ES2360649A1 - Tintas conductoras obtenidas por combinación de aqcs y nanopartículas metálicas. - Google Patents
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Abstract
Tintas conductoras obtenidas por combinación de AQCs y nanopartículas metálicas.Clústeres cuánticos atómicos (AQCs), que funden a temperaturas inferiores a 150ºC, se utilizan como "fundentes" de baja temperatura en la formulación de tintas conductoras. La combinación de AQCs, con mezclas bi- y tri-modales de nanopartículas de diferentes tamaños garantiza la eliminación de volúmenes libres en el sinterizado final de las nanopartículas al objeto de conseguir estructuras electrónicas con resistividades muy bajas (próximas a las del material masivo) con tratamientos térmicos a bajas temperaturas (<150ºC).
Description
Tintas conductoras obtenidas por combinación de
AQCs y nanopartículas metálicas.
La presente propuesta de invención se refiere a
una nueva formulación de tintas coloidales, basada en la utilización
de clústeres cuánticos atómicos, (Atomic Quantum Clusters: AQCs),
(sintetizados según el procedimiento descrito en la patente
ES2277531), en combinación con mezclas de nanopartículas metálicas
de tamaños diferentes. Con esta formulación se logran estructuras
electrónicas con resistividades muy bajas (próximas a las del
material masivo) con tratamientos térmicos a bajas temperaturas
(< 150ºC). Las tintas conductoras sirven, entre otras
aplicaciones, para su utilización en la industria electrónica
impresa.
Hoy en día el uso de nanopartículas metálicas,
tales como Ag, Cu, etc., para la preparación de tintas y pastas
conductoras, materiales para contactos electrónicos, etc., es uno de
los campos de mayor actividad investigadora, por sus innumerables
posibilidades de aplicación en el campo de la electrónica impresa,
en todas sus modalidades que van desde la impresión en pantalla
(screen-printing), tampografía
(pad-printing) y por inyección de tinta (inkjet
printing) hasta los diferentes métodos de impresión en masa
(mass-printing), como el offset, el gravado y la
flexografía. La posibilidad de fabricación de productos electrónicos
de bajo coste sobre materiales de uso común, como el papel, el
plástico y el textil, ha iniciado una nueva era en el campo de la
electrónica de consumo Dentro de todas estas tecnologías, el diseño
adecuado de dispersiones coloidales estables de nanopartículas
metálicas (tintas conductoras de nanopartículas) desempeña uno de
los retos más importantes para la expansión de este enorme mercado
potencial.
Para su aplicación, las tintas conductoras de
nanopartículas han de poseer ciertas características que han de ser
optimizadas para lograr resultados adecuados en las diferentes
modalidades de la electrónica impresa (véase por ej. el uso de
nanopartículas de Ag y Au en técnicas de
"ink-jet" printing: J. Perelaer et al.,
Advanced Materials 2006, 18, 2101; Y.-Y. Noh et
al, Nature Nanotechnology 2007, 2 784A,
respectivamente). Aparte de los problemas del mojado y adhesión al
sustrato utilizado, para lo cual se han desarrollado diferentes
estrategias en las formulaciones de las tintas, el problema
fundamental reside en lograr conductividades elevadas en las
estructuras metálicas impresas mediante las tintas conductoras.
Independientemente del tipo de impresión
empleado y la formulación concreta de la tinta conductora, el
proceso de impresión con tintas lleva asociado el secado de la tinta
y la sinterización de las partículas depositadas en el sustrato.
Este proceso de sinterizado conlleva necesariamente un aumento de la
temperatura o curado. Se plantea entonces el problema de la
formulación adecuada de la tinta para conseguir una óptima
conducción eléctrica en la impresión final, a temperaturas
suficientemente bajas para no dañar el sustrato.
