含有纳米金属颗粒的导电墨水的打印方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种导电墨水的打印方法，特别是涉及一种含有利用气流喷印和喷墨打印技术实现的含纳米金属颗粒导电墨水的打印方法。
【背景技术】
[0002]印刷电子(printed electronics)技术是指采用直接在基板上印刷导体、半导体、介电材料、绝缘材料等电子功能层的方法来制造电子产品的生产工艺。在过去的几十年里，降低成本、提高性价比始终是电子产业不断发展壮大的推动力。而相比较于传统电子行业刻蚀形成电路的减成法(subtractive manufacturing),以印刷为代表的加成法(additive manufacturing)将电子材料成膜与实现图案化两大过程合二为一,具有节约原料、工艺简单、绿色环保(所产生的工业废液少)等优势，而且易于配合新型材料实现大面积柔性器件，更加有利于满足电子产业降低成本、扩大市场的要求。目前印刷电子器件相关研究已经扩展到相当广泛的领域，涉及导体、半导体、介电材料、电解质等种类的材料制成的有机器件。利用印刷方法生产电子产品可以有效降低生产成本，是目前世界各国的学术机构和企业研究的重点。鉴于传统的印刷工业已经非常成熟，一旦印刷电子产业的瓶颈得到解决，可望在相当短的时间内将电子制造业和印刷业相结合，从而带来电子产品成本的大幅下降和应用领域的极大扩展，并解决目前困扰电子行业的环境和资源问题，以及可持续发展问题。
[0003]印刷电子的研究领域中，打印金属导电图案是最为成熟的课题，但如何利用喷墨打印的方法获得方块电阻小于I欧的金属导电图案仍然是一个挑战。理论上，提高打印图案的导电性只需要增加打印厚度即可，按照现有印墨水固化烧结后的电导率计算，金属图案的厚度需要大于Iym才有可能获得理想的方块电阻。但喷墨打印所用的墨水具有低粘度、低固含量的特点，在多层打印过程中墨水经常会溶解破坏已经打印好的图案，使多次打印效果实质上类似于单次打印较多的墨水，从而使墨水很容易在干燥之前出现类似“咖啡环”等在基底上自发流动的现象。这种情况下，仅仅通过多次打印很难有效获得均匀的厚实金属层，反而容易进一步加剧大面积厚薄不均匀的现象，影响导电性的提高。每打印一层即进行烧结理论上可以显著改善大面积范围内厚薄不均匀的问题，但由于每次打印都必须严格控制墨量，多次“打印-烧结”的反复操作费时费力，代价较高。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种含有纳米金属颗粒的导电墨水的打印方法，以获得高质量的金属导电层。
[0005]为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案:
一种含有纳米金属颗粒的导电墨水的打印方法，包括:
(1)提供含有纳米金属颗粒的导电墨水，并且所述导电墨水中固体的含量低于45wt%；
(2)以气流喷印法将所述导电墨水喷射到基材上，形成具有疏松多孔结构的第一金属图案层；
(3)以喷墨打印法将所述导电墨水打印到所述第一金属图案层上，至形成厚度超过Iym的均匀金属层，所述均匀金属层在烧结后方块电阻小于I Ω/ □，特别是小于50m Ω / □。
[0006]作为较为优选的实施方案之一，步骤(2)包括:将所述导电墨水雾化生产直径小于10 μ m的墨水雾滴，再利用送料气流将所述墨水雾滴送至喷嘴口，而后利用聚焦气流将墨水雾滴会聚成直径小于300 μ m的液流，并喷射到基底上。
[0007]进一步的，步骤(2)包括:
通过改变雾化功率调节所述墨水雾滴的溶剂含量，从而控制被喷射的导电墨水的浓度，其中，雾化功率越小，被喷射出的导电墨水的浓度越高；
