丝网印刷、胶版印刷、柔性版印刷、平板印刷、凹版印刷、型版喷刷、移印或任何其他方法。
进一步,步骤5)中采用热处理或激光烧结的方式干燥、烧结导电浆料涂层以形成金属薄膜。可以在惰性气氛(如氮气和/或氩气)、还原气氛(如氢气)、空气、真空条件下对导电油墨进行烧结固化。烧结温度优选温度范围为400~800℃,时间为10min~5h。
进一步,步骤6)所述导电浆料为以各种功能相配置的导电浆料。其中包括玻璃系导电浆料和树脂系导电浆料。根据其中导电功能相填料分类,所述的导电浆料包括碳浆(石墨导体)及各种金属浆料,如金粉浆料、银粉浆料、铜粉浆料、镀银铜粉浆料、镍粉浆料及各种改性金属浆料。导电浆料中加入无颗粒玻璃组分墨水的体积分数为1~20%。
以下通过实施例更详细的说明本发明,但本发明的范围并不仅限于这些实施例。本发明实施例中采用的异辛酸铋、草酸银、银粉、络合剂、有机添加剂以及溶剂均为市售产品。
【实施例1】
高稳定性无颗粒型玻璃组分墨水,按照质量百分比为32%异丙醇铋、14%1,2-丙二胺、4%正硅酸乙酯、4%硼酸三丁酯、1%环氧树脂和45%丙酮组成。制备方法为:
按照上述比例,先将1,2-丙二胺与溶剂进行混合,混合均匀后将异丙醇铋加入到混合溶液中,在室温下搅拌3h至充分溶解后,后加入正硅酸乙酯、硼酸三丁酯和环氧树脂搅拌至溶解,经0.22μm的微孔滤膜过滤后得到本发明的无颗粒型玻璃组分墨水。其黏度为24.63mPa·s,表面张力为26.2mN/m;取200μL该墨水将其旋涂在2·2cm玻璃基板上,旋涂过程中设定旋涂参数为匀涂转速500r/min,匀涂时间为10s,旋涂转速为1000r/min,旋涂时间15s。以40℃/min的升温速率升温至500℃,烧结90min,得到玻璃粉薄膜。
【对比实例1】
高稳定性无颗粒型玻璃组分墨水,按照质量百分比为32%异丙醇铋、14%1,2-丙二胺、15%正硅酸乙酯、10%硼酸三丁酯、1%环氧树脂和28%丙酮组成。制备方法为:
按照上述比例,先将1,2-丙二胺与溶剂进行混合,混合均匀后将异丙醇铋加入到混合溶液中,在室温下搅拌3h至充分溶解后,后加入正硅酸乙酯和环氧树脂搅拌后溶解,加入硼酸三丁酯后搅拌过程中产生白色浑浊,静止后有白色沉淀沉积在底部,未能形成无颗粒型墨水。
【实施例2】
高稳定性无颗粒型玻璃组分墨水,按照质量百分比为45%新癸酸铋、15%乙胺、10%硅酸四苯酯、5%硼酸三甲酯、1%环氧树脂和24%二乙二醇乙醚组成。
制备方法为:
按照上述比例,先将乙胺与溶剂进行混合,混合均匀后将新癸酸铋加入到混合溶液中,在室温下搅拌3h至充分溶解后,后加入硅酸四苯酯、硼酸三甲酯和环氧树脂搅拌至溶解,经0.22μm的微孔滤膜过滤后得到本发明的无颗粒型玻璃组分墨水。其黏度为28.72mPa·s,表面张力为31.6mN/m;取200μL该墨水将其旋涂在2·2cm碳化硅基板上,旋涂过程中设定旋涂参数为匀涂转速500r/min,匀涂时间为10s,旋涂转速为1000r/min,旋涂时间15s。以40℃/min的升温速率升温至500℃,烧结90min,得到玻璃粉薄膜。
【实施例3】
高稳定性无颗粒型玻璃组分墨水做烧结助剂,按照质量百分比为40%异辛酸铋、15%1,2-丙二胺、3%正硅酸丁酯、5%硼酸三甲酯、1%环氧树脂和36%二乙二醇乙醚组成。
