面向喷墨印刷电子的银导电墨水的制备及特性研究
喷墨打印是一种非接触的过程,具有制造工艺简单和功能多样等显著优势.其中,喷墨打印银导电墨水广泛应用于薄膜晶体管、发光二极管、显示器等领域.但由于银导电墨水存在颗粒容易析出、溶剂毒性较大和打印设备昂贵等问题,因此,开发物性稳定、环境友好、适合普通商用喷墨打印机的银导电墨水具有重要应用价值.
本文建立了有机银前驱墨水和纳米银颗粒墨水的制备方法,并对墨水粘度、表面张力等物理性能进行了调试,制备了适合普通商用喷墨打印机的墨水;打印了不同的银导电图案,系统研究了不同打印参数和烧结参数对银图案的影响;最后尝试在太阳能电池上喷墨打印银栅线.论文主要研究成果如下:
1.采用还原法,制备了环境友好、无色透明和物性稳定的有机银前驱墨水.墨水的表面张力为34.5mN·m-1,粘度为3.2mPa·s,粒径约为250nm.利用商用EpsonR230喷墨打印机,在氮化硅基底,制备了不同银导电图案.发现其厚度与打印次数近似呈直线关系,打印12次的薄膜,厚度变为2.43μm;随着烧结温度的升高,薄膜的导电性能也得到提升;在350℃下烧结30min的银导电薄膜的电阻率仅为3.1μΩ·cm,约为块体银的两倍.并在太阳能电池片上喷墨打印银栅线,探索了刻蚀工艺对SiN层的影响,最终打印出银栅线.
2.采用液相还原法,在聚丙烯酸的保护下,使用乙二醇胺还原银盐得到平均粒径为50nm的水基纳米银颗粒墨水.利用商用EpsonR230喷墨打印机,以相片纸为基材,获得导电性良好的银图案.随着烧结温度的提高,图案的电阻率明显降低,喷墨打印10次的喷墨在80℃烧结30分钟,其电阻率为19.5μΩ·cm,成功实现低温柔性基底银导电图案的制备.
3.采用液相还原法,在聚乙烯吡咯烷酮的保护下,使用硼氢化钠还原银盐得到醇基纳米银颗粒墨水;利用旋涂法在玻璃基片上得到银薄膜,经200℃的烧结,其电阻率为28.5μΩ·cm.
上述结果系统地阐述了不同种类银导电墨水的制备工艺,以及采用喷墨打印技术,在不同打印参数及烧结参数对银图案的影响规律,并通过与旋涂法比较,对喷墨打印制备功能材料在喷墨印刷电子中的应用具有一定的参考价值.
- 作者：
- 黄琦金
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院
- 专业名称：
- 材料工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 宋伟杰
- 关键词：
- 喷墨印刷电子；有机银前驱墨水；纳米银颗粒墨水；电学特性
-