一種采用銀包覆納米銅復合粒子制備導電油墨的方法
【專利摘要】一種采用銀包覆納米銅復合粒子制備導電油墨的方法，以聚乙烯吡咯烷酮作為保護劑，利用廉價安全的NaH2PO2·H2O直接將硫酸銅溶液還原成納米銅顆粒，通過銀離子與納米銅表面的金屬銅的原位氧化還原反應，在納米銅溶液中直接加入硝酸銀溶液合成銀包覆納米銅復合粒子、與丙三醇、乙二醇試劑按一定比例混合制成高質量的導電油墨。本發明的優點是：與現有技術相比，本發明不需要對銅粉進行表面清洗，配制油墨過程簡單，所需溶劑經濟易得且無毒；本發明從材料的制備到配制導電油墨，及通過書寫、噴墨打印的方式獲得導線都是在空氣中進行，并且無有毒藥品的使用，環境友好，可以簡單方便的完成制備工藝。
【專利說明】—種采用銀包覆納米銅復合粒子制備導電油墨的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及導電油墨的制備工藝，特別是一種采用銀包覆納米銅復合粒子制備導電油墨的方法。
【背景技術】
[0002]隨著科技的發展，電子技術在科學與工業等各個領域被廣泛運用，可作為印刷導電點或導電線路之用的導電油墨受到高度關注。作為導電填料，銀粉具有良好的導電性和抗氧化性，但由于其價格昂貴，成本太高，不適合在工業上推廣。銅粉也具有良好的導電性能，且其價格便宜，因此被認為是銀粉最佳替代品，但銅容易被氧化，這就限制了它的使用，且將銅粉制成導電油墨進行書寫、燒結必須在惰性氣體中進行，這就不利于它的操作。如果在銅粉表面包覆一層銀，制成銀包覆銅粉末，這樣既能提高納米銅粉的抗氧化能力，又可保持納米銅粉的優良導電特性，不僅兼備了貴金屬的某些性能，而價格又比單一貴金屬納米粉末低廉，所以銀包覆納米銅復合粒子具有廣闊的應用范圍。發明專利[CN1262043A]公開了一種用置換反應制備銀包覆銅粉的方法，但其主要用于抗菌劑的制備。發明專利[CN201210069139]公開了一種用L-抗壞血酸還原硝酸銀，沉積在銅粉表面的銀鍍銅粉的制備方法，這就需要對銅粉表面進行活化、清洗、敏化，步驟多，制備過程比較復雜。唐元勛等，參見電子元件與材料，Vol.28N0.9，采用用置換法還原絡合銀離子，在銅粉顆粒表面沉積金屬銀，但其制備工藝復雜且只研究了其抗氧化性，沒有進一步研究其導電性。在現有的銀包覆銅粉末的制備工藝中一般都用現成的銅粉直接還原銀，這就需要除去銅粉表面已經生成的氧化銅，而且在合成銀包覆銅粉末及制備成油墨的過程中會使用有毒藥品，對人體和環境都有很大傷害。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為了克服上述現有技術的不足，提供一種采用銀包覆納米銅復合粒子制備導電油墨的方法，該方法制備的銀包覆納米銅復合粒子具有良好的抗氧化性能，將其與丙三醇、乙二醇試劑按一定比例混合制成的導電油墨具有良好的導電性。
[0004]本發明的技術方案:
一種采用銀包覆納米銅復合粒子制備導電油墨的方法，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為保護劑，利用廉價安全的NaH2PO2.H2O直接將硫酸銅溶液還原成納米銅顆粒，通過銀離子與納米銅表面的金屬銅的原位氧化還原反應，在納米銅溶液中直接加入硝酸銀溶液合成銀包覆納米銅復合粒子、與丙三醇、乙二醇試劑按一定比例混合制成高質量的導電油墨，具體包括以下步驟:
