含有納米金屬顆粒的導電墨水的打印方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種導電墨水的打印方法，特別是涉及一種含有利用氣流噴印和噴墨打印技術實現的含納米金屬顆粒導電墨水的打印方法。
【背景技術】
[0002]印刷電子(printed electronics)技術是指采用直接在基板上印刷導體、半導體、介電材料、絕緣材料等電子功能層的方法來制造電子產品的生產工藝。在過去的幾十年里，降低成本、提高性價比始終是電子產業不斷發展壯大的推動力。而相比較于傳統電子行業刻蝕形成電路的減成法(subtractive manufacturing),以印刷為代表的加成法(additive manufacturing)將電子材料成膜與實現圖案化兩大過程合二為一,具有節約原料、工藝簡單、綠色環保(所產生的工業廢液少)等優勢，而且易于配合新型材料實現大面積柔性器件，更加有利于滿足電子產業降低成本、擴大市場的要求。目前印刷電子器件相關研究已經擴展到相當廣泛的領域，涉及導體、半導體、介電材料、電解質等種類的材料制成的有機器件。利用印刷方法生產電子產品可以有效降低生產成本，是目前世界各國的學術機構和企業研究的重點。鑒于傳統的印刷工業已經非常成熟，一旦印刷電子產業的瓶頸得到解決，可望在相當短的時間內將電子制造業和印刷業相結合，從而帶來電子產品成本的大幅下降和應用領域的極大擴展，并解決目前困擾電子行業的環境和資源問題，以及可持續發展問題。
[0003]印刷電子的研究領域中，打印金屬導電圖案是最為成熟的課題，但如何利用噴墨打印的方法獲得方塊電阻小于I歐的金屬導電圖案仍然是一個挑戰。理論上，提高打印圖案的導電性只需要增加打印厚度即可，按照現有印墨水固化燒結后的電導率計算，金屬圖案的厚度需要大于Iym才有可能獲得理想的方塊電阻。但噴墨打印所用的墨水具有低粘度、低固含量的特點，在多層打印過程中墨水經常會溶解破壞已經打印好的圖案，使多次打印效果實質上類似于單次打印較多的墨水，從而使墨水很容易在干燥之前出現類似“咖啡環”等在基底上自發流動的現象。這種情況下，僅僅通過多次打印很難有效獲得均勻的厚實金屬層，反而容易進一步加劇大面積厚薄不均勻的現象，影響導電性的提高。每打印一層即進行燒結理論上可以顯著改善大面積范圍內厚薄不均勻的問題，但由于每次打印都必須嚴格控制墨量，多次“打印-燒結”的反復操作費時費力，代價較高。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種含有納米金屬顆粒的導電墨水的打印方法，以獲得高質量的金屬導電層。
[0005]為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案:
一種含有納米金屬顆粒的導電墨水的打印方法，包括:
(1)提供含有納米金屬顆粒的導電墨水，并且所述導電墨水中固體的含量低于45wt%；
(2)以氣流噴印法將所述導電墨水噴射到基材上，形成具有疏松多孔結構的第一金屬圖案層；
(3)以噴墨打印法將所述導電墨水打印到所述第一金屬圖案層上，至形成厚度超過Iym的均勻金屬層，所述均勻金屬層在燒結后方塊電阻小于I Ω/ □，特別是小于50m Ω / □。
[0006]作為較為優選的實施方案之一，步驟(2)包括:將所述導電墨水霧化生產直徑小于10 μ m的墨水霧滴，再利用送料氣流將所述墨水霧滴送至噴嘴口，而后利用聚焦氣流將墨水霧滴會聚成直徑小于300 μ m的液流，并噴射到基底上。
[0007]進一步的，步驟(2)包括:
通過改變霧化功率調節所述墨水霧滴的溶劑含量，從而控制被噴射的導電墨水的濃度，其中，霧化功率越小，被噴射出的導電墨水的濃度越高；
