一种抗氧化纳米铜导电油墨制造技术

本发明专利技术提供一种抗氧化纳米铜导电油墨，其由下述质量份数的物质组成：树脂1～10份、纳米铜20～80份、溶剂15～85份、保护剂1～10份和助剂1～5份。所述纳米铜的平均粒径为5nm～100nm。所述保护剂为有机硼烷。本发明专利技术的有益效果是：在制备纳米铜导电油墨的过程中加入保护剂，能有效防止铜纳米粒子在加热烘干与烧结、紫外线固化、退火处理等印后处理工艺中被氧化，同时保证较高的导电性。制备的纳米铜导电油墨可适用于数字喷墨印刷、丝网印刷、柔版印刷、凹版印刷、凹版-胶印印刷、压印、EHD jetting、微接触印刷等印刷工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于导电油墨
，具体涉及一种抗氧化纳米铜导电油墨。
技术介绍
印刷电子制造工艺与传统印刷工艺的最主要的差别在于印刷电子制造技术中使用的“油墨”是具有导电、介电或半导体性质的电子材料，将这类导电油墨印刷在各种基材上，可以制备大面积、柔性、低成本的电子产品和器件。随着印刷电子制造技术的快速发展及绿色生产、节能减排成为社会经济发展的必然趋势，导电油墨将成为印刷电子技术的关键材料。目前，在导电油墨应用领域，文献报道较多的是采用金、银等贵金属制备的导电油墨，这类导电油墨具有导电性高、抗氧化性好等优点。如Frens(Nature1973,241:20-22)以柠檬酸钠为还原剂，通过改变柠檬酸钠的用量制备了粒径从12nm到41nm的一系列金纳米颗粒；Xia(Chem.Eur.J.,2005,11:454-463)通过改变多醇体系中金属前体与PVP的比例和浓度，获得了银纳米立方单晶、纳米棒、纳米线及纳米球等。Kosmala(MaterialsChemistryandPhysics,2011,129(3):1075-1080)等采用液相还原的方法，以PluronicF127为分散介质并伴随高强度超声处理，在制备了粒径为50nm的银纳米颗粒的同时，避免了银的强烈聚集。含有5％上述银纳米颗粒(质量分数)的水性油墨室温黏度和表面张力可以满足喷墨印刷的要求。然而，相对于金、银等贵金属导电油墨的大量报道，作为金银同系物的铜，报道的数量的却始终较少。这主要是因为：1、Cu2+的标准电极电势低于金、银，因此还原铜离子需要较强的还原剂，使得一些在合成金、银等胶体中十分成功的还原体系对铜不再适合；2、铜纳米粒子的化学性质相对于金、银等纳米离子更加活泼，暴露在空气中更容易氧化，难以稳定保存。为防止纳米铜导电油墨在光照或使用过程中被氧化而引入的过量抗氧化剂会抑制纳米晶的生长，导致粒径、形貌分布变宽，且抗氧化剂分子易产生桥联作用加剧粒子的团聚；3、纳米铜一旦氧化将迅速降低印制图案烧结后的导电性，因此，常在纳米铜颗粒表面包覆特定的有机稳定剂(四川大学学报(自然科学版),铜系导电涂料中纳米铜粉抗氧化问题的研究2005,42:220-224)，采用这种做法虽然在一定程度上可以提高其抗氧化性及油墨的稳定性，但同时也会降低印制图案烧结后的导电性。尽管存在上述问题，铜作为一种重要的金属元素，具有分布量大、价格低廉、导电性较高等优点，因而采用纳米铜制备的导电油墨在纳米电子学、印刷电路等领域必将发挥巨大作用，对它的研究正引起越来越多的关注。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是如何克服铜的易氧化性，如何用铜代替金、银等贵金属来制备价格低廉、性能优异的适用于印刷工艺的导电油墨。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种抗氧化纳米铜导电油墨。本专利技术所提供的抗氧化纳米铜导电油墨由下述质量份数的物质组成：树脂1～10份、纳米铜20～80份、溶剂15～85份、保护剂1～10份和助剂1～5份。所述抗氧化纳米铜导电油墨可进一步由下述质量份数的物质组成：树脂2～6份、纳米铜30～65份、溶剂22～60份、保护剂5～10份和助剂2～3份。常规的树脂均适用于本专利技术，且树脂的分子量的选择对最终抗氧化纳米铜导电油墨的性能无明显影响。所述树脂可选自下述至少一种：醇酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、氯醋树脂、酚醛树脂、聚乙烯醇、丙烯酸树脂、环氧树脂、丁烯二酸树脂、聚酰胺树脂、有机硅树脂、阿拉伯树胶和聚甲基丙烯酸。所述树脂具体可为：酚醛树脂、水溶性丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂或阿拉伯树胶。所述纳米铜的平均粒径(直径)为5nm～100nm，如10nm～80nm，具体可为10nm、25nm、30nm、60nm或80nm。