基于印刷电子技术的智能显窃启包装材料设计研究
发布时间：2021-08-08 08:08
包装行业的绿色与安全问题一直是社会关注的话题,也是学术界研究的热点。从国内外包装行业的发展进程看,包装行业在安全、智能等方向的研究仍处于探索和起步阶段。随着技术进步和社会发展,印刷电子（Printed Electronics,PE）逐渐受到国内外包装研究人员的重视。印刷电子的特点是利用印刷工艺在柔性基材上大批量制造电子元器件或传感器,从而克服传统硅基电子产品价格贵、刚性差、高污染等缺点,在相关产业领域具有巨大的应用潜力。银纳米线（Ag NWs）材料作为一种柔韧性好、导电性能佳的金属纳米材料,是印刷电子技术中制备导电油墨的重要组分。实验发现,V型银纳米线具有比直线形银纳米线更好的导电性能,被认为在印刷电子技术中具有更优越的应用前景,因此,本课题选择V型银纳米线材料作为重点研究对象,探索V型银纳米线的可控制备方法、生长机理与拓展应用。在印刷技术上,本课题采用的是具有操作简单、成本低、可大批量复制等优点的丝网印刷技术,可以进行图案化银纳米线柔性电极和柔性传感器的制备,是目前研究的热点和难点。智能包装是将智能技术与包装应用相融合而发展起来的一种新的包装形态。显窃启包装属于智能包装范畴里的安全包...
【文章来源】：湖南工业大学湖南省
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
金属纳米颗粒的应用方向Fig.1-1Applicationsofmetalnanoparticles.
基于印刷电子技术的智能显窃启包装材料设计研究4图1-2银纳米线导电油墨：（a）导电油墨在基底材料上的阶段性状态示意图，（b）可直写的银纳米线墨水及制备的可折叠电容触摸板Fig.1-2AgNWsconductiveink.(a)Time-phasedstatesschematicoftheAgNWsconductiveinkonthesubstrate.(b)DirectwritingAgNWsinkandfoldabletouchpadsmadebytheink.Hemmati等[23]以银纳米线（直径90nm，长度30μm）为导电填料，采用去离子水和异丙醇的混合溶液为溶剂，以羧甲基纤维素为连结料制备了丝网印刷导电油墨，并进一步研究了导电油墨的流变行为。对于某些特殊的银纳米线导电油墨可以只包含导电填料和溶剂，不需要添加剂等成份。如Huang等[24]为制备喷墨印刷用银纳米线导电油墨，先通过超声处理的方式缩短了银纳米线的长度，最终获得了平均长度3.6μm的银纳米线，之后将其分散在无水乙醇中制得了用于喷墨印刷的导电油墨。Li等[25]以硝酸银、氯化钠、乙二醇和PVP为原材料，采用多元醇法制备银纳米线，再使用水洗浓缩工艺，即用去离子水（电阻率约为18MΩ/cm）离心清洗制备的银纳米线中含有的多余乙二醇和PVP后，再浓缩银纳米线，最后将其分散在去离子水中制备了质量分数为5%的银纳米线墨水，该墨水可用于快速制备电容式可折叠柔性触摸板（见图1-2（b））。虽然金属纳米材料的导电性能较好，但由于金属容易被氧化，所以使用金属纳米材料作为导电填料的导电油墨，其印刷制品通常需要覆盖一层保护膜，以防止金属纳米材料在使用环境下被氧化，确保性能稳定。碳纳米材料也是一种常用的导电填料，它具有良好的导电性能，且能够在复杂外部影响下保持较好的稳定性。常见的碳纳米材料主要包括炭黑（Carbonblack,
博士学位论文5CB）、碳纳米管（Carbonnanotubes,CNT）、石墨烯（Graphene）等（见图1-3）[26,27]。因为碳纳米管和石墨烯比炭黑具有更高的电导率和更优的机械强度，目前多采用碳纳米管和石墨烯（或复合材料）作为导电填料制备导电油墨。碳纳米管是一维碳纳米材料，可分为单壁碳纳米管（Singlewalledcarbonnanotubes,SWCNTs）和多壁碳纳米管（Multiwalledcarbonnanotubes,MWCNTs），两者均具有很好的机械性能和导电性，以及高光学透明性和强热稳定性，每根碳纳米管可以传输的电流水平可达25μA，抗拉强度超过100GPa[28]。碳纳米管可以通过电弧放电、激光烧蚀和化学气相沉积的方法合成[29-31]。由于碳纳米管的这些性能，目前已经有较多碳纳米管电极在传感器、薄膜晶体管、RFID标签上的应用研究[32-36]。