纳米硒化铜导电墨水、其制备方法及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种导电墨水，尤其是涉及一种纳米硒化铜导电墨水、其制备方法及应用，属于纳米材料领域。
【背景技术】
[0002]随着新一代柔性电子器件诸如无线智能识别(RFID)电子标签、印刷电路板(PCB)、柔性印刷电路板(FPCB)、电磁波屏蔽材料、太阳能光伏电池和柔性显示电极的快速发展，导电墨水将可能成为下一代高集成、高精密柔性PCB板生产的主要原料。相对于传统的薄膜电子加工工艺，新兴的喷墨、气溶胶喷印等绿色印刷技术也使得导电墨水具有更为广阔的潜在市场空间。使用导电墨水进行印刷，可以降低原材料的浪费，同时简化工艺程序；在提高生产效率的同时，也可以尽可能地减少制造过程中的环境污染。
[0003]目前研究中的导电墨水大体上分为两类:一类是无颗粒型导电墨水；一类是颗粒型导电墨水。颗粒型导电墨水主要由导电颗粒、溶剂、分散稳定剂、表面活性剂和其他助剂组成，其实质是导电颗粒的分散体系。文献已经报道的包括纳米金、纳米银和纳米铜在内的多种纳米导电油墨。此外，新兴的石墨烯以及碳纳米管也已经被用来制备导电墨水。然而常见的金属导电颗粒金和银，由于其价格昂贵而影响了它们在产业领域的广泛应用；而金属铜颗粒尽管在导电性和成本上均占有优势，但是纳米级的铜颗粒在实际应用中面临氧化的问题，其工业应用也同样具有一定的局限性。新兴的碳纳米管和石墨烯导电墨水同样由于导电性能的局限阻碍了它们在更广泛领域的应用。因此，研制低成本高导电性和稳定性的新型导电墨水将具有广阔的应用前景，而且新型的导电墨水也将促进相关产业领域的快速发展。
【发明内容】
[0004]鉴于现有技术中的不足，本发明的主要目的在于提供一种纳米硒化铜导电墨水及其制备方法，其具有成本低，工艺条件温和、效率高，适合批量生产等优点。
[0005]本发明的另一目的在于提供前述纳米硒化铜导电墨水在制备导电薄层材料中的应用。
[0006]为实现前述发明目的，本发明采用了如下技术方案:
一种纳米硒化铜导电墨水，它是主要由分散剂和均匀分散于分散剂中的纳米硒化铜组成的流动性液相体系，并且所述墨水中包含有20-30wt%纳米硒化铜。
[0007]进一步的，所述流动性液相体系还可包含稳定剂，所述稳定剂可选自但不限于吡啶、乙二胺、乙二硫醇或巯基乙酸等。
[0008]进一步的，所述纳米硒化铜包括具有二维片层和/或线形结构的纳米硒化铜。
[0009]进一步的，所述分散剂可选自但不限于氯仿、正己烷或甲苯。
[0010]一种纳米硒化铜导电墨水，包括以下步骤:将摩尔比为1:2?4:1的铜源和硒源与还原剂均匀混合后，置于微波反应器中进行反应，反应温度为14(T20(TC，微波功率为10(T300W，反应结束后获得纳米硒化铜，其后将所述纳米硒化铜均匀分散于分散剂中，形成所述纳米硒化铜导电墨水，所述纳米硒化铜导电墨水为流动性液相体系。
[0011]进一步的，反应时间为10mirT2h。
[0012]进一步的，所述铜源可选自但不限于氯化亚铜、氯化铜、醋酸铜或硝酸铜。
[0013]所述硒源可选自但不限于二氧化硒。
[0014]所述还原剂可选自但不限于油胺。
[0015]一种导电薄层材料的制备方法，包括:将前述纳米硒化铜导电墨水施加至基材表面形成薄层结构，并在40-120°C退火烧结，获得导电薄层材料，且所述导电薄层材料的方块电阻在5?30 Ω之间。
[0016]作为具体应用方案之一，该制备方法可以包括如下具体步骤:
1)在微波反应容器中，按照1:2?4:1的摩尔比例加入铜源和硒源，并与还原剂并配制成溶液；
2)将步骤(I)所获混合反应体系在室温下搅拌过夜，然后转移至微波反应器中，设定微波反应参数如下:温度为140?200°C，时间为1min?2h，微波功率为100?300W ；
3)反应结束后，依次用乙醇和氯仿等洗涤产品，通过稳定剂和分散剂处理富集的硒化铜，获得质量百分比为20-30%的硒化铜导电墨水。
[0017]与现有技术相比，本发明至少具有如下优点:
(1)采用微波辅助方法和硒化铜为原料，导电墨水的原材料成本进一步降低；
(2)优化得到的硒化铜导电墨水环境稳定性高，在较低温度(40-120°C)即可烧结成为导电薄膜；
(3)获得的导电薄膜具有优良的导电性能，其薄膜方块电阻远低于其他的导电墨水，处在5?30 Ω之间。
【附图说明】
[0018]图1为本发明实施例1所获硒化铜纳米片的SEM照片；
图2为本发明实施例1所获硒化铜纳米片的XRD图；
图3为本发明实施例1中导电薄膜在120°C下退火处理后的1-V特性曲线。
【具体实施方式】
