一种绿色环保的纳米银导电墨水及其制备方法和印刷应用与流程

本发明涉及纳米银导电墨水的制备领域，特别涉及一种绿色环保的纳米银导电墨水及其制备方法和印刷应用。

背景技术：

印刷电子是指采用印刷工艺，将导电墨水印制在基材上，制备具有一定功能的电子器件与系统的科学技术。目前，印刷电子在电子标签、印制电路、太阳能电池、传感器、超级电容器等方面已有不同程度的应用。常见印刷工艺有凹版印刷、丝网印刷、喷墨打印等。喷墨打印作为一种“非接触”的印刷技术，基材适用性广，对墨水粘度要求低，并可通过计算机精确控制喷印图案，是近几年文献报道中常用的印刷方式。

喷墨打印技术的核心就是喷印导电墨水的制备，按照导电组分的不同，导电墨水可分为碳墨水、金属墨水和聚合物导电墨水。其中，金属导电墨水以其优异的导电性和稳定性得到了广泛关注。而在常见金属纳米粒子中，银纳米粒子成本较低，又具有优异的导电性和较强的化学惰性，因此纳米银适合作为喷印墨水应用在印刷电子工艺中。

由于喷墨打印机喷头易堵塞，因此制备具有较好分散性且粒径较小的纳米银是纳米银导电墨水在喷墨打印技术中应用的关键。纳米银易团聚，在还原后需同时加入稳定剂阻止其团聚，步骤较为繁琐。单宁酸是一种生物基材料，广泛来源于植物，价格低廉，其多酚羟基结构使其具有还原性，可直接将银盐还原为银，同时酚羟基又可对还原后的银进行稳定，阻止其团聚。因此单宁酸同时作为纳米银的稳定剂和还原剂，简化了制备步骤，方法简单，成本低廉，易规模化。

纳米银喷印在基材表面后，由于稳定剂的存在，使得纳米银无法聚并到一起形成导电通路，此时喷印图案导电性较差，因此需要一定后处理方法去除稳定剂。传统的方法为热烧结，通过加热使稳定剂分解，从而达到纳米银聚并的目的，提高喷印图案的导电性。

技术实现要素：

本发明提供了一种绿色环保的纳米银导电墨水的制备方法和印刷应用，该制备方法工艺简单，绿色环保。可通过普通商用喷墨打印机将墨水印制到相纸基材上，低温下即可烧结，得到导电性较好的喷印图案，符合环保低能要求。

一种绿色环保的纳米银导电墨水，其特征在于纳米银占墨水总质量的0.5-10％，去离子水占墨水总重量的70-95％，添加剂占墨水总重量的5-25％，各组分质量百分数含量之和为100％；该纳米银为单宁酸稳定的银纳米粒子，是以银氨溶液作为前驱体，单宁酸同时作为银纳米粒子的还原剂和稳定剂，采用化学还原法制备得到，无需用到任何有毒试剂。

所述的一种绿色环保的纳米银导电墨水，其特征在于，纳米银粒径为6-50nm。

所述的一种绿色环保的纳米银导电墨水，其特征在于，墨水的添加剂为乙醇、异丙醇、丙三醇、乙二醇，可以是一种，或者两种或两种以上混合物。

所述的一种绿色环保的纳米银导电墨水，其特征在于，纳米银导电墨水的粘度为1-20mPa.s，表面张力为30-45mN/m。

一种绿色环保的纳米银导电墨水的制备方法，包括以下步骤：

(1)在室温及搅拌条件下，将氨水滴加到浓度为0.2-1M的硝酸银溶液中，制备银氨溶液；将制备好的银氨溶液逐滴加入到浓度为0.2-2mM的单宁酸溶液中，反应30-120min；将混合溶液滴加到大量无水乙醇中纯化，收集黑色沉淀干燥后即为固体纳米银；

