[发明专利]一种水性纳米银导电墨水及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种水性纳米银导电墨水，所述导电墨水所含原料及各原料的质量百分数为：腐殖酸稳定的银纳米粒子2～20wt％，超纯水为60～74wt％，异丙醇为20wt％～25wt％。本发明采用生物基腐殖酸作为稳定剂，制备得到的银纳米粒子粒径小且均一，墨水可喷印性能好、稳定性及导电性能优异。

技术领域

本发明涉及印刷电子技术领域，尤其是涉及一种水性纳米银导电墨水及其制备方法与应用。

背景技术

印刷电子是采用印刷工艺，将导电墨水印制在基材上，制备具有一定功能的电子器件与系统的科学技术。相比于传统制备硅基电子常用的光刻蚀方法，印刷电子技术具有可大面积、柔性化与低成本生产的特点。因此其应用范围广泛，目前在印刷电路、传感器、太阳能电池、电子标签、智能包装等领域已有不同程度的应用。常见的印刷工艺有丝网印刷、凹版印刷、喷墨打印等。其中喷墨打印采用“非接触式”印刷，基材适用性广，对墨水粘度要求低，可通过计算机精确控制喷印图案，是近几年文献报道中常用的印刷方式。

导电墨水作为印刷电子技术中使用的关键材料，性能好的导电墨水已经成为印刷电子领域中的关键材料。按照导电组分的不同，导电墨水可分为碳系墨水、金属墨水、聚合物导电墨水等。其中，金属导电墨水以其优异的导电性和稳定性得到广泛的关注。在常见的金属纳米粒子中，银纳米粒子成本适中、导电性能优异、稳定性好，因此纳米银适合作为喷印墨水应用在印刷电子工艺中。

喷墨印刷墨水研究过程中的一个关键性问题是制备得到粒径小且均一、具有良好分散性能的银纳米粒子，这对于导电墨水的稳定性和喷印是否能够流畅进行至关重要。但纳米尺寸的银具有高表面能，易团聚，因此在制备过程中需加入合适的稳定剂。腐殖酸是一种生物基材料，来源广泛，价格低廉，水溶性高。腐殖酸表面拥有丰富的羧基和酚羟基官能团，可螯合银纳米粒子通过静电作用和空间位阻作用防止纳米粒子团聚、沉降。赵兵等以0.01～0.1g/L的硝酸银作为前躯体，以腐殖酸作为稳定剂和还原剂(腐殖酸与硝酸银质量比为1～10)制备得到银纳米胶体，并将其应用于制备具有杀菌功效的织物上；NelsonAkaighe等人以腐殖酸(1～100mg/L)作为稳定剂和还原剂还原硝酸银溶液(10μmol/L～1mmol/L)得到14nm银纳米粒子，由于自然河水中富含腐殖酸，因此这项探究证明了银纳米粒子在自然环境下形成的可能性，但研究结果表明室温下无外加还原剂的条件下得到银纳米粒子需3～5天，加热还原的还原产率也只能达到0.5～6％；Stephan T.Dubas等人以腐殖酸(0.001wt％～0.1wt％)作为稳定剂，硼氢化钠为还原剂还原硝酸银溶液(1mM)得到的银纳米粒子制成生物传感器用以检测除草剂的浓度，其中，腐殖酸与硝酸银的质量比为1～100。综上，目前关于腐殖酸用作稳定剂制备银纳米粒子的研究主要应用于环境及抗菌等领域，且所需硝酸银溶液浓度低，腐殖酸与硝酸银的比值高。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种水性纳米银导电墨水及其制备方法与应用。本发明采用生物基腐殖酸作为稳定剂，制备得到的银纳米粒子粒径小且均一，墨水可喷印性能好、稳定性及导电性能优异。

本发明的技术方案如下：

一种水性纳米银导电墨水，所述导电墨水所含原料及各原料的质量百分数为：腐殖酸稳定的银纳米粒子2～20wt％，超纯水为60～74wt％，异丙醇为20wt％～25wt％。

一种所述水性纳米银导电墨水的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将硝酸银粉末溶解在超纯水中，之后加入氨水，至溶液再次澄清，制得银氨水溶液；

(2)将腐殖酸溶解在超纯水中，配成腐殖酸水溶液；

(3)将步骤(1)制得的银氨水溶液逐滴滴加到腐殖酸水溶液中，在磁力搅拌下室温反应12～24h；

(4)在步骤(3)所得的反应产物中逐滴加入硼氢化钠溶液，持续磁力搅拌下继续室温反应8～12h；