低温烧结纳米颗粒的方法技术

本发明专利技术公开了一种在低温烧结基板上的图案的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般性涉及通过采用低温烧结法来 获得连续网状物的纳米颗粒烧结方法。
技术介绍
在聚合物基板上上制造电路(称为“塑性电子学”)以及在诸如纸和包裹等其他敏感性基板上制造电路作为获得柔性的、透明的、低成本的设备的途径已经引起了极大的关注[1，2]。喷墨技术可用于直接印刷导电图案[3，4]，该技术克服了诸如平版印刷术[5]和丝网印刷术[3]等其他印刷方法的缺点。然而，柔性及塑性电子学的主要挑战之一是在足够低的温度获得导电图案，如此不致损害聚合物基板或纸。用于通过喷墨印刷来制造导电图案的油墨通常包含分散在水或溶剂中的金属纳米颗粒(NP)和有机稳定剂(表面活性剂和聚合物)[4，6，7]。在印刷并干燥后，形成了由以绝缘性有机稳定剂封端的导电性金属NP所构成的图案。由于在NP阵列中存在绝缘的有机金属材料，因而渗流(percolation)路径的数目受限，而且印刷图案的电阻率过高。该阻碍传统上是通过印刷后烧结工艺来克服，即通过在烘箱中将印刷后的基板加热至一般高于150°C的温度[8-11]、通过应用微波[12]或光子辐射[13，14，15]、或通过施加电压[16]来实现。这种烧结现象通常归因于NP的熔点降低及其表面的预熔[17-19]。不过，由于纸和塑料基板对较高的温度敏感，因此这类处理不适合于这些基板，因而用于塑性电子学的柔性器件的制造局限于少数的耐热聚合物，如聚酰亚胺等。显然，对能够在不加热基板的情况下烧结金属NP的技术存在很大的需求。Zapka等近来证明了降低印刷后的银NP的电阻率的能力[20，21]。电阻率的降低可如下实现使0. OlM至0. 27M的NaCl溶液压印在印刷后的银图案上，随后加热至95°C。低电阻率仅仅在最高的NaCl浓度(其为饱和溶液)时才能获得。Wakuda等报道了用于烧结NP的另一种方法[22，23]，其中使印刷后的图案浸溃在溶剂中，这显然导致了颗粒稳定剂十二胺的脱附。得到极高的电阻率。参考文献[I] S. R. Forrest, Nature 2004，428，911.[2]G. Eda，G. Fanchini，M. Chhowalla，Nature Nanotechnology 2008, 3, 270.[3]F. Garnier，R. Hajlaoui，A. Yassar，P. Srivastava, Science 1994，265，1684.[4] S. Sivaramakrishnan, P. J. Chia，Y. C. Yeo，L. L. Chua，P. K. H. Ho，NatureMaterials2007，6，149.[5] I. Park, S. H. Ko, H. Pan，C. P. Grigoropoulos, A. P. Pisano，J. M. J. Frechet,E. S. Lee，J. H. Jeong，Advanced Materials 2008，20，489.[6]T. H. J. van Osch，J. Perelaer, A. W. M. de Laat, U. S. Schubert, AdvancedMaterials2008,20，343.[7]D. Kim，S. Jeong，B. K. Park，J. Moon，Applied Physics Letters 2006,89.[ 8 ] S . B . Fuller，E . J. Wilhelm, J . A. Jacobson，Journal ofMicroelectromechanical Systems2002，11，54.[9]S. Joo, D. F. Baldwin, Electronic Components and Technology Conference2007,212.[10] J. B. Szczech，C. M. Megaridis，J. Zhang, D. R. Gamota，MicroscaleThermophysicalEngineering 2004，8，327.[11]D. Kim, J. Moon,Electrochemical and Solid State Letters 2005，8，J30.[12] J. Perelaer, B. J. de Gans, U. S. Schubert, Advanced Materials 2006，18，2101.[13]S.H.Ko，H. Pan，C. P. Grigoropoulos, C. K. Luscombe，J. M. J. Frechet，D.Poulikakos，Applied Physics Letters 2007,90. [14]N. R. Bieri, J. Chung, D. Poulikakos，C. P. Grigoropoulos, SuperlatticesandMicrostructures 2004，35，437.[15] H-S. Kim, S. R. Dhage，D-E. Shim，H. T. Hahn, Appl. Phys. A 2009，97，791.[16]M. L Alien，M. Aronniemi, T. Mattila，A. Alastalo，K. Ojanpera, M. Suhonen，H. Seppa, Nanotechnol. 2008，19，175201.[17] J. W. M. Frenken, J. F. Vanderveen, Physical Review Letters 1985，54，134.[18] L J. Lewis，P. Jensen，J. L Barrat，Physical Review B 1997，56，2248.[19]K. S. Moon，H. Dong, R. Marie, S. Pothukuchi，A. Hunt，Y. Li，C. P. Wong, JournalofElectronic Materials 2005，34，168.[20]W. Zapka, W. Voit, C. Loderer, P. Lang, Digital Fabrication 2008 2008，906-911.