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間層組合物和由其制造的器件的制作方法

文檔序號:12299725閱讀:220來源:國知局
間層組合物和由其制造的器件的制作方法與工藝
本公開涉及間層組合物和由其形成的器件。
背景技術(shù)
:包含金屬納米顆粒的可溶液加工導(dǎo)電材料在電子工業(yè)中起著重要作用??墒褂每扇芤杭庸さ慕饘偌{米顆粒通過低成本的溶液沉積和圖案化技術(shù)來在電子器件如電極和電互連器中制造各種導(dǎo)電特征物??蛇x擇由金屬納米顆粒形成的導(dǎo)電特征物來提供足夠的導(dǎo)電性,以使所制造的電子器件能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟僮?。早先,公司開發(fā)了銀納米顆粒和油墨,其可通過噴墨印刷進(jìn)行溶液加工以用于各種電子器件應(yīng)用。公司發(fā)明了由有機(jī)胺穩(wěn)定的納米銀顆粒。美國專利8,765,025描述了一種金屬納米顆粒組合物,其包含有機(jī)穩(wěn)定的金屬納米顆粒和溶劑,其中所選擇的溶劑具有以下hansen溶解度參數(shù):約16mpa0.5或更大的分散參數(shù)及約8.0mpa0.5或更小的極性參數(shù)與氫鍵參數(shù)之和。美國專利7,270,694描述了一種制備穩(wěn)定化的銀納米顆粒的方法,其包括通過向包含還原劑、穩(wěn)定劑和溶劑的第一混合物中增量加入銀化合物來使銀化合物與還原劑反應(yīng),所述還原劑包含肼化合物,所述穩(wěn)定劑包含有機(jī)胺。美國專利申請序列號13/866,704描述了穩(wěn)定化的含金屬納米顆粒,其通過第一方法制備,所述第一方法包括通過向包含還原劑、穩(wěn)定劑和溶劑的第一混合物中增量加入銀化合物來使銀化合物與還原劑反應(yīng),所述還原劑包含肼化合物,所述穩(wěn)定劑包含有機(jī)胺。美國專利申請序列號14/188,284描述了用于凹版和柔版印刷的具有高銀含量的導(dǎo)電油墨及制備這樣的導(dǎo)電油墨的方法。公司已開發(fā)基于銀納米顆粒技術(shù)的柔版和凹版油墨。美國專利申請序列號14/594,746在其摘要中描述了一種包含銀納米顆粒、聚苯乙烯和油墨載體的納米銀油墨組合物。描述了一種制備納米銀油墨組合物的方法,其包括合并銀納米顆粒、聚苯乙烯和油墨載體。描述了一種使用柔版和凹版印刷工藝在基板上形成導(dǎo)電特征物的方法,其包括:提供包含銀納米顆粒、聚苯乙烯和油墨載體的納米銀油墨組合物;向基板上沉積納米銀油墨組合物以形成沉積的特征物;和加熱基板上的所述沉積的特征物以在基板上形成導(dǎo)電特征物。美國專利申請序列號14/573,191在其摘要中描述了一種包含銀納米顆粒、粘土分散體和油墨載體的納米銀油墨組合物。描述了一種在基板上形成導(dǎo)電特征物的方法,其包括:提供包含銀納米顆粒、粘土分散體和油墨載體的納米銀油墨組合物;向基板上沉積納米銀油墨組合物以形成沉積的特征物;和加熱基板上的所述沉積的特征物以在基板上形成導(dǎo)電特征物。已成功地在非極性溶劑如萘烷和聯(lián)環(huán)己烷中配制油墨并已成功地使用噴墨、凹版或柔版印刷技術(shù)印刷。市場上存在許多種納米顆粒油墨。這些油墨具有不同的極性。金屬納米顆粒油墨可易于分散在合適的溶劑中并用以通過低成本溶液沉積和圖案化技術(shù)、尤其是通過噴墨印刷技術(shù)在電子器件如電極和電互連器中制造各種導(dǎo)電特征物。然而,已經(jīng)發(fā)現(xiàn),一些金屬納米顆粒油墨可能在許多基板材料上過度鋪展,這可能降低印刷質(zhì)量。對于非極性的油墨來說,這尤其成問題。油墨與基板之間的相互作用不僅取決于油墨的性質(zhì),而且取決于基板的表面性質(zhì)(表面粗糙度、極性等)。涉及金屬納米顆粒油墨的另一個(gè)問題是期望由金屬納米顆粒(如銀納米顆粒油墨)形成的導(dǎo)電特征物具有足夠的粘附性和機(jī)械穩(wěn)固性特性,以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)碾娮悠骷圃旌凸δ?。然而,在某些基板如玻璃和柔性塑料基?如聚酰亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)和聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet))上的粘附性在某些情況下對于穩(wěn)固器件制造來說可能是不夠的。早先通過在銀導(dǎo)電油墨中添加少量包括聚乙烯醇縮丁醛(pvb)樹脂在內(nèi)的聚合物材料作為粘附促進(jìn)劑來解決粘附性問題。此方法適合于一些應(yīng)用。此方法的潛在缺點(diǎn)在于,來自這樣的油墨的印刷導(dǎo)電特征物的導(dǎo)電性在一些情況下可能顯著降低。因此,有必要開發(fā)有效的方法來改善粘附性并能夠形成具有穩(wěn)固機(jī)械性能的器件而不犧牲電子器件應(yīng)用中使用的金屬納米顆粒油墨的導(dǎo)電性。當(dāng)前可用的組合物和方法適合于其預(yù)期目的。然而,仍然需要改進(jìn)的電子器件組合物和方法。此外,仍然需要用于提供足夠的粘附性和機(jī)械穩(wěn)固性特性同時(shí)還保持印刷導(dǎo)電特征物的所需導(dǎo)電性的改進(jìn)方法。