CN110176433B - 一种柔性基复合衬底及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纳米复合材料合成技术领域，具体涉及一种柔性基复合衬底及其制备方法。所述的复合衬底包括一层柔性有机聚合物层以及与柔性有机聚合物层粘结并且成为一个整体的单晶薄片。其通过将有机聚合物溶液主剂与固化剂按一定比例混合后旋涂于玻璃基片，形成柔性薄膜；然后当柔性薄膜固化至半固化状态后；将单晶薄片转移至半固化状态的柔性薄膜表面，待固化完全后，将其从玻璃基底剥离，得到柔性基复合衬底。本发明克服了现有技术中的电子器件衬底无法兼顾器件优良的物理性能和柔韧性的缺陷，因而在具有稳定物理性能的前提下还具有较好柔韧性以及延展性的优点；同时本发明制备方法还具有简单有效，无须复杂的仪器以及昂贵试剂的特性。
Description
技术领域
本发明属于纳米复合材料合成技术领域，具体涉及一种柔性基复合衬底及其制备方法。
背景技术
传统的电子产品依赖于刚性的电路板印刷技术，这种刚性衬底在使用的过程中具有物理性能稳定的显著优点，但同时也存在柔韧性和延展性差的缺点。随着软体机器人、可折叠显示器和柔性医疗器械等领域的飞速发展，人们对具有柔韧性的电子器件的需求越来越迫切。对此，科研人员提出了一些解决方案，比如采用有机半导体替代单晶硅，或者将刚性电子器件减薄到微纳米量级，但这些技术没法同时兼顾器件优良的物理性能和柔韧性这两大特点。
例如申请号为CN201820637682.0的一种柔性衬底基板以及高平整度柔性衬底，包括一玻璃板和一吸附底板，玻璃板的正面涂覆有柔性衬底材料，吸附底板具有真空腔，能够将基板平整的吸附在真空平台平面上，以保证柔性衬底材料的和玻璃板的平整度。该基板在柔性衬底材料固化过程中，可增加底部真空吸附力，抑制柔性衬底材料向上的收缩力，防止玻璃板发生翘曲，提高柔性衬底和玻璃基板的平整度。还涉及一种高平整度柔性衬底，由柔性衬底材料在上述柔性衬底基板上经高温固化后得到。该柔性衬底在固化制程中不会产生翘曲，具有较高的平整度，有助于提高产品的品质和相关工艺的制程精度。但是由于该柔性衬底由于其仅仅由柔性衬底材料固化而成，因此其电学性能较差，无法将其直接应用于电子器件中。
发明内容
本发明专利是为了克服现有技术中的电子器件衬底无法兼顾器件优良的物理性能和柔韧性的缺陷，提供了一种具有稳定物理性能的前提下还具有较好柔韧性以及延展性的柔性基复合衬底，同时还提供了该柔性基复合衬底的制备方法。
为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种柔性基复合衬底，所述的复合衬底包括一层柔性有机聚合物层以及与柔性有机聚合物层粘结固化并且成为一个整体的单晶薄片。
本发明中的柔性基复合衬底通过将柔性有机聚合物层以及单晶薄片进行复合，其中的柔性有机聚合物层由于其具有极好的柔性，因而其具有良好的柔韧性以及延展性，而单晶薄片虽然具有较稳定的物理性能，但是由于其力学性质较脆，因而其不具备柔韧性，因此将其两者复合后得到的复合材料能够兼具两者的优点，既具有良好的柔韧性又具有良好的物理性能，从而能够在柔性电子器件中有效应用。
作为优选，所述的柔性有机聚合物层中的有机聚合物为聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯或者聚丙烯酸酯中的一种。
本发明中的这些有机聚合物其在高温下能够有效的发生固化，固化后得到的有机聚合物由于其分子链段为柔性链段，且不含有刚性基团，因而其整体柔韧性较好。
作为优选，所述的柔性有机聚合物层的厚度为10~500μm。
本发明中的柔性有机聚合物层由于其厚度为微米级，因而相较于宏观尺度下的有机聚合物而言本发明中的柔性有机聚合物层更加柔软。
作为优选，所述的单晶薄片为单晶硅片、氧化镁、云母或者压电单晶中的一种。
作为优选，所述的压电单晶为PZT、PMN-PT或BTO中的一种。
作为优选，所述的单晶薄片的厚度为0.5~50μm。
本发明中的单晶薄片的厚度范围在微纳米量级，其厚度为有机聚合物层厚度的几十至几百分之一，因此将两者复合后，有机聚合物层对两者整体的柔韧性的影响更大，因而能够在保持稳定物理性能的前提下能够保证该衬底的柔韧性。
一种如前所述柔性基复合衬底的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
（S.1）旋涂：将有机聚合物溶液主剂与固化剂按一定比例混合后旋涂于玻璃基片，形成柔性薄膜；
（S.2）半固化：将柔性薄膜固化至半固化状态；
