[发明专利]用于超声气溶胶（UA）的低粘度高负载的银纳米粒子油墨

说明书

技术领域

本公开通常涉及导电油墨。更具体地，本公开涉及用于超声气溶胶印刷的具有高银含量和低粘度的导电油墨，以及用于制备这种导电油墨的方法。

背景技术

诸如银纳米粒子油墨的导电油墨具有通过溶液沉积过程制造用于电子器件应用的导电图案的很大优势。银纳米粒子也可用于配制用于其他溶液沉积过程(包括例如旋涂、浸涂和气溶胶印刷)的导电油墨。

使用超声雾化器的气溶胶印刷(UA印刷)为用于制造多种电子器件(如RFID标签、天线和电子传感器等)的低成本的有效的印刷过程。

然而，UA印刷通常需要具有高负载的银(>50重量％)和低粘度(＜5cps)的导电油墨。不幸地，导电银纳米粒子油墨获得这种高的银含量以及低粘度是极具挑战性的。

目前的包括约50-70％的银纳米粒子高负载的导电油墨具有8至12cps范围内的粘度。然而，对于超声气溶胶油墨印刷应用，该粘度范围通常不可接受。UA印刷通常需要小于5cps的粘度。

需要具有高银负载(>50wt％)和低粘度(<5cps)的导电油墨，以满足用于低成本电子器件应用的UA印刷的需要。

发明内容

如下详细描述为进行本文的示例性实施例的最佳的目前预期的模式。所述描述不以限制性的方式进行，而是仅为了说明本文的公开的一般原则而进行，因为本文的公开的范围由所附权利要求书最佳限定。

如下描述各种发明特征，所述发明特征可各自彼此独立地使用或与其他特征组合使用。

广义地，本文的公开的实施例通常提供了一种低粘度的高负载银纳米粒子导电油墨，其包含至少约50重量％的银纳米粒子、粘度等于或小于约1cps的溶剂，和稳定剂。

在本文公开的另一方面，一种低粘度的高负载银纳米粒子导电油墨包含至少约50重量％的银纳米粒子、溶剂和稳定剂，其中所述导电油墨具有小于约5cps的粘度。

在本文公开的又一方面，一种低粘度的高负载银纳米粒子导电油墨包含至少约50重量％的平均尺寸为约0.5至约100nm的银纳米粒子、溶剂和有机稳定剂。

具体实施方式

在本公开中，术语“印刷”指能够使导电油墨在基材上形成所需图案的任意涂布技术。合适的技术的例子包括例如气溶胶印刷，如超声气溶胶印刷(UA)。

本公开提供了用于UA印刷的包括高银负载(>50重量％)和低粘度(＜5cps)的油墨。所述油墨包含至少约50重量％的银纳米粒子、稳定剂，和粘度等于或小于约1cps的溶剂。本公开也提供用于制备这种油墨的方法。

可通过任何合适的方法制备油墨。一种示例性的方法为通过温和旋转和摇动而用溶剂溶解经稳定的银纳米粒子。然后用微滤器过滤银油墨分散体。

油墨可用于通过印刷而在基材上形成导电特征。可使用任何合适的印刷技术(例如UA印刷)通过在基材上沉积油墨而进行印刷。在UA印刷过程中，使用超声换能器装置产生通过喷嘴泵送的油墨液滴的细的气溶胶雾。

油墨沉积于其上的基材可为任何合适的基材，包括例如硅、玻璃板、塑料膜、片材、织物或纸张。对于结构柔性的装置，可使用塑料基材，如聚酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺片材等。

在印刷之后，可使图案化的经沉积的导电浆状油墨经受固化步骤。固化步骤可为如下步骤，其中导电浆状油墨的基本上全部的溶剂被去除，且油墨牢固粘附至基材。

根据本文的实施例，银纳米粒子可具有亚微米范围内的直径。当相比于银薄片时，本文的银纳米粒子可具有独特的性质。例如，本文的银纳米粒子可特征在于表面原子的提高的反应性、高的电导率，和独特的光学性质。此外，相比于银薄片，银纳米粒子可具有更低的熔点和更低的烧结温度。由于银纳米粒子的小尺寸，银纳米粒子显示出比银薄片低1000℃的熔点。例如，银纳米粒子可在120℃下烧结，这比块体银的熔融温度低超过800℃。所述更低的熔点是源于纳米粒子中相对高的表面积/体积比，这允许相邻粒子之间易于形成结合。纳米粒子的烧结温度的大的降低能够在柔性塑料基材上形成高度导电的痕迹或图案，因为所选的柔性基材在相对低的温度下(例如150℃)熔化或软化。

本文的银纳米粒子可为单质银、银合金、银化合物，或它们的组合。在实施例中，银纳米粒子可为由纯银、银合金或银化合物涂布或镀层的基本材料。例如，基本材料可为具有银镀层的铜薄片。