淺談納米銀在噴墨印刷中的應用

毛星超

納米銀的制備

銀粉作為納米銀導電油墨的重要組成成分，其平均粒徑應小于100納米。納米銀的制備方法有很多種，大致可分為物理方法、化學方法和生物方法，各種方法都有相應的優缺點。納米銀的制備技術將隨著科技的發展進步而向著低成本、高效率、高純度和零污染的方向不斷完善。

1.物理方法

物理方法主要是將大粒徑的銀單質經過相應設備制成所需的納米級粒徑。雖然這種方法制得的納米銀純度較高，工藝也相對簡單，但由于其制備條件苛刻及設備價格昂貴，在制備過程中能量消耗很大，因此成本較高，適合于對粒徑和形狀要求不是很高的產業化生產。

主要有：真空氣體冷凝法、高壓磁控濺射法、激光燒蝕法和機械研磨法等方法，使銀單質先氣化再凝結或者直接用高壓電離激發或激光燒蝕來獲得納米級的銀粒子。

2.化學方法

工業生產中常使用化學方法制備的納米銀，主要是將銀離子還原成納米級的銀單質，這類方法工藝較簡單且產量大、成本低，容易控制納米銀的粒徑和晶體形狀，經常用于光學、電學和生物醫學等領域對性能要求較高的納米銀的制備。但由于制備過程中需添加分散劑和穩定劑等各種藥劑以及用水或有機物作為溶劑，產生的廢液會對環境造成污染。

主要有化學還原法，將硝酸銀等銀鹽還原為銀單質；電化學法，通過讓高價態的銀離子獲得電子還原成零價態；光還原法，是指用紫外光照射使溶液中的陰離子還原成納米銀顆粒；微乳液法，是指用即親油有親水的表面活性劑使溶液中銀前驅體經成核、聚結等過程后得到納米銀；溶膠凝膠法，將銀的前驅體加到穩定的溶膠體系中形成凝膠，經干燥、燒結固化后制備出納米銀材料。

3.生物方法

近年來，由于生物方法制備的納米銀生產成本低、綠色環保，在制備過程中不添加任何化學試劑，環境條件要求溫和，可持續制備，因此使用生物方法制備納米的方法獲得了越來越多的關注和資金投入。

常見的生物法有天然材料還原法和微生物體系法等。天然材料還原法是指使用對環境無污染的多聚糖如可溶性淀粉作還原劑和穩定劑，在高壓等條件下制備出納米級的銀顆粒；微生物體系法是指利用在細菌、真菌（施氏假單胞菌、大腸桿菌、肺炎克雷伯桿菌、地衣芽孢桿菌、煙曲霉菌、黃曲霉、黑曲霉、木霉菌等微生物）所產生的酶的催化作用下，把Ag-還原為納米銀，或者利用微生物細胞表面的官能團把Ag-還原為納米銀。特點是該方法條件溫和、速度快、納米銀顆粒的分散性好、制備成本低、產物的毒性低、不易對環境造成污染。生物法具有很大的發展前景和大規模工業生產的潛力，值得繼續深入地研究，來建立一類環境友好、性質穩定、純度高的制備納米銀顆粒的優良方法。

納米銀的性質

納米銀不僅具有常規銀材料的光學、電學、熱力學、磁學及催化等方面特性，還具有納米材料的表面與界面效應、量子尺寸效應、小尺寸效應以及宏觀量子隧道效應等性質；還有著優良的導電性、化學穩定性和良好的生物相容性和抗菌性，因而廣泛應用于電器領域如導電涂層、太陽能電池板電極材料和LED芯片導電線路等，醫療領域如抗菌類醫藥及醫療器材等，催化材料和熱交換材料等領域，其應用前景十分廣闊。

作為噴墨印刷的油墨原料，納米銀主要應用的特性為：優良的導電性、細膩的粒徑、柔韌性好、耐摩擦和化學穩定性好等。由于金屬銀具有這些性質，尤其是優良的導電導熱性使它成為電子工業特別是微電子工業中的重要材料。

1.優良的導電性

納米銀作導電墨水填料的重要組分，由于其本身具備尺寸效應等特性而且具有較高的表面能，使得在較低溫度下便可進行燒結來制備均勻的膜結構，能夠減少填料之間的空隙、增加填料之間的界面接觸，使接觸電阻降低，因此具有良好的導電性。

2.顆粒細膩

納米銀的顆粒尺寸具有很大優勢，作為目前可制備的最細膩的晶體材料，納米銀導電油墨使印刷品的著色力，網點的清晰度和飽和度均有良好表現，印刷適性好，能得到高精度、高密度的品質優良的印刷品。

3.柔韌性好、耐摩擦

在相紙等基材上進行打印后得到的導電印刷制品，線路清晰、邊緣光潔，墨層細密有光澤，能夠良好地附著在基材上。有些試驗對印制圖案進行聚酯的涂布，使墨層更加牢固，圖案在測試中無脫落現象，耐摩擦性高，導電性能不受影響，能夠在較低溫度下固化，油墨附著力和圖案抗彎折性能優良。

4.化學穩定性好

金、銀和銅等金屬均有良好的導電性能。然而在納米粒徑的條件下，鋁和銅因為化學性質相對活潑而容易在空氣中被氧化；銀比金的市場價格便宜，應用范圍更廣；雖然銀稍遜于銅的導電性能，但銀不易被氧化，廣泛應用于電氣電路的印制，在精密昂貴的儀器中可長時間使用，可靠性高。