[21]T. F. Tadros, Colloid Stability. Wiley-VCH Weinheim, 2007.[22]D. Wakuda，K. Kim，K. Suganuma，Scripta materialia 2008，59，649-652.[23]D. Wakuda, M. Hatamura, K. Suganuma, Cemical Physics Letters 2007,441，305-308.[24]Magdassi，S.，Kamyshny, A.，Aviezer, S.，Grouchko, M.，W02006072959.[25]P. A. Buffat, Materials Chemistry and Physics 2003，81，368.[26]G. Palasantzas, T. Vystavel, S. A. Koch, J. T. M. De Ho本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.03.24 US 61/162,7441.一种用于在基板上烧结纳米颗粒(NP)的方法，所述方法包括使所述纳米颗粒与至少一种烧结剂在低温接触，由此在所述基板上获得烧结的图案。2.如权利要求I所述的方法，其中，所述基板预先涂布有所述纳米颗粒的膜，并随后用所述至少一种烧结剂进行处理。3.如权利要求I所述的方法，其中，所述基板预先涂布有所述至少一种烧结剂，并随后用所述纳米颗粒进行处理。4.如权利要求I所述的方法，其中，将所述纳米颗粒和至少一种烧结剂预先配制在水性分散液中，将所述分散液施用在所述基板上并使其干燥。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述制剂包含的所述至少一种烧结剂的浓度低于所述烧结剂的临界聚结浓度。6.如权利要求I 4中任一项所述的方法，其中，所述图案通过喷墨印刷获得。7.一种用于在基板上形成自烧结图案的方法，所述方法包括在所述基板上喷墨印刷纳米颗粒(纳米颗粒)和至少一种烧结剂的水性制剂，并使所述图案干燥，由此在所述基板上形成烧结图案。8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，烧结在5°C 150°C的温度进行。9.如权利要求8所述的方法，其中，所述烧结温度为5°C 100°C。10.如权利要求8所述的方法，其中，所述烧结温度为5°C 50°C。11.如权利要求8所述的方法，其中，所述烧结温度为5°C 30°C。12.如权利要求8所述的方法，其中，所述烧结温度不超过50°C。13.如权利要求8所述的方法，其中，所述烧结温度为20°C 30°C。14.如权利要求I 7中任一项所述的方法，其中，所述烧结是自发的，不需要外部施加倉tfi。15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述纳米颗粒是多个一种或多种类型的纳米颗粒，各类型在材料、形状、尺寸、化学性质和物理性质中的至少一个方面不同。16.如权利要求15所述的方法，其中，所述多个纳米颗粒包括直径小于IOOnm的纳米颗粒。17.如权利要求15所述的方法，其中，所述多个纳米颗粒选自金属纳米颗粒、一种或多种金属氧化物的纳米颗粒和半导体纳米颗粒。18.如权利要求15所述的方法，其中，所述金属纳米颗粒是包含至少一种选自银、铜、金、铟、锡、铁、钴、钼、钛的金属、氧化钛、硅、氧化硅或其任何氧化物或合金的纳米颗粒。19.如权利要求7所述的方法，其中，所述纳米颗粒构成所述制剂的总重量的约1%至80%重量/重量。20.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一种烧结剂是能够使所述纳米颗粒聚结的聚结材料。21.如权利要求20所述的方法，其中，所述至少一种烧结剂经选择以引发至少一种以下情况(i)由于所述纳米颗粒表面的电荷的中和而不可逆地使紧邻的纳米颗粒聚结和(ii)屏蔽所述纳米颗粒表面的电荷。22.如权利要求20所述的方法，其中，所述至少一种烧结剂选自盐、荷电聚合物、酸和碱。23.如权利要求22所述的方法，其中，所述烧结剂含有氯化物。24.如权利要求23所述的方法，其中，所述含氯化物的烧结剂选自KC1、NaCl,MgCl2,AlCl3'LiCl 和 CaCl2。25.如权利要求22所述的方法，其中，所述荷电聚合物是聚阳离子或聚阴离子。26.如权利要求25所述的方法，其中，所述聚阳离子是聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(PDAC)。27.如权利要求25所述的方法，其中，所述聚合物选自聚酰亚胺和聚吡咯。28.如权利要求22所述的方法，其中，所述酸选自HCl、H2SO4,HNO3> H3PO4、乙酸和丙烯酸。29.如权利要求22所述的方法，其中，所述碱选自氨、氨甲基丙醇(AMP)、KOH和NaOH。30.如权利要求7所述的方法，其中，所述至少一种烧结剂在所述制剂中以约0.ImM至500mM的摩尔浓度存在。31.如权利要求7所述的方法，其中，所述水性制剂还包含至少一种分散剂。32.如权利要求31所述的方法，其中，所述至少一种分散剂选自高分子电解质和能够形成盐的聚合材料。33.如权利要求32所述的方法，其中，所述至少一种分散剂选自聚羧酸酯、不饱和的聚酰胺、聚羧酸、聚羧酸的烷基胺盐、聚丙烯酸酯分散剂、聚乙烯亚胺分散剂和聚氨酯分散剂。34.如权利要求31所述的方法,其中，所述至少一种分散剂选自DisperseBYK 190、Disperse BYK 161、Disperse BYK 163、Disperse BYK 164、Disperse BYK 2000、Disperse BYK 2001、EFKA 4046、EFKA 4047、Solsperse 40000、Solsperse 24000 和XP ...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙洛莫·马格达希，迈克尔·格劳乔克，亚历山大·卡梅什尼，
申请(专利权)人：耶路撒冷希伯来大学伊森姆研究发展公司，
类型：发明
国别省市：