一种可穿戴电子设备的导电电极及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种可穿戴电子设备的导电电极及其制备方法与应用。将剥离成只有少数几层的石墨烯片均匀穿插到致密的绝缘氧化银网络中，通过改性可以使得该复合材料稳定分散到有机溶剂中，在打印后，通过退火工艺获得可用于可穿戴电子设备的柔性导电电极。本发明专利技术工艺简单、成本低廉且无多余杂质，可通过打印在柔性基底上形成柔性的高性能导电图案。性基底上形成柔性的高性能导电图案。性基底上形成柔性的高性能导电图案。

【技术实现步骤摘要】
一种可穿戴电子设备的导电电极及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于印刷电子领域，具体涉及一种可穿戴电子设备的导电电极及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着物联网的发展，大众对于快捷地获取各类信息的需求不断提高。可穿戴电子设备作为一种便携式的电子产品，可以非常方便的融入到用户的日常生活中。电极是几乎所有电子设备和微型电路的核心构件，而高导电的电极对于降低器件能耗与提高载流子传输效率具有非常重要的意义。但在柔性可穿戴电子器件中，导电电极还需要同时兼顾优异的抗弯折性、稳定性等，这对电极材料的研究提出了新的挑战。
[0003]喷墨印刷是一种按需打印的净成型沉积技术，相比于真空法，具有低成本、无需掩模版、适于大面积生产等优势。导电墨水的开发是打印柔性导电图案最为关键的环节，需要同时具备稳定性好、易于保存、低温退火等特性。现已有将金属颗粒、导电聚合物、碳基导电材料等用作导电功能材料，但是金属颗粒在弯折过程中容易发生断联，碳基、聚合物导电材料的导电性较差等，均限制了它们的进一步应用，因此对墨水终端的研发仍是目前亟待研究解决的问题。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种可穿戴电子设备的导电电极的制备方法。该方法能够将剥离的石墨烯片均匀穿插到致密的绝缘氧化银网络中，通过改性可以使得该复合材料稳定分散到有机溶剂中，在打印后，通过退火工艺获得可用于可穿戴电子设备的柔性导电电极。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供上述方法制得的一种可穿戴电子设备的导电电极。
[0006]本专利技术的再一目的在于提供上述一种可穿戴电子设备的导电电极在柔性薄膜晶体管、传感器、存储器等微电子领域中的应用。
[0007]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种可穿戴电子设备的导电电极的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将过量的石墨烯纳米片在表面活性剂的作用下，通过机械剥离均匀分散至溶剂中，然后离心去除多余表面活性剂以及快速沉积的石墨烯，取上清液得到稳定分散的石墨烯悬浮液；
[0010](2)在搅拌状态下，向步骤(1)稳定分散的石墨烯悬浮液中加入硝酸银溶液，搅拌均匀后，加入氢氧化钠溶液，待硝酸银与氢氧化钠充分反应，在石墨烯四周形成高浓度的氧化银后，离心，洗涤，获得石墨烯掺杂的氧化银复合粉末分散至有机溶剂中，得到由石墨烯掺杂的前驱体型银墨水；
[0011](3)将步骤(2)由石墨烯掺杂的前驱体型银墨水转入喷墨打印墨盒中，设定图形，调整打印参数进行打印，退火处理，得到导电电极；
[0012]其中，石墨烯纳米片的平均长轴直径为3～5μm，层数不超过10层；石墨烯掺杂的氧化银复合粉末中，氧化银的质量分数为85～96％。
[0013]优选地，步骤(1)所述表面活性剂为乙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚乙烯醇(PVA)中的至少一种。
[0014]优选地，步骤(1)具体为：将表面活性剂加入溶剂中，混合均匀后，加入石墨烯纳米片，室温下超声剥离分散，离心，取上清液。
[0015]优选地，步骤(1)所述过量的石墨烯纳米片和溶剂的比例为10～50mg：1mL，更优选50mg：1mL；所述表面活性剂和石墨烯纳米片的质量比为0.2～0.5：1，更优选0.2：1。
[0016]优选地，步骤(1)所述机械剥离为超声剥离，时间为3～6h，更优选4h。
[0017]优选地，步骤(1)所述离心的转速为7000～8000rpm，更优选为7000rpm，时间为2～3h，更优选为3h。
[0018]优选地，步骤(1)所述溶剂为乙醇、异丙醇、乙二醇和水中的至少一种。
[0019]优选地，步骤(2)所述硝酸银溶液的浓度为7～21mg/mL，优选14mg/mL；所述氢氧化钠溶液的浓度为1～9mg/mL，优选3.25mg/mL。所述硝酸银溶液和氢氧化钠溶液的溶剂均为乙醇、异丙醇、乙二醇和水中的至少一种。
[0020]优选地，步骤(2)中，硝酸银和氢氧化钠的质量比为17：4～17：6，更优选17：4。
[0021]优选地，步骤(2)所述石墨烯掺杂的氧化银复合粉末中，氧化银的质量分数为90～95％。
[0022]优选地，步骤(2)所述氢氧化钠溶液以0.5～5mL/s的速度滴加加入。
