一種綠色環保的納米銀導電墨水及其製備方法和印刷應用與流程

2024-03-29 04:03:05

本發明涉及納米銀導電墨水的製備領域，特別涉及一種綠色環保的納米銀導電墨水及其製備方法和印刷應用。

背景技術：

印刷電子是指採用印刷工藝，將導電墨水印製在基材上，製備具有一定功能的電子器件與系統的科學技術。目前，印刷電子在電子標籤、印製電路、太陽能電池、傳感器、超級電容器等方面已有不同程度的應用。常見印刷工藝有凹版印刷、絲網印刷、噴墨列印等。噴墨列印作為一種「非接觸」的印刷技術，基材適用性廣，對墨水粘度要求低，並可通過計算機精確控制噴印圖案，是近幾年文獻報導中常用的印刷方式。

噴墨列印技術的核心就是噴印導電墨水的製備，按照導電組分的不同，導電墨水可分為碳墨水、金屬墨水和聚合物導電墨水。其中，金屬導電墨水以其優異的導電性和穩定性得到了廣泛關注。而在常見金屬納米粒子中，銀納米粒子成本較低，又具有優異的導電性和較強的化學惰性，因此納米銀適合作為噴印墨水應用在印刷電子工藝中。

由於噴墨印表機噴頭易堵塞，因此製備具有較好分散性且粒徑較小的納米銀是納米銀導電墨水在噴墨列印技術中應用的關鍵。納米銀易團聚，在還原後需同時加入穩定劑阻止其團聚，步驟較為繁瑣。單寧酸是一種生物基材料，廣泛來源於植物，價格低廉，其多酚羥基結構使其具有還原性，可直接將銀鹽還原為銀，同時酚羥基又可對還原後的銀進行穩定，阻止其團聚。因此單寧酸同時作為納米銀的穩定劑和還原劑，簡化了製備步驟，方法簡單，成本低廉，易規模化。

納米銀噴印在基材表面後，由於穩定劑的存在，使得納米銀無法聚併到一起形成導電通路，此時噴印圖案導電性較差，因此需要一定後處理方法去除穩定劑。傳統的方法為熱燒結，通過加熱使穩定劑分解，從而達到納米銀聚並的目的，提高噴印圖案的導電性。

技術實現要素：

本發明提供了一種綠色環保的納米銀導電墨水的製備方法和印刷應用，該製備方法工藝簡單，綠色環保。可通過普通商用噴墨印表機將墨水印製到相紙基材上，低溫下即可燒結，得到導電性較好的噴印圖案，符合環保低能要求。

一種綠色環保的納米銀導電墨水，其特徵在於納米銀佔墨水總質量的0.5-10％，去離子水佔墨水總重量的70-95％，添加劑佔墨水總重量的5-25％，各組分質量百分數含量之和為100％；該納米銀為單寧酸穩定的銀納米粒子，是以銀氨溶液作為前驅體，單寧酸同時作為銀納米粒子的還原劑和穩定劑，採用化學還原法製備得到，無需用到任何有毒試劑。

所述的一種綠色環保的納米銀導電墨水，其特徵在於，納米銀粒徑為6-50nm。

所述的一種綠色環保的納米銀導電墨水，其特徵在於，墨水的添加劑為乙醇、異丙醇、丙三醇、乙二醇，可以是一種，或者兩種或兩種以上混合物。

所述的一種綠色環保的納米銀導電墨水，其特徵在於，納米銀導電墨水的粘度為1-20mPa.s，表面張力為30-45mN/m。

一種綠色環保的納米銀導電墨水的製備方法，包括以下步驟：

(1)在室溫及攪拌條件下，將氨水滴加到濃度為0.2-1M的硝酸銀溶液中，製備銀氨溶液；將製備好的銀氨溶液逐滴加入到濃度為0.2-2mM的單寧酸溶液中，反應30-120min；將混合溶液滴加到大量無水乙醇中純化，收集黑色沉澱乾燥後即為固體納米銀；

(2)將納米銀溶解在去離子水中，在超聲輔助下使其分散均勻，再向混合溶液中加入添加劑，繼續超聲混合均勻；

(3)將混合物通過0.45μm針式濾膜進行過濾，除去灰塵和大顆粒，濾液即為納米銀導電墨水。

一種綠色環保的納米銀導電墨水的印刷應用，其特徵在於：通過噴墨列印技術將製備得到的納米銀導電墨水印製到基材上，噴印一定層數，並置於一定溫度下燒結一段時間，即可得到導電圖案。

