3D打印自修复柔性电路及其制备方法技术

本申请公开了3D打印自修复柔性电路及其制备方法。该柔性电路包括由从上至下依次叠设的导电层a、溶液修复层a、柔性支撑层、溶液修复层b和导电层b。本申请通过在柔性电路内部置入自修复溶液，在满足电路基本功能的前提下，具备自修复的功能，能够在电路因外界作用断裂失效时，自动修复裂纹，无需人为确定断裂位置，手动修复，避免了柔性电路修复过程中的步骤，延长柔性电路的使用寿命。本柔性电路的制备通过3D打印成形，能够根据用户定义自由排布设计，可以满足任意复杂形状和复杂布局电路的直接制造，在柔性电路的制备方面，省去排线布局然后机加工的步骤，效率较高。效率较高。效率较高。

【技术实现步骤摘要】
3D打印自修复柔性电路及其制备方法


[0001]本申请涉及电路制造的
，尤其涉及3D打印自修复柔性电路及其制备方法。

技术介绍

[0002]柔性电路是将电子元件安装在柔性基板上形成的特殊电路。柔性电路重量轻，厚度薄，柔软可弯曲，可以在保持功能完整的的同时对设备进行弯曲、折叠、拉伸，这使得柔性电路在传感器、医疗设备、智能纺织、光伏技术、显示器等领域具有广泛的应用前景。
[0003]然而，柔性电路在使用过程中存在疲劳失效的问题。如应用于人体穿戴设备的柔性电路可以适应人体运动过程中多个关节运动带来的屈曲形变，但随着应用时间的延长，柔性电路容易出现疲劳失效的问题，电路疲劳断裂会导致设备使用出现问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请提供3D打印自修复柔性电路及其制备方法，能够解决了现有柔性电路因材料损坏而导致使用寿命较短的问题。
[0005]已为普遍存在或被意识到的是，相关技术中，随着应用时间的延长，柔性电路容易出现疲劳失效的问题，电路疲劳断裂会导致设备使用出现问题。
[0006]自修复材料是一种能够在受损时自我修复的新型材料。自修复材料种类很多，如形状记忆合金自修复材料，借助埋植在金属内部的形状记忆金属丝，受热产生回复应力使裂纹闭合；自修复水凝胶，由非共价键构成物理交联点而形成三维网络结构，可以利用静电作用、疏水作用、氢键作用、主客体作用等完成自修复。将自修复材料应用于柔性电路的制造，能够在电路疲劳失效后完成自我修复，而不需要人工修复，延长了电路的使用寿命，节约了人工时间。
[0007]增材制造是一种依靠计算机辅助设计成形的工艺过程，能够根据用户定义成形指定的零件形状。结合增材制造技术和自修复材料，能够在自主随形打印柔性电路的同时，具备自修复功能，其成形的柔性电路可以适应更加复杂的应用环境，节约制造成本，拓宽柔性电路的应用领域。
[0008]基于上述材料的已知属性，本专利技术人创造性将其应用到柔性电路设计中。通过在柔性电路内部置入自修复溶液，在满足电路基本功能的前提下，具备自修复的功能，能够在电路因外界作用断裂失效时，自动修复裂纹，无需人为确定断裂位置，手动修复，避免了柔性电路修复过程中的步骤，延长柔性电路的使用寿命。
[0009]基于此，创立了本专利技术创造。
[0010]第一方面，本申请提供1.一种3D打印自修复柔性电路，该柔性电路包括由从上至下依次叠设的导电层a、溶液修复层a、柔性支撑层、溶液修复层b和导电层b；
[0011]其中，所述导电层a、导电层b用于电路连接，所述溶液修复层a、溶液修复层b由自修复溶液所形成并用以在所述导电层a、导电层b被破坏时对其修复；所述柔性支撑层用于
支撑所述溶液修复层a、溶液修复层b。
[0012]第二方面，本申请提供一种如上述3D打印自修复柔性电路的制备方法，采用3D打印依次堆叠成型所述导电层a、溶液修复层a、柔性支撑层、溶液修复层b和导电层b。
[0013]鉴于3D打印属于所属领域非常成熟技术，采用3D打印形成本自修复柔性电路的具体过程，也是容易想到的。
[0014]作为可示范性地实例，通过UG、Solidworks、Catia、Magics等三维建模软件对用户定义的柔性电路设计建模，并导出为STL格式。
[0015]S5：采用自下而上的打印方式，首先通过喷头打印导电层b，在导电层b的基础上，成形溶液修复层b的多个柔性隔板，当柔性隔板的高度打印完成后，向网格中注入预先配置好的氯化钠和丙烯酸的复合溶液。由于该复合溶液具有一定的粘度，且成形的材料均为凝胶类材料，无需人为使用支撑。接着成形柔性支撑层，并在此基础上重复上述操作，直到最上层的导电层a成形完成。
[0016]合适但非限制性地，成型所述溶液修复层b包括以下步骤：
[0017]在导电层b上，3D打印成形多个网格状的柔性隔板；
[0018]向柔性隔板的网格中注入溶液修复溶液，成型得到所述溶液修复层b。
