使用无颗粒导电油墨制造的电子纺织物制造技术

本发明专利技术描述了用于形成电子纺织物的方法，其中所述方法包括在纺织物底物上印刷无颗粒导电油墨，以及固化所述纺织物底物以在其表面产生导电图案。印刷过程包括喷墨印刷，并且可以产生油墨渗出量小于0.5mm(例如小于0.2mm)的印刷图案。印刷时，可以在印刷过程中或印刷过程前，将纺织物底物加热至约30℃至约90℃。可以通过加热和/或光照固化所述织物底物，以产生薄层电阻小于10Ω/

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用无颗粒导电油墨制造的电子纺织物
相关申请的交叉引用
[0001]本专利技术要求以下在美国法典第35编第119(e)条下提交的在先申请的权益：于2018年2月13日提交的申请号为62/630,005的在先美国临时申请；于2018年5月22日提交的申请号为62/674,864的在先美国临时申请和于2018年10月15日提交的申请号为62/745,710的在先美国临时申请，上述在先申请的全部内容被并入本文中。


[0002]本专利技术总体上涉及一种在上面印有导电图案的纺织物和电子纺织物上印刷无微粒导电油墨的方法。

技术介绍

[0003]电子纺织物(“e-textiles”)被称为并作为一种可穿戴技术，其直接将电子元件嵌入纺织物中，例如嵌入一件衣服中。电子纺织物在生物医学、体育竞技、军事和能源采集领域中具有广泛的应用。但已知的电子纺织物并非没有缺点。例如，可穿戴装置中的元件通常通过线缆和各种连接器相连，这些连接器可能会被卡住，或者干扰织物或服装的正常使用。并且，电子纺织物的各种元器件通常不易清洗。
[0004]目前针织、编织和刺绣导电线已经被用来解决这些问题，但这种解决方案一般不具有可扩展性，且不易生产。此外，由于加入了导电线，这些纤维织物常常是粗糙和/或多孔的。导电金属涂层和丝网印刷技术也已用于在纺织物上嵌上导电图案，但在不同的纺织物底物上得到连续的导电通道具有一定困难。
[0005]印刷电子是世界上发展最快的技术之一，可以将复杂的电子功能集成到各种产品中。但是，油墨以及将这些油墨印刷至纺织物上的方法却发展滞后。合适的油墨是生产这些印刷电子产品的必要条件，其中，导电油墨被认为是用于各种电极(包括透明电极)的最重要的材料。通常，使用由导电纳米颗粒组成的电子油墨，利用一系列印刷系统(例如，凹版印刷、柔性版印刷、(圆)丝网印刷、胶版印刷、凹版胶印、微扩散、直接写入印刷、(纳米)压印系统)，印刷(或涂覆)底物。随后进行干燥或烧结，以形成具有预期形状的金属线。尽管这些油墨通解决了现有技术中在诸如玻璃等底物上设置导电通道的一些难题，但是这些油墨通常并不用于在固化油墨时所使用的高烧结温度下可能熔化或变形的纺织物。
[0006]此外，这些油墨通常存在长期存储稳定性差和/或发生颗粒聚集或沉淀，在使用某些印刷方法时会导致喷头堵塞等问题。已经采用高分子材料作为稳定剂来规避这种问题。但是，稳定剂的过量使用会增加油墨的粘度，或者导致例如增加表面张力、提高烧结温度和降低导电性等问题。
[0007]解决纳米颗粒油墨的这些问题的一种方法是使用有机金属盐或络合物作为金属前驱体。但是，含银羧酸盐通常不易溶解，且分解温度高，这限制了其适用性。为了解决上述问题，已经做出了各种尝试，例如，使用其中的电子供体(例如胺或膦化合物)与氟化羧酸配位的银前驱体。这种金属络合物油墨金属固体含量低和/或者存在储存稳定性差的问题，这
限制了其在需要高度可靠性和导电金属迹线的产品中的应用。
[0008]因此，在本领域中需要改进的油墨以及将这个样的油墨印刷至纺织物上以生产电子纺织物的方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术中描述了形成电子纺织物的方法，其中所述方法通常包括在纺织物底物上印刷无颗粒导电油墨，以及固化所述纺织物底物从而在其上产生导电图案。根据本专利技术的某些方面，可以通过加热和/或光照固化所述纺织物底物。例如，可以通过加热固化所述纺织物底物，例如在低于250℃，或低于200℃，或低于150℃的温度下。可选地或附加地，固化方法可以包括照射所述纺织物底物，比如，暴露于2-20光脉冲的光线下(例如光子固化)，或者包括暴露于红外线照射下。一旦固化完成，所述纺织物底物上的导电图案形成薄层电阻，其可以低至1Ω/
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或者更低。
[0010]根据本专利技术的某些方面，在打印工序之前和/或期间，可以将纺织物底物加热至30℃至90℃，例如，30℃至60℃，或在打印工序之前和/或期间，可以将纺织物底物加热至40℃至90℃。
[0011]可以通过柔性版印刷、凹版印刷、凹板胶印、圆网印刷、气动气溶胶喷印、超声气溶胶喷印、挤压印刷、开槽模印刷，微扩散，直接写入印刷、喷墨印刷或其组合，在底物上进行印刷。根据本专利技术的某些方面，可以使用喷墨印刷技术印刷导电油墨，使用所述方法得到的印刷图案的油墨渗出量小于0.5mm，例如小于0.2mm，或甚至小于0.1mm。
[0012]根据本专利技术的某些方面，上述图案可以包括一层或多层无颗粒导电油墨，例如包括至少2层，或至少4层，或至少6层，或更多层的无颗粒导电油墨。