Hasta hace poco tiempo era normal la utilización
de partículas de tamaños superiores a los 200-500 nm
en las tintas conductoras usando dispersiones coloidales. Sin
embargo, pronto se vio que la utilización de partículas con tamaños
inferiores a aprox 250 nm presentaba ventajas apreciables, como
mejoras en la calidad de las imágenes impresas, mejor
reproducibilidad, etc. Así, por ej. Fuller et al. (Fuller, S.
B.; Wilhelm, E. J., Jacobson, J. M. J. Microelectromech.
Syst. 2002, 11, 54) mostraron que, usando tintas
coloidales conteniendo nanopartículas de Au y Ag de 5 a 7 nm en un
disolvente orgánico, se pueden obtener por impresión
"ink-jet" estructuras electrónicas de elevadas
prestaciones sintetizando los circuitos impresos a 300ºC. Sin
embargo, la sinterización llevada a cabo a estas temperaturas puede
dar lugar a la destrucción del substrato sobre el cual se pretende
realizar la impresión. El reto actual en el uso de nanopartículas
consiste en obtener estas altas prestaciones a temperaturas mucho
más bajas, como por ejemplo temperaturas menores de unos 150ºC y
preferentemente menores de 100ºC, al objeto de poder aplicarlas en
sustratos sensibles a la temperatura, como pueden ser determinados
tipos de polímeros (entre los que podemos citar por ej. al
policarbonato con temperaturas de transición vítrea de aprox. 150ºC
y temperaturas de fusión de aprox. 230ºC), papel, etc.
Por su parte, en la patente ES2277531 (B2) y su
solicitud internacional WO 2007/017550 se describe un procedimiento
para la obtención de clústeres cuánticos atómicos, denominados AQCs,
con tamaños menores a 2 nm, y preferentemente menores de 1 nm, de
diferentes metales. Asimismo, se describe cómo proceder para su
separación, estabilización y funcionalización. En el fundamento del
método se indica que las propiedades fisicoquímicas de los clústeres
sintetizados por dicho procedimiento, son diferentes de las
nanopartículas. Esto es debido a que, en los AQCs se origina una
separación de los niveles energéticos al nivel de Fermi
(``HOMO-LUMO gap o bandgap), lo que hace que estas
partículas dejen de comportarse como metálicas, lo que se observa
fácilmente por la supresión de su banda plasmónica y la aparición de
diferentes bandas debidas a transiciones electrónicas entre los
diferentes niveles energéticos de los clústeres, que dejan entonces
de comportarse de forma "metálica" y su comportamiento pasa a
ser molecular, es decir, dejan de ser partículas y pasan a ser
realmente "moléculas". De esta forma, incluso las
nanopartículas metálicas que se acercan a los tamaños de los
clústeres cuánticos atómicos (ACQs), presentan propiedades y
comportamientos completamente diferentes al de los clústeres, por lo
cual se abre un área de la técnica todavía sin explorar. Aparecen
así nuevas propiedades en estos clústeres que no están presentes en
las nanopartículas, micropartículas o el material metálico masivo Y,
es precisamente el hecho de que su comportamiento y propiedades son
diferentes, debido a los importantes efectos cuánticos que
caracterizan a estos clústeres de átomos, lo que hace que sus
propiedades no se puedan extrapolar simplemente a partir de las de
las nanopartículas metálicas y, por lo tanto, no se puedan predecir
sus propiedades y prestaciones frente a aplicaciones tales como la
elaboración de tintas conductoras como la planteada en la presente
invención.
La figura 1 muestra los resultados
experimentales de temperaturas de fusión obtenidos con AQCs de Ag
obtenidos por los procedimientos descritos en la patente ES2277531.
En la figura la se puede ver una imagen de TEM de clústeres de Ag de
tamaño aprox. 1 nm depositados sobre una rejilla. En la figura 1b se
muestra la imagen de la misma muestra una vez sometida la rejilla a
un tratamiento de 100ºC durante algunos segundos. Se observa que los
AQCs de Ag se han fundido. Es precisamente este hecho de que la
fusión de clústeres tiene lugar a temperaturas muy bajas, en
comparación con el de las nanopartículas metálicas el que se
utilizará convenientemente en la presente invención para optimizar
la formulación de tintas conductoras.