此外,仍然需要具有以下特性中的一者或多者的間層組合物:成膜能力;足夠的膜粘附性,在實(shí)施方案中對玻璃基板足夠的膜粘附性;接受導(dǎo)電油墨(在實(shí)施方案中為銀油墨)的能力,其中由間層形成的膜允許導(dǎo)電油墨與該膜的所需粘附;基于非極性溶劑的銀油墨潤濕性;良好的印刷質(zhì)量;和所需的導(dǎo)電性。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本公開的一個(gè)實(shí)施方案涉及由包含以下的成分形成的組合物:環(huán)氧化物;聚乙烯基苯酚;交聯(lián)劑;環(huán)氧硅烷;和溶劑。本公開的另一個(gè)實(shí)施方案涉及一種可印刷介質(zhì)。所述可印刷介質(zhì)包括基板和在基板上的膜。所述膜包含由包含以下的成分形成的固化組合物:環(huán)氧化物;聚乙烯基苯酚;交聯(lián)劑;環(huán)氧硅烷;和溶劑。本公開的再一個(gè)實(shí)施方案涉及一種器件。所述器件包括基板和在基板上的膜。所述膜包含由包含以下的成分形成的固化組合物:環(huán)氧化物;聚乙烯基苯酚;交聯(lián)劑;環(huán)氧硅烷;和溶劑。所述膜上有導(dǎo)電特征物。應(yīng)理解,前述一般性描述和以下詳細(xì)描述均僅是示例性和說明性的,而不限制所要求保護(hù)的本教導(dǎo)。附圖說明并入本說明書中并構(gòu)成其一部分的附圖示意了本教導(dǎo)的實(shí)施方案并與說明書一起用于解釋本教導(dǎo)的原理。圖1示意了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的器件。圖2a示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的在160℃下固化一小時(shí)而未加硅烷的印刷納米ag墨線圖像。圖2b示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的在160℃下固化一小時(shí)并加有2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三乙氧基硅烷(sie4668.0)的印刷納米ag墨線圖像。圖3a示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的在160℃下固化三小時(shí)而未加硅烷的印刷納米ag墨線圖像。圖3b示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的在160℃下固化三小時(shí)并加有2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三乙氧基硅烷(sie4668.0)的印刷納米ag墨線圖像。圖4a示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的在160℃下固化一小時(shí)而未加硅烷的印刷納米ag墨線圖像。圖4b示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的在160℃下固化一小時(shí)并加有2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷(sie4670.0)的印刷納米ag墨線圖像。圖5a示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的在160℃下固化三小時(shí)而未加硅烷的印刷納米ag墨線圖像。圖5b示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的在160℃下固化三小時(shí)并加有2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷(sie4670.0)的印刷納米ag墨線圖像。應(yīng)指出,附圖的一些細(xì)節(jié)已被簡化并繪制為便于理解實(shí)施方案而不是保持嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)精度、細(xì)節(jié)和比例。具體實(shí)施方式在實(shí)施方案中,提供了電子器件組合物和方法,其包括具有足夠的粘附性和/或機(jī)械穩(wěn)固性特性同時(shí)還保持印刷導(dǎo)電特征物的所需導(dǎo)電性的間層組合物。此外,提供了間層組合物,其具有以下特性中的一者或多者:成膜能力;足夠的膜粘附性,對各種基板如玻璃基板足夠的膜粘附性;接受導(dǎo)電油墨(在實(shí)施方案中為銀油墨)的能力,由間層形成的膜允許導(dǎo)電油墨與該膜的所需粘附;基于非極性溶劑的銀油墨潤濕性;非極性油墨在其上良好的印刷質(zhì)量;和所需的導(dǎo)電性。在實(shí)施方案中,描述了提供這些所需特性的組合的間層組合物;即,提供以下特性中不止一者或所有以下特性的間層組合物:成膜能力;平滑的固化間層膜表面;對包括玻璃在內(nèi)的基板的膜粘附性;油墨對膜的粘附性;納米顆粒導(dǎo)電油墨(包括水性納米顆粒油墨和基于非極性溶劑的納米顆粒銀油墨)的潤濕性;非極性油墨在其上良好的印刷質(zhì)量;和所需的導(dǎo)電性。所述間層組合物可用于任何合適或所需的應(yīng)用,包括但不限于可印刷傳感器或用于智能包裝的其他電子電路器件。