一种基于自组装的柔性微纳导电图形薄膜制备方法及器件技术

本发明专利技术属于传感器件制备领域，具体为一种基于自组装的柔性维纳导电图形薄膜制备方法及器件。包括以下步骤：提供功能性特定材料悬浮液和具有微结构的柔性基底，特定材料为纳米导电材料；分别对柔性基底和特定材料悬浮液进行疏水性处理；将疏水性处理后的特定材料悬浮液进行界面自组装，包括气

【技术实现步骤摘要】
一种基于自组装的柔性微纳导电图形薄膜制备方法及器件


[0001]本专利技术涉及传感器件制备领域，尤其涉及一种基于自组装的柔性微纳导电图形薄膜制备方法及器件。

技术介绍

[0002]近年来,随着信息技术和新材料的不断革新,柔性电子器件在显示、能源及可穿戴等领域得以迅速发展，同时也柔性电子器件的制备提出了新的挑战。微纳功能图形特别是微纳导电图形器件是柔性电子器件的关键组成部分，其可拉伸性、可弯曲性以及导电性的优良程度直接影响到柔性电子器件性能，因此，探索实现性能优异、低成本且能大规模制备的柔性微纳功能图形器件制备方法已成为了当今学者研究的重点。
[0003]目前，制备柔性微纳功能图形器件的制造技术主要有两种：一是采用具有一定柔韧性的有机材料或聚合物材料，来构筑各种柔性电子元器件；二是通过微结构设计实现刚性材料的柔性化，使其制备具有优异可拉伸性和可弯曲性的柔性微纳功能图形。其中，通过微结构设计制备柔性微纳功能图形的策略，其加工制备工艺主要有光刻法、刻蚀法、溅射法等，这种方法存在着不具备柔性、加工周期长、对于环境和设备要求高、成本高以及对纳米材料的浪费等缺点，如：
[0004]公开号为CN115684274A的中国专利技术专利申请公开了一种具备防尘、加热功能的氢气传感器件及其制备方法，其中的微纳图形电极和微纳防尘罩由光刻、电子束蒸发等工艺制备得到，不具有柔性，并且对于功能材料浪费，使得造价较高。公开号为CN114335336A的中国专利技术专利公开申请了提高激光热模光刻图形保真度工艺稳定性方法及抗氧化保护装置，其微纳图形器件的制造由磁控溅射，激光直写光刻，湿法刻蚀等工艺结合，对于设备和环境要求高，造价高昂且不具有柔性。
[0005]公开号为CN112103636A的中国专利技术专利公开申请了在聚酰亚胺薄膜上实现微纳图形化处理的方法，该方法制备的微纳图形薄膜具有一定的柔性，但采用的蒸发
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旋涂
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光刻
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刻蚀的加工工艺较为复杂，制备成本高，不易大规模批量化生产。因此，研究一种制作成本低、且适合批量化生产的维纳图形制备方法具有积极意义。
[0006]可见，研究一种制作成本低、且适合批量化生产的维纳图形制备方法对于柔性电子器件的发展具有积极意义。

