本發(fā)明涉及增材制造，尤其涉及一種高效金屬墨水超聲輔助燒結(jié)方法。

背景技術(shù)：

1、目前，常規(guī)的金屬墨水燒結(jié)方法通常包括兩步：首先通過加熱打印基板對墨水進行預燒結(jié)，使墨水中的大部分溶劑揮發(fā)，然后再利用近紅外或閃光燈進行正式燒結(jié)；這種方法需要基板保持較高溫度，以確保金屬顆粒之間的結(jié)合質(zhì)量和最終的導電性。然而，高溫處理會導致以下問題：

2、1、燒結(jié)后的導電圖案孔隙率較高，導電性能不理想。

3、2、高溫對打印基材和介電材料具有嚴重的損壞作用，限制了材料和基材的選擇，尤其是對柔性基材不友好。

4、3、高溫還增加了能源消耗和生產(chǎn)成本，不利于工業(yè)化規(guī)模應用。

5、因此，如何在較低溫度下實現(xiàn)高質(zhì)量的金屬墨水燒結(jié)，改善導電性能和減少對基材的損傷，成為當前研究的難點?，F(xiàn)有技術(shù)難以同時滿足導電性、低溫工藝和基材兼容性之間的要求，迫切需要一種新的技術(shù)方案來解決這些問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提出一種高效金屬墨水超聲輔助燒結(jié)方法，通過引入超聲波，能夠顯著降低燒結(jié)過程中的溫度需求，使得基板材料不易受熱損壞，從而擴展了可使用的基板類型，例如柔性塑料、紙質(zhì)基板等；同時，通過超聲波引發(fā)的局部摩擦生熱和塑性變形，使金屬顆粒能夠更緊密地結(jié)合，能夠顯著降低燒結(jié)溫度，提高導電圖案的導電性能；本發(fā)明具有工藝簡單、對基材損傷小、導電性能優(yōu)異的優(yōu)點。

2、為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種高效金屬墨水超聲輔助燒結(jié)方法，包括如下步驟：

4、步驟1：向基板表面涂覆金屬墨水，形成預設厚度的導電圖案；

5、步驟2：在金屬墨水涂覆完成后，對步驟1中帶有導電圖案的基板進行低溫預燒結(jié)，使得金屬墨水中部分溶劑揮發(fā)；

6、步驟3：對步驟2預燒結(jié)后的導電圖案表面施加超聲波在恒定溫度下繼續(xù)低溫燒結(jié)，最終形成致密的導電圖案。

7、所述步驟1中金屬墨水為納米銀墨水或納米銅墨水，金屬墨水的粘度為1-10mpa·s，表面張力為25-45mn/m。

8、金屬墨水由溶質(zhì)、有機溶劑以及分散劑配制得到，溶質(zhì)為顆粒粒徑為20-100nm的納米銀或納米銅顆粒，有機溶劑為丙醇、乙醇或乙二醇，分散劑為聚乙烯吡咯烷酮(pvp)；所述溶質(zhì)、溶劑和分散劑的質(zhì)量百分比分別為10-30wt％、65-85wt％和1-5wt％。

9、所述基板為柔性基板、紙質(zhì)基板或者玻璃基板。

10、所述柔性基板為聚酰亞胺(pi)薄膜或聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)薄膜。

11、所述步驟2中預燒結(jié)溫度為60-80℃，預燒結(jié)時間為5-15秒。

12、所述步驟3中超聲波頻率為20-60khz，超聲施加時間不超過5秒。

13、本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述的高效金屬墨水超聲輔助燒結(jié)方法制備得到的導電圖案。

14、本發(fā)明還提供了一種如上述的高效金屬墨水超聲輔助燒結(jié)方法制備得到的導電圖案在電子元器件、柔性天線和高精度印刷電路上的應用。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

16、1、提高了導電性：本發(fā)明通過對納米銀墨水進行超聲波輔助燒結(jié)，得到的導電圖案，其電導率達到2.6×107s/m，與傳統(tǒng)高溫燒結(jié)方法相比，顯著提高了導電圖案的導電性能。