Por otra parte, otro de los importantes
problemas que se presenta cuando se deposita una tinta conductora
basada en partículas son los espacios interpartículas presentes en
la estructura electrónica impresa. Esos huecos originan una
disminución importante de material conductor presente en la sección
transversal del film depositado disminuyendo de esa forma la
conductividad, o lo que es lo mismo, aumentado apreciablemente su
resistencia eléctrica. El espacio interpartícula mínimo (espacio
libre) que se puede obtener mediante esferas monodispersas es de un
26% para un ordenamiento ideal compacto (fcc) y de un 36% para un
ordenamiento ideal aleatorio compacto (rcp) (A.R. Kansal et al.
J. Chem. Phys. 2002, 117, 8212). En los casos
prácticos (partículas polidispersas y no perfectamente esférica),
este espacio libre se ve aumentado enormemente provocando así una
disminución muy importante en sus propiedades conductoras.
En la presente invención, aparte del uso de los
AQCs como fundentes de baja temperatura, se utilizan mezclas de
nanopartículas de diferentes tamaños para eliminar los espacios
huecos mencionados. Para determinar la relación de tamaños de las
distintas nanopartículas empleadas se hace uso de estimaciones
teóricas que predicen que para una relación de tamaños entre esferas
(r_{g}/r_{p}, siendo r_{g} el radio de las nanopartículas
grandes y r_{p} el correspondiente a las nanopartículas pequeñas)
de aprox. 5 a 10 veces (A.R. Kansal et al. J. Chem. Phys.
2002, 117, 8212) se consiguen, para el caso de
empaquetamientos aleatorios, reducciones del volumen libre de aprox.
el 60% del volumen libre inicial. Un aumento adicional de la
relación de tamaños no reporta disminuciones apreciables adicionales
de dicho volumen libre. Por otra parte, a la hora de decidir el
tamaño de las nanopartículas pequeñas a introducir en la mezcla de
nanopartículas hay que consideran también que un aumento de la
relación de tamaños puede conducir a una separación de fases entre
los dos tipos de nanopartículas (E. Liniger et al. J. Am. Cer.
Soc. 2008, 70, 843) por lo que a la hora de
seleccionar los tamaños es preciso buscar una solución de
compromiso. Por su parte, teniendo en cuenta que el volumen libre
que dejan las partículas de mayor tamaño es, tal como se ha
mencionado anteriormente, de aprox. un 30% y que la reducción del
volumen libre utilizando una relación de tamaños de partículas de
r_{p}/r_{g} = 1/5-1/10 es del 60%, la relación
de volúmenes
ocupados por las partículas pequeñas y grandes es de aprox. V_{p}/V_{g} = 18%/70% \approx 0.3, es decir, V_{p}/V_{g} \approx 1/3.
ocupados por las partículas pequeñas y grandes es de aprox. V_{p}/V_{g} = 18%/70% \approx 0.3, es decir, V_{p}/V_{g} \approx 1/3.
La presente invención se refiere a una nueva
formulación de tintas coloidales estables, basada en mezclas de
nanopartículas metálicas de tamaños diferentes y de elementos
fundentes SEMI-CONDUCTORES con puntos de fusión
menores de 150ºC, y de forma ventajosa, con puntos de fusión menores
de 100ºC. Dichos elementos fundentes, actuando como elementos de
unión (elementos de sinterización), permiten el efecto sorprendente
de conseguir el contacto METÁLICO entre las nanopartículas,
lográndose estructuras electrónicas con resistividades muy bajas
(próximas a las del material masivo) con tratamientos térmicos a muy
bajas temperaturas (< 150ºC).
Dichos elementos fundentes no conductores, son
clústeres cuánticos atómicos, (Atomic Quantum Clusters: AQCs),
sintetizados según el procedimiento descrito en la patente
ES2277531.
