DE102011076749A1

DE102011076749A1 - Silbernanopartikelzusammensetzung, umfassend Lösungsmittel mit spezifischen Hansen-Löslichkeitsparametern

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Publication number: DE102011076749A1
Application number: DE102011076749A
Authority: DE
Inventors: Yiliang Wu; Yulin Wang; Mahya Mokhtari; Roger E. Gaynor; Nan-Xing Hu; Marko D. Saban
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2011-12-15
Also published as: JP5650054B2; US20110305821A1; JP2011256382A; CA2742009A1; CA2742009C; US8765025B2

Abstract

Eine Metallnanopartikelzusammensetzung umfasst organisch stabilisierte Metallnanopartikel und ein Lösungsmittel, wobei das gewählte Lösungsmittel die folgenden Hansen-Löslichkeitsparameter aufweist: Einen Dispersionsparameter von etwa 16 MPa0,5 oder mehr und eine Summe aus Polaritätsparameter und Wasserstoffbindungsparameter von etwa 8,0 MPa0,5 oder weniger. Die Metallnanopartikelzusammensetzung ist zum Drucken von gleichmäßigen, glatten und schmalen Leitungsbahnen auf verschiedenen Substratoberflächen geeignet. Die Metallnanopartikelzusammensetzung kann gedruckte Leitungsbahnen bilden, die ein Kaffeeringeffektverhältnis von etwa 1,2 bis etwa 0,8, eine Oberflächenrauigkeit von etwa 15 nm oder weniger und eine Linienbreite von etwa 200 Mikrometer oder weniger aufweisen.

