一种高固含量纳米银喷墨导电墨水的制备方法与流程

1.本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种高固含量纳米银油墨水的制备方法。


背景技术：

2.3d打印中压电喷墨打印技术的发展离不开用于喷墨技术的原材料的发展。由于纳米银颗粒良好的导电性以及配制墨水时的添加剂会影响墨水的导电性，为了保证喷墨导电墨水的导电性，如今适用于压电喷墨打印技术的导电墨水的导电填料一般以纳米银颗粒居多。导电墨水的固含量对墨水的成膜性有一定的影响，在烧结时墨水的成膜性差会影响导电通路的形成，且固含量低会使打印出的导电填料密度低，使导电粒子间不能有效的接触，从而会影响喷墨打印线路的导电性。
3.因此，有必要探究一种高固含量纳米银喷墨导电墨水的制备方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有存在的问题，而提供了一种高固含量纳米银喷墨导电墨水的制备方法，可使制备出的纳米银墨水兼具导电填料固含量高及导电性能良好的特点。
5.为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：
6.一种高固含量纳米银喷墨导电墨水的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
7.1)采用多元醇法制备纳米银颗粒分散液；
8.2)采用去离子水稀释步骤1)得到的纳米银颗粒分散液，进行离心洗涤，将离心洗涤出的纳米银颗粒超声分散在乙醇中，得到纳米银颗粒悬浮液；
9.3)将步骤2)得到的纳米银颗粒悬浮液与二乙二醇丁醚进行旋蒸浓缩，旋蒸温度为40-42℃，压力为-0.09mpa，直至没有液体被蒸发出来，得到纳米银颗粒浓缩液；
10.4)配制喷墨墨水
11.用步骤3)得到的纳米银颗粒浓缩液配制，得到纳米银固含量在35％-65％的高固含量纳米银喷墨导电墨水。
12.进一步地，步骤1)具体为：
13.1.1)按照比例将银盐、保护剂加入在多元醇溶剂中充分溶解，得到混合溶液；
14.1.2)将步骤1.1)得到的混合溶液升温至160℃搅拌40分钟进行反应，从开始搅拌加热到反应结束颜色会随时间的变化而发生变化，颜色依次为红棕色、墨绿色、黄绿色，待反应结束后，得到黄绿色的纳米银颗粒分散液。
15.进一步地，步骤1.1)中，所述银盐采为硝酸银、溴酸银、乙酸银、磷酸银中的一种或多种；
16.所述保护剂为聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、聚乙烯醇中的一种或多种；
17.所述多元醇为乙二醇、丁二醇、丙三醇、聚乙二醇中的一种或多种；
18.所述银盐、保护剂、多元醇的摩尔比为(5-15)∶(25-40)∶(200-400)。
19.进一步地，步骤2)具体为：
20.采用去离子水稀释步骤1)得到的纳米银颗粒分散液后，依次采用乙醇和丙酮的混合液、乙醇、乙醇进行离心洗涤，第三遍离心洗涤结束后，倒掉多数上层清液，预留一部分溶液(即少量乙醇)，将洗涤后的纳米银颗粒超声分散在乙醇中形成纳米银颗粒悬浮液。
21.进一步地，步骤2)中，离心洗涤的离心速度为4000-8000r/s，为了提升离心效率，减少损耗，优选6000r/s。
22.进一步地，步骤3)中，通过二乙二醇丁醚加入的顺序不同，可对纳米银颗粒悬浮液的浓度进行调节。
23.进一步地，步骤3)中，通过选择不同的温度、旋转速度、压力，均可调节纳米银颗粒悬浮液的旋蒸效率。
24.进一步地，步骤4)的具体步骤为：向步骤3)得到的纳米银颗粒浓缩液中加入溶剂、保湿剂、添加剂进行混合得到纳米银固含量在35％-65％的高固含量纳米银喷墨导电墨水。
25.进一步地，步骤4)中，所述溶剂为乙二醇、丁二醇、去离子水、松油醇、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠的多种混合。
26.一种纳米银喷墨导电墨水，其特殊之处在于：采用上述制备方法制得。
