基于铜的无颗粒型导电墨水的制备及性能研究

摘要

导电墨水不仅可以用来印制无线射频识别（RFID）标签内置天线线圈，在其它印制电子技术如电位器、印制电路板（PCB和FPC）、有机发光二极管（OLED）、柔性显示器、太阳能电池、传感器和电子封装等电子行业中也得到了日益广泛的应用。导电墨水可分为无机和有机导电墨水两类，无机导电墨水主要采用金属、金属氧化物和碳作为导电材料，其中又以纳米银导电墨水的研究和使用最为广泛。为了代替导电墨水中的银以降低导电墨水的成本同时获得较高的电导率，以铜为介质的导电墨水，在过去几年得到了不断的发展。铜具有与银相当的导电性，价格却比银便宜的多，具有广阔的发展前景。
　　（1）本试验采用化学还原法，以铜氨络合物为导电金属前驱体，甲酸为还原剂，乙二醇和水为混合溶剂，丙烯酸树脂乳液为连接料，聚乙烯吡咯烷酮为保护剂，制备了一种基于铜的无颗粒型导电墨水。
　　（2）通过设计5组试验配方，对不同配方导电墨水的黏度、表面张力和pH值以及烧结后样品涂层的导电性和附着性的测试，考察了配方中还原剂甲酸的含量对其各项性能指标的影响。
　　制备的基于铜的无颗粒型导电墨水的黏度、表面张力和pH值均符合喷墨打印机对墨水黏度、表面张力和pH值的相关要求，且黏度和表面张力均不受还原剂甲酸加入量的影响。而涂层的导电性则受甲酸加入量的影响较大。为探究其影响方式，对涂层进行了XRD分析和SEM测试，当甲酸用量较少时，在烧结过程中，铜氨络合物分解产生的单质铜被氧化最终生成铜的氧化物——氧化铜或氧化亚铜，影响其导电性；而甲酸用量较多时，受热条件下多余的甲酸热分解产生CO2、H2O等气体分子，从涂层表面出来，会导致涂层产生裂纹和气孔，影响涂层表面的致密性，对涂层的导电性不利。铜导电涂层在玻璃基材上的附着性明显好于塑料基材。
　　（3）最后，对基于铜的无颗粒型导电墨水应用到 RFID标签天线上的印制工艺和导电涂层的烧结条件进行了初步探讨。
　　试验制备的导电墨水墨水拉丝性能差、黏度较低，不适合对黏度要求较大的丝网印刷，但可尝试应用到喷墨打印机上。试验设计了9组烧结条件，最合适的一组是在空气氛围中150℃恒温下烧结30 min。烧结温度太低或者烧结时间太短，烧结过程中所涉及的化学反应都不能反应完全，无法产生纯的铜单质；烧结温度太高、烧结时间太长，反应过于剧烈，涂层容易产生气泡、突起甚至出现裂纹和破损。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 导电墨水

1.3 本课题的研究内容、目的及意义

2 基于铜的无颗粒型导电墨水的制备

2.1 试验流程

2.2 试验材料

2.3 试验设备

2.4 基于铜的无颗粒型导电墨水的制备过程

2.5 本章小结

3 导电涂层的印制及烧结工艺

3.1 基材预处理

3.2 导电涂层的印制工艺

3.3 导电涂层的烧结工艺

3.4 本章小结

4 基于铜的无颗粒型导电墨水和导电涂层的性能指标测试

4.1 基于铜的无颗粒型导电墨水的指标测试

4.2 铜导电涂层的性能测试

4.3 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

个人简历、发表论文及研究成果

致谢