[0019]以下结合若干实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
[0020]实施例1
在1ml的微波反应管中，分别加入10 mg的一水合醋酸铜、5.5 mg的二氧化硒和5 mL油胺(摩尔比为1:1)，配制成5ml的油胺溶液，体系在室温条件下搅拌过夜；将微波反应管移至微波反应器内，设定微波参数一反应温度为180°C，反应时间为I小时，微波功率为10ff0反应结束后，依次用乙醇和氯仿洗涤，离心富集获得均一的硒化铜纳米片。将富集的硒化铜纳米片用吡啶处理，然后分散于氯仿溶剂中。
[0021]在图1中，SEM照片表明硒化铜纳米片呈六边形，其尺寸在(200-500nm) X(400-800nm)o图2的XRD谱图中基本的峰位都归属为六方晶系(klockmannite phase)硒化铜的衍射峰。图3的1-V特性曲线表明硒化铜导电薄膜具有良好的导电特性一在0.5V偏压条件下，其电流值达到0.06 A。
[0022]实施例2
在1ml的微波反应管中，分别加入20 mg的一水合醋酸铜、5.5 mg的二氧化硒和5 mL油胺(摩尔比为2:1)，配制成5ml的油胺溶液，体系在室温条件下搅拌过夜；将微波反应管移至微波反应器内，设定微波参数反应温度为160°C，反应时间为30 min,微波功率为150W。反应结束后，依次用乙醇和氯仿洗涤，离心富集获得均一的硒化铜纳米线(或纳米棒)；将富集的硒化铜纳米线(或纳米棒)用乙二胺处理，然后分散于氯仿溶剂中。采用滴涂成膜工艺，制备得到的导电薄膜其方块电阻只有10 Ω左右。
[0023]需要指出的是，以上说明、图纸及实施例不可解析为对限定本发明的设计思想。在本发明的知识领域里持相同知识者可以对本发明的技术思想以多样的形态的改良，这样的改良及变更也应属本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种纳米硒化铜导电墨水，其特征在于，它是主要由分散剂和均匀分散于分散剂中的纳米硒化铜组成的流动性液相体系，并且所述墨水中包含有20-30wt%纳米硒化铜。
2.根据权利要求1所述的纳米硒化铜导电墨水，其特征在于，所述流动性液相体系还包含稳定剂，所述稳定剂包括吡啶、乙二胺、乙二硫醇或巯基乙酸。
3.根据权利要求1所述的纳米硒化铜导电墨水，其特征在于，所述纳米硒化铜包括具有二维片层和/或线形结构的纳米硒化铜。
4.根据权利要求1所述的纳米硒化铜导电墨水，其特征在于，所述分散剂包括氯仿、正己烷或甲苯。
5.一种纳米硒化铜导电墨水的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:将摩尔比为1:2?4:1的铜源和硒源与还原剂均匀混合后，置于微波反应器中进行反应，反应温度为14(T20(TC，微波功率为10(T3(K)W，反应结束后获得纳米硒化铜，其后将所述纳米硒化铜均匀分散于分散剂中，形成所述纳米硒化铜导电墨水，所述纳米硒化铜导电墨水为流动性液相体系。
6.如权利要求5所述纳米硒化铜导电墨水的制备方法，其特征在于，反应时间为1min?2h。
7.如权利要求5所述纳米硒化铜导电墨水的制备方法，其特征在于，所述铜源包括氯化亚铜、氯化铜、醋酸铜或硝酸铜。
8.如权利要求5所述纳米硒化铜导电墨水的制备方法，其特征在于，所述硒源包括二氧化硒，所述还原剂包括油胺。
9.权利要求1-9中任一项所述纳米硒化铜导电墨水在制备导电薄层材料中的应用。
10.一种导电薄层材料的制备方法，其特征在于，包括:将权利1-9中任一项所述纳米硒化铜导电墨水施加至基材表面形成薄层结构，并在40-120°C退火烧结，获得导电薄层材料，且所述导电薄层材料的方块电阻在5?30 Ω之间。
【专利摘要】本发明公开了一种纳米硒化铜导电墨水、其制备方法及应用。该导电墨水是主要由分散剂和均匀分散于分散剂中的纳米硒化铜组成的流动性液相体系；其制备方法包括：将摩尔比为1:2~4:1的铜源和硒源与还原剂均匀混合后，置于微波反应器中进行反应，反应温度为140~200℃，微波功率为100~300W，反应结束后获得纳米硒化铜，其后将所述纳米硒化铜均匀分散于分散剂中，形成所述纳米硒化铜导电墨水。本发明的导电墨水具有稳定性好，导电性能优良等优点，能够被广泛应用于制备导电薄膜等薄层材料，且其生产工艺简单，成本低，制备时间短，适合批量生产。
【IPC分类】C09D11-52
【公开号】CN104761956
【申请号】CN201410003080
【发明人】刘永强, 潘革波, 肖燕, 王凤霞
【申请人】中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2014年1月3日