一种采用银包覆纳米铜复合粒子制备导电油墨的方法
【专利摘要】一种采用银包覆纳米铜复合粒子制备导电油墨的方法，以聚乙烯吡咯烷酮作为保护剂，利用廉价安全的NaH2PO2·H2O直接将硫酸铜溶液还原成纳米铜颗粒，通过银离子与纳米铜表面的金属铜的原位氧化还原反应，在纳米铜溶液中直接加入硝酸银溶液合成银包覆纳米铜复合粒子、与丙三醇、乙二醇试剂按一定比例混合制成高质量的导电油墨。本发明的优点是：与现有技术相比，本发明不需要对铜粉进行表面清洗，配制油墨过程简单，所需溶剂经济易得且无毒；本发明从材料的制备到配制导电油墨，及通过书写、喷墨打印的方式获得导线都是在空气中进行，并且无有毒药品的使用，环境友好，可以简单方便的完成制备工艺。
【专利说明】—种采用银包覆纳米铜复合粒子制备导电油墨的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及导电油墨的制备工艺，特别是一种采用银包覆纳米铜复合粒子制备导电油墨的方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展，电子技术在科学与工业等各个领域被广泛运用，可作为印刷导电点或导电线路之用的导电油墨受到高度关注。作为导电填料，银粉具有良好的导电性和抗氧化性，但由于其价格昂贵，成本太高，不适合在工业上推广。铜粉也具有良好的导电性能，且其价格便宜，因此被认为是银粉最佳替代品，但铜容易被氧化，这就限制了它的使用，且将铜粉制成导电油墨进行书写、烧结必须在惰性气体中进行，这就不利于它的操作。如果在铜粉表面包覆一层银，制成银包覆铜粉末，这样既能提高纳米铜粉的抗氧化能力，又可保持纳米铜粉的优良导电特性，不仅兼备了贵金属的某些性能，而价格又比单一贵金属纳米粉末低廉，所以银包覆纳米铜复合粒子具有广阔的应用范围。发明专利[CN1262043A]公开了一种用置换反应制备银包覆铜粉的方法，但其主要用于抗菌剂的制备。发明专利[CN201210069139]公开了一种用L-抗坏血酸还原硝酸银，沉积在铜粉表面的银镀铜粉的制备方法，这就需要对铜粉表面进行活化、清洗、敏化，步骤多，制备过程比较复杂。唐元勋等，参见电子元件与材料，Vol.28N0.9，采用用置换法还原络合银离子，在铜粉颗粒表面沉积金属银，但其制备工艺复杂且只研究了其抗氧化性，没有进一步研究其导电性。在现有的银包覆铜粉末的制备工艺中一般都用现成的铜粉直接还原银，这就需要除去铜粉表面已经生成的氧化铜，而且在合成银包覆铜粉末及制备成油墨的过程中会使用有毒药品，对人体和环境都有很大伤害。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种采用银包覆纳米铜复合粒子制备导电油墨的方法，该方法制备的银包覆纳米铜复合粒子具有良好的抗氧化性能，将其与丙三醇、乙二醇试剂按一定比例混合制成的导电油墨具有良好的导电性。
[0004]本发明的技术方案:
一种采用银包覆纳米铜复合粒子制备导电油墨的方法，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为保护剂，利用廉价安全的NaH2PO2.H2O直接将硫酸铜溶液还原成纳米铜颗粒，通过银离子与纳米铜表面的金属铜的原位氧化还原反应，在纳米铜溶液中直接加入硝酸银溶液合成银包覆纳米铜复合粒子、与丙三醇、乙二醇试剂按一定比例混合制成高质量的导电油墨，具体包括以下步骤:
I)将聚乙烯吡咯烷酮和NaH2PO2.H2O加入到去离子水中搅拌溶解配成溶液A，将CuSO4.5H20加入到去离子水配中搅拌溶解得到硫酸铜溶液，在硫酸铜溶液中滴加浓度为25wt%的氨水至PH值为10配成溶液B，将溶液B加入溶液A中加热搅拌，在温度为100-140°C下进行氧化还原反应2小时后，混合溶液变为红棕色，即可制得纳米铜颗粒溶 液；
2)将上述制得的纳米铜颗粒溶液进行超声搅拌使其分散均匀，将浓度为
0.0068-0.0136g/ml的硝酸银溶液滴加入纳米铜颗粒溶液中搅拌反应半小时，此时溶液颜色变为灰褐色，分离合成物并用乙醇离心清洗2-4次，干燥后得到银包覆纳米铜复合粒子，制备的银包覆纳米铜复合粒子具有良好的抗氧化性能；
3)将乙醇与丙三醇混合后加入上述银包覆纳米铜复合粒子进行超声搅拌使其完全溶解，制得导电油墨；
4)将制上述导电油墨装入中性笔管中，在照片纸上画成导线，然后在150-180°C温度下进行烧结，即可制得目标产品。
[0005]所述溶液A中聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、NaH2P02 -H2O与去离子水的用量比为Ig:2g:IOOml ;溶液B中CuSO4.5H20、去离子水与氨水的用量比为Ig:20ml:1ml ;溶液A与溶液B的质量比为1:3.2-4。
[0006]所述乙醇与丙三醇的体积比为1:3，导电油墨中银包覆纳米铜复合粒子的质量百分比为30-40%。
[0007]本发明的优点是:与现有技术相比，本发明不需要对铜粉进行表面清洗，配制油墨过程简单，所需溶剂经济易得且无毒；本发明从材料的制备到配制导电油墨，及通过书写、喷墨打印的方式获得导线都是在空气中进行，并且无有毒药品的使用，环境友好，可以简单方便的完成制备工艺。