El hecho de incluir los AQCs como elementos
fundentes dentro de la formulación de la tinta no es un paso obvio
en el desarrollo de una tinta conductora, puesto que,
sorprendentemente, a pesar de que dichos elementos fundentes no son
conductores, sino semi-conductores, el resultado es
una tinta conductora con propiedades conductoras excelentes, lo cual
contraviene la práctica habitual, consistente en utilizar
exclusivamente partículas conductoras a la hora de elaborar una
tinta con prestaciones conductoras elevadas.
Combinando este aspecto, es decir, la propiedad
de las bajas temperaturas de fusión de los clústeres cuánticos
atómicos y la disminución del espacio libre interpartículas que es
necesario conseguir en las impresiones utilizando tintas de
nanopartículas, la formulación que aquí se propone como objeto de
invención trata de lograr, por una parte, una disminución máxima de
ese espacio libre mediante la combinación de, al menos
nanopartículas de dos tamaños diferentes y, además, un último
componente utilizando una proporción determinada de AQCs para lograr
una mayor ``conexión interpartículas. Las nanopartículas de mayor
tamaño, en mayor proporción, constituyen el mayor porcentaje en
volumen de la tinta a obtener, lo que asegura un bajo coste, así
como una mayor facilidad para ajustar sus parámetros fisicoquímicos
(viscosidad, tensión superficial, ...) a las necesidades específicas
de la tinta (tipo de impresión, sustrato, ...). Las nanopartículas
de tamaño intermedio, en menor proporción, sirven para ocupar la
mayor parte de los huecos dejados por las esferas de mayor tamaño,
aumentando de esa forma la posibilidad de una mayor compactación en
la estructura final depositada. Por último, los AQCs, en
proporciones mucho más pequeñas, se utilizan como un "fundente"
de baja temperatura que permite, 1) ocupar los huecos dejados por la
mezcla de nanopartículas por su tamaño tan pequeño y 2) la unión y
sinterizado de las nanopartículas de la tinta a muy bajas
temperaturas sin necesidad de acudir a la fusión del resto de
nanopartículas que requeriría temperaturas más elevadas.
A continuación se describen dos ejemplos
concretos de cómo realizar la selección de tamaños para la
preparación de las tintas conductoras basadas en mezclas de
nanopartículas y AQCs.
El tamaño óptimo para las nanopartículas de
mayor tamaño a emplear en las tintas es de 100 a 250 nm.
Nanopartículas de mayor tamaño presentan mayores problemas de
estabilidad y un sinterizado a muy altas temperaturas debido a su
menor relación superficie/volumen. Para ocupar los huecos que dejan
esas nanopartículas se utilizan entonces nanopartículas más
pequeñas, tal como se ha mencionado anteriormente. El tamaño elegido
para éstas es tal que la relación de los tamaños de las
nanopartículas es de aprox. 1/5 (r_{p}/r_{g} = 1/5), para lograr
una mayor reducción del volumen libre sin pérdida de estabilidad
coloidal. Aspecto este último que, aunque se puede compensar con
aditivos, supone siempre una dificultad adicional en la formulación
final de las tintas. Considerando entonces el tamaño de las
nanopartículas más grandes (r_{g} = 100-250 nm),
el tamaño de las pequeñas es de r_{p} = 25-50 nm,
manteniéndose en todo caso la relación 1/5 entre los tamaños
elegidos en esos intervalos. La relación en volumen (o peso, si se
utilizan esferas del mismo material) a utilizar de nanopartículas
grandes a pequeñas es de aproximadamente 1/3, tal como se ha
mencionado anteriormente, para cubrir los espacios intersticiales
dejados por las partículas grandes. De esta forma se reduce de forma
apreciable el volumen libre dejado por las nanopartículas grandes.
