原文链接：https://www.mdpi.com/2673-3978/5/2/4

论文标题：Solution-Processable and Eco-Friendly Functionalization of Conductive Silver Nanoparticles Inks for Printable Electronics

期刊名：Electronic Materials

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/electronicmat

研究背景

印刷电子技术作为一种低成本且环境友好的制造方法，正逐渐成为柔性电子设备制造的重要途径。该技术能够在纸张、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等柔性基板上制备各类电子器件，包括柔性混合电子系统，这些系统通常集成了硅技术与柔性印刷技术的电路。印刷电子技术涉及含有各种纳米材料的液体溶液的高效沉积，如导电银纳米颗粒，这些材料为器件提供特定功能。然而，传统导电墨水制备过程中使用的有机溶剂往往会产生挥发性有机化合物（VOCs），对环境和人体健康造成潜在危害。本文旨在开发一种基于过氧化氢（H?O?）的环保功能化导电银纳米颗粒墨水，通过系统的结构、化学和形态学表征，验证其稳定性及适用性，为印刷电子技术提供更为环保的材料解决方案。

研究内容

研究人员采用化学还原法合成导电银纳米颗粒，以柠檬酸钠、硼氢化钠和硝酸银为原料在冰浴中反应。所得银纳米颗粒经乙醇洗涤和离心去除多余溶剂后，与3%商用过氧化氢溶液混合溶解银纳米颗粒（20 wt.%），超声处理3小时。此过程中胶体溶液由灰色变为黑色形成墨水。为测试墨水性能，将溶液沉积至硅基板或相纸上，使用直径0.6毫米细尖钢笔填充1毫升墨水绘制基本电路图案，室温干燥后观察其电学行为及LED点亮效果。

通过X射线衍射（XRD）分析确定合成银纳米颗粒的晶体结构。其面心立方（FCC）结构（JCPDS 00-004-0783）在38°、44°、64°、77°和81°处显示强峰，分别对应（111）、（200）、（220）、（311）和（222）晶面衍射。混合后仅观察到银的衍射峰，表明大部分硝酸钠已被去除，无需额外纯化过程，证实过氧化氢在墨水制备中起还原剂作用。扫描电子显微镜（SEM）研究显示沉积墨水薄膜形成球形颗粒聚集，平均直径48±12纳米。能量色散X射线光谱（EDS）分析证实墨水中几乎无其他元素，表明无残留污染物。

原子力显微镜（AFM）测量显示沉积银纳米颗粒形成不规则紧凑排列，最大高度轮廓470纳米，最小高度200纳米。动态光散射（DLS）和zeta电位分析表明颗粒直径50纳米，与SEM/AFM结果一致，zeta电位-30.5毫伏，表明墨水稳定。电流-电压测量显示柔性基板平整时标称电阻11.74欧姆，弯曲半径12.5毫米时电阻增至17.99欧姆。连续弯曲循环后电阻稳定在约20欧姆，表明系统在机械约束下仍能保持运行。为展示实际应用，研究人员将墨水装入钢笔在相纸上手绘图案，所得电路连接9伏电压源可为LED供电，展示了高效电流传导能力。这种原型展示了银纳米颗粒墨水在印刷电子元件和损坏PCB更换中的应用潜力，适用于健康监测、能量转换等柔性设备，特别适合航空航天、包装、健康和可生物降解电子等领域。

图为简易混合印刷电路板设计、实验装置及使用钢笔在相纸上绘制的银纳米颗粒基墨水电路

研究总结

本研究成功制备了基于纯银纳米颗粒与过氧化氢混合的导电墨水。尽管过氧化氢具有高氧化能力，但不会改变银的结构或纳米颗粒组成。银纳米颗粒（20 wt.%）在5毫升过氧化氢中分散使溶液具有导电性且无污染物，这是由于OH自由基和超氧离子促进连续氧化还原反应及二次化学产物释放。银纳米颗粒具有约50纳米的平均均匀球形直径，聚集成薄而紧凑层。银纳米颗粒与相纸间具有强亲和力，样品干燥仅需室温下15分钟，无需额外纯化过程。将墨水应用于直接书写实现的基本电路中，证明其导电性并研究连续弯曲实验后的行为。当循环次数和弯曲强度增加时，电导率无显著变化或滞后效应，表明系统在机械约束下仍能保持运行。这一特征表明，即使银纳米颗粒浓度较低，使用无污染物溶剂制备的墨水也适合未来柔性可印刷电子应用。这项研究为环保型导电墨水开发提供了新思路，有望推动印刷电子技术向更可持续方向发展。

Electronic Materials期刊介绍

主编：Prof. Dr. Wojciech Pisula, Max Planck Institute for Polymer Research, Germany; Lodz University of Technology, Poland

期刊领域涵盖基础科学、工程和电子材料的实际应用等方面内容。期刊主题包括但不限于：用于电子和微电子器件的电子材料，包括介电材料、半导体；材料的集成、生长和加工；集成电路器件、互联、绝缘体和场发射应用材料；电子材料建模，包括密度泛函理论方法、分子动力学等；以及电子材料的表征等。期刊目前已被Scopus、Ei Compendex、CNKI、DOAJ、EBSCO、OpenAIRE等数据库收录。