CN111432560B - 一种超低阻柔性导电线路的制造方法 - Google Patents

一种超低阻柔性导电线路的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超低阻柔性导电线路的制造方法，首先，制备织物衬底、前驱体溶液和墨水；取适量前驱体溶液将织物衬底完全润湿，并将其放置在金属基板上；然后取适量墨水置入微滴喷射装置的压电式喷头中，开启微滴喷射装置，将墨水逐滴打印在金属基板上的织物衬底，直至墨水经多层打印后形成打印线路；最后，依次采用酒精、去离子水将打印线路进行清洗后，置入固化炉内进行加热固化处理，冷却后得到超低阻柔性导电线路。本发明一种超低阻柔性导电线路的制造方法，解决了现有技术中存在的柔性导电线路制备工艺复杂、导电线路阻值高和导电线路与织物结合性差的问题。

Description

一种超低阻柔性导电线路的制造方法
技术领域
本发明属于柔性可穿戴电子器件技术领域，涉及一种超低阻柔性导电线路的制造方法。
背景技术
柔性可穿戴电子器件中柔性电路的常见制备方式有织造法、丝网印刷法、激光掩膜电镀法和喷墨打印法。喷墨打印技术具有精确沉积、低成本、环保等优点，还可以根据需要定制多尺度的导电线路，不受基底材料的影响，在可穿戴柔性化制备领域中应用较广泛。
传统的喷墨打印柔性导电线路技术为将导电墨水打印在纸质、高分子柔性薄膜，从而制备柔性导电线路，但是纸质、高分子柔性薄膜与人体服装的结合度低，虽然织物基底与人体服装的结合度较好，但是在织物柔性基底上打印导电墨水，所制备的导电线路的导电性低及柔韧性不足，原因在于织物本身存在柔性且疏松多孔，直接在其上制备导电线路，所形成的导电线路阻值较高且易断裂。所以研究一种在改性织物柔性基底上打印柔性导电线路的方法对柔性可穿戴电子器件的发展是非常有意义的。
发明内容
本发明的目的是提供一种超低阻柔性导电线路的制造方法，解决了现有的柔性导电线路与织物的结合性差、制备工艺复杂、阻值高、导电性差的问题。
本发明所采用的一种技术方案是，一种超低阻柔性导电线路的制造方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、制备织物衬底
选取适宜织物基底，将其置入碳纳米管溶液，在磁力搅拌器中均匀浸渍后捞起挂于支架上，室温下静置干燥1～2h，得到织物衬底备用；
步骤2、制备前驱体溶液
将还原剂溶于去离子水，搅拌均匀后用滤纸过滤，得到前驱体溶液，密封备用；
步骤3、制备墨水
将银盐粉末溶于去离子水中，搅拌均匀后用滤纸过滤，得到墨水，备用；
步骤4、取适量前驱体溶液将织物衬底完全润湿，并将其放置在金属基板上，备用；
步骤5、取适量墨水置入微滴喷射装置的压电式喷头中，开启微滴喷射装置，将墨水逐滴打印在金属基板上的织物衬底，直至墨水经多层打印后形成打印线路；
步骤6、依次采用酒精、去离子水将打印线路进行清洗后，置入固化炉内进行加热固化处理，冷却后得到超低阻柔性导电线路。
本发明的特点还在于：
步骤1中，磁力搅拌器的转速为800rpm/min～1000rpm/min，温度为50℃。
碳纳米管溶液的质量体积浓度为0.5％w/v～1.5％w/v，织物衬底为棉布、丝绸、涤纶中的任意一种。
步骤2中，还原剂为抗坏血酸、醋酸钠、氢硫酸、亚硝酸、葡萄糖中的任意一种，前驱体溶液的质量体积浓度不大于50％w/v。
步骤3中，银盐粉末为硝酸银粉末、银氨粉末中的任意一种，墨水的质量体积浓度为10％w/v～90％w/v。
步骤4中，金属基板为铜、铝、锡、锌基板中的任意一种。
微滴喷射装置为印刷电子喷墨打印机。
步骤5中，在织物衬底上打印1～6层墨水。
步骤6中，固化处理的温度为50℃～100℃，时间为5～10min。
本发明的有益效果是：
本发明一种超低阻柔性导电线路的制造方法，将具有良好柔韧性、拉伸性、导电性的碳纳米管溶液浸泡柔性织物基底，对其进行改性处理，使得碳纳米管溶液与打印过程中的柔性导电线路互渗，碳纳米管对柔性导电线路的银颗粒包覆，提高了其导电性；
