一种导电的柔性透明木膜、电子器件及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种导电的柔性透明木膜、电子器件及制备方法，属于新型木材技术开发技术领域。本发明专利技术提供的导电的透明木膜的制备方法为以天然木片为原料，脱除木质素和部分半纤维素以制备透明木膜，并在透明木膜表面打印CNT/CNFs导电墨水形成电路。本发明专利技术提供的透明木膜具有高机械性能、柔韧性和优异的光学强度，在表面沉积导电墨水构筑成导电电路，经过折叠或裁剪等空间变换后，实现单通或多通的电路，将其与传统文化的折纸和剪纸技术相结合实现空间结构可编辑、可调控设计，使透明木膜的柔性电子器件的形状由简单到复杂转变，同时对其进行定制设计以满足特定的需求或应用。行定制设计以满足特定的需求或应用。

【技术实现步骤摘要】
一种导电的柔性透明木膜、电子器件及制备方法


[0001]本专利技术涉及新型木材技术开发
，特别涉及一种导电的柔性透明木膜、电子器件及制备方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的发展和对电子材料研究的深入，柔性电子学已成为近年来最热门的多学科交叉研究领域之一。在传统柔性电子器件中使用金属和塑料基底仍存在挑战，如需要高温高压制备工艺，塑料基底与功能材料之间存在界面结合不足、耐久性差等缺点。另外，这些塑料基底在电子器件使用过后一般采用焚烧填埋处理，焚烧产生的大量碳排放对大气环境造成污染，填埋的塑料难以降解，也会严重影响土壤环境，破坏生态平衡。为缓解对不可再生资源依赖的问题，研究表明大力开发资源丰富且绿色环保的环境友好型材料已经成为柔性电子器件领域的重要研究内容。
[0003]木材作为一种可持续再生、绿色可降解的天然材料，其具有独特的天然孔隙结构、优异的力学性能及复杂的多层次结构。近些年来，随着对传统木材功能改良和现代纳米技术的发展，研究者开发出多功能的木基先进功能材料，并在节能建材、清洁能源、污水处理和光电子器件方面有较广泛的应用前景。其中，透明木质材料是一种具有高透明、低导热、环境友好型的生物质基材料。目前基于透明木质材料柔性电子器件的构筑主要包括自下而上和自上而下两种策略。自下而上的方法涉及自组装纳米纤维素并引入导电材料以构建具有高导电性、高透明度和高柔韧性的纤维素薄膜，从而实现电子器件基底质轻、柔性的特点。另一种策略，自上而下的方法以木材为模板，去除大部分木质素和部分半纤维素，并对脱木质素模板进行致密化，以制备具有高机械性能、柔韧性和光学性能的木质薄膜。
[0004]光电子器件领域的理论和应用研究逐渐成为国际上前沿研究的热点，在透明木膜表面构建导电墨水形成电路，显示出替代塑料基板的巨大潜力。相关研究表明，将经过脱木质素的木材制备具有高透明度的各向异性膜，并通过涂覆银纳米线油墨从而制备超薄、高度透明和优异导电性的膜，有望应用于手机屏幕。基于柔性透明木膜构建的电致发光器件表现出良好的热稳定性和防水性能，该透明木质薄膜的低热膨胀系数也为器件中基板提供了良好的尺寸稳定性。通过在透明木膜基底上直接印刷木质素衍生的导电墨水，可以制备全木质的柔性膜应用于柔性应变传感器，并显示出比塑料更稳定的导电性能。但目前有关方面研究的还处于初始阶段，并且相关应用场景较为单一，只限于简单的平面器件设计。柔性电子器件的快速发展要求基板在保证机械强度和性能的同时，能够应用于更加复杂的形状、界面和场景，尤其在形状的变换和可编辑方面的研究需要进一步突破。
[0005]折纸和剪纸是一项利用空间构象的逻辑变化设计、折叠和裁剪等，将平面结构转化为三维结构，能够设计出从简单到复杂形状的变形，并可赋予其内在的形状可编辑性和形状变形能力的过程，具有设计简单、高效和灵活多变等优势。由于其优良的编辑和形状的可重复性，被广泛用于构建三维结构和薄膜结构，比如通过折纸技术所研发的薄膜折展机构具有质量轻、面积大、可折展、高收纳比等优点，越来越多的被应用到航天器上以取缔传
统的机械展开方式。另外，充分利用木材天然的化学成分构筑高效、导电性良好的导电墨水，这将有利于高效利用木材全组分提供一种途径。
[0006]综上所示，将透明木膜与折纸技术相结合，并在表面通过三维打印木材组分导电的墨水电路，使其在变形的过程，实现电路单通或多通导电，并且通过设计不同形式的折叠方式，合理设计空间折叠角度或裁剪路径，实现形状可编辑的全木材基柔性电子器件，有望拓展透明木膜构筑的柔性电子器件潜在的应用领域和提高木材利用的高附加值。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种导电的柔性透明木膜、电子器件及制备方法，本专利技术提供的柔性透明木膜在保证机械强度和性能的同时，保证其柔韧性，可将其折叠成三维立体结构。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种导电的柔性透明木膜的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将天然木片原料在酸性缓冲溶液中使用NaClO2溶液进行脱木质素处理；
