專利名稱：：一組打印導(dǎo)電薄膜的墨水及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明專利涉及制作導(dǎo)電薄膜的墨水及其使用方法，可以用來制作電子元器件、導(dǎo)線和天線。
背景技術(shù)：
：印刷電子(PrintedElectronics或PrintableElectronics)用來描述將電子電路印制在一些常用的介質(zhì)如紙、塑料或織物等上的技術(shù)。理想地，印刷電子技術(shù)采用一些通用的印刷方法，如絲網(wǎng)印刷、凸版印刷、凹版印刷，和平板印刷等。印刷電子使一些無法用傳統(tǒng)的電子電路實(shí)現(xiàn)的特殊應(yīng)用成為可能，例如可彎曲的柔性顯示器、智能標(biāo)簽、能播放動(dòng)畫的海報(bào)和主動(dòng)服裝(activeclothing)。印刷電子技術(shù)采用特殊的墨水來打印電子器件，其中導(dǎo)電墨水的研制，是最近的一個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)。導(dǎo)電墨水可以用來打印無源器件、導(dǎo)線或天線等。通過導(dǎo)電墨水在產(chǎn)品的包裝盒上印制RFID天線，比傳統(tǒng)的金屬天線成本低、印制速度快、節(jié)省空間，并利于環(huán)保。導(dǎo)電油墨的導(dǎo)電填料已開始由傳統(tǒng)的銀粉材料變成由納米銀粉或納米銀粉和普通銀粉的混合物，以及其他一些金屬，以降低固含量和后處理溫度，導(dǎo)電高分子和樹脂混合以及導(dǎo)電高分子和金屬復(fù)合等各種新型導(dǎo)電油墨也正在被諸多機(jī)構(gòu)所研究。在RFID標(biāo)簽的推廣中，主要問題之一就是成本，RFID的天線的成本主要包括銀和襯底材料的價(jià)格。為了相對(duì)于傳統(tǒng)的條碼具有競爭力，RFID標(biāo)簽的成本必須足夠低。對(duì)于一個(gè)典型的應(yīng)用(5cn^7cm)，銀和襯底材料的總價(jià)格希望被控制到1個(gè)美分以下。我們以最常用的導(dǎo)電墨水為例進(jìn)行分析。典型的，導(dǎo)電墨水中的導(dǎo)電顆粒是銀的納米顆粒。導(dǎo)電墨水被噴濺在襯底上時(shí)，銀納米顆粒松散地堆積在一起，形成一種松散的結(jié)構(gòu)。真正的黏合過程發(fā)生在打印出的結(jié)構(gòu)被加熱到一定的溫度(與墨水的特性有關(guān)，典型地為120攝氏度或更高溫度)后，在退火冷卻的過程中，導(dǎo)電顆粒將逐漸融合為致密的結(jié)構(gòu)，從而形成導(dǎo)電薄膜。這個(gè)過程被稱為固化。—般而言，固化的溫度越高，生成的結(jié)構(gòu)越致密，薄膜的電阻越小。但是燒結(jié)的溫度會(huì)直接限制襯底材料的選擇。普通的紙張是成本最低的襯底材料，只能承受110150攝氏度的溫度。如果需要更高的固化溫度，需要選用其他耐高溫的材料。目前RFID襯底材料中常用的一種樹脂材料，PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二酯，英文Polyethyleneter印hthalate)，價(jià)格就是普通紙張的大約50倍。降低成本的途徑是減少銀的含量和降低襯底的耐受溫度。目前主要采用的一個(gè)方法是降低銀納米顆粒的尺寸。由于尺寸的降低，生成的薄膜結(jié)構(gòu)會(huì)更加致密，另外，燒結(jié)溫度隨著銀納米顆粒尺寸的降低而顯著地降低，從而降低了對(duì)襯底的耐受溫度的要求。上述的方法雖然降低了銀的用量，但是需要制造更小尺寸的納米顆粒，從而增加了制造的成本。