[0019]以上柔性隔板的设计考虑是：网格和网格之间通过柔性隔板分割，分割为多个网格的目的是可以分别对导电层的不同地方进行修复。网格内为氯化钠与丙烯酸的混合溶液，经过3D打印喷头喷置于预先制备好的网格内，当导电层材料被破坏时，由于氯化钠溶液中有大量的钠离子和氯离子，在阴离子和阳离子的作用下，表面带电的聚合物链容易从一侧扩散至另一侧,使得表面稳定的离子键重新形成，从而起到自修复的功能。而丙烯酸用以增大溶液的粘度，防止溶液在导电层缺口处外溢。
[0020]合适但非限制性地，所述导电层a和导电层b由聚丙烯酸
‑
HACC水凝胶溶液，同碳纳米管粒子的复合溶液复合制备。
[0021]以此，该水凝胶在外力作用下破裂时，表面的离子键被破坏。
[0022]合适但非限制性地，所述复合制备的过程包括以下步骤：
[0023]将HACC溶解丙烯酸水溶液中，形成混合液，
[0024]向所述混合液中添加过硫酸铵，发生聚合反应，得到交联物；
[0025]向所述交联物中添加碳纳米管粒子，并分散形成复合凝胶溶液；
[0026]将所述复合凝胶溶液经过3D打印喷头加热挤压，并固化。
[0027]合适但非限制性地，所述丙烯酸水溶液的摩尔浓度为2
‑
3mol/L。
[0028]合适但非限制性地，所述溶液修复层a、和溶液修复层b为由氯化钠和丙烯酸水溶液所复合制备。
[0029]合适但非限制性地，所述复合制备具体为：将氯化钠溶液与丙烯酸水溶液混合，再经过超声搅拌，保温后得到复合溶液。
[0030]合适但非限制性地，所述氯化钠溶液的摩尔浓度为1
‑
1.5mol/L，所述丙烯酸水溶液的质量浓度为0.5
‑
1.5wt％。
[0031]合适但非限制性地，所述柔性支撑层为聚丙烯酸
‑
HACC水凝胶溶液的制备，或者柔性高分子材料制成。
[0032]应当注意的是，该柔性支撑层可以不掺杂有碳纳米管，没有导电作用，其主要作用
是提高电路整体的强度。
[0033]总体而言，通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0034](1)本申请通过在柔性电路内部置入自修复溶液，在满足电路基本功能的前提下，具备自修复的功能，能够在电路因外界作用断裂失效时，自动修复裂纹，无需人为确定断裂位置，手动修复，避免了柔性电路修复过程中的步骤，延长柔性电路的使用寿命。
[0035](2)本申请柔性电路的制备通过3D打印直接固化成形，能够根据用户定义自由排布设计，可以满足任意复杂形状和复杂布局电路的直接制造，在柔性电路的制备方面，省去排线布局然后机加工的步骤，效率较高。
[0036](3)本申请采用的材料丙烯酸/HAAC(2
‑
羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖)水凝胶溶液，其在氯化钠作用下的修复是依靠静电相互作用完成的，自愈效率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印自修复柔性电路，其特征在于，该柔性电路包括由从上至下依次叠设的导电层a、溶液修复层a、柔性支撑层、溶液修复层b和导电层b；其中，所述导电层a、导电层b用于电路连接，所述溶液修复层a、溶液修复层b由自修复溶液所形成并用以在所述导电层a、导电层b被破坏时对其修复；所述柔性支撑层用于支撑所述溶液修复层a、溶液修复层b。2.一种如权利要求1所述3D打印自修复柔性电路的制备方法，其特征在于，采用3D打印依次堆叠成型所述导电层a、溶液修复层a、柔性支撑层、溶液修复层b和导电层b。3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，成型所述溶液修复层b包括以下步骤：在导电层b上，3D打印成形多个网格状的柔性隔板；向柔性隔板的网格中注入溶液修复溶液，成型得到所述溶液修复层b。4.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述导电层a和导电层b由聚丙烯酸
‑
HACC水凝胶溶液，同碳纳米管粒子的复合溶液复合制备。5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述复合制备的过程包括以下步骤：将HAC...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈道兵，薛龙建，雷祎凤，肖康健，李刚，刘洪涛，刘胜，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：