CN106852004B - 一种柔性电路快速成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性电路快速成型方法，通过目标还原剂溶于去离子水中并加入分散剂，形成前驱体溶液，过滤后得到墨水a；将硝酸银融于去离子水中，过滤完成后再向银盐溶液中加入纳米银线，用超声振荡仪使其完全分散在银盐溶液中，再次过滤得到墨水b；将墨水a和墨水b依次逐滴打印在柔性基板上，静置固化后形成柔性电路。本发明实现了银盐溶液添加纳米银线和还原剂反应沉积成型柔性电路，溶液中添加纳米银线可以减少喷嘴试管口处沉淀，将微颗粒间点接触变为线与点接触，有效提高柔性电路的导电特性，大大缩短银柔性导电线路的制备周期，克服了现有柔性电路导电性能差，制造过程中电阻分布不均匀、电阻率过大的问题，有很好的实用价值。

Description

一种柔性电路快速成型方法
技术领域
本发明属于电路制备方法技术领域，具体涉及一种柔性电路快速成型方法。
背景技术
微滴喷射打印技术是一项近几年发展起来备受人们关注的一项新技术，利用微滴喷射技术与计算机技术相结合，根据CAD文件将电路信息直接打印在柔性基板上就可形成完整的导电线路，解决了现有柔性导电线路制作方法不完善、制备工艺复杂、制作成本高等问题。
现有的技术中已经报道了采用喷墨打印技术制备柔性导电线路的快速成型方法，该方法是采用微滴喷射系统，将两种导电墨水沉积在非导电基板上，两种墨水反应后生成导电线路，其中两种溶液一种是金属化合物(如金、银、镍、铜、钯、铂等)，一种是前驱体溶液(如水合肼、抗坏血酸等)，采用氧化还原方法得到金属单质，在制备过程中为获得高导电率的柔性电路，需要的硝酸银溶液浓度也越高，造成导电线路制造成本增加，且过高浓度的硝酸银溶液会在喷嘴口处产生沉淀，阻塞喷嘴，影响微滴喷射沉积系统的稳定性，使得成形的导电线路精度变差。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性电路快速成型方法，解决了现有柔性电路制备过程中通过提高硝酸银溶液浓度来降低柔性导电线路电阻率，导致导电线路精度变差的问题。
本发明一种柔性电路快速成型方法所采用的技术方案是，包括以下步骤：
步骤1，墨水a的配制
将适量的抗坏血酸溶于去离子水中，加入分散剂，搅拌均匀，得到前驱体溶液；过滤前驱体溶液，取滤液即得到墨水a，备用；
步骤2，墨水b的配制
步骤2.1，将适量硝酸银溶于去离子水中，搅拌均匀，得到硝酸银溶液；
步骤2.2，过滤步骤2.1的硝酸银溶液，得到滤液；
步骤2.3，向步骤2.2的滤液中加入适量纳米银线，使用超声振荡仪使其完全分散，再次过滤溶液，得到墨水b，备用；
步骤3，取适量步骤1的墨水a和步骤2的墨水b，分别置入微滴喷射系统中的两个嵌有喷嘴的试管A和试管B中；
步骤4，操作步骤3的微滴喷射系统，先将墨水a逐滴打印在处理过的柔性基板上，然后再将墨水b按照墨水a的路径逐滴打印，静置20-30min，固化得到柔性电路。
本发明的特征还在于，
步骤1中的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，抗坏血酸与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为7-8:1，其中，抗坏血酸的浓度为25％w/v～35％w/v，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为2％w/v～6％w/v。
步骤2中硝酸银与纳米银线的质量比为24-26:1，硝酸银溶液的浓度为41.8％w/v～58.6％w/v。
步骤1、步骤2.1和步骤2.2中的过滤的具体操作：使用孔径为1～3μm的慢速滤纸进行第一次过滤，过滤结束后将滤液再通过双层、孔径为1～3μm慢速滤纸过滤。
步骤2.3中纳米银线的尺寸：长度为8-12μm，直径为90-110nm；分散时间25-35min。
步骤3中试管A和试管B的直径均为100μm～150μm。
步骤4中的柔性基板为使用阳离子脂肪酰胺处理的含棉量为100％的织物。
步骤4中的固化温度为15-25℃。
本发明的有益效果是：本发明一种柔性电路快速成型方法通过在银盐溶液添加纳米银线和还原剂反应沉积成型柔性导电线路，溶液中添加纳米银线可以有效的降低硝酸银溶液的浓度，减少喷嘴试管口处沉淀，防止阻塞喷嘴试管；同时，加入纳米银线可在沉积成形的线路中形成连续网状导电路径，将微颗粒间点接触变为线与点接触，有效提高柔性电路的导电特性，大大缩短银柔性导电线路的制备周期，克服了现有柔性电路导电性能差，制造过程中电阻分布不均匀、电阻率过大的问题，有很好的实用价值。
附图说明
图1是本发明一种柔性电路快速成型方法中打印墨水的流程示意图；
图1(a)打印墨水a的示意图；
图1(b)打印墨水b的示意图；
图2是本发明一种柔性电路快速成型方法中柔性电路的结构示意图。
