纳米银导电墨水引领科技潮流

  

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在美国、日本、德国、韩国等发达国家的引领下,可用于喷墨打印的金属颗粒导电油墨的研发在国际上掀起热潮。喷墨导电油墨光刻属于薄膜印刷电子材料,主要用于射频识别标签(RFID)、PCB电路板和柔性印刷电路板(FPCB)的快速发展;此外,还可用于印刷电磁屏蔽材料、显示电极和太阳能光伏电池。

  喷墨导电油墨的组成

  喷墨导电油墨一般属于水基或醇基油墨,其成分有纳米银、溶剂(水或醇)、表面活性剂、分散稳定剂等添加剂。为了制备导电油墨,首先制备了纳米银粒子。通常在低浓度下制备小粒径的银粒子,干燥后再次分散,得到高浓度的银粒子悬浮液。纳米银是导电油墨的主要成分,其浓度是一个非常关键的问题,因为它关系到导电能力的实现和能否成功印刷。如果银墨的浓度较大,这种材料用于精细喷墨时,它具有高浓度下低粘度快速沉淀的趋势。在高浓度和非常小颗粒的情况下,颗粒之间的距离变得非常小,这使得很难防止团聚现象的发生。同样重量的粒子形成直径为10nm的悬浮液的数量是形成直径为1m的悬浮液的数量的一百万倍。因此,纳米银在高浓度下的分散和稳定是使喷墨导电油墨成为成熟产品的关键技术。

  通过调整油墨的粒径、表面改性方法和配方,可以提高银粒子的分散稳定性。纳米银颗粒也可以分散到乙醇中,形成与二甘醇或乙二醇体系相容的醇基分散体。目前各公司喷墨导电油墨产品的银含量一般在10% - 30%(质量分数)之间。对高浓度低粒径银悬浮液的喷墨参数进行调整是必要的。喷墨油墨需要满足四个主要参数:pH(7 ~ 9)、粘度(1 ~ 4cP)、电导率(1000 ~ 4000 s/cm)和表面张力(20 ~ 40mN/m)。通过添加pH调节剂、表面活性剂和保湿剂等添加剂后的现状和趋势,即导电喷墨。

  喷墨导电油墨的应用特点

  一般来说,小于100nm的银颗粒称为银纳米颗粒。当银粒子直径达到这个尺度时,增加表面原子相对高能量的比例会导致材料性能发生一定的突变,这可以表现为烧结能力特性的变化。或由于禁带宽度的改变而引起的电磁性质的改变,电学性质或光学性质在屏幕上的大的变化,如颜色和透明度的变化。为纳米银,其性能变化的临界点与颗粒直径有关,当粒子直径小于50 nm,烧结性能的低温(< 200℃)时,将产生明显的增强,熔化温度降至120 ~ 200℃。喷墨导电油墨利用纳米银颗粒低熔点的发展历史,在塑料基材甚至纸基上实现印刷烧结过程,获得性能优异的导电层。用于导电油墨的纳米银粒子,通常是在高分子保护剂的作用下通过液体化学还原法制备的。银纳米颗粒通常有三种形式:球形、三角形和立方型,前两种更常见。喷墨导电油墨大多采用球形纳米银,但也有少数采用三角形纳米银。

  喷墨导电油墨由于其微粒细小,与彩色喷墨有一定的相似之处。因此,油墨中的固体颗粒必须符合一定的要求:最大的银粒子的直径应小于1/10直径的喷嘴,以避免桥接和阻塞,这比实际上应该考虑到小广场喷嘴形状和时间的操作。目前,许多公司的喷墨导电油墨中的银颗粒直径一般在20 - 50nm之间。这种大小的银粒子不仅有低熔点特性,又满足了喷墨打印对固体微粒尺寸的要求。


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