和/或，通过改变送料气流与聚焦气流的流量比例调节被喷射液流中墨水雾滴的溶剂含量，从而控制被喷射的导电墨水的浓度，其中，送料气流与聚焦气流的流量比例越低，被喷射出的导电墨水的浓度越高；
和/或，通过改变喷嘴口的温度调节被喷射液流中墨水雾滴的溶剂含量，从而控制被喷射的导电墨水的浓度，其中，喷嘴口的温度越高，被喷射出的导电墨水的浓度越高。
[0008]进一步的，所述第一金属图案层表面粗糙起伏度在0.5μπι以上。此处的“起伏度”是指在该第一金属图案层表面，最高点的高度与最低点的高度的差值。
[0009]作为较为优选的实施方案之一，步骤(2)还包括:对所述第一金属图案层进行加热烧结处理，加热烧结温度在80-300 °C。
[0010]进一步的，前述加热烧结处理的方式包括加热台、烘箱、热风、光波或微波加热烧结方式中的任意一种或者两种以上的组合，但不限于此。
[0011]进一步的，所述导电墨水中所含金属元素可以包括金、银、铜、镍、铝、钼中的任意一种或者两种以上的组合，但不限于此。
[0012]作为较为优选的实施方案之一，在前述气流喷印和/或喷墨打印过程中，还对基底进行了加热处理，加热温度为35-150 °C。
[0013]进一步的，所述基底包括绝缘基底。
[0014]进一步的，步骤(3)包括:将所述导电墨水以喷墨打印方法在第一金属图案层上打印一遍以上。
[0015]相比于现有技术，本发明的有益效果至少包括:
(1)利用本发明的方法，可以立足现有的金属墨水实现高导电金属图案的打印制备，不需要额外增加金属墨水的粘度和金属固含量；
(2)利用本发明的方法所获得金属导电图案不含树脂成分，与传统银浆所印的图案相比具有更高的导电性。
【附图说明】
[0016]图1是本发明中气流喷印设备打印疏松多孔金属图案的原理示意图，其中，11为喷嘴，12为沉积在基底上的金属层，13为基底；
图2是本发明实施例1中通过气流喷印形成的疏松多孔银图案的显微镜照片。
【具体实施方式】
[0017]如前所述，因喷墨打印墨水固有特性等方面的限制，使得业界较难通过喷墨打印方法获得较为均匀的厚实金属层，例如，方块电阻小于I欧，特别是小于50毫欧的金属导电图案层。
[0018]鉴于现有技术的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，提出了本发明的技术方案，其主要是基于气流喷印技术和喷墨打印工艺实现的。
[0019]概括的讲，本发明的技术方案包括:
(1)提供含有纳米金属颗粒的导电墨水，并且所述导电墨水中固体的含量低于45wt%；
(2)以气流喷印法将所述导电墨水喷射到基材上，形成具有疏松多孔结构的第一金属图案层，表面粗糙起伏度可以超过0.5 μ m ;
(3)以喷墨打印法将所述导电墨水打印到所述第一金属图案层上，直至形成厚度超过I μ m的均匀金属层，所述均匀金属层在烧结后方块电阻小于I Ω / □，特别是小于50m Ω / □。
[0020]本发明中，因采用了气流喷印技术，在同样使用低粘度、低固含量金属导电墨水的情况下，所喷射出的并非与喷墨打印类似的单个墨滴，而是喷出含有大量费升(fL)级别液滴的气流。由于具有更大的比表面积，这些超细小液滴通过适当的参数控制(如改变雾化功率、送料气流与聚焦气流的比例或者喷嘴温度)可以降低所喷射墨水的溶剂含量，从而获得比较厚但疏松多孔的金属图案层，而且当在这些金属图案上进行喷墨打印时，导电墨水会渗进金属图案中，其自发流动因为表面张力作用会受到严格的限制。在此情况下，大面积厚薄不均匀的现象将被显著遏制，从而有利于获得厚度超过I μ m的均匀金属层，进而显著提高打印金属层的导电性。
[0021]例如，作为较佳的实施方案之一，在前述气流喷印的过程中，可以首先将导电墨水雾化生产直径小于10 μ m的墨水雾滴,再利用送料气流将墨水雾滴送至喷嘴口，而后利用聚焦气流将