I)將聚乙烯吡咯烷酮和NaH2PO2.H2O加入到去離子水中攪拌溶解配成溶液A，將CuSO4.5H20加入到去離子水配中攪拌溶解得到硫酸銅溶液，在硫酸銅溶液中滴加濃度為25wt%的氨水至PH值為10配成溶液B，將溶液B加入溶液A中加熱攪拌，在溫度為100-140°C下進行氧化還原反應2小時后，混合溶液變為紅棕色，即可制得納米銅顆粒溶 液；
2)將上述制得的納米銅顆粒溶液進行超聲攪拌使其分散均勻，將濃度為
0.0068-0.0136g/ml的硝酸銀溶液滴加入納米銅顆粒溶液中攪拌反應半小時，此時溶液顏色變為灰褐色，分離合成物并用乙醇離心清洗2-4次，干燥后得到銀包覆納米銅復合粒子，制備的銀包覆納米銅復合粒子具有良好的抗氧化性能；
3)將乙醇與丙三醇混合后加入上述銀包覆納米銅復合粒子進行超聲攪拌使其完全溶解，制得導電油墨；
4)將制上述導電油墨裝入中性筆管中，在照片紙上畫成導線，然后在150-180°C溫度下進行燒結，即可制得目標產品。
[0005]所述溶液A中聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、NaH2P02 -H2O與去離子水的用量比為Ig:2g:IOOml ;溶液B中CuSO4.5H20、去離子水與氨水的用量比為Ig:20ml:1ml ;溶液A與溶液B的質量比為1:3.2-4。
[0006]所述乙醇與丙三醇的體積比為1:3，導電油墨中銀包覆納米銅復合粒子的質量百分比為30-40%。
[0007]本發明的優點是:與現有技術相比，本發明不需要對銅粉進行表面清洗，配制油墨過程簡單，所需溶劑經濟易得且無毒；本發明從材料的制備到配制導電油墨，及通過書寫、噴墨打印的方式獲得導線都是在空氣中進行，并且無有毒藥品的使用，環境友好，可以簡單方便的完成制備工藝。
【具體實施方式】
[0008]實施例1:
一種采用銀包覆納米銅復合粒子制備導電油墨的方法，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為保護劑，利用廉價安全的NaH2PO2.H2O直接將硫酸銅溶液還原成納米銅顆粒，通過銀離子與納米銅表面的金屬銅的原位氧化還原反應，在納米銅溶液中直接加入硝酸銀溶液合成銀包覆納米銅復合粒子、與丙三醇、乙二醇試劑按一定比例混合制成高質量的導電油墨，具體包括以下步驟:
1)將0.4g聚乙烯吡咯烷酮和0.8gNaH2P02 -H2O加入到40ml去離子水中攪拌溶解配成溶液AJf 0.5gCuS04.5H20加入IOml去離子水配制成硫酸銅溶液，在硫酸銅溶液中滴加濃度為25 wt %的氨水至PH值為10配成溶液B，將溶液B加入A溶液中加熱攪拌，在溫度為100°C下反應2小時，溶液變為紅棕色，即可制得納米銅顆粒溶液；
2)將上述制得的納米銅顆粒溶液進行超聲攪拌使其分散均勻，將濃度為0.0068g/ml的硝酸銀溶液滴加入納米銅顆粒溶液中攪拌反應半小時，此時溶液顏色變為灰褐色，分離合成物并用乙醇離心清洗3次，干燥后得到銀包覆納米銅復合粒子；
3)將乙醇與丙三醇以體積比1:3混合后加入上述銀包覆納米銅復合粒子進行超聲攪拌使其完全溶解，導電油墨中銀包覆納米銅復合粒子的質量百分比為40%制得導電油墨；
4)將制上述導電油墨裝入中性筆管中，在照片紙上畫成導線，然后在160°C溫度下進行燒結，即可制得目標產品。
[0009]檢測表明:制得的導電油墨具有良好的導電性。