Description

STAND DER TECHNIK
In verschiedenen Ausführungsformen hierin werden stabile, hochleistungsfähige Nanopartikelzusammensetzungen beschrieben, die zum Drucken, wie z. B. mittels Tintenstrahldruck, geeignet sind.
Die Herstellung von elektronischen Schaltelementen unter Verwendung von Flüssigphasenabscheidungstechniken ist von grundlegendem Interesse, da solche Techniken potentiell kostengünstige Alternativen zu herkömmlichen, etablierten Siliciumtechnologien für elektronische Anwendungen wie z. B. Dünnschichttransistoren (TFTs), Licht emittierenden Dioden (LEDs), RFID-Tags, Solarzellen, gedruckten Speichern und dergleichen bieten. Das Aufbringen und/oder Strukturieren von funktionellen Elektroden, Pixelkontaktflächen und Leiterbahnen, Leitungen und Spuren, welche die Leitfähigkeits-, Verarbeitungs-, Morphologie- und Kostenanforderungen für praktische Anwendungen erfüllen, stellte jedoch eine große Herausforderung dar.
In Lösung verarbeitbare Leiter sind für die Anwendung in derartigen elektronischen Anwendungen von großem Interesse. Tinten auf Basis von Metallnanopartikeln stellen eine vielversprechende Materialklasse für gedruckte Elektronik dar. Die meisten Metallnanopartikel, wie z. B. Silber- und Goldmetallnanopartikel, benötigen jedoch Stabilisatoren mit hohem Molekulargewicht, um eine geeignete Löslichkeit und Stabilität bei der Bildung einer Drucklösung zu gewährleisten. Diese Stabilisatoren mit hohem Molekulargewicht erhöhen unweigerlich die Tempertemperaturen für die Metallnanopartikel auf mehr als 200°C, um die Stabilisatoren wegzubrennen, wobei diese Temperaturen mit den meisten kostengünstigen Kunststoffsubstraten für eine mögliche Aufbringung der Lösung, wie z. B. Polyethylenterephthalat (PET) und Polyethylennaphthalat (PEN), unverträglich sind und Schäden daran hervorrufen.
Darüber hinaus führen derzeitige Metallnanopartikelzusammensetzungen bei der Abscheidung auf einem Substrat häufig zu aus leitfähiger Metalltinte bestehenden Leitungen, die zu breit sind, eine geringe Leitfähigkeit und darüber hinaus einen „Kaffeeringeffekt” aufweisen. Die derzeitigen Metalltintenzusammensetzungen weisen auch eine große Oberflächenrauigkeit auf, was sich durch „schwarze Punkte” zeigt, die innerhalb der gedruckten Leitung erscheinen. Kaffeeringeffekt bezeichnet hierin den Effekt, dass die Partikel in einem gegebenen Tropfen entlang der Peripherie des Kreises enden, wobei der Mittelpunkt, an dem der Tropfen auf das Substrat gegeben wurde, sehr dünn ist (d. h. eine nicht gleichmäßige Aufbringung). In einem Querschnitt eines Tropfens wird ein bimodales Linienprofil (zwei Maxima) in einer Oberflächenprofilmessung beobachtet. Die Abscheidung einer leitfähigen Metallleitung, die einen Kaffeeringeffekt aufweist und/oder auf andere Weise zu breit ist, kann die Nutzung der Tinten in bestimmten Anwendungen einschränken.
Ausstoßbare Zusammensetzungen waren wünschenswert, um eine Drop-on-demand-Abscheidung und ein Drucken mit funktionellen Merkmalen Wie z. B. Elektroden und Schaltungen für elektronische Vorrichtungen zu ermöglichen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es besteht ein Bedarf an Zusammensetzungen mit leitfähigen Metallnanopartikeln mit verbesserter Leitfähigkeit, die beim Abscheiden keinen „Kaffeeringeffekt” zeigen, zum Beispiel wenn die Metallnanopartikel enthaltende Tintenzusammensetzung mit einer ausreichenden Breite und Dicke, die für eine weitere Verarbeitung geeignet ist, abgeschieden werden kann. Darüber hinaus besteht ein Bedarf an Zusammensetzungen mit leitfähigen Metallnanopartikeln, die eine schmale Leitung für hochauflösende Vorrichtungen erzeugen. Außerdem besteht auch Bedarf an Metallnanopartikelzusammensetzungen mit einer minimalen Oberflächenrauigkeit für eine mehrschichtige Integration, die verglichen mit anderen Metallnanopartikelzusammensetzungen so keinerlei schwarze Punkte beim Drucken erzeugen.
Die oben genannten und weitere Bedürfnisse sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wobei in Ausführungsformen eine Zusammensetzung beschrieben wird, die einen durch einen Organoamin-Stabilisator stabilisierten Metallnanopartikel und ein Lösungsmittel umfasst.
Das Lösungsmittel wird basierend auf den Hansen-Löslichkeitsparametern ausgewählt. Die Hansen-Löslichkeitsparameter sind Dispersion, Polarität und Wasserstoffbindung. Das gewählte Lösungsmittel sollte Hansen-Löslichkeitsparameter aufweisen, in denen die Summe aus Polaritätsparameter und Wasserstoffbindungsparameter etwa 8,0 MPa^0.5 oder weniger und der Dispersionsparameter etwa 16 MPa^0.5 oder mehr beträgt.
In Ausführungsformen wird ein Verfahren zur Bildung von leitfähigen Merkmalen auf einem Substrat beschrieben, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer flüssigen Zusammensetzung, die mit einem Organamin-Stabilisator stabilisierte Metallnanopartikel und das Lösungsmittel umfasst, Abscheiden der flüssigen Zusammensetzung auf dem Substrat zur Bildung von abgeschiedenen Merkmalen, und Erhitzen der abgeschiedenen Merkmale auf dem Substrat auf eine Temperatur von etwa 70°C bis etwa 200°C zur Bildung von leitfähigen Merkmalen auf dem Substrat.
KURZE BESCHREIBUNG DER
Es folgt eine kurze Beschreibung der Abbildungen.
1 stellt einen typischen Parameter des Kaffeeringeffekts dar; der Parameter wird durch Vergleichen der gemessenen Höhe der Kante mit der gemessenen Höhe des Mittelpunkts bestimmt (h_Kante/h_Mittelpunkt). Ein Verhältnis von 1,0 führt zu einer Höhe der Kante gleich der Höhe des Mittelpunkts und es gibt keinen Kaffeeringeffekt.
2 ist eine Darstellung, die h_Kante und h_Mittelpunkt zeigt, wenn das Kaffeeringeffekt-Verhältnis größer als 1,0 ist und daher der Mittelpunkt im Vergleich zur Kante dünner ist.
3 ist ein Darstellung, die h_Kante und h_Mittelpunkt zeigt, wenn das Kaffeeringeffekt-Verhältnis kleiner als 1 ist und daher der Mittelpunkt im Vergleich zur Kante dicker ist.
4 ist eine Photographie einer gedruckten Leitung von Vergleichsbeispiel 1, das mit den Silbernanopartikeln aus Ansatz 1 hergestellt wurde.
5 ist eine Photographie einer gedruckten Leitung von Vergleichsbeispiel 2, das mit den Silbernanopartikeln aus Ansatz 2 hergestellt wurde.
6 ist eine Photographie einer gedruckten Leitung von Vergleichsbeispiel 3, das mit den Silbernanopartikeln aus Ansatz 3 hergestellt wurde.
7 ist eine Photographie einer gedruckten Leitung von Beispiel 1, das mit den Silbernanopartikeln aus Ansatz 1 hergestellt wurde.
8 ist eine Photographie einer gedruckten Leitung von Beispiel 2, das mit den Silbernanopartikeln aus Ansatz 2 hergestellt wurde.