（S.3）复合固化：将单晶薄片转移至半固化状态的柔性薄膜表面，待固化完全后，将柔性薄膜以及粘结在其表面的单晶薄片从玻璃基底剥离，得到柔性基复合衬底。
本发明中的柔性基复合衬底的制备方法虽然较为简单，但其能够有效的制备出柔性基复合衬底，且无须复杂的仪器以及昂贵试剂。将有机聚合物溶液旋涂于玻璃基片后进行固化，当固化至半固化状态后，再将单晶薄片与半固化状态的柔性薄膜表面粘结，继续固化完全后即可得到柔性基复合衬底。
作为优选，所述的步骤（S.1）中有机聚合物主剂溶液的固含量为50~90%，其与固化剂之间的配比为100：（0~10）。
作为优选，所述的固化剂为道康宁Sylgard184固化剂、二月桂酸二丁基锡或者聚异氰酸酯固化剂中的一种。
作为优选，所述的步骤（S.2）以及步骤（S.3）中固化温度为50~300℃，固化时间总和为5~60min。
因此，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明中制备得到的柔性基复合衬底其在具有稳定物理性能的前提下还具有较好柔韧性以及延展性；
（2）制备方法简单有效，无须复杂的仪器以及昂贵试剂。
附图说明
图1 为本发明的一种结构示意图。
其中：柔性有机聚合物层1、单晶薄片2。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明中所有的原料均可市购，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为个例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种柔性基复合衬底，所述的复合衬底包括一层由聚二甲基硅氧烷构成的柔性有机聚合物层1，其厚度为10μm，以及与之粘结并且固化成为一个整体的硅单晶薄片2，其厚度为0.5μm。
一种如上所述柔性基复合衬底的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
（S.1）旋涂：将固含量为90%的聚二甲基硅氧烷甲苯溶液与道康宁Sylgard184固化剂按照质量比10:1混合后旋涂于玻璃基片，形成柔性薄膜；
（S.2）半固化：将柔性薄膜在50℃下，固化30min至半固化状态；
（S.3）复合固化：将单晶薄片转移至半固化状态的柔性薄膜表面，继续固化30min至完全固化，将其从玻璃基底剥离，得到柔性基复合衬底。
将实施例1中制备得到的柔性基复合衬底进行延展性测试，测得其断裂伸长率为480%，表明其具有良好的韧性以及延展性。
实施例2
一种柔性基复合衬底，所述的复合衬底包括一层由聚对苯二甲酸乙二醇酯构成的柔性有机聚合物层（1），其厚度为25μm，以及与之粘结并且固化成为一个整体的氧化镁单晶薄片2，其厚度为10μm。
一种如上所述柔性基复合衬底的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
（S.1）旋涂：将固含量为50%的聚对苯二甲酸乙二醇酯四氢呋喃溶液与聚异氰酸酯固化剂按照质量比20:1混合后旋涂于玻璃基片，形成柔性薄膜；
（S.2）半固化：将柔性薄膜在120℃下，固化2min至半固化状态；
（S.3）复合固化：将单晶薄片转移至半固化状态的柔性薄膜表面，继续固化3min至完全固化，将其从玻璃基底剥离，得到柔性基复合衬底。
将实施例2中制备得到的柔性基复合衬底进行延展性测试，测得其断裂伸长率为120%，表明其具有良好的韧性以及延展性。
施例3
一种柔性基复合衬底，所述的复合衬底包括一层由聚苯乙烯构成的柔性有机聚合物层1，其厚度为50μm以及与之粘结并且固化成为一个整体的云母单晶薄片2，其厚度为20μm。
一种如上所述柔性基复合衬底的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
（S.1）旋涂：将固含量为80%的聚苯乙烯溶液旋涂于玻璃基片，形成柔性薄膜；
（S.2）半固化：将柔性薄膜在150℃下，固化10min至半固化状态；
（S.3）复合固化：将单晶薄片转移至半固化状态的柔性薄膜表面，继续固化20min至完全固化，将其从玻璃基底剥离，得到柔性基复合衬底。
将实施例3中制备得到的柔性基复合衬底进行延展性测试，测得其断裂伸长率为350%，表明其具有良好的韧性以及延展性。
实施例4
一种柔性基复合衬底，所述的复合衬底包括一层由聚四氟乙烯构成的柔性有机聚合物层1，其厚度为100μm以及与之粘结并且固化成为一个整体的PZT单晶薄片2，其厚度为30μm。
一种如上所述柔性基复合衬底的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
