CN108986953B - 磁电柔性连接材料的制作方法、磁电柔性连接器 - Google Patents

磁电柔性连接材料的制作方法、磁电柔性连接器 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种磁电柔性连接材料的制作方法、磁电柔性连接器，其中基于钕铁硼和银的磁电柔性连接材料包括包覆银纳米颗粒的钕铁硼复合纳米颗粒和柔性基底，包覆银纳米颗粒的钕铁硼复合纳米颗粒以油墨形式涂覆于柔性基底上低温加热得到磁电柔性连接材料。本公开将具有良好导电性的银纳米颗粒包覆在具有良好磁性的钕铁硼颗粒上，构成具备出色导电性和磁性的包覆银纳米颗粒的钕铁硼纳米颗粒。

Description

磁电柔性连接材料的制作方法、磁电柔性连接器
技术领域
本公开涉及磁性、导电材料及柔性电子技术领域，尤其涉及一种磁电柔性连接材料的制作方法、磁电柔性连接器。
背景技术
柔性电子技术是在柔性衬底上集成不同材质、不同功能元器件的新兴电子技术，具有可延展性、质量轻、低成本、形态可变和可重构等特点，在信息、能源、医疗、国防等领域有广泛的应用。基于柔性电子的柔性传感器因其具有极好的贴合性、出色的延展性和轻便易于携带等特点，广泛应用于生理生化信息的高效检测。
稀土永磁材料是以稀土金属元素与过渡族金属元素所形成的金属间化合物为基体的一类永磁材料。其具有高剩磁、高磁能积和大矫顽力等特性，是第三代稀土永磁材料中性价比最高的磁性材料，被誉为“磁王”。随着科技的快速发展和各行业要求的提高，稀土永磁材料的性能得到不断改进，在汽车、医疗、计算机、机械、军事等领域得到广泛应用，且应用范围仍在不断扩大。
目前，柔性传感器与刚性电路的连接存在很多方面的不足：1)目前柔性传感器与刚性电路的连接多采用商用的导电薄膜，该薄膜与柔性传感器和刚性电路的连接过程复杂，同时在连接过程中易损害柔性传感器。2)目前柔性传感器与刚性电路的连接均为永久连接，不能灵活摘取，对于更换柔性传感器或者是电路十分不方便。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种磁电柔性连接材料的制作方法、磁电柔性连接器，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种磁电柔性连接材料的制作方法，包括：步骤A：将钕铁硼磁性颗粒与溶剂a放入球罐中进行球磨；步骤B：将球磨后球罐中的溶剂a和钕铁硼磁性颗粒的混合液倒出，取出球罐中的研磨球，洗涤球磨后的钕铁硼磁性颗粒得到钕铁硼纳米颗粒，同时去除残留的溶剂a；步骤C：将步骤B得到的球磨后的钕铁硼纳米颗粒，与硝酸银溶液和还原剂进行氧化还原反应，得到包覆银纳米颗粒的钕铁硼复合纳米颗粒；步骤D：步骤C得到的包覆银纳米颗粒的钕铁硼复合纳米颗粒用甲醇洗涤后，分散到混有树脂的环己酮中，同时加入表面活性剂b并进行超声处理，将包覆银纳米颗粒的钕铁硼复合纳米颗粒进行分散，形成油墨；步骤E：将步骤D制得的油墨以丝网印刷的方式涂于柔性基底上，在低温的条件下加热，得到磁电柔性连接材料。
在本公开的一些实施例中，步骤A中球料比例为10∶1，球磨时间为20～30h，球磨转速350rmp。
在本公开的一些实施例中，步骤A中溶剂a为有机溶剂；溶剂a各组分与钕铁硼磁性颗粒的质量百分比为正己烷∶油酸∶油胺∶钕铁硼磁性颗粒＝60％∶5％∶5％∶30％。
在本公开的一些实施例中，步骤C中硝酸银溶液的浓度为1×10-3mol/L～2×10- 3mol/L；银纳米颗粒粒径范围为200～300nm；钕铁硼纳米颗粒粒径范围为0.7～1μm。
在本公开的一些实施例中，步骤C中还原剂为硼氢化钠粉末，其中硝酸银溶液和硼氢化钠粉末的重量百分比为4.47～6％。
在本公开的一些实施例中，步骤E中低温条件为80～120℃；低温加热时间为20～30mins。
