导电银墨水

应用特点

前景与展望

导电银墨水

导电银墨水（Conductive silver ink）一般属于水基或醇基墨水，其组分是纳米银微粒、溶剂（水或醇类）、表面活性剂、分散稳定剂和其他助剂。制备喷墨导电墨水，首先需要得到纳米银乳液。一般是在低浓度下制备出小粒径的银微粒，干燥后重新分散，得到高浓度的银微粒悬浮液。纳米银是导电墨水的主要成分，其浓度的高低是一个非常关键的问题，因为它关系到能否实现良好的导电能力以及能否顺利打印。如果含银墨水的浓度较大，使用这种材料进行精细喷墨时，其在高浓度低黏度条件下具有快速沉淀的趋势。在高浓度、微粒极小的情况下，微粒到微粒间的距离变得非常小，这就很难阻止结块现象的出现。相同重量的微粒形成直径为10nm悬浮物的数目比形成直径为1μm悬浮物的数目要多100万倍。所以在较高浓度下，纳米银微粒的分散稳定技术是使喷墨导电墨水成为成熟产品的关键技术。

调整银微粒的直径、表面改性方法以及墨水配方可以使其分散稳定性得到提高。纳米银微粒也可以分散到乙醇中，以使它与二甘醇或与乙二醇系统产生亲和性，形成醇基分散液。目前，各公司喷墨导电墨水产品的银含量一般在10%～30%（质量分数）之间。在得到稳定分散的高浓度低粒径的银悬浮液后，需要对其进行喷墨参数的调整。喷墨墨水需要满足4个主要参数：pH值（7～9）、黏度（1～4cP）、电导率（1000～4000μs/cm）和表面张力（20～40mN/m）。通过加入pH调节剂、表面活性剂和保湿剂等助剂后现状及趋势，即得到了喷墨导电墨水。

应用特点

一般而言，小于100nm的银微粒称之为纳米银。当银微粒的直径达到这个尺度时，提高具有较高能量的表面原子的相对比例，会使材料性能呈现一定的突变，这种变化可以表现为如烧结能力特性的改变；或由于禁带宽度改变引起的电磁性能变化而造成电学性质或光学性质的巨大变化网屏，例如颜色和透明度的变化。对于纳米银来说，其性能变化的临界点与微粒直径有关，当微粒直径小于50nm时，其低温（小于200℃）时的烧结性能就会产生明显的增强，熔点可降至120～200℃。喷墨导电墨水就是利用了纳米银微粒低熔点的特性发展史，从而能够在塑料基材、甚至纸基上实现打印和烧结过程，得到性能优良的导电层。对于喷墨导电墨水使用的纳米银来说，一般是在高分子保护剂的作用下，通过液相化学还原法制备得到。纳米银通常有三种形态：球形、三角片形和立方体形，其中前二者比较常见。喷墨导电墨水大多使用球形纳米银，也有少数采用三角片形纳米银。 由于含有微小微粒，喷墨导电墨水有点类似颜料型喷墨墨水。因此，墨水中的固体微粒必须满足一定要求：银微粒的最大直径应小于喷口直径的1/10，以避免桥连和阻塞现象，考虑到喷口形状和运行次数等因素方正，这个比率实际上应该更小。目前，许多公司的喷墨导电墨水的银微粒直径一般在20～50nm。这种尺度的银微粒，既具备低熔点特性，又满足了喷墨打印对固体微粒尺寸的要求。

前景与展望

目前喷墨导电墨水技术还存在一些缺陷。英国研究人员指出,导电墨水与用于传统电路板上的铜丝相比电阻较大,这意味着其无法高效传输非常强的电流。因此在某些情况下,这样的大电流传送需求,使得导电墨水制作的导电线路可能需要依赖进一步的化学镀或电镀。与此同时,喷墨导电墨水对于制造可以从事一些智能操作的电路并不实用,因为用墨水制造与硅芯片上同样密集的电路还不可能,所以一个采用导电墨水制备的计算器体积肯定会特别巨大。

尽管还存在着一些问题，但喷墨导电墨水拥有广阔的发展潜力是显而易见的。并且喷墨印刷方式有望作为一种温和的加工工艺来实现高精度图像的加工和导电层厚度的控制，可在不同类型的基材上进行低温电路板工艺的开发。喷墨导电墨水的另一个应用方向是对产品表面进行处理和修饰，包括打印图案、商标和文字介绍等。这种修饰不仅仅是视觉方面的，导电墨水将来可以发展成为功能性的开关或电极。例如，美国一些盲人或老年人看的报纸就是用银导电墨水印刷的,手摸上去可以发声。 喷墨导电墨水在RFID天线，PCB线路板和其他如显示电极组件等方面的巨大应用潜力，使得它代表了薄膜印刷电子材料、甚至整个印刷电子产业的发展方向，有望成为未来改变人类生活方式的前沿技术。