9 ist eine Photographie einer gedruckten Leitung von Beispiel 3, das mit den Silbernanopartikeln aus Ansatz 3 hergestellt wurde.
AUSFÜHRUNGSFORMEN
Hierin wird eine Zusammensetzung beschrieben, die Metallnanopartikel umfasst und zum Drucken verwendet werden kann, nicht aber darauf beschränkt ist. Wenn die Zusammensetzung zum Drucken verwendet wird, zeigt sich ein besseres Druckvermögen von Leitungen. Die Zusammensetzung besteht aus einem Metallnanopartikel, einem Stabilisator für den Nanopartikel und einem Lösungsmittel. Die Zusammensetzung kann auf ein Substrat gedruckt und dann getempert werden, um die leitfähigen Merkmale auf einem Substrat zu bilden. Außerdem wird hierin eine Zusammensetzung mit verbesserten Eigenschaften wie z. B. einer verringerten Agglomeration und verbesserten Stabilität der Viskosität der Zusammensetzung beschrieben.
Der Begriff „Nano” wie in „Metallnanopartikel” verwendet, bezieht sich zum Beispiel auf eine Partikelgröße von weniger als etwa 1000 nm, wie zum Beispiel von etwa 0,5 nm bis etwa 1.000 nm, von etwa 1 nm bis etwa 500 nm, von etwa 1 nm bis etwa 100 nm, von etwa 1 nm bis etwa 25 nm oder von etwa 1 nm bis etwa 10 nm. Die Partikelgröße bezieht sich auf den mittleren Durchmesser der Metallpartikel, bestimmt mittels TEM (Transmissionselektronenmikroskopie) oder anderer geeigneter Verfahren. Im Allgemeinen können die aus dem hierin beschriebenen Verfahren erhaltenen Metallnanopartikeln in einer Vielzahl an Partikelgrößen vorliegen. In Ausführungsformen ist das Vorliegen von verschieden großen, Silber enthaltenden Nanopartikeln zulässig.
In Ausführungsformen besteht die Zusammensetzung aus einem organisch stabilisierten Metallnanopartikel und einem Lösungsmittel. Der organische Stabilisator ist mit der Oberfläche der Metallnanopartikel assoziiert.
In Ausführungsformen bestehen die Metallnanopartikel aus (i) einem oder mehreren Metallen oder (ii) aus einem oder mehreren Metallkompositen. Geeignete Metalle können zum Beispiel Al, Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Co, Cr, In und Ni umfassen, insbesondere die Übergangsmetalle wie zum Beispiel Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Cr, Ni sowie Mischungen davon. Geeignete Metallkomposite können Au-Ag, Ag-Cu, Ag-Ni, Au-Cu, Au-Ni, Au-Ag-Cu und Au-Ag-Pd umfassen. Die Metallkomposite können auch Nichtmetalle umfassen, wie zum Beispiel Si, C und Ge. Die verschiedenen Bestandteile des Metallkomposits können in einer Menge im Bereich von zum Beispiel etwa 0,01% bis etwa 99,9 Gew.-%, insbesondere von etwa 10% bis etwa 90 Gew.-% vorhanden sein. Des Weiteren kann die hierin beschriebene Zusammensetzung auch keinerlei Metalloxidnanopartikel umfassen.
In Ausführungsformen ist das Metallkomposit eine aus Silber und einem, zwei oder mehreren anderen Metallen bestehende Metalllegierung, wobei Silber zum Beispiel mindestens etwa 20 Gew.-% der Nanopartikel ausmacht, insbesondere mehr als 50 Gew.-% der Nanopartikel.
Handelt es sich bei dem Metallnanopartikel um Silber, weisen die Silbernanopartikel eine Stabilität (das heißt der Zeitraum, in dem das Ausfallen oder das Aggregieren der silberhaltigen Nanopartikel in der Zusammensetzung minimal ist) von zum Beispiel mindestens etwa 5 Tagen bis etwa 1 Monat, von etwa 1 Woche bis etwa 6 Monaten, von etwa 1 Woche bis mehr als 1 Jahr auf. Die Stabilität kann unter Verwendung einer Vielzahl an Verfahren überwacht werden, zum Beispiel mittels eines dynamischen Lichtstreuungsverfahrens, bei dem die Partikelgröße sondiert wird, oder einem einfachen Filtrationsverfahren unter Verwendung einer bestimmten Filterporengröße, zum Beispiel 1 Mikrometer, zu Bewertung des Feststoffs auf dem Filter.
Der Gewichtsprozentanteil der Metallnanopartikel in der Zusammensetzung kann zum Beispiel von etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 80 Gewichtsprozent, von etwa 10 Gewichtsprozent bis etwa 60 Gewichtsprozent oder von etwa 15 Gewichtsprozent bis etwa 50 Gewichtsprozent betragen.
Die hierin beschriebene Zusammensetzung muss einen Stabilisator enthalten, der mit der Oberfläche der Metallnanopartikel verbunden ist und bis zum Tempern des Metallnanopartikels während der Bildung der metallischen Merkmale auf einem Substrat nicht entfernt wird. Der Stabilisator kann organisch sein.
In Ausführungsformen ist der Stabilisator physikalisch oder chemisch mit der Oberfläche der Metallnanopartikel assoziiert. Auf diese Weise tragen die Nanopartikel den Stabilisator außerhalb einer flüssigen Lösung auf sich. Das heißt, dass die Nanopartikel mit dem Stabilisator darauf isoliert und aus einer Reaktionsmischungslösung gewonnen werden können, die bei der Bildung der Nanopartikel und des Stabilisatorkomplexes verwendet wurde. Die stabilisierten Nanopartikel können so anschließend ohne Weiteres und homogen in einem Lösungsmittel zur Bildung einer druckbaren Lösung dispergiert werden.
Wie hierin verwendet, kann der Begriff „physikalisch oder chemisch assoziiert” eine chemische Bindung und/oder eine andere physikalische Verknüpfung zwischen dem Metallnanopartikel und dem Stabilisator sein. Die chemische Bindung kann die Form zum Beispiel einer kovalenten Bindung, einer Wasserstoffbindung, einer Koordinationskomplexbindung oder einer ionischen Bindung oder einer Mischung der verschiedenen chemischen Bindungen einnehmen. Die physikalische Verknüpfung kann die Form von zum Beispiel Van-der-Waals-Kräften oder Dipol-Dipol-Wechselwirkungen oder einer Mischung verschiedener physikalischer Verknüpfungen einnehmen.
Der Begriff „organisch” in „organischer Stabilisator” bezieht sich zum Beispiel auf die Gegenwart von (einem) Kohlenstoffatom(en), aber der organische Stabilisator kann ein oder mehrere Nichtmetallheteroatome wie z. B. Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel, Silicium, Halogen und dergleichen umfassen. Der organische Stabilisator kann ein Organoamin-Stabilisator sein, wie solche, die im US-Patent Nr. 7,270,694 beschrieben werden. Beispiele für das Organamin sind ein Alkylamin wie zum Beispiel Butylamin, Pentylamin, Hexylamin, Heptylamin, Octylamin, Nonylamin, Decylamin, Hexadecylamin, Undecylamin, Dodecylamin, Tridecylamin, Tetradecylamin, Diaminopentan, Diaminohexan, Diaminoheptan, Diaminooctan, Diaminononan, Diaminodecan, Diaminooctan, Dipropylamin, Dibutylamin, Dipentylamin, Dihexylamin, Diheptylamin, Dioctylamin, Dinonylamin, Didecylamin, Methylpropylamin, Ethylpropylamin, Propylbutylamin, Ethylbutylamin, Ethylpentylamin, Propylpentylamin, Butylpentylamin, Tributylamin, Trihexylamin und dergleichen oder Mischungen davon.