27.本发明的优点是：
28.1.本发明提出一种高固含量纳米银喷墨导电墨水的制备方法，可采用本发明方法根据需求定制墨水中纳米银固含量，获得成膜性好、导电填料分散性好、纳米银固含量高的导电墨水。该方法中，本发明通过改变旋蒸过程中的工艺参数与旋蒸时溶剂的加入顺序，得到的纳米银颗粒浓缩液的最高浓度不同，即通过本发明方法能制备高分散性、高浓度的纳米银颗粒浓缩液，后根据对固含量不同的需求，直接使用浓缩液进行纳米银喷墨导电墨水的配制，获得固含量不同的喷墨导电墨水。
29.2.本发明采用湿法收集，可在洗涤后直接将悬浮在洗液中的导电填料进行纯化收集，较传统冻干法等方法，制备周期短，产品产率高。
30.3.本发明产出的导电墨水中的纳米银颗粒的分散性好，在保证纳米银的分散性的情况下，可根据需求定制固含量，可以获得纳米银固含量高的喷墨导电墨水。
31.4.本发明产出的高固含导电墨水成膜性好，打印出的成品连通性好，且具有高稳定性，能满足大规模生产时的稳定性。
附图说明
32.图1是产出高固含纳米银喷墨导电墨水在pet上涂膜图；
33.图2是产出高固含纳米银喷墨导电墨水涂膜烧结后sem图。
具体实施方式
34.以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：
35.实施例1：
36.一种高固含量纳米银喷墨导电墨水的制备方法，包括以下步骤：
37.1)称取1.02g硝酸银，2g聚乙烯吡咯烷酮(k30)加入60ml乙二醇移入100ml烧瓶中进行搅拌充分溶解，将混合溶液升温至160℃搅拌40分钟，从开始搅拌加热到反应结束颜色会随时间的变化而发生变化，颜色依次为红棕色、墨绿色、黄绿色，反应结束后最终得到黄绿色的纳米银颗粒分散液。
38.2)将去离子水与纳米银颗粒分散液按1∶1稀释，第一遍用乙醇与丙酮混合液在6000r/s转速下离心洗涤，第二遍用乙醇在6000r/s转速下离心洗涤，第三遍用乙醇在6000r/s的转速下离心洗涤。第三遍离心结束后，倒掉多数上层清液，预留一部分乙醇，将洗涤后的纳米银颗粒超声分散在乙醇中形成悬浮液。
39.3)向悬浮液中加入适量二乙二醇丁醚进行旋蒸浓缩，旋蒸温度为40℃，压力为-0.09mpa，将悬浮液中的乙醇旋蒸直至没有液体被蒸发出来为止，得到浓缩液。
40.4)将最终的浓缩液用于导电墨水的配制，根据固含量需求加入二乙二醇丁醚、1，3-乙二醇、乙醇、松油醇、添加剂等试剂进行混合，得到纳米银固含量在35％-50％的高固含纳米银喷墨导电墨水。
41.实施例2：改变旋蒸温度
42.一种高固含量纳米银喷墨导电墨水的制备方法，包括以下步骤：
43.1)称取1.02g硝酸银，2g聚乙烯吡咯烷酮(k30)加入60ml乙二醇移入100ml烧瓶中进行搅拌充分溶解，将混合溶液升温到160℃搅拌40分钟，从开始搅拌加热到反应结束颜色会随时间的变化而发生变化，颜色依次为红棕色、墨绿色、黄绿色。反应结束后最终得到黄绿色的纳米银颗粒分散液。
44.2)将去离子水与纳米银颗粒分散液按1∶1稀释，第一遍用乙醇与丙酮混合液在6000r/s转速下离心洗涤，第二遍用乙醇在6000r/s转速下离心洗涤，第三遍用乙醇在6000r/s的转速下离心洗涤。第三遍离心结束后，倒掉多数上层清液，预留一部分乙醇，将洗涤后的纳米银颗粒超声分散在乙醇中形成悬浮液。
45.3)向悬浮液加入适量二乙二醇丁醚进行旋蒸浓缩，旋蒸温度为42℃，压力为-0.09mpa，将悬浮液中的乙醇旋蒸直至没有液体被蒸发出来为止，得到浓缩液。
46.4)将最终的浓缩液用于导电墨水的配制，根据固含量需求加入二乙二醇丁醚、1，3-乙二醇、乙醇、松油醇、添加剂等试剂进行混合，得到纳米银固含量在35％-55％的高固含纳米银喷墨导电墨水。
47.实施例3：旋蒸时高沸点溶剂的加入顺序变化
48.一种高固含量纳米银喷墨导电墨水的制备方法，包括以下步骤：
49.1)称取1.02g硝酸银，2g聚乙烯吡咯烷酮(k30)加入60ml乙二醇移入100ml烧瓶中进行搅拌充分溶解，将混合溶液升温到160℃搅拌40分钟，从开始搅拌加热到反应结束颜色会随时间的变化而发生变化，颜色依次为红棕色、墨绿色、黄绿色。反应结束后最终得到黄绿色的纳米银颗粒分散液。
