[发明专利]一种可低温下快速打印的高导电性电子电路及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种可低温下快速制备高导电性电子电路的方法，包括以下步骤：将纳米金属导电墨水采用喷墨打印的方式印制电子电路，低温热固化或红外烧结表干后，再使用微烧结溶液在纳米金属电子电路表面喷墨打印、表干，最后使用液态金属涂覆在微烧结后的纳米金属电子电路表面，获得高导电性电子电路。该方法可在低温下印制高导电性电子电路，有利于拓宽打印适用范围，并可满足可穿戴电子、电子皮肤、智能传感等民用领域的应用需求。

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种可低温下快速打印的高导电性电子电路及其制备方法。

背景技术

当前电子设备逐渐向智能化、柔性化、集成化和轻薄化方向发展。柔性印刷电子采用印刷工艺制备出柔性器件，具有成本低、工艺简单、可智能化设计等特点。将导电墨水与印刷技术相结合，可实现基础电路的绿色、增材、快速制备。其中，导电墨水、印刷技术和后处理工艺决定了柔性印刷电路性能的好坏。导电墨水作为核心关键材料，其技术进展是印刷电路在电子产品中获得更快、更广泛应用的基石。

当前，导电墨水中应用较多的为金属基导电墨水，包括金、银、铜、铂等。其制备方法也包括机械球磨、液相法和真空沉积等多种类型。然而，采用液相法制备的纳米金属，其尺寸虽然可达到纳米级，且产量较高。但由于纳米金属颗粒表面存在有机包覆剂，包覆剂为有机高分子材料会影响纳米技术颗粒的导电性，因此，在实际生产中，无机导电墨水如纳米银、纳米铜墨水在印刷成线路后必须经过固化烧结处理才具有导电性和足够的附着力。传统工艺使用热炉或热板（铜墨水的话还需要真空或惰性气体环境），需要较长处理时间，如果是R2R制程，产线会很长，同时可能会对温度敏感基材造成损伤。特别是像PEN、PVC和PI等基底，大多柔软、轻薄，且无法承受高温烧结，因此，纳米金属墨水印刷后需要高温烧结处理的问题更加显著，限制了其应用和发展。

因此，本发明提供了一种可低温下快速打印的高导电性电子电路及其制备方法。通过两步微烧结工艺，依次采用微烧结液和液态金属处理喷墨打印的纳米金属导电墨水，可以将纳米金属颗粒表面的有机配体去除，提高电子电路的导电性、柔性和基底适用性，因而可提高纳米金属导电墨水喷墨打印制备电子电路的适用范围，有望推动产业化应用。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种可低温下制备高导电性电子电路的快速印制方法，能够实现纳米金属材料低温烧结快速固化，提高其导电性、可拉伸性和基底附着强度，并可适用于PVC、PI等耐温性差的基底，显著拓宽打印适用范围。同时，该方法制备的电子电路可以更加灵活地连接不同类型电子元件、刚性和柔性基底，并可满足可穿戴电子、电子皮肤、智能传感等民用领域的应用需求。

具体技术方案如下：本发明提出的一种低温快速制备高导电性电子电路的方法，包括以下步骤：

（1）在刚性或柔性基底表面喷墨打印纳米金属导电墨水，印制图案化的电子电路，使用低温热固化或红外烧结的方式进行纳米金属导电墨水的表面干燥；低温热固化温度为60-100 ℃，低温热固化时间为10-30 min；红外烧结的功率为10-50 W，红外烧结时间为3-5min；

（2）在印制的纳米金属电子电路表面喷墨打印微烧结溶液，使用低温热固化或红外烧结的方式进行表干，低温热固化温度为60-100 ℃，低温热固化时间为5-10 min；红外烧结的功率为10-50 W，红外烧结时间为3-5 min。喷墨打印在纳米金属导电墨水表面的微烧结溶液将对纳米金属颗粒起到微烧结作用，促成纳米金属颗粒的二次生长和黏结成片，提升电子电路的导电性；

（3）使用镓基液态合金涂覆在印制和微烧结处理后的纳米金属电子电路表面，获得高导电性电子电路。

所述的刚性基底为PCB板、氧化铝陶瓷板、氮化铝陶瓷板、铝基板或者铜基板；所述的柔性基底为裸PET、PEN或者PI。所选的刚性或柔性基底，可采用喷墨打印纳米金属墨水的方式制备电子电路，且液态金属无法在上述基底表面附着，避免液态金属在基底表面形成图案化电子电路以外的导电通路，破坏电子电路的打印质量和打印精度。