[0023]优选地，步骤(2)所述充分反应的时间为0.5～2h，更优选1h。
[0024]优选地，步骤(2)所述离心的转速为10000～12000rpm，更优选为12000rpm，时间为1～3h，更优选为1h。
[0025]优选地，步骤(2)所述有机溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)、甲苯
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乙醇混合溶剂或环己酮
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松油醇混合溶剂中的一种；更优选地，环己酮
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松油醇混合溶剂中环己酮和松油醇的体积比为85：15。
[0026]优选地，步骤(2)所述石墨烯掺杂氧化银复合粉末在有机溶剂中的浓度为10～15mg/mL，更优选15mg/mL。
[0027]优选地，步骤(2)所述洗涤指依次用乙醇和水清洗去除杂质。
[0028]优选地，步骤(3)所述退火处理为200～300℃热烧结，烧结时间为5～30min，更优选200℃热烧结5min。
[0029]优选地，步骤(3)所述打印参数中，装载喷嘴直径为16μm及以上，优选16μm；基底温度为50～80℃，优选50℃；其他打印参数可根据不同的喷墨打印系统进行调控，本专利技术实施例中，喷射频率2kHz，墨滴间距25μm，打印温度22℃，相对湿度70％。
[0030]优选地，步骤(3)所述图形根据实际需要进行设计。
[0031]上述方法制得的一种可穿戴电子设备的导电电极。
[0032]上述一种可穿戴电子设备的导电电极在柔性薄膜晶体管、传感器和存储器微电子领域中的应用。
[0033]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：
[0034](1)本专利技术以绝缘的氧化银颗粒为前驱体，引入表面积较大的石墨烯片穿插到致
密的氧化银网络中，在退火后，氧化银被还原为银颗粒并充当主要导电通道，在弯折时，银颗粒与银颗粒容易发生断联，而穿插在银网络中的石墨烯可以为断联的银颗粒架接额外的导电桥梁。此外，氧化银的还原温度较低，有利于降低退火温度并与柔性基底相兼容。
[0035](2)本专利技术采用原位反应的方式将只有少数几层的石墨烯片均匀穿插到致密的氧化银网络中。通过机械剥离的方式先将紧密堆积的石墨烯片剥离成只含有少数几层的石墨烯，之后由于溶液中离子分散的均匀性，可以将反应得到的氧化银颗粒均匀生成在石墨烯片层间以及片层周围，有利于之后银颗粒的保形沉积，可以使片层间的氧化银颗粒与片层周围的氧化银颗粒保持良好的相似性与均匀性。
[0036](3)本专利技术中墨水主体为氧化银前驱体，石墨烯在墨水中的比例，既可以防止喷嘴的堵塞又可以显著提上电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可穿戴电子设备的导电电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将过量的石墨烯纳米片在表面活性剂的作用下，通过机械剥离均匀分散至溶剂中，离心，取上清液，即为稳定分散的石墨烯悬浮液；(2)在搅拌状态下，向步骤(1)稳定分散的石墨烯悬浮液中加入硝酸银溶液，搅拌均匀后，加入氢氧化钠溶液，充分反应，离心，洗涤，所得石墨烯掺杂的氧化银复合粉末分散至有机溶剂中，得到前驱体型银墨水；(3)将步骤(2)由石墨烯掺杂的前驱体型银墨水转入喷墨打印墨盒中，设定图形，调整打印参数进行打印，退火处理，得到导电电极；其中，步骤(1)石墨烯纳米片的平均长轴直径为3～5μm，层数不超过10层；步骤(2)石墨烯掺杂的氧化银复合粉末中，氧化银的质量分数为85～96％。2.根据权利要求1所述一种可穿戴电子设备的导电电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，硝酸银和氢氧化钠的质量比为17：4～17：6。3.根据权利要求1所述一种可穿戴电子设备的导电电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述硝酸银溶液的浓度为7～21mg/mL；所述氢氧化钠溶液的浓度为1～9mg/mL；所述氢氧化钠溶液以0.5～5mL/s的速度滴加加入。4.根据权利要求1所述一种可穿戴电子设备的导电电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述石墨烯掺杂氧化银复合粉末中，氧化银的质量分数为90～95％。5.根据权利要求1所述一种可穿戴电子设备的导电电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述过量的石墨烯纳米片和溶剂的比例为10～50mg：1mL，所述表...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁洪龙，刘泰江，姚日晖，杨跃鑫，钟锦耀，李牧云，符晓，叶倩楠，邹文昕，彭俊彪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：