Para alcanzar una reducción práctica más importante del volumen
libre se utiliza un tercer tamaño de nanopartículas todavía más
pequeñas, de forma que la relación de tamaños entre las
nanopartículas intermedias y más pequeñas sea aprox. igual a las que
existen entre las grandes y las intermedias. Para el ejemplo que
estamos considerando, se utilizan nanopartículas más pequeñas de
aprox. r_{mp} = 5-10 nm (r_{pm} = radio de las
partículas más pequeñas). De nuevo, la proporción en volumen (o peso
en el caso de utilizar el mismo tipo de material) de las
nanopartículas intermedias a las más pequeñas es de aprox. 1/3 (es
decir, aproximadamente 1/10 del volumen de las partículas más
grandes). Con la introducción de este tercer tamaño de partículas se
dificulta además que la dispersión pueda separarse en fases por
tamaños.
Por último, se utilizan como 1) material
fundente de baja temperatura y 2) de relleno de los huecos
intersticiales más pequeños, los AQCs, descritos en la patente
ES2277531. La proporción a utilizar en volumen (o peso en el caso de
utilizar el mismo material) es, de nuevo, de aproximadamente 1/3
respecto a las partículas más pequeñas (es decir, aprox. 1/30 del
volumen de las partículas más grandes). Ha de entenderse que esta
proporción de AQCs es el valor óptimo máximo, pudiendo disminuirse
en el caso de que interese disminuir el precio de la tinta. Se
contemplan, por tanto, otras relaciones aproximadas como, por
ejemplo: ¼, 1/5, 1/6.
Se puede simplificar la formulación de la tinta
introduciendo únicamente una distribución bimodal + AQCs. La razón
es que, en la práctica, las nanopartículas utilizadas no son
monodispersas (entendiendo por monodispersidad cuando la relación
entre la desviación standard de tamaños (s) y el tamaño promedio (x)
es menor del 10%) y tienen siempre un cierto grado de mayor o menor
polidispersidad. Esta polidispersidad (s/x > 10%) favorece, por
una parte, la estabilidad inhibiendo la separación de fases por
tamaños y, al mismo tiempo, disminuye el volumen libre de los huecos
intersticiales. Por esta razón se pueden utilizar formulaciones en
las que, suponiendo que las nanopartículas grandes se encuentran, de
nuevo, en el intervalo 100-250 nm, el tamaño de las
nanopartículas más pequeñas puede bajarse hasta 10 veces el tamaño
inicial. Es decir, el tamaño de las nanopartículas pequeñas a
utilizar es de 10-25 nm, manteniendo la proporción
1/10 entre los tamaños medios de las partículas pequeñas y grandes
elegidas. La proporción en volumen entre las nanopartículas grandes
y pequeñas sigue siendo de aprox. 1/3. El siguiente tamaño de
partícula más pequeño a introducir en este caso, manteniendo esa
relación de tamaños 1/10, sería de aprox. 1 nm por lo que para este
ejemplo los AQCs se utilizan como el tercer componente de la mezcla
y a la vez como "fundentes". La proporción óptima máxima a
utilizar de AQCs es de aproximadamente 1/3 respecto a las
nanopartículas más pequeñas, es decir, aprox. 1/10 de las partículas
grandes.
De acuerdo con lo descrito anteriormente, se
propone la combinación de elementos fundentes semiconductores, y en
particular de AQCs y nanopartículas de diferentes tamaños para la
optimización de formulaciones de tintas conductoras, entendiendo por
AQCs:
- AQCs, clústeres cuánticos atómicos estables,
caracterizados por estar compuestos por menos de 500 átomos de metal
(Mn, n<500),
- AQCs caracterizados por estar compuestos por
menos de 200 átomos de metal (Mn, n<200),
- AQCs caracterizados por estar compuestos de
entre más de 2 y menos de 27 átomos de metal (Mn, 2<n<27),
- AQCs caracterizados por estar compuestos de
entre 2 a 5 átomos de metal,
- AQCs, donde los metales se seleccionan de
entre Au, Ag, Co, Cu, Pt, Fe, Cr, Pd, Ni, Rh, Pb o sus combinaciones
bi y multimetálicas.