如Michelis等[37]将多壁碳纳米管分散在二氯苯中并添加十二烷基苯磺酸钠进行超声处理，得到了能够保存三个月的碳纳米管油墨，并使用该油墨在四氟乙烯材料上印制了应力温度传感器。尽管碳纳米管拥有良好的性能和广泛的应用前景，但目前碳纳米管依然难以高纯度大批量制备，且碳纳米管的导电性能严重依赖于其形貌、长度和直径，这些问题还有待于深入研究[38,39]。图1-3碳纳米材料的结构示意图：（a）炭黑，（b）单壁碳纳米管，（c）多壁碳纳米管，（d）石墨烯Fig.1-3Structureschematicsofcarbonnanomaterials.(a)Carbonblack.(b)Singlewalledcarbonnanotube.(c)Multiwalledcarbonnanotube.(d)Graphene.与碳纳米管相比，石墨烯具有原子级薄碳原子，以及排列成蜂窝状晶格的二维结构，具有很好的电子迁移率和很高的机械强度[28]，也是一种极具潜力的导电填料（见图1-4）。用作导电填料的石墨烯主要是通过氧化还原法和机械剥离法制
【参考文献】：
期刊论文
[1]障碍式结构包装设计研究[J]. 王远志,柯胜海. 包装工程. 2019(09)
[2]基于物联网技术的管控式包装设计研究[J]. 郭盼旺,肖瑶,柯胜海. 湖南包装. 2019(02)
[3]纳米银导电墨水的制备及导电性研究[J]. 王可,张文聪,詹益昌,谢辉,王悦辉. 电子元件与材料. 2018(11)
[4]材料智能型包装的分类及设计应用[J]. 柯胜海,庞传远. 包装工程. 2018(21)
[5]氟碳树脂基碳浆导电油墨的制备及性能研究[J]. 陈华,马永胜,杨建群. 化工新型材料. 2018(07)
[6]纳米银导电墨水的制备及烧结[J]. 黄俊皓,叶晓军,熊胜虎,李红波,袁晓,柳翠. 微纳电子技术. 2018(07)
[7]数码化防盗抗压可循环使用包装箱结构设计[J]. 王学琴,吴剑树,廖立瑜,陈广学. 包装工程. 2018(11)
[8]信息型智能包装技术应用分析[J]. 王莉,张浩. 数字印刷. 2018(04)
[9]石墨烯导电油墨的研究进展[J]. 邱欣斌,刘飞翔,陈国华. 化工进展. 2018(04)
[10]RFID技术及其在智能包装中的应用[J]. 章登科,韩国程,俞朝晖,陈广学,田敏. 包装工程. 2018(01)
硕士论文
[1]金、银及其合金纳米结构的制备与生长机制研究[D]. 朱珠.东南大学 2018
[2]RFID导电油墨的制备与性能研究[D]. 秦峻.国防科学技术大学 2011
[3]导电油墨构成与导电性能关系的研究[D]. 莫黎昕.北京印刷学院 2008
本文编号：3329573
【文章来源】：湖南工业大学湖南省
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
金属纳米颗粒的应用方向Fig.1-1Applicationsofmetalnanoparticles.
基于印刷电子技术的智能显窃启包装材料设计研究4图1-2银纳米线导电油墨：（a）导电油墨在基底材料上的阶段性状态示意图，（b）可直写的银纳米线墨水及制备的可折叠电容触摸板Fig.1-2AgNWsconductiveink.(a)Time-phasedstatesschematicoftheAgNWsconductiveinkonthesubstrate.(b)DirectwritingAgNWsinkandfoldabletouchpadsmadebytheink.Hemmati等[23]以银纳米线（直径90nm，长度30μm）为导电填料，采用去离子水和异丙醇的混合溶液为溶剂，以羧甲基纤维素为连结料制备了丝网印刷导电油墨，并进一步研究了导电油墨的流变行为。对于某些特殊的银纳米线导电油墨可以只包含导电填料和溶剂，不需要添加剂等成份。如Huang等[24]为制备喷墨印刷用银纳米线导电油墨，先通过超声处理的方式缩短了银纳米线的长度，最终获得了平均长度3.6μm的银纳米线，之后将其分散在无水乙醇中制得了用于喷墨印刷的导电油墨。Li等[25]以硝酸银、氯化钠、乙二醇和PVP为原材料，采用多元醇法制备银纳米线，再使用水洗浓缩工艺，即用去离子水（电阻率约为18MΩ/cm）离心清洗制备的银纳米线中含有的多余乙二醇和PVP后，再浓缩银纳米线，最后将其分散在去离子水中制备了质量分数为5%的银纳米线墨水，该墨水可用于快速制备电容式可折叠柔性触摸板（见图1-2（b））。虽然金属纳米材料的导电性能较好，但由于金属容易被氧化，所以使用金属纳米材料作为导电填料的导电油墨，其印刷制品通常需要覆盖一层保护膜，以防止金属纳米材料在使用环境下被氧化，确保性能稳定。碳纳米材料也是一种常用的导电填料，它具有良好的导电性能，且能够在复杂外部影响下保持较好的稳定性。常见的碳纳米材料主要包括炭黑（Carbonblack,