技术实现思路

[0007]有鉴于上述现有技术中存在的不足，本专利技术提出了一种基于自组装的柔性微纳导电图形薄膜制备方法及器件，通过改进液膜破裂自组装的工艺，将导电纳米材料银纳米线进行图形化，得到了高导电性、高光学透过率的柔性微纳导电图形薄膜，并将其制备成柔性传感器件。
[0008]本专利技术采用的具体技术方案为：
[0009]一种基于自组装的柔性微纳导电图形薄膜制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1、提供具有微结构的柔性基底和特定功能材料悬浮液，并对其分别进行疏水性处理；所述特定功能材料为纳米材料悬浮液；
[0011]S2、将疏水性处理后的纳米材料悬浮液加入至与悬浮液密度不同的液体中，通过气
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液界面自组装或液
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液界面自组装形成纳米材料
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液体混合薄膜层，并加入表面活性剂，使纳米材料分布更紧密；
[0012]S3、使疏水性处理后的柔性基底具有微结构的一面与纳米材料层接触，将纳米材料层转移至柔性基底表面；
[0013]S4、根据需求调控环境温湿度和纳米材料悬浮液的PH值控制混合薄膜中的液体蒸发速率；调整柔性基底倾斜或偏转角度控制混合薄膜破裂方向，使其形成特定图形的导电网络，完成液膜破裂自组装，得到柔性维纳导电图形薄膜。
[0014]进一步的，所述步骤S1中提供的柔性基底材料为硅橡胶、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二酯、聚氨酯或聚酰亚胺；特定功能材料为纳米材料，优选零维、一维或二维纳米材料。
[0015]更进一步的，所述零维纳米材料为金纳米颗粒或银纳米颗粒，一维纳米材料为银纳米线或碳纳米管，二维纳米材料为石墨烯纳米薄膜。
[0016]进一步的，所述步骤S1中采用等离子或气相沉积法沉积疏水层的方法，对柔性基底进行疏水性处理；采用硫醇对特定功能材料悬浮液进行疏水性处理。
[0017]更进一步的，所述硫醇为长链烷基硫醇，优选正十二烷基硫醇、正十八硫醇或蜡基烷硫醇。
[0018]进一步地，所述步骤S2中形成液
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液界面的无机相为去离子水，有机相为己烷、环己烷或甲苯。
[0019]进一步地，所述步骤S2中的表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂或或非离子表面活性剂。
[0020]更进一步的，当表面活性剂为阴离子活性剂时，优选材料为硬脂酸钠、硬脂酸钾、月桂醇硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠；当表面活性剂为阳离子活性剂时，优选材料为苯扎氯铵或本扎溴铵；当表面活性剂为两性离子表面活性剂时，优选氨基酸型和甜菜碱型两性离子表面活性剂；当表面活性剂为非离子表面活性剂时，优选脂肪酸甘油酯或蔗糖脂肪酸脂。
[0021]进一步地，所述步骤S4中将转移有纳米材料
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液体混合膜的柔性基底放入加热台或冰箱中，以实现温度调节。
[0022]进一步的，所述步骤S4中，将纳米材料悬浮液的PH值调整为4～8，以提升纳米材料的聚集度、及液体混合薄膜破裂自组装在单个微结构的时间。
[0023]进一步地，所述步骤S1提供的具有微结构的柔性基底制作步骤如下：
[0024](1)提供具备微结构的刚性模具和二甲基硅氧烷(PDMS)溶液，二甲基硅氧烷(PDMS)溶液制备方法为：
[0025]将PDMS基液置于培养皿中并加入PDMS交联剂，然后搅拌使其均匀分散，得到二甲基硅氧烷(PDMS)溶液；其中，PDMS基液与PDMS交联剂的质量比例为10:1；
[0026](2)将(1)得到的二甲基硅氧烷(PDMS)溶液进行真空去泡；
[0027](3)将真空去泡后的二甲基硅氧烷(PDMS)溶液倾倒在硅片制备的具有微结构的模具上，并将其置于水平桌面，使液态PDMS自流平；
[0028](4)将置于硅模板上的液态PDMS溶液置于烘箱中烘干固化；
[0029](5)将固化后的PDMS薄膜从模具中剥离出，即可得到具有微结构的柔性基底。
[0030]更进一步地，所述具有微结构的模具制作步骤，包括以下子步骤：
[0031]版图绘制：绘制所需图案的版图；
[0032]版图加工：将所绘制版图加工铬掩膜版；
[0033]备片：准备一片特定大小的硅片；
[0034]清洗：将硅片进行常规清洗；
[0035]光刻：在硅片表面涂一层光刻胶，并经过前烘、曝光、显影、坚膜的过程，将掩膜版上的图案转移到光刻胶上；
[0036]刻蚀：采用深反应离子刻蚀；
[0037]去胶：将多余的光刻胶去除干净；
[0038]划片：根据设定的划片槽将整片硅片划分为需要的大小。
[0039]一种基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自组装的柔性微纳导电图形薄膜制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、提供具有微结构的柔性基底和特定功能材料悬浮液，并对其分别进行疏水性处理；所述特定功能材料为纳米材料悬浮液；S2、将疏水性处理后的纳米材料悬浮液加入与悬浮液密度不同的液体中，通过气
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液界面自组装或液
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液界面自组装形成纳米材料
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液体混合薄膜层；S3、使疏水性处理后的柔性基底具有微结构的一面与纳米材料层接触，将纳米材料层转移至柔性基底表面；S4、根据需求调控环境温湿度和纳米材料悬浮液的PH值控制混合薄膜中的液体蒸发速率；调整柔性基底倾斜或偏转角度控制混合薄膜破裂方向，使其形成特定图形的导电网络，完成液膜破裂自组装，得到柔性维纳导电图形薄膜。2.根据权利要求1所述的一种基于自组装的柔性微纳导电图形薄膜制备方法，其特征在于：所述步骤S1中提供的柔性基底材料为硅橡胶、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二酯、聚氨酯或聚酰亚胺；特定功能材料为纳米材料，优选零维、一维或二维纳米材料。3.根据权利要求2所述的一种基于自组装的柔性维纳导电图形薄膜制备方法，其特征在于：所述零维纳米材料为金纳米颗粒或银纳米颗粒，一维纳米材料为银纳米线或碳纳米管，二维纳米材料为石墨烯纳米薄膜。4.根据权利要求1所述的一种基于自组装的柔性微纳导电图形薄膜制备方法，其特征在于：所述步骤S1中采用等离子或气相沉积法沉积疏水层的方法，对柔性基底进行疏水性处理；采用硫醇对特定功能材料悬浮液进行疏水性处理。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓升，张新然，夏易璇，罗方苑，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：