Der Metallnanopartikel wird mit einem Stabilisator stabilisiert, der aus der Formel (I) besteht: X-Y. X ist eine Kohlenwasserstoffgruppe, die mindestens 4 Kohlenstoffatome umfasst, einschließlich mindestens 8 Kohlenstoffatome oder mindestens 12 Kohlenstoffatome. Y ist eine funktionelle Gruppe, die an die Oberfläche des Metallnanopartikels bindet. Beispiele für die funktionellen Gruppen Y umfassen zum Beispiel Hydroxyl, Amin, Carbonsäure, Thiol und dessen Derivate, -OC(=S)SH (Xanthogensäure), Pyridin, Pyrrolidon und dergleichen. Der organische Stabilisator kann aus der Gruppe bestehend aus Polyethylenglykolen, Polyvinylpyridin, Polyvinylpyrrolidon und anderen organischen Tensiden gewählt werden. Der organische Stabilisator kann aus der Gruppe bestehend aus einem Thiol, wie zum Beispiel Butanthiol, Pentanthiol, Hexanthiol, Heptanthiol, Octanthiol, Decanthiol und Dodecanthiol; einem Dithiol wie zum Beispiel 1,2-Ethandithiol, 1,3-Propandithiol und 1,4-Butandithiol oder einer Mischung aus einem Thiol und einem Dithiol ausgewählt werden. Der organische Stabilisator kann aus der Gruppe bestehend aus einer Xanthogensäure, wie zum Beispiel O-Methylxanthogenat, O-Ethylxanthogenat, O-Propylxanthogensäure, O-Butylxanthogensäure, O-Pentylxanthogensäure, O-Hexylxanthogensäure, O-Heptylxanthogensäure, O-Octylxanthogensäure, O-Nonylxanthogensäure, O-Decylxanthogensäure, O-Undecylxanthogensäure, O-Dodecylxanthogensäure ausgewählt werden. Organische Stabilisatoren, die ein Pyridinderivat umfassen (zum Beispiel Dodecylpyridin) und/oder ein Organophosphin, das Metallnanopartikel stabilisieren kann, können hierin ebenfalls als Stabilisatoren eingesetzt werden.
Weitere Beispiele für organisch stabilisierte Metallnanopartikel können Folgende umfassen: die in der anhängigen US-Patentanmeldung der Anmeldenummer 2009/0148600 beschriebenen Carbonsäure-Organoamin-komplexstabilisierten Metallnanopartikel, die in der anhängigen US-Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 2007/0099357 A1 beschriebenen Carbonsäure-stabilisierten Metallnanopartikel und die in der anhängigen US-Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 2009/0181183 beschriebenen thermisch entfernbaren Stabilisatoren und UV-zersetzbaren Stabilisatoren.
Das Ausmaß der Bedeckung der Oberfläche der Metallnanopartikel mit Stabilisator kann variieren, zum Beispiel von einer teilweisen bis zu einer vollständigen Bedeckung, und zwar in Abhängigkeit von der Fähigkeit des Stabilisators zum Stabilisieren der Metallnanopartikel. Selbstverständlich besteht auch eine Variabilität im Ausmaß der Bedeckung mit Stabilisator unter den einzelnen Metallnanopartikeln.
Der Gewichtsprozentanteil des organischen Stabilisators in den Metallnanopartikeln (umfasst nur den Metallpartikel und den Stabilisator, ohne das Lösungsmittel) kann zum Beispiel von etwa 3 Gewichtsprozent bis etwa 80 Gewichtsprozent, von etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 60 Gewichtsprozent, von etwa 10 Gewichtsprozent bis etwa 50 Gewichtsprozent oder von etwa 10 Gewichtsprozent bis etwa 30 Gewichtsprozent betragen.
In Ausführungsformen ist der Metallnanopartikel ein Organoamin stabilisierter Silbernanopartikel. Der Gewichtsanteil des Silbers in den Silbernanopartikeln (nur Silber und Stabilisator) beträgt von etwa 80% bis etwa 95%, einschließlich von etwa 85% bis etwa 90%. Der Gewichtsanteil der Silbernanopartikel in der Silbernanopartikelzusammensetzung (einschließlich des Lösungsmittels) beträgt von etwa 20% bis etwa 70 Gew.-%, einschließlich von etwa 30% bis etwa 60 Gew.-%.
Ein Lösungsmittel kann durch seine Hansen-Löslichkeitsparameter charakterisiert sein, bei denen es sich um den Dispersionsparameter, den Löslichkeitsparameter und den Wasserstoffbindungsparameter handelt. Das Lösungsmittel hierin sollte einen Dispersionsparameter von etwa 16 MPa^0,5 oder mehr aufweisen und die Summe aus Polaritätsparameter und Wasserstoffbindungsparameter sollte etwa 8,0 MPa^0,5 oder weniger betragen. Insbesondere sollte ein gewähltes Lösungsmittel einen Dispersionsparameterwert von etwa 16 MPa^0,5 oder mehr, zum Beispiel von etwa 16 MPa^0,5 bis etwa 25 MPa^0,5, oder etwa 18 MPa^0,5 oder mehr, zum Beispiel von etwa 18 MPa^0,5 bis etwa 25 MPa^0,5 aufweisen und die Summe aus Polaritätsparameter und Wasserstoffbindungsparameter sollte etwa 8,0 MPa^0,5 oder weniger, einschließlich 5,5 MPa^0,5 oder weniger betragen. Vorzugsweise beträgt der Polaritätsparameter von etwa 1,5 MPa^0,5 bis etwa 0 MPa^0,5, einschließlich von etwa 1,0 MPa^0,5 bis etwa 0 MPa^0,5, und der Wasserstoffbindungsparameter beträgt von etwa 1,5 MPa^0,5 bis etwa 0 MPa^0,5, einschließlich von etwa 1,0 MPa^0,5 bis etwa 0 MPa^0,5
Die Auswahl des Lösungsmittels basiert auf den Parameterwerten. Ein Lösungsmittel, das innerhalb der beschriebenen Hansen-Löslichkeitsparameter liegt, kann mit einem weiteren Lösungsmittel vermischt sein, solange wie mindestens eines der Lösungsmittel innerhalb der angegebenen Bereiche für die Hansen-Löslichkeitsparameter liegt.
Jeder der Hansen-Löslichkeitsparameter für ein gegebenes Lösungsmittel kann in bekannten Nachschlagewerken gefunden werden, wie z. B. Hansen Solubility Parameters: A User's Handbook, von Charles Hansen, 2007, 2. Auflage. Außerdem kann eine bekannte Modellierungssoftware, zum Beispiel Fedors Cohesive Energy Density unter Verwendung einer Software wie z. B. der SP2-Methode, zur Berechnung der Hansen-Löslichkeitsparameter basierend auf der chemischen Struktur des Lösungsmittels verwendet werden. Die Berechnung wird bei der Temperatur des Lösungsmittels von 25°C durchgeführt.
Bei den Hansen-Löslichkeitsparametern stellt die Wasserstoffbindung eine anziehende Wechselwirkung eines Wasserstoffatoms mit einem elektronegativen Atom dar. Daher wird ein Lösungsmittel einen Organamin-Stabilisator nicht von der Oberfläche des Nanopartikels ablösen, wenn das Lösungsmittel einen Wasserstoffbindungsparameter von etwa 1,5 MPa^0,5 oder weniger aufweist.
Polarität ist eine anziehende Kraft, die durch Unterschiede der elektrischen Ladungen verursacht wird. Daher wird ein Lösungsmittel einen Organoamin-Stabilisator nicht von der Oberfläche des Nanopartikels ablösen, wenn das Lösungsmittel einen Hansen-Löslichkeitspolarisationsparameter von etwa 1,5 MPa^0,5 oder weniger aufweist.
Dispersion ist eine anziehende Kraft zwischen Atomen, Molekülen und Oberflächen. Um eine gute Stabilität der mit einem Organoamin stabilisierten Metallnanopartikel zu gewährleisten, sollte das Lösungsmittel einen Dispersionsparameter von mindestens 16 MPa^0,5 aufweisen.
Darüber hinaus kann das Lösungsmittel einen Dampfdruck von zum Beispiel weniger als etwa 20 mmHg bei etwa 20°C, von etwa 10 mmHg bei etwa 20°C oder vorzugsweise weniger als 5 mmHg bei 20°C aufweisen.