在本公开的一些实施例中，还原剂包括硼氢化钠、没食子酸、柠檬酸中的一种或多种；表面活性剂b包括聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、十八胺中的一种或多种。
在本公开的一些实施例中，柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。
根据本公开的一个方面，提供了一种由上述方法制作的磁电柔性材料构成的磁电柔性连接器。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开磁电柔性连接材料的制作方法、磁电柔性连接器至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)将具有良好导电性的银纳米颗粒包覆在具有良好磁性的钕铁硼颗粒上，构成具备出色导电性和磁性的包覆银纳米颗粒的钕铁硼纳米颗粒。
(2)柔性基底易于弯曲，具有可变性，利于应用于各种检测环境中。
(3)基于磁电柔性材料的连接器，适用于任何柔性传感器与刚性电路的连接，为柔性传感器提供了一种高性能稳定的连接方法。
(4)对钕铁硼磁性粉末进行球磨得到粒径到达纳米级别的钕铁硼纳米颗粒，以满足包覆银的要求。
(5)利用有机溶剂a作为球磨介质，同时加入表面活性剂a，在球磨过程中提高粉末的流动性、分散性，减小粉末间的摩擦，防止粉末的聚集。
(6)利用氧化还原原理进行银的包覆，使得钕铁硼纳米颗粒分散均匀，以使得银包覆均匀。
(7)选用聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜为基底并采用丝网印刷技术，得到更加轻薄，更具柔性的薄膜。
附图说明
图1为本公开实施例基于钕铁硼和银的磁电柔性连接材料的结构示意图。
图2为本公开实施例基于钕铁硼和银的磁电柔性连接材料的制作方法的流程框图。
图3为本公开实施例基于钕铁硼和银的磁电柔性连接材料的制作方法中低温烧结成膜示意图。
图4为图1中磁电柔性材料制作的磁电柔性连接器的使用示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
1-银纳米颗粒；
2-钕铁硼纳米颗粒；
3-柔性基底；
4-柔性连接材料；
5-刚性电路板；
6-柔性传感器；
7-刚性电路板上磁电连接点；
8-磁电柔性连接器。
具体实施方式
本公开提供了一种磁电柔性连接材料的制作方法、磁电柔性连接器，其中基于钕铁硼和银的磁电柔性连接材料包括包覆银纳米颗粒的钕铁硼复合纳米颗粒和柔性基底，包覆银纳米颗粒的钕铁硼复合纳米颗粒以油墨形式涂覆于柔性基底上低温加热得到磁电柔性连接材料。基于钕铁硼和银的磁电柔性连接材料的制作方法，包括：将钕铁硼磁性颗粒与溶剂a放入球罐中进行球磨；将球磨后球罐中的溶剂a和钕铁硼磁性颗粒的混合液倒出，取出球罐中的研磨球，洗涤球磨后的钕铁硼磁性颗粒得到钕铁硼纳米颗粒，同时去除残留的溶剂a；将得到的球磨后的钕铁硼纳米颗粒，与硝酸银溶液和还原剂进行氧化还原反应，得到包覆银纳米颗粒的钕铁硼复合纳米颗粒；将包覆银纳米颗粒的钕铁硼复合纳米颗粒用甲醇洗涤后，分散到混有树脂的环己酮中，同时加入表面活性剂并进行超声处理，将包覆银纳米颗粒的钕铁硼复合纳米颗粒进行分散，形成油墨；将油墨以丝网印刷的方式涂于柔性基底上，在低温的条件下加热，得到磁电柔性连接材料。本公开还提供的基于磁电柔性材料制备的磁电柔性连接器，适用于任何柔性传感器与刚性电路的连接，为柔性传感器提供了一种高性能稳定的连接方法。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种基于高性能磁电柔性连接材料的心电检测系统。首先介绍基于钕铁硼和银的磁电柔性连接材料，包括：包覆银纳米颗粒的钕铁硼复合纳米颗粒和柔性基底，包覆银纳米颗粒的钕铁硼复合纳米颗粒由钕铁硼纳米颗粒与硝酸银溶液和还原剂进行氧化还原反应得到，包覆银纳米颗粒的钕铁硼复合纳米颗粒以油墨形式涂覆于柔性基底上低温加热得到基于钕铁硼和银的磁电柔性连接材料。这里柔性基底为柔性磁电薄膜基底。
