JP6704364B2 - 銀ナノ粒子インク - Google Patents
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Description
本明細書のインク組成物は、金属ナノ粒子、実施形態において、銀ナノ粒子を含む。金属ナノ粒子は、いずれかの形状または幾何学形状を有していてもよい。実施形態において、金属ナノ粒子は球状形状を有する。金属ナノ粒子は、サブミクロン範囲の直径を有することができる。実施形態において、金属ナノ粒子は、約0.5〜約100ナノメートル(nm)、または約1.0〜約50nm、または約1.0〜約20nmの体積平均粒径を有する。実施形態において、本明細書の金属ナノ粒子は、低温、例えば約200℃未満、または約100℃未満の温度にて焼結またはアニールできるようなサイズのナノ粒子を含む。特定の実施形態において、金属ナノ粒子は、約0.5〜約50nm、または約1〜約20nm、または約5.0〜約10nmの体積平均粒径を有する。他の特定の実施形態において、金属ナノ粒子の体積平均粒径と数平均長さ直径との比は、約1.3未満または約1.2未満または約1.1未満である。
インク組成物は、芳香族炭化水素溶媒および脂肪族炭化水素溶媒の特定の組み合わせを含有し、ここで溶媒は、空圧エアロゾル印刷に優位な特定の特徴を有するインク組成物を提供するために、金属ナノ粒子と相溶性である。
インク組成物は、いずれかの好適なプロセス、例えば成分の単なる混合によって調製できる。1つのプロセスは、インク成分すべてを共に混合する工程および混合物を濾過してインクを得る工程を必要とする。インクは、成分を混合し、所望により加熱し、濾過し、続いていずれかの所望の追加添加剤を混合物に添加し、均質混合物が得られるまで、実施形態において約5〜約10分、約24時間までで、適度に振とうしながら、室温で混合することによって調製できる。あるいは、任意のインク添加剤は、インク調製プロセスの間に他のインク成分と混合でき、これはいずれかの所望の手順に従って、例えばすべての成分の混合、所望により加熱および濾過によって行われる。
空圧エアロゾル印刷のための2つの芳香族溶媒を含む銀ナノ粒子インクを次のように調製した。ガラス瓶に、73.2グラムの乾燥銀ナノ粒子を、8.93グラムのトルエンおよび17.87グラムのフェニルシクロヘキサンの混合物中に溶解させた。瓶をシールし、オービタルシェーカに2時間入れ、次いで「ロール・アンド・ティルト」ミキサにさらに22時間入れた。インクを濾過するために、1μmポアのガラス繊維シリンジフィルタをプロピレンシリンジと共に使用した。得られた銀ナノ粒子インクは、アッシングにより65.40重量%の銀、12.61センチポイズ(cps)の粘度および1.21の剪断指数を有していた。印刷後、2−ptプローブは1.5〜4.0μmの厚さにて8.84×104S/cmの平均伝導率を測定した。
空圧エアロゾル印刷のための銀ナノ粒子インクを次のように調製した。ガラス瓶に、29.4グラムの乾燥銀ナノ粒子を、7.07グラムのフェニルシクロヘキサンおよび3.53グラムのエチルシクロヘキサンの混合物中に溶解させた。瓶をシールし、オービタルシェーカに2時間入れ、次いで「ロール・アンド・ティルト」ミキサにさらに22時間入れた。インクを濾過するために、1μmポアのガラス繊維シリンジフィルタをプロピレンシリンジと共に使用した。得られた銀ナノ粒子インクは、アッシングにより64.00重量%の銀、11.65cpsの粘度および1.03の剪断指数を含有していた。印刷後、2−ptプローブは1.0〜7.0μmの厚さにて1.02×105S/cmの平均伝導率を測定した。
空圧エアロゾル印刷のための銀ナノ粒子インクを次のように調製した。ガラス瓶に、36.60グラムの乾燥銀ナノ粒子を2.01グラムのデカヒドロナフタレン、10.72グラムのフェニルシクロヘキサン、および0.67グラムのヘキサデカンの混合物中に溶解した。瓶をシールし、オービタルシェーカに2時間入れ、次いで「ロール・アンド・ティルト」ミキサにさらに22時間入れた。インクを濾過するために、1μmポアのガラス繊維シリンジフィルタをプロピレンシリンジと共に使用した。得られた銀ナノ粒子インクは、アッシングにより66.33重量%の銀、18.63cpsの粘度および1.04の剪断指数を有していた。印刷後、2−ptプローブは1.1〜5.4μmの厚さにて1.16×105S/cmの平均伝導率を測定した。
Claims (20)
- 金属ナノ粒子;
少なくとも1つの芳香族炭化水素溶媒であって、ここで前記少なくとも1つの芳香族炭化水素溶媒は、前記金属ナノ粒子と相溶性である溶媒;
少なくとも1つの脂肪族炭化水素溶媒であって、ここで前記少なくとも1つの脂肪族炭化水素溶媒は前記金属ナノ粒子と相溶性である溶媒を含むインク組成物であって;
ここで前記少なくとも1つの芳香族炭化水素溶媒が、フェニルシクロヘキサンであり、
ここで前記少なくとも1つの脂肪族炭化水素溶媒が、エチルシクロヘキサンであり、
ここで前記インク組成物は、前記インク組成物の総重量に基づいて約45重量%を超える金属含有量を有し;