Basierend auf der vorhergehenden Diskussion bezüglich der Hansen-Löslichkeitsparameter umfassen Beispiele für potentielle, hierin geeignete Lösungsmittel zum Beispiel Tetradecan, Hexadecan, Methylnaphthalin, Tetrahydronaphthalin, Tetramethylbenzol, Toluo1, Xylol, Ethylbenzol, Trimethylbenzol, Decahydronaphthalin, cis-Decahydronaphthalin, trans-Decahydronaphthalin sowie Mischungen davon. Tabelle der Hansen-Löslichkeitsparameter

Lösungsmittel	Dispersionsparameter (MPa^0,5)	Polaritätsparameter (MPa^0,5)	Wasserstoffbindungsparameter (MPa^0,5)
Decahydronaphthalin	18,0	0	0
cis-Decahydronaphthalin	18,8	0	0
Hexadecan	16,3	0	0
1-Methylnaphthalin	20,6	0,8	4,7
Tetrahydronaphthalin	19,6	2,0	2,9
1,2,3,5-Tetramethylbenzol	18,6	0,5	0,5
Toluol	18,0	1,4	2,0
o-Xylol	17,8	1,0	3,1
1,2,4-Trimethylbenzol	18,0	1,0	1,0
Ethylbenzol	17,8	0,6	1,4