接下来继续介绍，基于钕铁硼和银的磁电柔性连接材料的制作方法，图1为本公开实施例基于钕铁硼和银的磁电柔性连接材料的制作方法的流程框图。如图1所示，本公开基于钕铁硼和银的磁电柔性连接材料的制作方法包括：
步骤A中将钕铁硼磁性颗粒与溶剂a放入球罐中进行球磨。其中，步骤A中球料比例为10∶1，球磨时间为20～30h，球磨转速350rmp/h。步骤A中溶剂a为有机溶剂；溶剂a各组分与钕铁硼磁性颗粒的质量百分比为正己烷∶油酸∶油胺∶钕铁硼磁性颗粒＝60％∶5％∶5％∶30％；表面活性剂a可以为油酸。该步骤中，由于目前市售的钕铁硼磁性颗粒为了防止氧化和自燃，粒径均粗于400目，难以满足包覆银的要求，因此通过球磨钕铁硼磁性颗粒得到粒径到达纳米级别的钕铁硼纳米颗粒2，以满足包覆银的要求。利用有机溶剂a作为球磨介质，同时加入表面活性剂a，在球磨过程中提高粉末的流动性、分散性，减小粉末间的摩擦，防止粉末的聚集。
步骤B中将球磨后球罐中的溶剂a和钕铁硼磁性颗粒的混合液倒出，取出球罐中的研磨球，洗涤球磨后的钕铁硼磁性颗粒得到钕铁硼纳米颗粒2，同时去除残留的溶剂a。
图2为本公开实施例基于钕铁硼和银的磁电柔性连接材料的制作方法中银包覆后复合纳米颗粒的示意图。如图2所示，步骤C中将步骤B得到的球磨后的钕铁硼纳米颗粒2，与硝酸银溶液和还原剂进行氧化还原反应，得到包覆银纳米颗粒1的钕铁硼复合纳米颗粒。其中，银纳米颗粒1粒径范围为200～300nm；钕铁硼纳米颗粒2粒径范围为0.7～1μm。步骤C中硝酸银溶液的浓度为1×10-3mol/L～2×10-3mol/L。步骤C中还原剂包括硼氢化钠、没食子酸、柠檬酸中的一种或多种。步骤C中还原剂为硼氢化钠粉末，其中硝酸银溶液和硼氢化钠粉末的重量百分比为4.47～6％。利用氧化还原原理进行银的包覆，使得钕铁硼纳米颗粒2分散均匀，以使得银包覆均匀。
步骤D中将步骤C得到的包覆银纳米颗粒1的钕铁硼复合纳米颗粒用甲醇洗涤后，分散到混有树脂的环己酮中，同时加入表面活性剂并进行超声处理，将包覆银纳米颗粒1的钕铁硼纳米颗粒2进行分散，形成油墨。表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、十八胺中的一种或多种。
图3为本公开实施例基于钕铁硼和银的磁电柔性连接材料的制作方法中低温烧结成膜示意图。如图3所示，步骤E中将步骤D制得的油墨以丝网印刷的方式涂于柔性基底上，在低温的条件下加热，得到磁电柔性连接材料4。步骤E中低温条件为80～120℃；低温加热时间为20～30mins。这里柔性基底为柔性磁电薄膜基底，具体可以选用聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。以聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜为基底并采用丝网印刷技术，得到更加轻薄，更具柔性的薄膜。
当然，根据实际需要，本公开基于钕铁硼和银的磁电柔性连接材料的制作方法还包含其他的工艺和步骤，此处不再赘述。