17、2、降低了燒結(jié)溫度：與傳統(tǒng)高溫燒結(jié)方法相比，本發(fā)明通過引入超聲波使得金屬墨水的燒結(jié)可以在較低溫度下完成，從而避免了高溫對基材的損傷，擴展了可使用的基板類型，而且降低了工藝的能耗。

18、3、提高了燒結(jié)質(zhì)量：本發(fā)明采用超聲波輔助燒結(jié)工藝，使金屬顆粒之間發(fā)生摩擦生熱和塑性變形，形成致密度更高的導電圖案，減少了孔隙率，導電圖案的質(zhì)量更高。

19、4、工藝簡單節(jié)能：本發(fā)明整個制備過程無需復雜的設備，能耗較低，適合工業(yè)化大規(guī)模應用。

20、綜上所述，本發(fā)明通過引入超聲波，顯著降低了燒結(jié)過程中的溫度需求，使得基板材料不易受熱損壞，從而擴展了可使用的基板類型，例如柔性塑料、紙質(zhì)基板等；同時，通過超聲波引發(fā)的局部摩擦生熱和塑性變形，使金屬顆粒能夠更緊密地結(jié)合，顯著降低燒結(jié)溫度的同時提高導電圖案的導電性能；本發(fā)明具有工藝簡單、對基材損傷小、導電性能優(yōu)異的優(yōu)點。

技術(shù)特征：

1.一種高效金屬墨水超聲輔助燒結(jié)方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效金屬墨水超聲輔助燒結(jié)方法，其特征在于：所述步驟1中金屬墨水為納米銀墨水或納米銅墨水，金屬墨水的粘度為1-10mpa·s，表面張力為25-45mn/m。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高效金屬墨水超聲輔助燒結(jié)方法，其特征在于：金屬墨水由溶質(zhì)、有機溶劑以及分散劑配制得到，溶質(zhì)為顆粒粒徑為20-100nm的納米銀或納米銅顆粒，有機溶劑為丙醇、乙醇或乙二醇，分散劑為聚乙烯吡咯烷酮(pvp)；所述溶質(zhì)、溶劑和分散劑的質(zhì)量百分比分別為10-30wt％、65-85wt％和1-5wt％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效金屬墨水超聲輔助燒結(jié)方法，其特征在于：所述基板為柔性基板、紙質(zhì)基板或者玻璃基板。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高效金屬墨水超聲輔助燒結(jié)方法，其特征在于：所述柔性基板為聚酰亞胺(pi)薄膜或聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)薄膜。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效金屬墨水超聲輔助燒結(jié)方法，其特征在于：所述步驟2中預燒結(jié)溫度為60-80℃，預燒結(jié)時間為5-15秒。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效金屬墨水超聲輔助燒結(jié)方法，其特征在于：所述步驟3中超聲波頻率為20-60khz，超聲施加時間不超過5秒。

8.一種根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的高效金屬墨水超聲輔助燒結(jié)方法制備得到的導電圖案。

9.一種如權(quán)利要求1-7任一項所述的高效金屬墨水超聲輔助燒結(jié)方法制備得到的導電圖案或者如權(quán)利要求8所述的導電圖案在電子元器件、柔性天線和高精度印刷電路上的應用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高效金屬墨水超聲輔助燒結(jié)方法，屬于增材制造技術(shù)領域，該方法通過噴墨打印技術(shù)將金屬墨水涂覆在基板上，隨后對基板進行低溫預燒結(jié)，使部分溶劑揮發(fā)，再利用超聲波使金屬顆粒相互摩擦生熱，發(fā)生塑性變形，形成致密的導電圖案；本發(fā)明在較低溫度下實現(xiàn)了金屬墨水的高效燒結(jié)，具有工藝簡單、對基材損傷小以及導電性高的特點，適用于電子元器件、柔性天線和高精度印刷電路的制備。

技術(shù)研發(fā)人員：劉正華,孟凡博,黃進,平補,李宇吉,李俊蒿,劉文卓,史德隆,沈詠琪,游飛揚
受保護的技術(shù)使用者：西安電子科技大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9