低温高导纳米银导电油墨及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种低温高导纳米银导电油墨及其制备方法和应用，属于印刷电子技术领域，包括以下步骤：(1)称取一定量的保护剂聚乙烯吡咯烷酮、硝酸银和还原剂，分别溶解于去离子水中，配置成保护剂溶液、硝酸银溶液和还原剂溶液；(2)将硝酸银溶液和还原剂溶液同时以一定的速率注入保护剂溶液中；(3)对反应溶液进行纯化、浓缩处理，获得低杂质、高浓度的纳米银浆；(4)向步骤(4)中制得的纳米银浆添加溶剂、助剂，得到纳米银导电油墨；步骤(1)中保护剂溶液、硝酸银溶液和还原剂溶液的质量分数分别为0.1％～7.5％、30％～70％、20～40％。本发明专利技术的低温高导纳米银导电油墨导电性高、后处理温度低，适用于多种印刷、涂布工艺以及能够直接灌装入书写笔获得纳米银导电笔，从而广泛应用于基于各种基材的导电线路及电子元器件的印刷、直写与修复。

Low temperature and high conductivity nano silver conductive ink and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
低温高导纳米银导电油墨及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种导电油墨及其制备方法与应用，特别涉及一种低温高导纳米银导电油墨及其制备方法与应用，属于印刷电子

