在不同基材上制备液态金属—高分子复合物导体的初步研究
发布时间:2021-08-01 14:48
可穿戴设备的发展不断推动着柔性电子工艺的进步。在柔性电子工艺中,印刷电子学是实现其工业化生产的关键,而这其中导电油墨的制备和印刷工艺设备决定了柔性电子最终的性能。传统印刷导电油墨分为碳系导电油墨、有机高分子导电油墨和金属导电油墨。金属导体油墨制备柔性电子往往需要刻蚀或高温烧结等步骤,制备工艺复杂。高分子导电油墨制备工艺相对简单,可印刷性更好,但是所制备器件的电气性能较差。而液态金属拥有良好的电导性与可加工性,结合了二者的优点,因此被越来越多地应用到柔性电子领域。常用的液态金属是镓基合金,但是其表面张力大,对材料浸润能力差,往往需要进行油墨化处理来提高其可印刷性。油墨化的液态金属和高分子材料结合制备金属-高分子复合物导体(Metal-polymer conductor,MPC),以此实现柔性可穿戴设备。本课题对平面型基材和纤维型基材分别建立了两种MPC体系,通过考察两种MPC体系的工艺参数,分别提出了平面型MPC和纤维型MPC的一个可穿戴应用设计。在不同基材上制备MPC的过程中,我们分别选用了2种油墨化方法(制备液态金属微粒悬浮液和氧化法),以及2种加工工艺(丝网印刷和浸涂法),分别探究...
【文章来源】:哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】:59 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
印刷电子技术的材料和制备工艺
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-19-3D液态金属电路的同时又能很好地将液态金属封装起来。Zheng等人开发了第一台用于液态金属自动3D打印的原型机,该原型机可以帮助快速构建大规模的涂层电子元件[34]。Fassler和Majidi研究了冻结铸造法(thefreezecastingmethod)制造液态金属基三维结构[55]。2.4丝网印刷法制备柔性电路丝网印刷是常见的印刷电子的工艺技术,其中油墨制备是影响印刷电子的关键,油墨与基底的浸润性在一定程度上影响印刷效果。本小节从油墨制备工艺出发,研究超声时间、高分子浓度和液态金属浓度对制备的MPC的影响,并选择出合适的基底材料用于制备可穿戴设备。另外,还探究了MPC的图案对设备电气性能的影响,为可穿戴设备的电路设计提供依据。图2-1制备平面型MPC研究内容导图2.4.1柔性电路制备方法(1)制备材料镓铟合金(镓:铟=4:1)购自北京浩克科技有限公司。正癸醇,聚乙烯吡咯烷酮(分子量~13000和8000,polyvinylpyrrolidone,PVP)均购自阿拉丁试剂(上海)有限公司。丁苯橡胶(1500型,PolymerizedStyreneButadieneRubber,SBR)购自美国Sigma-Aldrich。聚氨酯布料(Polyurethane,PU),氯丁橡胶布(NeopreneFabric),硅胶薄膜(0.1mm),聚氨酯薄膜(0.08mmThermoplasticpolyurethanes,TPU),聚对苯二甲酸乙二醇酯(0.2mm,Polyethyleneterephthalate,PET),均购自淘宝电商平台。全木浆复印纸
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-21-2.4.2液态金属油墨制备对印刷效果影响(1)表征方法液态金属微粒墨水在丝网印刷加工方式下适宜的加工条件。结果显示,制备微粒悬浮液墨水的时候,相同处理强度下,超声时间会影响制得的液态金属-复合物导体电阻率,从而影响导体的功能。超声时间过短,未能超开液态金属,悬浮液中液态金属浓度降低,从而使得制得的油墨电阻率大。且超声时间过短,悬浮液中液态金属微粒粒径较大,不利于通过丝网到达基底。而超声时间过长,液态金属颗粒粒径变小(如图2-2),液态金属中氧化物浓度上升,而氧化镓浓度上升同样也会增大油墨电阻率。因此加工的时候应该选用合适的超声时间。但是因为各个品牌仪器的超声强度不同,因此建议通过粒径来确定合适的超声时长。图2-2不同超声时间下油墨粒度电镜图(标尺1μm)a)超声30秒;b)超声60秒;c)超声90秒;d)超声120秒;e)超声150秒;f)超声180秒;g)超声300秒;h)超声600秒通过NanoMeasurer分析软件对所制成的液态金属微粒墨水粒径进行分析(图2-3a),结果显示不同超声时间(30,60,90,120,150,180,300,500s)所制得的液态金属-高分子复合物颗粒平均粒径分别对应1.69,0.78,0.73,0.65,0.44,0.40,0.36,031μm,超声时间越长粒径越小,且越均匀,超声到达一定时长后,粒径变化减校见图2-3b,对应不同时间印刷制成的导体的单位电阻分别为2.64,3.30,3.70,4.29,7.34,13.35,33.00,351.20Ω/cm,说明粒径越小印刷而成的电路电阻越大。因此,本课题选择60-90s作为理想超声时间进行油墨制备,以保证后续印刷电路的稳定性和有好的电学性能。
