有機銅鹽墨水和銅導電薄膜的制備方法技術

本發明專利技術涉及印制電子技術領域，公開了一種有機銅鹽墨水和銅導電薄膜的制備方法。本發明專利技術中，通過制備短鏈羥基羧酸銅前驅體，將其分散在水、或者水和乙醇或乙二醇的混合溶劑中制作有機銅鹽墨水，通過旋涂、提拉、絲網印刷或者噴墨印刷等方法將有機銅鹽墨水施加于基材上，干燥后的短鏈羥基羧酸銅能在較低的溫度下被還原成銅。以短鏈羥基羧酸銅鹽前體替代納米銅，解決了納米銅容易簇集和氧化的問題；相對于長鏈的有機銅鹽，短鏈羥基羧酸銅鹽不僅銅的含量高，而且可在較低溫度下還原為金屬銅，得到的銅導電圖形的質量高，導電性好；此外，還避免了使用大量有機溶劑造成的環境污染。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及印制電子
，特別涉及一種用于形成導電圖案的有機銅鹽墨水的制備方法以及以有機銅鹽墨水制備銅導電薄膜的制備方法。
技術介紹
近年來，印制電子技術在射頻識別標簽、可穿戴電子產品、有機發光二極管和有機太陽能材料的應用上引起極大關注。傳統的印制電路工業使用光刻技術，然而光刻方法涉及許多步驟，如刻蝕、金屬沉積和電鍍等，這些過程伴隨著大量的有毒化學廢棄物的產生。因此許多的研究者開始關注直接的噴墨印刷技術，因為噴墨印刷方法不需要額外的刻蝕以及金屬沉積過程，僅僅一步就能在各種基質上獲得要求的導電模式。除了過程簡單和成本低之外，靈活的模式變化以及能夠印刷在大面積的區域是噴墨印·刷技術和傳統的光刻技術相比具有的最大優勢。噴墨印刷使用低粘度的液相材料油墨通過一個噴嘴印刷，干燥后形成導電圖形。金屬納米油墨是最有前景的導電油墨之一，因為它們能通過溶液的形式印刷在各種基質表面，并且由于尺寸效應，能在低溫焙燒形成導電薄膜，因此，開發高性能、低成本的導電油墨是噴墨印刷技術最關鍵的問題。目前有兩種制備導電油墨的方法，第一種方法是目前廣泛使用在噴墨印刷技術上的納米金屬油墨，即將制備的金屬納米粒子均勻的分散在溶劑中制備納米油墨。比如，納米銅油墨技術，首先通過紫外線照射、熱分解以及還原銅鹽等不同方法制備金屬納米銅粒子，將納米銅分散在含有分散劑的溶劑中制備成納米銅油墨，然后通過噴墨印刷于基材表面形成導電線路。但是，納米銅制備過程復雜，需要使用多種有機溶劑以及保護劑，對環境影響污染嚴重；為了避免納米銅粒子團聚加入的各種保護劑將包覆在納米銅表面，即使高溫焙燒時也很難完全除掉，因而影響導電性；此外，納米銅在制備以及后處理過程中容易氧化，納米銅油墨的長時間保存也存在一定問題。第二種方法是用能在低溫還原的金屬有機前體的溶液制備成油墨，金屬有機前體油墨通過噴墨印刷在基質上，低溫燒結或者引入還原劑的情況下能被還原成導電線路。比如，有機銅鹽前體技術，在有機溶劑中制備長鏈的有機銅鹽前體，將其分散在甲苯等有機溶劑中制備成有機銅鹽油墨，油墨通過噴墨印刷于基材表面，高溫焙燒后分解形成導電的銅線路。但是，長鏈的有機銅鹽前體制備過程通常會引入甲苯等有機溶劑，并且必須溶解在甲苯等有機溶劑中才能制備成有機銅油墨，污染嚴重；長鏈的有機銅鹽前體中銅含量偏低，分解后殘留銅含量低會影響導電性；此外，長鏈的有機銅鹽分解溫度相對偏高，通常在250°C以上，分解后仍會有大量的有機成分殘留于銅內部。金、銀和銅納米粒子被認為是前景很好的用在導電油墨上的功能材料，因為它們具有高的導電性(105S/cm)、操作穩定性以及低溫過程能力。金和銀比銅貴很多，因而在近幾年銅納米油墨的制備引起廣泛關注。然而，因為銅納米粒子的高度活性，表面容易被氧化形成一層薄的氧化層，并且后處理過程中(比如油墨制備、印刷和退火)仍有氧化的可能；使用銅金屬有機前體的油墨，其銅金屬有機前體大多是長鏈的有機銅鹽，其中銅含量太低，還原后的導電性能大多不能滿足要求。所以噴墨印刷用銅油墨仍面臨很大挑戰。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種，使得生成的銅膜具有良好的導電性以及與基材的附著性，解決了納米銅容易簇集和氧化的問題，還避免了使用大量有機溶劑造成的環境污染。為解決上述技術問題，本專利技術的實施方式提供了一種有機銅鹽墨水的制備方法，包含以下步驟獲取短鏈羥基羧酸銅；將短鏈羥基羧酸銅分散于溶劑中，得到所述有機銅鹽墨水；其中，所述短鏈羥基羧酸銅的質量百分比為20-65%。 