所述間層組合物滿足在常規(guī)表面如聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚酰亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)等上印刷電子電路的能力的要求,同時(shí)還表現(xiàn)出合適的粘附性和平面化特性,與電子油墨相容,并且在實(shí)施方案中不需要額外的表面處理。所述間層組合物可用在多層電路印刷中并可用來制備電絕緣層。提供了可大大改善基板與自各種非極性金屬納米顆粒油墨(包括非極性銀納米顆粒油墨)構(gòu)建的印刷導(dǎo)電層之間的粘附性的間層組合物。在實(shí)施方案中,間層組合物由包含以下的成分的混合物制成:環(huán)氧化物(例如,環(huán)氧化合物或聚環(huán)氧化物)、聚乙烯基苯酚、交聯(lián)劑、環(huán)氧硅烷和溶劑。任選地,可引入少量表面添加劑來改善潤濕和鋪展性。此外,可引入任選的催化劑來改進(jìn)固化過程。在實(shí)施方案中,間層組合物具有以下性質(zhì),包括在約25℃下約2厘泊(cp)至約150cp的粘度和在約25℃下約18mn/m(毫牛頓每米)至約40mn/m的表面張力。在實(shí)施方案中,固化的間層組合物具有約-10℃至約100℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。低的玻璃化轉(zhuǎn)變有助于納米顆粒油墨粘附于間層膜上。在實(shí)施方案中,固化的間層膜還具有約65度至約95度的水接觸角,并且固化的間層膜表面粗糙度ra為約1納米至約10納米。所述間層可通過任何合適或所需的方法制造。在實(shí)施方案中,間層可通過溶液過程方法包括旋涂、浸涂、噴墨印刷等制備于各種基板上,然后在合適的溫度下退火以便固化。所述間層對包括例如玻璃和聚酰亞胺在內(nèi)的多種基板具有良好的粘附性。除良好的粘附性外,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示出高品質(zhì)的間層膜均勻性。導(dǎo)電特征物可通過任何合適或所需的方法制造。在實(shí)施方案中,導(dǎo)電特征物可通過溶液處理技術(shù)如噴墨印刷制備于具有預(yù)先施加的本公開的間層的基板上。在于合適的溫度下退火后,導(dǎo)電特征物可具有較高的導(dǎo)電性和顯著改善的粘附性。間層溶液是穩(wěn)定的,并且涂層可在不同的溫度下固化。間層組合物可在任何合適或所需的溫度下固化任何合適的時(shí)間段。在實(shí)施方案中,本文的經(jīng)涂布組合物可在約80至約200℃、或約100至約180℃、或約120至約160℃的溫度下固化約0.5至約5小時(shí)、或約1至約4小時(shí)、或約1小時(shí)至約3小時(shí)。在實(shí)施方案中,間層組合物可在約160℃下固化約1至約3小時(shí)。由于固化的間層膜為優(yōu)異的電絕緣器,故金屬納米顆粒油墨的導(dǎo)電性不會受本間層涂料組合物的影響。所得到的間層在固化后將提供對于印刷電子學(xué)而言具有平衡的性質(zhì)的膜,包括合適的水接觸角以控制油墨潤濕性、表面平滑性、電絕緣性、合適的玻璃化轉(zhuǎn)變以控制柔性電子器件制造的柔性、以及如本文所述的其他性質(zhì)。間層組合物可包含提供成膜性的聚乙烯基苯酚(pvp)、用作構(gòu)建單元以實(shí)現(xiàn)特定結(jié)構(gòu)性能的環(huán)氧化物、交聯(lián)劑、任選地表面活性劑和溶劑。另外,間層組合物包含環(huán)氧官能化的硅烷(本文也稱環(huán)氧硅烷)。環(huán)氧硅烷用作球狀突起以有效地控制印刷在間層上的納米顆粒油墨的印刷行為,如潤濕、鋪展和印刷線寬度。通過在間層配方中引入環(huán)氧官能化的硅烷,可控制印刷質(zhì)量(包括印刷線寬度)至所需的水平。在一個(gè)實(shí)施方案中,間層組合物無(即,不含)硬化劑或硬化化合物。合適的環(huán)氧化物的實(shí)例可包括novolac環(huán)氧樹脂,如環(huán)氧苯酚酚醛清漆(epn)和環(huán)氧甲酚酚醛清漆(ecn),其實(shí)例是本領(lǐng)域熟知的,如鄰-甲酚-縮水甘油醚;以及其他芳族環(huán)氧樹脂或化合物,如對-叔丁基苯基-縮水甘油醚;和脂族環(huán)氧化物,如縮水甘油基環(huán)氧樹脂、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、新戊二醇二縮水甘油醚、聚(丙二醇)二縮水甘油醚、c12-c14縮水甘油醚如烷基(c12-c14)縮水甘油醚、乙基己基縮水甘油醚、1,4-丁二醇二縮水甘油醚、聚甘油-3-縮水甘油醚、環(huán)己烷二甲醇-二縮水甘油醚、甘油-三縮水甘油醚、季戊四醇-聚縮水甘油醚、2-乙基己基-縮水甘油醚、1,6-己二醇-二縮水甘油醚;基于三-(羥基苯基)-甲烷的環(huán)氧化物和環(huán)脂族環(huán)氧化物。市售環(huán)氧化物包括gnssg-8008、gnssg-8116和polypoxtm家族的縮水甘油醚,如polypoxr3、polypoxr6、polypoxr7、polypoxr9、polypoxr11、polypoxr12、polypoxr14、polypoxr16、polypoxr17、polypoxr18、polypoxr19、polypoxr20和polypoxr24,其均可得自dowchemicalcompany(midland,mi)。