[发明专利]一种导电纳米铜墨水及其制备方法

说明书

本发明公开了一种导电纳米铜墨水及其制备方法。该制备方法包括：采用新鲜制备的氢氧化铜，与保护剂在第一溶剂中混合反应，再加入L‑抗坏血酸，得到铜纳米颗粒分散液；从铜纳米颗粒分散液中分离得到铜纳米颗粒，洗涤后加入第二溶剂，得到纳米导电铜墨水。该导电纳米铜墨水的制备方法操作简单、纯度高、成本低、产率高、对环境友好，可适用于大规模生产。

技术领域

本发明属于导电墨水制备技术，具体的涉及一种以铜纳米颗粒为导电原料的导电纳米铜墨水的制备方法。

背景技术

近年来，世界各地正在兴起一种新型的制造技术—印刷电子制造工艺。所谓印刷电子制造工艺，就是使用具有导电、介电或半导体性质的电子材料并以印刷的方式制作出电子器件或电路系统的技术。这项技术灵活多样、快速便捷、环保节能，因此引起人们的广泛关注。而促使这项技术的快速发展的关键就是可印刷的电子材料，这里称为“导电墨水”。

导电墨水依据组成材料的性质，可分为无机导电墨水、有机导电墨水和复合导电墨水。而在这三大墨水体系中，无机导电墨水中的金属纳米导电墨水是最有前景的。这是因为金属颗粒的纳米尺寸效应可以显著的降低墨水的烧结温度，并且适用于各种印刷方式，如：喷墨印刷、丝网印刷、凹版印刷。

目前，现有技术中公开过的金属纳米导电墨水有：金墨水、银墨水以及铜墨水。其中，金墨水与银墨水导电性好、抗氧化性高，因此研究较为成熟。但由于它们的价格昂贵，生产成本高，难以实现量化生产，所以势必需要寻找合适的替代者，而与银具有相似电导性，价格相对低廉的铜成为很好的选择。铜墨水质量的关键取决于铜纳米颗粒的制备。目前制备100nm以内的铜纳米颗粒的方法有：化学气相沉积法、化学沉淀法、微乳液法、溶胶-凝胶法、水热法、电解法和液相还原法。在这些方法中，有些需要氮气保护，如中国专利20111036732.7公开了一种粒径小于30nm纳米铜粒子的水相制备方法，但该方法需要通入氮气；有些后处理复杂，如中国专利200810201967.0公开了一种20-50nm铜纳米颗粒的制备方法，该方法不仅反应温度高（120-160℃），而且还需要借助电渗析和减压蒸馏进行后处理，工艺复杂，制备周期长；有些使用价格昂贵，毒性较大的还原剂，如中国专利2013105007585.1公开了一种可大量生产粒径尺寸在40-100nm铜导电油墨的制备方法，但该方法中使用的还原剂为硼氢化物、次亚磷酸钠和水合肼，这几种还原剂在反应中易引入杂质或者毒性较大，不利于大规模生产。中国专利201310252843.6公开的一种导电油墨纳米铜的制备方法中，虽然该方法使用了绿色还原剂L-抗坏血酸，但得到的铜纳米颗粒的尺寸较大，为100-200nm。

目前尚没有公开粒径在100nm以内的导电纳米铜墨水的制备方法，既可以工艺简单、无需氮气保护，又可以绿色无污染、适用于大量生产。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供了一种操作简单、纯度高、成本低、产率高、对环境友好，可大规模生产的导电纳米铜墨水的制备方法。

本发明所采用的技术方案如下：

一种导电纳米铜墨水的制备方法，包括：

采用新鲜制备的氢氧化铜，与保护剂在第一溶剂中混合反应，再加入L-抗坏血酸，得到铜纳米颗粒分散液；

从铜纳米颗粒分散液中分离得到铜纳米颗粒，洗涤后加入第二溶剂，得到纳米导电铜墨水。

具体的讲，所述新鲜制备的氢氧化铜主要是采用如下方法得到的：

将铜盐溶于去离子水中，滴加氨水至生成的浅蓝色沉淀溶解，然后加入强碱溶液，生成蓝色的氢氧化铜沉淀，抽滤并洗涤得到新鲜制备的氢氧化铜。

一实施方式中，所述铜盐包括硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、醋酸铜中的一种或者两种以上的混合物。

优选的，所述的铜盐与氨水的摩尔比为0.5:1~1:1。