专利名称：用于金属油墨的光固化方法
技术领域：
本发明一般涉及用来为电子线路形成导电路径的金属油墨。
背景技术：
纳米科学技术的目的是理解、控制和操纵大小为几纳米的物体。人们已经知道，这 些纳米物体的性质介于单个原子、分子与大块物质之间。这些性质往往较为独特，不同于大 块物质的性质；特别地，这些纳米物体所表现的性质能随尺寸发生巨大变化。这样就有可能 通过精确控制它们的配制工艺来控制这些性质。纳米团簇是平均直径小于100纳米的原子或分子聚集体，其构成组分的数目在 IO-IO6之间。纳米团簇没有固定的尺寸、结构或组成。因此，它们具有多样的形貌。纳米团 簇可以是均质的，也就是说，它们仅由一种类型的原子或分子组成；或者，纳米团簇也可以 是非均质的。纳米团簇内的组分可通过差异很大的不同类型的力保持在一起，如静电作用 力、范德华力或共价键，具体取决于其构成。将小金属原子团簇如Cu(铜)簇保持在一起的 力更类似于共价键，而不像大块金属中几乎完全自由的电子所施加的力。所含金属原子不 超过数百的团簇，其直径约为3-5纳米，因量子约束而具有强烈依赖于尺寸的性质。随着团 簇变大，直径最大达到100纳米，其行为具有平稳的变化，逐渐接近于大尺寸的极限情况。纳米团簇的晶格结构一般不同于对应的大块物质的晶格结构。这些有限团簇可具 有多个纳米晶体结构，如具有多个面的多面体结构。一些纳米团簇可能是结晶固体。重要 的是，对于指定尺寸和组成，要理解是晶体结构还是非晶体结构占优势，这样才能描述纳米 团簇参与的一些物理过程。一个值得考虑的有趣的疑问是，当存在纳米团簇时，相变过程中发生了什么，象铜 从液体成为固体的过程。对这个问题的一个回答是热力学能和动能的稳定性有影响。纳米 团簇具有非常高的表面积/体积比，因而具有高表面能。包括面、边和顶点在内，纳米团簇 的结构对此表面能具有强烈影响，因此主导了纳米粒子的行为。为了充分理解这些纳米团簇的物理行为，人们做了以下几步工作。首先，纳米粒子 结构是理解铜纳米团簇行为的起点。为了深刻理解结构-性质关系，人们深入研究了能量 最小的情形，并分析了结果。这些结果十分错综复杂，迄今为止，世界上还没有一个人完成 对铜纳米团簇的分析。其次，确定升温的效应。为回答此问题，必须精通有限系统的热力学。 世界上精通于此的专家很少。第三，需要理解实验设置的时间尺度与形态转变的时间尺度 之间的关系是什么，特别是铜纳米团簇的相变。从根本上说，这要通过研究纳米团簇形成与 破坏的动力学效应来解决。
图1显示了二十面体和十面体团簇的过剩能量的定性行为。图2显示了具有固体核和液体外壳的粒子。图3比较了锡簇的理论熔点和实验熔点。图4显示了铜纳米团簇的生长模拟情况。图5显示了根据水中长球状Mi和Pt粒子的偶极近似计算的吸收光谱图。这些粒 子的短直径为10纳米，长径比(aspect ratio)分别为1. 0 (-—)、2· 0 (-—)、3· 0 (-—)。图6显示了入射光电场矢量对球形金属粒子的极化。图7显示了聚集的镉粒子和铊粒子(a)和离散的镉粒子和铊粒子(b)在水中的吸 收光谱。图8显示了光固化后平均粒径、粉末颜色、油墨颜色和电阻率之间的相关性。图9显示了老化的Cd溶液在接触一氧化二氮之前的吸收光谱(0)以及之后不同 时刻的吸收光谱。图10显示了氧化铜在光固化过程中被还原为金属铜的证据。图IlA显示了在空气中于100°C预固化后的产业(Sangyo)公司铜纳米粒子(约 50 纳米);01/0120是2.6 1(28% Cu2O) 图IlB显示了光固化之后的产业公司的纳米粒子(Cu2O峰的强度显著降低；Cu/ Cu2O 是 13 1(7% Cu2O)。图12A显示了在空气中于100°C预固化的美国元件(American Elements)公司的 铜纳米粒子。图12B显示了在1300伏电压下光子固化的美国元件公司铜的纳米粒子，在光子固 化后观察到浅蓝色。图12C显示了在1400伏电压下光子固化的美国元件公司的铜纳米粒子，在光子固 化后观察到浅红色。图13显示了氙闪光灯的光谱。
图14显示了根据本发明的一些实施方式的干燥参数。
图15显示样品3-8的电学性质非常类似于样品2的电学性质。
图16显示了铜在光烧结步骤从Kapton基板上吹起(blow-off)的百分数。
图17显示了每个样品的干燥参数。
图18显示样品5和样品7-10的电学性质优于样品2的电学性质。
图19显示了铜在光烧结步骤从Kapton基板上吹起的百分数。
图20显示了每个样品的干燥参数。
图21显示样品2-5相比于样品1具有增加的电阻率。
图22显示样品3和样品4在光烧结过程中仅有20%吹起时具有低电阻率。
图23显示了样品的电学性质。
图24显示了干燥时间。
图25显示了铜在光烧结步骤从Kapton基板上吹起的百分数。
图26A和26B显示了用于喷墨喷射和光固化纳米粒子金属膜的系统和方法。
发明详述
铜纳米团簇的表面结构一般地，具有指定结构、尺寸为N的团簇的结合能(Eb)可写成如下形式
权利要求
1.一种方法，其包括沉积导电油墨图案，所述导电油墨包含导电纳米粒子团簇；以及 对导电油墨进行光烧结。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，它还包括在沉积与光烧结步骤之间干燥导电油墨。
3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述干燥在真空室内进行。
4.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述干燥通过人工红外加热器进行。
5.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述干燥用微波能进行。
全文摘要
混合金属油墨溶液，然后用分配器印刷或分配到基板上。然后，对膜进行干燥，消除水或溶剂。在一些情况下，可在分配膜之后而在光固化步骤之前引入热固化步骤。基板和沉积的膜可用烘箱固化，或者通过将基板放在加热器如热板的表面进行固化。在干燥和/或热固化步骤之后，通过称作直写的方法将来自光源的激光束或聚焦光导向膜表面。光的作用是对膜进行光固化，使其具有低电阻率。
文档编号C09D1/00GK102112562SQ200980118341
公开日2011年6月29日 申请日期2009年5月15日 优先权日2008年5月15日
发明者D·M·让德西尔, I·帕弗洛弗斯基, M·杨, R·L·芬克, Z·雅尼弗, 李运钧 申请人:应用纳米技术控股股份有限公司, 石原药品株式会社