除上面列出的那些外,也可采用其他合適的芳族或脂族環(huán)氧化物,或者可采用其他合適的芳族或脂族環(huán)氧化物代替上面列出的那些。在實(shí)施方案中,本文的間層組合物包含式1的脂族環(huán)氧化合物或由其制得的環(huán)氧聚合物:其中x可為具有1至70個(gè)碳原子、如1至60、1至30、2至20或2至10個(gè)碳原子和至少一個(gè)氧原子的飽和或不飽和、直鏈、支鏈或環(huán)狀脂族基團(tuán);y可定義為縮水甘油基基團(tuán)、環(huán)氧基團(tuán)、烷氧基(-or)基團(tuán)或羥基基團(tuán);r可為烷基,如c1至c6烷基;r1可為氫原子、烷基如c1至c6烷基、或-or2基團(tuán),其中r2可為c1至c3烷基或環(huán)氧基團(tuán);m在1至10的范圍內(nèi),如1至5;n在1至20的范圍內(nèi),如1至5;q在0至10的范圍內(nèi),如1至5。在一個(gè)實(shí)例中,m和q均為1。在另一個(gè)實(shí)施方案中,m、n和q均為1。脂族基團(tuán)x中的所述至少一個(gè)氧原子可作為任何含氧基團(tuán)包含,包括但不限于縮水甘油基基團(tuán)、環(huán)氧基團(tuán)、醚基團(tuán)、羰基基團(tuán)、羧酸酯基團(tuán)、羥基基團(tuán)、烷氧基(-or)基團(tuán)以及它們的組合。在一個(gè)實(shí)施方案中,x具有式在一個(gè)實(shí)施方案中,y為下式的環(huán)氧基團(tuán):在某些實(shí)施方案中,環(huán)氧化物包含以下脂族化合物或由其制得的環(huán)氧聚合物中的一者或多者,其中所述脂族化合物選自下式的化合物:其中n為1至15,如1至10、或3至9。如式(1)所描述的環(huán)氧化合物的具體實(shí)例包括:1,4-丁二醇二縮水甘油醚:1,6-己二醇二縮水甘油醚:1,4-環(huán)己烷二甲醇二縮水甘油醚:新戊二醇二縮水甘油醚:1,2,3-丙三醇縮水甘油醚:三羥甲基丙烷三縮水甘油醚[cas#030499-70-8]蓖麻油表氯醇聚合物季戊四醇聚縮水甘油醚[30973-88-7]聚(乙二醇)二縮水甘油醚其中n為2至15聚(丙二醇)二縮水甘油醚其中n為2至10。如上文所述,環(huán)氧化物可包含本文描述的任何環(huán)氧化合物和/或由所述環(huán)氧化合物形成的環(huán)氧聚合物,其中所述環(huán)氧化合物不同于本文描述的環(huán)氧硅烷。環(huán)氧聚合物,本文也稱環(huán)氧樹脂,可通過采用環(huán)氧化合物作為可反應(yīng)形成任何所需長度或分子量的聚環(huán)氧化物(如低聚物或較長鏈聚合物)的單體來制備。自環(huán)氧化合物,如本文公開的那些,形成環(huán)氧聚合物的技術(shù)是本領(lǐng)域已知的。環(huán)氧化物可以任何合適或所需的量提供在間層組合物中。在實(shí)施方案中,基于間層組合物的總重量計(jì),環(huán)氧化物以約5至約45重量%、約10至約35重量%、或約15至約25重量%的量存在??蔀楸景l(fā)明的間層組合物選擇任何合適或所需的聚乙烯基苯酚。在實(shí)施方案中,聚乙烯基苯酚選自聚(4-乙烯基苯酚)、聚(乙烯基苯酚)/聚(丙烯酸甲酯)、聚(乙烯基苯酚)/聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(4-乙烯基苯酚)/聚(乙烯基甲基酮)以及它們的組合。在實(shí)施方案中,選擇重均分子量(mw)為約10,000至約50,000、或約15,000至約40,000、或約20,000至約30,000的聚乙烯基苯酚。聚乙烯基苯酚可以任何合適或所需的量提供在間層組合物中。在實(shí)施方案中,基于間層組合物的總重量計(jì),聚乙烯基苯酚以約0.5至約30重量%、或約1至約20重量%、或約2至約10重量%的量存在。間層組合物還含交聯(lián)劑。在一個(gè)實(shí)施方案中,交聯(lián)劑為密胺樹脂??蔀楸疚牡膶?shí)施方案選擇任何合適或所需的密胺樹脂。在某些實(shí)施方案中,密胺樹脂為密胺-甲醛共聚物??蔀楸景l(fā)明的間層組合物選擇任何合適或所需的密胺-甲醛共聚物。在實(shí)施方案中,密胺-甲醛共聚物選自甲基化的密胺-甲醛共聚物、丁基化的密胺-甲醛共聚物、異丁基化的密胺-甲醛共聚物、丙烯酸酯化的密胺-甲醛共聚物、甲基化/丁基化的密胺-甲醛共聚物以及它們的組合。交聯(lián)劑可以任何合適或所需的量提供在間層組合物中。在實(shí)施方案中,基于間層組合物的總重量計(jì),交聯(lián)劑如密胺-甲醛共聚物以約0.5至約15重量%、或約1至約10重量%、或約2至約5重量%的量存在。間層組合物還包含環(huán)氧硅烷。如上文所述,環(huán)氧硅烷可根據(jù)需要以控制印刷線寬度的有效量添加。在不添加環(huán)氧硅烷的情況下,本公開的組合物可能由于過度鋪展而潛在地顯示相對差的圖像質(zhì)量,這歸因于非極性油墨與間層不相容。當(dāng)向間層配方中添加時(shí),環(huán)氧硅烷可改善與非極性油墨如非極性納米銀油墨的相容性。據(jù)信這是由于與一些其他環(huán)氧化物相比環(huán)氧硅烷的相對非極性性質(zhì)。