一种丝网印刷用的分形结构银微粒导电油墨制备嵌入式电极及方法技术

本发明专利技术涉及一种丝网印刷用的分形结构银微粒导电油墨制备嵌入式电极及方法，按重量份数计，原料包括：分形结构银微粒2份～6份，羟丙基甲基纤维素15份～60份，氟表面活性剂0.002份～1份，消泡剂0.01份～1份，异丙醇1份～10份，水5份～45份，PDMS预聚物10份～50份和PDMS固化剂1份～10份。本发明专利技术能够在保持印刷电极原有的性能的同时还能引入嵌入结构的优点，极大地增强电极的耐剥离能力和耐湿性，保护印刷电极不容易被破坏。本发明专利技术采用具有三维枝晶结构的分形结构银微粒，可在嵌入PDMS基底后，在其表面利用分支结构形成导电网络，不会引起导电性能的大幅下降。

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【技术实现步骤摘要】
一种丝网印刷用的分形结构银微粒导电油墨制备嵌入式电极及方法
本专利技术属于柔性电极
，涉及一种丝网印刷用的分形结构银微粒导电油墨制备嵌入式电极及方法。
技术介绍
电子设备已经成为人们日常生活的必需品，具有柔性和可拉伸功能的电子产品能够进一步提高人们的生活质量，是电子设备未来发展的趋势之一。然而，传统的电子装置在例如弯曲、扭曲和拉伸应变等机械变形的条件下容易失效。为了满足人们的需求，对柔性和可穿戴电子设备的研究引起了社会各界的广泛关注。作为柔性和可拉伸电子设备的重要组成部分，柔性电极常常被运用于柔性发光器件、电子传感器、能量转换和存储器件以及电子皮肤等。因此，高性能和可拉伸柔性电极的制备对促进柔性和可拉伸电子器件的发展有着重要意义。可拉伸柔性电极主要可以分为两类，一类是在不可伸缩组件上实现拉伸性，即结构可拉伸电极；另一类是制作本身就可伸缩的组件，即材料可拉伸电极。材料可拉伸电极相比于结构可拉伸电极不需要复杂的制备工艺而且应用范围广泛，更具有发展的潜力。导电材料和弹性聚合物对于制备材料可拉伸柔性电极是必不可少的，其中导电材料提供导电性能，而聚合物则赋予电极柔韧性和机械耐久性。PDMS、Ecoflex和氟橡胶都是常用的柔弹性基材。其中PDMS是最广泛使用的柔弹性基材，不仅因为它具有低成本以及优异的柔韧性和拉伸性能，而且还因为其具有良好的化学稳定性。导电材料在电极的电学性能中起决定性作用。氧化铟锡是目前广泛使用的导电材料，但是由于其自身的脆性和高成本，不适合用于制备柔性电极。因此，有必要开发新的适用于柔性电极的导电材料。迄今为止，已有许多关于导电材料和柔性电极制造的报道。典型的例子包括将铜纳米线转移到弹性体基底表面、银纳米线嵌入柔性或弹性体基底中、碳纳米管嵌入弹性体基底中、碳纳米管涂覆弹性体基底表面、加载或注入液态金属到弹性体中以及导电聚合物与弹性体基材混合后固化等。尽管这些导电材料和电极的制备方法各有特点，但是制备具有高导电性和合成工艺简单的柔性电极才是主要目标。在这些导电材料中，碳纳米材料和导电聚合物具有相对低的导电性，液态金属易于被氧化并且缺乏导电稳定性。相比之下，具有高导电性和良好稳定性的金属材料被认为是用于制造柔性电子器件的合适候选者。在这些金属材料中，银的导电性最高而且成本也在可接受的范围，因此银是最常用的金属导电材料。然而，具有特殊三维结构的分形结构银微粒由于其制备过程中形貌的不可控性很少被用作导电材料。与银纳米线和银纳米颗粒等其他结构相比，分形结构银微粒在三维空间中具有许多微米级主干，并且每个主干上具有许多纳米级的尖端。这样的形貌意味着分形结构银微粒作为导电材料有着很大的潜力，因为相邻的银微粒之间具有丰富的接触点并且更容易相互连接形成导电网络。制备柔性电极的方法之一是将由导电材料组成的导电网络粘黏在PDMS或其他柔弹性基底的表面。然而，这些柔弹性基底的表面能相对较低，导致不利于导电网络的粘附。在拉伸、弯曲和扭曲应变下，导电材料容易脱落，从而使得柔性电极的电导率降低。同时，柔性电极容易被破坏和氧化，因为导电网络完全暴露在基底表面。制造电极的另一种方法是将导电材料嵌入弹性基底表面。嵌入式结构的优势是能够提高导电网络的机械稳定性，使得导电材料难以从基底中剥离。而且，嵌入式结构可以避免导电网络与空气的直接接触，有效降低导电网络的氧化速度，但是，由于嵌入式结构是将导电网络嵌入到PDMS基底中，嵌入式的结构会引起柔性电极的导电性能相比于印刷电极下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种丝网印刷用的分形结构银微粒导电油墨制备嵌入式电极及方法，能够在保持印刷电极原有的性能的同时引入嵌入结构。为了达到上述目的，本专利技术电极采用如下技术方案：按重量份数计，原料包括：进一步地，分形结构银微粒的粒径为5～15μm。进一步地，氟表面活性剂采用ZonylFC-300氟表面活性剂，消泡剂型号为巴斯夫MO-2170。进一步地，分形结构银微粒是三维枝晶结构。本专利技术方法的技术方案是：包括以下步骤：(1)先将羟丙基甲基纤维素加入3～43份水中混合均匀得到羟丙基甲基纤维素的水溶液；将氟表面活性剂和消泡剂加入2～3份水中混合均匀，再依次加入羟丙基甲基纤维素的水溶液、分形结构银微粒和异丙醇，制得丝网印刷用的分形结构银微粒导电油墨；(2)将丝网印刷用的分形结构银微粒导电油墨印在基底上，分形结构银微粒均匀的沉积在基底表面并形成导电网络，再将PDMS预聚物和PDMS固化剂均匀混合后倾倒在基底表面，并将导电网络完全覆盖，静置后依次经过加热固化和剥离，得到嵌入式电极。进一步地，步骤(2)中的基底为PET膜，丝网印刷用的分形结构银微粒导电油墨的印刷厚度为20～60μm。进一步地，PDMS预聚物和PDMS固化剂混合后的覆盖厚度为1～3mm。进一步地，步骤(2)中静置1h；固化是在80℃固化4h。进一步地，分形结构银微粒的制备步骤具体包括：将硝酸银溶液与羟胺溶液按相同流速混合均匀，分离沉淀物并清洗烘干得到分形结构银微粒；其中，硝酸银和羟胺的摩尔比为0.06:0.24，硝酸银溶液与羟胺溶液的流速均为4～8ml/min。进一步地，该嵌入式电极包括PDMS弹性体以及嵌入到PDMS弹性体表面的分形结构银微粒。与现有技术相比，本专利技术电极具有以下有益的技术效果：本专利技术嵌入式电极为柔性电极，测得的方阻为0.0818～0.84Ω；在完成100次弯曲循环后，嵌入式柔性印刷电极在弯曲状态和释放状态的相对电阻分别稳定在1.10～1.14和1.01～1.03；100次拉伸循环过程中相对电阻的变化，在100次循环后，电极在拉伸状态和释放状态的相对电阻分别为4.89～5.89和1.34～1.76；嵌入式印刷电极在100次胶带剥离循环过程中相对电阻的变化，从第一次剥离开始到剥离测试结束，整个胶带剥离循环过程中嵌入式印刷电极的相对电阻的变化幅度很小，变化区间范围在0.16内。本专利技术方法的有益效果如下：(1)本专利技术制备导电油墨过程操作简单，成本低；采用涂布法在基底上形成由分形结构银微粒组成的导电网络，然后将PDMS预聚物和PDMS固化剂均匀混合后倾倒在基底表面，形成PDMS弹性体，将导电网络嵌入PDMS弹性体表面制成嵌入式柔性电极。(2)通过加入分形结构银微粒，可以形成很好的导电网络，导电性能优异；且油墨成膜速度较快，成膜性好。(3)能够在保持印刷电极原有的性能的同时还能引入嵌入结构的优点，极大地增强电极的耐剥离能力和耐湿性，保护印刷电极不容易被破坏。本专利技术采用具有三维枝晶结构的分形结构银微粒，可在嵌入PDMS基底后，在其表面利用分支结构形成导电网络，不会引起导电性能的大幅下降。(4)电极的机械性能从原本的柔性扩展至具有可拉伸性，进一步扩大了印刷电极的应用范围。进一步地，本专利技术通过控制制备分形结构银微粒时硝酸银溶液与羟胺溶液的摩尔配比，及制备过程中溶液流速，制备出了形貌可控且均一的分形结构银微粒。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简单、低成本的具有良好导电性的分形结构银微粒导电油墨及嵌入式电极的制备方法。本专利技术一种丝网印刷用的分形结构银微粒导电油墨及嵌入式电极的制备方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种丝网印刷用的分形结构银微粒导电油墨制备的嵌入式电极，其特征在于：按重量份数计，原料包括：