50.2)去离子水与纳米银颗粒分散液1∶1稀释，第一遍用乙醇与丙酮混合液在6000r/s转速下离心洗涤，第二遍用乙醇在6000r/s转速下离心洗涤，第三遍用乙醇在6000r/s的转速下离心洗涤。第三遍离心结束后，倒掉多数上层清液，预留一部分乙醇，将洗涤后的纳米银颗粒超声分散在乙醇中形成悬浮液。
51.3)将悬浮液进行旋蒸浓缩，旋蒸温度为40℃，压力为-0.09mpa，将悬浮液中的乙醇
旋蒸仅留5ml以内时，加入适量二乙二醇丁醚，继续进行旋蒸浓缩，直至没有液体被蒸发出来。
52.4)将最终的浓缩液用于导电墨水的配制，根据固含量需求加入二乙二醇丁醚、1，3-乙二醇、乙醇、松油醇、添加剂等试剂进行混合，得到纳米银固含量在35％-60％的高固含纳米银喷墨导电墨水。
53.实施例4：溶剂加入顺序及旋蒸温度变化
54.一种高固含量纳米银喷墨导电墨水的制备方法，包括以下步骤：
55.1)称取1.02g硝酸银，2g聚乙烯吡咯烷酮(k30)加入60ml乙二醇移入100ml烧瓶中进行搅拌充分溶解，将混合溶液升温到160℃搅拌40分钟，从开始搅拌加热到反应结束颜色会随时间的变化而发生变化，颜色依次为红棕色、墨绿色、黄绿色。反应结束后最终得到黄绿色的纳米银颗粒分散液。
56.2)将去离子水与纳米银颗粒分散液1∶1按稀释，第一遍用乙醇与丙酮混合液在6000r/s转速下离心洗涤，第二遍用乙醇在6000r/s转速下离心洗涤，第三遍用乙醇在6000r/s的转速下离心洗涤。第三遍离心结束后，倒掉多数上层清液，预留一部分乙醇，将洗涤后的纳米银颗粒超声分散在乙醇中形成悬浮液。
57.3)将悬浮液进行旋蒸浓缩，旋蒸温度为42℃，压力为-0.09mpa，将悬浮液中的乙醇旋蒸仅留5ml以内时，加入适量二乙二醇丁醚，继续进行旋蒸浓缩，直至没有液体被蒸发出来，得到浓缩液。
58.4)将最终的浓缩液用于导电墨水的配制，根据固含量需求加入二乙二醇丁醚、1，3-乙二醇、乙醇、松油醇、添加剂等试剂进行混合，得到纳米银固含量在35％-65％的高固含纳米银喷墨导电墨水。
59.实施例5：扩大产量
60.一种高固含量纳米银喷墨导电墨水的制备方法，包括以下步骤：
61.1)称取10.2g硝酸银，20g聚乙烯吡咯烷酮(k30)加入600ml乙二醇移入1000ml烧瓶中进行搅拌充分溶解，将混合溶液升温到160℃搅拌40分钟，从开始搅拌加热到反应结束颜色会随时间的变化而发生变化，颜色依次为红棕色、墨绿色、黄绿色。反应结束后最终得到黄绿色的纳米银颗粒分散液。
62.2)去离子水与纳米银颗粒分散液1∶1稀释，第一遍用乙醇与丙酮混合液在6000r/s转速下离心洗涤，第二遍用乙醇在6000r/s转速下离心洗涤，第三遍用乙醇在6000r/s的转速下离心洗涤。第三遍离心结束后，倒掉多数上层清液，预留一部分乙醇，将洗涤后的纳米银颗粒超声分散在乙醇中形成悬浮液。
63.3)将悬浮液进行旋蒸浓缩，旋蒸温度为42℃，压力为-0.09mpa，将悬浮液中的乙醇旋蒸仅留5ml以内时，加入适量二乙二醇丁醚，继续进行旋蒸浓缩，直至没有液体被蒸发出来，得到浓缩液。
64.4)将最终的浓缩液用于导电墨水的配制，根据固含量需求加入二乙二醇丁醚、1，3-乙二醇、乙醇、松油醇、添加剂等试剂进行混合，得到纳米银固含量在35％-65％的高固含纳米银喷墨导电墨水。
65.本发明还对采用上述制得的喷墨导电墨水进行了成膜性测试，由图1可见，采用本发明制备的喷墨导电墨水成膜性优异。有图2高固含纳米银喷墨导电墨水涂膜烧结后sem图
可以看出，墨水中纳米银颗粒的分散性也有所保证，由此，可确保采用导电墨水打印线路的导电性。与此同时，本发明还采用不同的银盐、保护剂、以及多元醇在规定的摩尔比例范围内进行了相同的制备，均可获得高固含纳米银喷墨导电墨水。
66.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。