一種納米銀導電墨水的製備方法與流程
2023-04-24 01:39:11
本發明屬於印刷材料領域，尤其涉及一種納米銀導電墨水的製備方法。
背景技術：
最近幾年，關於導電線路的製造方面，新興的印製電子技術作為一種靈活、快捷、環保的製造方法，已引起美國、歐盟、日本等發達國家的極大關注。它不僅對PCB製造業產生了重大影響，而且對矽基微電子發展也具有重大意義，成為當今材料界、電子界、製造界共同關注的技術熱點。導電墨水、印製技術和後處理工藝決定了紙基柔性電路性能的好壞。導電墨水作為核心關鍵材料，其技術進展是紙基電路在電子產品中獲得更快、更廣泛應用的基石；印製技術作為導電墨水轉移到承印材料上必不可缺的手段，是印製電子發展的重要環節；合理的的後處理工藝決定了印製電路電性能以及機械性能的好壞。因此，開發與印製技術相適合的導電墨水以及與之配套的燒結工藝，對紙基電路發展起著至關重要的作用。導電墨水的導電成份主要為：納米金屬顆粒（納米金、納米銀、納米銅顆粒等）或者納米金屬線、有機金屬化合物、石墨烯等。
現有的導電墨水大體上分為兩類：一類是顆粒型導電墨水；一類是無顆粒型導電墨水。顆粒型導電墨水主要由導電顆粒、溶劑、表面活性劑、分散穩定劑和其他助劑組成，其實質是導電顆粒的分散懸浮體系。無顆粒型導電墨水主要由導電高分子或導電金屬前驅體化合物、溶劑、表面活性劑和其他助劑組成，其實質是導電高分子或導電金屬前驅體化合物溶液。近年來有關有機銀化合物製備導電墨水即無顆粒型導電墨水的研究，為導電墨水的開發和使用應用研究開闢了新的天地。由於其導電成分是以化合物形態存在，所以整個墨水體系基本上是一種均相的溶液，這樣不僅可以解決納米顆粒均勻分散的問題，還可以適應更小的加工尺度要求和更低的熱處理溫度要求。唯一不足的是，銀的大多數有機化合物很容易分解，這為其製備和存儲帶來了諸多不便。
技術實現要素：
本發明旨在解決上述問題，提供一種納米銀導電墨水的製備方法。
本發明的技術方案為：
一種納米銀導電墨水的製備方法，包括如下步驟：
（1）使用精密天平分別稱取2.0 g硝酸銀和1.5gPVP加入100mL水中，在磁力攪拌器下劇烈攪拌，至溶液呈無色透明；
（2）製備濃度為40mg/mL的硼氫化鈉溶液，在磁力攪拌下攪拌，防止飛濺，使其完全溶解；
（3）取10mL硼氫化鈉溶液以2mL/min的速度滴加至先前的配製的硝酸銀溶液中，反應溶液由無色變為黑黃色；
（4）滴加結束後，反應過程繼續8min，整個反應過程在劇烈攪拌的條件下進行；
（5）反應結束後，對反應物進行過濾以除去大的顆粒和雜質；
（6）對過濾後的反應物離心；
（7）離心後的產物在鼓風乾燥箱中進行乾燥，乾燥溫度為45-60℃，從而獲得納米銀粉；
（8）將乾燥的納米銀粉加入分散溶劑中，攪拌並進行超聲分散，製備成銀導電墨水。
本發明所述的納米銀導電墨水的製備方法，步驟（6）中的離心處理過程為：離心—丙酮清洗—再次離心—乙醇清洗—再次離心，離心速度800rpm，每次離心時間10min。
本發明所述的納米銀導電墨水的製備方法，步驟（7）中的乾燥溫度為50℃。
本發明所述的納米銀導電墨水的製備方法，步驟（1）中的水採用蒸餾水。
本發明的技術效果在於：
本發明通過溶液合成的方法,以硝酸銀為金屬前驅體，硼氫化鈉為還原劑，在水溶液中生成表面活性劑包裹的納米銀顆粒。通過過濾去除團聚的大顆粒和雜質，然後反覆離心並依次用去離子水、丙酮和乙醇清洗納米銀粉對環境和設備要求低、顆粒分散性好、粒徑均勻，本發明所述製備方法具有顆粒粒徑小、分散性好、反應條件溫和的優點。
具體實施方式
實施例1
一種納米銀導電墨水的製備方法，包括如下步驟：
