CN106028635B - 一种纤维素纸基柔性高导电性图形的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子材料领域，涉及一种纤维素纸基柔性高导电性图形的制备方法。本发明提出的制备方法是以纤维素纸为基体，通过运用蜡染打印技术结合化学镀技术在其表面直接设计并打印所需要的金属图形，具体工艺包括纤维素纸表面清洁，表面改性，表面图形化打蜡，表面活化，化学镀铜和表面除蜡等。本发明具有以下优点：（1）采用针点打印机直接在纤维素纸表面设计并打出所需涂蜡图形，操作简便易行；（2）成本低，工艺简便，金属图形设计方便，可根据需要设计出各种导电图形。本发明制备的纤维素纸基柔性导电图形可应用于柔性显示，电子标签，电子天线等新兴技术产品，未来市场前景非常广阔。

Description

一种纤维素纸基柔性高导电性图形的制备方法
技术领域
本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种纤维素纸基高导电性图形的制备方法。
背景技术
印制电子器件产业近些年来发展迅速，传统的印制电子器件的基底多采用硅基板，玻璃基板等硬质基板。在基板上运用蚀刻或者丝网印刷等技术可以得到图形化的印制电子器件。但是这些方法往往存在着制造过程复杂，成本高，材料的利用率低，浪费严重等缺点。随着印制电子的发展，打印技术应运而生并迅速应用于制备电子器件之中，但是目前的打印机打印金属过程繁琐，仪器设备依赖性强，重复打印次数多，不容易控制打印线路的完整和准确性，这进一步限制了打印电子行业的发展。
化学镀是一种可以在非金属表面沉积金属的一种技术，它有着成本较低，常温操作以及设备简单可行等突出优点，同时在一些印制电子电路中，运用化学镀技术可以有效得解决电子器件穿孔金属化的问题，上述的这些优点使得化学镀技术在印制电子器件行业得到了广泛的应用和发展。化学镀过程中的最重要的环节就是在基材上沉积能够诱发化学镀的活化种，传统方法采用的活化种通常是钯胶体，但是这种胶体不仅价格高而且对环境会产生很大的污染。
纤维素纸是一种柔性好，质量轻的基材，它同时具有成本低和环境友好等优点，纸的生产过程一般包括制备浆料和造纸两个基本流程，制备浆料主要是采用机械或者化学的方法将植物纤维的原料离解成为本色或漂白纸浆。造纸则是采用将悬浮在水中的纸浆纤维进过后处理加工成为满足各种要求的纸。虽然纸具有以上非常多的优点，但是由于纸绝缘性非常好，所以纸在柔性印制电子器件中的应用和发展收到了很大的限制。
发明内容
本发明的目的在于提出一种纤维素纸基柔性高导电性图形的制备方法。本发明提出的制备方法是将纤维素纸表面图形金属化，具体工艺包括纤维素纸的表面清洗、表面改性、表面图形化打蜡、表面活化、化学镀铜以及表面除蜡等。
本发明提出的纤维素纸基柔性高导电性图形的制备方法，具体步骤如下：
（1）表面清洗：清洗纤维素纸表面，将其进行漂洗和烘干；
（2）表面改性：将表面清洗后的纤维素纸置于表面改性溶液之中5~10分钟后取出，并烘干，得到表面改性的纤维素纸；
（3）表面图形化打蜡：将表面改性的纤维素纸置于针点打印机中，并在表面改性的纤维素纸的上方加上一层蜡纸，运用计算机中设计的图形打印出所需要的蜡图形，只需打印一次即可，得到表面图形化打蜡的纤维素纸；
（4）表面活化：将表面图形化打蜡的纤维素纸放置于配置的纳米金溶液之中放置24小时后用去离子水淋洗后烘干，得到表面活化后的纤维素纸；
