作为可印刷热敏电阻的含有硅‑碳复合物的导电薄膜制造技术

本申请公开了基于印刷的硅‑碳纳米复合物膜的温度感应装置及其制造方法。该方法包括高晶体质量的Si纳米颗粒(NP)与碳NP均匀混合并且Si‑C纳米复合物作为负温度系数(NTC)热敏电阻印刷。该NTC热敏电阻很适合于低成本读取器电路和目标为一次性温度传感器的集成系统。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】作为可印刷热敏电阻的含有枯-碳复合物的导电薄膜 相关申请的交叉引用 本申请要求于2014年3月11日提交的序号为61/967, 124的美国临时专利申请 的优先权，其W引用方式整体并入本文中。
本专利技术涉及温度感应装置。特别地，本专利技术涉及基于印刷纳米复合物膜的负温度 系数（NTC)热敏电阻。
技术介绍
热敏电阻，即温度感应电阻，被成功地用作温度传感器，温度传感器依赖于对电阻 的电阻率的较大温度依赖性。传统上，该些装置由过渡金属氧化物（Mn〇2、CoO、NiO等）使 用陶瓷技术工艺（在90(TC高温下烧结粉末）制成。因为具有随温度升高电阻率下降的特 性（负温度系数，NTC)，NTC热敏电阻显示了在工业和消费应用中，比如在电路中的热效应 补偿和高功率电子系统中的热管理中的广泛应用机会。
技术实现思路
因此本专利技术的一个目的是提供一种温度敏感的导电薄膜和其制造方法。该专利技术是 关于基于复合娃-碳纳米颗粒（nanoparticle，NP)的丝网印刷热敏电阻的制备方法。 因此，本专利技术从一个方面提供了一种含有粘合剂与娃晶体和碳颗粒复合物的导电 薄膜，其中碳颗粒占所述复合物中的重量百分比为1% -10%。 在一个示例性实施例中，所述碳颗粒占Si-C复合物中的重量百分比为5 % -10 %。 [000引在另一个示例性实施例中，娃晶体和碳颗粒各自的尺寸为1纳米至100微米，或 80-300纳米，或50-200纳米，或40-60纳米。 在又一个示例性实施例中，娃晶体选自惨杂娃或非惨杂娃，并且碳颗粒选自由碳 黑、石墨薄片和纳米片状石墨帰所组成的组。 在又一个示例性实施例中，所述膜用于制造负温度系数热敏电阻。 从另一方面，本专利技术提供了负温度系数热敏电阻。该热敏电阻包括具有导电薄膜 布置在其上的基层，和用于与外部电路连接的与所述薄膜接触的至少一对电极。 从又一方面，本专利技术提供了生产导电薄膜的方法。该方法包括的步骤为；a)将碳 颗粒与娃晶体混合W得到Si-C复合物；b)将所述Si-C复合物与粘合剂和稀释剂混合W得 到热敏油墨；C)将所述油墨印刷在基层上W形成所述导电薄膜。在该方法中，碳颗粒占所 述Si-C复合物中的重量百分比为1% -10%。 与由金属氧化物制成的传统NTC比较，Si-C纳米复合物NTC表现出低成本、完全 可印刷性、低的制造温度和更高灵敏度的很多优势。【附图说明】图1(a)示出了 Si NP的TEM图像；图1(b)示出了分散在己醇中的Si NP的颗粒 尺寸分布；图1(c)示出了分散在己醇中的碳NP的颗粒尺寸分布。图2(a)示出了丝网印刷Si-C纳米复合物膜的沈M图像；图2(b)示出了 AFM的高 度图像；图2(c)不出了 C-AFM的电导率分布图。[001引图3(a)示出了不同碳颗粒含量的电阻对温度的依赖性；图3(b)示出了印刷Si-C 纳米复合物传感器的典型灵敏度曲线。图4示出了根据碳颗粒含量的Si-C纳米复合物膜的的变化示意图；图4(a)示出 了分离的碳颗粒，图4(b)示出了不完全的C NP网络；且图4(c)示出了碳颗粒的完全渗透 网络。[001引图5示出了梳状Ag电极和印刷NTC热敏电阻的照片。 图6示出了 Si-C纳米复合物样品的NTC电阻对温度的依赖性，具有作为指数拟合 的实线。 图7示出了 Si NP和石墨薄片的混合物样品的NTC电阻对温度的依赖性，并且实 线是对实验数据的指数拟合。 图9示出了通过电化学蚀刻方法合成的Si NP的颗粒尺寸分布。[002引图10示出了基于来自电化学蚀刻Si晶片的重惨杂Si NP的印刷热敏电阻的电阻 对温度的依赖性，其具有作为指数拟合的实线。 