博士学位论文5CB）、碳纳米管（Carbonnanotubes,CNT）、石墨烯（Graphene）等（见图1-3）[26,27]。因为碳纳米管和石墨烯比炭黑具有更高的电导率和更优的机械强度，目前多采用碳纳米管和石墨烯（或复合材料）作为导电填料制备导电油墨。碳纳米管是一维碳纳米材料，可分为单壁碳纳米管（Singlewalledcarbonnanotubes,SWCNTs）和多壁碳纳米管（Multiwalledcarbonnanotubes,MWCNTs），两者均具有很好的机械性能和导电性，以及高光学透明性和强热稳定性，每根碳纳米管可以传输的电流水平可达25μA，抗拉强度超过100GPa[28]。碳纳米管可以通过电弧放电、激光烧蚀和化学气相沉积的方法合成[29-31]。由于碳纳米管的这些性能，目前已经有较多碳纳米管电极在传感器、薄膜晶体管、RFID标签上的应用研究[32-36]。如Michelis等[37]将多壁碳纳米管分散在二氯苯中并添加十二烷基苯磺酸钠进行超声处理，得到了能够保存三个月的碳纳米管油墨，并使用该油墨在四氟乙烯材料上印制了应力温度传感器。尽管碳纳米管拥有良好的性能和广泛的应用前景，但目前碳纳米管依然难以高纯度大批量制备，且碳纳米管的导电性能严重依赖于其形貌、长度和直径，这些问题还有待于深入研究[38,39]。图1-3碳纳米材料的结构示意图：（a）炭黑，（b）单壁碳纳米管，（c）多壁碳纳米管，（d）石墨烯Fig.1-3Structureschematicsofcarbonnanomaterials.(a)Carbonblack.(b)Singlewalledcarbonnanotube.(c)Multiwalledcarbonnanotube.(d)Graphene.与碳纳米管相比，石墨烯具有原子级薄碳原子，以及排列成蜂窝状晶格的二维结构，具有很好的电子迁移率和很高的机械强度[28]，也是一种极具潜力的导电填料（见图1-4）。用作导电填料的石墨烯主要是通过氧化还原法和机械剥离法制
【参考文献】：
期刊论文
[1]障碍式结构包装设计研究[J]. 王远志,柯胜海. 包装工程. 2019(09)
[2]基于物联网技术的管控式包装设计研究[J]. 郭盼旺,肖瑶,柯胜海. 湖南包装. 2019(02)
[3]纳米银导电墨水的制备及导电性研究[J]. 王可,张文聪,詹益昌,谢辉,王悦辉. 电子元件与材料. 2018(11)
[4]材料智能型包装的分类及设计应用[J]. 柯胜海,庞传远. 包装工程. 2018(21)
[5]氟碳树脂基碳浆导电油墨的制备及性能研究[J]. 陈华,马永胜,杨建群. 化工新型材料. 2018(07)
[6]纳米银导电墨水的制备及烧结[J]. 黄俊皓,叶晓军,熊胜虎,李红波,袁晓,柳翠. 微纳电子技术. 2018(07)
[7]数码化防盗抗压可循环使用包装箱结构设计[J]. 王学琴,吴剑树,廖立瑜,陈广学. 包装工程. 2018(11)
[8]信息型智能包装技术应用分析[J]. 王莉,张浩. 数字印刷. 2018(04)
[9]石墨烯导电油墨的研究进展[J]. 邱欣斌,刘飞翔,陈国华. 化工进展. 2018(04)
[10]RFID技术及其在智能包装中的应用[J]. 章登科,韩国程,俞朝晖,陈广学,田敏. 包装工程. 2018(01)
硕士论文
[1]金、银及其合金纳米结构的制备与生长机制研究[D]. 朱珠.东南大学 2018
[2]RFID导电油墨的制备与性能研究[D]. 秦峻.国防科学技术大学 2011
[3]导电油墨构成与导电性能关系的研究[D]. 莫黎昕.北京印刷学院 2008
本文编号：3329573
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