（5）化学镀铜：将表面活化后的纤维素纸浸泡于铜化学镀液之中，于15~25℃铜化学镀液10~30分钟，取出后用去离子水洗净并烘干；
（6）表面除蜡：将步骤（５）得到的烘干后的产物放置于乙醇溶液之中浸泡1分钟，取出并烘干后得到所需的纸基柔性导电图形。
本发明中，步骤（１）中所述表面改性溶液是的溶质为3-氨丙基二甲氧基硅烷，溶剂为丙酮，改性溶液的质量百分浓度为0.1%~2%。
本发明中，步骤（４）中纳米金溶液的配方是溶剂为去离子水，溶液中的各种溶质浓度分别为：氯金酸的浓度为3~6 g/L，柠檬酸三钠的浓度为7~10 g/L，硼氢化钠的浓度为0.4~0.6 g/L，氯化钠的浓度为0.2~0.4 g/L。
本发明中，步骤（５）中铜化学镀液的配方是溶剂为去离子水，溶液中的各种溶质浓度分别为：五水硫酸铜的浓度为3~6 g/L，焦磷酸钠的浓度为2~4 g/L，碳酸钠的浓度为4~8g/L，氢氧化钠的浓度为4~8 g/L，硫酸镍的浓度为0.5~1.0 g/L,甲醛的浓度为5~10 g/L。
本发明制备的纸基柔性导电图形具有以下优点：（1）纤维素纸来源于植物纤维，属于可再生资源，绿色环保；（2）以针点打印机在纸的表面打蜡制备蜡图形，成本低，只需一次打印过程即可得到所需要的设计图形，操作简便；（3）金属图形与纤维素纸表面结合非常牢固，材料的可靠性良好；（4）采用纳米金作为催化剂，避免使用了钯等有毒的贵金属催化剂；（5）制备出的纤维素纸基柔性图形导电率高，开发了纤维素纸在柔性电子方向的发展与应用，可广泛应用于柔性电子器件，电子标签以及电子天线等高新技术产品，未来的市场前景非常广阔。
本发明的有益效果在于：（1）将纤维素纸表面选择性地表面金属化，从而获得满足需要的导电图形，使得绝缘的纸变为导电，拓展了纤维素纸的功能和应用；（2）纸基柔性导电图形具有耐弯折性能，可大大改善电子器件的柔性化发展；（3）运用打印蜡染技术一次直接打印设计出所需图形，操作简单易行；（4）纸基柔性导电图形中的导电图形和纸基体之间的结合强度强，使得其应用于印制电子器件会有良好的稳定性；（5）得到的纸基导电图形对纤维素纸基底没有损伤，大大消除了传统蚀刻方法所带来的基底损害，保证了电子器件的完整性；（6）纸基导电图形具有极好的导电率，在电子电路方面，应用会非常广泛；（7）成本低，工艺简便，金属图形设计方便，可根据需要设计出各种导电图形。
附图说明
图1为纸基柔性天线的图形。
图2为纸基柔性导电图形的实际电路应用图。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明。
实施例1
将纤维素纸用去离子水淋洗干净，烘干后置于浓度为0.1%的3-氨丙基二甲氧基硅烷丙酮溶液中，浸泡5分钟，取出，用去离子水淋洗干净，烘干，得到表面改性的纤维素纸。
将表面改性后的纸放置于针点打印机之中，根据计算机上设计出的图形打印出所需要的涂蜡图形。
将3g氯金酸，7g柠檬酸三钠，0.4g硼氢化钠，0.2 g氯化钠溶于500mL去离子水之中，经过磁力搅拌，溶解完毕后，添加去离子水，将溶液的体积定容至1L，得到纳米金溶液。
将改性后的纤维素纸置于上述溶液之中，放置24小时，取出，烘干，得到表面活化的纤维素纸。
将3g五水硫酸铜，2g焦磷酸钠，4g碳酸钠，4g氢氧化钠，0.5g硫酸镍，5g甲醛溶于500mL的去离子水之中，经过磁力搅拌，溶解完毕之后，向溶液中添加去离子水至溶液的体积为1L，得到化学镀铜溶液。将表面活化的纤维素纸浸泡在铜化学镀液之中于15℃化学镀10分钟，取出用去离子水洗净并烘干，得到所需的纸基柔性导电图形，剥离强度能通过3M公司思高®胶带的测试。经过四探针电阻率测试仪测试，导电图形的电阻率为21.4 µΩ cm。