[0010](2)将脱除木质素的木片在碱性溶液中进行脱半纤维素处理，然后将其放置在聚醚砜膜层和滤纸层之间，在外力作用下进行压缩24～48h得到透明木膜；
[0011](3)以木粉和多壁碳纳米管为原料制备CNT/CNFs导电墨水；
[0012](4)将所得CNT/CNFs导电墨水打印在步骤(2)所得透明木膜表面形成电路。
[0013]优选的，步骤(3)所述CNT/CNFs导电墨水的制备方法包括以下步骤：
[0014](S1)以木粉为原料，利用TEMPO氧化法，制备出高长径比的纳米纤维素，并溶解于去离子水中，通过搅拌和超声获得均匀的TOCNFs悬浮液；
[0015](S2)将多壁碳纳米管加入到TOCNFs悬浮液中搅拌、超声后对混合溶液进行浓缩，获得凝胶状CNT/CNFs导电墨水。
[0016]进一步优选的，步骤(S1)所述TEMPO氧化剂用量为8mmol/g；所述TOCNFs直径为5
‑
15nm，长度0.5
‑
1μm。
[0017]进一步优选的，步骤(S1)所述TOCNFs悬浮液中TOCNFs含量为0.2～0.8wt％。
[0018]进一步优选的，步骤(S2)所述多壁碳纳米管直径为5
‑
15nm，长度为0.5
‑
2μm，羧基含量为3
‑
5wt％。
[0019]进一步优选的，步骤(S2)所述混合溶液中TOCNFs与多壁碳纳米管的质量比为(1～2):(1～2)。
[0020]进一步优选的，步骤(S2)所述浓缩后混合溶液浓度为4～8wt％。
[0021]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的导电的柔性透明木膜。
[0022]本专利技术还提供了一种可编辑木材柔性电子器件，由上述技术方案所述的导电的柔性透明木膜进行编辑得到。
[0023]有益技术效果：
[0024]1.本专利技术提供的柔性透明木膜在保证其机械强度和性能的同时，保证其柔韧性，可将其折叠成三维立体结构。
[0025]2.本专利技术提供的柔性透明木膜，可利用折纸几何结构编辑透明木膜，赋予其形状可编程和变形能力，通过对折叠/裁剪等过程中折叠角度、折叠方向、透明木膜的厚度以及
打印导电墨水的厚度的调控实现构筑透明木膜柔性电子器件。
附图说明
[0026]图1为实施例1中透明木膜制备过程示意图；
[0027]图2为实施例1中透明木膜光学性能示意图；
[0028]图3为实施例1中原木、脱木素木材、碱处理木材的SEM图；
[0029]图4为实施例1中透明木膜雾度和透过率图；
[0030]图5为实施例1中透明木膜、原是木材和脱木质素木材的力学性能示意图；
[0031]图6为实施例1制备的CNT/CNFs导电墨水外观形态图；
[0032]图7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电的柔性透明木膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将天然木片原料在酸性缓冲溶液中使用NaClO2溶液进行脱木质素处理；(2)将脱除木质素的木片在碱性溶液中进行脱半纤维素处理，然后将其放置在聚醚砜膜层和滤纸层之间，在外力作用下进行压缩24～48h得到透明木膜；(3)以木粉和多壁碳纳米管为原料制备CNT/CNFs导电墨水；(4)将所得CNT/CNFs导电墨水打印在步骤(2)所得透明木膜表面形成电路。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述CNT/CNFs导电墨水的制备方法包括以下步骤：(S1)以木粉为原料，利用TEMPO氧化法，制备出高长径比的纳米纤维素，并溶解于去离子水中，通过搅拌和超声获得均匀的TOCNFs悬浮液；(S2)将多壁碳纳米管加入到TOCNFs悬浮液中搅拌、超声后对混合溶液进行浓缩，获得凝胶状CNT/CNFs导电墨水。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(S1)所述TEMPO氧化剂用量为8mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：符启良，马华烁，刘朝政，杨智，武帅，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：