技术介绍
印刷电子技术是指利用印刷方式制备电子电路及元器件的新技术，属于战略性新兴交叉领域。由于印刷电子技术具有可大面积生产、低成本及柔性化等显著优势特征，近年来受到了产业界和学术界的广泛关注。导电油墨作为印刷电子技术应用推广的关键共性原材料，起到了至关重要的作用。金属银具有优良的导电性能且化学性质稳定，基于纳米银颗粒的导电油墨已成为本领域的关注热点。获得导电性高、后处理温度低(即，低温高导特性)的纳米银导电油墨将有助于扩大其基材适用范围(塑料、纸张的适用温度一般在140℃以下)，从而进一步推动印刷电子技术的发展与应用。Magdassi等人通过向印刷后纳米银涂层中添加反离子高分子电解质，实现了纳米银涂层的室温化学烧结，其涂层电导率为银理论值的20％(S.Magdassi,M.Grouchko,O.BerezinandA.Kamyshny,AcsNano,2010,4,1943-1948)。Xu等人采用压力辅助加热纳米银涂层的方式进行后处理，实现了120℃/25MPa/10分钟条件下纳米银涂层导电率约为理论值的11％(L.Y.Xu,G.Y.Yang,H.Y.Jing,J.WeiandY.D.Han,Nanotechnology,2013,24,355204.)。此外，文献报道还有利用光子烧结、等离子体、微波等方式进行纳米银涂层后处理，可实现温和条件下的较高导电性。但是，上述方法有的涉及外加电解质添加剂，将可能对油墨的稳定性产生不利影响；有的需要投入专门的后处理设备，且价格昂贵。中国专利技术专利CN103952034B公开了一种免树脂纳米银导电油墨，它是一种油墨组分简单、稳定性高的纳米银导电油墨；但是，本专利技术人经过研究发现，上述免树脂纳米银导电油墨的制备过程中，保护剂PVP添加量太大(PVP与银盐的摩尔比为0.2:1～0.7:1)，最终获得的导电油墨印刷涂层电阻偏高(最优电阻为实施例1中丝网印刷，涂层厚度为3.5μm，方阻为0.1Ω/□，计算可得电阻率为35μΩ·cm)；而随着技术的发展，其导电性逐渐不能满足当今高性能应用要求。因此，提供一种能够获得导电性高、后处理温度低并且应用范围广的低温高导纳米银导电油墨的制备方法及其应用就成为该
急需解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种低温高导纳米银导电油墨的制备方法，该导电油墨的导电填料纳米银分散液通过双注入液相化学还原法进行制备，该纳米银导电油墨具有导电性高、后处理温度低的特点，可适用于不同印刷、涂布方式以及直接灌装入书写笔中获得纳米银导电笔，从而用于制备各种导电线路及电子元器件。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：低温高导纳米银导电油墨的制备方法，包括以下步骤：(1)称取一定量的保护剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解于去离子水中，配置成保护剂溶液；称取一定量的硝酸银，溶解于去离子水中，配置成硝酸银溶液；称取一定量的还原剂溶解于去离子水中，配置成还原剂溶液；(2)将步骤(1)中的硝酸银溶液和还原剂溶液同时以一定的速率注入保护剂溶液中，此过程始终保持搅拌，硝酸银溶液和还原剂溶液添加结束后，继续反应1～3小时，得反应溶液；(3)将步骤(2)中得到的反应溶液进行纯化、浓缩处理，获得低杂质、高浓度的纳米银浆；(4)向步骤(3)中制得的纳米银浆添加溶剂、助剂，得到低温高导纳米银导电油墨(适合于不同印刷、涂布及直写方式)。优选地，所述步骤(1)中所述保护剂聚乙烯吡咯烷酮包括PVPK15、PVPK30、PVPK60或PVPK90中的一种或至少两种的组合；优选为平均分子量为1300000的PVPK90，平均分子量为10000的PVPK30，平均分子量为58000的PVPK30，平均分子量为8000的PVPK15。优选地，所述步骤(1)中所述还原剂为葡萄糖、硼氢化钠、水合肼、过氧化氢、柠檬酸钠或多元醇中的一种或至少两种的组合，优选为水合肼。优选地，所述步骤(1)中所述保护剂溶液的质量分数为15％～45％，优选为25％～35％；硝酸银溶液的质量分数为30％～70％，优选为40％～60％；还原剂溶液的质量分数为20～40％，优选25％～35％。优选地，所述步骤(1)中所述聚乙烯吡咯烷酮与硝酸银的质量比为0.03:1～0.7:1，优选0.05:1～0.5:1；硝酸银与还原剂的质量比为1:1～3:1，优选1.5:1～2.5:1。优选地，所述步骤(2)中所述硝酸银溶液和还原剂溶液注入保护剂溶液的速率为每分钟0.5mL～2mL，添加过程中，反应体系的搅拌速度为每分钟1000转～3000转。优选地，所述步骤(3)中所述纯化、浓缩处理包括溶剂沉淀法或离心分离法。优选地，所述溶剂沉淀法是将反应溶液转移倒入丙酮中，取下层沉淀物稀释，并再次转移倒入丙酮中进行沉淀，重复上述过程3～5次，丙酮体积为溶液的1～5倍；最终获得的低杂质、高浓度纳米银浆中纳米银的质量分数为70～90％，保护剂聚乙烯吡咯烷酮包覆在纳米银颗粒的表面，聚乙烯吡咯烷酮质量为纳米银质量的1～5％，纳米银颗粒粒径为5nm～500nm范围内可控，优选10nm～200nm。优选地，所述步骤(4)中所述溶剂为乙二醇、乙二醇丁醚、水、异丙醇、丙二醇甲醚、二乙二醇二丁醚、二价酸酯DBE、N-甲基吡咯烷酮、丙三醇、正丙醇或聚乙二醇中的一种或至少两种组合；所述助剂为表面张力调节剂、粘度调节剂、粘性调节剂、润湿剂、流平剂或pH值调节剂等。优选地，所述步骤(4)中所述低温高导纳米银导电油墨中表面包覆有聚乙烯吡咯烷酮的纳米银的质量分数为5～80％，溶剂的质量分数为20％～95％，助剂的质量分数为0～5％。优选地，所述步骤(4)所述低温高导纳米银导电油墨适合于不同的印刷方式，该不同的印刷方式包括胶印、柔印、凹印、丝网印刷、喷墨打印、凹版胶印、微接触印刷等。本专利技术的另一目的是提供一种上述低温高导纳米银导电油墨的制备方法制备的低温高导纳米银导电油墨。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案达到的：低温高导纳米银导电油墨的制备方法所制备的纳米银导电油墨，其特征在于，所述纳米银导电油墨在较低的后处理温度下具有较高的导电性，电阻率为13.10μΩ·cm～4.60μΩ·cm。优选地，所述较低的后处理温度为60℃～140℃，加热时间为10分钟。本专利技术的另一目的是提供一种上述低温高导纳米银导电油墨的应用。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案达到的：技术方案1上述低温高导纳米银导电油墨的制备方法所制备的低温高导纳米银导电油墨的应用，其特征在于，将所述低温高导纳米银导电油墨灌装入各种用于书写的笔中，通过直接书写方式在承印物表面进行线路绘制，经过后处理，得到纳米银导电线路。技术方案2上述低温高导纳米银本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.低温高导纳米银导电油墨的制备方法，包括以下步骤：/n(1)称取一定量的保护剂聚乙烯吡咯烷酮溶解于去离子水中，配置成保护剂溶液；称取一定量的硝酸银，溶解于去离子水中，配置成硝酸银溶液；称取一定量的还原剂溶解于去离子水中，配置成还原剂溶液；/n(2)将步骤(1)中的硝酸银溶液和还原剂溶液同时以一定的速率注入保护剂溶液中，此过程始终保持搅拌，硝酸银溶液和还原剂溶液添加结束后，继续反应1～3小时，得反应溶液；/n(3)将步骤(2)中得到的反应溶液进行纯化、浓缩处理，获得低杂质、高浓度的纳米银浆；/n(4)向步骤(3)中制得的纳米银浆添加溶剂、助剂，得到低温高导纳米银导电油墨；/n所述步骤(1)中保护剂溶液的质量分数为0.1％～7.5％；硝酸银溶液的质量分数为30％～70％；还原剂溶液的质量分数为20～40％。/n

