导电油墨的制作方法

文档序号:17318791发布日期:2019-04-05 21:25

本发明涉及一种导电油墨,尤其涉及一种含铜的导电油墨。



背景技术:

为了简化经由微影制程制造导电线路的繁多复杂步骤,直接将导电油墨印刷至基板上以形成导电线路的方式已成为目前研究的方向之一。一般而言,以金属为主要成分的导电油墨分成两种类型:金属纳米粒子类型以及有机金属类型。在现有的导电油墨技术中,所形成的导电层具有一定厚度,较难形成厚度较薄(例如1μm以下)的导电层,因此,不符合现今产品轻薄短小的发产趋势。

基于上述,发展出一种以金属为主要成分的导电油墨,能够形成厚度较薄(例如1μm以下)的导电层,为目前所需研究的重要课题。



技术实现要素:

本发明提供一种导电油墨,其为含有纳米铜粉的墨水,能够形成厚度较薄(例如1μm以下)的导电层。

本发明的导电油墨,包括前驱物、还原剂以及保护剂,前驱物包括异硬脂酸铜(Cu(C18H36O2)2),其中以导电油墨的总重量计,前驱物的含量为40wt%至75wt%,还原剂的含量为20wt%至32wt%,保护剂的含量为5wt%至40wt%。

在本发明的一实施例中,导电油墨还包括溶剂。

在本发明的一实施例中,溶剂包括水、甲苯、环己烷、正庚烷、异辛烷、甲醇(MeOH)、乙醇(EtOH)、乙二醇(EG)、二乙二醇或超临界二氧化碳。

在本发明的一实施例中,还原剂包括维生素C、硼氢化钠(NaBH4)、联胺(N2H4)、双氧水(H2O2)、氢气(H2)、次亚磷酸钠(NaH2PO2)、柠檬酸钠(Na3C6H5O7)、酒石酸钾钠(NaKC4H4O6)、胺类化合物或醛类化合物。

在本发明的一实施例中,胺类化合物包括二甲基甲酰胺(DMF)。

在本发明的一实施例中,醛类化合物包括葡萄糖。

在本发明的一实施例中,保护剂包括聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、明胶(gelatin)、十二烷基硫酸钠(SDS)、聚乙二醇辛基苯基醚(TX-100)、溴化十六烷基三甲铵(CTAB)、丁二酸二异辛酯磺酸钠(AOT)、二(2-乙基己基)磷酸(HDEHP)、油酸(oleic acid)或十二烷胺(dodecaneamine)。

在本发明的一实施例中,前驱物是由异硬脂酸(C18H36O2)及含铜化合物进行还原反应形成。

在本发明的一实施例中,含铜化合物包括CuSO4、CuCl2、Cu(AOT)2、Cu(NO3)2、Cu(OH)2或Cu(acac)2。

基于上述,本发明的导电油墨为纳米铜墨水,其中包含作为前驱物的异硬脂酸铜、还原剂以及保护剂,异硬脂酸铜是由异硬脂酸及含铜化合物进行还原反应形成,通过本发明的导电油墨能够形成厚度较薄(例如1μm以下)的导电层。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例作详细说明如下。

具体实施方式

在本文中,由“一数值至另一数值”表示的范围,是一种避免在说明书中一一列举该范围中的所有数值的概要性表示方式。因此,某一特定数值范围的记载,涵盖该数值范围内的任意数值以及由该数值范围内的任意数值界定出的较小数值范围,如同在说明书中明文写出该任意数值和该较小数值范围一样。

以下,将详细描述本发明的实施例。然而,这些实施例为例示性,且本发明揭示不限于此。

本发明提出一种导电油墨,包括前驱物、还原剂、保护剂以及溶剂。以下,将对上述各种组分进行详细说明。

<前驱物>

在本实施例中,前驱物例如是异硬脂酸铜(Cu(C18H36O2)2),其可由以下化学结构式表示:

异硬脂酸铜例如是由异硬脂酸(C18H36O2)及含铜化合物进行还原反应形成,其中含铜化合物可包括CuSO4、CuCl2、Cu(AOT)2、Cu(NO3)2、Cu(OH)2或Cu(acac)2,但本发明并不以此为限。更详细而言,异硬脂酸铜例如是由异硬脂酸及含铜化合物于正庚烷中反应,反应后旋转浓缩去除水及正庚烷而形成。以导电油墨的总重量计,前驱物的含量例如是40wt%至75wt%。