银油墨按照质量百分比为40%草酸银、21%1,2-丙二胺和39%乙醇组成,玻璃组分墨水加入的体积分数为9vol%。制备方法为:
按照上述比例,先将1,2-丙二胺与溶剂进行混合,混合均匀后将异辛酸铋加入到混合溶液中,在室温下搅拌3h至充分溶解后,后加入正硅酸丁酯、硼酸三甲酯和环氧树脂搅拌至溶解,经0.22μm的微孔滤膜过滤后得到本发明的无颗粒型玻璃组分墨水。后取9vol%该墨水加入银墨水中搅拌混合1h后过滤得到混合墨水。取200μL该墨水将其旋涂在2·2cm碳化硅基板上,旋涂过程中设定旋涂参数为匀涂转速500r/min,匀涂时间为10s,旋涂转速为1000r/min,旋涂时间15s。以40℃/min的升温速率升温至500℃,烧结90min,得到金属薄膜。银膜与基板结合强度通过3M胶带测试结果显示为5B等级,最高的结合强度为26MPa。
【对比实施例3】
银油墨按照质量百分比为40%草酸银、21%1,2-丙二胺和39%乙醇组成,未加入本发明的无颗粒型玻璃组分墨水,银油墨制备方法为:
按照上述比例,先将1,2-丙二胺与溶剂进行混合,混合均匀后将草酸银前驱体加入到混合溶液中,在室温下搅拌3h至充分溶解后,经0.22μm的微孔滤膜过滤后得到本发明的无颗粒型玻璃组分墨水。取200μL该墨水将其旋涂在2·2cm碳化硅基板上,旋涂过程中设定旋涂参数为匀涂转速500r/min,匀涂时间为10s,旋涂转速为1000r/min,旋涂时间15s。以40℃/min的升温速率升温至500℃,烧结90min,得到金属薄膜。银膜与基板结合强度通过3M胶带测试结果显示仅为3B等级。
【实施例4】
高稳定性无颗粒型玻璃组分墨水做烧结助剂,按照质量百分比为40%异辛酸铋、15%1,2-丙二胺、5%正硅酸乙酯、5%硼酸三甲酯、1%环氧树脂和34%二乙二醇乙醚组成。导电银浆按照质量百分比为65%市售银粉、14%异丙醇、7%乙二醇和14%松油醇混合配制成。玻璃组分墨水加入的体积分数为6vol%、9vol%、12vol%,分别编号为S1、S2和S3。制备方法为:
按照上述比例,先将1,2-丙二胺与溶剂进行混合,混合均匀后将异辛酸铋加入到混合溶液中,在室温下搅拌3h至充分溶解后,后加入正硅酸乙酯、硼酸三甲酯和环氧树脂搅拌至溶解,经0.22μm的微孔滤膜过滤后得到本发明的无颗粒型墨水。后取该墨水加入导电银浆中搅拌混合得到混合油墨。取200μL该墨水将其旋涂在2·2cm碳化硅基板上,旋涂过程中设定旋涂参数为匀涂转速500r/min,匀涂时间为10s,旋涂转速为1000r/min,旋涂时间15s。以40℃/min的升温速率升温至500℃,烧结90min,得到金属薄膜。通过测试,玻璃组分墨水添加量为12vol%的油墨抗剪强度从23MPa提高到43.6MPa。

Claims (10)

1.一种应用于导电浆料/油墨的无颗粒型玻璃组分墨水,其特征在于,所述无颗粒型玻璃组分墨水采用铋前驱体组分与胺类络合剂形成稳定的络合物后,加入含硅和硼的玻璃组分,溶解于有机溶剂过滤形成无颗粒型墨水,后加入到传统导电浆料中作为烧结助剂;所述无颗粒型玻璃组分墨水在烧结中原位分解产生氧化铋、氧化硼、氧化硅,填充在金属颗粒之间以及金属与基板之间,进一步升温中变为熔融态,冷却凝固后使其产生致密的欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的应用于导电浆料/油墨的无颗粒型玻璃组分墨水,其特征在于,在无颗粒型玻璃组分墨水中加入添加剂,调节其粘度与流平性、调整玻璃相组分分解后玻璃相转化温度。