【技术特征摘要】
1.低温高导纳米银导电油墨的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取一定量的保护剂聚乙烯吡咯烷酮溶解于去离子水中，配置成保护剂溶液；称取一定量的硝酸银，溶解于去离子水中，配置成硝酸银溶液；称取一定量的还原剂溶解于去离子水中，配置成还原剂溶液；
(2)将步骤(1)中的硝酸银溶液和还原剂溶液同时以一定的速率注入保护剂溶液中，此过程始终保持搅拌，硝酸银溶液和还原剂溶液添加结束后，继续反应1～3小时，得反应溶液；
(3)将步骤(2)中得到的反应溶液进行纯化、浓缩处理，获得低杂质、高浓度的纳米银浆；
(4)向步骤(3)中制得的纳米银浆添加溶剂、助剂，得到低温高导纳米银导电油墨；
所述步骤(1)中保护剂溶液的质量分数为0.1％～7.5％；硝酸银溶液的质量分数为30％～70％；还原剂溶液的质量分数为20～40％。


2.根据权利要求1所述的低温高导纳米银导电油墨的制备方法，其特征在于，步骤(1)中保护剂聚乙烯吡咯烷酮包括PVPK15、PVPK30、PVPK60或PVPK90中的一种或至少两种的组合；所述步骤(1)中还原剂为葡萄糖、硼氢化钠、水合肼、过氧化氢、柠檬酸钠、多元醇中的一种或至少两种的组合，优选为水合肼。


3.根据权利要求1所述的低温高导纳米银导电油墨的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中保护剂溶液的质量分数为1.5％～5.5％；硝酸银溶液的质量分数为40％～60％；还原剂溶液的质量分数为25％～35％。


4.根据权利要求1所述的低温高导纳米银导电油墨的制备方法，其特征在于，所述纳米银导电油墨中保护剂聚乙烯吡咯烷酮与硝酸银的质量比为0.03:1～0.7:1；硝酸银与还原剂的质量比为1:1～3:1。


5.根据权利要求1所述的低温高导纳米银导电油墨的制备方法，其特征在于，所述纳米银导电油墨中保护剂聚乙烯吡咯烷酮与硝酸银的质量比为0.05:1～0.5:1；硝酸银与还原剂的质量比为1.5:1～2.5:1。


6.根据权利要求1所述的低温高导纳米银导电油墨的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中所述纯化、浓缩处理包括溶剂沉淀法或离心分离法；其中，所述溶剂沉淀法是将反应溶液转移倒入丙酮中，取下层沉淀物稀释，并再次转移倒入丙酮中进行沉淀，重复上述过程3～5次，丙酮体积为溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：王笑非，李颜，
申请(专利权)人：王笑非，李颜，
类型：发明
国别省市：北京;11