一种柔性电极和/或电路的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种柔性电极和/或电路的制备方法。该方法使用还原性聚合物与金属离子溶液，首先在柔性基片或者光滑的玻璃上利用图形化方法将还原性聚合物图形化为柔性电子电路或电极的图案，干燥剥离后浸渍在金属离子溶液，通过无电电镀的方法，使金属离子被还原性聚合物还原，在柔性电子电路或电极图案表面形成均匀的导电薄膜，从而制得了柔性电子电路或电极。与现有技术相比，本发明专利技术方法简单易行，解决了由于烧结引发的基底破坏和金属薄膜开裂的问题，有利于实现柔性印刷电路的“卷对卷”生产，在柔性印刷电子领域具有较大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性电极和/或电路的制备方法
本专利技术涉及柔性电子
，尤其是一种柔性电极和/或电路的制备方法。
技术介绍
柔性电子具有可弯曲、卷绕、折叠的特殊性能，结合高效、低成本、大面积的制造技术，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广阔的应用前景。目前柔性电子的加工技术主要包括微纳加工和印刷技术。微纳加工因需要经过掩膜制备、光刻、曝光、显影、刻蚀等多道工序，制备工艺复杂；而印刷技术(包括丝网印刷、挤压式涂布、喷墨打印等方式)可以将导电墨水直接印刷成所需的图案，大大减少了加工步骤，且节省了材料，降低了成本。常用的导电墨水的导电材料主要包括导电高分子、金属纳米颗粒、碳纳米管和石墨烯等，其中导电高分子和金属纳米颗粒是当前研究的热点。这主要是因为导电高分子具有易分散、易与柔性基底兼容等优势，而金属纳米颗粒具有良好的导电性。但二者也各有缺点：导电高分子材料的导电性较弱；而金属纳米颗粒易团聚，需要加入有机分散剂，但有机分散剂需要通过烧结去除，以提高材料的导电性，而烧结所伴随的高温则会破坏柔性衬底；同时，由于金属薄膜和柔性基底之间的热膨胀系数不匹配，也会导致金属薄膜发生开裂。
技术实现思路
本专利技术提供一种柔性电极和电路的制备方法，该方法利用还原性聚合物，金属离子溶液，包括如下步骤：步骤1：制备还原性聚合物墨水所述的还原性聚合物墨水包括还原性聚合物与溶剂，其中还原性聚合物具有还原作用，能够将氧化还原电位比其高的金属阳离子还原成金属单质。所述的还原性聚合物包括但不限于丙烯酰胺水凝胶、聚苯胺、聚吡咯等中的一种或几种。所述的溶剂包括但不限于氯仿、四氢呋喃、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等中的一种或几种。作为优选，所述的还原性聚合物墨水中，还原性聚合物质量占溶剂质量的百分比为1％-40％。作为优选，所述的还原性聚合物墨水中，还包括表面活性剂，用于调节表面张力和溶解度。所述的表面活性剂包括但不限于十二烷基磺酸钠、多聚磷酸钠、吐温80、磷酸三丁酯、羧甲基纤维素钠等中的一种或者几种。作为进一步优选，所述的还原性聚合物墨水中，表面活性剂质量百分比含量为0.1-16％。所述还原性聚合物墨水的制备方法不限，可以通过直接合成液相还原聚合物法制备，也可以通过溶剂溶解还原性聚合物粉末法制备。步骤2：按照所需柔性电极和/或电路的图案，将还原性聚合物墨水图形化在柔性基片或者光滑的玻璃基片上，得到柔性过渡电极和/或电路，干燥后从柔性基片或者光滑的玻璃基片分离，得到还原性聚合物柔性过渡电极和/或电路。图形化的方法不限，包括凹版印刷、凹版补偿印刷、挤压式涂布印刷、丝网印刷、弹性印刷、喷墨打印、流延法等中的一种或者几种。作为一种干燥实现方式，将柔性过渡电极和/或电路在温度范围为20-150℃，湿度范围在5％RH-95RH％的条件下静置2-48h。所述的柔性基片材料不限，包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺薄膜(PI)、聚偏二氟乙烯膜(PVDF)、聚四氟乙烯分散树脂(PTME)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨基甲酸酯(PU)等中的一种或者几种。作为优选，所述的柔性基片经过表面修饰处理。所述的表面修饰处理方法不限，包括等离子体处理、臭氧表面辐射、表面活性剂处理和接枝共聚处理中的一种或几种。步骤3：将柔性过渡电极和/或电路浸渍在金属离子溶液中，通过无电电镀的方法，氧化还原电位比还原性聚合物高的金属阳离子被还原，在其表面形成均匀的导电薄膜。所述的金属不限，包括铜、银、钴、镍、铝、锌、金、铂、钯等中的一种或者几种。所述的金属离子溶液不限，包括金属的可溶性盐酸、硫酸、硝酸盐、氯钯酸或氯金酸等。作为优选，所述的金属离子溶液的浓度为50-500ppm。作为优选，柔性过渡电极和/或电路浸渍在金属离子溶液中浸渍2-35min。本专利技术使用还原性聚合物，金属离子溶液，首先在柔性基片或者光滑的玻璃上利用图形化方法将还原性聚合物图形化为柔性电子电路或电极的图案，干燥剥离后浸渍在金属离子溶液，通过无电电镀的方法，使金属离子被还原性聚合物还原，在柔性电子电路或电极图案表面形成均匀的导电薄膜，从而制得了柔性电子电路或电极。与现有技术相比，具有如下有益效果：(1)本专利技术相较于传统印刷电路板导电线路的光刻腐蚀工艺具有工艺简单、材料节约、污染减少、成本降低等优点。(2)本专利技术相较于常见柔性印刷电子使用的金属纳米颗粒墨水制备导电线路的方法，降低了墨水制备的难度，解决了由于烧结引发的基底破坏和金属薄膜开裂的问题。(3)本专利技术有利于实现柔性印刷电路的“卷对卷”生产。