本發(fā)明屬于化學(xué)化工領(lǐng)域，涉及一種金屬納米導(dǎo)電墨水及其制備方法，特別的，該金屬納米導(dǎo)電墨水可通過噴墨、凹印等方式轉(zhuǎn)移到PET膜、銅版紙等基材上，烘干燒結(jié)后形成高導(dǎo)電的圖案和線路，可一次形成大于0.5um印刷厚度，并可小于150℃低溫?zé)Y(jié)，電阻率低至5uΩ·cm。

背景技術(shù)：

納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1-100nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。當(dāng)宏觀物體被細(xì)分到納米尺度后，其光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)及化學(xué)方面的性質(zhì)將會有顯著的改變，可廣泛應(yīng)用于電子、醫(yī)藥、化工、軍事、航空航天等眾多領(lǐng)域。金屬納米材料如金、銀、銅等具有獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)等性能，因此在電子、光學(xué)、顯示、傳感、能源等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用

傳統(tǒng)油墨是一種穩(wěn)定的膠體分散體系，通常由顏料、固體樹脂、揮發(fā)性溶劑、填充料和添加劑組成。顏料為傳統(tǒng)油墨提供色彩，固體樹脂為成膜物質(zhì)。傳統(tǒng)導(dǎo)電油墨是含有微米級導(dǎo)電粒子的膠體分散體系，其烘干或者高溫?zé)Y(jié)后可形成導(dǎo)電的圖案和線路，廣泛應(yīng)用于印刷電路板、太陽能光伏等領(lǐng)域。

傳統(tǒng)導(dǎo)電油墨如果僅僅是低溫烘干，則導(dǎo)電粒子是通過物理接觸導(dǎo)通電流，因而電阻大，耐濕熱老化性能不佳，在戶外等苛刻環(huán)境應(yīng)用受限。為了擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，過去一般采用高溫?zé)Y(jié)，去除有機(jī)物，讓金屬顆粒粒子熔化成一體，從而改善導(dǎo)電性及穩(wěn)定性。然而其燒結(jié)溫度一般高于400℃以上，很難滿足塑料基電子器件和產(chǎn)品的應(yīng)用。

最近，人們采用金屬納米粒子來實(shí)現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)導(dǎo)電。然而納米粒子的分散是極其困難的，通常需要大量的有機(jī)物，否則在膠體體系中會不穩(wěn)定，發(fā)生團(tuán)聚、絮凝和沉淀，最終影響使用。但是采用大量的有機(jī)物改善其分散，則在低溫?zé)Y(jié)時由于有機(jī)物的存在會影響其導(dǎo)電性，甚至阻礙燒結(jié)融合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中金屬納米粒子墨水有機(jī)物含量高、有效成分低、燒結(jié)溫度高、印刷厚度薄等諸多缺點(diǎn)，特別地引入可低溫分解型金屬有機(jī)物作為金屬納米粒子的分散劑，實(shí)現(xiàn)金屬納米粒子的穩(wěn)定分散，并在低溫小于150℃下分解改善金屬納米粒子的融合，從而實(shí)現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)、高導(dǎo)電及大厚度印刷。

一種金屬納米導(dǎo)電墨水，含有以下成分：

1)粒徑在1-500nm范圍內(nèi)的金、銀、銅納米粒子粉，含量10-60wt％；

2)可低溫小于150℃分解的金屬有機(jī)物，含量5-20wt％；

3)不揮發(fā)有機(jī)成分，用量0-1wt％；

4)揮發(fā)有機(jī)成分，用量20-80wt％。

優(yōu)選的，粒徑在1-500nm范圍內(nèi)的金、銀、銅納米粒子粉可采用化學(xué)法合成、物理研磨、爆炸法等制備。當(dāng)采用化學(xué)法合成得到的金屬納米粒子時，需通過清洗、離心和沉淀等工藝去除過量有機(jī)物，至含量低小于1wt％。當(dāng)用物理研磨等其它方法制備的金屬納米粒子時，其有機(jī)物含量也應(yīng)控制在小于1wt％。

