基本信息
- 项目名称：
- 高长径比纳米银线导电银浆及柔性透明电路的研发
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 以硝酸银、乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮等在160 ℃反应45 min可制得直径约30 nm和长径比达150的纳米银线。以纳米银线为填料、环氧树脂为基体、混合固化剂等材料为添加剂配制出的纳米银线导电银浆电阻率小。利用该纳米银浆所印制的电路板经过200次180°反复弯折后无断裂或银浆脱落现象。通过该导电银浆印制成的柔性电路板具有耐弯折、透明、电导率高、附着力强等特性，明显优于目前市场上同类产品。
- 详细介绍：
- 导电银浆是现代电子产品电路的核心组成部分，是发展柔性透明电路的必备材料。现有的导电银浆以直径约80 nm的球状纳米银颗粒为主要导电填料，所需银的含量较高且抗弯折性能较差。本研究小组开发出高长径比的纳米银线并以之为填料配置导电银浆后制备了可弯折透明轻薄电路板。以硝酸银、乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮等在160 ℃反应45 min可制得直径约30 nm和长径比达150的纳米银线。以纳米银线为填料、环氧树脂为基体、混合固化剂等材料为添加剂配制出的纳米银线导电银浆电阻率仅1.510-4 cm，小于市场上常见导电银浆的电阻率（6~910-4 cm），远小于行业标准(100 cm)。利用该纳米银浆所印制的电路板经过200次180°反复弯折后无断裂或银浆脱落现象。通过该导电银浆印制成的柔性电路板具有耐弯折、透明、电导率高、附着力强等特性，明显优于目前市场上同类产品。本项目研究的产品在新一代通讯、透明电子等行业具有广阔的应用前景。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的：制备柔性透明电路所用的纳米银线导电银浆。 基本思路：合成高长径比纳米银线→以制得的银线为主要填料调配导电银浆→利用丝网印刷技术印制纳米银电路。其中，高长径比纳米银线的使用可以保证电路的高导电率及可弯折性，电路的整体薄度也得到相应提升，从而保证了电路透明度。 创新点： 开发了以高长径比纳米银线取代球状纳米银颗粒作为导电银浆主要填充材料的新技术，实现以浆料中银线之间的相互接触来达到电路导通，相比于颗粒式接触，线状纳米银在提高线路可靠性的同时明显提升了其导电性能。另外，由于线状排布可以实现以较少的纳米银来实现线路导通，因此电路的生产成本也得到了大幅降低，这对产品实现规模化生产具有显著意义。此外，所配制的导电银浆具有良好的可印刷性、导电性及超强的附着力，在此基础上制造的新型电路板集透明、轻薄、可弯折、防脱落于一身，这是同类产品所不具备的。 技术关键：制备高长径比纳米银线。 主要技术指标：一、纳米银线直径: 约30nm； 二、纳米银线长径比：100～150 三、浆料中线状纳米银的含量 : ＜60% 四、印刷后银浆方块电阻率 : 1.5×10-4Ω•cm 五、成品电路板可连续弯折180°约200次不断裂
科学性、先进性
- 一、 高电导率：目前银浆市场上普遍存在的是以球状纳米银作为主要填料的导电银浆，由于银颗粒之间并非紧挨排列，所以易出现接触不良、通路断开等问题，而高长径比纳米银线性很好地解决了这个二、高透明度：由于高长径比纳米银线导电银浆的电导率很高，且韧性优异，在印刷电路板时仅需要很薄一层即可实现电路导通，而银浆层的透明度是随着厚度的减小而增加的，因此当印刷时银浆层厚度减薄到一定程度，电路可达到近乎透明状态。若配合透明无色的柔性电路板，基本可以实现电路的“全面隐身”，这对于饱受电路外形不佳之苦的众多行业来说都是一个积极地消息。随着高长径比纳米银线导电银浆的使用，电路的彻底“消失”将不再是空想。三、优异的抗弯折性能：由于纳米银线之间存在多点式接触，且银线的可弯曲程度大，在承受外力发生形变时易保持稳定状态，这提高了银线导电银浆电路的抗拉性和抗剪切性，有力地保障了柔性电路器件的正常工作。