图11示出了印刷Ag电极的照片，并且虚线正方形示出了 Si浆的印刷区域。 图12示出了与有源RFID模块整合的印刷温度传感器的配置示意图。 图13示出了与有源RFID标签整合的印刷温度传感器的通过RFID读取器的数据 收集。【具体实施方式】 如此处和权利要求中所用，"包括"指的是包含W下元件但不排除其它元件。 碳颗粒指的是无定形或者结晶碳颗粒。[002引材料分析 Si NP是单晶、非惨杂的且尺寸大约70皿。在图1(a)中，典型的透射电子显微镜 (TEM)图像表示，颗粒为单晶并具有20nm-100nm的尺寸范围，并且高分辨率的TEM显示， 作为图1(a)的插图，3-4nm的表面氧化物包围着Si颗粒。该种天然的表面氧化可W保护 Si NP不受环境水分和氧气的影响，并且在一定程度上提高它们的稳定性。通过激光散射 炬roo化aven Instruments 90Plus纳米颗粒尺寸分析仪）也对颗粒尺寸分布进行了分析， Si NP如图1(b)所示，而C NP如图1(c)所示。大多数Si NP具有约80nm的尺寸而且在图 1化）中也发现了峰值约为430nm的第二模式，其表示一些纳米颗粒聚集在一起成为更大的 团簇。碳的NP为两种模式分布，其中40-60nm颗粒尺寸的主要轮廓如图1(c)所示。 实施例1 Si-C纳米复合物印刷膜的制备 大约1. 3g的商业聚合物粘合剂，例如丙帰酸聚合物粘合剂被溶解在5. 5ml的己二 醇巧G)中。然后碳的NP被加入到娃的NP中，使得5g的Si-C纳米复合物粉末含有5 %重 量的碳的NP。最后，整个混合物在行星式揽拌机（Thinky AR-100)中被同质化两分钟并且 得到了用于丝网印刷的Si-c纳米复合物浆。温度传感器制备在柔性的聚对苯二甲酸己二 醇醋（阳T)基层上。具有1mm距离的两个电极使用DuPon巧064H银导体材料印刷，随后在 环境条件下固化。然后，W 15mmX 15mm的面积印刷Si-C纳米复合物浆，并制成覆盖在两个 Ag电极之上的的连续膜（如图5所示）。最后，装置在13CTC下被热固化lOmin从而使Si-C 纳米复合物层致密化并干燥装置中的溶剂。 在扫描电子显微镜（SEM)下，Si-C纳米复合物膜是高度致密的并且在图2(a)没 有观察到孔隙。通过表面轮廓测量仪测量的膜的厚度约为5 y m。由于碳的NP的形态与Si 的NP的形态很相似，因此碳的NP不能从SEM图像中被识别。为了研究在印刷膜中的碳颗 粒分布，利用接触式原子力显微镜（C-AFM) W根据通过C-AFM针尖的电流绘制导电率的变 化，该针尖在印刷Si-c纳米复合物膜的表面5 y mX5 y m的范围内移动。将12V的偏压施加 至IJC-AFM的针尖上，从而使电流从针尖传输至印刷膜。图2化）示出了该接触模式AFM的高 度信息，而图2(c)表示该印刷膜在SymXSjim的区域内对应于导电碳颗粒的导电率分布 图。该C-AFM分布图确定了导电碳颗粒均匀地分布在Si的NP基质中，而不形成任何导电 链路。如果在印刷膜中形成了导电链路，其会破坏NTC热敏电阻的温度敏感特性（使两个 分离的Ag电极电短路）。因此，实现导电颗粒的均匀分布，而不形成在渗透阔值的下限处形 成的传导路径，是该种纳米复合物材料的最重要的因素。 实施例2不同百分比的碳颗粒对Si-c纳米复合物膜的电阻的影响的研究 由于在该些Si-c纳米复合物膜中碳颗粒的不同百分比，可W观察到具有不同电 阻率的印刷膜的NTC热敏电阻性能。印刷膜的电阻R被根据温度依赖性进行研究本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有粘合剂以及硅晶体和碳颗粒的复合物的导电薄膜，其中，所述碳颗粒占所述复合物的重量百分比为1％‑10％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：孙彩明，
申请(专利权)人：纳米及先进材料研发院有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81