图中，1.墨水a，2.试管A，3.试管B，4.墨水b，5.墨水a打印线路，6.柔性基板，7.墨水b打印线路，8.纳米银线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种柔性电路快速成型方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1，墨水a1的配制
将适量的目标还原剂—抗坏血酸溶于去离子水中，加入分散剂，搅拌均匀，得到前驱体溶液；过滤前驱体溶液，取滤液即得到墨水a1，备用；其中，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，抗坏血酸与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为7-8:1，抗坏血酸的浓度为25％w/v～35％w/v，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为2％w/v～6％w/v。
步骤2，墨水b4的配制
步骤2.1，将适量硝酸银溶于去离子水中，搅拌均匀，得到硝酸银溶液；
步骤2.2，过滤步骤2.1的硝酸银溶液，得到滤液；
步骤2.3，如图2所示，向步骤2.2的滤液中加入适量纳米银线8，使用超声振荡仪使其完全分散，再次过滤溶液，得到墨水b4，备用；使用纳米银线8能有效降低硝酸银溶液的浓度，减少喷嘴试管口处沉淀，防止阻塞喷嘴试管；还可在沉积成形的线路中形成连续网状导电路径，将微颗粒间点接触变为线与点接触，有效提高柔性电路的导电特性，大大缩短银柔性导电线路的制备周期；
其中，硝酸银与纳米银线8的质量比为24-26:1，硝酸银溶液的浓度为41.8％w/v～58.6％w/v；步骤2中的所有过滤的具体操作均为：使用孔径为1～3μm的慢速滤纸进行第一次过滤，过滤结束后将滤液再使用双层孔径为1～3μm慢速滤纸过滤；纳米银线8的尺寸：长度为8-12μm，直径为90-110nm；分散时间25-35min。
步骤3，取适量步骤1的墨水a1和步骤2的墨水b4，分别置入微滴喷射系统中的两个嵌有喷嘴的试管A2和试管B3中，试管A2和试管B3的直径均为100μm～150μm。
步骤4，操作步骤3的微滴喷射系统，先将墨水a逐滴打印在处理过的柔性基板6上，形成墨水a打印线路5，然后再将墨水b4按照墨水a1的路径逐滴打印，形成墨水b打印线路7，静置20-30min，固化得到柔性电路，其中，柔性基板6为使用阳离子脂肪酰胺处理的含棉量为100％的织物，固化温度为15-25℃。
实施例1
(1)墨水a1的配制
将适量的抗坏血酸溶于去离子水中，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀，得到前驱体溶液；过滤前驱体溶液，取滤液即得到墨水a1，备用；其中，抗坏血酸与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为7:1，抗坏血酸的浓度为25％w/v，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为2％w/v。
(2)墨水b4的配制
将适量硝酸银溶于去离子水中，搅拌均匀，得到硝酸银溶液；过滤硝酸银溶液，得到滤液；向滤液中加入适量纳米银线8，使用超声振荡仪使其完全分散，再次过滤溶液，得到墨水b4，备用；其中，硝酸银与纳米银线8的质量比为24:1，硝酸银溶液的浓度为41.8％w/v；纳米银线8的尺寸：长度为8μm，直径为90nm；分散时间25min。
(3)打印固化
取适量墨水a1和墨水b4，分别置入微滴喷射系统中的两个直径均为100μm的嵌有喷嘴的试管A2和试管B3中，操作微滴喷射系统，先将墨水a1逐滴打印在处理过的柔性基板6上，形成墨水a打印线路5，然后再将墨水b4按照墨水a1的路径逐滴打印，形成墨水b打印线路7，静置20min，在15℃固化得到柔性电路，其中，柔性基板6为使用阳离子脂肪酰胺处理的含棉量为100％的织物。
实施例2
(1)墨水a1的配制
将适量的抗坏血酸溶于去离子水中，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀，得到前驱体溶液；过滤前驱体溶液，取滤液即得到墨水a1，备用；其中，抗坏血酸与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为7.5:1，抗坏血酸的浓度为30％w/v，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为4％w/v。
(2)墨水b4的配制
将适量硝酸银溶于去离子水中，搅拌均匀，得到硝酸银溶液；过滤硝酸银溶液，得到滤液；向滤液中加入适量纳米银线8，使用超声振荡仪使其完全分散，再次过滤溶液，得到墨水b4，备用；其中，硝酸银与纳米银线8的质量比为25:1，硝酸银溶液的浓度为50.3％w/v；纳米银线8的尺寸：长度为10μm，直径为100nm；分散时间30min。
(3)打印固化