本发明一种超低阻柔性导电线路的制造方法，利用金属基板上的活波金属置换出墨水中的金属即银颗粒，同时使在织物空隙处沉积的银颗粒保持良好的接触性，从而提高超低阻柔性导电线路的导电性，解决了因织物的疏松多孔形成的导电线路阻值较高且易断裂的问题，而且银颗粒体积小，其拉伸变形不会影响其导电性；
本发明一种超低阻柔性导电线路的制造方法，工艺简单，改善了传统柔性导电线路制备工艺复杂、导电线路阻值高和导电线路与织物的结合性差的问题，而且超低阻柔性导电线路在柔性可穿戴产品中作为连接各电子元件的桥梁，具有很好的实用价值。
附图说明
图1是本发明一种超低阻柔性导电线路的制备流程图；
图2是本发明一种超低阻柔性导电线路的扫描电镜图；
图3是基于不同浓度的碳纳米管打印成形超低阻柔性导电线路的方阻图。
图中，1.织物衬底，2.碳纳米管溶液，3.前驱体溶液，4.金属基板，5.墨水，6.压电式喷头，7.打印线路。
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。
本发明涉及一种超低阻柔性导电线路的制造方法，如图1所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1、制备织物衬底1
选取适宜织物基底，将其置入碳纳米管溶液2，在磁力搅拌器中均匀浸渍后捞起挂于支架上，室温下静置干燥1～2h，得到织物衬底1备用；
其中，磁力搅拌器的转速为800rpm/min～1000rpm/min，温度为50℃；碳纳米管溶液2的质量体积浓度为0.5％w/v～1.5％w/v，碳纳米管为羧基化多壁碳纳米管，型号为CNTs-006-2C；织物衬底1为棉布、丝绸、涤纶中的任意一种
步骤2、制备前驱体溶液3
将还原剂溶于去离子水，搅拌均匀后用滤纸过滤，得到前驱体溶液3，密封备用；
其中，还原剂为抗坏血酸、醋酸钠、氢硫酸、亚硝酸、葡萄糖中的任意一种，前驱体溶液的质量体积浓度不大于50％w/v；
步骤3、制备墨水5
将银盐粉末溶于去离子水中，搅拌均匀后用滤纸过滤，得到墨水5，备用；
其中，银盐粉末为硝酸银粉末、银氨粉末中的任意一种，墨水5的质量体积浓度为10％w/v～90％w/v；
步骤4、取适量前驱体溶液3将织物衬底1完全润湿，并将其放置在金属基板4上，备用；
其中，金属基板4为铜、铝、锡、锌基板中的任意一种；
步骤5、取适量墨水5置入微滴喷射装置的压电式喷头6中，开启微滴喷射装置，将墨水5逐滴打印在金属基板4上的织物衬底1，直至墨水5经多层打印后形成打印线路7；
其中，微滴喷射装置为印刷电子喷墨打印机；在织物衬底1上打印1～6层墨水5；
步骤6、依次采用酒精、去离子水将打印线路7进行清洗后，置入固化炉内进行加热固化处理，冷却后得到超低阻柔性导电线路；
其中，固化处理的温度为50℃～100℃，时间为5～10min。
实施例1
(1)制备织物衬底1
选取棉布，将其裁剪为70mm×70mm的规格，再将其浸渍于质量体积浓度为0.5％w/v的碳纳米管溶液2中，在磁力搅拌器中均匀浸渍后捞起挂于支架上，室温下静置干燥1h，得到织物衬底1备用；其中，磁力搅拌器的转速为800rpm/min，温度为50℃；
(2)制备前驱体溶液3
将2g葡萄糖溶于10mL的去离子水中，搅拌均匀后用滤纸过滤，得到前驱体溶液3，密封备用；
(3)制备墨水5
将2g硝酸银粉末溶于10mL的去离子水中，搅拌均匀后用滤纸过滤，得到质量体积浓度为20％w/v的墨水5，备用；
(4)打印
取适量前驱体溶液3将织物衬底1完全润湿，并将其放置在铜基板4上，取适量墨水5置入微滴喷射装置的压电式喷头6中，开启微滴喷射装置，将墨水5逐滴打印在铜基板4上的织物衬底1，打印3层墨水5后形成打印线路7；
(5)洗清固化
依次采用酒精、去离子水将打印线路7进行清洗后，置入固化炉内在50℃下加热固化10min，冷却后得到超低阻柔性导电线路。
实施例2
(1)制备织物衬底1
选取棉布，将其裁剪为70mm×70mm的规格，再将其浸渍于质量体积浓度为1％w/v的碳纳米管溶液2中，在磁力搅拌器中均匀浸渍后捞起挂于支架上，室温下静置干燥1.5h，得到织物衬底1备用；其中，磁力搅拌器的转速为1000rpm/min，温度为50℃；
