基于液态金属电极的柔性可穿戴电致发光器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于液态金属电极的柔性可穿戴电致发光器件及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：首先在织物表面热压一层TPU薄膜，使织物表面平整，然后在TPU薄膜表面涂覆液态金属，根据需要形成图案化的液态金属薄膜底电极，紧接着在底电极上依次喷涂介电层、发光层以及银纳米线顶电极，最后用透明TPU薄膜进行热压封装，完成柔性可穿戴电致发光器件在织物上的制作。液态金属的高电导率和本征流动性，保证了所制备电极的优良导电性、柔性和可拉伸性。利用喷涂技术实现器件各功能层在织物上的层层堆叠，工艺简单，容易操作，图案可控。控。

【技术实现步骤摘要】
基于液态金属电极的柔性可穿戴电致发光器件及其制备方法


[0001]本专利技术属于柔性可穿戴电子器件
，具体涉及一种基于液态金属电极的柔性可穿戴电致发光器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]可穿戴显示器作为纺织和时尚行业的一项新兴技术，与最先进的电子领域合作，正在吸引越来越多的学术界和产业界的关注。可穿戴设备希望能够灵活、轻便、透气、舒适，以满足日常应用。将电子装置与纺织品结合，形成电子纺织品，既可满足上述要求，又可满足日常服装的需要，具有通信、传感和供电功能的电子纺织品已得到广泛的开发。显示器作为电子设备的主要输出终端，与电子纺织品集成时，可以提供革命性的人机交互体验。电致发光(EL)器件被认为是非常理想的纺织品可穿戴显示器，因为其固有的柔韧性/延展性带来了强大的机械性能。嵌入发光复合材料的发光粉可以承受各种外部变形而不失去其发光性能。另一方面，EL器件具有简化的结构，只有上/下电极、发光层和单层或多层绝缘介质，没有对能带匹配的关键要求，这有助于利用成本效益和成熟的工艺进行大规模制造。
[0003]柔性电子器件的整体构成中，柔性导电线路是电子元件互连的关键，柔性的基底/封装材料是最后实现柔性电子器件功能的前提。由此可见，研究柔性电路的制备工艺尤为重要。常规的柔性电路一般多采用导电聚合物、银浆/线、碳纳米管等作为主要原材料，通过调节材料的比例、粘度等特性后，结合丝网印刷、刻蚀技术、喷墨打印等加工技术实现柔性导电线路的制备。然而，在制备过程中所用原材料的导电性能不佳、制备工艺环节复杂、制备周期长、加工过程所需的温度条件严格等因素，在很大程度上限制了柔性电路的实际生产和应用，降低了普适性和可操作性。
[0004]在室温液态金属中，镓基液态金属是一大类理化特性十分独特的新材料，其室温下呈液态，具有导电性强、热导率高等特点，且制造工艺不需要特殊的高温冶炼，绿色环保。这为其在柔性电子领域中的应用提供了先决条件。对于直接在织物上制造的EL器件，其机械柔性在很大程度上取决于电极的柔性。采用镓基液态金属制备电致发光器件的底部电极，能同时满足高导电性和高机械柔韧性的要求，为开发各种柔性和可穿戴的电致发光产品提供了宝贵的材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于液态金属电极的柔性可穿戴电致发光器件的制备方法，该制备方法简单高效，在赋予器件平面柔性的同时，还可以实现可穿戴显示功能。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种基于液态金属电极的柔性可穿戴电致发光器件的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0008](1)织物平面化：在织物表面热压一层TPU薄膜使织物表面形成平整层，该平整层提供光滑的织物表面，使后续层比直接在织物上涂覆、喷印具有更好的均匀性；
[0009](2)掩膜的制作：在电脑上设计发光图案，通过刻字机切割得到用于涂覆和喷印各功能层的掩膜；
[0010](3)图案化液态金属底电极的制备：将掩膜贴在TPU薄膜上，在掩膜未遮盖的TPU薄膜表面涂覆液态金属，形成图案化的液态金属底电极；
[0011](4)喷印介电层：在液态金属底电极上喷涂介电油墨，60
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100℃的温度下干燥15
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20分钟，使图案化的液态金属底电极表面形成介电层；
[0012](5)喷印发光层：在介电层上喷涂发光油墨，60
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100℃的温度下干燥15
‑
20分钟，待发光层溶剂完全挥发后，进行第二次喷涂，揭起掩膜，同样60
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100℃的温度下干燥15
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20分钟，形成发光层；
[0013](6)喷印银纳米线顶电极：在发光层上喷涂银纳米线分散液，室温晾干，形成透明的顶电极；
[0014](7)器件封装：将透明TPU薄膜热压到器件顶部进行封装，得到柔性可穿戴电致发光器件。
[0015]液态金属的高电导率和本征流动性，保证了所制备电极的优良导电性、柔性和可拉伸性，TPU薄膜作为基底和封装材料为发光器件提供了良好的机械柔性和耐水洗性。本专利技术方法制备工艺简单，易于实现工业化批量生产，所制备发光器件具有良好的柔韧性、可水洗、可弯曲、可折叠、用途广泛。
[0016]作为优选，步骤(1)中，所述TPU薄膜厚度为0.05
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0.15mm，热压温度为140