附图说明图1是本专利技术实施例1中的还原性聚合物墨水在培养皿中自然延展成柔性薄膜的照片；图2是本专利技术实施例2中的还原性聚合物墨水通过喷墨打印得到的聚合物图形；图3是本专利技术实施例1中制得的导电薄膜的XPS测试结果。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。实施例1：(1)在酸性溶液中，通过过量硫酸铵溶液氧化聚合苯胺合成聚苯胺，用氢氧化钠溶液去质子化得到本征态聚苯胺。用2gN-甲基吡咯烷酮溶解0.2g聚苯胺粉末，通过磁力搅拌在50℃下剧烈搅拌1h得到聚苯胺墨水。(2)将聚苯胺墨水滴在光滑的玻璃培养皿中自然延展，干燥后得到聚苯胺薄膜。如图1所示，该聚苯胺薄膜可随意弯曲折叠。(3)配制100ppm的金氯酸溶液；将聚苯胺薄膜浸渍在该氯金酸水溶液中30min，金属离子被还原，在其表面形成均匀的导电薄膜，然后用去离子水清洗、烘干，得到导电薄膜。上述制得的导电薄膜的XPS测试结果如图3所示，XPS结果中出现明显的金单质的4f峰，说明了金离子被还原成金单质。实施例2：(1)在酸性溶液中，通过过量硫酸铵溶液氧化聚合苯胺合成聚苯胺，用氢氧化钠溶液去质子化得到本征态聚苯胺。用2gN-甲基吡咯烷酮溶解0.1g聚苯胺粉末，通过磁力搅拌在40℃下剧烈搅拌1h得到聚苯胺墨水。(2)柔性基片采用市售的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，厚度为0.5mm，使用氧等离子体对其表面进行改性。通过喷墨打印将聚苯胺墨水喷墨按照设计图形(中国科学院宁波材料所标志)打印在柔性基片上，待干燥后从柔性基片上剥离，得到印刷上设计图形的柔性薄膜。本实施例中，如图2所示，喷墨打印后得到印刷中国科学院宁波材料所标志的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。(3)配制100ppm的金氯酸溶液。将印刷上设计图形的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜浸渍在该氯金酸溶液中30min，金属离子被还原，在其表面形成均匀的导电薄膜，然后用去离子水冲洗，烘干，得到导电薄膜。上述制得的导电薄膜的XPS测试结果与实施例1相同，表明金离子被还原成金单质。以上所述的实施例对本专利技术的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本专利技术的具体实施例，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性电极和/或电路的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备还原性聚合物墨水所述的还原性聚合物墨水包括还原性聚合物与溶剂，其中还原性聚合物具有还原作用，能够将步骤(3)中氧化还原电位比其高的金属阳离子还原成金属单质；(2)按照所需柔性电极和/或电路的图案，将还原性聚合物墨水图形化在柔性基片或者光滑的玻璃基片上，得到柔性过渡电极和/或电路，干燥后从柔性基片或者光滑的玻璃基片分离，得到还原性聚合物柔性过渡电极和/或电路；(3)将步骤(2)制得的还原性聚合物柔性过渡电极和/或电路浸渍在金属离子溶液中，通过无电电镀的方法，金属离子被还原，在还原性聚合物柔性过渡电极和/或电路的表面形成均匀的导电薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种柔性电极和/或电路的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备还原性聚合物墨水所述的还原性聚合物墨水包括还原性聚合物与溶剂，其中还原性聚合物具有还原作用，能够将步骤(3)中氧化还原电位比其高的金属阳离子还原成金属单质；(2)按照所需柔性电极和/或电路的图案，将还原性聚合物墨水图形化在柔性基片或者光滑的玻璃基片上，得到柔性过渡电极和/或电路，干燥后从柔性基片或者光滑的玻璃基片分离，得到还原性聚合物柔性过渡电极和/或电路；(3)将步骤(2)制得的还原性聚合物柔性过渡电极和/或电路浸渍在金属离子溶液中，通过无电电镀的方法，金属离子被还原，在还原性聚合物柔性过渡电极和/或电路的表面形成均匀的导电薄膜。2.如权利要求1所述的柔性电极和/或电路的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，还原性聚合物包括丙烯酰胺水凝胶、聚苯胺、聚吡咯中的一种或几种。3.如权利要求1所述的柔性电极和/或电路的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，溶剂包括氯仿、四氢呋喃、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等中的一种或几种。4.如权利要求1所述的柔性电极和/或电路的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，还原性聚合物墨水中，还原性聚合物质量占溶剂质量的百分比为1％-40％。5.如权利要求1所述的柔性电极和/或电路的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，还原性聚合物墨水中，还包括表面活性剂；作为优选，表面活性剂包括十二烷基磺酸钠、多聚磷酸钠、吐温80、磷酸三丁酯、羧甲基纤维素钠中的一种或者几种；作为优选，所述的还原...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘钢，方清明，李润伟，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33