所述溶剂可选自下述至少一种：去离子水、乙醇、异丙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇、二甘醇、三甘醇、二甲亚砜、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇甲醚醋酸脂、二丙二醇乙醚醋酸脂、二丙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇甲醚醋酸酯、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇苯醚醋酸酯、丙二醇苯醚醋酸酯、甲基二丙醇醚醋酸酯、二甘醇单丁醚醋酸酯、一缩二丙二醇单甲醚、二缩三丙二醇单甲醚、萜品醇、三乙二醇单甲醚、三乙二醇单丁醚、二乙二醇单甲醚和二乙二醇单丁醚。所述溶剂具体可为：二乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇乙醚醋酸酯、去离子水、乙二醇、乙二醇丁醚醋酸酯、乙醇、二甲亚砜或异丙醇。所述保护剂为有机硼烷。所述保护剂可选自下述至少一种：甲硼烷、乙硼烷、丁硼烷、戊硼烷、癸硼烷、碳硼烷、氮硼烷、膦硼烷、硫硼烷、氧硼烷、二甲胺硼烷、三乙胺硼烷、三乙基硼烷、二乙基甲氧基硼烷、三苯基硼烷、2-甲基吡啶硼烷(2-PB)、二异松蒎基氯硼烷、吗啉硼烷、吡啶硼烷、硼烷四氢呋喃络合物、硼烷二甲硫醚络合物、邻碳硼烷、二乙基甲氧基硼烷、间碳硼烷、N,N-二乙基苯胺硼烷、二乙基(3-吡啶基)硼烷、儿茶酚硼烷、(-)-二异松蒎基氯硼烷、(+)-二异松蒎基氯硼烷、频哪醇硼烷、叔丁基胺硼烷、(R)-2-甲基-CBS-恶唑硼烷、2-甲基吡啶硼烷和(S)-2-甲基-CBS-恶唑硼烷。所述保护剂具体可为：甲硼烷、N,N-二乙基苯胺硼烷、吗啉硼烷、吡啶硼烷或叔丁基胺硼烷。所述助剂为市场采购的油墨助剂，主要包括市售润湿剂、表面活性剂、pH值调节剂、消泡剂、增稠剂、附着力促进剂、流变剂、触变剂、流平剂和固化剂中的至少一种。所述助剂具体可为毕克公司BYK-141消泡剂、毕克公司BYK-346表面活性剂、德国默克公司MOK7010触变剂、毕克公司BYK-333流平剂或毕克公司BYK-4512附着力促进剂。所述抗氧化纳米铜导电油墨经印制后的方块电阻范围为1mΩ/口/mil～10Ω/口/mil。上述抗氧化纳米铜导电油墨是按照包括下述步骤的方法制备得到的：首先将所述树脂置于所选溶剂中，采用机械搅拌使得树脂完全溶解，得到树脂粘结料；然后将所述保护剂和纳米铜分别加入到上述树脂粘结料中，机械搅拌进行初步混合；之后置于三辊机(丝网印刷)或砂磨机(其他印刷工艺)进行深度混合，经过深度混合后加入所述助剂以调节导电油墨的流变性能和印刷适性，将所得样品过滤后得到纳米铜导电油墨。上述抗氧化纳米铜导电油墨在数字喷墨印刷、丝网印刷、柔版印刷、凹版印刷、凹版-胶印印刷、压印、EHDjetting、微接触印刷等印刷工艺中的应用也属于本专利技术的保护范围。本专利技术的有益效果是：在制备纳米铜导电油本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗氧化纳米铜导电油墨，由下述质量份数的物质组成：树脂1～10份、纳米铜20～80份、溶剂15～85份、保护剂1～10份和助剂1～5份。

【技术特征摘要】
1.一种抗氧化纳米铜导电油墨，由下述质量份数的物质组成：树脂1～10份、
纳米铜20～80份、溶剂15～85份、保护剂1～10份和助剂1～5份。
2.根据权利要求1所述的抗氧化纳米铜导电油墨，其特征在于：所述树脂选自
下述至少一种：醇酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、氯醋树脂、酚醛树脂、聚乙烯
醇、丙烯酸树脂、环氧树脂、丁烯二酸树脂、聚酰胺树脂、有机硅树脂、阿拉伯树
胶和聚甲基丙烯酸。
3.根据权利要求1或2所述的抗氧化纳米铜导电油墨，其特征在于：所述纳
米铜的平均粒径为5nm～100nm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的抗氧化纳米铜导电油墨，其特征在于：所
述溶剂选自下述至少一种：去离子水、乙醇、异丙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇、二
甘醇、三甘醇、二甲亚砜、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇甲醚
醋酸脂、二丙二醇乙醚醋酸脂、二丙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇乙醚醋酸酯、二乙二
醇甲醚醋酸酯、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇苯醚醋酸酯、
丙二醇苯醚醋酸酯、甲基二丙醇醚醋酸酯、二甘醇单丁醚醋酸酯、一缩二丙二醇单
甲醚、二缩三丙二醇单甲醚、萜品醇、三乙二醇单甲醚、三乙二醇单丁醚、二乙二
醇单甲醚和二乙二醇单丁醚。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的抗氧化纳米铜导电油墨，其特征在于：
所述保护剂是有机硼烷；
所述保护剂选自...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴业，王海燕，宋延林，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11