專利名稱：一種適用于印制電子的納米銅油墨的制備方法
一種適用于印制電子的納米銅油墨的制備方法技術領域
本發明屬于印制電子技術領域，具體涉及一種適用于印制電子的納米銅墨水的制備方法。
背景技術：
近年來，印制電子技術在射頻識別標簽、可穿戴電子產品、有機發光二極管和有機太陽能材料的應用上引起極大關注。傳統的印制電路工業使用光刻技術，涉及刻蝕、金屬沉積和電鍍等工藝過程，伴隨著大量的有毒化學廢棄物的產生。因此，在基板上直接制作電路的噴墨印刷技術得到了廣泛關注，噴墨印刷使用低粘度的液相材料油墨，通過一個噴嘴印刷，干燥后形成導電層。對于導電油墨，金屬納米油墨是最有前景的，因為它們能通過溶液的形式印刷到各種基質上，由于尺寸效應，能在較低溫度下燒結形成導電薄膜。金、銀和銅納米粒子具有高的導電性(105S/cm)、操作穩定性以及低溫過程能力，在導電油墨上有很好的應用前景。然而，金和銀比銅貴很多，因而適用于印制電子的銅納米油墨的制備引起更廣泛關注。中國專利200910054884. 8公布了一種納米銅導電墨水的制備方法它選用不同的還原劑、前驅體、穩定劑以及溶劑，經過電滲析除雜和減壓蒸餾，制備得到納米銅墨水，該發明工藝復雜，而且通過電滲析除雜和減壓蒸餾后，銅很容易團聚甚至氧化，從而影響其應用；中國專利200810201967. 0以次磷酸納為還原劑，硫酸銅為前驅體，并且使用LD，PVP為表面活性劑和分散劑，采用液相還原法，在120-160°C下制備了納米銅導電墨水，該法存在加熱溫度高，并且加入多種金屬鹽，同樣存在復雜的除雜等過程。發明內容
本發明的目的在于克服上述納米銅導電墨水制備工藝中的不足，提供一種工藝簡單、成本較低、更為環保的適用于印制電子的納米銅導電墨水的制備方法。
本發明提出的納米銅導電油墨的制備方法，具體步驟如下將有機銅鹽和有機保護劑溶解在溶劑中，在室溫下持續攪拌18 - 25分鐘；加入氨水， 溶液從藍變成深藍紫色，繼續攪拌50 - 60分鐘；然后再將還原劑逐滴加入，持續攪拌反應 25 — 35分鐘，備用。
本發明中，使用的有機銅鹽為醋酸銅、乳酸銅等有機銅的一種或者其混合物。一般地，該有機銅鹽對應的酸的分解或者揮發溫度低于250°C。
本發明中，使用的還原劑為水合胼，或者為甲醛、乙醛、乙二醛或戊二醛等有機還原劑，還原劑和銅鹽的摩爾比為2:1 — 4:1。一般地，要求還原劑本身及其被氧化后的產物較易分解或者揮發。
本發明中，使用的保護劑為乳酸、乙醇胺、甘氨酸等有機物的一種或者其混合物， 所用保護劑和銅鹽的摩爾比為1:1 一 10:1。一般地，要求保護劑分解或揮發溫度在250°C 以下。
本發明中，使用的溶劑是水，或水和乙醇、乙二醇甲醚等有機溶劑的混合物，所用溶劑的添加量為每0. Olmol銅鹽對應30-100ml。一般地，要求有機溶劑的沸點低于250°C。本發明得到的納米銅粒徑小于30nm，將此納米銅墨水在玻璃片上沉積0. 03mm的納米銅膜，200-250°C惰性氣體中燒結后，體積電阻率介于1. 0-8. 0Χ10_5Ω · cm之間。本發明具有以下優點
(1)本方法不需加熱，不需氮氣等惰性氣體保護，工藝簡單，反應時間短。(2)后處理過程簡單，無需除雜等過程，成本降低。(3)使用水作溶劑，更環保，并且水的表面張力對比其他溶劑更高，更適合噴墨印制電子電路。(4)納米銅粒徑小于30nm，適合噴墨印制電路。(5)納米銅成膜后燒結溫度低，導電性良好。
圖1為納米銅粒子的透射電鏡照片(TEM)。圖2為納米銅粒子成膜后的XRD圖。
