[发明专利]具有水溶性聚合物的金属纳米颗粒组合物

说明书

发明领域

本发明涉及所述组合物以及水性银纳米颗粒分散体的用途。

发明背景

由于银的独特的化学稳定性、出色的电导性、催化活性以及抗微生物作用，银纳米颗粒材料在许多技术中已变得越来越重要。银纳米颗粒材料已在微电子学、光学、电子和磁性装置、传感器（尤其在生物传感器中）和催化剂中发现它们的用途。例如在可印制电子的领域中，银纳米颗粒分散体已被广泛认为是通过溶液沉积法形成导电线路的最佳候选者。所述溶液法允许在温和温度下的软性基板上的卷对卷制程，其显著降低成本。银的出色的导电性使得可能形成导电微丝的非常精细的图形（例如，网格或棋盘图形），其对于肉眼基本上是透明的。

现有技术所提议的溶液法包括喷墨印刷、微-接触印刷、柔性版印刷、照相凹版印刷以及通过细喷嘴直接油墨布线至基板上。对于柔性版印刷工艺和照相凹版印刷工艺，典型的湿镀膜（厚度）大约为几个微米，尤其对于窄的微丝而言。为了实现大于0.3 μm的干镀膜，在油墨中的金属颗粒的浓度必须大于约15%体积，其等同于大于65%重量。

对于某些应用例如RFID 标签，喷墨印刷可被用来产生具有低的长径比的特征，例如小于0.5微米的厚度和大于50微米的宽度。美国专利号8,227,022已公开使用水基银纳米颗粒油墨和多程喷墨印刷（5程或更多程）并且在等于大于150 °C的温度下烧结印刷图形的导电图形的产生。在这类条件下所产生的电阻率大于0.2 欧姆/平方。对多程的要求以及所得的差的导电性可能归因于在油墨中的银纳米颗粒的低的重量百分比以及可导致在烧结期间银纳米颗粒的差的固化的所使用的具体的稳定剂。

美国专利第7,922,939号公开了银纳米颗粒油墨组合物，其具有大于50%重量的银浓度并且含有具有最多10,000分子量的第一阴离子型聚合物稳定剂以及具有至少25,000分子量的第二阴离子型聚合物稳定剂。所公开的油墨可被视作为高粘度的凝胶并且具有大于损耗模量值的弹性模量值。这类油墨对于沉积法例如直接油墨印码而言是实用的。然而由这类油墨组合物所产生的电导性在高温下的退火处理之后是受限制的。

美国专利号7,931,941公开了使用具有3至7个碳的羧酸稳定剂制备银纳米颗粒分散体的方法。在较低的烧结温度下，这类分散体可被烧结成导电膜。然而所述分散体不可被水稀释(reducible)因此不能够被配制在喷墨油墨中。

Jung等人, Morphology and conducting property of Ag/poly(pyrrole) composite nanoparticles:  Effect of polymeric stabilizers, Synthetic Metals 161 (2011) pgs. 1991-1995公开了使用聚（4-苯乙烯磺酸-共-马来酸）钠盐或聚（N-乙烯基吡咯烷酮）作为稳定剂来制备银 / 聚吡咯复合物纳米颗粒。这些配方具有低%Ag含量，高的稳定剂与银的比率以及比大块状银高数十倍或数百倍的电阻率。

WO2010/109465 公开了将卤素离子作为烧结剂结合在银分散体内或接收器内以改善导电性。

WO2009/081386公开了生产非常稀的银纳米棱镜溶液（其不适合于电子设备）的方法。

存在各种形式的已在现有技术领域中描述的非水基银纳米颗粒分散体。它们中的一些可商购。出于环境和安全的原因，获得水基银纳米颗粒分散体是高度期望的。出于性能的原因，高度期望这些水性银纳米颗粒分散体为胶体稳定的，可在具有低粘度的高浓度下制备，可被水稀释且具有出色的再溶解行为，以及在烧结后具有出色的电导性。

发明内容

根据本发明，金属纳米颗粒组合物包含：

           水；

            既具有羧酸基团又具有磺酸基团的水溶性聚合物；和                                          

分散在水中的银纳米颗粒，其中在所述组合物中的银的重量百分比大于10%。

本发明的金属纳米颗粒组合物具有良好的稳定性，易于操作且在甚至高达90%的银重量百分比的情况下依然具有低的粘度。这些组合物可被用来提供高导电的银线路。它们可容易地被配制以适合各种印刷技术。

本发明的其它优点将通过下文所提供的细节而将变得显而易见。

附图简述

              图1为本发明的一个实施方案的银纳米颗粒粒径分布的图表；