本專利技術的實施方式還提供了一種銅導電薄膜的制備方法，包含以下步驟采用如權利要求I至6任一項所述的有機銅鹽墨水的制備方法制備有機銅鹽墨水；將所述制備得到的有機銅鹽墨水施于基材表面，形成有機銅鹽墨水層；對所述有機銅鹽墨水層進行干燥，并在氮氣氛保護下進行焙燒，形成所述銅導電薄膜。本專利技術實施方式相對于現有技術而言，通過制備短鏈羥基羧酸銅前體，將其分散在水、或者水和乙醇或乙二醇的混合溶劑中制作有機銅鹽墨水，通過旋涂、提拉、絲網印刷或者噴墨印刷等方法將有機銅鹽墨水施加于基材上，干燥后的短鏈羥基羧酸銅能在較低的溫度下被還原成銅。以短鏈羥基羧酸銅鹽前體替代納米銅，解決了納米銅容易簇集和氧化的問題；相對于長鏈的有機銅鹽，短鏈羥基羧酸銅鹽不僅銅的含量高，而且可在較低溫度下還原為金屬銅，得到的銅導電圖形的質量高，導電性好；此外，本專利技術還避免了使用大量有機溶劑造成的環境污染。另外，可以通過以下方法獲取短鏈羥基羧酸銅將短鏈羥基羧酸與氫氧化銅按照2 : I至3 : I的摩爾比加入水中，攪拌充分反應，得到相應的短鏈羥基羧酸銅懸濁液；將所述短鏈羥基羧酸銅懸濁液離心分離后，用水洗滌2或者3次除去部分短鏈羥基羧酸后，得到所述短鏈羥基羧酸銅；其中，所述短鏈羥基羧酸銅中含有I %至5%的短鏈羥基羧酸，所述短鏈羥基羧酸為乳酸或羥基乙酸。另外，還可以直接采用市售的商品乳酸銅或羥基乙酸銅作為所述短鏈羥基羧酸銅，易于獲得，成本低。另外，在市售的商品乳酸銅或羥基乙酸銅分散于溶劑之后，還可以在所述短鏈羥基羧酸銅和溶劑的混合溶液中加入I %至5%的乳酸或羥基乙酸，得到所述有機銅鹽墨水。通過添加乳酸或羥基乙酸可以增加墨水與基底之間的粘附力和還原效果。附圖說明圖I是根據本專利技術第一實施方式的有機銅鹽墨水的制備方法的流程圖；圖2是根據本專利技術第三實施方式的銅導電薄膜的制備方法的流程圖；圖3是乳酸銅的熱重分析(TGA)曲線圖；圖4是乳酸銅薄膜焙燒后生成的銅膜的X射線衍射分析(XRD)圖。具體實施例方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領域的普通技術人員可以理解，在本專利技術各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節。但是，即使沒有這些技術細節和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現本申請各權利要求所要求保護的技術方 案。本專利技術的第一實施方式涉及一種有機銅鹽墨水的制備方法，該方法首先獲取短鏈羥基羧酸銅，然后將短鏈羥基羧酸銅分散于溶劑中，得到有機銅鹽墨水；其中，短鏈羥基羧酸銅的質量百分比為20-65%，溶劑可以是水、水和乙醇或乙二醇的混合溶液，短鏈羥基羧酸銅可以是乳酸銅或羥基乙酸銅。以乳酸銅為例，具體流程如圖I所示，步驟如下步驟101，將乳酸與氫氧化銅按照2 : I至3 : I的摩爾比加入水中，攪拌I至2小時，得到乳酸銅懸濁液；步驟102，將乳酸銅懸濁液離心分離后，用水洗滌2或者3次除去大部分多余的乳酸后，得到乳酸銅；由于乳酸具有還原性，所以，少量殘留的乳酸在焙燒中能使被還原的銅不再被氧化，并且乳酸中含有羥基和羧酸基，和大部分的基質如硅片、玻璃等有良好的粘附性。步驟103，將含有少量乳酸的乳酸銅分散于水、水和乙醇或乙二醇的混合溶液中制備成有機銅鹽墨水，其中，乳酸銅的質量百分比為20-65%。使用羥基乙酸可以代替乳酸制備有機銅鹽墨水的步驟類似，在此不再贅述。本專利技術的第二實施方式涉及一種有機銅鹽墨水的制備方法。第二實施方式與第一實施方式大致相同，主要區別之處在于在第一實施方式中，將短鏈羥基羧酸與氫氧化銅反應生成短鏈羥基羧酸銅。而在本專利技術第二實施方式中，直接采用市售的商品乳酸銅或羥基乙酸銅作為短鏈羥基羧酸銅。也就是說，將市售的乳酸銅或本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種有機銅鹽墨水的制備方法，其特征在于，包含以下步驟：獲取短鏈羥基羧酸銅；將所述短鏈羥基羧酸銅分散于溶劑中，得到所述有機銅鹽墨水；其中，所述短鏈羥基羧酸銅的質量百分比為20？65％。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧噸英，肖斐，
申請(專利權)人：復旦大學，
類型：發明
國別省市：