CN115474345B - 基于丝网印刷和化学沉积的陶瓷织物电路制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于丝网印刷和化学沉积的陶瓷织物电路制作方法，包括以下步骤：S1、柔性衬底预处理；S2、电路印刷：将电路印刷到经步骤S1获得的织物表面选择性形成催化位点；S3、化学沉淀：利用化学镀液通过化学镀在上述织物具有催化位点的区域制备电路图案。本发明采用上述基于丝网印刷和化学沉积的陶瓷织物电路制作方法，由于陶瓷织物耐高温的性能，使得陶瓷织物电路能够满足柔性电子在国防、军工和航空航天等特殊领域对高温环境作业的需求，同时通过织物预处理、电路印刷和化学沉积的制作流程配合，使制作的陶瓷织物电路可以任意弯折，并且具有良好的耐久度和较高的电导率。

Description

基于丝网印刷和化学沉积的陶瓷织物电路制作方法
技术领域
本发明涉及一种陶瓷织物电路技术，尤其涉及一种基于丝网印刷和化学沉积的陶瓷织物电路制作方法。
背景技术
柔性电子是继智能电话和互联网之后的下一代革命性技术，在未来的显示与信息技术、能源收集及存储、健康监测与传感、物联网等多个领域有重要应用前景。然而，柔性电子产品市场增长缓慢，制约其发展的瓶颈是现有印刷电路板在拉、压、弯等不同形变下结构不稳定，极易发生性能衰减甚至失效。为了解决这一问题，在柔性衬底上印刷电路图案已经成为一个日益关注的研究领域。
目前，主要是利用增材制造在柔性基材上印刷各种导电材料(金属纳米线、石墨烯或碳纳米管)制备柔性电路板。然而，由于导电材料之间的空隙较大，导致其电导率较低。另一种方法是通过原位化学反应在柔性基材上就地生长金属材料，制备的柔性电路板电导率较高。尽管如此，这种方法选择的柔性基底绝大多数为高分子化合物，使得制备的柔性电路板无法在极端高温环境下(比如，大于500℃)维持设备结构的完整性。
因此，有必要提供一种基于丝网印刷和化学沉积的陶瓷织物电路制作方法解决以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于丝网印刷和化学沉积的陶瓷织物电路制作方法，由于陶瓷织物耐高温的性能，使得陶瓷织物电路能够满足柔性电子在国防、军工和航空航天等特殊领域对高温环境作业的需求，同时通过织物预处理、电路印刷和化学沉积的制作流程配合，使制作的陶瓷织物电路可以任意弯折，并且具有良好的耐久度和较高的电导率。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于丝网印刷和化学沉积的陶瓷织物电路制作方法，包括以下步骤：
S1、柔性衬底预处理
S11、选择陶瓷织物面料为柔性衬底，并根据需要裁剪成形；
S12、使用熨烫机进行熨烫；
S13、将织物完全浸入丙酮和无水乙醇混合溶液中清洗；
S14、悬挂在空气中干燥；
S2、电路印刷
将电路印刷到经步骤S1获得的织物表面选择性形成催化位点；
S3、化学沉淀
利用化学镀液通过化学镀在上述织物具有催化位点的区域制备电路图案。
优选的，步骤S2采用印刷聚合物浆料法进行电路印刷，具体包括以下步骤：
S21a、制备丝网印刷浆料
丝网印刷浆料的主要成分为多酚、聚乙烯亚胺和聚乙二醇；
S22a、利用原位聚合反应通过丝网印刷工艺将电路印刷到织物上；
S23a、洗净并烘干后将其放入催化剂溶液中进行离子螯合和还原，从而在所述织物上选择性形成催化位点。
优选的，步骤S2采用印刷催化剂浆料法进行电路印刷，具体包括以下步骤：
S21b、将陶瓷织物浸入多酚/聚乙烯亚胺溶液中利用原位聚合反应以进行化学嫁接得到表面改性的织物；
S22b、洗净并烘干后，利用丝网印刷浆料通过丝网印刷工艺将电路印刷到表面改性过的织物上，进行离子螯合和还原，从而在所述织物上选择性形成催化位点；
丝网印刷浆料的主要成分为催化剂、去离子水和聚乙二醇。
优选的，所述多酚的浓度为0.2～5mg/ml，聚乙烯亚胺浓度为0.1～2mg/ml，聚乙二醇的质量为1～10g；
原位聚合时间为60～240分钟；
催化剂溶液的浓度为5～10mM，离子螯合和还原时间为1～3小时。
优选的，所述多酚为左旋多巴、单宁酸或姜黄素；
左旋多巴的溶剂为三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐；
单宁酸的溶剂为去离子水；
姜黄素的溶剂为无水乙醇。
优选的，所述催化剂为四氯钯酸铵、五水合硫酸铜或六水合硫酸镍水溶液。