【技术特征摘要】
1.一种丝网印刷用的分形结构银微粒导电油墨制备的嵌入式电极，其特征在于：按重量份数计，原料包括：2.根据权利要求1所述的一种丝网印刷用的分形结构银微粒导电油墨制备的嵌入式电极，其特征在于：分形结构银微粒的粒径为5～15μm。3.根据权利要求1所述的一种丝网印刷用的分形结构银微粒导电油墨制备的嵌入式电极，其特征在于：氟表面活性剂采用ZonylFC-300氟表面活性剂，消泡剂型号为巴斯夫MO-2170。4.根据权利要求1所述的一种丝网印刷用的分形结构银微粒导电油墨制备的嵌入式电极，其特征在于：分形结构银微粒是三维枝晶结构。5.如权利要求1-4任意一项所述的一种丝网印刷用的分形结构银微粒导电油墨制备嵌入式电极的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)先将羟丙基甲基纤维素加入3～43份水中混合均匀得到羟丙基甲基纤维素的水溶液；将氟表面活性剂和消泡剂加入2～3份水中混合均匀，再依次加入羟丙基甲基纤维素的水溶液、分形结构银微粒和异丙醇，制得丝网印刷用的分形结构银微粒导电油墨；(2)将丝网印刷用的分形结构银微粒导电油墨印在基底上，分形结构银微粒均匀的沉积在基底表面并形成导电网络，再将PDMS预聚物和PDMS固化剂均匀混合后倾倒在基底表面，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张素风，华晨，李永威，贺斌，刘丽娜，张楠，金崭凡，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61