環(huán)氧硅烷的實(shí)例包括下面通式3和4的那些:r3、r4和r5可獨(dú)立地選自烷基基團(tuán),包括c1至c6烷基基團(tuán)如甲基、乙基、丙基和丁基基團(tuán),和-or6基團(tuán),其中r6為烷基基團(tuán),包括c1至c6烷基基團(tuán)如甲基、乙基、丙基和丁基基團(tuán);y在0至10的范圍內(nèi),z在1至12的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中,r3、r4和r5基團(tuán)中的一者、二者或三者為-or6,其中r6為如上所定義。合適的式3的市售環(huán)氧硅烷的實(shí)例包括2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)-乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)-乙基三乙氧基硅烷、三(十二烷氧基)(2-{7-氧雜雙環(huán)[4.1.0]庚烷-3-基}硅烷。式4的市售環(huán)氧硅烷的實(shí)例包括3-(2,3-環(huán)氧丙氧基丙基)-甲基二乙氧基硅烷、3-(2,3-環(huán)氧丙氧基丙基)-甲基二甲氧基硅烷、3-(2,3-環(huán)氧丙氧基丙基)三甲氧基硅烷和3-(2,3-環(huán)氧丙氧基丙基)三乙氧基硅烷??刹捎檬?和4的化合物的任何組合。除式3和4的化合物外,也可采用具有足以改善印刷質(zhì)量的非極性程度的任何其他環(huán)氧硅烷,或者可采用具有足以改善印刷質(zhì)量的非極性程度的任何其他環(huán)氧硅烷代替式3和4的化合物,其中印刷質(zhì)量的改善例如通過與在無環(huán)氧硅烷的情況下使用的相同組合物相比減小線寬來實(shí)現(xiàn)。環(huán)氧硅烷可以任何合適或所需的量提供在間層組合物中。在實(shí)施方案中,基于間層組合物的總重量計(jì),環(huán)氧硅烷以約0.05至約5重量%、或約0.25至約3重量%、或約0.5至約1.5重量%的量存在?;陂g層組合物的總重量計(jì),間層組合物包含約10至約50重量%的固體、或約15至約40重量%的固體、或約20至約30重量%的固體。在特定的實(shí)施方案中,基于間層組合物的總重量計(jì),間層組合物含少于約30重量%固體的選定固體含量。例如,在實(shí)施方案中,基于間層組合物的總重量計(jì),間層組合物含約10到少于約30重量%固體、或約15到少于約30重量%固體、或約20到少于約30重量%固體的固體含量??蔀楸景l(fā)明的間層組合物選擇任何合適或所需的溶劑。在實(shí)施方案中,溶劑選自丙二醇甲醚乙酸酯、甲苯、甲基異丁基酮、乙酸丁酯、乙酸甲氧基丙酯、二甲苯、三丙二醇單甲醚、二丙二醇單甲醚、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯以及它們的組合。在實(shí)施方案中,溶劑可為選自以下的非極性有機(jī)溶劑:具有約7至約18個(gè)碳原子的烴如烷烴、烯烴、醇,如十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十六烷、1-十一烷醇、2-十一烷醇、3-十一烷醇、4-十一烷醇、5-十一烷醇、6-十一烷醇、1-十二烷醇、2-十二烷醇、3-十二烷醇、4-十二烷醇、5-十二烷醇、6-十二烷醇、1-十三烷醇、2-十三烷醇、3-十三烷醇、4-十三烷醇、5-十三烷醇、6-十三烷醇、7-十三烷醇、1-十四烷醇、2-十四烷醇、3-十四烷醇、4-十四烷醇、5-十四烷醇、6-十四烷醇、7-十四烷醇等;醇如萜品醇(α-萜品醇)、β-萜品醇、香葉醇、桉樹腦、香柏醇(cedral)、里哪醇、4-萜品醇、3,7-二甲基辛-2,6-二烯-1-醇、2-(2-丙基)-5-甲基-環(huán)己烷-1-醇;異構(gòu)鏈烷烴如異癸烷、異十二烷;可商購獲得的異構(gòu)烷烴混合物如exxonchemicalcompany所生產(chǎn)的isopartme,isopartmg,isopartmh,isopartml,isopartmv,isopartmg;shellchemicalcompany所生產(chǎn)的chevronphillipschemicalcompany所生產(chǎn)的mobilpetroleumco.,inc.所生產(chǎn)的idemitsupetrochemicalco.,ltd所生產(chǎn)的ipsolvent2835;環(huán)烷油;芳族溶劑如苯、硝基苯、甲苯、鄰-、間-和對-二甲苯以及它們的混合物;1,3,5-三甲基苯(均三甲苯);1,2-、1,3-和1,4-二氯苯以及它們的混合物;三氯苯;氰基苯;苯基環(huán)己烷和萘滿;脂族溶劑如異辛烷、壬烷、癸烷、十二烷;環(huán)狀脂族溶劑如聯(lián)環(huán)己烷和萘烷;以及它們的混合物和組合。在一個(gè)實(shí)施方案中,可使用單一溶劑。在其他實(shí)施方案中,可使用兩種或更多種溶劑。一種或多種溶劑的總量可以任何合適或所需的量提供在間層組合物中。在實(shí)施方案中,基于間層組合物的總重量計(jì),總?cè)軇┮约s50至約90重量%、或約60至約80重量%、或約70至約80重量%的量存在??扇芜x地為本發(fā)明的間層組合物選擇任何合適或所需的表面活性劑。