一种高导电纳米银导电油墨及其制备方法

1.本发明涉及一种高导电纳米银导电油墨及其制备方法。
2.功能印刷正在不断向着电子领域延伸，在电子标签（rfid天线）领域成果颇为显著：不断发展的rfid电子标签技术，市场与日俱增的对于rfid的天线印刷的精度需求，效率低下同时成本高昂的蚀刻技术被时代所淘汰将成定局，如今大多研究者的方向已经转入使用印刷方式替代蚀刻技术来制备rfid天线，在制作集成电路板与薄膜开关两个方面丝网印刷拥有其独到的优势。现在蚀刻技术独家控制rfid天线印刷市场的时代已经一去不复返了，生产厂商们希望通过更加快速并且更加高精度的印刷制备标签的工艺来获得更低成本同时具有更高质量的rfid天线，自然而然的利用柔印、凹印乃至于胶印等印刷工艺来生产rfid天线的印刷技术争相崛起，个性化极强的喷墨印刷也位列其中，这个特点使其受到了rfid生产厂商们的青睐。但面对rfid标签的天线制造精度日益增长的需求，其基础组成成分——导电油墨也面对更加巨大的考验，国外内相关科研技术人员投入了大量精力进行了深入的研究。
3.众所周知导电油墨的导电填料已开始由传统的银粉材料变成由纳米银粉或纳米银粉和普通银粉的混合物，以及其他一些金属，以降低固含量和后处理温度。将具有导电性能的纳米粒子加入到油墨中便可以获得具有导电性能的导电油墨，此种油墨可以用于大容量集成电路或者现代接触式面板开关等的印刷。根据纳米导电颗粒种类的不同，纳米导电油墨分为纳米银导电油墨、纳米铜导电油墨以及碳纳米管导电油墨。其中银具有很好的导电性能和抗氧化性，因此，将纳米银颗粒加入油墨制作纳米银导电油墨成为导电油墨制备的首选，同时，纳米银导电油墨的应用也最为成熟。纳米银导电油墨制备方法一般分为纳米银颗粒分散液的制备、分散液的干燥和浓缩、加入所需溶剂和助剂进行重新分散，最后得到所要求的纳米银导电油墨。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种高导电纳米银导电油墨的制备方法，使得制备的纳米银导电油墨具有良好的导电性能，用于印刷智能标签（rfid天线）。
5.本发明所采用的技术方案是，一种高导电纳米银导电油墨的制备方法，先以乙二醇作为还原剂，将硝酸银里的银离子还原成银，以聚乙烯吡咯烷酮作为结构导向剂、保护剂制备纳米银；再配制溶剂，将纳米银颗粒与水性聚氨酯混合加入其中，再加入羧甲基纤维素钠盐，制备得到纳米银导电油墨。
6.本发明的具体步骤如下：（1）量取一定量的乙二醇溶液，加热至160℃，向其中加入氯化钠粉末，继续加热，并搅拌大约10min后得到溶液a；（2）称取0.006mol的硝酸银固体，同时量取60ml的乙二醇，将两者混合均匀，超声波分散3min，配制出60ml的0.1 mol/l的agno3溶液，得到溶液b；（3）称取0.36mol的聚乙烯吡咯烷酮固体，并量取60ml的乙二醇，将两者混合均匀，超声
波分散3min，配制出60ml的0.6mol/l的聚乙烯吡咯烷酮溶液，得到溶液c；（4）将溶液b、c使用注射器以3mlmin-1
的速度同时加入到溶液a中，继续反应大约1h。
7.（5）加热结束后，分别使用丙酮、无水乙醇、去离子水通过离心机对步骤4得到的混合溶液，分离提纯，得到纳米银；（6）配制一定比例的混合溶剂，将纳米银与水性聚氨酯按一定比例加入其中，超声混合均匀，再向混合液中加入对应重量的羧甲基纤维素钠盐，温度设定为30℃，并搅拌4h，得到纳米银导电油墨，并测试其性能，得到最优组分配比；（7）使用制备的纳米银导电油墨通过丝网印刷的方式，印刷rfid天线，并测试其性能。