接下来继续介绍基于上述磁电柔性连接材料制作的磁电柔性连接器在心电检测系统中的应用，用于实现心电检测的柔性传感器6与后端刚性电路板5的连接。该高性能磁电柔性连接器8以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜为柔性基底3，具备可弯折，厚度薄，质量轻，高磁性和高导电性等特点，适用于任何柔性传感器6与刚性电路板5的连接。图4为本公开实施例基于钕铁硼和银的磁电柔性连接材料的制作方法中高性能磁电柔性连接材料功能示意图。如图4所示，由于高性能磁电柔性连接器8具有良好的导电性，磁电柔性连接器8的第一端与柔性传感器6连接，将柔性传感器6所检测的微弱的人体生理信号首先传递到磁电柔性连接器8的第一端，高性能磁电柔性连接器8的第二端由于良好的磁性可以与刚性电路板5上的磁电磁电连接点7进行紧密的磁性连接，进而将生理信号自磁电柔性连接器8的第一端通过磁电柔性连接器8的第二端无损失的传递到刚性电路板5上，从而实现微弱的生理信号检测。同时由于该磁电柔性连接材料出色的柔性，易弯曲，可随意变形的特点，使得该心电检测系统更加贴合人体，从而使得心电信号检测更加准确。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开基于钕铁硼和银的磁电柔性连接材料的制作方法有了清楚的认识。
综上所述，本公开制作出的柔性连接材料其适用于任何柔性传感器与刚性电路的连接，本公开制作出的柔性材料的高导电性适用于任何微弱信号的传输，同时良好的磁性保证了柔性传感器与刚性电路的紧密连接。本公开制作出的柔性连接材料解决了目前连接方法中连接过程复杂，对柔性传感器造成伤害，信号稳定性差，刚性电路不易灵活摘取等问题，为柔性传感器和刚性电路的连接提供了一种高性能且稳定的连接方法。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种磁电柔性连接材料的制作方法，包括：
步骤A：将钕铁硼磁性颗粒与溶剂a放入球罐中进行球磨；
步骤B：将球磨后球罐中的溶剂a和钕铁硼磁性颗粒的混合液倒出，取出球罐中的研磨球，洗涤球磨后的钕铁硼磁性颗粒得到钕铁硼纳米颗粒，同时去除残留的溶剂a；
步骤C：将步骤B得到的球磨后的钕铁硼纳米颗粒，与硝酸银溶液和还原剂进行氧化还原反应，得到包覆银纳米颗粒的钕铁硼复合纳米颗粒；
步骤D：步骤C得到的包覆银纳米颗粒的钕铁硼复合纳米颗粒用甲醇洗涤后，分散到混有树脂的环己酮中，同时加入表面活性剂b并进行超声处理，将包覆银纳米颗粒的钕铁硼复合纳米颗粒进行分散，形成油墨；
步骤E：将步骤D制得的油墨以丝网印刷的方式涂于柔性基底上，在低温的条件下加热，得到磁电柔性连接材料。
2.根据权利要求1所述的磁电柔性连接材料的制作方法，步骤A中球料比例为10∶1，球磨时间为20～30h，球磨转速350rmp。
3.根据权利要求1所述的磁电柔性连接材料的制作方法，步骤A中溶剂a为有机溶剂；溶剂a各组分与钕铁硼磁性颗粒的质量百分比为正己烷∶油酸∶油胺∶钕铁硼磁性颗粒＝60％∶5％∶5％∶30％。
4.根据权利要求1所述的磁电柔性连接材料的制作方法，步骤C中硝酸银溶液的浓度为1×10-3mol/L～2×10-3mol/L；银纳米颗粒粒径范围为200～300nm；钕铁硼纳米颗粒粒径范围为0.7～1μm。
5.根据权利要求1所述的磁电柔性连接材料的制作方法，步骤C中还原剂为硼氢化钠粉末，其中硝酸银溶液和硼氢化钠粉末的重量百分比为4.47～6％。
6.根据权利要求1所述的磁电柔性连接材料的制作方法，步骤E中低温条件为80～120℃；低温加热时间为20～30mins。
7.根据权利要求1所述的磁电柔性连接材料的制作方法，还原剂包括硼氢化钠、没食子酸、柠檬酸中的一种或多种；表面活性剂b包括聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、十八胺中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的磁电柔性连接材料的制作方法，柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。
9.一种由权利要求1至8任一项制作的磁电柔性材料构成的磁电柔性连接器。
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