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于改進(jìn)現(xiàn)有的導(dǎo)電墨水配方，提供一種工藝簡單、成本低的導(dǎo)電3薄膜的制造方法。本發(fā)明提供了一種解決方案，能夠在低耐受溫度的襯底上打印高導(dǎo)電性的薄膜。本發(fā)明的墨水由至少兩種溶液組成，一種為金屬化合物溶液，另外一種是還原劑。在印刷的過程中，從噴嘴中噴射出金屬化合物溶液和還原劑溶液，形成導(dǎo)電性金屬層。適宜的金屬化合物為銀、鐵、鋁、銅、鎳、鈷的化合物金屬鹽溶液。通常情況下，導(dǎo)電墨水由兩種溶液組成，但是某些情況下，一組完整的墨水包括至少兩種的溶液，在某些情況下，可以添加其它的溶液以達(dá)到催化、或者其它特殊效果(如顏色)。噴墨打印時(shí)，分別噴出的溶液在襯底附近相遇，并以混合狀態(tài)附著在襯底表面上，或者金屬化合物溶液和還原劑溶液以上下積層狀態(tài)噴射在襯底表面上。這種方法薄膜形成的機(jī)制類似于化學(xué)噴鍍。然而化學(xué)噴鍍中使用的高壓靜電噴槍的霧化顆粒度約為2545微米；而目前的噴墨打印機(jī)的噴嘴直徑可以小于l個(gè)微米。隨著墨頭工藝的改進(jìn)，墨頭中噴嘴可以做得更加精細(xì)，墨滴體積可以做到很小，新型噴墨打印機(jī)(如佳能8200)采用了4微微升(Pl)的超精細(xì)墨滴(1微微升=1X10—12升)，直徑不足發(fā)絲(70微米)的六分之一。因此采用噴墨打印的方法，一方面能夠按照設(shè)計(jì)的圖案精密地打印出制定的形狀，另一方面，能夠生成更致密更均勻的金屬薄膜。噴墨打印有兩種方式，第一種是分層打印不同的溶液，不同的溶液以層狀附著在襯底表面，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；第二種是同時(shí)噴射不同的溶液，不同溶液的液滴在襯底表面相遇，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。本發(fā)明提供的方法與常用的含有納米導(dǎo)電顆粒的導(dǎo)電墨水相比較，有以下優(yōu)點(diǎn)1.采用化學(xué)反應(yīng)的方法生成導(dǎo)電薄膜，與金屬納米顆粒加熱固化生成導(dǎo)電薄膜的方法比較，結(jié)構(gòu)更加致密，導(dǎo)電性更高；2.本方法的墨水制備方法簡單，與常見的導(dǎo)電墨水相比較，不需要將金屬制備成納米顆粒，因此制備成本更低；3.本方法不需要固化，只需要進(jìn)行烘干以去除水分，因此降低了對(duì)襯底材料的要求。2004年全球RFID標(biāo)簽市場規(guī)模達(dá)40億美元，據(jù)專家預(yù)計(jì)，2010年全球RFID市場將達(dá)3000億美元。盡管不同機(jī)構(gòu)預(yù)測的結(jié)果可能存在差異.但都描繪出了RFID標(biāo)簽的應(yīng)用前景。由此可見，本發(fā)明一旦付諸實(shí)施，將創(chuàng)造巨大的市場效益。(無)具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:在PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二酯)襯底上打印銀薄膜導(dǎo)電墨水由以下幾種溶液組成銀氨溶液、甲醛溶液。其中，銀氨溶液的成分如下硝酸銀60g氨水60ml蒸餾水1L甲醛溶液的成分如下4甲醛65mL蒸餾水1L存儲(chǔ)銀氨溶液的容器與噴墨打印機(jī)的一個(gè)噴頭直接連接。存儲(chǔ)甲醛溶液的容器與噴墨打印機(jī)的另外一個(gè)噴頭連接。在清潔后的PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二酯)襯底上，先用噴墨打印機(jī)打印銀氨溶液在襯底上，然后按照同樣的圖案打印甲醛溶液，在底層的表面形成一層金屬層。