铜基无颗粒型喷墨导电墨水的配方设计

时间:2016-08-25 11:18:26来源:科印网作者:范晓华、金文君、杨操、黄灵阁

  喷墨打印技术是一种非接触式打印技术,其原理是墨滴通过喷头小孔直接喷射到打印介质表面的特定位置,以此形成图像。喷墨打印技术具有操作简单、打印精度高、打印速度快的特点。喷墨导电墨水是喷墨打印技术的重要元素之一,按导电材料的性质,其可分为无机喷墨导电墨水和有机喷墨导电墨水两类。无机喷墨导电墨水主要以金属、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。

  铜的导电性与银相当,价格却比银低得多,具有广阔的发展前景。为了降低导电墨水的成本,以纳米铜为介质的喷墨导电墨水在过去几年得到了快速发展。但以纳米铜为介质的喷墨导电墨水在空气中易被氧化,使用时易团聚。为了解决这个问题,有学者提出无颗粒型导电墨水,并尝试将其应用于喷墨打印中。

  本文将关注铜基无颗粒型喷墨导电墨水的配方,通过改变墨水配方中溶剂的类型,调整还原剂的配比,得到铜基无颗粒型喷墨导电墨水的最佳配方,为实际生产提供有益参考。

  实验部分

  1.实验材料及仪器

  实验材料:无水硫酸铜、氨水、甲酸、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、乙二醇、蒸馏水。

  实验仪器:电子天平、磁力搅拌器、数显黏度计、全自动表/界面张力仪、pH计箱式电阻炉控制箱、数字式四探针测试仪。

  2.实验步骤

  (1)配方设计

  本文选择无水硫酸铜作为铜基无颗粒型喷墨导电墨水的铜源,分别使用蒸馏水和乙二醇作为水溶剂和醇溶剂,甲酸作为还原剂,PVP作为保护剂。在配方中其他物质用量不变的情况下,调整甲酸的配比,针对两种不同的溶剂类型,各设计5组铜基无颗粒型喷墨导电墨水样品配方,如表1所示。

  (2)样品制备及检测

  ①制备铜氨络合物溶液。向10mL浓度为1mol/L的硫酸铜溶液中滴加氨水,有浅蓝色的碱式硫酸铜沉淀生成,继续滴加氨水至沉淀恰好完全溶解,此时即得深蓝色的含有铜氨络离子的溶液;②按照样品配方称取一定量的甲酸和0.5gPVP,加入到5mL蒸馏水或乙二醇溶剂中,搅拌使其充分溶解;③将上述深蓝色溶液逐滴滴加到含有甲酸和PVP的混合溶液中充分搅拌,即可得到含有铜离子的无颗粒型喷墨导电墨水样品。

  对制备好的铜基无颗粒型喷墨导电墨水样品进行黏度、表面张力、pH值的测试,以确定最优配方。

  (3)导电涂层的制备

  将制得的铜基无颗粒型喷墨导电墨水样品均匀涂覆到玻璃基材上,放到150℃的恒温电阻炉中烧结30分钟即可得到导电涂层,然后测试导电图层的导电性。


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