導電性銀インクの配合: イオン液体添加剤がどのように性能を向上させるか

導電性銀インクは、RFID アンテナ、メンブレン スイッチ、フレキシブル回路、医療用センサー、タッチ パネル、太陽光発電バスバーなど、成長を続ける製品の背後にある静かな主力製品です。用途が何であれ、インクは 3 つのことを同時に実行する必要があります。つまり、きれいに印刷し、硬化して高導電性のフィルムを形成し、数か月間保存しても安定しています。この組み合わせを実現するのは見た目よりも難しく、その難しさのほとんどは銀自体ではなく添加剤パッケージにあります。

Ldet Energy Technology は、2009 年からイオン液体と機能性添加剤の開発を行っています。この記事では、イオン液体がシルバーインクの配合者に真に役立つ場合とそうでない場合、および開発プログラム内でイオン液体を迅速にスクリーニングする方法について私たちが学んだことを共有します。

導電性銀インクの要求がこれほど厳しいのはなぜですか?

典型的なスクリーン印刷可能な銀インクには、重量で 60 ～ 85 パーセントの銀が含まれており、通常はフレーク、球、または両方の混合物として含まれています。それ以外はすべてキャリア システムです。溶媒、ポリマー結合剤、分散剤、および少量のレオロジー調整剤、接着促進剤、硬化剤です。銀は密度が高く、その負荷がかかると粒子が沈降、クラスター化して凝集体に架橋しようとし、メッシュが詰まり、抵抗経路が形成されます。

次に、熱収支があります。バルクの銀は 961 °C 付近で溶けますが、ミクロンスケールのフレークが導電性ネックを形成するには 150 °C をはるかに超える温度が必要です。 PET、ポリイミド、紙、熱可塑性ポリウレタンなど、人々が最も気にする基材の多くは、そのような熱に長時間耐えることができません。したがって、配合者は、基板が実際に耐えられる温度でバルクのような導電性を実現することが求められます。

シルバーインクが機能するかどうかを決定する 3 つの問題

分散と保存期間

銀がビヒクルと接触した瞬間から凝集が始まります。優れた分散剤は金属表面に吸着し、立体反発または静電反発をもたらし、保管中に粘度が上昇するのを防ぎます。分散が悪い場合、最初は沈殿物やスクリーンの目詰まりとして認識され、その後、硬化膜の抵抗パッチとして認識されます。

低温焼結

導電性は、隣接する粒子が金属ブリッジを形成する場合にのみ現れます。絶縁残留物を残さずに効果的な焼結開始を遅らせるものはすべて価値があります。ここで、慎重に選択されたイオン性添加剤が配合内で適切な位置を占めます。

接着力と下地適合性

テープのテスト中または繰り返しの屈曲中に導電性フィルムが剥がれる場合は、フィルムが不合格です。接着力は、インクと基材の間の表面エネルギーの一致と、フィルムが乾燥する際のバインダーと添加剤の挙動に依存します。

イオン液体が方程式を変える場所

イオン液体は、100 °C 以下でも液体のままである塩です。これらは蒸気圧が無視でき、熱安定性が高く、ほぼ分子ごとに調整できる構造を持っています。銀インク現像剤では、銀の表面をコーティングして粒子を離間させる分散助剤、低温での粒子間のネッキングを促進する焼結助剤、印刷膜の挙動を調整する湿潤または導電率調整剤の 3 つの実用的な役割が際立っています。

化学自体が初めての場合は、化学の概要をご覧ください。 イオン液体とは何か、そしてそれらはどのように機能するのか 候補者のスクリーニングを開始する前の出発点として役立ちます。

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定式化者のようにカチオンとアニオンを読む

インクにとって重要なほぼすべてのイオン液体の特性 (粘度、親水性、熱安定性、電気化学ウィンドウ) は、カチオンとアニオンの組み合わせによって決まります。どちらかを変更すると、添加剤全体の形状が変わります。実際には、導電性配合物で最もよく評価されるカチオン族には次のものがあります。

• 熱安定性と調整可能な極性が評価された、一置換、二置換、三置換タイプを含むイミダゾリウム塩
• 強い電気化学的安定性を備えたピリジニウムおよびピロリジニウム塩
• 低粘度で有用な界面活性を備えたピペリジニウム塩および第四級アンモニウム塩
• 要求の厳しい高温処理向けの第四級ホスホニウム塩
• 湿潤および接着制御のためのヒドロキシルおよびエーテル官能化カチオン

アニオン側では、ハロゲン化物、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロリン酸、トリフラート、イミドベースのアニオンが、銀インクに必要な極性と安定性の範囲のほとんどをカバーします。配合物に特定の粘度、硬化プロファイル、または感湿性が要求される場合、多くの場合、官能基化されたカチオン（たとえば、ヒドロキシル含有）が、プラスチック基材上での濡れと接着性を向上させるための最速の手段となります。

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開発中に追跡するパフォーマンス ベンチマーク

最初の試行の前に測定計画を修正すると、添加剤スクリーニングがはるかに速くなります。以下の表は、当社のアプリケーション チームが初期段階の配合作業中にお客様と一緒にチェックするパラメータを反映しています。

レオロジーと印刷適性: 見落とされてきた中間点

銀インクはせん断減粘性の液体であり、プリンターはその挙動に依存しています。つまり、スキージまたはノズルの下で粘度が低く、直後に構造化されたフィルムに急速に回復します。バインダーネットワークを妨害する添加剤は、エッジの鮮明度を損なう可能性があります。ポリマーおよびオリゴマー添加剤は、分子量が大きいため、液体の極性を急激に変えることなく流れを調整できるため、この場合はより穏やかになる傾向があります。

当社のポリマーイオン液体シリーズは、まさにその理由のために開発されました。配合者に、時間の経過とともにフィルムから移行するのではなく、熱安定性と持続的な表面活性にも貢献する調整可能なレオロジー調整剤を提供するためです。

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研究室バッチから生産バッチへ

50 グラムのラボサンプルでは素晴らしい性能を発揮する添加剤でも、10 番目の製造バッチで異なる挙動を示す場合は役に立ちません。そのため、当社ではプロセス規律をシンプルに保ち、固定された合成ルート、制御された精製、浙江省徳清の生産拠点からの完全なバッチ文書化を行っています。

イオン液体はカチオンとアニオンから組み立てられるため、カスタム合成は例外的ではなく通常のことです。必要な粘度、溶解性、硬化挙動を教えていただければ、当社の配合に合わせて再配合してもらうのではなく、配合の残りの部分に適合する構造を提案します。

変換および処理における静的制御

生産時に導電性インクと静電気がうまく混ざることはほとんどありません。乾燥、巻き戻し、スリットを行うと電荷が発生し、その電荷が塵を引き寄せ、位置合わせをずらし、下流の敏感なコンポーネントに損傷を与える可能性があります。印刷された銀層がより広範な加工プロセスの一部である場合、当社の幅広い製品 帯電防止剤 ポリマー、フィルム、接着剤の場合、表面抵抗率を制御範囲内に保つために、インク自体とともに指定されることがよくあります。

シルバー インク プロジェクトについて話しましょう

PET 互換インクの硬化温度を下げる場合でも、ポリイミドへの接着性を向上させる場合でも、保存期間を 6 か月以上延ばそうとする場合でも、適切な添加剤は通常、一般的なものではなく特定の構造のものです。当社のチームがお客様のシステムをレビューし、カタログから候補イオン液体を推奨するか、カスタム構造を設計して、お客様独自の試験用のサンプルを提供します。

仕様をお送りいただければ、イオン液体が目の前の問題に適切なツールであるかどうかを正直にお伝えします。