印刷型可拉伸导体的制备及性能研究

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可拉伸导体是可拉伸电子器件的基本构件,开辟了柔性电子发展的新方向。可拉伸导体可以通过结构设计或弹性导电材料开发来实现,或者将这两种方法结合。图案化的可拉伸导体是成功制造可拉伸电子器件的关键技术之一,即将可拉伸弹性体和导电填料混合制备弹性导电材料,并印刷在可拉伸支撑衬底上,其中导电材料组成、比例、与衬底的粘附力大小影响可拉伸导体的性能。因此,可拉伸导电油墨的开发是基于印刷技术制备图案化的可拉伸导体的关键。本文首先利用低温等离子体和多巴胺溶液对支撑衬底进行表面改性,然后基于银和液态金属开发了三种油墨,并印刷在经处理的基材表面,实现了快速、低成本地制备性能良好的可拉伸导体。1.将银片作为导电填料,液态聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为弹性体,制备了PDMS-Ag导电浆料,通过丝网印刷在支撑衬底上印制银基可拉伸导体。Ag含量为65 wt%时,电导率为769 S cm-1,可承受60%的拉伸应变,银片与弹性体具有大的表面接触面积有利于在拉伸下保持导电路径。2.将液态金属(GaInSn)引入银片中,形成具有高电导率、可拉伸性、强附着力和可成形性的Ag-LM合金。通过掩膜印刷(漏印)出设计的Ag-LM合金基可拉伸导体,最大可拉伸应变为660%。合金材料表面存在镓的氧化物Ga2O3,提高了墨层与基底之间的附着力。Ag-LM合金的电导率约为2.6×103 S cm-1,在30%形变范围内循环拉伸-释放1000次后的电阻变化率不超过0.1。带LED的Ag-LM导线的I–V曲线表明,Ag-LM导线在拉伸应变下具有出色的拉伸性。3.通过在含硫醇的体系中对液态金属探头超声处理,获得了LMNPs,提高了液态金属与导电银浆的相容性。将LMNPs引入银片中,通过丝网印刷在TPU薄膜上,并对其施加压力进行“机械烧结”,使得液态金属连接在银片之间,制备了Ag-LMNPs基可拉伸导体。在减少LM金属合金的使用量的同时,显著提高了可拉伸导体的拉伸性,拉伸应变小于110%时电阻变化率是0.65。
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