（S.1）旋涂：将固含量为70%的聚四氟乙烯乳液与聚异氰酸酯固化剂按照质量比20:1混合后旋涂于玻璃基片，形成柔性薄膜；
（S.2）半固化：将柔性薄膜在300℃下，固化20min至半固化状态；
（S.3）复合固化：将单晶薄片转移至半固化状态的柔性薄膜表面，继续固化30min至完全固化，将其从玻璃基底剥离，得到柔性基复合衬底。
将实施例4中制备得到的柔性基复合衬底进行延展性测试，测得其断裂伸长率为280%，表明其具有良好的韧性以及延展性。
实施例5
一种柔性基复合衬底，所述的复合衬底包括一层由聚丙烯酸酯构成的柔性有机聚合物层1，其厚度为200μm，以及与之粘结并且固化成为一个整体的PMN-PT单晶薄片2，其厚度为40μm。
一种如上所述柔性基复合衬底的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
（S.1）旋涂：将固含量为60%的聚丙烯酸酯溶液旋涂于玻璃基片，形成柔性薄膜；
（S.2）半固化：将柔性薄膜在95℃下，固化15min至半固化状态；
（S.3）复合固化：将单晶薄片转移至半固化状态的柔性薄膜表面，继续固化15min至完全固化，将其从玻璃基底剥离，得到柔性基复合衬底。
将实施例5中制备得到的柔性基复合衬底进行延展性测试，测得其断裂伸长率为40%，表明其具有良好的韧性以及延展性。
实施例6
一种柔性基复合衬底，所述的复合衬底包括一层由聚二甲基硅氧烷构成的柔性有机聚合物层（1），其厚度为500μm以及与之粘结并且固化成为一个整体的BTO单晶薄片2，其厚度为50μm。
一种如上所述柔性基复合衬底的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
（S.1）旋涂：将固含量为50%的聚二甲基硅氧烷溶液与二月桂酸二丁按照质量比100:1.5混合后旋涂于玻璃基片，形成柔性薄膜；
（S.2）半固化：将柔性薄膜在120℃下，固化15min至半固化状态；
（S.3）复合固化：将单晶薄片转移至半固化状态的柔性薄膜表面，继续固化20min至完全固化，将其从玻璃基底剥离，得到柔性基复合衬底。
将实施例6中制备得到的柔性基复合衬底进行延展性测试，测得其断裂伸长率为450%，表明其具有良好的韧性以及延展性。
Claims (9)
1.一种柔性基复合衬底，其特征在于，所述的复合衬底包括一层柔性有机聚合物层（1）以及与柔性有机聚合物层（1）粘结固化并且成为一个整体的单晶薄片（2）；
所述柔性基复合衬底的制备方法包括以下步骤：
（S.1）旋涂：将有机聚合物溶液主剂与固化剂按一定比例混合后旋涂于玻璃基片，形成柔性薄膜；
（S.2）半固化：将柔性薄膜固化至半固化状态；
（S.3）复合固化：将单晶薄片转移至半固化状态的柔性薄膜表面，待固化完全后，将柔性薄膜以及粘结在其表面的单晶薄片从玻璃基底剥离，得到柔性基复合衬底。
2.根据权利要求1所述的一种柔性基复合衬底，其特征在于，所述的柔性有机聚合物层（1）中的有机聚合物为聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯或者聚丙烯酸酯中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种柔性基复合衬底，其特征在于，所述的柔性有机聚合物层（1）的厚度为10~500μm。
4.根据权利要求1所述的一种柔性基复合衬底，其特征在于，所述的单晶薄片（2）为单晶硅片、氧化镁、云母或者压电单晶中的一种。
5.根据权利要求4所述的一种柔性基复合衬底，其特征在于，所述的压电单晶为PZT、PMN-PT或BTO中的一种。
6.根据权利要求1或4所述的一种柔性基复合衬底，其特征在于，所述的单晶薄片（2）的厚度为0.5~50μm。
7.根据权利要求1所述的一种柔性基复合衬底，其特征在于，所述的步骤（S.1）中有机聚合物主剂溶液的固含量为50~90%，其与固化剂之间的重量比为100：（0~10）。
8.根据权利要求1或7所述的一种柔性基复合衬底，其特征在于，所述的固化剂为道康宁Sylgard184固化剂、二月桂酸二丁基锡或者聚异氰酸酯固化剂中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种柔性基复合衬底，其特征在于，所述的步骤（S.2）以及步骤（S.3）中固化温度为50~300℃，固化时间总和为5~60min。
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