[发明专利]一种纳米铜导电墨水的制备方法

说明书

本发明提出一种纳米铜导电墨水的制备方法，包括步骤1、以具有长链的有机高分子形成的纳米胶体为模板，经化学还原制备纳米铜‑有机复合颗粒；步骤2、将具有第一沸点的一种或几种溶剂及具有第二沸点的一种或几种溶剂进行均匀混合形成混合溶剂；步骤3、在混合溶剂中添加具有桥连作用的小分子有机物及添加剂制成均匀的混合溶液；步骤4、将纳米铜‑有机复合颗粒均匀分散于混合溶液中形成纳米铜导电墨水；步骤5、在剪切作用下，将纳米铜导电墨水凝胶化，形成预期的纳米铜导电墨水。本发明所制备的纳米铜导电墨水单次打印出的互联结构致密性、均匀性、表面平整性、导电性良好，无宏观裂纹和微米级的孔洞，在二维、三维电路增材制造领域有重要应用。

技术领域

本发明涉及导电墨水制备技术领域，尤其涉及一种纳米铜导电墨水的制备方法。

背景技术

铜与金、银一样，具有良好的导电性，且铜的抗迁移能力好、成本低廉，被广泛应用于电子制造领域。纳米铜具有尺寸效应，可大大降低烧结温度，因此常被用来制备纳米导电墨水，并用于柔性电子和智能电子器件与系统中互联结构的增材制造，实现个性化电子器件，如太阳能电池、抑制色盲电子隐形眼镜、天线和柔性显示器等的定制。

尽管现有技术已能成功制备出具有一定性能的纳米铜导电墨水并应用于电子器件的制造，但所获得的纳米铜互联结构中仍会存在一些问题，例如公开号为CN 106928775A的专利申请文件中所涉及的孔隙、裂纹等缺陷，这些缺陷破坏铜互联结构的连续性和致密性，使导电性变差。含孔洞、裂纹的互联结构，工作时受到拉伸、弯曲作用，会开裂甚至完全断裂，使电子器件失效。

为解决以上问题，现有技术中也提出了一些方法，例如公告号为CN106366769的专利申请文件所涉及的采用多次打印或者多层涂层方式，最终得到无裂纹铜互联结构，但其缺点是增加了制造时间和成本。【Joo,S.J.,H.J.Hwang,and H.S.Kim,Highly conductivecopper nano/microparticles ink via flash light sintering for printedelectronics.Nanotechnology,2014.25(26):p.265601.】中提及了采用提高烧结温度的方法，保证互联结构的完整性和良好的导电性。但是该方法容易导致基底损伤，一定程度上限制了衬底选取的灵活性。【Yu JH,Kang K-T,Hwang JY,et al,Rapid sintering of coppernano ink using a laser in air.International Journal of Precision Engineeringand Manufacturing,2014.15(6):p.1051-1054.】中提及了采用高能量密度方式烧结也可以提高铜互联结构的致密性，如激光烧结，但是该方案昂贵的设备以及复杂的技术使制造成本大大增加。

上述方法主要从铜互联结构的印制工艺方面改进铜互联结构制备过程中出现的裂纹和孔洞等问题，都具有一定程度的局限性。要彻底解决这个问题，还应该从导电墨水本身的制备、性能调节和使用的全过程进行研究。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种纳米铜导电墨水的制备方法，以便通过简单的方法工艺，制备纳米铜导电墨水，并能有效的解决纳米铜导电墨水在互联结构单次打印过程中出现的裂纹和孔洞问题，最终单次打印得到致密性和导电性良好的高质量铜互联结构，为纳米铜导电墨水在二维和三维电路增材制造中的应用提供必要的材料基础。

为了实现上述目的，本发明提出了一种纳米铜导电墨水的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、制备纳米铜-有机复合颗粒：采用模板法，以具有长链的有机高分子形成的纳米胶体为模板，经化学还原制备纳米铜-有机复合颗粒；所制备的纳米铜-有机复合颗粒由粒径为50nm～150nm的纳米铜颗粒表面包覆具有长链的有机高分子，所述具有长链的有机高分子为既具有亲水基团，又具有疏水基团的表面活性剂，并且其在具有桥连作用的分子存在条件下可实现凝胶化；