優(yōu)先的，可低溫小于150℃分解的金屬有機(jī)物，具有如下結(jié)構(gòu)：

M-X1-R-X2，

其中：M是金、銀、銅離子；R是烷基鏈，為確保低溫?fù)]發(fā)分解，通常R含1-4個碳原子；X1為連接金屬離子的官能基團(tuán)，如-COO-，-S-，-N-等可與金、銀、銅離子配合的基團(tuán)；X2為可分散金、銀、銅納米粒子的功能基團(tuán)，如-COOH，-SH，-NH2，乙二醇醇醚鏈(鏈節(jié)數(shù)1-4)，丙二醇醚鏈(鏈節(jié)數(shù)1-4)，聚乙烯吡咯烷酮鏈(鏈節(jié)數(shù)1-4)。

優(yōu)選的，不揮發(fā)有機(jī)成分為高分子樹脂；所用高分子樹脂為乙基纖維素、羥丙基纖維素、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂。

優(yōu)選的，揮發(fā)有機(jī)成分為高沸點(diǎn)溶劑、表面助劑。

優(yōu)選的，所用高沸點(diǎn)溶劑為乙二醇丙醚、乙二醇丁醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丙醚、二乙二醇丁醚、丙二醇丙醚、丙二醇丁醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丙醚、二丙二醇丁醚、乙二醇丙醚醋酸酯、乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇丙醚醋酸酯、丙二醇丁醚醋酸酯、二丙二醇乙醚醋酸酯、二丙二醇丙醚醋酸酯、二丙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇、松油醇、石油醚。

優(yōu)選的，所用表面助劑為有機(jī)胺、有機(jī)羧酸、聚氧乙烷和聚氧丙烷共聚物，失水山梨醇脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪醇醚、聚氧乙烯聚脂肪醇醚、聚甘油脂肪酸酯、聚硅氧烷、聚醚改性硅氧烷。

一種金屬納米導(dǎo)電墨水的的制備方法，包括以下步驟：

1、將一定量高分子樹脂或其混合物攪拌加入前述高沸點(diǎn)溶劑或其混合物，加熱至60-120℃溶解30-120min，配制0-5wt％的高分子樹脂溶液，稱為組分A；

2、將可低溫小于150℃分解的金屬有機(jī)物溶解在甲醇、乙醇、丁烷、己烷、環(huán)己烷等低沸點(diǎn)溶劑中，稱為組分B；

3、將粒徑在1-500nm范圍內(nèi)的金、銀、銅納米粒子粉末，按比例加入到冷卻的組分A中，然后混入一定體積的組分B；

4、將上述步驟3)得到的混合物通過研磨、高速剪切、三輥密煉促進(jìn)分散，得到粘稠的組分C；

5、將前述高沸點(diǎn)溶劑或其混合物或組分A按一定比例加入到組分C中，調(diào)整體系粘度、金屬納米粒子含量，得到最終的金屬納米導(dǎo)電墨水。

上述的高分子樹脂為乙基纖維素、羥丙基纖維素、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂；上述的金屬有機(jī)物，具有如下結(jié)構(gòu)M-X1-R-X2，其中：M是金、銀、銅離子，R是烷基鏈，通常R含1-4個碳原子，X1為連接金屬離子的官能基團(tuán)，X2為可分散金、銀、銅納米粒子的功能基團(tuán)；上述的高沸點(diǎn)溶劑為乙二醇丙醚、乙二醇丁醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丙醚、二乙二醇丁醚、丙二醇丙醚、丙二醇丁醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丙醚、二丙二醇丁醚、乙二醇丙醚醋酸酯、乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇丙醚醋酸酯、丙二醇丁醚醋酸酯、二丙二醇乙醚醋酸酯、二丙二醇丙醚醋酸酯、二丙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇、松油醇、石油醚。

由于上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果在于：實(shí)現(xiàn)金屬納米粒子的穩(wěn)定分散，并在低溫小于150℃下分解改善金屬納米粒子的融合，從而實(shí)現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)、高導(dǎo)電及大厚度印刷，并廣泛應(yīng)用于各種金屬納米導(dǎo)電墨水及其制備方法中。