Se propone en la presente invención la
utilización de los AQCs como materiales "fundentes" de baja
temperatura en la formulación de tintas conductoras formadas por la
combinación de los AQCS y, al menos, dos tipos de nanopartículas
metálicas de tamaños diferentes: nanopartículas grandes (entre 100 y
250 nm) y partículas pequeñas (entre 10 y 25 nanómetros),
manteniendo siempre una relación 1/10 entre el tamaño medio de las
nanopartículas grandes y pequeñas. La proporción en peso (para
materiales iguales) utilizar es de aprox. 1/3 de nanopartículas de
tamaño inmediatamente inferior respecto de inmediatamente superior.
Estas relaciones deben modificarse en la proporción de sus
densidades cuando se utilizan materiales diferentes para cada tamaño
de nanopartícula.
Otra posibilidad preferible es utilizar la
combinación de los AQCs con una mezcla de 3 tamaños diferentes:
nanopartículas grandes (entre 100 y 250 nm), nanopartículas
intermedias (entre 25 y 50 nm) y nanopartículas pequeñas (entre 5 y
10 nm), manteniendo en todo caso siempre una relación 1/5 entre los
tamaños de partículas superior e inmediatamente inferior. De nuevo,
para este caso la proporción en peso (para materiales iguales) a
utilizar es de 1/3, modificándose en proporción a sus densidades
cuando se utilizan materiales diferentes para cada tamaño.
Para la presente invención, los metales de las
nanopartículas a utilizar se seleccionan de entre Au, Ag, Co, Cu,
Pt, Fe, Cr, Pd, Ni, Rh, Pb o sus combinaciones bi y
multimetálicas.
Aunque, por sus ventajas económicas, sea
preferible utilizar materiales como Cu, Fe, o Ag para las
nanopartículas más grandes, ya que suponen la mayor parte del
material a utilizar en la formulación de las tintas conductoras.
Para las nanopartículas más pequeñas o clústeres, debido a la menor
proporción utilizada, se pueden utilizar materiales más nobles al
objeto de evitar procesos de oxidación que disminuyan la
conductividad final de las estructuras electrónicas impresas.
Las tintas conductoras descritas, por la
presencia de los AQCs que funden a muy bajas temperaturas (<
150ºC), permiten ser aplicadas a sustratos sensibles a la
temperatura, como papel o polímeros del tipo poliamidas, kepton,
polímeros flexibles o relativamente no flexibles, productos de
polietileno, polipropileno, productos conteniendo acrilatos
polimetilmetaacrilato, copolímeros de los polímeros citados o
combinaciones entre ellos y también filmes poliméricos conteniendo
al menos uno dentro del grupo de poliésteres poliamidas,
policarbonatos, polietileno, polipropileno, así como sus copolímeros
combinaciones entre ellos.
Se propone a su vez un proceso para la
preparación de tintas conductoras caracterizado por los siguientes
pasos:
a) mezcla de nanopartículas metálicas de
diversos tamaños.
b) adición de un elemento
semi-conductor, fundente a baja temperatura, cuya
temperatura de fusión es substancialmente menor que la de la mezcla
inicial de nanopartículas metálicas, y en particular menor de
150ºC, siendo el tamaño de dicho elemento
semi-conductor menor de 2 nm.
c) Deposición de la tinta sobre uno cualquiera
de los siguientes substratos:
papel, polímeros del tipo poliamidas, kepton,
polímeros flexibles o relativamente no flexibles, productos de
polietileno, polipropileno, productos conteniendo acrilatos,
polimetilmetaacrilato, copolímeros de los polímeros citados o
combinaciones entre ellos.
d) Aumento de la temperatura de la tinta una vez
depositada en el substrato para conseguir la sinterización de la
misma, de tal forma que:
- Las nanopartículas metálicas no alcanzan su
punto de fusión.
- El elemento semi-eonduetor
fundente se funde, permitiendo así un contacto metálico entre las
nanopartículas metálicas, dando lugar a altas conductividades.
