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导电油墨的组分设计及流变性能研究

杨初  
【摘要】:本文系统研究了固化型导电油墨的各组分及其含量对油墨的使用性能(低方阻、高附着力)及工艺性能(良好丝印特性、低温短时固化)的影响。基于溶解度参数理论和溶剂挥发理论的研究对油墨粘结剂体系组分进行了合理的设计,以满足附着力和溶剂挥发的要求;系统研究了退火对片状银粉微观组织结构和性能的影响,发现对片状银粉进行退火可以明显降低导电膜层的方阻;研究了导电油墨的流变性能,建立了油墨流变特性与油墨使用性能之间的联系。 应用基团贡献法计算出丙烯酸树脂的溶解度参数,并根据溶解度参数理论选择了对丙烯酸树脂具有良好溶解能力的混合溶剂。以丙烯酸树脂、混合溶剂和银粉制备的导电油墨具有合适的挥发速率,在120℃固化时,大约30分钟即可实现导电膜层方阻的稳定,导电油墨固化成膜的过程中保持了溶剂的梯度挥发。 以退火处理后片状银粉不发生硬团聚为判据,确定了片状银粉的热处理工艺(6h@170℃)。系统研究了退火处理对片状银粉的表面形貌、晶格常数、内部残余、畸变能及微观组织结构的影响,发现热处理后银粉片径变厚,形貌更加不规则,松装密度、振实密度和比表面积都有所减小;银粉的晶格常数增大,微观应变变小;透射电镜分析发现原始片状银粉晶界更多,而且存在孪晶,通过衍射斑点标定和计算确定了孪晶面和孪晶晶带轴;退火处理后的银粉晶界处发现有新形成的晶核,这些新核和原始晶粒并没有明确的位向关系;退火处理后银粉的晶格畸变能也明显减小。研究了银粉的种类对导电油墨粘度特性、导电性能和溶剂释放性的影响,结果表明,银粉的比表面积越大,导电油墨的流动性越差,粘度越大;银粉的比表面积越大,导电油墨方阻越低;由退火处理后银粉制备的导电油墨方阻明显降低;大片径银粉不利于溶剂的释放,而对银粉进行热处理并不会对油墨的溶剂释放性造成很大的影响。 采用流变仪研究了导电油墨的粘度特性、动态粘弹特性、屈服应力、稳定特性、触变性和剪切后的恢复特性,分析了银粉形貌尺寸、树脂分子量以及触变剂对油墨流变性能的影响。结果表明,银粉形貌尺寸主要影响油墨的粘度特性和触变性,银粉的比表面积越大,导电油墨的触变性越大;树脂分子量对导电油墨流变特性影响最大,在一定范围内分子量越小的树脂制备的导电油墨其触变性越大,粘性越强,油墨剪切后的恢复能力越强;触变剂主要影响油墨的触变特性,加入触变剂后油墨在低剪切下粘度增大,高剪切下粘度变小,触变性增大,油墨剪切后的恢复能力增强,但对油墨的粘弹特性和屈服应力影响不大。


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