具體實(shí)施方式

下面以具體實(shí)施例來對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：

實(shí)施例1：

1)將乙基纖維素攪拌加入二丙二醇丁醚，加熱至60-80℃溶解60-120min，制成濃度0-50g/L的高分子樹脂溶液，稱為組分A；

2)將可低溫分解的金屬有機(jī)物AgOOC-CH2OCH2CH2OCH2CH2OH溶解在乙醇低沸點(diǎn)溶劑中，得到濃度10-40wt％，稱為組分B；

3)將多元醇法合成得到的納米銀粒子粉(粒徑50-150nm范圍內(nèi))加入A中，攪拌制成濃度80wt％分散液，然后按比例加入組分B；

4)將步驟3)得到的混合物通過研磨促進(jìn)分散，得到粘稠的組分C；

5)將松油醇按一定比例加入到組分C中，調(diào)整體系粘度、金屬納米粒子含量，得到銀納米導(dǎo)電墨水。

將實(shí)施例1中得到的銀納米導(dǎo)電墨水用一般商業(yè)型R2R凹印設(shè)備測試，可實(shí)現(xiàn)1-3um厚度、最細(xì)50um線徑的印刷，小于150℃低溫?zé)Y(jié)電阻率在銅版紙上低至5uΩ·cm，在PET薄膜上低至10uΩ·cm。

實(shí)施例2:

1)將丙烯酸酯樹脂攪拌加入前述醇醚和醇酯混合溶劑，加熱至80-100℃溶解60-120min，制成濃度0-50g/L的高分子樹脂溶液，稱為組分A；

2)將可低溫分解的金屬有機(jī)物AgOOC-CH2OCH2CH2NHCH2CH2NH2溶解在甲醇低沸點(diǎn)溶劑中，得到濃度10-40wt％，稱為組分B；

3)將納米銅粒子粉(粒徑200-500nm)加入A中，攪拌制成濃度80wt％分散液，然后按比例加入組分B；

4)將步驟3)得到的混合物通過高速剪切促進(jìn)分散，得到粘稠的組分C；

5)將松油醇按一定比例加入到組分C中，調(diào)整體系粘度、金屬納米粒子含量，得到銅納米導(dǎo)電墨水。

將實(shí)施例2中得到的銅納米導(dǎo)電墨水用一般商業(yè)型R2R凹印設(shè)備測試，可實(shí)現(xiàn)1-3um厚度、最細(xì)50um線徑的印刷，小于150℃低溫?zé)Y(jié)電阻率在銅版紙上低至10uΩ.cm，在PET薄膜上低至20uΩ.cm。

實(shí)施例3:

1)將可低溫分解的金屬有機(jī)物AgSCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OH溶解在乙醇低沸點(diǎn)溶劑中，得到濃度10-40wt％，稱為組分A；

2)將納米銀粒子粉(粒徑10-50nm范圍內(nèi))加入前述醇醚和醇酯混合溶劑，制成濃度80wt％分散液，然后按比例加入組分A；

3)將步驟2)得到的混合物通過三輥密煉促進(jìn)分散，得到粘稠的組分B；

4)將松油醇等混合溶劑按一定比例加入到組分B中，調(diào)整體系粘度、金屬納米粒子含量，得到銀納米導(dǎo)電墨水。

將實(shí)施例3中得到的銀納米導(dǎo)電墨水采用Dimatix DMP-2831設(shè)備噴墨打印測試，可實(shí)現(xiàn)0.5-1um厚度、最細(xì)50um線徑的印刷，小于150℃低溫?zé)Y(jié)電阻率在銅版紙上低至5uΩ.cm，在PET薄膜上低至10uΩ.cm。

實(shí)施例4:

1)將可低溫分解的金屬有機(jī)物AgSCH2CH2NHCH2CH2N2溶解在乙醇低沸點(diǎn)溶劑中，得到濃度10-40wt％，稱為組分A；

2)將納米金粒子粉(粒徑5-20nm范圍內(nèi))加入前述醇醚和醇酯混合溶劑，制成濃度80wt％分散液，然后按比例加入組分A；

3)將步驟2)得到的混合物通過研磨促進(jìn)分散，得到粘稠的組分B；

4)將松油醇等混合溶劑按一定比例加入到組分B中，調(diào)整體系粘度、金屬納米粒子含量，得到金納米導(dǎo)電墨水。

將實(shí)施例4中得到的金納米導(dǎo)電墨水采用Dimatix DMP-2831設(shè)備噴墨打印測試，可實(shí)現(xiàn)0.5-1um厚度、最細(xì)50um線徑的印刷，小于200℃低溫?zé)Y(jié)電阻率在銅版紙上低至5uΩ.cm，在PET薄膜上低至10uΩ.cm。