3.根据权利要求1或2所述的应用于导电浆料/油墨的无颗粒型玻璃组分墨水,其特征在于,所述无颗粒型玻璃粉墨水稳定性强,在室温下存放1个月无沉淀生成。
4.一种权利要求1-3任一所述应用于导电浆料/油墨的无颗粒型玻璃组分墨水的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)所述的无颗粒型玻璃组分墨水由下列质量百分含量的组分组成:20~50%铋前驱体组分、1~20%含硼和硅的玻璃组分、10~20%胺类络合剂和0.001~10%有机添加剂,其余部分为溶剂;按照上述比例将胺类络合剂充分溶解于溶剂中,然后加入铋前驱体搅拌至完全溶解,制备成基础的铋基墨水;
2)向步骤1)制得的铋基墨水中加入含硼和硅的玻璃组分,常温搅拌至完全溶解;
3)向步骤2)制得的墨水中按比例加入不同添加剂用于降低墨水分解温度、调整墨水粘度与表面张力;在各种配置方式中,所述添加剂为粘度调节剂、表面张力改性剂、成膜剂、消泡剂中的一种或两种以上;在常温下搅拌1~10h至溶解无颗粒,获得玻璃组分墨水;
4)将步骤3)制得的玻璃组分墨水经0.22μm的微孔滤膜过滤后得到无颗粒型玻璃组分墨水。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述铋前驱体中为各种含铋有机物;所述溶剂为常压下,沸点在300℃以下的有机溶剂中的一种或多种混合物;所述胺类络合剂为氨水、脂肪胺、醇胺、酰胺、芳香胺中的一种或两种以上;所述含硼和硅的玻璃组分为各种含硼和硅的有机物。
6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述粘度调节剂为阿拉伯胶、果胶、琼脂、明胶、海藻胶、角叉胶、通用明胶或多糖衍生物;所述有机聚合物粘度调节剂为均聚物或共聚物;所述消泡剂为氟硅酮、矿物油、植物油、聚硅氧烷、酯蜡、脂肪醇、甘油、硬脂酸酯、硅酮、聚丙烯基聚醚中的一种或两种以上。
7.根据权利要求4-6任一所述的制备方法,其特征在于,所述墨水受不同添加剂的影响,粘度为10~40m Pa·s,表面张力为5~40m N/m。
8.一种权利要求1-3任一所述应用于导电浆料/油墨的无颗粒型玻璃组分墨水以及权利要求4-7任一所述制备方法制备的应用于导电浆料/油墨的无颗粒型玻璃组分墨水的应用,其特征在于,所述无颗粒型玻璃组分墨水加入导电浆料中做烧结助剂;
制得的含有无颗粒型玻璃组分墨水按1~20%的体积分数加入以不同导电浆料中,搅拌1h获得组分均匀的混合油墨;将混合油墨使用滴涂、浸涂、旋涂或印制方式涂覆或印制于不同的基材上,形成图层或图案,将其通过一定的方法烧结处理得到金属薄膜。
9.根据权利要求8所述的无颗粒型玻璃组分墨水的应用,其特征在于,所述基板材料为硅、碳化硅、石英、玻璃、陶瓷;所述烧结温度范围为400~800℃,时间为10min~5h。
10.根据权利要求8或9所述的无颗粒型玻璃组分墨水的应用,其特征在于,所述导电浆料包括玻璃系导电浆料和树脂系导电浆料;根据其中导电功能相填料分类,所述的导电浆料包括碳浆及各种金属浆料。
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