优选的，步骤S13中丙酮和无水乙醇按1:1的比例配制形成丙酮/无水乙醇混合溶液，且织物完全浸入丙酮/无水乙醇混合溶液后，再使用超声波仪器对织物进行超声处理20分钟。
优选的，步骤S3具体包括以下步骤：
S31、将织物浸入化学镀液中，沉积时间设定为2h；
S32、沉积结束后，取出织物用去离子水清洗去除织物表面的物理吸附残留；
S33、真空烘干得到织物电路。
优选的，所述化学镀液为镍化学镀液、铜化学镀液、银化学镀液或金化学镀液。
优选的，所述镍化学镀液由以下方法制备：首先混合10g/L的乳酸、20g/L的柠檬酸钠和40g/L的六水硫酸镍组成镍储备溶液，而后在溶剂中配制1g/L的二甲胺硼烷的还原剂溶液，最后在室温下将镍储备溶液和还原剂溶液按4：1混合形成镍化学镀液。
因此，本发明采用上述基于丝网印刷和化学沉积的陶瓷织物电路制作方法，由于陶瓷织物耐高温的性能，使得陶瓷织物电路能够满足柔性电子在国防、军工和航空航天等特殊领域对高温环境作业的需求(即柔性印刷电路可以使柔性电子设备在高温环境下维持其结构的稳定性)，同时通过织物预处理、电路印刷和化学沉积的制作流程配合，使制作的陶瓷织物电路可以任意弯折，并且具有良好的耐久度和较高的电导率。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为经图1制备的的陶瓷织物电路外形图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
图1为本发明的工艺流程图；如图1所示，本发明包括以下步骤：
S1、柔性衬底预处理
S11、选择陶瓷织物面料为柔性衬底，并根据需要裁剪成形；
本实施例中的陶瓷织物的材质为氧化硅、氧化钛或者钛酸钡。
S12、使用熨烫机进行熨烫；
S13、将织物完全浸入丙酮和无水乙醇混合溶液中清洗；
优选的，步骤S13中丙酮和无水乙醇按1:1的比例配制形成丙酮/无水乙醇混合溶液，且织物完全浸入丙酮/无水乙醇混合溶液后，再使用超声波仪器对织物进行超声处理20分钟。
S14、悬挂在空气中干燥；
S2、电路印刷
将电路印刷到经步骤S1获得的织物表面选择性形成催化位点；
优选的，步骤S2采用印刷聚合物浆料法进行电路印刷，具体包括以下步骤：
S21a、制备丝网印刷浆料
丝网印刷浆料的主要成分为多酚、聚乙烯亚胺和聚乙二醇；
S22a、利用原位聚合反应通过丝网印刷工艺将电路印刷到织物上；
S23a、洗净并烘干后将其放入催化剂溶液中进行离子螯合和还原，从而在所述织物上选择性形成催化位点。
或者，步骤S2采用印刷催化剂浆料法进行电路印刷，具体包括以下步骤：
S21b、将陶瓷织物浸入多酚/聚乙烯亚胺溶液中利用原位聚合反应以进行化学嫁接得到表面改性的织物；
S22b、洗净并烘干后，利用丝网印刷浆料通过丝网印刷工艺将电路印刷到表面改性过的织物上，进行离子螯合和还原，从而在所述织物上选择性形成催化位点；
丝网印刷浆料的主要成分为催化剂、去离子水和聚乙二醇。
优选的，所述多酚的浓度为0.2～5mg/ml，聚乙烯亚胺浓度为0.1～2mg/ml，聚乙二醇的质量为1～10g；
原位聚合时间为60～240分钟；
催化剂溶液的浓度为5～10mM，离子螯合和还原时间为1～3小时。
优选的，所述多酚为左旋多巴、单宁酸或姜黄素；
左旋多巴的溶剂为三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐；
单宁酸的溶剂为去离子水；
姜黄素的溶剂为无水乙醇。
优选的，所述催化剂为四氯钯酸铵、五水合硫酸铜或六水合硫酸镍水溶液。
S3、化学沉淀
利用化学镀液通过化学镀在上述织物具有催化位点的区域制备电路图案。
优选的，步骤S3具体包括以下步骤：
S31、将织物浸入化学镀液中，沉积时间设定为2h；
S32、沉积结束后，取出织物用去离子水清洗去除织物表面的物理吸附残留；
S33、真空烘干得到织物电路。
优选的，所述化学镀液为镍化学镀液、铜化学镀液、银化学镀液或金化学镀液。
优选的，所述镍化学镀液由以下方法制备：首先混合10g/L的乳酸、20g/L的柠檬酸钠和40g/L的六水硫酸镍组成镍储备溶液，而后在溶剂中配制1g/L的二甲胺硼烷的还原剂溶液，最后在室温下将镍储备溶液和还原剂溶液按4：1混合形成镍化学镀液。
图2为经图1制备的的陶瓷织物电路外形图，如图2所示，经上述方法得到陶瓷织物电路样品后，经测试器方阻为0.01Ω·sq-1，当相邻线间距为0.3毫米时，相邻线之间不存在短路现象；当打印线宽度是0.2毫米，长度是10毫米时，达到良好的导电性，电阻是0.09Ω。