在實(shí)施方案中,表面活性劑選自有機(jī)硅改性聚丙烯酸酯、聚酯改性聚二甲基硅氧烷、聚醚改性聚二甲基硅氧烷、聚丙烯酸酯改性聚二甲基硅氧烷、聚酯聚醚改性聚二甲基硅氧烷、低分子量乙氧基化聚二甲基硅氧烷、聚醚改性聚二甲基硅氧烷、聚酯改性聚甲基烷基硅氧烷、聚醚改性聚甲基烷基硅氧烷、芳烷基改性聚甲基烷基硅氧烷、聚醚改性聚甲基烷基硅氧烷、聚醚改性聚二甲基硅氧烷以及它們的組合。在實(shí)施方案中,表面活性劑為溶劑型硅氧烷。在實(shí)施方案中,表面活性劑為有機(jī)硅改性聚丙烯酸酯。表面活性劑可為聚硅氧烷共聚物,其包括可自bykchemical以商品名310商購獲得的聚酯改性聚二甲基硅氧烷;可自bykchemical以商品名330商購獲得的聚醚改性聚二甲基硅氧烷;可自bykchemical以商品名-silclean3700商購獲得的聚丙烯酸酯改性聚二甲基硅氧烷(約25重量%,在乙酸甲氧基丙酯中);或可自bykchemical以商品名375商購獲得的聚酯聚醚改性聚二甲基硅氧烷。表面活性劑可為可自siltechcorporation以商品名a008商購獲得的低分子量乙氧基化聚二甲基硅氧烷。關(guān)于更多細(xì)節(jié),參考liu等人于2012年12月17日提交的美國專利申請序列號13/716,892。在實(shí)施方案中,存在表面活性劑并選自聚酯改性聚二甲基硅氧烷、聚醚改性聚二甲基硅氧烷、聚丙烯酸酯改性聚二甲基硅氧烷、聚酯聚醚改性聚二甲基硅氧烷、低分子量乙氧基化聚二甲基硅氧烷以及它們的組合。表面活性劑可以任何合適或所需的量提供在間層組合物中。在實(shí)施方案中,基于間層組合物的總重量計(jì),表面活性劑以約0.01至約2重量%、約0.1至約1.5重量%、或約0.5至約1重量%的量存在。間層組合物可任選地包含催化劑。可為本發(fā)明的間層組合物選擇任何合適或所需的催化劑。在實(shí)施方案中,催化劑選自十二烷基苯磺酸(ddbsa)的胺鹽、對甲苯磺酸的胺鹽、三氟甲磺酸的胺鹽以及它們的組合。催化劑可以任何合適或所需的量提供在間層組合物中。在實(shí)施方案中,基于間層組合物的總重量計(jì),催化劑以約0.05至約1.5重量%、或約0.08至約1.0重量%、或約0.1至約0.5重量%的量存在。在實(shí)施方案中,提供了器件10,其包括:基板2;間層14;和任選地導(dǎo)電特征物16,其中間層14包含由本公開的任何間層組合物形成的膜,在實(shí)施方案中熱固化或以其他方式固化的膜。例如,間層組合物可包含本文所述的任何環(huán)氧化物、聚乙烯基苯酚、交聯(lián)劑(例如,密胺樹脂)、溶劑、任選的表面活性劑和任選的催化劑。在一個(gè)實(shí)施方案中,器件10為形成的無任選的導(dǎo)電特征物16的可印刷介質(zhì)??捎∷⒔橘|(zhì)可在稍后用于印刷過程中,其中采用印刷機(jī)如噴墨印刷機(jī)來向其上印刷導(dǎo)電特征物16。所述器件可通過任何合適或所需的方法制備。在實(shí)施方案中,在基板上形成導(dǎo)電特征物的方法包括向基板上沉積間層;固化所述間層以形成間層膜;向所述間層膜上沉積導(dǎo)電組合物以形成沉積的特征物;和加熱(或退火)所述沉積的特征物以形成導(dǎo)電特征物。可使用任何合適或所需的材料來形成導(dǎo)電特征物。在實(shí)施方案中,導(dǎo)電特征物使用納米顆粒導(dǎo)電油墨組合物形成,所述組合物包含金屬納米顆粒,所述金屬納米顆粒包含選自al、ag、au、pt、pd、cu、co、cr、in和ni的至少一種金屬。作為實(shí)例,xerox公司已基于銀納米顆粒技術(shù)開發(fā)合適的噴墨油墨、柔版油墨和凹版油墨。這些油墨可選擇用于本文的實(shí)施方案。美國專利公開2014/0312284(申請序列號13/866,704)在其摘要中描述了一種納米銀油墨組合物,其包含銀納米顆粒、少量的聚合物材料(任選)和油墨載體。描述了一種制備納米銀油墨組合物的方法,其包括合并銀納米顆粒、少量的聚合物材料(任選)和油墨載體。描述了一種使用噴墨印刷工藝在基板上形成導(dǎo)電特征物的方法,其包括:提供包含銀納米顆粒、少量的聚合物材料(任選)和油墨載體的納米銀油墨組合物;向基板上沉積納米銀油墨組合物以形成沉積的特征物;和加熱基板上的所述沉積的特征物以在基板上形成導(dǎo)電特征物。美國專利8,324,294在其摘要中描述了一種納米銀油墨組合物,其包含銀納米顆粒、樹脂和油墨載體。描述了一種在基板上形成導(dǎo)電特征物的方法,其包括:提供包含銀納米顆粒、樹脂和油墨載體的納米銀油墨組合物;向基板上沉積納米銀油墨組合物以形成沉積的特征物;和加熱基板上的所述沉積的特征物以在基板上形成導(dǎo)電特征物。已成功地在非極性溶劑如萘烷和聯(lián)環(huán)己烷中配制油墨并已成功地使用噴墨印刷技術(shù)印刷。間層和沉積于其上的包括導(dǎo)電層的任何一個(gè)或多個(gè)層可使用任何合適或所需的方法提供。在實(shí)施方案中,沉積間層包括溶液沉積間層,并且其中,在實(shí)施方案中,溶液沉積包括選自旋涂、浸涂、噴涂、狹縫模頭涂布、柔版印刷、膠版印刷、絲網(wǎng)印刷、凹版印刷、噴墨印刷以及它們的組合的方法。間層組合物和/或任選地納米顆粒油墨組合物或器件上提供的其他層的沉積可例如通過溶液沉積進(jìn)行。溶液沉積例如指其中液體沉積到基板上形成涂層或?qū)拥墓に?。這與真空沉積工藝形成對比。本發(fā)明的工藝還不同于其他基于溶液的工藝,例如電鍍,電鍍要求板保持浸沒于溶液中并還需要暴露于電流以在板上形成金屬涂層。本發(fā)明的工藝還提供優(yōu)于其他工藝的若干優(yōu)勢,如減少廢物的量和減少涂布基板所需的時(shí)間的量。