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包装行业的绿色与安全问题一直是社会关注的话题,也是学术界研究的热点。从国内外包装行业的发展进程看,包装行业在安全、智能等方向的研究仍处于探索和起步阶段。随着技术进步和社会发展,印刷电子(Printed Electronics,PE)逐渐受到国内外包装研究人员的重视。印刷电子的特点是利用印刷工艺在柔性基材上大批量制造电子元器件或传感器,从而克服传统硅基电子产品价格贵、刚性差、高污染等缺点,在相关产业领域具有巨大的应用潜力。银纳米线(Ag NWs)材料作为一种柔韧性好、导电性能佳的金属纳米材料,是印刷电子技术中制备导电油墨的重要组分。实验发现,V型银纳米线具有比直线形银纳米线更好的导电性能,被认为在印刷电子技术中具有更优越的应用前景,因此,本课题选择V型银纳米线材料作为重点研究对象,探索V型银纳米线的可控制备方法、生长机理与拓展应用。在印刷技术上,本课题采用的是具有操作简单、成本低、可大批量复制等优点的丝网印刷技术,可以进行图案化银纳米线柔性电极和柔性传感器的制备,是目前研究的热点和难点。智能包装是将智能技术与包装应用相融合而发展起来的一种新的包装形态。显窃启包装属于智能包装范畴里的安全包装类型,在贵重物品、高档商品、机密文件等物品包装领域具有广阔的应用前景。现有的显窃启包装通常采用特殊结构或数字密码达到显(防)窃启的作用,一般不具有智能性,对于智能型的显窃启包装必须依靠传感器等智能硬件来实现。当前,印刷电子技术为设计和制造智能显窃启包装提供了技术支撑和可能性。利用印刷电子技术即可将导电油墨转移到柔性基材上印制柔性传感器,然后应用于包装件的开启活动部位,设计制造出具有显窃启功能的智能包装件。本课题通过研究V型银纳米线可控制备方法和生长机理,制备出性能优良的V型银纳米线,并以其为导电材料制备出高性能导电油墨,然后将导电油墨通过丝网印刷的方式印刷在柔性基材上制备柔性电极和柔性传感器,再将柔性传感器与包装件进行融合设计制备成智能显窃启包装。研究内容和创新点主要包含以下四个部分:(1)采用多元醇法可控制备V型银纳米线,研究了添加剂种类、添加剂浓度、反应温度、反应容器顶空率(氧气含量)、清洗和离心处理、超声波处理等因素对V型银纳米线形貌和结构的影响,并创新性的提出V型银纳米线的生长机理。结果表明:以浓度为2.22 mM/L的CuCl2作为添加剂、在160 oC反应温度下可制备质量较好的银纳米线;顶空率越小,银纳米线产物的综合质量越高;清洗剂种类对银纳米线形貌没有影响;离心转速越大,银纳米线长度越短。研究发现,超声波处理是导致银纳米线从“直线形”生长成“V型”的主导因素,提出V型银纳米线的生长机理:直线形银纳米线在超声波作用下发生折断,断面形成新的(111)晶面,新晶面相互接触后形成原子通道,在冷焊接作用下,两根直线形银纳米线最终形成V型银纳米线。(2)以无水乙醇和水的混合液为溶剂,以聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone,PVP)为连接料,以V型银纳米线为导电材料,配制高性能水性导电油墨,测试油墨的粘弹性和触变性能,试验导电油墨在PET、纸张和织物三种基材表面的印刷适性,以及不同烧结时间和烧结温度对柔性电极导电性能的影响。实验结果表明:导电油墨的流变性能适合进行丝网印刷;所制备的导电油墨在聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate,PET)、纸张和织物表面上的接触角分别为39.34°、45.30°和65.48°,且印制产物表面平整、边界清晰,表明导电油墨具有良好的润湿性能和印刷适性;低温烧结后,印刷柔性电极具有良好的导电性能和稳定性,能在平直和弯曲两种状态下使LED灯稳定发光。(3)采用丝网印刷工艺,印制不同图案的柔性传感器,研究印刷图案、弯曲角度对传感器电学性能的影响规律,测试柔性传感器的机械稳定性能,探究柔性传感器传感性能的变化机理。实验结果表明:2 mm线宽的直线型柔性传感器传感性能最佳;预弯折处理导致传感器在弯折区域形成微裂纹,微裂纹促使传感器在弯曲循环时的电阻变化形成稳定的规律;基于此,创新性地提出一种具有角度识别能力的、高稳定性的弯曲柔性传感器的制备方法,以满足智能显窃启包装的应用需求。(4)柔性传感器“由直到弯”和“由弯到直”两种运动状态与包装箱(盒)摇盖开合时的运动状态吻合,将柔性传感器与包装摇盖有机融合设计出两种类型的智能显窃启包装:摇盖式智能显窃启包装(包括飞机盒智能显窃启包装与合页盖式智能显窃启包装)和撕拉式智能显窃启包装。测试两种类型智能显窃启包装打开过程中传感器的电阻激发信号,验证显窃启包装的性能。结果表明:飞机盒智能显窃启包装能够稳定监测包装摇盖开启90°时的传感信号,合页盖式智能显窃启包装能够稳定监测包装盖分别开启45°、90°和135°三个角度时的传感信号,撕拉式智能显窃启包装监测到包装上PET基柔性传感器撕拉变形时的传感信号。最后,本课题对智能显窃启包装的工作系统和拓展应用进行了归纳总结和分析,提出了智能显窃启包装在文物周转包装领域的拓展应用和相关领域的应用前景。