(2)制备前驱体溶液3
将3g抗坏血酸溶于10mL的去离子水中，搅拌均匀后用滤纸过滤，得到前驱体溶液3，密封备用；
(3)制备墨水5
将5g硝酸银粉末溶于10mL的去离子水中，搅拌均匀后用滤纸过滤，得到质量体积浓度为50％w/v的墨水5，备用；
(4)打印
取适量前驱体溶液3将织物衬底1完全润湿，并将其放置在铜基板4上，取适量墨水5置入微滴喷射装置的压电式喷头6中，开启微滴喷射装置，将墨水5逐滴打印在铜基板4上的织物衬底1，打印4层墨水5后形成打印线路7；
(5)洗清固化
依次采用酒精、去离子水将打印线路7进行清洗后，置入固化炉内在60℃下加热固化6min，冷却后得到超低阻柔性导电线路。
实施例3
(1)制备织物衬底1
选取丝绸，将其裁剪为70mm×70mm的规格，再将其浸渍于质量体积浓度为1.5％w/v的碳纳米管溶液2中，在磁力搅拌器中均匀浸渍后捞起挂于支架上，室温下静置干燥1.3h，得到织物衬底1备用；其中，磁力搅拌器的转速为900rpm/min，温度为50℃；
(2)制备前驱体溶液3
将5g醋酸钠溶于10mL的去离子水中，搅拌均匀后用滤纸过滤，得到前驱体溶液3，密封备用；
(3)制备墨水5
将9g硝酸银粉末溶于10mL的去离子水中，搅拌均匀后用滤纸过滤，得到质量体积浓度为90％w/v的墨水5，备用；
(4)打印
取适量前驱体溶液3将织物衬底1完全润湿，并将其放置在锡基板4上，取适量墨水5置入微滴喷射装置的压电式喷头6中，开启微滴喷射装置，将墨水5逐滴打印在锡基板4上的织物衬底1，打印6层墨水5后形成打印线路7；
(5)洗清固化
依次采用酒精、去离子水将打印线路7进行清洗后，置入固化炉内在90℃下加热固化4min，冷却后得到超低阻柔性导电线路。
实施例4
(1)制备织物衬底1
选取丝绸，将其裁剪为70mm×70mm的规格，再将其浸渍于质量体积浓度为0.5％w/v的碳纳米管溶液2中，在磁力搅拌器中均匀浸渍后捞起挂于支架上，室温下静置干燥1.5h，得到织物衬底1备用；其中，磁力搅拌器的转速为800rpm/min，温度为50℃；；
(2)制备前驱体溶液3
将1g氢硫酸溶于10mL的去离子水中，搅拌均匀后用滤纸过滤，得到前驱体溶液3，密封备用；
(3)制备墨水5
将1g硝酸银粉末溶于10mL的去离子水中，搅拌均匀后用滤纸过滤，得到质量体积浓度为10％w/v的墨水5，备用；
(4)打印
取适量前驱体溶液3将织物衬底1完全润湿，并将其放置在铝基板4上，取适量墨水5置入微滴喷射装置的压电式喷头6中，开启微滴喷射装置，将墨水5逐滴打印在铝基板4上的织物衬底1，打印1层墨水5后形成打印线路7；
(5)洗清固化
依次采用酒精、去离子水将打印线路7进行清洗后，置入固化炉内在100℃下加热固化5min，冷却后得到超低阻柔性导电线路。
实施例5
(1)制备织物衬底1
选取涤纶，将其裁剪为70mm×70mm的规格，再将其浸渍于质量体积浓度为0.8％w/v的碳纳米管溶液2中，在磁力搅拌器中均匀浸渍后捞起挂于支架上，室温下静置干燥2h，得到织物衬底1备用；其中，磁力搅拌器的转速为1000rpm/min，温度为50℃；；
(2)制备前驱体溶液3
将4g亚硝酸溶于10mL的去离子水中，搅拌均匀后用滤纸过滤，得到前驱体溶液3，密封备用；
(3)制备墨水5
将2g银氨粉末溶于10mL的去离子水中，搅拌均匀后用滤纸过滤，得到质量体积浓度为20％w/v的墨水5，备用；
(4)打印
取适量前驱体溶液3将织物衬底1完全润湿，并将其放置在锌基板4上，取适量墨水5置入微滴喷射装置的压电式喷头6中，开启微滴喷射装置，将墨水5逐滴打印在锌基板4上的织物衬底1，打印2层墨水5后形成打印线路7；
(5)洗清固化
依次采用酒精、去离子水将打印线路7进行清洗后，置入固化炉内在60℃下加热固化8min，冷却后得到超低阻柔性导电线路。
其中，实施例2为本发明的最佳实施例，本发明将改性的织物衬底1置于铜基板4上，并用前驱体抗坏血酸溶液浸湿改性的织物衬底1，再将硝酸银溶液微滴喷射打印到改性的织物衬底1上，经液相化学反应沉积及置换反应后，生成了金属银微粒且银微粒被碳纳米管包覆，形成具有高导电性的打印线路7，其原理如下：
