CN107316707A - 一种弹性导电浆料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到柔性电子技术领域，尤其涉及到一种弹性导电浆料的制备方法。该弹性导电浆料的制备方法制备出来的弹性导电浆料可应用与印刷加工。本发明弹性导电浆料的制备方法解决的问题就是：(1)解决高长径比导电填料跟弹性聚合物的均匀混合，使得弹性浆料中形成均匀的导电网络结构，实现高的拉伸电学稳定性；(2)通过添加表面活性剂，利用浆料干燥过程中溶剂挥发相分离过程，使得浆料体系中尽可能多的导电填料出现在表面，从而提高初始导电率。此外该弹性导电浆料的制备方法结构设计合理，制备高效快捷，适合推广使用。

Description

一种弹性导电浆料的制备方法
技术领域
本发明涉及到柔性电子技术领域，尤其涉及到一种弹性导电浆料的制备方法。
背景技术
柔性电子是指在外力作用下发生弯曲、折叠甚至拉伸变形的过程中，仍然保持正常功能的一类电子器件。与传统的基于刚性电路板技术的电子产品相比，柔性电子能够直接应用于三维自由曲面工作环境，促进生物医疗、休闲娱乐等领域人-机信息融合与交互，满足便携性、舒适性等方面的使用需求，从而将大大扩展了当前电子产品的应用范围，因此收到学术界与工业界的广泛关注
为了适应柔性电子的发展，必须开发出一种柔性可延展电路的制备方法。通过查阅已有报道，目前对于可延展电路的制备主要有以下两种方法：一种是构筑蛇形结构，使得原本脆性的材料具有可拉伸性。制备方法一般是经过蒸镀、光刻等传统微加工的方法，在柔性可拉伸衬底表面制备出具有连续马蹄形或者波浪形的金属薄膜，通过力学屈曲原理实现电路的可拉伸性。但是这种方法制备的导线，在拉伸过程中非常容易跟基底材料发生脱离，加上微加工工艺本身流程的复杂性将导致其生产成本非常昂贵，从而不利于柔性可延展电子未来的大面积工业化生产。另外一种是纳米导电材料跟弹性体的复合，有关这方面，已有报道一般包括两种方法，其中一种是预先将高长径比导电材料形成三维导电网络，然后再向网络空隙中填充弹性聚合物形成导电弹性体，这种方法制备的弹性导体具有高导电性和高延伸性，但是由于高长径比的金属纳米线很难实现图案化，因此导致弹性导体无法实现图案化，从而大大限制了其的应用范围，同时由于其制备过程需要两步法，也使得这种方法不具有工业化前景。还有一种方法是将导电材料直接同弹性聚合物混合得到导电浆料，这种复合材料的优点在于可以通过印刷的方法，一步法制备任意图形的可拉伸电路，具有大面积工业化制备的可能。
尽管有关导电纳米材料跟弹性聚合物直接混合，得到弹性导电浆料的研究已经有报道，但是目前制备的弹性浆料仍然存在一个非常重要的问题，初始导电率低，拉伸电学稳定性差，因此严重制约了弹性导电浆料的应用。对于初始导电率低的原因，主要是由于弹性导电浆料在满足导电性的前提下，还必须要保证一定的可伸缩性，因此导电填料的占比会比普通导电浆料的占比低很多，所以导致目前弹性导电浆料的初始导电率都比较低；对于拉伸电学稳定性差的原因，主要是目前弹性导电浆料的导电填料基本都是金属颗粒或者炭黑粉末等不具有长径比的导电材料，从而无法在浆料体系中构建有效的导电网络结构，因此导致在轻微拉伸过程中，电阻特性会发生急剧变化。之所以导电填料不选择高长径比的金属线，金属片等导电材料，主要是跟目前的制备方法有关，已有报道的制备方法都是通过外力作用，将干燥的导电填料跟弹性聚合物树脂进行分散混合，但是由于金属纳米线特殊的一维线性结构，干燥后极易形成类似纤维相互缠绕的聚集网络，因此后续简单的机械搅拌很难将相互缠绕状态下的银纳米线固体粉末跟高粘度的弹性聚合物混合均匀，来形成有效的导电网络结构。
为了解决上述技术问题，本发明设计了一种弹性导电浆料的制备方法，该弹性导电浆料的制备方法制备出来的弹性导电浆料可应用与印刷加工。本发明弹性导电浆料的制备方法解决的问题就是：(1)解决高长径比导电填料跟弹性聚合物的均匀混合，使得弹性浆料中形成均匀的导电网络结构，实现高的拉伸电学稳定性；(2)通过添加表面活性剂，利用浆料干燥过程中溶剂挥发相分离过程，使得浆料体系中尽可能多的导电填料出现在表面，从而提高初始导电率。此外该弹性导电浆料的制备方法结构设计合理，制备高效快捷，适合推广使用。