获奖情况及鉴定结果
- 获中国计量学院第五届大学生课外科技作品竞赛一等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 一、产品技术特点和优势:高长径比纳米银线导电银浆具有良好的导电率、透明度及可弯折性能，且与目前市面上常用的绝缘油具有良好的相容性。以其为基础印刷制造的电路板与普通电路板相比集透明、轻薄、可弯折、防脱落等四大优势于一身。此外，本导电银浆还具有优异的防水、抗氧化性能。 二、产品适用范围:可广泛用于RFID天线、触摸屏线路、柔性印刷电路FPC、薄膜开关等电子线路的印制，在 PET 、ITO基底、 FR4基板、PVC 片材等基底上均可使用。三、产品经济效益: 作为纳米技术领域的新兴力量，导电银浆市场的迅速增长也是有目共睹的，目前银浆在世界范围的年销售额已达500亿美元，且由于银的导电率高，导电银浆在节省材料方面相比铜、铝等其他金属优势明显，这必将成为导电银浆市场大幅增长的稳定助力之一。
同类课题研究水平概述
- 一、国外产品的发展现状： 国外导电银浆产品发展迅速，目前全球范围内大型的银浆生产企业主要集中在美、日、德等少数发达国家，产业规模大、种类齐，生产和质量控制手段完善，技术研发力度大，产品更新换代很快，市场占有率也很高。与银浆主体功能相应的各种银粉末的研制和开发均有完善、高水平的研发体系。美国的杜邦、METZ、Ferro、Hand＆Harman，日本的三井金属、昭荣、田中贵金属所、住友、日立化学、NEC等企业都在致力于各种银粉制备方法和相关工艺学的研究。可以说国外导电银浆的生产技术已相当成熟，近年来高性能、高可靠性的银导体浆料层出不穷 二、国内产品的发展现状：我国基本上能生产出各种常规性能的导电银浆，但银浆产业无论从生产技术、产品品种和质量以及整体市场份额上都远远落后于世界先进水平。尤其在高端产品方面，国内电子元器件产业对高质量银浆的需求在相当长的时期内不得不依靠大量进口来满足。而随着中国逐渐成为世界制造中心之一，国外加工企业不断转移到中国，使得国内的银浆生产行业形势更为严峻，从整体上看，国内银浆产业现状已大幅落后于电子信息产业的发展水平，其主要表现在： 1.银浆产业规模小，2.生产技术和装备水平不高，银浆制备基本处于全程手工操作状态，产品生产效率低下。3.拥有自主知识产权和专利的企业较少，大多属于仿制或重复性生产。4.制备银浆所需的原辅材料质量档次低，性能一致性、稳定性差。 5.有关导电银浆的社会关注度一般，相关方面的文献报道匮乏。 三、国内国外情况对比： 目前国内银浆研究生产水平远落后于国外，差距主要表现在: 1.产品技术性和可靠性较低，品种规格不全。2.电阻、导体和介质浆料的兼容性差（如HIC用Au浆料与隔离介质尚无可兼容产品）。3.原材料、中间体生产技术手段落后,浆料所需的高品质原材料难寻。4.银浆研究、制备及生产环境条件落后。5.生产企业的产品质量控制方法及内部管理制度落后。6.产品质量信誉度不高,售后技术服务质量较差。 信息产业的全面发展对产品的技术和质量提出了更高的要求，而在银浆生产方面目前国内生产尚无法实现自给自足，国际上有关高长径比纳米银线导电银浆方面的研究也不多，故高长径比纳米银线的制备及柔性可弯折电路的研发具有巨大现实意义，相关产品也必将拥有良好的发展前途及广阔的市场前景。
