导电油墨应用现状及未来应用展望

导电油墨应用现状及未来应用展望

随着我国经济的快速发展，我国的电子产业发展迅速.导电油墨是一种由导电材料所制成的糊状油墨，其在电路板的印刷等领域发挥着重要的作用。现今，在传统发展领域的基础上通过与纳米技术相结合使得导电油墨的应用更为广泛。现今，在全球都提倡节能环保的今天，导电油墨向着功能更全面以及更为智能化的方法发展。文章将就导电油墨现今的应用及其与纳米技术相结合的广阔前景进行介绍。

标签：导电油墨；纳米技术；导电离子；发展前景

前言

导电油墨主要应用于印刷导电点和导电线路之中，其广泛应用于键盘电子线路、印刷电路、电极、电镀底层等。随着科技的发展以及微电子行业的快速发展，导电油墨应用于印刷电路的前景极为广阔，现今，主要使用的导电油墨有金系导电墨、银系导电墨、铜系导电墨以及碳系导电墨等。具统计，仅银系导电墨一项在2014年产值就达到了20亿美元，未来还会进一步的增加，所以，加大对于导电油墨的研究开发力度深度挖掘导电油墨的潜力是十分必要的，通过将导电油墨与纳米技术相结合，提高导电油墨的导电效率对于导电油墨的发展是未来导电油墨的发展方向。

1 导电油墨应用现状

1.1 导电油墨的主要构成和相关分类

导电油墨主要是由导电填料、连结料、溶剂和助剂等组成，在这些成分当中，连结料主要是由合成树脂、光敏树脂、低熔点有机玻璃等构成，其起着固定导电粉末和连接的作用，对于导电油墨的光滑度、硬度以及耐湿度等有着重要的影响。助剂主要是用于提高油墨的适印性。导电填料是导电油墨中的主要导电材料，根据材料的特性可以将其分为无机非金属、金属及其氧化物以及有机高分子几个种类，现今导电填料主要分为金系导电墨、银系导电墨、铜系导电墨以及碳系导电墨、高分子导电墨等。

1.1.1 碳系导电油墨。此种导电墨的导电填料主要是有导电槽黑、乙炔黑、炉法炭黑、石墨和碳纤维等，导电碳核通过与热固性树脂相结合制成导电油墨，其电阻率为10-1～10-2Ω·cm，根据使用碳料的不同可以产生不同的电阻，由于碳是一种广为存在的物质，其取材与制取都较为简单，因此，碳系导电墨的成本较低。在以上所介绍的导电墨中，石墨的稳定性价高但导电率较低，石墨较炭黑稳定，但在相同的填充量时炭黑油墨较石墨油墨电导率高，两者的混合料充分吸收了两者的优点且电阻率较低。由于碳的性能较为稳定，因此，使用碳为导电材料的碳系导电油墨性能较为稳定，不易产生氧化，且制成后对于酸、碱和化学溶剂的腐蚀都有较大的抗性，不足之处是与导电材料连接处在较为潮湿的环境下会

形成较为严重的化学腐蚀从而影响设备的进一步使用。

1.1.2 金、银、铜系导电油墨。金属系导电油墨所使用的导电填料为金、银、铜、镍和铝等的单一金属或者是两者之间的合金，金系导电油墨的电阻率相当低，仅为10-4～10-3Ω·cm，金的导电性最高、性能稳定但其价格较为昂贵，无法大规模的普及应用，仅用于一些印刷精度较高的精细电路，相较于金系油墨银系油墨在导电性、电阻率方面相差不多，且相较于金，银的价格相对低廉，被认为是最具发展前景的一种材料，但是不足的是白银存在着易迁移、硫化、抗焊锡侵蚀能力差、烧结过程容易开裂等缺陷，影响了其的规模使用。铜是一种储量较为丰富且在电路中应用较多的金属，且铜的价格相对于金银较低，能够拥有大范围的使用，但是同暴漏在潮湿的空气中容易与空气中的水发生氧化反应从而使得印刷的导电性不稳定，因此需要开发铜合金或者是在铜的表面镀银的方式来降低铜的氧化性。

1.1.3 高分了系导电油墨。常见的导电高分了有聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚对苯乙烯撑和聚吡咯等。其电导率可高达102～103S·cm-1，相较于以上的无机油墨，有机油墨在柔韧性以及加工性等方面都有着较大的优势，但是高分子材料的制备相对困难，成本较高且工艺复杂。