发明内容
为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种弹性导电浆料的制备方法，其步骤为：
(1)首先对长径比为100-5000∶1的银纳米线、铜纳米线或金纳米线表面进行配体交换处理，使得其表面包覆一层非极性基团，然后将银纳米线、铜纳米线或金纳米线按照重量百分比20-60wt％分散在非极性溶剂中，配成稳定的分散液待用；
(2)将弹性聚合物溶解在非极性溶剂中，按照重量百分比10-50wt％的聚合物溶液；
(3)将步骤(1)制备好的分散液及步骤(2)制备好的聚合物溶液，按照分散液中银纳米线、铜纳米线或金纳米线与聚合物溶液中弹性聚合物质量比为1.5-3.5∶1进行机械混合，然后在混合体系中添加质量为银纳米线、铜纳米线或金纳米线质量10-30％的水溶性非离子表面活性剂，最后将混合体系通过机械搅拌混合均匀制备成弹性导电浆料。
优选的所述步骤(1)中的非极性基团为油酸基团、油胺基团或己胺基团。
优选的所述步骤(1)和步骤(2)中的非极性溶剂为甲苯溶剂、4-甲基-2-戊酮溶剂或环己酮溶剂。
优选的所述步骤(2)中的弹性聚合物为氟橡胶、聚氨酯或苯乙烯系嵌段共聚物。
本发明所涉及的一种弹性导电浆料的制备方法，该弹性导电浆料的制备方法制备出来的弹性导电浆料可应用与印刷加工。本发明弹性导电浆料的制备方法解决的问题就是：(1)解决高长径比导电填料跟弹性聚合物的均匀混合，使得弹性浆料中形成均匀的导电网络结构，实现高的拉伸电学稳定性；(2)通过添加表面活性剂，利用浆料干燥过程中溶剂挥发相分离过程，使得浆料体系中尽可能多的导电填料出现在表面，从而提高初始导电率。此外该弹性导电浆料的制备方法结构设计合理，制备高效快捷，适合推广使用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一种弹性导电浆料的制备方法的工艺流程图；
图2是使用本方法制备出来的弹性导电浆料制备出印刷弹性导线干燥后表面SEM照片；
图3是使用本方法制备出来的弹性导电浆料制备得到的30mm线宽弹性导线的拉伸电阻变化曲线图；
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。附图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
具体实施例一，请参阅图1，一种弹性导电浆料的制备方法，其步骤为：
(1)首先对长径比为100-5000∶1的银纳米线表面进行配体交换处理，使得其表面包覆一层非极性基团，然后将银纳米线按照重量百分比20-60wt％分散在非极性溶剂中，配成稳定的分散液待用；
(2)将弹性聚合物溶解在非极性溶剂中，按照重量百分比10-50wt％的聚合物溶液；
(3)将步骤(1)制备好的分散液及步骤(2)制备好的聚合物溶液，按照分散液中银纳米线与聚合物溶液中弹性聚合物质量比为1.5-3.5∶1进行机械混合，然后在混合体系中添加质量为银纳米线质量10-30％的水溶性非离子表面活性剂，最后将混合体系通过机械搅拌混合均匀制备成弹性导电浆料。
步骤(1)中的非极性基团为油酸基团，所述步骤(1)和步骤(2)中的非极性溶剂为甲苯溶剂，所述步骤(2)中的弹性聚合物为氟橡胶。
具体实施例二，请参阅图1，一种弹性导电浆料的制备方法，其步骤为：
(1)首先对长径比为100-5000∶1的铜纳米线表面进行配体交换处理，使得其表面包覆一层非极性基团，然后将铜纳米线按照重量百分比20-60wt％分散在非极性溶剂中，配成稳定的分散液待用；
(2)将弹性聚合物溶解在非极性溶剂中，按照重量百分比10-50wt％的聚合物溶液；
(3)将步骤(1)制备好的分散液及步骤(2)制备好的聚合物溶液，按照分散液中铜纳米线与聚合物溶液中弹性聚合物质量比为1.5-3.5∶1进行机械混合，然后在混合体系中添加质量为铜纳米线线质量10-30％的水溶性非离子表面活性剂，最后将混合体系通过机械搅拌混合均匀制备成弹性导电浆料。
其中步骤(1)中的非极性基团为油胺基团，所述步骤(1)和步骤(2)中的非极性溶剂为4-甲基-2-戊酮溶剂，所述步骤(2)中的弹性聚合物为聚氨酯。