In Ausführungsformen ist das Lösungsmittel Decahydronaphthalin. In weiteren Ausführungsformen ist das Lösungsmittel eine Mischung aus cis- und trans-Decahydronaphthalin. In noch weiteren Ausführungsformen ist das Lösungsmittel cis-Decahydronaphthalin.
Die Zusammensetzung kann eine Oberflächenspannung von etwa 25 bis etwa 35 mN/m, einschließlich von etwa 28 bis etwa 32 mN/m aufweisen. Die Zusammensetzung kann auch eine Viskosität von etwa 3 cps bis etwa 20 cps, einschließlich von etwa 5 cps bis etwa 15 cps aufweisen.
Die Verwendung der angegebenen Lösungsmittel kann die Metallnanopartikelzusammensetzung verglichen mit anderen Metallnanopartikelzusammensetzungen verbessern, die kein Lösungsmittel, das innerhalb der offenbarten Hansen-Löslichkeitsparameter liegt, einsetzen. Die Zusammensetzung selbst weist eine verbesserte Lagerbeständigkeit oder Stabilität auf und auch die Dispergierbarkeit der Metallnanopartikel in der Zusammensetzung ist verbessert. Weiterhin zeigt die Metallnanopartikelzusammensetzung eine verbesserte Morphologie der gedruckten Merkmale, sodass der Kaffeeringeffekt, schwarze Punkte und Linienbreite alle verbessert wurden, und zwar ganz wesentlich, wenn das Lösungsmittel Decahydronaphthalin ist.
Um den Kaffeeringeffekt einer Zusammensetzung zu quantifizieren, wurde ein Parameter h_Kante/h_Mittelpunkt (der auch als h_k/h_M bezeichnet wird und hierin als Verhältnis von Kantenhöhe zur Mittelpunktshöhe definiert ist) verwendet. Die beschriebene Metallnanopartikelzusammensetzung und die vergleichbare Zusammensetzung wurden beide unter Verwendung eines mit 10 pl Patronen ausgestatteten Tintenstrahldruckers DMP-2800 auf ein Substrat gedruckt. Das Linienprofil wurde nach dem Drucken unter Verwendung eines Oberflächenprofilometers charakterisiert. Die Höhe der Kanten (h_Kante) und die Höhe des Mittelpunkts (h_Mittelpunkt) kann erhalten werden. Das Verhältnis von h_Kante/h_Mittelpunkt veranschaulicht, ob es einen Kaffeeringeffekt gibt. (Siehe 1). Wie aus 1 ersichtlich, gibt es keinen Kaffeeringeffekt, wenn h_Kante/h_Mittelpunkt 1,0 beträgt und die Oberfläche der gedruckten Leitung wäre perfekt flach. Ist h_Kante/h_Mittelpunkt großer als 1,0, ist die Höhe des Mittelpunkts geringer als die Höhe der Kanten, wie aus 2 ersichtlich, was auf einen Kaffeeringeffekt hinweist, der umso offensichtlicher wird, je mehr das Verhältnis größer als 1,0 wird. Ist schließlich h_Kante/h_Mittelpunkt kleiner als 1,0, ist die Höhe im Mittelpunkt höher als die Höhe an den Kanten, wie aus 3 ersichtlich. Dies kann für die meisten Anwendungen auch zulässig sein. In Ausführungsformen weisen die mit der Metallnanopartikelzusammensetzung dieser Offenbarung gedruckten Merkmale ein h_Kante/h_Mittelpunkt von rund 1,0 auf, zum Beispiel von etwa 0,8 bis 1,2. In weiteren Ausführungsformen beträgt h_Kante/h_Mittelpunkt weniger als 1,5 bis etwa 1,0.
Um die schwarzen Punkte zu quantifizieren, wurde nach dem Drucken eine Messung der Oberflächenrauigkeit eines mit der Zusammensetzung auf dem Substrat gebildeten Merkmals durchgeführt. Es ist festzuhalten, dass die Rauigkeit des Substrats minimal ist. Es wurde das gleiche Druckverfahren wie oben durchgeführt. Die Messung wurde durch Messen der Oberflächenrauigkeit der gedruckten Leitung der Zusammensetzungen durchgeführt, zum Beispiel Ra. Die Oberflächenrauigkeit kann mittels vieler Verfahren gemessen werden, zum Beispiel unter Verwendung eines Oberflächenprofilometers. Je zahlreicher und größer die schwarzen Punkte sind, desto rauer ist die Oberfläche. Die Zusammensetzung mit einem Lösungsmittel mit passenden Hansen-Löslichkeitsparametern hatte eine Oberflächenrauigkeit (Ra) von weniger als 15 nm und zwar von etwa 1 nm bis 10 nm. Daher wies die Zusammensetzung nach dem Drucken eine sehr glatte Erscheinung auf. Bei der Vergleichszusammensetzung ergab sich eine Oberflächenrauigkeit (Ra) von 15 nm oder mehr und konnte bis zu 30 nm bis 60 nm betragen. Wenn die Oberflächenrauigkeit hoch ist, sind auf der gedruckten Leitung zahlreiche schwarze Punkte vorhanden und so sind umso mehr schwarze Punkte vorhanden, je rauer die gedruckte Zusammensetzung ist. Beispiele für Drucke mit und ohne schwarze Punkte darauf sind in 4 abgebildet.
Darüber hinaus kann die elektrisch leitfähige Leitung, die durch Drucken der Metallnanopartikelzusammensetzung auf eine Ein-Tropfen-Weise gebildet wurde, eine Breite von weniger als etwa 200 Mikrometer, wie zum Beispiel von etwa 10 Mikrometer bis etwa 200 Mikrometer, von etwa 25 Mikrometer bis etwa 150 Mikrometer, von etwa 50 Mikrometer bis etwa 100 Mikrometer und von etwa 75 Mikrometer bis etwa 100 Mikrometer aufweisen. Die Vergleichszusammensetzungen ergaben eine Linienbreite von mindestens 165 Mikrometer, während die hierin offenbarten Metallnanopartikelzusammensetzungen eine Linienbreite von höchstens 90 Mikrometer aufwiesen. Der Vergleich der Linienbreitenzahl basiert auf den gleichen Druckbedingungen wie auch auf dem gleichen Druckkopf, zum Beispiel einem mit 10 pl Patronen ausgestatteten Tintenstrahldruckers DMP-2800. Bei der gleichen Düsengröße und dem gleichen Ausstoßvolumen zeigte die offenbarte Zusammensetzung eine Verringerung der Linienbreite von mindestens etwa 50%, einschließlich eines Faktors von 2.
Die Zusammensetzung weist eine verbesserte Lagerbeständigkeit oder Stabilität gegenüber der Vergleichszusammensetzung auf. Die Lagerbeständigkeit kann unter Verwendung von Parameter wie der Viskosität der Zusammensetzung oder der Agglomeration der Zusammensetzung überwacht werden. Die offenbarte Zusammensetzung wies im Laufe der Zeit eine stabile Viskosität auf, während die Vergleichszusammensetzung im Laufe der Zeit eine dramatische Veränderung der Viskosität zeigte.
Die Herstellung von leitfähigen Merkmalen wie z. B. eines elektrisch leitfähigen Elements aus der Metallnanopartikelzusammensetzung kann mittels Abscheiden der Zusammensetzung auf einem Substrat unter Verwendung geeigneter Flüssigphasenabscheidungstechniken zu einer geeigneten Zeit vor oder nach der Bildung einer anderen optionalen Schicht oder Schichten auf dem Substrat durchgeführt werden. So kann die Flüssigphasenabscheidung der Zusammensetzung auf dem Substrat entweder auf einem Substrat oder auf einem bereits geschichtetes Material umfassenden Substrat, zum Beispiel einer Halbleiterschicht und/oder einer Isolationsschicht erfolgen.
Die Bezeichnung „Flüssigphasenabscheidungstechniken” bezieht sich zum Beispiel auf die Aufbringung einer Zusammensetzung unter Verwendung eines Flüssigkeitsverfahrens wie z. B. Drucken oder Flüssigkeitsbeschichten, wobei die Flüssigkeit eine homogene oder heterogene Dispersion der Metallnanopartikel in dem Lösungsmittel ist. Die Metallnanopartikelzusammensetzung kann als eine Tinte bezeichnet werden, wenn sie in einem Tintenstrahldrucker oder einer ähnlichen Druckvorrichtung zur Aufbringung auf ein Substrat verwendet wird. Beispiele von Flüssigbeschichtungsverfahren können zum Beispiel Schleuderbeschichten, Messerbeschichten, Stabbeschichten, Tauchbeschichten und dergleichen umfassen. Beispiele für Drucktechniken können zum Beispiel Lithographie oder Offset-Druck, Tiefdruckverfahren, Flexographie, Siebdruck, Schablonendruck, Tintenstrahldruck, Prägen (wie z. B. Mikrokontaktdruck) und dergleichen umfassen. Eine Flüssigkeitsaufbringung trägt auf dem Substrat eine Schicht oder eine Leitung der Zusammensetzung mit einer Dicke auf, die im Bereich von etwa 5 Nanometern bis etwa 5 Millimeter, wie z. B. von etwa 10 Nanometern bis etwa 1000 Mikrometern liegt. Die abgeschiedene Metallnanopartikelzusammensetzung kann in diesem Stadium eine nennenswerte elektrische Leitfähigkeit aufweisen oder auch nicht.
Die Metallnanopartikel können zum Beispiel etwa 10 Sekunden bis etwa 1000 Sekunden, etwa 50 Sekunden bis etwa 500 Sekunden oder von etwa 100 Sekunden bis etwa 150 Sekunden lang mit einer Geschwindigkeit von zum Beispiel etwa 100 Umdrehungen pro Minute (UpM) bis etwa 5000 UpM, von etwa 500 UpM bis etwa 3000 UpM und von etwa 500 UpM bis etwa 2000 UpM aus der Metallnanopartikeldispersion auf ein Substrat schleuderbeschichtet werden.
Das Substrat, auf dem die metallischen Merkmale abgeschieden werden, kann ein beliebiges, geeignetes Substrat sein, einschließlich zum Beispiel Silicium, einer Glasplatte, einem Kunststofffilm, einer Folie, Stoff oder Papier. Für strukturell flexible Vorrichtungen können Kunststoffsubstrate wie zum Beispiel Polyester-, Polycarbonat- oder Polyimidfolien und dergleichen verwendet werden. Die Dicke des Substrat kann von etwa 10 Mikrometer bis mehr als 10 Millimeter betragen, mit einer beispielhaften Dicke von etwa 50 Mikrometer bis etwa 2 Millimeter, insbesondere bei einem flexiblen Kunststoffsubstrat, und von etwa 0,4 bis etwa 10 Millimeter für ein starres Substrat wie z. B. Glas oder Silicium.
Das Erhitzen der abgeschiedenen Zusammensetzung auf eine Temperatur von zum Beispiel 200°C oder weniger, wie zum Beispiel von etwa 70°C bis etwa 200°C, von etwa 70°C bis etwa 180°C oder von etwa 700°C bis etwa 160°C, induziert ein „Tempern” der Metallnanopartikel und bildet so eine elektrisch leitfähige Schicht, die für eine Anwendung als ein elektrisch leitfähiges Element in elektronischen Vorrichtungen geeignet ist. Die Erhitzungstemperatur ist eine, die keine nachteiligen Veränderungen der Eigenschaften der vorher abgeschiedenen Schicht(en) oder des Substrats (gleich ob einschichtiges Substrat oder mehrschichtiges Substrat) verursacht. Ebenso ermöglichen die geringen, oben beschriebenen Heiztemperaturen die Verwendung von kostengünstigen Kunststoffsubstraten, die eine Tempertemperatur von weniger als 200°C aufweisen.
Das Erhitzen kann für eine Dauer im Bereich von zum Beispiel 0,01 Sekunden bis etwa 10 Stunden und von etwa 10 Sekunden bis 1 Stunde durchgeführt werden. Das Erhitzen kann an Luft, in einer inerten Atmosphäre, zum Beispiel unter Stickstoff oder Argon, oder in einer reduzierenden Atmosphäre, zum Beispiel in 1 bis etwa 20 Volumenprozent Wasserstoff enthaltendem Stickstoff durchgeführt werden. Das Erhitzen kann auch unter normalem Atmosphärendruck oder bei einem verringerten Druck von zum Beispiel etwa 1000 mbar bis etwa 0,01 mbar durchgeführt werden.
Wie hierin verwendet umfasst der Begriff „Erhitzen” (eine) beliebige Technik(en), die dem erhitzten Material oder Substrat ausreichend Energie vermitteln können, um (1) die Metallnanopartikel zu tempern und/oder (2) optionale Stabilisatoren von den Metallnanopartikeln zu entfernen. Beispiele für Heiztechniken können thermisches Erhitzen (zum Beispiel eine Heizplatte, ein Ofen und ein Brenner), Infrarot(„IR”)-Strahlung, einen Laserstrahl, Blitzlicht, Mikrowellenstrahlung oder UV-Strahlung oder eine Kombination daraus umfassen.
Das Erhitzen erzeugt eine Reihe von Effekten. Vor dem Erhitzen kann die Schicht der abgeschiedenen Metallnanopartikel elektrisch isolierend sein oder nur eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen; das Erhitzen führt jedoch zu einer elektrisch leitfähigen Schicht, die aus den getemperten Metallnanopartikeln besteht, was die Leitfähigkeit erhöht. In Ausführungsformen können die getemperten Metallnanopartikel koaleszierte oder teilweise koaleszierte Metallnanopartikel sein. In Ausführungsformen kann es möglich sein, dass die Metallnanopartikel in den getemperten Metallnanopartikeln ausreichende Partikel-Partikel-Kontakte erreichen, um die elektrisch leitfähige Schicht ohne Koaleszenz zu bilden.
In Ausführungsformen weist die resultierende elektrisch leitfähige Leitung nach dem Erhitzen eine Dicke im Bereich von zum Beispiel etwa 5 Nanometer bis etwa 5 Mikrometer, von etwa 10 Nanometer bis etwa 2 Mikrometer, von etwa 50 Nanometer bis etwa 300 Nanometer, von etwa 50 Nanometer bis etwa 200 Nanometer und von etwa 50 Nanometer bis etwa 150 Nanometer auf.
Die Leitfähigkeit des resultierenden Metallelements, das durch das Erhitzen der abgeschiedenen Metallnanopartikelzusammensetzung erzeugt wurde, beträgt zum Beispiel mehr als etwa 100 Siemens/Zentimeter („S/cm”), mehr als etwa 1.000 S/cm, mehr als etwa 2.000 S/cm, mehr als etwa 5.000 S/cm oder mehr als etwa 10.000 S/cm oder mehr als 50.000 S/cm.
Die resultierenden Elemente können als Elektroden, leitfähige Kontaktflächen, Schaltungen, Leiterbahnen und dergleichen in elektronischen Vorrichtungen wie z. B. Dünnschichttransistoren, organischen Licht emittierenden Dioden, RFID(Radiofrequenzidentifizierung)-Tags, Solarzellen, Displays, gedruckten Antennen und anderen elektronischen Vorrichtungen verwendet werden, die leitfähige Elemente oder Komponenten benötigen.
In noch weiteren Ausführungsformen wird ein Dünnschichttransistor bereitgestellt, der Folgendes umfasst:

