分形结构银的制备及其在柔性电极的应用

发布时间：2020-04-17 20:57

【摘要】：电子设备已经成为人们日常生活中的必需品,其柔性和可穿戴功能的出现进一步促进了人们的生活,并且是电子设备未来的发展趋势之一。传统的电子产品在机械变形例如弯曲、扭曲和拉伸时容易损坏失效,因此研究柔性和可穿戴电子器件是很有必要的。柔性电极作为柔性和可拉伸电子器件的重要组成部分,是促进柔性和可穿戴电子器件发展的关键。氧化铟锡(ITO)是目前广泛使用的导电材料,但是其脆性和高成本不适合用于制备柔性电子器件。因此,人们研究了多种用于柔性电子器件的导电材料,包括金属纳米材料、碳纳米材料、导电聚合物和其他导电材料等。在这些导电材料中,银纳米材料由于其高导电性和良好稳定性被认为是很有潜力的候选者。银纳米材料有多种结构,常用于导电材料的结构为纳米颗粒和纳米线,而具有特殊三维结构的分形银微粒较少被用作导电填料。与其他纳米结构相比,分形银微粒在三维空间中具有微米级分支,并且每个分支具有很多纳米级尖端。这意味着相邻的银微粒具有丰富的接触点,使其更容易相互连接形成导电网络。因此,本文采用液相还原法合成出高结晶度的分形结构银微粒,并将其作为导电材料制备具有高导电性和机械稳定性的柔性电极以及柔性印刷电极。主要研究内容如下:(1)采用液相还原法合成出具有高纯度的分形结构银微粒。分形结构银微粒虽然有多种合成方法,但是这些方法大都存在一些不足,例如反应条件复杂、产量较低和形貌难以控制等。在这项工作中,使用液相还原法合成分形结构银微粒的反应条件非常温和,整个反应过程在室温下完成,而且调节反应溶液的体积可以控制分形结构银微粒的产量,有助于实现大规模批量生产。(2)分形结构银微粒柔性电极的制备及其性能研究。通过涂布法在聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene glycol terephthalate,简称PET)薄膜上形成由分形结构银微粒组成的导电网络,然后将其嵌入聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,简称PDMS)弹性体表面制备柔性电极。检测柔性电极的性能发现,其方阻随柔性电极的导电层厚度增加而减少,当导电层厚度达到60μm时,柔性电极的方阻可降低至0.92Ωsq-1。通过将柔性电极拉伸至100%并且弯曲和扭曲至180?,发现其具有良好的机械稳定性。并且在弯曲和扭曲条件下,该柔性电极的电阻会降低。之后通过胶带剥离测试循环发现,柔性电极电阻的变化可以忽略不计,说明其具有很好的机械耐受性。实验结果证明,分形结构银微粒作为导电材料应用于柔性电极具有很好的潜力。(3)分形结构银微粒柔性印刷电极的制备及其性能研究。将合成的银微粒与配制好的聚合物基质均匀混合制成水溶性导电油墨,然后通过丝网印刷的方式将导电油墨印刷到纸张和PET薄膜表面制备出柔性印刷电极。通过检测发现,印刷电极的方阻随导电油墨中银微粒的固含量增加而下降,当银的固含量为60%时,方阻低至0.23Ωsq-1。对比了纸张和PET薄膜作为承印物对印刷电极电阻的影响,发现纸张表面印刷的电极方阻更小,说明纸张更有利于制备高导电性的印刷电极。还比较了印刷线宽对电极导电性能的影响,结果证明印刷电极的电阻会随着线宽的增加而下降,但是电导率则几乎不受影响。测试了弯曲应变对印刷电极导电性的影响,发现印刷电极的电学性能很稳定,而且在弯曲状态下的电阻一直低于其初始电阻。在胶带剥离测试循环过程中发现虽然印刷电极有着较好的附着能力,但还是会随着剥离次数的增加而最终失效,因此需要对印刷电极进行改进以增强其耐受性。(4)嵌入式印刷电极的制备及其性能研究。先在PET薄膜上制备印刷电极,然后将印刷电极嵌入PDMS弹性体中制得嵌入式印刷电极。虽然嵌入式印刷电极的方阻比印刷电极的方阻略微有些增大,但是嵌入式结构却使得印刷电极转移到可拉伸基底,突破了柔性基底的机械性能的限制。通过30%拉伸应变循环和180?弯曲应变循环,证明嵌入式印刷电极稳定性很好,而且其在胶带剥离测试过程中电阻也几乎保持不变。嵌入式印刷电极在保持印刷电极原有电学性能的基础上不仅将其机械性能从柔性延伸至可拉伸性,而且增强了印刷电极的机械耐受性。
【图文】：

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陕西科技大学硕士学位论文性电极。检测嵌入式柔性电极的方阻、导电层的形貌以及机能和稳定性。性印刷电极的制备及其性能研究。将合成的银微粒与聚合物基油墨，然后通过丝网印刷的方式将其印刷到纸张和 PET 薄膜研究承印物、导电油墨中银微粒的固含量和印刷线宽对柔性检测柔性电极在弯曲应变下的机械稳定性和剥离条件的耐受入式柔性印刷电极的制备及其性能研究。在 PET 薄膜上制备S 弹性体中制备出嵌入式印刷电极。这种方法使得印刷电极转性基底的机械性能限制。通过拉伸应变循环和弯曲应变循环好的电学稳定性，而且胶带剥离对其电阻几乎没有影响。嵌印刷电极的电学性能和机械性能，，而且还赋予了印刷电极可极的机械耐受性。技术路线研究路线如下图 1-1 所示

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图 2-1 分形结构银微粒的制备流程图ion of the fabrication process of the fractal struc了分形结构银微粒的制备过程，从图中还原反应生成分形结构银微粒。在整个反且不需要添加有机溶剂，因此属于环保且全部滴落到烧瓶中时，制备过程结束，表结构银微粒的产量能够很容易通过增加反，为其实际应用和工业化生产奠定了良好 SEM 分析 SEM 测试结果如下图 2-2 所示。
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN03

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