ここで前記インク組成物は、約20〜約30℃の温度において、約5〜約30センチポイズの粘度を有するインク組成物。 - 前記金属ナノ粒子が、銀、コバルト、銅、ニッケル、金、パラジウムおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記金属ナノ粒子が銀ナノ粒子である、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記金属ナノ粒子が、前記インク組成物の総重量に基づいて、約45重量%を超えて約80重量%の量で存在する、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記金属ナノ粒子が銀ナノ粒子であり、前記銀ナノ粒子が、前記インク組成物の総重量に基づいて、約45重量%を超えて約80重量%の量で存在する、請求項1に記載のインク組成物。
- 25℃で1〜400s−1と400〜4s−1の速度掃引実行を用いた上昇剪断速度掃引試験において、剪断指数(40〜400)=40s−1での粘度/400s−1の粘度であり、
前記インク組成物が、1.10未満の剪断指数を有する、請求項1に記載のインク組成物。 - 25℃で1〜400s−1と400〜4s−1の速度掃引実行を用いた上昇剪断速度掃引試験において、剪断指数(40〜400)=40s−1での粘度/400s−1の粘度であり、
前記インク組成物が、約0.9〜1.10未満の剪断指数を有する、請求項1に記載のインク組成物。 - 前記インク組成物は、約1〜約10マイクロメ−トルの印刷された画像ライン厚さにおいて、約75,000〜約250,000S/cmの加熱後のバルク伝導率を有する印刷画像を提供する、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記金属ナノ粒子が銀ナノ粒子である、請求項1に記載のインク組成物。
- 25℃で1〜400s−1と400〜4s−1の速度掃引実行を用いた上昇剪断速度掃引試験において、剪断指数(40〜400)=40s−1での粘度/400s−1の粘度であり、
前記インク組成物が、約0.9〜1.10未満の剪断指数を有する、請求項9に記載のインク組成物。 - 前記インク組成物は、約1〜約10マイクロメ−トルの印刷された画像ライン厚さにおいて、約75,000〜約250,000S/cmのバルク伝導率を有する印刷画像を提供する、請求項9に記載のインク組成物。
- インク組成物を調製するためのプロセスであって:
金属ナノ粒子;
少なくとも1つの芳香族炭化水素溶媒であって、ここで前記少なくとも1つの芳香族炭化水素溶媒は、前記金属ナノ粒子と相溶性である溶媒;
少なくとも1つの脂肪族炭化水素溶媒であって、ここで前記少なくとも1つの脂肪族炭化水素溶媒は前記金属ナノ粒子と相溶性である溶媒を合わせる工程を含み;
ここで前記少なくとも1つの芳香族炭化水素溶媒が、フェニルシクロヘキサンであり、
ここで前記少なくとも1つの脂肪族炭化水素溶媒が、エチルシクロヘキサンであり、
ここで前記インク組成物は、前記インク組成物の総重量に基づいて約45重量%を超える金属含有量を有し;
ここで前記インク組成物は、約20〜約30℃の温度において、約5〜約30センチポイズの粘度を有する、プロセス。 - 前記金属ナノ粒子が銀ナノ粒子である、請求項12に記載のプロセス。
- 金属ナノ粒子;
少なくとも1つの芳香族炭化水素溶媒であって、ここで前記少なくとも1つの芳香族炭化水素溶媒は、前記金属ナノ粒子と相溶性である溶媒;
少なくとも1つの脂肪族炭化水素溶媒であって、ここで前記少なくとも1つの脂肪族炭化水素溶媒は、前記金属ナノ粒子と相溶性である溶媒を含む組成物を提供する工程であって;
ここで前記少なくとも1つの芳香族炭化水素溶媒が、フェニルシクロヘキサンであり、
ここで前記少なくとも1つの脂肪族炭化水素溶媒が、エチルシクロヘキサンであり、
ここで前記インク組成物は、前記インク組成物の総重量に基づいて約45重量%を超える金属含有量を有し;ここで前記インク組成物は、約20〜約30℃の温度において、約5〜約30センチポイズの粘度を有する工程;
前記インク組成物を基材上に堆積させ、堆積された特徴を形成する工程;および
場合により、前記基材上に堆積された特徴を加熱して、前記基材上に伝導性特徴を形成する工程を含むプロセス。 - 前記インク組成物を堆積する工程が、空圧エアロゾル印刷を用いて堆積する工程を含む、請求項14に記載のプロセス。
- 前記金属ナノ粒子が銀ナノ粒子である、請求項14に記載のプロセス。
- 前記インク組成物が、エアロゾル印刷のためのインク組成物を含む、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記金属ナノ粒子が、銀ナノ粒子であり、前記銀ナノ粒子が、前記インク組成物の総重量に基づいて、約80重量%の量で存在する、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記金属ナノ粒子が、銀ナノ粒子であり、前記銀ナノ粒子が、前記インク組成物の総重量に基づいて、約85重量%の量で存在する、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記金属ナノ粒子が、Z平均粒径およびD(1,0)数平均長さ直径を有し、ここでZ平均/D(1,0)が約3未満である、請求項1に記載のインク組成物。
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