1.2 油墨导电原理

导电油墨主要依靠的是导电填料来进行导电的，当油墨中导电填料的浓度增加到一定的程度后，会在印刷后的电路上形成一个通道，电子可以同这一通道来实现迁移，在这一过程中，对导电油墨导电性影响最大的是导电粒子的接触数目和接触电阻以及粒子间隙。通过长期的研究后发现，油墨中所含有的导电粒子的形状会对导电通道的形成造成极大的影响，通过在高倍度电子显微镜下观察后发现，以片状纳米银为材的油墨的电阻率要远小于其他形状的纳米银。

1.3 导电油墨的主要应用

FRID即为射频识别，又称电子标签，由于其需要在各种材质各种不同厂家提供的晶片模块上进行线路的刻绘，传统的光刻蚀耗时耗力，不利于大规模的应用，使用导电油墨印刷的方式能够很好的解决这一问题，能够在各种基体材质以及各种晶片模块上应用。

传统的电路板的制作涉及到多道工序，如多层板的制备：前处理、内层干膜、显影、蚀刻及去抗蚀膜、白动光学检验、黑/棕化、层压、钻孔、PTH（镀孔）、外层干膜、图形电镀等，在这一过程中会消耗并浪费大量的铜，既不经济又不环保，通过使用导电油墨印刷技术能够有效的提高生产效率、节能环保减少资源的浪费，使用导电油墨来代蚀刻是以后PCB制作发展的方向。使用导电油墨可以有效的减少以上所介绍的那些环节，由于不需要蚀刻减少了资源的浪费，同时通过印刷可以有效的简化生产工艺同时提高生产效率，减少了能耗，能够根据电路的布置灵活的进行印刷。

2 纳米技术在导电油墨中的应用

导电油墨最主要的就是提高导电率，减少导电油墨的电阻率。通过使用纳米技术使得金属颗粒更细、更小从而使得单位面积上所含有的可导电粒子更多，从而更好的进行导电。

2.1 纳米银导电油墨简介

现今，纳米银可以通过使用气相法、液相法和固相法三类方法完成制备，其中通过使用气相制备法制备的纳米银纯度较高且导电粒子分布均匀，液相法制备对于纳米银中的组分与银的含量控制较为精确，是现今广为采用的一种方式，纳米银片的形状较为扁平相对于球形的纳米银导电性与电阻率更为良好，且在较低的温度下粒子问即可连接成导电通路。一般粘度2-30mPa·s、表面张力30-60mN·m-1的油墨满足喷墨印刷要求。对于油墨应用，实现纳米银良好的分散，甚至达到单分散，以及进一步减小粒子尺寸，降低后处理温度以适应于各种承印材料都是要解决的关键问题。

2.2 纳米铜导电油墨简介

由于银属于贵金属，在应用银作为导电油墨的填充材料时成本较高，自上世纪90年代以来，研发纳米铜来替代纳米银的研究不断深入，主要研究方向集中于提高铜纯度和大批量合成纳米铜，现今已知的合成纳米铜的方法有：光解还原、辐射还原、超生化学、热还原、金属气相合成法、化学还原以及真空气相沉积等，但但溶剂再分散过程中纳米铜粒子的再次聚集以及铜容易氧化和如何降低纳米铜的合成成本等仍然困扰着科研人员。

2.3 纳米碳系导电油墨简介

碳纳米管因具有独特的电子、化学和力学性能已成为纳米科技的主导材料，碳纳米管导电油墨现今已广泛应用于各种电子电路和器件的制备。石墨烯是新一代碳材料，其常温下的电子迁移率比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率还要远低于以上各种材料，具有良好的导电性与稳定性。使得石墨烯可作为优质导电油墨填料应用于导电油墨中，对导电油墨产品性能的提升极具想象空间。

3 结束语

导电油墨是一种在电路印刷领域中发挥重要作用的物质，文章主要对导电油墨的组成及其特点进行介绍，并对其应用进行了展望。

参考文献

[1]陈雷，等.导电油墨的制备与性能研究[J].化学与生物工程，2008，25.

[2]蒋红梅，等.环氧-聚氨酯互穿聚合物网络导电涂料[J].工艺设备，1999，12.