[发明专利]一种石墨烯复合铜厚膜导电浆料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子浆料技术领域，本发明涉及一种石墨烯复合铜厚膜导电浆料，本发明还涉及该导电浆料的制备方法。

背景技术

近年来，电子浆料已广泛应用于电子行业的各个领域，随着电子产业的迅猛发展，对电子浆料的需求也逐渐增加。传统上使用导电性能优异的贵金属银组成的导电浆料，但是银的价格昂贵，很难满足低成本的要求，因此人们尝试利用较低成本的材料铜等来代替银，但是由于其低氧化稳定性和烧结后的高电阻，使得在制备浆料过程中存在一些问题，尤其是低温烧结的电子浆料其导电性能往往受到影响，因此迫切需要一种在低温烧结时仍然具有优异的电性能的廉价导电浆料。

随着电子器件装置日益变得小型化、微型化，需要用较少的材料得到高性能的产品，因此要使传统上具有数十微米厚度的厚膜电极变得更薄一些，这就需要一种导电性能极好而印刷厚度小的导电浆料。

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是已知的世界上最薄、最坚硬的纳米材料。石墨烯只有一个碳原子的厚度，结构非常稳定，其内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶体结构使石墨烯具有优异的导热性，导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，电子的运动速度达到了光速的1/300，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10^-6Ω·cm，比金和银更低，为世界上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管材料。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯复合铜厚膜导电浆料，导电性能好且印刷厚度小，低温烧结仍具有优异的电性能。

本发明的另一个目的是提供上述导电胶料的制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种石墨烯复合铜厚膜导电浆料，按照质量百分比由以下组分组成：导电相60％～80％，玻璃相0.5％～5％，有机载体15％～39.5％，上述各组分质量百分比之和为100％。

本发明的特点还在于，

导电相按照质量百分比由以下组分组成：片状铜粉63％～88％、球状铜粉10％～35％、石墨烯0.2％～2.0％，上述各组分质量百分比之和为100％；

玻璃相选用氧化铋低熔点玻璃，其组成为：氧化铋40％～60％、氧化钡10～30％、氧化硼20％～30％，上述各组分质量百分比之和为100％；

有机载体按照质量百分比由以下组分组成：乙基纤维素2％～10％、松油醇75％～90％、消泡剂1％～3％、硅烷偶联剂0.1％～2％、乙酸乙酯2％～10％，上述各组分质量百分比之和为100％。

片状铜粉由粒径为3～25μm的铜粉制成，球状铜粉由粒径为0.5～5μm的铜粉制成，石墨烯的粒径为0.5～3nm。

片状铜粉与球状铜粉表面均包覆有抗氧化剂，抗氧化剂为磷酸三丁酯、油酸或乳酸中的任意一种。

导电相中加入分散剂，分散剂与石墨烯的质量比为0.2～0.4:1，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸类物质中的任意一种。

消泡剂为甘油聚氧乙烯醚，硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷。

本发明所采用的另一种技术方案是：一种石墨烯复合铜厚膜导电浆料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：分别取粒径为3～25μm铜粉和粒径为0.5～5μm的铜粉，依次用酸洗、水洗、乙醇洗，然后分别加入抗氧化剂搅拌均匀，在氨气或氮气气氛中于90℃～100℃的温度烘干2～3h，分别得到包覆有抗氧化剂的铜粉；将包覆有抗氧化剂的粒径为3～25μm铜粉研磨得到片状铜粉，包覆有抗氧化剂的粒径为0.5～5μm的铜粉为球状铜粉；

步骤2：按照质量百分比分别称取导电相各原料：片状铜粉63％～88％、球状铜粉10％～35％、粒径为0.5～3nm的石墨烯0.2％～2.0％，上述各组分质量百分比之和为100％；

按照质量百分比分别称取氧化铋低熔点玻璃各原料：氧化铋40％～60％、氧化钡10～30％、氧化硼20％～30％，上述各组分质量百分比之和为100％；

按照质量百分比分别称取有机载体各原料：乙基纤维素2％～10％、松油醇75％～90％、消泡剂1％～3％、硅烷偶联剂0.1％～2％、乙酸乙酯2％～10％，上述各组分质量百分比之和为100％；