用于超聲氣溶膠(ua)的低粘度高負載的銀納米粒子油墨的制作方法
【技術領域】
[0001] 本公開通常涉及導電油墨。更具體地，本公開涉及用于超聲氣溶膠印刷的具有高 銀含量和低粘度的導電油墨，以及用于制備這種導電油墨的方法。
【背景技術】
[0002] 諸如銀納米粒子油墨的導電油墨具有通過溶液沉積過程制造用于電子器件應用 的導電圖案的很大優勢。銀納米粒子也可用于配制用于其他溶液沉積過程（包括例如旋 涂、浸涂和氣溶膠印刷）的導電油墨。
[0003] 使用超聲霧化器的氣溶膠印刷（UA印刷）為用于制造多種電子器件（如RFID標 簽、天線和電子傳感器等）的低成本的有效的印刷過程。
[0004] 然而，UA印刷通常需要具有高負載的銀（>50重量％ )和低粘度（< 5cps)的導 電油墨。不幸地，導電銀納米粒子油墨獲得這種高的銀含量以及低粘度是極具挑戰性的。
[0005] 目前的包括約50-70%的銀納米粒子高負載的導電油墨具有8至12cps范圍內的 粘度。然而，對于超聲氣溶膠油墨印刷應用，該粘度范圍通常不可接受。UA印刷通常需要小 于5cps的粘度。
[0006] 需要具有高銀負載（>50wt% )和低粘度（<5cps)的導電油墨，以滿足用于低成本 電子器件應用的UA印刷的需要。
【發明內容】
[0007] 如下詳細描述為進行本文的示例性實施例的最佳的目前預期的模式。所述描述不 以限制性的方式進行，而是僅為了說明本文的公開的一般原則而進行，因為本文的公開的 范圍由所附權利要求書最佳限定。
[0008] 如下描述各種發明特征，所述發明特征可各自彼此獨立地使用或與其他特征組合 使用。
[0009] 廣義地，本文的公開的實施例通常提供了一種低粘度的高負載銀納米粒子導電油 墨，其包含至少約50重量％的銀納米粒子、粘度等于或小于約Icps的溶劑，和穩定劑。 [0010] 在本文公開的另一方面，一種低粘度的高負載銀納米粒子導電油墨包含至少約50 重量％的銀納米粒子、溶劑和穩定劑，其中所述導電油墨具有小于約5cps的粘度。
[0011] 在本文公開的又一方面，一種低粘度的高負載銀納米粒子導電油墨包含至少約50 重量％的平均尺寸為約〇. 5至約IOOnm的銀納米粒子、溶劑和有機穩定劑。
【具體實施方式】
[0012] 在本公開中，術語"印刷"指能夠使導電油墨在基材上形成所需圖案的任意涂布技 術。合適的技術的例子包括例如氣溶膠印刷，如超聲氣溶膠印刷（UA)。
[0013] 本公開提供了用于UA印刷的包括高銀負載（>50重量％ )和低粘度（< 5cps)的 油墨。所述油墨包含至少約50重量％的銀納米粒子、穩定劑，和粘度等于或小于約Icps的 溶劑。本公開也提供用于制備這種油墨的方法。
[0014] 可通過任何合適的方法制備油墨。一種示例性的方法為通過溫和旋轉和搖動而用 溶劑溶解經穩定的銀納米粒子。然后用微濾器過濾銀油墨分散體。
[0015] 油墨可用于通過印刷而在基材上形成導電特征。可使用任何合適的印刷技術（例 如UA印刷）通過在基材上沉積油墨而進行印刷。在UA印刷過程中，使用超聲換能器裝置 產生通過噴嘴泵送的油墨液滴的細的氣溶膠霧。
[0016] 油墨沉積于其上的基材可為任何合適的基材，包括例如硅、玻璃板、塑料膜、片材、 織物或紙張。對于結構柔性的裝置，可使用塑料基材，如聚酯、聚碳酸酯、聚酰亞胺片材等。
[0017] 在印刷之后，可使圖案化的經沉積的導電漿狀油墨經受固化步驟。固化步驟可為 如下步驟，其中導電漿狀油墨的基本上全部的溶劑被去除，且油墨牢固粘附至基材。
[0018] 根據本文的實施例，銀納米粒子可具有亞微米范圍內的直徑。當相比于銀薄片時， 本文的銀納米粒子可具有獨特的性質。例如，本文的銀納米粒子可特征在于表面原子的提 高的反應性、高的電導率，和獨特的光學性質。此外，相比于銀薄片，銀納米粒子可具有更 低的熔點和更低的燒結溫度。由于銀納米粒子的小尺寸，銀納米粒子顯示出比銀薄片低 1000°C的熔點。例如，銀納米粒子可在120°C下燒結，這比塊體銀的熔融溫度低超過800°C。 所述更低的熔點是源于納米粒子中相對高的表面積/體積比，這允許相鄰粒子之間易于形 成結合。納米粒子的燒結溫度的大的降低能夠在柔性塑料基材上形成高度導電的痕跡或圖 案，因為所選的柔性基材在相對低的溫度下（例如150°C )熔化或軟化。
[0019] 本文的銀納米粒子可為單質銀、銀合金、銀化合物，或它們的組合。在實施例中，銀 納米粒子可為由純銀、銀合金或銀化合物涂布或鍍層的基本材料。例如，基本材料可為具有 銀鍍層的銅薄片。
[0020] 本文的銀化合物的例子可包括氧化銀、硫氰酸銀、氰化銀、氰酸銀、碳酸銀、硝酸 銀、亞硝酸銀、硫酸銀、磷酸銀、高氯酸銀、四氟硼酸銀、乙酰丙酮銀、乙酸銀、乳酸銀、草酸 銀，以及它們的衍生物。銀合金可由選自如下的至少一種金屬形成，但不局限于如下：Au、 Cu、Ni、Co、Pd、Pt、Ti、V、Mn、Fe、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Ru、Cd、Ta、Re、Os、Ir、Al、Ga、Ge、In、Sn、 Sb、Pb、Bi、Si、As、Hg、Sm、Eu、Th Mg、Ca、Sr 和 Ba。
[0021] 在實施例中，銀化合物可包含如下中的任一者或兩者：（i) 一種或多種其他金屬 和（ii) 一種或多種非金屬。合適的其他金屬包括例如Al、Au、Pt、Pd、Cu、Co、Cr、In*Ni， 特別是過渡金屬，例如Au、Pt、Pd、Cu、Cr、Ni和它們的混合物。示例性的金屬復合材料包括 Au-Ag、Ag-Cu、Au-Ag-Cu和Au-Ag-Pd。金屬復合材料中的合適的非金屬包括例如Si、C和 Ge0
[0022] 在實施例中，銀納米粒子可為單質銀。
[0023] 本文的銀納米粒子可具有例如約0. 5至約100nm，或約I. 0至約50. 0微米，或約 I. 0至約20. 0微米的平均粒度。
[0024] 納米尺寸的銀納米粒子的使用產生具有高導電率和低表面粗糙度的薄的均勻的 膜，這對于多層電子器件集成是重要的。
[0025] 銀納米粒子可具有任何形狀或幾何。在某些實施例中，銀納米粒子可具有球形。
[0026] 銀納米粒子可以以例如導電油墨的至少約50重量％，或導電油墨的約50至約90 重量％，或導電油墨的約55至約85重量％的量存在于導電油墨中。
[0027] 在實施例中，銀納米粒子具有例如至少約1天，或約3天至約1周，或約5天至約 1個月，或約1周至約6個月，或約1周至超過1年的穩定性（即存在納米粒子