用去離子水洗滌襯底表面，以去除反應(yīng)后生成物及未反應(yīng)的溶液。用熱風(fēng)對(duì)襯底烘干。另外，可以在金屬薄膜表面涂敷或者粘貼，以生成一層保護(hù)層、裝飾層或具有其它功能的薄層。實(shí)施例2:在玻璃上打印生成銅薄膜導(dǎo)電墨水由以下幾種溶液組成銅鹽溶液、甲醛溶液。其中，銅鹽溶液的成分如下硫酸銅(CuS045H20)16g酒石酸鉀鈉(NaKC4H4064H20)14g氫氧化鈉(NaOH)14g蒸餾水1L甲醛溶液的成份如下甲醛15g蒸餾水1L存儲(chǔ)銅鹽溶液的容器和存儲(chǔ)甲醛溶液的容器與噴墨打印機(jī)的同一個(gè)噴頭直接連接。在清潔后的玻璃襯底上，噴墨打印機(jī)同時(shí)打印兩種溶液在襯底上，在底層的表面形成一層金屬層。用去離子水洗滌襯底表面，以去除反應(yīng)后生成物及未反應(yīng)的溶液，用熱風(fēng)對(duì)襯底烘干。另外，可以在金屬薄膜表面涂敷或者粘貼，以生成一層保護(hù)層、裝飾層或具有其它功能的薄層。以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化、修改與結(jié)合，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。權(quán)利要求一組打印導(dǎo)電薄膜的墨水及其使用方法，其特征在于該墨水由至少兩種溶液組成，不同的溶液在制作過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在襯底上生成導(dǎo)電薄膜。2.如權(quán)利要求1所述的墨水及其使用方法，其特征在于所述的襯底是紙張、木材、樹脂、陶瓷、玻璃、皮革、橡膠、纖維材料、半導(dǎo)體材料。3.如權(quán)利要求l所述的墨水及其使用方法，其特征在于所述的溶液中，其中至少一種溶液含有金屬化合物，至少一種溶液含有還原劑。4.如權(quán)利要求3所述的墨水及其使用方法，其特征在于所述的金屬化合物為銀、鐵、鋁、銅、鎳、鈷的化合物。5.如權(quán)利要求3所述的墨水及其使用方法，其特征在于所述的還原劑為甲醛、乙醛、葡萄糖、果糖、酒石酸、丙酮、環(huán)乙酮、硫酸肼。6.如權(quán)利要求3所述的墨水及其使用方法，其特征在于所述的使用方法為噴墨打印。7.如權(quán)利要求6所述的墨水及其使用方法，其特征在于所述的溶液在噴墨打印的過程中，利用還原劑將金屬化合物中的金屬元素通過化學(xué)反應(yīng)還原在襯底表面，形成金屬薄膜。8.如權(quán)利要求7所述的墨水及其使用方法，其特征在于所述的墨水的印刷方法為通過一個(gè)噴頭上的不同噴嘴，分別噴出含有金屬化合物的溶液、含有還原劑的溶液、以及其它溶液；9.如權(quán)利要求7所述的墨水及其使用方法，其特征在于所述的墨水的印刷方法為通過位于不同噴頭上的噴嘴，分別噴出含有金屬化合物的溶液、含有還原劑的溶液、以及其它溶液。全文摘要本發(fā)明提供了一組打印導(dǎo)電薄膜的墨水及其使用方法，可用于制作電路的元器件、電路導(dǎo)線和射頻電路的天線等。本發(fā)明采用噴射至少兩種溶液，通過化學(xué)反應(yīng)，在襯底上生成金屬薄膜。這種化學(xué)反應(yīng)后生成的金屬薄膜具有良好的導(dǎo)電性，可以作為電路元器件、導(dǎo)線或者天線。本方法對(duì)襯底材料要求不高，生成的薄膜致密，附著力強(qiáng)，而且能夠大大降低電路的制造成本。文檔編號(hào)B41J2/01GK101712823SQ200910201公開日2010年5月26日申請日期2009年10月26日優(yōu)先權(quán)日2009年10月26日發(fā)明者李世潔申請人:李世潔