水性导电油墨的制备研究+文献综述(4)
② 隧道效应
当印刷墨膜中导电金属微粒的体积分数fv降低，导电油墨中的导电通道逐渐减小，一部分属微粒被绝缘介质完全分割开来，还有一部分金属微粒仍彼此相连。当绝缘介质小于100nm时，由于热振动而被激活的电子也能越过绝缘层所形成的势垒而跃迁到相邻导电微粒上，形成较大的隧道电流，或是越过很低的绝缘层势垒而流动，产生较大的场致发射电流，此时绝缘层界面起着相当于内部分布电容的作用，这是导电油墨的“隧道效应”现象。随着印刷墨膜中导电金属微粒体积分数fv的变化，导电油墨的渗流现象和隧道效应也相应存在或消失，进而印刷的导线墨膜的导电行为也呈现出三种不同的状态。用图形表示如图三：
在只有导电油墨的渗流现象存在，微粒间隙小于10nm 时， 绝缘聚合物基体在墨膜中只是一些孤立的小岛，油墨的导电机制类似于纯固体金属的导电，保持自由电子在金属中的迁移特性，其导电性由导电金属微粒的欧姆导电作用决定。但油墨中的绝缘聚合物岛延长了自由电子的导电通道，对金属导电载流子有较强的散射作用，使得电子的平均自由行程略有减小。在微粒间隙大于10nm小于100nm 时， 自由电子的传输方式有沿着迷津结构的渗透和金属微粒间的电子遂穿两种，导线墨膜的导电行为是隧道效应、渗滤效应的综合。若导电油墨中金属微粒的体积分数fv持续降低，微粒间隙大于100nm 时，导电油墨由金属的迷津结构变为金属微粒在绝缘介质中间的一个个孤立小岛，微粒间的渗透通道密度减小，金属电导逐渐减弱，那些相邻孤立金属微粒之间通过热或场激发隧道效应来输运载流子的过程变得日益重要。直至墨膜中自由电子跃迁现象消失，标签天线的导线墨膜几乎成为绝缘体[8]。
1.4.2 水性导电油墨
水性导电油墨是一种既具有水性油墨特性又具有导电性能的新型功能油墨，主要应用在薄膜开关、电路板等电子元器件的制备上[9]。由于在油墨中添加了具有导电性能的金属或非金属材料作为导电填料，所以水性导电油墨具有一定的导电性能。目前可以用作导电填料的材料很多，主要有碳黑、铜粉、银粉等。考虑到成本因素和金属的氧化性，本实验选用碳黑为导电填料添加到油墨中，并研究其导电性能和印刷适性。
(1) 水性导电油墨的组成
与水性油墨一样，水性导电油墨主要由导电填料、连结料、水性导电油墨用助剂、水性导电油墨用溶剂组成。
①导电填料
水性导电油墨是将金属粉末、碳黑、石墨、金属氧化物等导电填料，均匀分散于有机或无机成膜基料中形成的复合体[10]。由干导电油墨干燥固化之前，导电填料在树脂基料和溶剂中处于独立状态，不互相接触，所以油墨处于绝缘状态。成膜时，随着溶剂及水的挥发和树脂基料的固化收缩，墨层不断干燥而变硬，达到一定程度后，导电填料相互接触形成网络而使涂层导电。
②连结料
连结料是组成导电油墨的主要成膜物质，在导电涂层中起骨架作用。选用连结料树脂时，需考虑其涂装方式、干燥方式、被涂物的种类等因素[11]。
本室验中采用的连结料树脂为水性丙烯酸树脂。
③ 水性导电油墨用助剂
为提高水性油墨的各项性能，需要添加各种助剂，而助剂在水性油墨中的作用比在溶剂型油墨中更为重要。常用的水性油墨助剂有如下几种 。
1)消泡剂。用以消除水性油墨中的泡沫，用量一般为油墨总量的1％～2％。
2)水墨稳定剂。主要为防止水墨在贮存、运输中聚结、发霉，可以降低墨黏度和调节水墨的pH值，一般使用氨水或乙醇胺等。
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