溶液沉積包括例如旋涂、浸涂、噴涂、狹縫模頭涂布、柔版印刷、膠版印刷、絲網(wǎng)印刷、凹版印刷或噴墨印刷間層組合物于基板上。由所述間層組合物形成的膜可以任何合適或所需的厚度涂布。在實(shí)施方案中,在進(jìn)行任何固化工藝之后干燥的間層的最終膜厚為約0.1至約5微米、或約0.5至約3微米、或約0.75至約1微米。在一個(gè)特定的實(shí)施方案中,間層的涂層厚度為約0.2至約1微米。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解,本公開的濕組合物中的大多數(shù)或全部溶劑可在干燥和/或固化工藝過程中移除。因此,雖然本公開的膜由包含一種或多種溶劑的濕組合物形成,但在進(jìn)行固化之后,膜包含的固化組合物將含很少或不含溶劑。在實(shí)施方案中,器件可具有如本文所述間層組合物和由其形成的膜的性質(zhì)。在實(shí)施方案中,器件包括自間層組合物制得的熱固化膜,其中所述熱固化膜具有約65度至約95度的水接觸角。在實(shí)施方案中,熱固化膜具有約1納米至約10納米的表面粗糙度。在實(shí)施方案中,熱固化膜具有約-10℃至約100℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。本文的器件和方法可包括由金屬油墨組合物形成導(dǎo)電特征物。在實(shí)施方案中,導(dǎo)電組合物包含金屬納米顆粒油墨組合物。導(dǎo)電特征物(如導(dǎo)電元件)自金屬油墨組合物、例如自納米顆粒金屬油墨(如納米銀油墨組合物)的制造可通過在基板上形成其他任選的一個(gè)或多個(gè)層之前或之后的任何合適的時(shí)間、使用任何合適的沉積技術(shù)在基板上沉積所述組合物來進(jìn)行,沉積技術(shù)包括溶液處理及柔版和凹版印刷工藝。因此,基板上油墨組合物的沉積可發(fā)生在基板上或在已經(jīng)含層狀材料的基板上,例如其上沉積了本發(fā)明的間層組合物的基板?;蹇蔀槿魏魏线m的基板,包括硅、玻璃板、塑料膜、片材、織物或合成紙。對于結(jié)構(gòu)柔性的器件,可使用塑料基板如聚酯、聚碳酸酯、聚酰亞胺片材、聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)片材、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)片材等?;宓暮穸瓤蔀槿魏魏线m的厚度,如約10微米至10毫米以上,示例性的厚度為約50微米至約2毫米(尤其是對于柔性塑料基板)和約0.4至約10毫米(對于剛性基板如玻璃或硅)。在實(shí)施方案中,基板選自硅、玻璃板、塑料膜、片材、織物、紙以及它們的組合??杉訜岢练e的導(dǎo)電油墨組合物至任何合適或所需的溫度,如約70℃至約200℃,或足以引起金屬納米顆?!巴嘶稹辈⒁虼诵纬蛇m于用作電子器件中的導(dǎo)電元件的導(dǎo)電層的任何溫度。加熱溫度為不會導(dǎo)致先前沉積的層或基板的性質(zhì)的不利變化的溫度。在實(shí)施方案中,低的加熱溫度的使用允許使用退火溫度低于140℃的低成本塑料基板。加熱可進(jìn)行任何合適或所需的時(shí)間,如約0.01秒至約10小時(shí)。加熱可在空氣中、在惰性氣氛中例如氮?dú)饣驓鍤庀?、或在還原性氣氛中例如含約1至約20體積%氫氣的氮?dú)庀逻M(jìn)行。加熱也可在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下或在減壓下進(jìn)行,例如約1000mbar至約0.01mbar。加熱涵蓋可向被加熱材料或基板賦予足夠的能量以(1)使金屬納米顆粒退火和/或(2)從金屬納米顆粒移除任選的穩(wěn)定劑(如本文討論的任何穩(wěn)定劑)的任何技術(shù)。加熱技術(shù)的實(shí)例包括熱法加熱(如,在熱板、烘箱或燃燒器上)、紅外(“ir”)輻射、激光束、閃光燈、微波輻射或紫外(“uv”)輻射或它們的組合。在實(shí)施方案中,加熱后,所得導(dǎo)電線具有約0.1至約20微米、或約0.15至約10微米的厚度。在某些實(shí)施方案中,加熱后,所得導(dǎo)電線具有約0.1至約2微米的厚度。通過加熱沉積的金屬油墨組合物產(chǎn)生的所得金屬元件的導(dǎo)電性可在約100西門子/厘米(s/cm)至約100,000s/cm或更高的范圍內(nèi)。例如,導(dǎo)電性可為超過100西門子/厘米(s/cm)、超過1,000s/cm、超過2,000s/cm、超過5,000s/cm、超過10,000s/cm或超過50,000s/cm。所得元件可用于電子器件如薄膜晶體管、有機(jī)發(fā)光二極管、rfid標(biāo)簽、光伏器件、顯示器、印刷天線和需要導(dǎo)電元件或部件的其他電子器件中的任何合適或所需的應(yīng)用,如用于電極、導(dǎo)電墊、電互連器、導(dǎo)電線、導(dǎo)電軌道等。使用以下成分來制備四個(gè)實(shí)施例間層涂料組合物,如下表1中所示。