【参考文献】:
期刊论文
[1]业界要闻[J]. 中国集成电路. 2019(08)
[2]柔性印刷电子技术解析及发展趋势[J]. 崔铮,王展. 集成电路应用. 2019(02)
[3]介电弹性体材料研究现状综述[J]. 金丽丽,鄂世举,曹建波,刘爱飞,江孝琪,葛彩军,朱喜林. 机电工程. 2016(01)
本文编号:3315722
【文章来源】:哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】:59 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
印刷电子技术的材料和制备工艺
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-19-3D液态金属电路的同时又能很好地将液态金属封装起来。Zheng等人开发了第一台用于液态金属自动3D打印的原型机,该原型机可以帮助快速构建大规模的涂层电子元件[34]。Fassler和Majidi研究了冻结铸造法(thefreezecastingmethod)制造液态金属基三维结构[55]。2.4丝网印刷法制备柔性电路丝网印刷是常见的印刷电子的工艺技术,其中油墨制备是影响印刷电子的关键,油墨与基底的浸润性在一定程度上影响印刷效果。本小节从油墨制备工艺出发,研究超声时间、高分子浓度和液态金属浓度对制备的MPC的影响,并选择出合适的基底材料用于制备可穿戴设备。另外,还探究了MPC的图案对设备电气性能的影响,为可穿戴设备的电路设计提供依据。图2-1制备平面型MPC研究内容导图2.4.1柔性电路制备方法(1)制备材料镓铟合金(镓:铟=4:1)购自北京浩克科技有限公司。正癸醇,聚乙烯吡咯烷酮(分子量~13000和8000,polyvinylpyrrolidone,PVP)均购自阿拉丁试剂(上海)有限公司。丁苯橡胶(1500型,PolymerizedStyreneButadieneRubber,SBR)购自美国Sigma-Aldrich。聚氨酯布料(Polyurethane,PU),氯丁橡胶布(NeopreneFabric),硅胶薄膜(0.1mm),聚氨酯薄膜(0.08mmThermoplasticpolyurethanes,TPU),聚对苯二甲酸乙二醇酯(0.2mm,Polyethyleneterephthalate,PET),均购自淘宝电商平台。全木浆复印纸
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-21-2.4.2液态金属油墨制备对印刷效果影响(1)表征方法液态金属微粒墨水在丝网印刷加工方式下适宜的加工条件。结果显示,制备微粒悬浮液墨水的时候,相同处理强度下,超声时间会影响制得的液态金属-复合物导体电阻率,从而影响导体的功能。超声时间过短,未能超开液态金属,悬浮液中液态金属浓度降低,从而使得制得的油墨电阻率大。且超声时间过短,悬浮液中液态金属微粒粒径较大,不利于通过丝网到达基底。而超声时间过长,液态金属颗粒粒径变小(如图2-2),液态金属中氧化物浓度上升,而氧化镓浓度上升同样也会增大油墨电阻率。因此加工的时候应该选用合适的超声时间。但是因为各个品牌仪器的超声强度不同,因此建议通过粒径来确定合适的超声时长。图2-2不同超声时间下油墨粒度电镜图(标尺1μm)a)超声30秒;b)超声60秒;c)超声90秒;d)超声120秒;e)超声150秒;f)超声180秒;g)超声300秒;h)超声600秒通过NanoMeasurer分析软件对所制成的液态金属微粒墨水粒径进行分析(图2-3a),结果显示不同超声时间(30,60,90,120,150,180,300,500s)所制得的液态金属-高分子复合物颗粒平均粒径分别对应1.69,0.78,0.73,0.65,0.44,0.40,0.36,031μm,超声时间越长粒径越小,且越均匀,超声到达一定时长后,粒径变化减校见图2-3b,对应不同时间印刷制成的导体的单位电阻分别为2.64,3.30,3.70,4.29,7.34,13.35,33.00,351.20Ω/cm,说明粒径越小印刷而成的电路电阻越大。因此,本课题选择60-90s作为理想超声时间进行油墨制备,以保证后续印刷电路的稳定性和有好的电学性能。
【参考文献】:
期刊论文
[1]业界要闻[J]. 中国集成电路. 2019(08)
[2]柔性印刷电子技术解析及发展趋势[J]. 崔铮,王展. 集成电路应用. 2019(02)
[3]介电弹性体材料研究现状综述[J]. 金丽丽,鄂世举,曹建波,刘爱飞,江孝琪,葛彩军,朱喜林. 机电工程. 2016(01)
本文编号:3315722
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3315722.html