因此，本发明采用上述基于丝网印刷和化学沉积的陶瓷织物电路制作方法，由于陶瓷织物耐高温的性能，使得陶瓷织物电路能够满足柔性电子在国防、军工和航空航天等特殊领域对高温环境作业的需求，同时通过织物预处理、电路印刷和化学沉积的制作流程配合，使制作的陶瓷织物电路可以任意弯折，并且具有良好的耐久度和较高的电导率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于丝网印刷和化学沉积的陶瓷织物电路制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、柔性衬底预处理
S11、选择陶瓷织物面料为柔性衬底，并根据需要裁剪成形；
S12、使用熨烫机进行熨烫；
S13、将织物完全浸入丙酮和无水乙醇混合溶液中清洗；
S14、悬挂在空气中干燥；
S2、电路印刷
将电路印刷到经步骤S1获得的织物表面选择性形成催化位点；
S3、化学沉淀
利用化学镀液通过化学镀在上述织物具有催化位点的区域制备电路图案；
步骤S2采用印刷聚合物浆料法进行电路印刷，具体包括以下步骤：
 S21a、制备丝网印刷浆料
丝网印刷浆料的主要成分为多酚、聚乙烯亚胺和聚乙二醇；
S22a、利用原位聚合反应通过丝网印刷工艺将电路印刷到织物上；
S23a、洗净并烘干后将其放入催化剂溶液中进行离子螯合和还原，从而在所述织物上选择性形成催化位点。
2.一种基于丝网印刷和化学沉积的陶瓷织物电路制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、柔性衬底预处理
S11、选择陶瓷织物面料为柔性衬底，并根据需要裁剪成形；
S12、使用熨烫机进行熨烫；
S13、将织物完全浸入丙酮和无水乙醇混合溶液中清洗；
S14、悬挂在空气中干燥；
S2、电路印刷
将电路印刷到经步骤S1获得的织物表面选择性形成催化位点；
S3、化学沉淀
利用化学镀液通过化学镀在上述织物具有催化位点的区域制备电路图案；
步骤S2采用印刷催化剂浆料法进行电路印刷，具体包括以下步骤：
S21b、将陶瓷织物浸入多酚/聚乙烯亚胺溶液中利用原位聚合反应以进行化学嫁接得到表面改性的织物；
S22b、洗净并烘干后，利用丝网印刷浆料通过丝网印刷工艺将电路印刷到表面改性过的织物上，进行离子螯合和还原，从而在所述织物上选择性形成催化位点；
丝网印刷浆料的主要成分为催化剂、去离子水和聚乙二醇。
3.根据权利要求1或2所述的基于丝网印刷和化学沉积的陶瓷织物电路制作方法，其特征在于：所述多酚的浓度为0.2～5mg/ml，聚乙烯亚胺浓度为0.1～2mg/ml，聚乙二醇的质量为1～10g；
原位聚合时间为60～240分钟；
催化剂溶液的浓度为5～10mM，离子螯合和还原时间为1～3小时。
4.根据权利要求1或2任一项所述的基于丝网印刷和化学沉积的陶瓷织物电路制作方法，其特征在于：所述多酚为左旋多巴、单宁酸或姜黄素；
左旋多巴的溶剂为三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐；
单宁酸的溶剂为去离子水；
姜黄素的溶剂为无水乙醇。
5.根据权利要求1或2所述的基于丝网印刷和化学沉积的陶瓷织物电路制作方法，其特征在于：所述催化剂为四氯钯酸铵、五水合硫酸铜或六水合硫酸镍水溶液。
6.根据权利要求1或2所述的基于丝网印刷和化学沉积的陶瓷织物电路制作方法，其特征在于：步骤S13中丙酮和无水乙醇按1:1的比例配制形成丙酮/无水乙醇混合溶液，且织物完全浸入丙酮/无水乙醇混合溶液后，再使用超声波仪器对织物进行超声处理20分钟。
7.根据权利要求1或2所述的基于丝网印刷和化学沉积的陶瓷织物电路制作方法，其特征在于：步骤S3具体包括以下步骤：
S31、将织物浸入化学镀液中，沉积时间设定为2h；
S32、沉积结束后，取出织物用去离子水清洗去除织物表面的物理吸附残留；
S33、真空烘干得到织物电路。
8.根据权利要求1或2所述的基于丝网印刷和化学沉积的陶瓷织物电路制作方法，其特征在于：所述化学镀液为镍化学镀液、铜化学镀液、银化学镀液或金化学镀液。
9.根据权利要求8所述的基于丝网印刷和化学沉积的陶瓷织物电路制作方法，其特征在于：所述镍化学镀液由以下方法制备：首先混合10g/L的乳酸、20g/L的柠檬酸钠和40g/L的六水硫酸镍组成镍储备溶液，而后在溶剂中配制1g/L的二甲胺硼烷的还原剂溶液，最后在室温下将镍储备溶液和还原剂溶液按4：1混合形成镍化学镀液。
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