[发明专利]金属纳米粒子分散体

说明书

包含金属纳米粒子、液体载体和粘附性促进化合物的金属纳米粒子分散体，其特征在于所述粘附性促进化合物是酸性聚酯。

发明领域

本发明涉及金属纳米粒子分散体，例如纳米银分散体，并涉及由此制备的导电墨水和糊剂。本发明还涉及制备金属纳米粒子分散体的方法，并涉及在温和固化条件下由金属纳米粒子分散体形成的导电层或图案。

发明背景

在过去几十年间，对金属印刷或涂布流体的兴趣因它们与给定金属的体性质（bulk properties）相比时独特的性质而与日俱增。例如，金属纳米粒子的熔点随减小的粒度而降低，使得它们在印刷电子学、电化学、光学、磁学和生物应用方面受到关注。

稳定和浓缩的金属印刷或涂布流体（其可以例如通过喷墨印刷来印刷，或在高速下涂布）的生产因其能够以低成本制备电子器件而受到极大的关注。

金属印刷或涂布流体通常是包含金属纳米粒子和分散介质的金属纳米粒子分散体。此类金属纳米粒子分散体可以直接用作印刷或涂布流体。但是，常常向金属纳米粒子分散体中添加附加成分以优化所得金属印刷或涂布流体的性质。

金属纳米粒子的制备可以在水或有机溶剂中通过如例如“Approaches to the synthesis and Characterization of Spherical and Anisotropic Silver Nanomaterials”, Metallic Nanomaterials 第1卷, Challa S.S.R.Kumar编辑, Wiley-VCH Verlag GmbHCo.KGaA, Weinheim中公开的所谓的多元醇合成、通过多元醇合成方法的衍生方法或通过在各种还原剂的存在下金属盐的原位还原来进行。此类方法公开在例如US2010143591、US2009142482、US20060264518、EP-A 2147733、EP-A 2139007、EP-A803551、EP-A 2012952、EP-A 2030706、EP-A 1683592、EP-A 166617、EP-A 2119747、EP-A2087490、EP-A 2010314、WO2008/151066、WO2006/076603、WO2009/152388、WO2009/157393中。

聚合物分散剂通常用于金属纳米粒子的制备中以获得稳定的金属印刷或涂布流体。上文中提到的用于制备银纳米粒子的多元醇合成通常在聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）的存在下进行。不稳定的金属纳米粒子分散体可能导致不可逆的相分离，尤其导致涂布或印刷头的堵塞。金属纳米粒子的附聚还可能导致电导率的降低。

聚合物分散剂通常在分子的一部分中含有所谓的锚定基团，其吸附到待分散的金属粒子上。在该分子的另一部分中，聚合物分散剂具有与分散介质和最终印刷或涂布流体中存在的所有成分均相容的聚合物链。

聚合物分散剂通常是由丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基吡咯烷酮、乙烯醇缩丁醛、乙酸乙烯酯或乙烯醇单体制备的均聚物或共聚物。

通常，在基底上施加金属印刷或涂布流体后，进行在升高温度下的烧结步骤，也称为固化步骤，以引发/增强所施加的图案或层的电导率。金属印刷或涂布流体的有机组分，例如聚合物分散剂，可能降低烧结效率并由此降低所施加的图案或层的电导率。因此，常常需要更高的烧结温度和更长的烧结时间以分解有机组分。

典型的聚合物分散剂（如上述那些）的特征在于至少350℃的完全分解温度。因此，用包含此类聚合物分散剂的金属印刷或涂布流体涂布或印刷的层或图案通常需要在升高温度下的烧结步骤以确保大部分聚合物分散剂被分解。

这样的高烧结温度与常见的聚合物箔，如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或聚碳酸酯（其具有相对较低的玻璃化转变温度）不相容。这将选择限制在更更昂贵的聚合物，如聚酰亚胺。