基于纳米银导电墨水的纸基柔性电路烧结工艺研究

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随着电子产品向轻量化、柔性化的方向发展,传统的刚性电路板已不能满足当前电子器件的需求。纸基电路重量轻、可生物降解、能够折叠形成三维电路,对柔性印刷电子的发展具有重要意义。因此,开展与纸基电路相关的导电墨水、印制技术以及烧结工艺至关重要。首先,本文以硝酸银为金属前驱体,硼氢化钠为还原剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,在水溶液中生成PVP包裹的纳米银颗粒。通过TEM、SEM、XRD对制备的纳米银粒子形貌和尺寸进行分析。以表面吸附有少量表面活性剂的纳米银颗粒为导电相,通过超声振荡的方法将其分散在乙醇、乙二醇和甘油组成的混合溶剂中,制备质量分数为10%20%的纳米银导电墨水。利用常用的签字笔,经过简单改装自制导电墨水笔,实现在爱普生相纸上直写。并使用家用爱普生喷墨打印机R230对纳米银导电墨水进行初步的喷墨打印试验,验证墨水的可喷墨印刷性。然后对直写印制涂层进行简单的热烧结和热压烧结,并比较两种工艺的优劣。结果表明,和热烧结相比,热压烧结不仅缩短烧结所用时间,而且显著的降低了直写导线的电阻。通过对试验结果进行分析可知,热压烧结导线电阻仅为热烧结下的五分之一。在最佳的热压烧结工艺下,对直写涂层的电阻率进行计算,其电阻率为1.37×10-7Ωm,约为块状银的八倍。最后,对直写涂层进行附着力测试、弯折试验和卷曲试验,证明热压烧结下的纸基电路具有良好的机械柔韧性。由电池、贴片式LED、直写导线制备出简单的纸基电路,3V的电源带动工作电压为3V的LED正常发光,证明纸基电路具有广泛的应用前景。
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