[0010]實施例2: 一種采用銀包覆納米銅復合粒子制備導電油墨的方法，具體包括以下步驟:
1)將0.4g聚乙烯吡咯烷酮和0.8gNaH2P02 -H2O加入到40ml去離子水中攪拌溶解配成溶液AJf 0.5gCuS04.5H20加入IOml去離子水配制成硫酸銅溶液，在硫酸銅溶液中滴加濃度為25 wt %的氨水至PH值為10配成溶液B，將溶液B加入A溶液中加熱攪拌，在溫度為120°C下反應2小時，溶液變為紅棕色，即可制得納米銅顆粒溶液；
2)將上述制得的納米銅顆粒溶液進行超聲攪拌使其分散均勻，將濃度為0.0136g/ml的硝酸銀溶液滴加入納米銅顆粒溶液中攪拌反應半小時，此時溶液顏色變為灰褐色，分離合成物并用乙醇離心清洗3次，干燥后得到銀包覆納米銅復合粒子；
3)將乙醇與丙三醇以體積比1:3混合后加入上述銀包覆納米銅復合粒子進行超聲攪拌使其完全溶解，導電油墨中銀包覆納米銅復合粒子的質量百分比為30%制得導電油墨；
4)將制上述導電油墨裝入中性筆管中，在照片紙上畫成導線，然后在170°C溫度下進行燒結，即可制得目標產品。
[0011]檢測表明:制得的導電油墨具有良好的導電性。
【權利要求】
1.一種采用銀包覆納米銅復合粒子制備導電油墨的方法，其特征在于:以聚乙烯吡咯烷酮作為保護劑，利用廉價安全的NaH2PO2.H2O直接將硫酸銅溶液還原成納米銅顆粒，通過銀離子與納米銅表面的金屬銅的原位氧化還原反應，在納米銅溶液中直接加入硝酸銀溶液合成銀包覆納米銅復合粒子、與丙三醇、乙二醇試劑按一定比例混合制成高質量的導電油墨，具體包括以下步驟: 1)將聚乙烯吡咯烷酮和NaH2PO2.H2O加入到去離子水中攪拌溶解配成溶液A，將CuSO4.5H20加入到去離子水配中攪拌溶解得到硫酸銅溶液，在硫酸銅溶液中滴加濃度為25wt%的氨水至PH值為10配成溶液B，將溶液B加入溶液A中加熱攪拌，在溫度為100-140°C下進行氧化還原反應2小時后，混合溶液變為紅棕色，即可制得納米銅顆粒溶液； 2)將上述制得的納米銅顆粒溶液進行超聲攪拌使其分散均勻，將濃度為0.0068-0.0136g/ml的硝酸銀溶液滴加入納米銅顆粒溶液中攪拌反應半小時，此時溶液顏色變為灰褐色，分離合成物并用乙醇離心清洗2-4次，干燥后得到銀包覆納米銅復合粒子，制備的銀包覆納米銅復合粒子具有良好的抗氧化性能； 3)將乙醇與丙三醇混合后加入上述銀包覆納米銅復合粒子進行超聲攪拌使其完全溶解，制得導電油墨； 4)將制上述導電油墨裝入中性筆管中，在照片紙上畫成導線，然后在150-180°C溫度下進行燒結，即可制得目標產品。
2.根據權利要求1所述采用銀包覆納米銅復合粒子制備導電油墨的方法，其特征在于:所述溶液A中聚乙烯吡咯烷酮、NaH2PO2.H2O與去離子水的用量比為Ig:2g:100ml ;溶液B中CuSO4.5H20、去離子水與氨水的用量比為Ig:20ml:1ml ;溶液A與溶液B的質量比為 I:3.2-4。
3.根據權利要求1所述采用銀包覆納米銅復合粒子制備導電油墨的方法，其特征在于:所述乙醇與丙三醇的體積比為1:3，導電油墨中銀包覆納米銅復合粒子的質量百分比為 30-40%。
【文檔編號】B22F1/02GK103464779SQ201310399414
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月5日 優先權日:2013年9月5日
【發明者】李文江, 支力, 李偉 申請人:天津理工大學