用于超聲氣溶膠(ua)的低粘度高負(fù)載的銀納米粒子油墨的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開通常涉及導(dǎo)電油墨。更具體地，本公開涉及用于超聲氣溶膠印刷的具有高 銀含量和低粘度的導(dǎo)電油墨，以及用于制備這種導(dǎo)電油墨的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 諸如銀納米粒子油墨的導(dǎo)電油墨具有通過溶液沉積過程制造用于電子器件應(yīng)用 的導(dǎo)電圖案的很大優(yōu)勢(shì)。銀納米粒子也可用于配制用于其他溶液沉積過程（包括例如旋 涂、浸涂和氣溶膠印刷）的導(dǎo)電油墨。
[0003] 使用超聲霧化器的氣溶膠印刷（UA印刷）為用于制造多種電子器件（如RFID標(biāo) 簽、天線和電子傳感器等）的低成本的有效的印刷過程。
[0004] 然而，UA印刷通常需要具有高負(fù)載的銀（>50重量％ )和低粘度（< 5cps)的導(dǎo) 電油墨。不幸地，導(dǎo)電銀納米粒子油墨獲得這種高的銀含量以及低粘度是極具挑戰(zhàn)性的。
[0005] 目前的包括約50-70%的銀納米粒子高負(fù)載的導(dǎo)電油墨具有8至12cps范圍內(nèi)的 粘度。然而，對(duì)于超聲氣溶膠油墨印刷應(yīng)用，該粘度范圍通常不可接受。UA印刷通常需要小 于5cps的粘度。
[0006] 需要具有高銀負(fù)載（>50wt% )和低粘度（<5cps)的導(dǎo)電油墨，以滿足用于低成本 電子器件應(yīng)用的UA印刷的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 如下詳細(xì)描述為進(jìn)行本文的示例性實(shí)施例的最佳的目前預(yù)期的模式。所述描述不 以限制性的方式進(jìn)行，而是僅為了說明本文的公開的一般原則而進(jìn)行，因?yàn)楸疚牡墓_的 范圍由所附權(quán)利要求書最佳限定。
[0008] 如下描述各種發(fā)明特征，所述發(fā)明特征可各自彼此獨(dú)立地使用或與其他特征組合 使用。
[0009] 廣義地，本文的公開的實(shí)施例通常提供了一種低粘度的高負(fù)載銀納米粒子導(dǎo)電油 墨，其包含至少約50重量％的銀納米粒子、粘度等于或小于約Icps的溶劑，和穩(wěn)定劑。 [0010] 在本文公開的另一方面，一種低粘度的高負(fù)載銀納米粒子導(dǎo)電油墨包含至少約50 重量％的銀納米粒子、溶劑和穩(wěn)定劑，其中所述導(dǎo)電油墨具有小于約5cps的粘度。
[0011] 在本文公開的又一方面，一種低粘度的高負(fù)載銀納米粒子導(dǎo)電油墨包含至少約50 重量％的平均尺寸為約〇. 5至約IOOnm的銀納米粒子、溶劑和有機(jī)穩(wěn)定劑。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 在本公開中，術(shù)語"印刷"指能夠使導(dǎo)電油墨在基材上形成所需圖案的任意涂布技 術(shù)。合適的技術(shù)的例子包括例如氣溶膠印刷，如超聲氣溶膠印刷（UA)。
[0013] 本公開提供了用于UA印刷的包括高銀負(fù)載（>50重量％ )和低粘度（< 5cps)的 油墨。所述油墨包含至少約50重量％的銀納米粒子、穩(wěn)定劑，和粘度等于或小于約Icps的 溶劑。本公開也提供用于制備這種油墨的方法。
[0014] 可通過任何合適的方法制備油墨。一種示例性的方法為通過溫和旋轉(zhuǎn)和搖動(dòng)而用 溶劑溶解經(jīng)穩(wěn)定的銀納米粒子。然后用微濾器過濾銀油墨分散體。
[0015] 油墨可用于通過印刷而在基材上形成導(dǎo)電特征?？墒褂萌魏魏线m的印刷技術(shù)（例 如UA印刷）通過在基材上沉積油墨而進(jìn)行印刷。在UA印刷過程中，使用超聲換能器裝置 產(chǎn)生通過噴嘴泵送的油墨液滴的細(xì)的氣溶膠霧。
