[发明专利]银纳米线导电油墨及电极的制备方法

说明书

本发明涉及银纳米线导电油墨及电极的制备方法,使用平均分子量为360000的聚乙烯比咯烷酮PVP作为封端剂，合成出了产物纯净的长银纳米线；以无水乙醇和去离子水为溶剂，使用PVP来调节油墨的黏度，配制出了水溶性银纳米线导电油墨，并通过丝网印刷制备出织物电极，在室温自然干燥的情况下就具有很好的导电性。本发明合成长银纳米线的方法简便，可批量快速合成；丝网印刷制备织物电极后无需高温烧结，节省成本，可工业化生产；此种水溶性银纳米线导电油墨中导电组分的质量分数低于5.27％，可大大降低油墨的成本，体系简单，材料环保，可应用于可穿戴织物柔性电子元器件的丝网印刷制备。

技术领域

本发明涉及导电材料技术领域，具体涉及一种银纳米线导电油墨及电极的制备方法。

背景技术

随着可穿戴智能化电子设备的日益发展，织物电极受到了越来越多研究者的关注。由于织物这一基底材料的特殊性，传统的硅基微电子器件制造技术不适合批量低成本的制备织物电极。而印刷电子技术是采用不同印刷方式，将一些在液体中分散性好或可溶性的材料进行印刷图案化从而实现电子元器件的制备，具有低能耗、低耗材、绿色环保、柔性强、设备投资低、制造容易等技术上的优点，可实现传统电子产品的大面积批量化制造。印刷电子涉及大量的基础学科问题，包括材料、设备、工艺与应用多方面的共性技术，其中研究的一个重点就是金属纳米材料导电墨水的配制，因为金属纳米材料离子尺寸小、烧结温度低且容易制成油墨。

当前，基于金属纳米颗粒的导电墨水在印刷电子领域中最常用，其中的导电组分多为银、铜和铜-银纳米颗粒。这种由金属纳米颗粒配制的导电油墨在印刷形成图案化后，需要经过热烧结使纳米颗粒熔接形成导电通路，一般烧结的温度要达到200℃以上，而普通织物的耐高温性很差，显然其不太适合制备织物电极。而银纳米线具有很高的长径比，在构建导电网络时只会产生少量的电阻接触点，进而无需经过高温烧结就能形成导电通路，可见，基于银纳米线的导电油墨有望实现印刷制备织物电极。不过，目前较少有研究成功配制出了具备良好印刷适性和高导电性的银纳米线导电油墨，主要是由于在配置银纳米线导电油墨时，银纳米线相对于银纳米颗粒更容易团聚和沉淀，一些适合于配置银纳米颗粒导电墨水的稳定剂或树脂类添加剂并不能使银纳米线很好的分散在溶剂中；另一方面，制备出形貌均一、产物纯净的银纳米线仍然存在一定的难度。最近有报道采用去离子水为溶剂，使用羟丙基甲基纤维素(HPMC)来调节油墨的黏度，配制出了能够印刷在纸张及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)表面的银纳米线导电油墨，在150℃的热烧结处理后具有良好的导电性(电导率为46700S/cm).可是，该烧结温度相对与织物基底来说仍然较高。因此，研制出一种印数适性好、烧结温度低且导电率高的银纳米线导电油墨仍然具有一定的挑战。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种银纳米线导电油墨及电极的制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种银纳米线导电油墨的制备方法，包括以下步骤：

S1、银纳米线的合成：取硝酸银溶解在乙二醇中，形成溶液A；取二水合氯化铜、聚乙烯比咯烷酮PVP溶解在乙二醇中，形成溶液B；将溶液B逐滴加入到溶液A中得到混合溶液，待混合液混合均匀后，将该混合溶液转移至反应釜中，放入烘箱加热到160℃,反应3h；待混合液自然冷却到室温后，使用无水乙醇，2000至4000rpm离心5-7分钟清洗3-4次，合成出银纳米线。

S2、水溶性银纳米线导电油墨的配制：将步骤S1合成出的银纳米线分散在无水乙醇中，使其质量百分比达到5.27％,形成溶液C；然后取聚乙烯比咯烷酮PVP溶解在无水乙醇和去离子水混合溶剂中，形成溶液D，溶液D中聚乙烯比咯烷酮PVP的摩尔浓度为0.6-1.2M；按照质量比(1-1.5):2.3将溶液D添加到溶液C中搅拌使其混合均匀，配制成银纳米线导电油墨。

优选地，步骤S1中聚乙烯比咯烷酮PVP的平均分子量优选为360000.