可穿戴設備的發(fā)展不斷推動著柔性電子工藝的進步。在柔性電子工藝中,印刷電子學是實現(xiàn)其工業(yè)化生產的關鍵,而這其中導電油墨的制備和印刷工藝設備決定了柔性電子最終的性能。傳統(tǒng)印刷導電油墨分為碳系導電油墨、有機高分子導電油墨和金屬導電油墨。金屬導體油墨制備柔性電子往往需要刻蝕或高溫燒結等步驟,制備工藝復雜。高分子導電油墨制備工藝相對簡單,可印刷性更好,但是所制備器件的電氣性能較差。而液態(tài)金屬擁有良好的電導性與可加工性,結合了二者的優(yōu)點,因此被越來越多地應用到柔性電子領域。常用的液態(tài)金屬是鎵基合金,但是其表面張力大,對材料浸潤能力差,往往需要進行油墨化處理來提高其可印刷性。油墨化的液態(tài)金屬和高分子材料結合制備金屬-高分子復合物導體（Metal-polymer conductor,MPC）,以此實現(xiàn)柔性可穿戴設備。本課題對平面型基材和纖維型基材分別建立了兩種MPC體系,通過考察兩種MPC體系的工藝參數(shù),分別提出了平面型MPC和纖維型MPC的一個可穿戴應用設計。在不同基材上制備MPC的過程中,我們分別選用了2種油墨化方法（制備液態(tài)金屬微粒懸浮液和氧化法）,以及2種加工工藝（絲網(wǎng)印刷和浸涂法）,分別探究... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

印刷電子技術的材料和制備工藝

哈爾濱工業(yè)大學理學碩士學位論文-19-3D液態(tài)金屬電路的同時又能很好地將液態(tài)金屬封裝起來。Zheng等人開發(fā)了第一臺用于液態(tài)金屬自動3D打印的原型機,該原型機可以幫助快速構建大規(guī)模的涂層電子元件[34]。Fassler和Majidi研究了凍結鑄造法(thefreezecastingmethod)制造液態(tài)金屬基三維結構[55]。2.4絲網(wǎng)印刷法制備柔性電路絲網(wǎng)印刷是常見的印刷電子的工藝技術,其中油墨制備是影響印刷電子的關鍵,油墨與基底的浸潤性在一定程度上影響印刷效果。本小節(jié)從油墨制備工藝出發(fā),研究超聲時間、高分子濃度和液態(tài)金屬濃度對制備的MPC的影響,并選擇出合適的基底材料用于制備可穿戴設備。另外,還探究了MPC的圖案對設備電氣性能的影響,為可穿戴設備的電路設計提供依據(jù)。圖2-1制備平面型MPC研究內容導圖2.4.1柔性電路制備方法(1)制備材料鎵銦合金(鎵:銦=4:1)購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)均購自阿拉丁試劑(上海)有限公司。丁苯橡膠(1500型,PolymerizedStyreneButadieneRubber,SBR)購自美國Sigma-Aldrich。聚氨酯布料(Polyurethane,PU),氯丁橡膠布(NeopreneFabric),硅膠薄膜(0.1mm),聚氨酯薄膜(0.08mmThermoplasticpolyurethanes,TPU),聚對苯二甲酸乙二醇酯(0.2mm,Polyethyleneterephthalate,PET),均購自淘寶電商平臺。全木漿復印紙

哈爾濱工業(yè)大學理學碩士學位論文-21-2.4.2液態(tài)金屬油墨制備對印刷效果影響(1)表征方法液態(tài)金屬微粒墨水在絲網(wǎng)印刷加工方式下適宜的加工條件。結果顯示,制備微粒懸浮液墨水的時候,相同處理強度下,超聲時間會影響制得的液態(tài)金屬-復合物導體電阻率,從而影響導體的功能。超聲時間過短,未能超開液態(tài)金屬,懸浮液中液態(tài)金屬濃度降低,從而使得制得的油墨電阻率大。且超聲時間過短,懸浮液中液態(tài)金屬微粒粒徑較大,不利于通過絲網(wǎng)到達基底。而超聲時間過長,液態(tài)金屬顆粒粒徑變小(如圖2-2),液態(tài)金屬中氧化物濃度上升,而氧化鎵濃度上升同樣也會增大油墨電阻率。因此加工的時候應該選用合適的超聲時間。但是因為各個品牌儀器的超聲強度不同,因此建議通過粒徑來確定合適的超聲時長。圖2-2不同超聲時間下油墨粒度電鏡圖(標尺1μm)a)超聲30秒;b)超聲60秒;c)超聲90秒;d)超聲120秒;e)超聲150秒;f)超聲180秒;g)超聲300秒;h)超聲600秒通過NanoMeasurer分析軟件對所制成的液態(tài)金屬微粒墨水粒徑進行分析(圖2-3a),結果顯示不同超聲時間(30,60,90,120,150,180,300,500s)所制得的液態(tài)金屬-高分子復合物顆粒平均粒徑分別對應1.69,0.78,0.73,0.65,0.44,0.40,0.36,031μm,超聲時間越長粒徑越小,且越均勻,超聲到達一定時長后,粒徑變化減校見圖2-3b,對應不同時間印刷制成的導體的單位電阻分別為2.64,3.30,3.70,4.29,7.34,13.35,33.00,351.20Ω/cm,說明粒徑越小印刷而成的電路電阻越大。因此,本課題選擇60-90s作為理想超聲時間進行油墨制備,以保證后續(xù)印刷電路的穩(wěn)定性和有好的電學性能。

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]柔性印刷電子技術解析及發(fā)展趨勢[J]. 崔錚,王展.  集成電路應用. 2019(02)
[3]介電彈性體材料研究現(xiàn)狀綜述[J]. 金麗麗,鄂世舉,曹建波,劉愛飛,江孝琪,葛彩軍,朱喜林.  機電工程. 2016(01)



本文編號：3315722