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210℃，热压时间为5
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20s。
[0017]作为优选，步骤(2)中，所述掩膜为可移胶标签纸，撕掉离型纸即可反复粘贴使用。
[0018]作为优选，步骤(3)中，所述液态金属为镓铟合金、镓锡合金、镓铟锡合金、镓锌合金、镓铷合金或镓铯合金等中的一种或几种，或者是液态金属的分散液。
[0019]作为优选，步骤(4)中，所述介电油墨为纳米钛酸钡、PVDF
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HFP和异佛尔酮的混合溶液，各组分重量比为0.1
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1.5:1:4，优选为1.0
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1.5:1:4。
[0020]作为优选，步骤(5)中，所述发光油墨为发光粉、PVDF
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HFP和异佛尔酮的混合溶液，各组分重量比为5:2:9，所述发光粉选自金属硫化物型发光粉ZnS、CaS、SrS、CaGa2S4、SrGa2S4中的一种。
[0021]作为优选，步骤(6)中，所述银纳米线分散液为银纳米线分散在体积比为1:10的异丙醇和乙醇的混合物中制得的浓度为2mg/mL的分散液。
[0022]作为优选，步骤(7)中，所述透明TPU薄膜的厚度为0.05mm，热压温度为140
‑
210℃，热压时间为5
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20s。
[0023]一种本专利技术所述的制备方法制得的柔性可穿戴电致发光器件，该柔性可穿戴电致发光器件依次包括柔性织物衬底、TPU平整层、液态金属底电极、介电层、发光层、银纳米线顶电极和TPU封装层。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0025]1.液态金属的高电导率和本征流动性，保证了所制备线路的优良导电性、柔性和可拉伸性；现有技术中用银片配的导电油墨需要用到有机溶剂，本专利技术采用液态金属作为电致发光器件的电极材料，无需配合溶剂使用，避免了对基底造成腐蚀损坏，同时简化了工艺流程；
[0026]2.在介电层中加入高介电常数的纳米钛酸钡显著提高器件发光亮度，具有足够的亮度，可在室内照明条件下进行图像显示；在介电油墨中加入的钛酸钡是一种具有高介电常数的材料，经实验证实可以提高器件发光亮度；
[0027]3.采用喷涂方法实现电致发光器件各功能层(介电层、发光层、顶电极)在织物上的堆叠，工艺简单，容易操作，图案可控。
附图说明
[0028]图1是实施例1液态金属底电极连续应变的电阻变化；
[0029]图2是实施例1银纳米线透明顶电极的SEM图像；
[0030]图3是实施例1电致发光器件点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于液态金属电极的柔性可穿戴电致发光器件的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)织物平面化：在织物表面热压一层TPU薄膜使织物表面形成平整层，该平整层提供光滑的织物表面，使后续层比直接在织物上涂覆、喷印具有更好的均匀性；(2)掩膜的制作：在电脑上设计发光图案，通过刻字机切割得到用于涂覆和喷印各功能层的掩膜；(3)图案化液态金属底电极的制备：将掩膜贴在TPU薄膜上，在掩膜未遮盖的TPU薄膜表面涂覆液态金属，形成图案化的液态金属底电极；(4)喷印介电层：在液态金属底电极上喷涂介电油墨，60
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100℃的温度下干燥15
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20分钟，使图案化的液态金属底电极表面形成介电层；(5)喷印发光层：在介电层上喷涂发光油墨，60
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100℃的温度下干燥15
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20分钟，待发光层溶剂完全挥发后，进行第二次喷涂，揭起掩膜，同样60
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100℃的温度下干燥15
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20分钟，形成发光层；(6)喷印银纳米线顶电极：在发光层上喷涂银纳米线分散液，室温晾干，形成透明的顶电极；(7)器件封装：将透明TPU薄膜热压到器件顶部进行封装，得到柔性可穿戴电致发光器件。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述TPU薄膜厚度为0.05
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0.15mm，热压温度为140
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210℃，热压时间为5
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20s。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡毅，张英，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：