2AgNO3+C6H8O6＝C6H6O6+2HNO3+2Ag (1)
Cu+2AgNO3＝Cu(NO3)2+2Ag (2)
依次采用酒精、去离子水除去打印线路7表面多余的前驱体溶液3及铜离子，确保在加热固化过程中打印线路7不会发生变色，冷却后得到超低阻柔性导电线路。
本发明一种超低阻柔性导电线路的制造方法，用碳纳米管溶液2浸泡柔性织物基底进行改性，置于金属基板4上，并用前驱体抗坏血酸溶液浸湿改性后的织物衬底1，再将硝酸银溶液微滴喷射打印到改性的织物衬底1上，发生氧化还原反应和置换反应，增加了金属单质的产量，同时，由于金属基板4的存在使得银颗粒沉积在织物衬底1的内部和表面，提高了超低阻柔性导电线路的导电性，并且碳纳米管溶液2对织物的改性不仅改善了织物本身的疏松多孔，促进了超低阻柔性导电线路中银颗粒间的相互接触性，使得超低阻柔性导电线路的力学性能得到提高。
实施例2制备的超低阻柔性导电线路的扫描电镜图如图2所示，从图2可以看出织物基底被导电线路覆盖，且导电线路是由碳纳米管包覆的银纳米颗粒构成。图3为基于不同浓度的碳纳米管打印成形超低阻柔性导电线路的方阻图，制备过程与实施例2相同，由图3可以看出，碳纳米管含量在1％w/v时超低阻柔性导电线路的方阻最小，为0.0172Ω/□，此时，超低阻柔性导电线路的导电性最好。本实施例2有效解决了柔性导电线路与织物的结合性差、制备工艺复杂、阻值高、导电性差的问题。

Claims (7)

1.一种超低阻柔性导电线路的制造方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、制备织物衬底(1)
选取适宜织物基底，将其置入碳纳米管溶液(2)，在磁力搅拌器中均匀浸渍后捞起挂于支架上，室温下静置干燥1～2h，得到织物衬底(1)备用；
步骤2、制备前驱体溶液(3)
将还原剂溶于去离子水，搅拌均匀后用滤纸过滤，得到前驱体溶液(3)，密封备用；
步骤3、制备墨水(5)
将银盐粉末溶于去离子水中，搅拌均匀后用滤纸过滤，得到墨水(5)，备用；
步骤4、取适量所述前驱体溶液(3)将织物衬底(1)完全润湿，并将其放置在金属基板(4)上，备用；
步骤5、取适量墨水(5)置入微滴喷射装置的压电式喷头(6)中，开启微滴喷射装置，将墨水(5)逐滴打印在金属基板(4)上的织物衬底(1)，直至墨水(5)经多层打印后形成打印线路(7)；
步骤6、依次采用酒精、去离子水将所述打印线路(7)进行清洗后，置入固化炉内进行加热固化处理，冷却后得到所述超低阻柔性导电线路；
步骤2中，所述还原剂为抗坏血酸、醋酸钠、氢硫酸、亚硝酸、葡萄糖中的任意一种，所述前驱体溶液的质量体积浓度不大于50％w/v；
步骤4中，所述金属基板(4)为铜、铝、锡、锌基板中的任意一种。
2.如权利要求1所述的一种超低阻柔性导电线路的制造方法，其特征在于，步骤1中，所述磁力搅拌器的转速为800rpm/min～1000rpm/min，温度为50℃。
3.如权利要求1所述的一种超低阻柔性导电线路的制造方法，其特征在于，所述碳纳米管溶液(2)的质量体积浓度为0.5％w/v～1.5％w/v，所述织物衬底(1)为棉布、丝绸、涤纶中的任意一种。
4.如权利要求1所述的一种超低阻柔性导电线路的制造方法，其特征在于，步骤3中，所述银盐粉末为硝酸银粉末、银氨粉末中的任意一种，所述墨水(5)的质量体积浓度为10％w/v～90％w/v。
5.如权利要求1所述的一种超低阻柔性导电线路的制造方法，其特征在于，所述微滴喷射装置为印刷电子喷墨打印机。
6.如权利要求1所述的一种超低阻柔性导电线路的制造方法，其特征在于，步骤5中，在织物衬底(1)上打印1～6层墨水(5)。
7.如权利要求1所述的一种超低阻柔性导电线路的制造方法，其特征在于，步骤6中，所述固化处理的温度为50℃～100℃，时间为5～10min。
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