具體實施例方式下面通過實施例進一步描述本發明。實施例1 將0. Olmol醋酸銅溶解在30ml水中，加入2ml乳酸，攪拌溶解后，繼續攪拌20分鐘，然后加入氨水，溶液從藍變成深藍紫色，繼續攪拌60分鐘，再逐滴加入IOml水合胼，溶液逐漸變成深紅色，表示納米銅生成，持續攪拌反應25分鐘后備用。實施例2 將0. Olmol醋酸銅溶解在15ml水和15ml乙醇的混合溶液中，加入2ml乳酸，攪拌溶解后，繼續攪拌25分鐘，然后加入氨水，溶液從藍變成深藍紫色，繼續攪拌50分鐘，再逐滴加入IOml水合胼，溶液逐漸變成深紅色，表示納米銅生成，持續攪拌反應35分鐘后備用。實施例3 將0. Olmol醋酸銅溶解在30ml水中，加入^iil乙醇胺，攪拌20分鐘后，加入氨水，溶液從藍變成深藍紫色，繼續攪拌陽分鐘，再逐滴加入IOml水合胼，溶液逐漸變成深紅色，表示納米銅生成，持續攪拌反應30分鐘后備用。實施例4 將0. Olmol醋酸銅溶解在15ml水和15ml乙醇混合溶液中，加入2ml乙醇胺，攪拌20分鐘后，加入氨水，溶液從藍變成深藍紫色，繼續攪拌50-60分鐘，再逐滴加入IOml水合胼，溶液逐漸變成深紅色，表示納米銅生成，持續攪拌反應30分鐘后備用。實施例5 將上述實施例中得到的納米銅墨水在玻璃片上沉積0. 03mm的納米銅膜，于200-250°C惰性氣體中燒結后，體積電阻率介于1. 0-8. 0Χ10_5Ω · cm之間。
權利要求
1.一種納米銅導電墨水的制備方法，其特征在于具體步驟如下將有機銅鹽和有機保護劑溶解在溶劑中，在室溫下攪拌18 - 25分鐘；加入氨水，溶液從藍變成深藍紫色，繼續攪拌50 - 60分鐘；然后將還原劑逐滴加入，持續攪拌反應25 - 35 分鐘；其中，所述還原劑為水合胼，或者為甲醛、乙醛、乙二醛或戊二醛，還原劑和銅鹽的摩爾比為2:1 — 4:1 ；所述保護劑為乳酸、乙醇胺、甘氨酸中的一種，或者其中幾種的混合物，保護劑和銅鹽的摩爾比為1:1 一 10:1 ；所述溶劑為水，或者為水和乙醇或乙二醇甲醚的混合物，溶劑的用量為每0. Olmol銅鹽對應30-100ml。
2.如權利要求1所述的納米銅導電墨水的制備方法，其特征在于，所述有機銅鹽對應的有機酸的分解或者揮發溫度低于250°C。
3.如權利要求1所述的納米銅導電墨水的制備方法，其特征在于所述有機銅鹽為醋酸銅、乳酸銅中的一種或者其混合物。
4.如權利要求1所述的納米銅導電墨水的制備方法，其特征在于制備的納米銅粒徑小于 30nm。
5.如權利要求1所述的納米銅導電墨水的應用，其特征在于，用噴墨方式將墨水印刷在基質上，直接成膜，此納米銅膜在200-250°C惰性氣體中燒結后，體積電阻率介于 1. 0-8. 0Χ1(Γ5 Ω · cm 之間。
全文摘要
本發明屬于印制電子技術領域，具體為一種適用于印制電子的納米銅墨水的制備方法。本發明將有機銅鹽和有機保護劑溶解在溶劑中，在氨水和還原劑作用下，得到穩定的適用于印制電子的納米銅墨水。本發明方法工藝簡單，不需加熱，成本低；使用水作溶劑，更環保；制備的納米銅粒徑小于30nm，容易燒結成膜，導電性好，在印制電子電路領域有廣闊的應用前景。
文檔編號B22F9/24GK102558954SQ201210050749
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月1日 優先權日2012年3月1日
發明者肖斐, 鄧噸英 申請人:復旦大學