实施例2
将纤维素纸用去离子水淋洗干净，烘干后置于浓度为0.1%的3-氨丙基二甲氧基硅烷丙酮溶液中，浸泡5分钟，取出，用去离子水淋洗干净，烘干，得到表面改性的纤维素纸。
将表面改性后的纸放置于针点打印机之中，根据计算机上设计出的图形打印出所需要的涂蜡图形。
将6 g氯金酸，10 g柠檬酸三钠，0.6g硼氢化钠，0.4 g氯化钠溶于500mL去离子水之中，经过磁力搅拌，溶解完毕后，添加去离子水，将溶液的体积定容至1L，得到纳米金溶液。
将改性后的纤维素纸置于上述溶液之中，放置24小时，取出，烘干，得到表面活化的纤维素纸。
将6g五水硫酸铜，4g焦磷酸钠，8g碳酸钠，8g氢氧化钠，1.0g硫酸镍，10g甲醛溶于500mL的去离子水之中，经过磁力搅拌，溶解完毕之后，向溶液中添加去离子水至溶液的体积为1L，得到化学镀铜溶液。将表面活化的纤维素纸浸泡在铜化学镀液之中于25℃化学镀30分钟，取出用去离子水洗净并烘干，得到所需的纸基柔性导电图形，剥离强度能通过3M公司思高®胶带的测试。经过四探针电阻率测试仪测试，导电图形的电阻率为6.8 µΩ cm。
实施例3
将纤维素纸用去离子水淋洗干净，烘干后置于浓度为0.1%的3-氨丙基二甲氧基硅烷丙酮溶液中，浸泡10分钟，取出，用去离子水淋洗干净，烘干，得到表面改性的纤维素纸。
将表面改性后的纸放置于针点打印机之中，根据计算机上设计出的图形打印出所需要的涂蜡图形。
将5 g氯金酸，8 g柠檬酸三钠，0.5g硼氢化钠，0.3 g氯化钠溶于500mL去离子水之中，经过磁力搅拌，溶解完毕后，添加去离子水，将溶液的体积定容至1L，得到纳米金溶液。
将改性后的纤维素纸置于上述溶液之中，放置24小时，取出，烘干，得到表面活化的纤维素纸。
将5 g五水硫酸铜，3 g焦磷酸钠，6 g碳酸钠，7 g氢氧化钠，0.8 g硫酸镍，8 g甲醛溶于500mL的去离子水之中，经过磁力搅拌，溶解完毕之后，向溶液中添加去离子水至溶液的体积为1L，得到化学镀铜溶液。将表面活化的纤维素纸浸泡在铜化学镀液之中于25℃化学镀20分钟，取出用去离子水洗净并烘干，得到所需的纸基柔性导电图形，剥离强度能通过3M公司思高®胶带的测试。经过四探针电阻率测试仪测试，导电图形的电阻率为13.8 µΩcm。
实施例4
将纤维素纸用去离子水淋洗干净，烘干后置于浓度为0.1%的3-氨丙基二甲氧基硅烷丙酮溶液中，浸泡5分钟，取出，用去离子水淋洗干净，烘干，得到表面改性的纤维素纸。
将表面改性后的纸放置于针点打印机之中，根据计算机上设计出的图形打印出所需要的涂蜡图形。
将4 g氯金酸，7 g柠檬酸三钠，0.6g硼氢化钠，0.4 g氯化钠溶于500mL去离子水之中，经过磁力搅拌，溶解完毕后，添加去离子水，将溶液的体积定容至1L，得到纳米金溶液。
将改性后的纤维素纸置于上述溶液之中，放置24小时，取出，烘干，得到表面活化的纤维素纸。
将4 g五水硫酸铜，4 g焦磷酸钠，7 g碳酸钠，6 g氢氧化钠，0.7 g硫酸镍，7 g甲醛溶于500mL的去离子水之中，经过磁力搅拌，溶解完毕之后，向溶液中添加去离子水至溶液的体积为1L，得到化学镀铜溶液。将表面活化的纤维素纸浸泡在铜化学镀液之中于25℃化学镀15分钟，取出用去离子水洗净并烘干，得到所需的纸基柔性导电图形，剥离强度能通过3M公司思高®胶带的测试。经过四探针电阻率测试仪测试，导电图形的电阻率为17.6 µΩcm。