【具体实施方式】
[0008]实施例1:
一种采用银包覆纳米铜复合粒子制备导电油墨的方法，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为保护剂，利用廉价安全的NaH2PO2.H2O直接将硫酸铜溶液还原成纳米铜颗粒，通过银离子与纳米铜表面的金属铜的原位氧化还原反应，在纳米铜溶液中直接加入硝酸银溶液合成银包覆纳米铜复合粒子、与丙三醇、乙二醇试剂按一定比例混合制成高质量的导电油墨，具体包括以下步骤:
1)将0.4g聚乙烯吡咯烷酮和0.8gNaH2P02 -H2O加入到40ml去离子水中搅拌溶解配成溶液AJf 0.5gCuS04.5H20加入IOml去离子水配制成硫酸铜溶液，在硫酸铜溶液中滴加浓度为25 wt %的氨水至PH值为10配成溶液B，将溶液B加入A溶液中加热搅拌，在温度为100°C下反应2小时，溶液变为红棕色，即可制得纳米铜颗粒溶液；
2)将上述制得的纳米铜颗粒溶液进行超声搅拌使其分散均匀，将浓度为0.0068g/ml的硝酸银溶液滴加入纳米铜颗粒溶液中搅拌反应半小时，此时溶液颜色变为灰褐色，分离合成物并用乙醇离心清洗3次，干燥后得到银包覆纳米铜复合粒子；
3)将乙醇与丙三醇以体积比1:3混合后加入上述银包覆纳米铜复合粒子进行超声搅拌使其完全溶解，导电油墨中银包覆纳米铜复合粒子的质量百分比为40%制得导电油墨；
4)将制上述导电油墨装入中性笔管中，在照片纸上画成导线，然后在160°C温度下进行烧结，即可制得目标产品。
[0009]检测表明:制得的导电油墨具有良好的导电性。
[0010]实施例2: 一种采用银包覆纳米铜复合粒子制备导电油墨的方法，具体包括以下步骤:
1)将0.4g聚乙烯吡咯烷酮和0.8gNaH2P02 -H2O加入到40ml去离子水中搅拌溶解配成溶液AJf 0.5gCuS04.5H20加入IOml去离子水配制成硫酸铜溶液，在硫酸铜溶液中滴加浓度为25 wt %的氨水至PH值为10配成溶液B，将溶液B加入A溶液中加热搅拌，在温度为120°C下反应2小时，溶液变为红棕色，即可制得纳米铜颗粒溶液；
2)将上述制得的纳米铜颗粒溶液进行超声搅拌使其分散均匀，将浓度为0.0136g/ml的硝酸银溶液滴加入纳米铜颗粒溶液中搅拌反应半小时，此时溶液颜色变为灰褐色，分离合成物并用乙醇离心清洗3次，干燥后得到银包覆纳米铜复合粒子；
3)将乙醇与丙三醇以体积比1:3混合后加入上述银包覆纳米铜复合粒子进行超声搅拌使其完全溶解，导电油墨中银包覆纳米铜复合粒子的质量百分比为30%制得导电油墨；
4)将制上述导电油墨装入中性笔管中，在照片纸上画成导线，然后在170°C温度下进行烧结，即可制得目标产品。
[0011]检测表明:制得的导电油墨具有良好的导电性。
【权利要求】
1.一种采用银包覆纳米铜复合粒子制备导电油墨的方法，其特征在于:以聚乙烯吡咯烷酮作为保护剂，利用廉价安全的NaH2PO2.H2O直接将硫酸铜溶液还原成纳米铜颗粒，通过银离子与纳米铜表面的金属铜的原位氧化还原反应，在纳米铜溶液中直接加入硝酸银溶液合成银包覆纳米铜复合粒子、与丙三醇、乙二醇试剂按一定比例混合制成高质量的导电油墨，具体包括以下步骤: 1)将聚乙烯吡咯烷酮和NaH2PO2.H2O加入到去离子水中搅拌溶解配成溶液A，将CuSO4.5H20加入到去离子水配中搅拌溶解得到硫酸铜溶液，在硫酸铜溶液中滴加浓度为25wt%的氨水至PH值为10配成溶液B，将溶液B加入溶液A中加热搅拌，在温度为100-140°C下进行氧化还原反应2小时后，混合溶液变为红棕色，即可制得纳米铜颗粒溶液； 2)将上述制得的纳米铜颗粒溶液进行超声搅拌使其分散均匀，将浓度为0.0068-0.0136g/ml的硝酸银溶液滴加入纳米铜颗粒溶液中搅拌反应半小时，此时溶液颜色变为灰褐色，分离合成物并用乙醇离心清洗2-4次，干燥后得到银包覆纳米铜复合粒子，制备的银包覆纳米铜复合粒子具有良好的抗氧化性能； 3)将乙醇与丙三醇混合后加入上述银包覆纳米铜复合粒子进行超声搅拌使其完全溶解，制得导电油墨； 4)将制上述导电油墨装入中性笔管中，在照片纸上画成导线，然后在150-180°C温度下进行烧结，即可制得目标产品。
2.根据权利要求1所述采用银包覆纳米铜复合粒子制备导电油墨的方法，其特征在于:所述溶液A中聚乙烯吡咯烷酮、NaH2PO2.H2O与去离子水的用量比为Ig:2g:100ml ;溶液B中CuSO4.5H20、去离子水与氨水的用量比为Ig:20ml:1ml ;溶液A与溶液B的质量比为 I:3.2-4。
3.根据权利要求1所述采用银包覆纳米铜复合粒子制备导电油墨的方法，其特征在于:所述乙醇与丙三醇的体积比为1:3，导电油墨中银包覆纳米铜复合粒子的质量百分比为 30-40%。
【文档编号】B22F1/02GK103464779SQ201310399414
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】李文江, 支力, 李伟 申请人:天津理工大学