[发明专利]包含银纳米颗粒的溶剂型油墨

说明书

技术领域

本文在多个实施方案中公开的为适于印刷(如通过喷墨印刷)的稳定的、高性能纳米颗粒组合物。具体而言，提供了一种包含银纳米颗粒的导电性油墨制剂，其具有最佳的性能，如降低的咖啡圈效应(coffee ring effect)、改进的对基底的粘附以及延长的在印刷头的干燥时间。

背景技术

最近发现了银纳米颗粒技术对于印刷电子应用的益处。例如，包含银纳米颗粒的油墨制剂已展示出极好的印刷效果。但是，由于银纳米颗粒粉末(尤其是那些大批量制备的那些)的批次间差异，印刷性能的不可再现性仍然是个问题。主要的差异是银含量。具体来说，对于具有90wt％银含量(其为银重量与银和有机稳定剂的总重量之比)的银纳米颗粒的一些批次，在印刷线中出现许多黑点(银纳米颗粒的聚集体)。因此，存在进一步开发可靠的油墨制剂的需要，所述油墨制剂能够保持银纳米颗粒粉末的批次间差异。

此外，目前的金属纳米颗粒组合物当沉积在基底上时常常导致过宽的导电性金属油墨线，展现出很低的导电性，并且具有“咖啡圈效应”。咖啡圈效应在这里是指在给定液滴中的颗粒沿着具有极稀薄的中心(即液滴沉积在基底上的位置)的环的圆周上停止时的情况(即不均匀沉积)。在液滴的横截面上，在表面分布测量中观察到一个双峰曲线分布(两个峰)。展现出咖啡圈效应和/或过宽的导电金属线的沉积可能会限制油墨在某些应用中的使用。因此，存在进一步开发可降低咖啡圈效应的油墨制剂的需求。

最后，还存在对于前述油墨制剂的一般性持续改进的需求，以提供更好的性能，包括但不限于改进对基底的粘附和/或延长在印刷头的干燥时间。

发明内容

根据本文所述的实施方案，提供了包含银纳米颗粒和两种或多种溶剂的新型导电性油墨制剂。

具体来说，本发明实施方案提供了一种油墨组合物，包含：包含银的金属纳米颗粒；一种任选的树脂；以及两种或多种油墨载体，其中至少一种油墨载体是在25℃具有小于4mm Hg的蒸汽压的脂族烃。优选地，所述两种或多种载体选自包含至少一个环己烷环的脂族烃、包括单环单萜和双环单萜的环状萜烯、环状萜品烯、萜品醇、甲基萘，以及其混合物。

在另一实施方案中，提供了一种油墨组合物，包含：银纳米颗粒，和两种或多种选自包含至少一个环己烷环的脂族烃、包括单环单萜和双环单萜的环状萜烯、环状萜品烯、萜品醇、甲基萘、及其混合物的油墨载体，其中油墨在印刷头具有约5小时至约1周的干燥时间。优选地，所述组合物还包含一种树脂，该树脂选自萜烯；苯乙烯嵌段共聚物，包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯共聚物和苯乙烯-乙烯/丙烯共聚物；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物；乙烯-乙酸乙烯酯-马来酸酐三元共聚物；乙烯-丙烯酸丁酯共聚物；乙烯-丙烯酸共聚物；聚烯烃；聚丁烯；聚酰胺；聚乙烯醇缩丁醛；及其混合物。优选地，所述组合物中的至少一种油墨载体选自双环己烷、四氢化萘、环己醇、苧烯、芹子烯、环癸烯、1-苯基-1-环己烯、1-叔丁基-1-环己烯、萜品油烯、γ-萜品烯、α-萜品烯、α-蒎烯、及其混合物。

在另一实施方案中，提供了一种油墨组合物，包含：银纳米颗粒，和包含十氢化萘和双环己烷的油墨载体，其中油墨组合物在印刷头具有约5小时至约1周的干燥时间。

在另一实施方案中，提供了一种导电性油墨，包含：银纳米颗粒；一种任选的树脂；以及两种或多种油墨载体，其中银纳米颗粒分散于油墨载体中，并且其中由所述导电性油墨制备的印刷品不显示出咖啡圈效应并且基本上不存在大的纳米颗粒聚集体。优选地，所述导电性油墨具有约5小时至约1周的延长的印刷头开盖时间。优选地，所述印刷品具有小于20nm的表面粗糙度。

附图说明

为了更好地理解本发明实施方案，可参考附图。

图1显示了咖啡圈效应的代表性参数；该参数通过比较边缘的测量高度与中心的测量高度(h_边缘/h_中心)而测定。1.0的比例表示边缘的高度等于中心的高度，无咖啡圈效应；

图2是显示当咖啡圈效应比大于1.0并因此中心与边缘相比更薄时h_边缘和h_中心的图；

图3是显示当咖啡圈效应比小于1并因此中心与边缘相比更厚时h_边缘和h_中心的图；

图4A是一张显示带有许多黑点的印刷线的照片；

图4B是一张显示带有少许黑点的印刷线的照片；和