所述的一種綠色環保的新型納米銀導電墨水的印刷應用，其特徵在於：噴印層數為10-150層，燒結溫度為100-200℃，燒結時間為60-200min，導電圖案方阻為2-500Ω/□。

所述的一種綠色環保的新型納米銀導電墨水的印刷應用，其特徵在於，列印基材可以是相紙，也可以是聚對苯二甲酸乙二酯、聚醯亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸丁二酯。

所述的一種綠色環保的新型納米銀導電墨水的印刷應用，其特徵在於：該納米銀導電墨水可應用到印刷電路板、電子射頻標籤、傳感器、柔性顯示、有機照明領域。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

(1)單寧酸同時作為納米銀的穩定劑和還原劑，避免了有毒試劑或溶劑的使用，製備過程綠色環保。

(2)單寧酸-納米銀導電墨水的製備條件溫和，工藝簡單，便於操作，原料成本低廉易得，適合大規模生產。

(3)單寧酸-納米銀導電墨水儲存穩定性好，靜置兩周墨水無沉澱產生，因此在噴印過程中不會造成噴頭堵塞。

(4)所得納米銀導電墨水噴印到基材上，低溫燒結即可得到方阻較小的導電圖案，符合環保低能要求。

(5)所得噴印圖案具備一定柔性，墨水和基材粘附性好。

【附圖說明】

圖1為本發明製備的納米銀導電墨水噴墨列印到相紙上燒結後形成的導電線路圖。

圖2為本發明製備的納米銀導電墨水的X射線衍射圖譜(XRD)。

【具體實施方式】

下面通過實施例，對本發明進行進一步的說明。

實施例1

稱取1700mg硝酸銀溶解在20mL去離子水中，逐滴加入濃氨水至沉澱消失，製備得到銀氨溶液。稱取170mg單寧酸溶解在20mL去離子水中。在室溫及攪拌條件下，將上述銀氨溶液逐滴加入到單寧酸溶液中，反應1h。反應結束後採用乙醇對所製備單寧酸-納米銀純化三次，並置於75℃下乾燥。將1份單寧酸-納米銀溶解在91份去離子水中，先後加入4份異丙醇和4份丙三醇，超聲使單寧酸-納米銀充分溶解，即為單寧酸-納米銀導電墨水。使用噴墨印表機將墨水印製到相紙上，連續噴印80層，在150℃下燒結60min，得到導電圖案方阻為38Ω/□。

實施例2

稱取340mg硝酸銀溶解在20mL去離子水中，逐滴加入濃氨水至沉澱消失，製備得到銀氨溶液。稱取68mg單寧酸溶解在20mL去離子水中。在室溫及攪拌條件下，將上述銀氨溶液逐滴加入到單寧酸溶液中，反應1.5h。反應結束後採用乙醇對所製備單寧酸-納米銀純化三次，並置於75℃下乾燥。將5份單寧酸-納米銀溶解在87份去離子水中，加入8份異丙醇，超聲使單寧酸-納米銀充分溶解，即為單寧酸-納米銀導電墨水。使用噴墨印表機將墨水印製到相紙上，連續噴印50層，在200℃下燒結80min，得到導電圖案方阻為23Ω/□。

實施例3

稱取680mg硝酸銀溶解在20mL去離子水中，逐滴加入濃氨水至沉澱消失，製備得到銀氨溶液。稱取34mg單寧酸溶解在20mL去離子水中。在室溫及攪拌條件下，將上述銀氨溶液逐滴加入到單寧酸溶液中，反應1h。反應結束後採用乙醇對所製備單寧酸-納米銀純化三次，並置於75℃下乾燥。將8份單寧酸-納米銀溶解在82份去離子水中，先後加入3份異丙醇，3份乙醇和4份乙二醇，超聲使單寧酸-納米銀充分溶解，即為單寧酸-納米銀導電墨水。使用噴墨印表機將墨水印製到相紙上，連續噴印20層，在200℃下燒結100min，得到導電圖案方阻為12Ω/□。