实施例5
将纤维素纸用去离子水淋洗干净，烘干后置于浓度为0.1%的3-氨丙基二甲氧基硅烷丙酮溶液中，浸泡6分钟，取出，用去离子水淋洗干净，烘干，得到表面改性的纤维素纸。
将表面改性后的纸放置于针点打印机之中，根据计算机上设计出的图形打印出所需要的涂蜡图形。
将3 g氯金酸，8 g柠檬酸三钠，0.5g硼氢化钠，0.4 g氯化钠溶于500mL去离子水之中，经过磁力搅拌，溶解完毕后，添加去离子水，将溶液的体积定容至1L，得到纳米金溶液。
将改性后的纤维素纸置于上述溶液之中，放置24小时，取出，烘干，得到表面活化的纤维素纸。
将3 g五水硫酸铜，4 g焦磷酸钠，6 g碳酸钠，5 g氢氧化钠，0.6g硫酸镍，6g甲醛溶于500mL的去离子水之中，经过磁力搅拌，溶解完毕之后，向溶液中添加去离子水至溶液的体积为1L，得到化学镀铜溶液。将表面活化的纤维素纸浸泡在铜化学镀液之中于25℃化学镀10分钟，取出用去离子水洗净并烘干，得到所需的纸基柔性导电图形，剥离强度能通过3M公司思高®胶带的测试。经过四探针电阻率测试仪测试，导电图形的电阻率为20.1 µΩcm。

Claims (4)

1.一种纤维素纸基柔性高导电性图形的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）表面清洗：清洗纤维素纸表面，将其进行漂洗和烘干；
（2）表面改性：将表面清洗后的纤维素纸置于表面改性溶液之中5~10分钟后取出，并烘干，得到表面改性的纤维素纸；
（3）表面图形化打蜡：将表面改性的纤维素纸置于针点打印机中，并在表面改性的纤维素纸的上方加上一层蜡纸，运用计算机中设计的图形打印出所需要的蜡图形，只需打印一次即可，得到表面图形化打蜡的纤维素纸；
（4）表面活化：将表面图形化打蜡的纤维素纸放置于配置的纳米金溶液之中放置24小时后用去离子水淋洗后烘干，得到表面活化后的纤维素纸；
（5）化学镀铜：将表面活化后的纤维素纸浸泡于铜化学镀液之中，于15~25℃铜化学镀液10~30分钟，取出后用去离子水洗净并烘干；
（6）表面除蜡：将步骤（５）得到的烘干后的产物放置于乙醇溶液之中浸泡1分钟，取出并烘干后得到所需的纸基柔性导电图形。
2.根据权利要求1所述的纤维素纸基柔性高导电性图形的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述表面改性溶液的溶质为3-氨丙基二甲氧基硅烷，溶剂为丙酮，改性溶液的质量百分浓度为0.1%~2%。
3.根据权利要求1 所述的纤维素纸基柔性高导电性图形的制备方法，其特征在于步骤（４）中纳米金溶液的配方是溶剂为去离子水，溶液中的各种溶质浓度分别为：氯金酸的浓度为3~6 g/L，柠檬酸三钠的浓度为7~10 g/L，硼氢化钠的浓度为0.4~0.6 g/L，氯化钠的浓度为0.2~0.4 g/L。
4.根据权利要求1 所述的纤维素纸基柔性高导电性图形的制备方法，其特征在于步骤（５）中铜化学镀液的配方是溶剂为去离子水，溶液中的各种溶质浓度分别为：五水硫酸铜的浓度为3~6 g/L，焦磷酸钠的浓度为2~4 g/L，碳酸钠的浓度为4~8 g/L，氢氧化钠的浓度为4~8 g/L，硫酸镍的浓度为0.5~1.0 g/L,甲醛的浓度为5~10 g/L。
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