可拉伸银导电膜的制备及其在纺织电子中的应用

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织物因其具有柔软性、轻便性、可透气并且舒适性等优点,为可穿戴设备提供了理想的平台。但是,织物表面存在粗糙度大、多孔等缺点,限制了印刷技术在织物表面直接构筑电极。所以截止至目前,仍未开发出直接在纺织品基底上实现多功能的可穿戴设备。为了解决这个问题,本文基于银导电油墨的相分离现象制备可拉伸银导电膜,解决了织物上直接构筑电极的难题。同时,结合丝网印刷技术与热压工艺技术在纺织品上实现多功能器件构筑,为银导电膜在织物衬底上实现可穿戴电子器件提供有价值的参考。首先,为了研究导电油墨的相分离现象,采用热塑性聚氨酯(TPU)为树脂相、银粉(5.295μm)为导电填料、异弗尔酮为溶剂,以重量比为1:4:3进行配制可拉伸导电油墨。随后,将制备好的油墨在玻璃基底上印刷面积为2×2cm的方块电极。最后,将电极在不同温度下进行退火,研究退火温度对油墨电学性能与微观形貌的影响。结果表明,温度对油墨的相分离存在依赖性。当油墨在低温下退火(退火温度低于90℃),油墨呈现为不导电的现象。随着退火温度的提高,电极的电学性能与拉伸性能增加(当退火温度达到130℃时,油墨的电导率10550S/cm)。其次,基于油墨的相分离现象,采用热塑性聚氨酯(TPU)与不饱和聚酯树脂(UPR)共混制备可拉伸导电膜。系统地研究不同比例的混合树脂对导电膜粘附力、结合力和导电性能的影响。结果表明,热塑性聚氨酯含量的增加有利于提高导电膜的粘附力;不饱和聚酯树脂含量的增加有利于提高导电层的结合力。当混合树脂中的TPU与UPR的重量比为1:1时,导电膜具有优异的粘附力(剥离强度为486.9N/m)与高机械电学稳定性(10N压力下来回摩擦100次电阻变化25%,水洗10次下电阻变化2%)。最后,为了证实导电膜的实用性,结合激光切割技术以及热压工艺在梭织棉衬底上实现导电膜的图案化以及高分辨率。结果表明,结合激光切割可以实现各种复杂的图形以及可以实现200μm的分辨率。另外,导电膜还结合了电致发光、透明导电膜技术在衣物上构筑ACEL器件。在ACEL穿戴器件中,我们实现了器件的可揉搓、水洗以及高温高湿等性能,为今后电致发光在纺织电子品上的应用提供了有效的保障。可拉伸导电膜不仅能应用在发光显示领域,同样还可以适用于RFID防伪识别与加热医疗领域。由于导电膜的应用范围广泛,为纺织电子的制备提供了新思路。这大大拓宽了导电膜的应用范围,降低了可穿戴电子的成本,有着良好的市场前景。
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