[0016] 油墨沉積于其上的基材可為任何合適的基材，包括例如硅、玻璃板、塑料膜、片材、 織物或紙張。對(duì)于結(jié)構(gòu)柔性的裝置，可使用塑料基材，如聚酯、聚碳酸酯、聚酰亞胺片材等。
[0017] 在印刷之后，可使圖案化的經(jīng)沉積的導(dǎo)電漿狀油墨經(jīng)受固化步驟。固化步驟可為 如下步驟，其中導(dǎo)電漿狀油墨的基本上全部的溶劑被去除，且油墨牢固粘附至基材。
[0018] 根據(jù)本文的實(shí)施例，銀納米粒子可具有亞微米范圍內(nèi)的直徑。當(dāng)相比于銀薄片時(shí)， 本文的銀納米粒子可具有獨(dú)特的性質(zhì)。例如，本文的銀納米粒子可特征在于表面原子的提 高的反應(yīng)性、高的電導(dǎo)率，和獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)。此外，相比于銀薄片，銀納米粒子可具有更 低的熔點(diǎn)和更低的燒結(jié)溫度。由于銀納米粒子的小尺寸，銀納米粒子顯示出比銀薄片低 1000°C的熔點(diǎn)。例如，銀納米粒子可在120°C下燒結(jié)，這比塊體銀的熔融溫度低超過800°C。 所述更低的熔點(diǎn)是源于納米粒子中相對(duì)高的表面積/體積比，這允許相鄰粒子之間易于形 成結(jié)合。納米粒子的燒結(jié)溫度的大的降低能夠在柔性塑料基材上形成高度導(dǎo)電的痕跡或圖 案，因?yàn)樗x的柔性基材在相對(duì)低的溫度下（例如150°C )熔化或軟化。
[0019] 本文的銀納米粒子可為單質(zhì)銀、銀合金、銀化合物，或它們的組合。在實(shí)施例中，銀 納米粒子可為由純銀、銀合金或銀化合物涂布或鍍層的基本材料。例如，基本材料可為具有 銀鍍層的銅薄片。
[0020] 本文的銀化合物的例子可包括氧化銀、硫氰酸銀、氰化銀、氰酸銀、碳酸銀、硝酸 銀、亞硝酸銀、硫酸銀、磷酸銀、高氯酸銀、四氟硼酸銀、乙酰丙酮銀、乙酸銀、乳酸銀、草酸 銀，以及它們的衍生物。銀合金可由選自如下的至少一種金屬形成，但不局限于如下：Au、 Cu、Ni、Co、Pd、Pt、Ti、V、Mn、Fe、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Ru、Cd、Ta、Re、Os、Ir、Al、Ga、Ge、In、Sn、 Sb、Pb、Bi、Si、As、Hg、Sm、Eu、Th Mg、Ca、Sr 和 Ba。
[0021] 在實(shí)施例中，銀化合物可包含如下中的任一者或兩者：（i) 一種或多種其他金屬 和（ii) 一種或多種非金屬。合適的其他金屬包括例如Al、Au、Pt、Pd、Cu、Co、Cr、In*Ni， 特別是過渡金屬，例如Au、Pt、Pd、Cu、Cr、Ni和它們的混合物。示例性的金屬復(fù)合材料包括 Au-Ag、Ag-Cu、Au-Ag-Cu和Au-Ag-Pd。金屬復(fù)合材料中的合適的非金屬包括例如Si、C和 Ge0
[0022] 在實(shí)施例中，銀納米粒子可為單質(zhì)銀。
[0023] 本文的銀納米粒子可具有例如約0. 5至約100nm，或約I. 0至約50. 0微米，或約 I. 0至約20. 0微米的平均粒度。
[0024] 納米尺寸的銀納米粒子的使用產(chǎn)生具有高導(dǎo)電率和低表面粗糙度的薄的均勻的 膜，這對(duì)于多層電子器件集成是重要的。
[0025] 銀納米粒子可具有任何形狀或幾何。在某些實(shí)施例中，銀納米粒子可具有球形。
[0026] 銀納米粒子可以以例如導(dǎo)電油墨的至少約50重量％，或?qū)щ娪湍募s50至約90 重量％，或?qū)щ娪湍募s55至約85重量％的量存在于導(dǎo)電油墨中。
[0027] 在實(shí)施例中，銀納米粒子具有例如至少約1天，或約3天至約1周，或約5天至約 1個(gè)月，或約1周至約6個(gè)月，或約1周至超過1年的穩(wěn)定性（即存在納米粒子