Figura
1
Imágenes de microscopía de transmisión
electrónica de clústeres de Ag sintetizados según la descripción de
la patente ES2277531 y depositados en la rejilla del microscopio
(figura 1a) y de la misma muestra de clústeres una vez calentada la
rejilla a 100ºC durante 30 segundos (figura 1b).
Claims (22)
1. Tintas conductoras que comprenden la
combinación de:
a) nanopartículas metálicas, y
b) elementos fundentes
semi-conductores, con una temperatura de fusión
menor que dichas nanopartículas metálicas, actuando como fundente
entre las nanopartículas, permitiendo así "la unión metálica"
entre las nanopartículas metálicas a temperaturas menores que la
temperatura de fusión de dichas nanopartículas metálicas.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Tintas conductoras, según la reivindicación
1, caracterizadas porque preferentemente los metales a
utilizar en las nanopartículas se seleccionan de entre Au, Ag, Co,
Cu, Pt, Fe, Cr, Pd, Ni, Rh, Pb o sus combinaciones bi y
multimetálicas.
3. Tintas conductoras, según la reivindicación
2, donde por nanopartículas metálicas se entiende mezclas de
nanopartículas metálicas de diferentes tamaños.
4. Tintas conductoras, según la reivindicación
3, caracterizadas porque las mezclas de nanopartículas son
distribuciones bimodales, es decir, nanopartículas metálicas de dos
tamaños diferentes; y donde preferentemente los tamaños de las
partículas más grandes están comprendidos entre 100 y 250 nm y para
las partículas más pequeñas entre 10 y 25 nm, manteniéndose siempre
substancialmente una relación 1/10 entre los tamaños, escogidos.
5. Tintas conductoras, según la reivindicación
3, caracterizadas porque las mezclas de nanopartículas son
distribuciones trimodales, es decir, nanopartículas metálicas de
tres tamaños diferentes; y donde preferentemente los tamaños de las
partículas más grandes están comprendidos entre 100 y 250 nm, para
las partículas intermedias entre 25 y 50 nm, y para las más pequeñas
entre 5 y 10 nm, manteniéndose siempre una relación 1/5 entre los
diferentes tamaños escogidos superior e inmediatamente inferior.
6. Tintas conductoras, según cualquiera de las
reivindicaciones 4 o 5, caracterizadas porque preferentemente
la proporción en volumen de las cantidades empleadas de
nanopartículas es de 1/3 entre los tamaños superior e inmediatamente
inferior tanto para las distribuciones bimodales como
trimodales.
7. Tintas conductoras según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, donde el tamaño de los elementos
fundentes es menor de 2 nm y preferentemente menor de 1 nm.
8. Tintas conductoras según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, donde la temperatura de fusión de los
elementos fundentes semi-conductores es menor o
igual que 150ºC.
9. Tintas conductoras, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, donde el elemento
semi-conductor fundente se compone de clústeres
quánticos atómicos estables (AQCs).
10. Tintas conductoras, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, donde los AQCs pertenecen a uno o
varios de los grupos siguientes:
- AQCs, clústeres cuánticos atómicos estables,
caracterizados por estar compuestos por menos de 500 átomos
de metal (Mn, n<500),
- AQCs caracterizados por estar
compuestos por menos de 200 átomos de metal (Mn, n<200),
- AQCs caracterizados por estar
compuestos de entre más de 2 y menos de 27 átomos de metal (Mn,
2<n<27),
- AQCs caracterizados por estar
compuestos de entre 2 a 5 átomos de metal.
\vskip1.000000\baselineskip
11. Tintas conductoras según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, donde los metales para los AQCs se
seleccionan de entre Au, Ag, Co, Cu, Pt, Fe, Cr, Pd, Ni, Rh, Pb o
sus combinaciones bi y multimetálicas.
12. Tintas conductoras, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizadas porque
preferentemente la proporción en volumen de las cantidades empleadas
de AQCs a las nanopartículas más pequeñas es de 1/10 o inferior.