(2)将纳米银溶解在去离子水中，在超声辅助下使其分散均匀，再向混合溶液中加入添加剂，继续超声混合均匀；

(3)将混合物通过0.45μm针式滤膜进行过滤，除去灰尘和大颗粒，滤液即为纳米银导电墨水。

一种绿色环保的纳米银导电墨水的印刷应用，其特征在于：通过喷墨打印技术将制备得到的纳米银导电墨水印制到基材上，喷印一定层数，并置于一定温度下烧结一段时间，即可得到导电图案。

所述的一种绿色环保的新型纳米银导电墨水的印刷应用，其特征在于：喷印层数为10-150层，烧结温度为100-200℃，烧结时间为60-200min，导电图案方阻为2-500Ω/□。

所述的一种绿色环保的新型纳米银导电墨水的印刷应用，其特征在于，打印基材可以是相纸，也可以是聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸丁二酯。

所述的一种绿色环保的新型纳米银导电墨水的印刷应用，其特征在于：该纳米银导电墨水可应用到印刷电路板、电子射频标签、传感器、柔性显示、有机照明领域。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)单宁酸同时作为纳米银的稳定剂和还原剂，避免了有毒试剂或溶剂的使用，制备过程绿色环保。

(2)单宁酸-纳米银导电墨水的制备条件温和，工艺简单，便于操作，原料成本低廉易得，适合大规模生产。

(3)单宁酸-纳米银导电墨水储存稳定性好，静置两周墨水无沉淀产生，因此在喷印过程中不会造成喷头堵塞。

(4)所得纳米银导电墨水喷印到基材上，低温烧结即可得到方阻较小的导电图案，符合环保低能要求。

(5)所得喷印图案具备一定柔性，墨水和基材粘附性好。

【附图说明】

图1为本发明制备的纳米银导电墨水喷墨打印到相纸上烧结后形成的导电线路图。

图2为本发明制备的纳米银导电墨水的X射线衍射图谱(XRD)。

【具体实施方式】

下面通过实施例，对本发明进行进一步的说明。

实施例1

称取1700mg硝酸银溶解在20mL去离子水中，逐滴加入浓氨水至沉淀消失，制备得到银氨溶液。称取170mg单宁酸溶解在20mL去离子水中。在室温及搅拌条件下，将上述银氨溶液逐滴加入到单宁酸溶液中，反应1h。反应结束后采用乙醇对所制备单宁酸-纳米银纯化三次，并置于75℃下干燥。将1份单宁酸-纳米银溶解在91份去离子水中，先后加入4份异丙醇和4份丙三醇，超声使单宁酸-纳米银充分溶解，即为单宁酸-纳米银导电墨水。使用喷墨打印机将墨水印制到相纸上，连续喷印80层，在150℃下烧结60min，得到导电图案方阻为38Ω/□。

实施例2

称取340mg硝酸银溶解在20mL去离子水中，逐滴加入浓氨水至沉淀消失，制备得到银氨溶液。称取68mg单宁酸溶解在20mL去离子水中。在室温及搅拌条件下，将上述银氨溶液逐滴加入到单宁酸溶液中，反应1.5h。反应结束后采用乙醇对所制备单宁酸-纳米银纯化三次，并置于75℃下干燥。将5份单宁酸-纳米银溶解在87份去离子水中，加入8份异丙醇，超声使单宁酸-纳米银充分溶解，即为单宁酸-纳米银导电墨水。使用喷墨打印机将墨水印制到相纸上，连续喷印50层，在200℃下烧结80min，得到导电图案方阻为23Ω/□。

实施例3

称取680mg硝酸银溶解在20mL去离子水中，逐滴加入浓氨水至沉淀消失，制备得到银氨溶液。称取34mg单宁酸溶解在20mL去离子水中。在室温及搅拌条件下，将上述银氨溶液逐滴加入到单宁酸溶液中，反应1h。反应结束后采用乙醇对所制备单宁酸-纳米银纯化三次，并置于75℃下干燥。将8份单宁酸-纳米银溶解在82份去离子水中，先后加入3份异丙醇，3份乙醇和4份乙二醇，超声使单宁酸-纳米银充分溶解，即为单宁酸-纳米银导电墨水。使用喷墨打印机将墨水印制到相纸上，连续喷印20层，在200℃下烧结100min，得到导电图案方阻为12Ω/□。