（1）使用精密天平分別稱取2.0 g硝酸銀和1.5gPVP加入100mL水中，在磁力攪拌器下劇烈攪拌，至溶液呈無色透明；
（2）製備濃度為40mg/mL的硼氫化鈉溶液，在磁力攪拌下攪拌，防止飛濺，使其完全溶解；
（3）取10mL硼氫化鈉溶液以2mL/min的速度滴加至先前的配製的硝酸銀溶液中，反應溶液由無色變為黑黃色；
（4）滴加結束後，反應過程繼續8min，整個反應過程在劇烈攪拌的條件下進行；
（5）反應結束後，對反應物進行過濾以除去大的顆粒和雜質；
（6）對過濾後的反應物離心；
（7）離心後的產物在鼓風乾燥箱中進行乾燥，乾燥溫度為45℃，從而獲得納米銀粉；
（8）將乾燥的納米銀粉加入分散溶劑中，攪拌並進行超聲分散，製備成銀導電墨水。
本發明所述的納米銀導電墨水的製備方法，步驟（6）中的離心處理過程為：離心—丙酮清洗—再次離心—乙醇清洗—再次離心，離心速度800rpm，每次離心時間10min。
本發明所述的納米銀導電墨水的製備方法，步驟（1）中的水採用蒸餾水。
實施例2
離心處理方式與實施例1中相同。
一種納米銀導電墨水的製備方法，包括如下步驟：
（1）使用精密天平分別稱取2.5 g硝酸銀和1.0gPVP加入110mL水中，在磁力攪拌器下劇烈攪拌，至溶液呈無色透明；
（2）製備濃度為40mg/mL的硼氫化鈉溶液，在磁力攪拌下攪拌，防止飛濺，使其完全溶解；
（3）取10mL硼氫化鈉溶液以2mL/min的速度滴加至先前的配製的硝酸銀溶液中，反應溶液由無色變為黑黃色；
（4）滴加結束後，反應過程繼續8min，整個反應過程在劇烈攪拌的條件下進行；
（5）反應結束後，對反應物進行過濾以除去大的顆粒和雜質；
（6）對過濾後的反應物離心；
（7）離心後的產物在鼓風乾燥箱中進行乾燥，乾燥溫度為50℃，從而獲得納米銀粉；
（8）將乾燥的納米銀粉加入分散溶劑中，攪拌並進行超聲分散，製備成銀導電墨水。
本發明所述的納米銀導電墨水的製備方法，步驟（1）中的水採用蒸餾水。納米顆粒在水溶液中的分散過程是一個涉及到電化學、動力學和熱力學的過程。納米粒子的分散行為主要受到納米顆粒與液體分子的作用和顆粒與顆粒之間的作用所控制。納米顆粒在液相中的存在有兩種方式：分散懸浮和形成團聚。控制顆粒大小和表面電勢能，增加能量勢壘高度；在顆粒周圍建立一個物質屏障，即聚合物吸附層，防止顆粒相互接近。金屬表面原子空餘的雜化軌道和未成鍵的d電子都能吸附其它分子形成吸附鍵，而未成鍵的孤對電子的軌道能級比雜化軌道的能級要高，更加活波，對電子吸附成鍵的鍵能更高。PVP結構單元中吡咯基團中N、O各有一對孤對電子，孤對電子進入銀離子的5sp3雜化軌道，形成雜化吸附。在納米銀顆粒的製備過程中，PVP表面活性劑扮演著重要的角色。為了探討PVP的作用，我們做兩組對比的實驗。一組添加表面活性劑PVP，另一組不添加PVP，其餘反應條件一樣。在有表面活性劑存在的條件下，納米銀粒子在溶液中穩定分散，即使存放數月也無沉澱發生；當反應過程中無表面活性劑的參與，靜止存放數小時後納米銀粒子發生團聚，產生團絮狀沉澱。大量的PVP高分子吸附在納米銀顆粒表面，其疏水集團的位阻效應抑制納米顆粒的布朗運動產生的碰撞和團聚，保持納米顆粒在溶液中的穩定性。表面活性劑PVP 在納米銀粒子和納米銀導電墨水的製備過程中起著重要的作用。PVP選擇性的吸附在某些晶面上，從而導致被PVP 包覆的晶面生長速度減慢，造成各項異性生長，從而製備不同形態的納米銀粉。PVP對納米銀導電墨水的分散穩定性起著重要的作用，當PVP 存在時，導電墨水均勻分散，即使靜止存放數月，分散性依然良好；當反應過程缺少PVP時，導電墨水分散性極差，數小時內即生成團絮狀沉澱物。