[0013]所述纺织物底物可以包括聚合物、有机以及合成纤维、塑料、金属、陶瓷、玻璃、硅、半导体和其他可以使用的固体。可以使用有机和无机纺织物底物。根据本专利技术的某些方面，所述纺织物底物可以是纺织物，例如针织、编织、或者非编织纺织物，或者由有机纤维或合成纤维制成的纺织物。除了有机材料(例如，棉、纤维素、丝绸、木材、羊毛纤维)，这种纺织物底物的示例性纤维至少包括聚酯、聚酰胺、尼龙、依沃珑氨纶以及其他合成材料。
[0014]印刷在纺织物底物上的导电图案可以包括传感器、电极、迹线、天线、加热元件及其任意组合。
[0015]所述无颗粒导电油墨可以含有溶解于溶液中的至少一种金属络合物，其中所述至少一种金属络合物含有至少一种金属、至少一种第一配位体以及一种第二配位体。示例性的金属包括银、金或铜。示例性的第一配位体包括含胺和含硫的化合物，以及示例性的第二配位体包括羧酸、二元羧酸以及三元羧酸。示例性的溶液包括一种或多种极性质子溶剂，例如选自至少包括水、乙醇、胺、氨基醇、多元醇及其组合物的组的至少两种极性质子溶剂。
[0016]在25℃下，所述金属络合物在溶剂中的溶解度至少为50mg/ml，或至少为250mg/ml，或至少为500mg/ml，或至少为1000mg/ml，或至少为1500mg/ml，或至少为2000mg/ml。
[0017]本专利技术还涉及形成导电图案的方法。根据本专利技术的某些方面，所述方法包括在底物上沉积本文中所详述的无颗粒导电油墨，以及固化所述底物以产生导电图案，所述导电图案的电导率至少为1000S/m，例如，至少为5000S/m，或至少为10000S/m，或至少为50000S/
m，或至少为100000S/m，或至少为1000000S/m，或至少为10000000S/m，或甚至为2
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107S/m。
[0018]根据本专利技术的某些方面，所述第一和第二配位体受热挥发的温度为250℃或更低，200℃或更低，或甚至150℃或更低，因此固化温度可以为250℃或更低，200℃或更低，或甚至150℃或更低。
[0019]根据本专利技术的某些方面，可选择地或附加地，固化底物可以包括辐照底物不超过15min。辐照底物可以包括将其暴露于脉冲光，例如2至20的脉冲光，和/或包括红外线辐射。
[0020]本专利技术还公开了使用本专利技术中的方法制成的电子纺织物，以及包括所述电子纺织物的可穿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种形成电子纺织物的方法，所述方法包括：在纺织物底物上沉积无颗粒导电油墨以形成至少一种图案，其中，所述无颗粒导电油墨保形地涂覆所述纺织物的纤维；以及，固化所述至少一种图案中的所述无颗粒导电油墨，以形成至少一种导电图案，其中，所述至少一种导电图案的油墨渗出量小于0.5mm，且电阻小于10Ω/。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无颗粒导电油墨的油墨渗出量小于0.2mm，且电阻小于1Ω/。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过喷墨印刷在纺织物底物上沉积所述无颗粒导电油墨，所述纺织物底物被加热至约30℃至约90℃，例如，约40℃至约80℃。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过喷墨印刷在纺织物底物上沉积所述无颗粒导电油墨，包括印刷两层或以上的所述无颗粒导电油墨。5.如权利要求1所述的方法，进一步包括，在沉积所述无颗粒导电油墨时，将所述纺织物底物加热至约30℃至约90℃，例如，约40℃至约80℃。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述至少一种导电图案的油墨渗出量小于0.2mm。7.如权利要求1所述的方法，进一步包括，在固化所述无颗粒导电油墨之后，使用保护性介质涂层涂覆至少部分所述导电图案。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固化为，在低于200℃的温度下加热少于20分钟，暴露于2-20脉冲的脉冲光，暴露于红外线照射，或上述的任意组合。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用氧等离子、电晕、保护性涂层或其组合预处理所述纺织物底物。10.如权利要求1所述的方法，其中所述无颗粒导电油墨包括：至少一种金属络合物，包括：至少一种金属，至少一种向金属提供σ电子且在加热金属络合物时挥发的第一配位体，以及，至少一种第二配位体，所述第二配位体与所述第一配位体不同且也在加热金属络合物时挥发；一种或多种极性质子溶剂，其中在25℃时，所述金属络合物在所述一种或多种极性质子溶剂中的溶解度至少为250mg/ml，其中，在所述导电油墨中，所述至少一种金属、至少一种第一配位体以及至少一种第二配位体以化学计量量提供。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述一种或多种极性质子溶剂包括水、醇类、...

【专利技术属性】
技术研发人员：琴戈托，
申请(专利权)人：液体X印刷金属有限公司，
类型：发明
国别省市：