和/或，通過改變送料氣流與聚焦氣流的流量比例調節被噴射液流中墨水霧滴的溶劑含量，從而控制被噴射的導電墨水的濃度，其中，送料氣流與聚焦氣流的流量比例越低，被噴射出的導電墨水的濃度越高；
和/或，通過改變噴嘴口的溫度調節被噴射液流中墨水霧滴的溶劑含量，從而控制被噴射的導電墨水的濃度，其中，噴嘴口的溫度越高，被噴射出的導電墨水的濃度越高。
[0008]進一步的，所述第一金屬圖案層表面粗糙起伏度在0.5μπι以上。此處的“起伏度”是指在該第一金屬圖案層表面，最高點的高度與最低點的高度的差值。
[0009]作為較為優選的實施方案之一，步驟(2)還包括:對所述第一金屬圖案層進行加熱燒結處理，加熱燒結溫度在80-300 °C。
[0010]進一步的，前述加熱燒結處理的方式包括加熱臺、烘箱、熱風、光波或微波加熱燒結方式中的任意一種或者兩種以上的組合，但不限于此。
[0011]進一步的，所述導電墨水中所含金屬元素可以包括金、銀、銅、鎳、鋁、鉬中的任意一種或者兩種以上的組合，但不限于此。
[0012]作為較為優選的實施方案之一，在前述氣流噴印和/或噴墨打印過程中，還對基底進行了加熱處理，加熱溫度為35-150 °C。
[0013]進一步的，所述基底包括絕緣基底。
[0014]進一步的，步驟(3)包括:將所述導電墨水以噴墨打印方法在第一金屬圖案層上打印一遍以上。
[0015]相比于現有技術，本發明的有益效果至少包括:
(1)利用本發明的方法，可以立足現有的金屬墨水實現高導電金屬圖案的打印制備，不需要額外增加金屬墨水的粘度和金屬固含量；
(2)利用本發明的方法所獲得金屬導電圖案不含樹脂成分，與傳統銀漿所印的圖案相比具有更高的導電性。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明中氣流噴印設備打印疏松多孔金屬圖案的原理示意圖，其中，11為噴嘴，12為沉積在基底上的金屬層，13為基底；
圖2是本發明實施例1中通過氣流噴印形成的疏松多孔銀圖案的顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0017]如前所述，因噴墨打印墨水固有特性等方面的限制，使得業界較難通過噴墨打印方法獲得較為均勻的厚實金屬層，例如，方塊電阻小于I歐，特別是小于50毫歐的金屬導電圖案層。
[0018]鑒于現有技術的不足，本案發明人經長期研究和大量實踐，提出了本發明的技術方案，其主要是基于氣流噴印技術和噴墨打印工藝實現的。
[0019]概括的講，本發明的技術方案包括:
(1)提供含有納米金屬顆粒的導電墨水，并且所述導電墨水中固體的含量低于45wt%；
(2)以氣流噴印法將所述導電墨水噴射到基材上，形成具有疏松多孔結構的第一金屬圖案層，表面粗糙起伏度可以超過0.5 μ m ;
(3)以噴墨打印法將所述導電墨水打印到所述第一金屬圖案層上，直至形成厚度超過I μ m的均勻金屬層，所述均勻金屬層在燒結后方塊電阻小于I Ω / □，特別是小于50m Ω / □。
[0020]本發明中，因采用了氣流噴印技術，在同樣使用低粘度、低固含量金屬導電墨水的情況下，所噴射出的并非與噴墨打印類似的單個墨滴，而是噴出含有大量費升(fL)級別液滴的氣流。由于具有更大的比表面積，這些超細小液滴通過適當的參數控制(如改變霧化功率、送料氣流與聚焦氣流的比例或者噴嘴溫度)可以降低所噴射墨水的溶劑含量，從而獲得比較厚但疏松多孔的金屬圖案層，而且當在這些金屬圖案上進行噴墨打印時，導電墨水會滲進金屬圖案中，其自發流動因為表面張力作用會受到嚴格的限制。在此情況下，大面積厚薄不均勻的現象將被顯著遏制，從而有利于獲得厚度超過I μ m的均勻金屬層，進而顯著提高打印金屬層的導電性。
[0021]例如，作為較佳的實施方案之一，在前述氣流噴印的過程中，可以首先將導電墨水霧化生產直徑小于10 μ m的墨水霧滴,再利用送料氣流將墨水霧滴送至噴嘴口，而后利用聚焦氣流將