<还原剂>

在本实施例中,还原剂可包括维生素C、硼氢化钠(NaBH4)、联胺(N2H4)、双氧水(H2O2)、氢气(H2)、次亚磷酸钠(NaH2PO2)、柠檬酸钠(Na3C6H5O7)、酒石酸钾钠(NaKC4H4O6)、胺类化合物或醛类化合物,其中胺类化合物可包括二甲基甲酰胺(DMF),醛类化合物可包括葡萄糖,但本发明并不以此为限。以导电油墨的总重量计,还原剂的含量例如是20wt%至32wt%。

<保护剂>

在本实施例中,保护剂可包括聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、明胶(gelatin)、十二烷基硫酸钠(SDS)、聚乙二醇辛基苯基醚(TX-100)、溴化十六烷基三甲铵(CTAB)、丁二酸二异辛酯磺酸钠(AOT)、二(2-乙基己基)磷酸(HDEHP)、油酸(oleic acid)或十二烷胺(dodecaneamine)。上述各保护剂实例的化学结构式如下所示:

以导电油墨的总重量计,保护剂的含量例如是5wt%至40wt%。

<溶剂>

在本实施例中,溶剂可包括水、甲苯、环己烷、正庚烷、异辛烷、甲醇(MeOH)、乙醇(EtOH)、乙二醇(EG)、二乙二醇、超临界二氧化碳或无水酒精。溶剂主要用来溶解上文中所述的前驱物、还原剂以及保护剂。举例而言,在本发明导电油墨的制作过程中,可将异硬脂酸铜与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解于无水酒精中,并将维生素C溶解于甲醇及乙二醇中。

本发明的导电油墨可用来涂布于基材上,并经热处理(加热烧结)除去溶剂、还原剂以及保护剂,以形成极薄的导电层(厚度例如是1μm以下),其中可适用的基材材料例如是聚酰亚胺(PI)或玻璃,但本发明并不以此为限,也可将本发明的导电油墨涂布于其他适用于在其上形成导电层的基材。

以下,通过实验例来详细说明上述实施例的导电油墨。然而,下述实验例并非用以限制本发明。

实验例

为了证明本发明所提出的导电油墨可形成极薄的导电层,以下特别作此实验例。

本发明的导电油墨主要可包含前驱物、还原剂、保护剂以及溶剂。以导电油墨的总重量计,前驱物的含量例如是40wt%至75wt%,还原剂的含量例如是20wt%至32wt%,保护剂的含量例如是5wt%至40wt%。也即,在本发明导电油墨的制备过程中,若加入1g的前驱物,则可加入0.28g至0.5g的还原剂以及0.1g至1.0g的保护剂。

首先,将异硬脂酸及氢氧化铜于正庚烷中反应,反应后旋转浓缩去除水及正庚烷,以形成异硬脂酸铜。接着,将异硬脂酸铜与PVP溶于无水酒精,并将维生素C溶于甲醇及乙二醇中,再混合制成纳米铜悬浮溶液。纳米铜的合成过程可以有两种方式,第一种为室温常压下反应合成纳米铜,第二种则是于二氧化碳膨胀液体中合成纳米铜。两种合成方式的反应条件以及所合成纳米铜的各项参数如下方表1及表2所示:表1所示为于室温下的反应条件所合成出来的纳米铜,平均粒径为200nm~300nm;表2所示为于二氧化碳膨胀液体中合成出来的纳米铜,平均粒径为150nm~260nm。

表1

表2

之后,将纳米铜悬浮溶液在转速6000rpm下离心半小时,以使纳米铜沉于离心管底部,将上层溶有杂质的溶剂倒掉后,放入真空烘箱1小时以得到纳米铜的块状物,经过秤重后,加入体积比1:2的无水酒精及第三丁醇配成20wt%的铜墨水。以不同比例的乙二醇混和无水酒精作为配方进行铜墨水的配制,其经旋转涂布(转速1500rpm)及250℃烧结后的电阻率如表3所示(使用四点探针检测)。若乙二醇比例较高则旋转涂布后的膜不连续,其中以无水酒精及乙二醇(3:2)的电阻率最低。而配制好的铜墨水再经过旋转涂布后经过不同温度(200℃、250℃、300℃、350℃及400℃)烧结,其中250℃开始出现导电度,在400℃导电度最好。

表3

综上所述,本发明提供一种导电油墨,其为含有微小粒径纳米铜粉的墨水,其中包含作为前驱物的异硬脂酸铜、还原剂以及保护剂,异硬脂酸铜是由异硬脂酸及含铜化合物进行还原反应形成。通过本发明的导电油墨能够形成厚度较薄(例如1μm以下)且导电度良好的导电层,并具有制作方法简单(涂布法)以及成本低廉的优点,故可符合现今产品轻薄短小的发产趋势。

虽然本发明已以实施例揭示如上,然其并非用以限定本发明,任何所属技术领域中技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的更改与润饰,故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

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