13. Tintas conductoras, según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizadas porque
preferentemente la proporción en volumen de las cantidades empleadas
de AQCs a las nanopartículas más pequeñas es de 1/30 o inferior.
\newpage
14. Tintas conductoras según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, obtenibles mediante un proceso de
sinterización a una temperatura tal que:
- únicamente los clústeres quánticos atómicos se
funden, permitiendo la unión metálica entre las nanopartículas
metálicas.
- las nanopartículas metálicas no alcanzan su
punto de fusión.
\vskip1.000000\baselineskip
15. Tintas conductoras según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, para la impresión en sustratos
sensibles a la temperatura, como papel, polímeros del tipo
poliamidas, kepton, polímeros flexibles o relativamente no
flexibles, productos de polietileno, polipropileno, productos
conteniendo acrilatos, polimetilmetaacrilato, copolímeros de los
polímeros citados o combinaciones entre ellos.
16. Uso de clústeres quánticos atómicos estables
(AQCs) (elementos fundentes semi conductores con temperaturas de
fusión menores de 150ºC) como material fundente a baja temperatura
en los procesos de sinterización de tintas conductoras con
nanopartículas metálicas según cualquiera de las reivindicaciones 1
a 15, dicho material fundente actuando como vinculo o elemento de
unión entre nanopartículas metálicas de diferentes tamaños,
permitiendo así la conductividad eléctrica.
17. Uso de clústeres quánticos atómicos estables
(AQCs), según la reivindicación 16, en la electrónica impresa para
la impresión en pantalla (screen-printing),
tampografía (pad-printing) y por inyección de tinta
(inkjet printing).
18. Uso de clústeres quánticos atómicos estables
(AQCs), según la reivindicación 16 para la impresión en masa
(mass-printing), el offset, el gravado y la
flexografía.
19. Uso de clústeres quánticos atómicos estables
(AQCs), según la reivindicación 16, para la impresión en sustratos
sensibles a la temperatura, como papel, polímeros del tipo
poliamidas, kepton, polímeros flexibles o relativamente no
flexibles, productos de polietileno, polipropileno, productos
conteniendo acrilatos, polimetilmetaacrilato, copolímeros de los
polímeros citados o combinaciones entre ellos.
20. Uso de clústeres quánticos atómicos estables
(AQCs), según la reivindicación 16, para la impresión en filmes
poliméricos conteniendo al menos uno dentro del grupo de
poliésteres, poliamidas, policarbonatos, polietileno, polipropileno,
así como sus copolímeros y combinaciones entre ellos.
21. Proceso para la preparación de una tinta
conductora según cualquiera de las reivindicaciones
1-15, que comprende las siguientes etapas:
a) mezcla de nanopartículas metálicas de
diversos tamaños.
b) adición de un elemento
semi-conductor, fundente a baja temperatura, cuya
temperatura de fusión es substancialmente menor que la de la mezcla
inicial de nanopartículas metálicas, y en particular menor de 150ºC,
siendo el tamaño de dicho elemento semi-conductor
menor de 2 nm.
c) Deposición de la tinta sobre uno cualquiera
de los siguientes substratos:
papel, polímeros del tipo poliamidas, kepton,
polímeros flexibles o relativamente no flexibles, productos de
polietileno, polipropileno, productos conteniendo acrilatos
polimetilmetaacrilato, copolímeros de los polímeros citados o
combinaciones entre ellos.
d) Aumento de la temperatura de la tinta una vez
depositada en el substrato para conseguir la sinterización de la
misma, de tal forma que:
- Las nanopartículas metálicas no alcanzan su
punto de fusión.
- El elemento semi-conductor
fundente se funde, permitiendo así un contacto metálico entre las
nanopartículas metálicas, dando lugar a altas conductividades.
\vskip1.000000\baselineskip
22. Proceso para la preparación de una tinta
conductora según la reivindicación 21, donde el elemento
semi-conductor fundente citado en la etapa b)
comprende clústeres quánticos atómicos estables (AQCs).
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