一种基于碳纳米管-纳米铜粉的环保型导电浆料

摘要

一种基于碳纳米管-纳米铜粉的环保型导电浆料，由经表面处理的纳米铜颗粒、经碳纳米管分散液处理的碳纳米管、添加剂和有机溶剂组成，所述经表面处理的纳米铜颗粒表面带负电荷且平均粒径为50-150nm，各组分的质量百分比为：经表面处理的纳米铜颗粒10-20wt%、添加剂1-10wt%、有机溶剂10-20wt%、经碳纳米管分散液处理的碳纳米管为余量。在本发明的优点是：该导电浆料兼有碳纳米管和贵金属材料的双重优势，碳纳米管在浆料中具有较好的分散性能，不会出现沉降现象，浆料导电性能好；制备的导电浆料所用配方组分均环保无污染。

说明书

技术领域

本发明涉及电子材料技术领域，具体涉及一种基于碳纳米管-纳米铜粉的环保 型导电浆料。

技术背景

随着电子信息产业进入高速发展的阶段，也让电子浆料行业有了长足发展。 电子浆料集冶金、化工、电子技术于一体，是一种具有高技术的电子功能材料， 因此，在电子行业中具有无可替代的地位。银粉及其电子浆料系列产品是电子工 业中应用最为广泛同时用量也是最大的一种贵金属粉末，是生产各种电子元器件 产品的基本功能材料，主要用于制造集成电路、电容器、MLCC、太阳能电池电 极、射频可识别标签等。随着需求量及种类的增大，人们对于导电浆料的发展也 在不断进步，各种新式导电浆料层出不穷，其中尤以铜浆料最为流行，一方面是 因为其生产成本比银浆低，另一方面，虽然在导电性方面稍逊与银浆料，但人们 还是更愿意选择铜浆料，因此，近年来针对于导电铜浆的研究层出不穷。但这些 浆料大部分都以金属相为主要导电功能相，尤其以银粉、铜粉、镍粉等金属粉末 的更是居多。在专利CN101593568中提到在导电浆料中加入碳纳米管，并使其 成为导电相的一部分，而对于其存在形式及如何处理并未提及且浆料不环保。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种基于碳纳米管-纳米铜粉的环 保型导电浆料，该导电浆料具有良好的导电性能且绿色环保。

本发明的技术方案：

一种基于碳纳米管-纳米铜粉的环保型导电浆料，由经表面处理的纳米铜颗 粒、经碳纳米管分散液处理的碳纳米管、添加剂和有机溶剂组成，所述经表面处 理的纳米铜颗粒表面带负电荷且平均粒径为50-150nm，各组分的质量百分比为： 经表面处理的纳米铜颗粒10-20wt%、添加剂1-10wt%、有机溶剂10-20wt%、经碳 纳米管分散液处理的碳纳米管为余量。

所述碳纳米管为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的一种或两种任意比例的 混合物。

所述碳纳米管分散液为表面活性离子液体，具体为十二烷基-3-甲基咪唑溴 （C12mimBr）或十四烷基-3-甲基咪唑溴(C14mimBr)。

所述添加剂为粘结剂和增稠剂与流平剂，其中粘结剂为环氧树脂粉末涂料， 增稠剂与流平剂为聚氨酯流变改性增稠剂或疏水改性碱溶胀型增稠剂，粘结剂与 增稠剂与流平剂的质量比为1:1。

所述有机溶剂为乙二醇单苯醚和乙二醇苯醚醋酸酯中的一种或两种任意比 例的混合物。

一种所述基于碳纳米管-纳米铜粉的环保型导电浆料的制备方法，步骤如下：

1）用化学还原法将铜盐还原，制备出粒径为50-150nm的纳米铜颗粒，并 使制备的纳米铜颗粒表面带上负电荷；

2）用表面活性离子液体制备出表面带有正电荷的碳纳米管，然后将其均匀 分散到有机溶剂中；

3）将处理过的纳米铜颗粒和其他添加剂加入含有碳纳米管的有机溶剂中， 超声至各组分混合均匀即可制得导电浆料。

一种所述基于碳纳米管-纳米铜粉的环保型导电浆料的应用，可用于太阳能 电池电极、片式多层陶瓷电容器（MLCC），还可用于精细的线路图形及多种微 器件的封装、连接和线路板的配型中。

本发明的技术分析：

1）纳米铜颗粒之所以要经过表面处理带上负电荷，是为了让铜粉能更好地 吸附在碳纳米管表面，充分发挥碳纳米管和贵金属结合的优势。

2）纳米铜颗粒的加入量小，是不将其作为主要导电功能相，而是用以辅助 碳纳米管，使附有铜粉的碳纳米管带有金属特性，而过多用量的铜粉会将经过处 理的碳纳米管表面所带的正电荷全部中和，导致碳纳米管的分散性下降，相互缠 结或沉降，从而使导电浆料的稳定性下降。因此，只用少量地铜粉，既能起到对 碳纳米管的辅助作用，又能保证碳纳米管优良的分散性。

3）粘结剂环氧树脂粉末涂料在烧结过程中，在不超过200℃的温度下便会 固化，同样能起到其他浆料中添所树脂作为粘结剂所起到的作用。

4）本发明没有采用传统的对于碳纳米管的分散方法，如添加高分子化合物 等使碳纳米管达到良好的分散性，而采用表面活性离子液体对碳纳米管进行分 散，并同时将其用于导电浆料中，是一种离子液体与导电浆料的结合，而对于两 者的结合使用还罕见报道。

在本发明的优点是：该导电浆料中的碳纳米管吸附了少量铜粉后，在提高了 导电性能的基础上，仍能较好地分散于浆料中而不发生沉降现象。并且所选用的 环氧树脂粉末涂料粘结剂在固化后能表现出良好的电学性能。在本浆料的碳纳米 管复合材料中，不仅包含碳纳米管在内的所有材料能发挥各自的性能，而且总性 能还有所提高。在烧结过程中，吸附在碳纳米管表面的铜粉会由颗粒状而变成片 状，形成对碳纳米管部分的包覆，并且片与片之间也会有所连接，更有利于导电 网络的形成。该导电浆料所有成份均为环保型材料，有利于环境保护。

具体实施方式

实施例1-4：

一种所述基于碳纳米管-纳米铜粉的环保型导电浆料的制备方法，步骤如下：

1）用化学还原法将铜盐还原，制备出粒径为50-150nm的纳米铜颗粒，并 使制备的纳米铜颗粒表面带上负电荷；

2）用表面活性离子液体制备出表面带有正电荷的碳纳米管，然后将其均匀 分散到有机溶剂中；

3）将处理过的纳米铜颗粒和其他添加剂加入含有碳纳米管的有机溶剂中， 超声至各组分混合均匀即可制得导电浆料。

实施例制备的导电浆料在均玻璃基板上旋涂成膜，在300℃下烧结45min后， 得到导电层，并对其电阻率进行测量。实施例1-4中各组分用量及导电性能测试 结果见表1。

表1

检测结果表明：该导电浆料具有良好的导电性能且绿色环保。

制备的导电浆料可用于太阳能电池电极、片式多层陶瓷电容器（MLCC），还 可用于精细的线路图形及多种微器件的封装、连接和线路板的配型中。