(a) eine Isolierschicht;
(b) eine Gateelektrode;
(c) eine Halbleiterschicht;
(d) eine Sourceelektrode; und
(e) eine Drainelektrode,

So können eine Gateelektrode, eine Sourceelektrode und eine Drainelektrode durch die hierin beschriebenen Ausführungsformen hergestellt werden. Die Dicke der Gateelektrodenschicht liegt in einem Bereich von zum Beispiel etwa 10 bis etwa 2000 nm. Typische Dicken der Source- und Drainelektroden betragen zum Beispiel von etwa 40 nm bis etwa 1 Mikrometer, mit einer spezifischeren Dicke von etwa 60 Nanometer bis etwa 400 nm.
Die Isolierschicht kann im Allgemeinen ein anorganischer Materialfilm oder ein organischer Polymerfilm sein. Beispiele für als Isolierschicht geeignete anorganische Materialien können zum Beispiel Siliciumoxid, Siliciumnitrid, Aluminiumoxid, Bariumtitanat, Bariumzirkoniumtitanat und dergleichen umfassen. Illustrierende Beispiele für organische Polymere für die Isolierschicht können zum Beispiel Polyester, Polycarbonate, Poly(vinylphenol), Polyimide, Polystyrol, Poly(methacrylat)e, Poly(acrylat)e, Epoxyharz und dergleichen umfassen. Die Dicke der Isolierschicht beträgt zum Beispiel von etwa 10 nm bis etwa 500 nm, je nach der Dielektrizitätskonstante des verwendeten dielektrischen Materials. Eine beispielhafte Dicke der Isolierschicht beträgt von etwa 100 nm bis etwa 500 nm. Die Isolierschicht kann eine Leitfähigkeit aufweisen, die zum Beispiel weniger als etwa 10^–12 S/cm beträgt.
Die Halbleiterschicht befindet sich zum Beispiel zwischen und im Kontakt mit der Isolierschicht und den Source-/Drainelektroden, wobei die Dicke der Halbleiterschicht im Allgemeinen zum Beispiel etwa 10 nm bis etwa 1 Mikrometer oder etwa 40 bis etwa 100 nm beträgt. Zur Bildung dieser Schicht kann ein beliebiges Halbleitermaterial verwendet werden. Beispielhafte Halbleitermaterialien umfassen regioregelmäßige Polythiophene, Oligothiophene, Pentacen und die in der US-Veröffentlichung Nr. 2003/0160230 A1 ; der US-Veröffentlichung Nr. 2003/0160234 A1 ; der US-Veröffentlichung Nr. 2003/0136958 A1 beschriebenen Halbleiterpolymere. Zur Bildung der Halbleiterschicht kann ein beliebiges geeignetes Verfahren verwendet werden. Ein solches Verfahren ist das Anlegen eines Vakuums von etwa 10^–5 torr bis 10^–7 torr an eine ein Substrat enthaltende Kammer und ein die Verbindung in Pulverform enthaltendes Quellengefäß und Erhitzen des Gefäßes, bis die Verbindung auf das Substrat sublimiert. Die Halbleiterschicht kann im Allgemeinen auch durch Lösungsverfahren wie z. B. Schleuderbeschichten, Gießen, Siebdruck, Prägen oder Tintenstrahldruck einer Lösung oder Dispersion des Halbleiters hergestellt werden.
Die Isolierschicht, die Gateelektrode, die Halbleiterschicht, die Sourceelektrode und die Drainelektrode werden in einer beliebigen Reihenfolge gebildet, insbesondere wo in Ausführungsformen die Gateelektrode und die Halbleiterschicht beide mit der Isolierschicht in Kontakt stehen und die Sourceelektrode und die Drainelektrode beide mit der Halbleiterschicht in Kontakt stehen. Der Begriff „in einer beliebigen Reihenfolge” umfasst eine aufeinander folgende und eine gleichzeitige Bildung. Zum Beispiel können die Sourceelektrode und die Drainelektrode gleichzeitig oder aufeinander folgend gebildet werden. Die Zusammensetzung, Herstellung und der Betrieb von Dünnschichttransistoren werden im US-Patent Nr. 6,107,117 beschrieben.
In Ausführungsformen wird mindestens eine der Gate-, Source- oder Drainelektroden in einem Dünnschichttransistor unter Verwendung des hierin beschriebenen Verfahrens zur Bildung von leitfähigen Merkmalen auf einem Substrat gebildet, wobei eine durch eine Organoaminverbindung stabilisierte Metallnanopartikel enthaltende Zusammensetzung hergestellt wird, die Organamin stabilisierten Metallnanopartikel auf dem Substrat abgeschieden werden, wobei während des Abscheidens oder nach dem Abscheiden der Organamin stabilisierten Metallnanopartikel auf dem Substrat, und der Stabilisator zur Bildung von leitfähigen Merkmalen auf dem Substrat bei einer Temperatur von weniger als etwa 200°C entfernt wird.
Ausführungsformen hierin werden weiter mittels der folgenden Beispiele erläutert. Alle Teile und Prozentangaben beziehen sich, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht. Raumtemperatur bezieht sich auf eine Temperatur im Bereich von zum Beispiel etwa 20°C °C bis etwa 25°C.
BEISPIELE
HERSTELLUNG DER SILBERNANOPARTIKEL
Die Zusammensetzung wurde jeweils mit Silbernanopartikeln hergestellt, die ihrerseits in drei getrennten Ansätzen unter Verwendung eines bereits in der anhängigen US-Patentanmeldung der Nr. 12/369,861 beschriebenen Verfahrens hergestellt wurden. Die drei Ansätze mit Silbernanopartikeln, Ansatz 1, Ansatz 2 und Ansatz 3 wurden dann jeweils bei der Herstellung der Vergleichsbeispiele 1–3 bzw. der Beispiele 1–3 verwendet. Die drei Ansätze mit Silbernanopartikelpulver wurden auf die gleiche Weise synthetisiert, um die Reproduzierbarkeit zu bewerten. Alle drei Ansätze mit Silbernanopartikeln enthielt Silber zu rund 85 Gewichtsprozent.
HERSTELLUNG DER VERGLEICHSBEISPIELE 1, 2 UND 3
Die Zusammensetzung wurde jeweils durch Mischen von Silbernanopartikelpulver mit einer Lösungsmittelmischung aus ISOPAR G und Terpineol in einem Verhältnis 2:1 hergestellt. Die Silbernanopartikel machten 50 Gewichtsprozent der Silberformulierung aus. Nachdem die Silbernanopartikel in die Lösungsmittel eingemischt waren, wurde die Zusammensetzung unter Verwendung eines 1-μm-Spritzenfilters filtriert. Die Zusammensetzung wurde unter Verwendung eines mit 10 pl Patronen ausgestatteten Tintenstrahldruckers DMP-2800 gedruckt. Nach dem Drucken und thermischen Tempern wurde das Linienprofil unter Verwendung eines Oberflächenprofilometers charakterisiert.
HERSTELLUNG DER BEISPIELE 1, 2 UND 3

Die Zusammensetzung wurde jeweils durch Mischen von Silbernanopartikelpulvern hergestellt, die aus den gleichen Ansätzen wie in den Vergleichsbeispielen hergestellt wurden. Die Herstellung der Zusammensetzung unterschied sich jedoch wie unten diskutiert. Das verwendete Lösungsmittel war Decahydronaphthalin. Decahydronaphthalin weist die folgenden Hansen-Löslichkeitsparameter auf: Dispersionsparameter 18,0 MPa^0,5, Polaritätsparameter 0,0 MPa^0,5 und Wasserstoffbindungsparameter 0,0 MPa^0,5, wie im Nachschlagewerk Hansen Solubility Parameters: A User's Handbook gefunden werden kann. Die Silbernanopartikel waren mit einer Beladung von 40 Gewichtsprozent enthalten. Nachdem die Silbernanopartikel in die Lösungsmittel eingemischt waren, wurde die Zusammensetzung unter Verwendung eines 1-μm-Spritzenfilters filtriert. Die Zusammensetzung wurde unter Verwendung eines mit 10 pl Patronen ausgestatteten Tintenstrahldruckers DMP-2800 gedruckt. Nach dem Drucken und thermischen Tempern wurde das Linienprofil unter Verwendung eines Oberflächenprofilometers charakterisiert. Ergebnisse

Beispiel	Breite (μm)	Oberflächenrauigkeit, Ra (nm)	Kaffeeringeffekt (h_Kante/h_Mittelpunkt) bei Substrattemperatur von 30°C
Vergleichsbeispiel 1	190	~50	2,0
Vergleichsbeispiel 2	165	~45	2,3
Vergleichsbeispiel 3	220	~38	2,5
Beispiel 1	< 90	~10	1,1
Beispiel 2	< 90	~8	1,2
Beispiel 3	< 90	~12	1,0

Es versteht sich, dass verschiedene der oben beschriebenen und andere Merkmale und Funktionen oder Alternativen davon auf wünschenswerte Weise in vielen weiteren anderen Systemen oder Anwendungen kombiniert werden können. Ebenso versteht es sich, dass Fachleuten auf dem Gebiet verschiedene, derzeit unvorhergesehene und unerwartete Alternativen, Modifizierungen, Variationen oder Verbesserungen daran nachfolgend durchführen können und diese sollen auch in den folgenden Ansprüchen enthalten sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7270694 [0030]
US 2003/0160230 A1 [0065]
US 2003/0160234 A1 [0065]
US 2003/0136958 A1 [0065]
US 6107117 [0066]

