一般来说,导电油墨按其结构不同可分为结构型和填充型两类。目前应用于电子行业的导电油墨主要是复合型导电油墨,采用无机填料与酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯等组成导电油墨。其中,环氧树脂因性能优良及原料廉价易得而在导电聚合物中广为应用,但目前环氧树脂普遍存在黏度大、脆性大、弹性小、耐冲击性差等缺点。近年来,国内外一些行业专家开展了对导电油墨的深入研究,并取得了最新研究成果。9479
湖北省化学研究院陈雷等人以2,4一甲苯二异氰酸酯与聚乙二醇反应合成了端异氰酸酯聚氨酯预聚体,并将其用于环氧树脂的改性,通过傅叶变换红外光谱(FTIR)对聚氨酯预聚体、改性环氧树脂的结构进行了表征;以改性环氧树脂作为连结料,导电碳黑、导电石墨作为导电填料,加上适量的固化剂、溶剂和分散剂,制备了改性环氧树脂基导电油墨,研究结果表明,用改性后的环氧树脂制成的导电油墨与PET薄膜之间有着良好的附着力,印制的导电线路抗弯折性达到10000次。
在导电机理的研究方面,东方特种材料科技开发公司的赵德强等人研究了聚合物分子结构、银粉的含量、形貌、粒径、溶剂种类等对油墨导电性能的影响情况,研究结果发现低温固化银系导电油墨的导电性不是由单一的某一因素决定的,以混合银粉的导电性最好,银粉粒径、填充量对导电性有明显的影响,应用于低温固化导电油墨的银粉,以片状导电性较好(银粉形貌SEM图片如图1所示)。
除银粉外,聚合物的种类和性能、溶剂、偶联剂对导电油墨的导电性能都有影响,各种试剂之间需要有一定的匹配性。实验还发现,氯化聚乙酸乙烯为主体树脂,以片状与球状混合银粉(质量比为9:1)为导电填料,并以酮和酯组成混合溶剂,调制的导电油墨导电性最好。
太原理工大学化学工程与技术学院的科研人员讨论了碳系导电填料的填充量对丙烯酸基水性导电油墨的电阻率及伏安特性的影响情况,研究表明,随着导电填料填充量的增加,涂层电阻率降低;在低填充量时伏安特性曲线为直线,符合欧姆定律,高填充量时非线性度提高。
考虑到填充料粒径的影响,将纳米级颗粒引入导电油墨的制造成为国内外研究的热点,单从粒径上来看,由于纳米银具有无可比拟的优势,发达国家正大力开发新型纳米银导电油墨,以满足各种印制电子产品的需要,如RFID的超高频(UHF)天线、薄膜键盘与开关、PCB、电池测试器、挠性显示器、电磁波屏蔽材料等。韩国Yonsei大学材料科学与工程学院的Byoungyoon Lee等人开发出一种导电性能优良的低温固化纳米铜粉导电油墨,铜粉的粒径在100nm以下,油墨的黏度为(1×104m~1×105m)Pa•s(50 rpm)。将这种油墨通过网版印刷的方式印刷到玻璃片基上,形成的墨膜在250℃下,3%的H,环境中退火处理30 min后,电阻率降至5.4 u Q•cm,在320℃下处理20 min,其电阻率甚至降至4.4 Q•cm。
近年来,许多跨国公司一直致力于开发导电聚合物材料,以用于有机印制电子元件。作为无机功能材料,纳米金属油墨优异的导电性能迅速引起了欧美、日韩等国多家知名公司的高度关注,投资建立研发中心,重点研制以纳米银为代表的导电油墨。根据著名咨询公司NanoMarkets2008年的最新报告,这些公司具体包括韩国ANP、ABC纳米技术、InkTec、日本ULVAC、住友电工(SEI)、藤仓化工(FujikuraKasei)、大研化工(D a i k e n C h e m i c a 1)、哈利玛化工(HarimaChemical)、美国ANI、Nanodynamics、Parelec、Pchem AssOciates、INC、CimaNanotech、CabOt、Creative Materials、DuPont、Ferro、Five Star Technologies、NanoGram、NanoMas、National Starch(Acheson and Xink)、Nova Centrix、S u n C h e m i c a l及德国拜耳公司(BayerCorporation)等20多家知名企业。根据NanoMarkets市场调查公司的分析,导电油墨市场将发展成为一个非常大的产业,到2015年,导电油墨市场总值将会是目前的3倍,市场发展潜力巨大。
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