روش‌هاي مختلف سنتز نانوذرات مس قابل استفاده در جوهرهاي رسانا: عوامل موثر بر سنتز نانوذرات

Different Synthesis Methods of Copper Nanoparticles Used in Conductive Inks: Effective Parameters on the Synthesis

جوهرهاي رسانا نسل جديدي از جوهرها مي باشند كه كاربردهاي فراواني در سلول هاي خورشيدي، ديودهاي ساطع كننده نور آلي، آنتن هاي شناساگر با فركانس هاي راديويي و مدارهاي الكترونيكي خواهند داشت. مواد مصرفي در جوهرهاي رسانا عموماً از نقره و مس مي‌باشند. جوهرهاي نقره به دليل مقاومت در برابر اكسيدشدن گزينه مناسبي مي باشند ولي اگر مشكل اكسيدشدن ذرات مس حل شود، اين نانوذرات به دليل قيمت كم و رسانايي بالا جايگزين خوبي جهت استفاده در جوهرهاي رسانا مي باشند. نانوذرات پس از سنتز و تشكيل جوهر بايد تحت حرارت قرار گيرند و پس از ذوب شدن تشكيل فيلم جامد يكنواختي دهند تا مقاومت الكتريكي آن به حداقل ممكن برسد. در حالت كلي چون نانوذرات داراي انرژي سطحي بسيار بالايي مي‌باشند در دماهاي بسيار پايين تر از خود فلز ذوب خواهند شد. دماهاي گزارش شده براي عمل ذوب نانوذرات معمولاً در محدوده °C 200 به بالا مي‌باشد و به دليل دارا بودن دماي بالا جهت ذوب نمي توان اين جوهرها را بر روي سطوح پلاستيكي چاپ كرد، چون همه سطوح پلاستيكي توانايي تحمل دماي بالا را ندارند. امروزه نانوذرات فلزي به دليل كاربردهاي فراوان در زمينه هاي مختلف بيشتر مورد توجه قرار گرفته اند. از ميان نانوذرات فلزي، نانوذرات بر پايه مس به دليل قيمت كم و در دسترس بودن بيشتر مورد توجه مي باشند. در سنتز نانوذرات مس عوامل مختلفي دخيل هستند كه از جمله آنها مي‌توان به غلظت عوامل احيا ، محافظت كننده سطح، دماي واكنش و pH اشاره نمود. به طور كلي مشاهده شده است كه با افزايش ميزان عامل احيا و محافظت كننده، اندازه نانوذرات كاهش مي يابد. همچنين، افزايش دماي واكنش و افزايش pH به دليل تشكيل هسته هاي فراوان، سبب كاهش اندازه ذرات مي گردد. در اين مطالعه سازوكار تاثير هر كدام از اين عوامل به طور جداگانه مورد بررسي قرار مي گيرد.

Conductive inks are new generation of inks, , which have many applications in organic solar cells (OSCs), organic light emitting diodes (OLEDs), antennas, radio frequency identifier (RFID) and electronic circuits. Silver and copper are typical metals used in these types of inks. Nano silver ink is a good choice due to its resistance to oxidation. However, by overcoming the oxidation problem of Cu inks, they can be an effective substitute for Ag inks for being less expensive and having higher conductivity. Metal nanoparticles should be exposed to heat, after synthesis and loading in ink, in order to make a uniform solid film and minimize its electrical resistance. Due to the high surface energy of metal nanoparticles, they have a lower melting point than bulk metals. The reported temperatures for the melting point and sintering point of metal nanoparticles is in the range of 200 degree of centigrade and due to this high temperature they cannot be applied on the polymeric substrates. Among different chemical methods to synthesize copper NPs, the chemical reduction method is the best from the point of different advantages like controlling the size and morphology of final NPs by varying the reaction parameters such as surface protecting agent’s concentration, reducing agent’s concentration, temperature, pH and so on. Generally it has been seen that by increasing the reducing agent and capping agent’s concentration the particle sizes decrease and also increasing the reaction temperature and pH of the reaction causes more nucleus and results in smaller particle sizes. In this study the mechanism of each parameter is studied.