Claims

Zusammensetzung, umfassend organisch stabilisierte Metallnanopartikel und ein Lösungsmittel, wobei das Lösungsmittel die folgenden Hansen-Löslichkeitsparameter aufweist: Einen Dispersionsparameter von etwa 16 MPa^0,5 oder mehr und eine Summe aus Polaritätsparameter und Wasserstoffbindungsparameter von etwa 8,0 MPa^0,5 oder weniger.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel die folgenden Hansen-Löslichkeitsparameter aufweist: Einen Dispersionsparameter von etwa 18 MPa^0,5 oder mehr und die Summe aus Polaritätsparameter und Wasserstoffbindungsparameter von etwa 5,5 MPa^0,5 oder weniger.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel einen Dampfdruck von weniger als 20 mmHg bei 20°C, vorzugsweise weniger als 5 mmHg bei 20°C aufweist.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 8, wobei ein resultierendes Druckobjekt der Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 Folgendes aufweist: ein Verhältnis von Kantenhöhe zu Kantenmittelpunkt von etwa 1,2 bis etwa 0,8, • eine Oberflächenrauigkeit von etwa 15 nm bis etwa 0 nm.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei die Metallnanopartikel: • aus der Gruppe bestehend aus Silber, Gold, Platin, Palladium, Kupfer, Cobalt, Chrom, Nickel, Silber-Kupfer-Komposit, Silber-Gold-Kupfer-Komposit, Silber-Gold-Palladium-Komposit sowie Kombinationen davon ausgewählt werden, oder wobei der Metallnanopartikel mit einem Stabilisator mit der Formel (I) X-Y stabilisiert ist, wobei X eine Kohlenwasserstoffgruppe mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen ist und Y eine an die Oberfläche der Metallnanopartikel gebundene funktionelle Gruppe ist und aus der Gruppe bestehend aus Thiol, Hydroxyl, Amin, Carbonsäure, Xanthogensäure, Pyridin und dergleichen ausgewählt wird.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei der Metallnanopartikel mit einem Stabilisator mit der Formel (I) X-Y stabilisiert ist, wobei X eine Kohlenwasserstoffgruppe mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen ist und Y eine an die Oberfläche der Metallnanopartikel gebundene funktionelle Gruppe ist und aus der Gruppe bestehend aus Thiol, Hydroxyl, Amin, Carbonsäure, Xanthogensäure, Pyridin und dergleichen ausgewählt wird, und wobei der organisch stabilisierte Metallnanopartikel: • einen Metallgehalt von etwa 85 Gewichtsprozent oder mehr aufweist; oder mit einem Organamin-Stabilisator stabilisiert ist, der aus der Gruppe bestehend aus Butylamin, Pentylamin, Hexylamin, Heptylamin, Octylamin, Nonylamin, Decylamin, Hexadecylamin, Undecylamin, Dodecylamin, Tridecylamin, Tetradecylamin, Diaminopentan, Diaminohexan, Diaminoheptan, Diaminooctan, Diaminononan, Diaminodecan, Diaminooctan, Dipropylamin, Dibutylamin, Dipentylamin, Dihexylamin, Diheptylamin, Dioctylamin, Dinonylamin, Didecylamin, Methylpropylamin, Ethylpropylamin, Propylbutylamin, Ethylbutylamin, Ethylpentylamin, Propylpentylamin, Butylpentylamin, Tributylamin, Trihexylamin sowie Kombinationen davon ausgewählt wird.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel aus der Gruppe bestehend aus Tetradecan, Hexadecan, Methylnaphthalin, Tetrahydronaphthalin, Tetramethylbenzol, Toluol, Xylol, Ethylbenzol, Trimethylbenzol, Decahydronaphthalin, cis-Decahydronaphthalin, trans-Decahydronaphthalin sowie Kombinationen davon ausgewählt wird.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel die folgenden Hansen-Löslicbkeitsparameter aufweist: Einen Dispersionsparameter von etwa 18 MPa^0,5 oder mehr, einen Polaritätsparameter von etwa 1,0 MPa^0,5 bis etwa 0,0 MPa^0,5 und einen Wasserstoffbindungsparameter von etwa 1,0 MPa^0,5 bis etwa 0,0 MPa^0,5
Zusammensetzung gemäß Anspruch 8, wobei das Lösungsmittel Decahydronaphthalin, cis-Decahydronaphthalin, trans-Decahydronaphthalin sowie Kombinationen davon ist, wobei die Zusammensetzung des Weiteren vorzugsweise ein anderes Co-Lösungsmittel als Decahydronaphthalin umfasst.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 8, wobei ein resultierendes Druckobjekt der Zusammensetzung ein Verhältnis von Kantenhöhe zu Kantenmittelpunkt von etwa 1,2 bis etwa 0,8 und eine Oberflächenrauigkeit von etwa 15 nm oder weniger aufweist.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 8, wobei der Metallnanopartikel aus der Gruppe bestehend aus Silber, Gold, Platin, Palladium, Kupfer, Cobalt, Chrom, Nickel, Silber-Kupfer-Komposit, Silber-Gold-Kupfer-Komposit, Silber-Gold-Palladium-Komposit sowie Kombinationen davon ausgewählt wird.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 8, wobei der organisch stabilisierte Metallnanopartikel mit einem Organoamin-Stabilisator stabilisiert wird, der aus der Gruppe bestehend aus Butylamin, Pentylamin, Hexylamin, Heptylamin, Octylamin, Nonylamin, Decylamin, Hexadecylamin, Undecylamin, Dodecylamin, Tridecylamin, Tetradecylamin, Diaminopentan, Diaminohexan, Diaminoheptan, Diaminooctan, Diaminononan, Diaminodecan, Diaminooctan, Dipropylamin, Dibutylamin, Dipentylamin, Dihexylamin, Diheptylamin, Dioctylamin, Dinonylamin, Didecylamin, Methylpropylamin, Ethylpropylamin, Propylbutylamin, Ethylbutylamin, Ethylpentylamin, Propylpentylamin, Butylpentylamin, Tributylamin, Trihexylamin sowie Kombinationen davon ausgewählt wird.
Verfahren zur Bildung von leitfähigen Merkmalen auf einem Substrat, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer flüssigen, organisch stabilisierte Metallnanopartikel und ein Lösungsmittel umfassenden Zusammensetzung, wobei das Lösungsmittel die folgenden Hansen-Löslichkeitsparameter aufweist: Einen Dispersionsparameter von etwa 16 MPa^0,5 oder mehr und eine Summe aus Polaritätsparameter und Wasserstoffbindungsparameter von etwa 5,5 MPa^0,5 oder weniger. Abscheiden der flüssigen Zusammensetzung auf dem Substrat, um abgeschiedene Merkmale zu bilden; und Erhitzen der abgeschiedenen Merkmale auf dem Substrat auf eine Temperatur von etwa 70°C bis etwa 200°C zur Bildung von leitfähigen Merkmalen auf dem Substrat.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Lösungsmittel: aus der Gruppe bestehend aus Tetradecan, Hexadecan, Methylnaphthalin, Tetrahydronaphthalin, Tetramethylbenzol, Toluol, Xylol, Ethylbenzol, Trimethylbenzol, Decahydronaphthalin, cis-Decahydronaphthalin, trans-Decahydronaphthalin sowie Kombinationen davon ausgewählt wird; oder cis-Decahydronaphthalin ist und der organisch stabilisierte Metallnanopartikel ein Organamin stabilisierter Silbernanopartikel ist.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei die leitfähigen Merkmale auf dem Substrat ein Verhältnis von Kantenhöhe zu Kantenmittelpunkt von etwa 1,2 bis etwa 0,8, eine Oberflächenrauigkeit von etwa 15 nm oder weniger und eine Leitfähigkeit von etwa 1,0 × 10⁴ S/cm oder mehr aufweisen.