水基納米銀導(dǎo)電墨水的制備及在柔性基材上的應(yīng)用研究.pdf

1、電子產(chǎn)品逐漸向“輕、巧、薄”的方向發(fā)展，印制電子技術(shù)（Printed Electronics）對(duì)印制電路板（PCB）的制造帶來(lái)了革命性的影響，因而研究低成本、高產(chǎn)率、簡(jiǎn)便易得的導(dǎo)電墨水的制備方法及導(dǎo)電性能的提高意義重大。水基納米銀導(dǎo)電墨水不僅可以發(fā)揮納米銀優(yōu)異的導(dǎo)電性能，同時(shí)可以順應(yīng)綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的政策趨勢(shì)，其在紡織品、薄膜等柔性基材的應(yīng)用研究，將有利于可穿戴電子產(chǎn)品的發(fā)展，為智能紡織品的發(fā)展開(kāi)辟道路。
　　本文以Carey

2、-Lea法為基礎(chǔ)，用七水合硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)為還原劑，檸檬酸鈉（Na3C6H5O7·2H2O）為分散劑，還原硝酸銀（AgNO3）溶液制得納米銀顆粒。反應(yīng)結(jié)束后，使用硝酸鈉（NaNO3）對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行清洗，減薄納米銀顆粒間的分散劑層。
　　對(duì)反應(yīng)不同階段的納米銀進(jìn)行粒度分布分析，研究了納米銀尺寸生長(zhǎng)情況。推知納米銀制備的初始階段，納米銀大量生成，形成結(jié)構(gòu)疏松的納米銀大聚集體，隨著分散劑的增加，松散的大聚集體開(kāi)始慢慢散開(kāi)，最

3、終形成主要粒徑分布在10n m以?xún)?nèi)的納米銀顆粒。通過(guò)改變制備納米銀的反應(yīng)溫度，發(fā)現(xiàn)室溫下即可制得小尺寸且尺寸分布均勻的納米銀顆粒，且低溫更為有利。改變反應(yīng)物添加順序，發(fā)現(xiàn)預(yù)先將少量分散劑與硝酸銀混合后，再將還原劑與分散劑的混合溶液滴加進(jìn)入硝酸銀的添加順序更有利于獲得尺寸小且均一的納米銀顆粒。對(duì)反應(yīng)生成的納米銀顆粒用硝酸鈉進(jìn)行清洗，有利于去除反應(yīng)液中的Fe3+和SO42-等雜質(zhì)離子，減薄納米銀表面包覆的分散劑層，降低導(dǎo)電墨水燒結(jié)過(guò)程的阻力

4、。
　　然后，在制得的納米銀顆粒水分散體系中加入相應(yīng)的添加劑調(diào)配成導(dǎo)電墨水，再印制到棉織物上，燒結(jié)后獲得導(dǎo)通性?xún)?yōu)異的導(dǎo)電圖案。
　　為了對(duì)納米銀導(dǎo)電墨水導(dǎo)電性能的提高進(jìn)行研究，本論文從以下四方面進(jìn)行研究，分別是加入聚苯胺導(dǎo)電高分子，加入HC l等燒結(jié)劑，改變燒結(jié)方式和對(duì)印制基材進(jìn)行前處理。研究結(jié)果表明以上四個(gè)方向均能大大提高導(dǎo)電墨水的導(dǎo)電效果。
　　推測(cè)形成的聚苯胺和銀通過(guò)C-N鍵的配位作用，具有很好的相容性，相比于金

5、屬銀，分子鏈段更為柔軟的聚苯胺可以填充到納米銀顆粒形成的燒結(jié)頸導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的空隙中，增大導(dǎo)電連接點(diǎn)的接觸面積。同時(shí)，聚苯胺與基材也有更好的親和性和包覆性，有利于形成更為完整的導(dǎo)電通路，大大提高印制電路的導(dǎo)電性。
　　燒結(jié)劑HC l的加入更是能顯著提高導(dǎo)電效果，尤其對(duì)室溫?zé)Y(jié)的電阻降低效果非常顯著，從不加入HCl時(shí)的4416Ω/□到方阻最小時(shí)的0.86Ω/□，導(dǎo)電墨水印制圖案的方阻呈指數(shù)級(jí)下降。分析認(rèn)為氯離子對(duì)金屬銀表面有著很強(qiáng)的吸附性

6、，隨著導(dǎo)電墨水中溶劑的蒸發(fā)，氯離子濃度升高到一定程度便使包裹在納米銀表面的檸檬酸鈉解吸，納米銀失去了分散劑的保護(hù)，開(kāi)始燒結(jié)形成燒結(jié)頸，從而形成導(dǎo)電的通路。
　　熱壓燒結(jié)能在比熱燒結(jié)低的燒結(jié)溫度下用較少的時(shí)間獲得更好的導(dǎo)電效果，降低處理時(shí)間和能量消耗。實(shí)驗(yàn)中的熱壓燒結(jié)方阻低至0.16Ω/□。本文中的室溫?zé)Y(jié)部分加入多種室溫?zé)Y(jié)劑，在完全避免高溫?fù)p傷印制基材的前提下，大幅度提高導(dǎo)電效果。
　　基材的前處理則主要研究了在棉織物上的