a)20%的新戊二醇二縮水甘油醚(來自sigmaaldrich的npgde)/丙二醇醋酸甲乙酯(pgmea)b)10%的聚(4-乙烯基)苯酚(pvp~25k,來自sigmaaldrich)/丙二醇醋酸甲乙酯(pgmea)c)密胺-甲醛共聚物,經(jīng)甲基化,84重量%溶液,在1-丁醇中(mmf)d)2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三乙氧基硅烷(來自gelestsie4668.0)e)2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷(gelestsie4670.0)表1:間層涂布溶液配方使用scsp6700旋涂機(jī),將表1的每一個(gè)配方涂布在經(jīng)預(yù)清潔的顯微鏡玻璃上。涂布速度設(shè)置為100rpm下5秒,然后增至1600rpm并在此速度下保持60秒。使每一配方的第一組涂布樣品于100℃下預(yù)固化10分鐘,然后在160℃下固化一小時(shí)。使每一配方的第二組涂布樣品于100℃下預(yù)固化10分鐘(與第一組相同),然后在160℃下固化三小時(shí)。用裝配了10pl墨盒的dimatixdmp2800向所有樣品上印刷銀納米顆粒油墨。所有噴嘴工作良好,形成球形滴。圖2a和2b分別示出了在由對比例1和實(shí)施例1的配方制成的間層上印刷的納米銀油墨的圖像,其中所述間層在160℃下固化一小時(shí)。如圖2a中所示,由無硅烷的對比例1配方制成的間層給出相對寬的印刷線(94μm)。如圖2b中所示,由加有環(huán)氧化物的實(shí)施例1配方制成的間層給出具有均勻線邊緣和61μm線寬的直線,其中該環(huán)氧化物具有三乙氧基硅烷組分(2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三乙氧基硅烷(sie4668.0))。使用實(shí)施例1的間層獲得的相對窄的印刷線寬度被認(rèn)為是良好的結(jié)果。圖3a和3b分別示出了印刷在也由對比例1和實(shí)施例1的配方制成的間層上的圖像。工藝與上面針對圖2a和2b所述的相同,不同的是間層固化3小時(shí)而不是僅1小時(shí)。結(jié)果與對圖2所描述的那些非常接近,實(shí)施例1的間層產(chǎn)生比對比例1的間層改善的、較窄的印刷線。圖4a和5a示出了印刷在由對比例2的配方(在無硅烷取代的環(huán)氧化物的情況下制得)制成的間層上的納米銀油墨的圖像。圖4b和5b示出了印刷在由實(shí)施例2的配方(加有2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷(sie4670.0))制成的間層上的納米銀油墨的圖像。使圖4a和4b的印刷納米ag墨線圖像于160℃下固化一小時(shí),而使圖5a和5b的那些于160℃下固化三小時(shí)。與無硅烷的樣品相比,三甲氧基硅烷取代的環(huán)氧化物的使用給出線寬的略微減小。實(shí)施例2的配方中使用的被三甲氧基硅烷取代的環(huán)氧化物不如實(shí)施例1中使用的被三乙氧基硅烷取代的環(huán)氧化物在減小線寬方面有效。使用keithleyscs-4200參數(shù)分析儀測量由實(shí)施例1和2的配方制成的印刷線的電阻。使用brukerdektakxt表面輪廓儀測量印刷線的臺階高度和寬度。電導(dǎo)率基于電阻率測量來計(jì)算。電阻率計(jì)算為歐姆×高度×寬度/長度,電導(dǎo)率計(jì)算為1/電阻率。結(jié)果示于下表2中。這些結(jié)果顯示,印刷線電導(dǎo)率基本上不受間層涂層的影響。表2:電阻率和電導(dǎo)率匯總結(jié)果制成間層的實(shí)施例配方電阻率(ohm-cm)電導(dǎo)率(ohms-1/cm)對照-玻璃基板上未涂布間層1.07e--059.34e+04對比例11.01e-059.90e+04實(shí)施例11.10e-059.10e+04對比例29.86e-061.01e+05實(shí)施例28.35e-061.20e+05盡管闡述本公開的廣泛范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似值,但在具體實(shí)施例中闡述的數(shù)值盡可能精確地報(bào)道。然而,任何數(shù)值固有地包含必然由在它們各自的測試測量中發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差導(dǎo)致的某些誤差。此外,本文公開的所有范圍應(yīng)理解為涵蓋其中包含的任何和所有子范圍。雖然已相對于一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式示意了本教導(dǎo),但可對所示實(shí)施例作改變和/或修改而不偏離附隨的權(quán)利要求書的精神和范圍。另外,盡管本教導(dǎo)的特定特征可能已相對于若干實(shí)施方式中的唯一一個(gè)公開,但這樣的特征可與其他實(shí)施方式的一個(gè)或多個(gè)其他特征組合,如對于任何給定的或特定的功能可能期望和有利的那樣。此外,在說明書和權(quán)利要求書中使用術(shù)語“包括”、“具有”、“有著”或其變體的程度上,這樣的術(shù)語意在是包容性的,以與術(shù)語“包含”相似的方式。此外,在本文的討論和權(quán)利要求書中,術(shù)語“約”表示所列出的值可稍微改變,只要該改變不會導(dǎo)致工藝或結(jié)構(gòu)不符合示出的實(shí)施方案即可。最后,“示例性的”表示該描述用作實(shí)例,而不是暗示其是理想的。當(dāng)前第1頁12
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