具体实施例三，请参阅图1，一种弹性导电浆料的制备方法，其步骤为：
(1)首先对长径比为100-5000∶1的金纳米线表面进行配体交换处理，使得其表面包覆一层非极性基团，然后将金纳米线按照重量百分比20-60wt％分散在非极性溶剂中，配成稳定的分散液待用；
(2)将弹性聚合物溶解在非极性溶剂中，按照重量百分比10-50wt％的聚合物溶液；
(3)将步骤(1)制备好的分散液及步骤(2)制备好的聚合物溶液，按照分散液中金纳米线与聚合物溶液中弹性聚合物质量比为1.5-3.5∶1进行机械混合，然后在混合体系中添加质量为金纳米线质量10-30％的水溶性非离子表面活性剂，最后将混合体系通过机械搅拌混合均匀制备成弹性导电浆料。
其中所述步骤(1)中的非极性基团己胺基团，所述步骤(1)和步骤(2)中的非极性溶剂环己酮溶剂，所述步骤(2)中的弹性聚合物为苯乙烯系嵌段共聚物。
具体实施例四，请参阅图1、图2和图3，一种弹性导电浆料的制备方法，其步骤为：
(1)首先对长径比为100-5000∶1的银纳米线表面进行配体交换处理，使得其表面包覆一层非极性基团，然后将银纳米线按照重量百分比20-60wt％分散在非极性溶剂中，配成稳定的分散液待用；
(2)将弹性聚合物溶解在非极性溶剂中，按照重量百分比10-50wt％的聚合物溶液；
(3)将步骤(1)制备好的分散液及步骤(2)制备好的聚合物溶液，按照分散液中银纳米线与聚合物溶液中弹性聚合物质量比为1.5-3.5∶1进行机械混合，然后在混合体系中添加质量为银纳米线质量10-30％的水溶性非离子表面活性剂，最后将混合体系通过机械搅拌混合均匀制备成弹性导电浆料。
其中所述步骤(1)中的非极性基团为油酸基团，所述步骤(1)和步骤(2)中的非极性溶剂为4-甲基-2-戊酮溶剂，所述步骤(2)中的弹性聚合物为苯乙烯系嵌段共聚物。
本发明所涉及的一种弹性导电浆料的制备方法，该弹性导电浆料的制备方法制备出来的弹性导电浆料可应用与印刷加工。本发明弹性导电浆料的制备方法解决的问题就是：(1)解决高长径比导电填料跟弹性聚合物的均匀混合，使得弹性浆料中形成均匀的导电网络结构，实现高的拉伸电学稳定性；(2)通过添加表面活性剂，利用浆料干燥过程中溶剂挥发相分离过程，使得浆料体系中尽可能多的导电填料出现在表面，从而提高初始导电率。此外该弹性导电浆料的制备方法结构设计合理，制备高效快捷，适合推广使用。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种弹性导电浆料的制备方法，其特征在于其步骤为：
(1)首先对长径比为100-5000∶1的银纳米线、铜纳米线或金纳米线表面进行配体交换处理，使得其表面包覆一层非极性基团，然后将银纳米线、铜纳米线或金纳米线按照重量百分比20-60wt％分散在非极性溶剂中，配成稳定的分散液待用；
(2)将弹性聚合物溶解在非极性溶剂中，按照重量百分比10-50wt％的聚合物溶液；
(3)将步骤(1)制备好的分散液及步骤(2)制备好的聚合物溶液，按照分散液中银纳米线、铜纳米线或金纳米线与聚合物溶液中弹性聚合物质量比为1.5-3.5∶1进行机械混合，然后在混合体系中添加质量为银纳米线、铜纳米线或金纳米线质量10-30％的水溶性非离子表面活性剂，最后将混合体系通过机械搅拌混合均匀制备成弹性导电浆料。
2.根据权利要求1所述的一种弹性导电浆料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的非极性基团为油酸基团、油胺基团或己胺基团。
3.根据权利要求1所述的一种弹性导电浆料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(2)中的非极性溶剂为甲苯溶剂、4-甲基-2-戊酮溶剂或环己酮溶剂。
4.根据权利要求1所述的一种弹性导电浆料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的弹性聚合物为氟橡胶、聚氨酯或苯乙烯系嵌段共聚物。
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