取适量墨水a1和墨水b4，分别置入微滴喷射系统中的两个直径均为120μm的嵌有喷嘴的试管A2和试管B3中，操作微滴喷射系统，先将墨水a1逐滴打印在处理过的柔性基板6上，形成墨水a打印线路5，然后再将墨水b4按照墨水a1的路径逐滴打印，形成墨水b打印线路7，静置25min，在20℃固化得到柔性电路，其中，柔性基板6为使用阳离子脂肪酰胺处理的含棉量为100％的织物。
实施例3
(1)墨水a1的配制
将适量的抗坏血酸溶于去离子水中，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀，得到前驱体溶液；过滤前驱体溶液，取滤液即得到墨水a1，备用；其中，抗坏血酸与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为8:1，抗坏血酸的浓度为35％w/v，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为6％w/v。
(2)墨水b4的配制
将适量硝酸银溶于去离子水中，搅拌均匀，得到硝酸银溶液；过滤硝酸银溶液，得到滤液；向滤液中加入适量纳米银线8，使用超声振荡仪使其完全分散，再次过滤溶液，得到墨水b4，备用；其中，硝酸银与纳米银线8的质量比为26:1，硝酸银溶液的浓度为58.6％w/v；纳米银线8的尺寸：长度为12μm，直径为110nm；分散时间35min。
(3)打印固化
取适量墨水a1和墨水b4，分别置入微滴喷射系统中的两个直径均为150μm的嵌有喷嘴的试管A2和试管B3中，操作微滴喷射系统，先将墨水a1逐滴打印在处理过的柔性基板6上，形成墨水a打印线路5，然后再将墨水b4按照墨水a1的路径逐滴打印，形成墨水b打印线路7，静置30min，在25℃固化得到柔性电路，其中，柔性基板6为使用阳离子脂肪酰胺处理的含棉量为100％的织物。
由实施例1-3可知，本发明实现了银盐溶液添加纳米银线和还原剂反应沉积成型柔性导电线路，溶液中添加纳米银线8可以有效的降低硝酸银溶液的浓度，减少喷嘴试管口处沉淀，防止阻塞喷嘴试管；同时，加入纳米银线8可在沉积成形的线路中形成连续网状导电路径，将微颗粒间点接触变为线与点接触，有效提高柔性电路的导电特性，大大缩短银柔性导电线路的制备周期，克服了现有柔性电路导电性能差，制造过程中电阻分布不均匀、电阻率过大的问题，有很好的实用价值。

Claims (5)

1.一种柔性电路快速成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，墨水a(1)的配制
将适量的抗坏血酸溶于去离子水中，加入分散剂，搅拌均匀，得到前驱体溶液；过滤前驱体溶液，取滤液即得到墨水a(1)，备用；
所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，抗坏血酸与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为7-8:1，其中，抗坏血酸的浓度为25％w/v～35％w/v，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为2％w/v～6％w/v；
步骤2，墨水b(4)的配制
步骤2.1，将适量硝酸银溶于去离子水中，搅拌均匀，得到硝酸银溶液；
步骤2.2，过滤步骤2.1的硝酸银溶液，得到滤液；
步骤2.3，向步骤2.2的滤液中加入适量纳米银线(8)，使用超声振荡仪使其完全分散，再次过滤溶液，得到墨水b(4)，备用；
所述硝酸银与纳米银线(8)的质量比为24-26:1，硝酸银溶液的浓度为41.8％w/v～58.6％w/v；
步骤1、步骤2.1和步骤2.2中的过滤的具体操作：使用孔径为1～3μm的慢速滤纸进行第一次过滤，过滤结束后将滤液再通过双层、孔径为1～3μm慢速滤纸过滤；
步骤3，取适量步骤1的墨水a(1)和步骤2的墨水b(4)，分别置入微滴喷射系统中的两个嵌有喷嘴的试管A(2)和试管B(3)中；
步骤4，操作步骤3的微滴喷射系统，先将墨水a逐滴打印在处理过的柔性基板(6)上，然后再将墨水b(4)按照墨水a(1)的路径逐滴打印，静置20-30min，固化得到柔性电路。
2.根据权利要求1所述的一种柔性电路快速成型方法，其特征在于，所述的步骤2.3中纳米银线(8)的尺寸：长度为8-12μm，直径为90-110nm；分散时间25-35min。
3.根据权利要求1所述的一种柔性电路快速成型方法，其特征在于，所述的步骤3中试管A(2)和试管B(3)的直径均为100μm～150μm。
4.根据权利要求1所述的一种柔性电路快速成型方法，其特征在于，所述的步骤4中的柔性基板(6)为使用阳离子脂肪酰胺处理的含棉量为100％的织物。
5.根据权利要求1所述的一种柔性电路快速成型方法，其特征在于，所述的步骤4中固化温度为15-25℃。
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