研究現狀

傳統電子器件的制造法如蝕刻、鍍膜或絲網印刷等在生產中存在著諸多亟待解決的問題，材料使用率低、制造過程復雜，在生產中產生的副產物對環境的污染嚴重，制造所需的設備昂貴等原因導致生產成本較高，以及傳統方式生產的產品無法滿足柔性電子產品日益增高的質量和精度要求。

噴墨打印技術是一種前景十分廣闊的應用技術，近年來發展迅速。它是目前最重要的一種無版數字印刷技術，出墨設備不接觸承印物，是一種非擊打、點陣式的打印技術。其工作原理是噴墨機根據計算機設定好的程序指令，通過相應的噴頭將油墨噴射到承印物的指定位置上，最終構成預先設定好的圖案。以納米銀顆粒制成的導電油墨更是具有很多優良性能，其應用也越來越廣泛。噴墨打印技術在無線射頻技術、有機發光二極管晶體管、傳感器和導電線路等方面都已有不同程度的應用。

納米銀在噴墨印刷中的應用前景十分廣泛，而且研究也在日益增多，多方面的理論和時間也在不斷地推進這項技術的發展和成熟，在柔性電子印刷制造領域正發揮愈來愈重要的作用。

納米銀導電油墨的應用

由于其優秀的性能，納米銀導電油墨在近年來獲得了越來越多的研究和投入，發展十分迅速，在很多領域已經擁有或是存在潛在的巨大應用價值。例如，無線射頻技術（RFID）天線、有機發光二極管（OLED）、印刷電路板（PCB）以及IC卡、電子開關、傳感器等電子設備，在電子領域應用十分廣泛。

1.RFID天線

RFID天線的傳統制作方法主要有電鍍和化學蝕刻等，這些方法制作成本高、對環境影響較大而且制作周期較長。而使用納米銀作配料的導電墨水，本身具有很好的穩定性可較長時間存放，其制作方式成本低、無污染、制作周期短。使用納米銀導電油墨噴墨印刷制作的天線經過固化等處理可以與絲網印刷制造的天線質量相近，達到使用要求。同時還可以在相紙、玻璃和PET上進行打印，特別是在相紙上打印得到的導電圖案，邊線清晰連貫，墨層柔性和附著性好，耐摩擦。

2.印刷電路板

印刷電路板作為電子元器件的支撐體是重要的電子部件，在生產和生活中應用極其廣泛，但當今主要的制造方法是減成法，雖然工藝成熟、穩定可靠，但工序多流程復雜，原材料使用率較低，且在蝕刻等工序中會產生廢水廢料，對環境造成較大危害。使用噴墨印刷可以簡化工藝過程，直接在基材上進行噴墨打印，固化后即可使用，不僅適用基材多樣而且還可進行柔性印刷，印制線路的精準度也得到了提高。

3.LED導電線路

LED廣泛應用于顯示和照明設備，特別是OLED在通訊和電子娛樂設備特別是柔性電子器件中具有獨特優勢，近年來越發受到關注。噴墨打印制作的柔性LED導電線路比傳統工藝更加環境友好、低成本而且小型化，顯著改善OLED電路的導電性，對柔性電子設備的發展起到了助推作用。

4.薄膜開關

薄膜開關也稱輕觸式鍵盤，是一種新型電子元器件。薄膜開關面板的基材可以是剛性的也可以是柔性的，均可使用噴墨印刷的方式進行電路板的制作，環境友好，性能穩定可靠，對外界環境的侵蝕具有良好的抵抗性。

此外還在太陽能電池中對Ag陰極的制作，以及IC卡、落座傳感和壓力傳感器等電子器材中都有應用，也可以用于手機電池的屏蔽等。

結語和展望

隨著電子技術和制造工藝的不斷發展，對導電油墨的研究和開發將更加深入。納米銀導電墨水在噴墨印刷中占據著十分重要的地位，使用噴墨印刷對導電線路進行噴涂制作的好處很多，比如簡化工序、減少原材料浪費、環境友好、產品更加精細等。目前在實際中主要應用的納米導電油墨是銀和銅，而且導電油墨的性能和成本方面綜合看，沒有其他材料比銀更適合，雖然納米銀導電油墨有著十分明顯的優點，但也存在著一些弊端，如銀價格相對的高昂和在潮濕環境中容易產生離子或電遷移等。因此在深入挖掘納米銀導電油墨潛力的同時，開發研制新型導電油墨材料也是一個發展熱點。在對性能的要求之外，還要求在生產和后期使用中均能夠安全可靠和環境友好。

未來納米導電油墨的主要發展方向是：①降低成本，如何大量快速地生產工業級納米，不僅易得還要有符合生產的純度；②精確、多功能化，如在印制電路板中制作多層板是要十分精確，開發其他領域的應用；③低毒性，納米銀具有潛在的毒性，雖然用于體表時，可認定為無害，但人體大量攝入會對健康造成危害，對其毒性的研究將更加深入，制定相關安全標準，研發無毒、無污染的納米銀產品；④對環境友好，研制水溶性油墨，在生產和使用過程中如何不造成環境污染是如今必須要考慮的問題。