8.本发明的离心过程中，离心机的转速为2500r/min，时间为15min。
9.本发明的纳米银，其粒径控制在50nm左右。
10.本发明的溶剂为去离子水和无水乙醇的混合物，其体积比为4:1。
11.本发明的的纳米银导电油墨中：纳米银颗粒/水性聚氨酯/羧甲基纤维素钠盐的质量分数为36%、46%、18%。
12.本发明的油墨性能测试，测试温度定为(25
±
1)℃，测试湿度为(65
±
5)%。
13.本发明的纳米银导电油墨的制备方法，操作简便，易于控制，原料易得，具有很好的工业化应用前景。
具体实施方式
14.通过下面给出的本发明的具体实施例可以进一步理解本发明，但下述实施例不是对本发明的限定。
15.实施例1：首先选取一个规格为250ml的三口烧瓶，利用量筒量取100ml的乙二醇，并将100ml乙二醇溶液加入到三口烧瓶之中。然后将盛有乙二醇溶液的三口烧瓶固定在油浴锅中装上冷凝管，并且将三口烧瓶的左右两个口使用塞子塞住，然后打开油浴锅对三口烧瓶进行加热，将温度调至160℃。称取0.001mol的氯化钠粉末，先打开磁力搅拌器进行搅拌，同时将三口烧瓶的塞子打开，将称量好的氯化铜粉末加入到乙二醇中，同时打开磁力搅拌器进行搅拌，继续在油浴锅中进行加热，并且反应大约10min。称取0.006mol的硝酸银（agno3）固体，同时量取60ml的乙二醇，将两者混合，然后进行超声波分散3min，配制出60ml的0.1 mol/l的agno3溶液。称取0.36mol的聚乙烯吡咯烷酮（pvp）固体，量取60ml的乙二醇，将两者混合进行超声波分散3min，配制出60ml的0.6mol/l的聚乙烯吡咯烷酮（pvp）溶液。此时打开三口烧瓶的两个塞子，使用注射器以3mlmin-1
的速度同时将agno3溶液和pvp溶液加入到三口烧瓶中，然后继续反应大约1h。
16.加热结束之后，关闭磁力搅拌器和油浴锅，待温度冷却至60℃左右时，将三口烧瓶取出，待样品完全冷却之后。将产物装入离心管，同时在离心管中加入适量的丙酮(ch3coch3)，使用高速离心机，采用高速离心的方法将产物进行第一次纯化，转速设置为2500r/min，离心15min。第一次离心纯化结束后，将上层清液导入废料缸。然后再在离心管中加入适量去离子水，使用超声波分散仪进行超声波分散，分散时长5min，然后放入高速离心机使用2500r/min的转速，离心15分钟进行第二次纯化。第二次纯化结束之后，将离心管取出，倒出上层清液，加入适量无水乙醇，超声波分散3min，然后在高速离心机中进行第三
次纯化，高速离心机的参数保持不变。经过三次纯化之后纳米银颗粒悬浮液当中的溶剂、保护剂、结构导向剂、生长控制剂等杂质不断地分离出来，得到纳米银颗粒。
17.使用量筒量取160 ml去离子水、40 ml无水乙醇倒入锥形瓶中配制出比例为4:1的混合溶剂。使用电子天平，按照正交试验设置的不同比例的纳米银颗粒和水性聚氨酯的量，进行称取，然后加入到锥形瓶当中。将上述混合溶液进行手动震荡混合，然后将锥形瓶放入超声波分散仪中，进行10分钟的超声波分散。将超声波分散后的混合溶液放到数显恒温加热磁力搅拌器上，调整温度感应棒的位置，并将恒温加热器的温度设定为30℃。然后一边用磁子进行磁力搅拌，一边将正交试验中对应重量的羧甲基纤维素钠盐（cmc）加入到混合溶液中，搅拌时长为4h。得到纳米银导电油墨。
18.通过对油墨性能测试，发现纳米银颗粒/水性聚氨酯/羧甲基纤维素钠盐的质量分数为36%、46%、18%，制取得油墨性能最佳，印刷的rfid天线性能优良。