基于丝网印刷技术的柔性导电薄膜的制备及其性能研究

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随着光电子技术的迅速发展,柔性可穿戴类电子产品的应用场景越加广泛,市场对柔性导电薄膜的需求也日益增加。传统制备导电薄膜的材料氧化铟锡(Indium tin oxide,ITO)因其昂贵易碎的特性限制了柔性导电薄膜的大规模生产,新的导电材料与制备工艺成为亟待解决的问题。印刷电子工艺与可溶液化导电材料的结合提供了不错的解决方案,印刷电子技术不仅能够实现大批量制造,同时具有低环境影响和低成本的特点,有助于柔性电子设备的发展,在现有的印刷方法中,丝网印刷是使用最广泛的技术,因其低成本、操作简易、可重复性高等优势而受到业界青睐。导电材料方面,纳米银线(Silver nanowires,AgNWs)因其优秀的导电性、导热性和机械性能而被视为制备柔性透明导电薄膜的优质材料,而对于柔性不透明导电薄膜而言,导电碳浆因其低成本、性能稳定的优势而受到广泛关注。本论文首先介绍了印刷电子技术的研究进展,然后对丝网印刷原理和流程进行了概述,表述了导电墨水的主要组成成分以及对其性质进行了理论分析,其次通过多元醇溶剂热法和超声诱导断裂法制备得到满足丝网印刷条件的纳米银线,并提出制备AgNWs基导电墨水和导电碳浆的配方,最后应用丝网印刷工艺将导电墨水制备成为AgNWs透明导电薄膜和导电碳浆薄膜。具体实验工作如下:(1)通过多元醇溶剂热法制备得到AgNWs,研究了超声功率、超声时间和AgNWs乙醇溶液浓度对于断裂AgNWs尺寸的影响,分析实验结果而知,超声功率与超声时间的增加均会导致AgNWs断裂程度加剧,平均长度降低,但当AgNWs尺寸降低至0.3μm附近时,达到超声诱导断裂的极限值,其后AgNWs平均长度基本不随超声功率、时间的增加而变化。而在固定超声功率和超声时间的实验条件下,AgNWs平均长度与AgNWs乙醇溶液浓度成正相关关系。(2)分别研究了导电墨水中导电物质、溶剂、粘合剂和助剂等成分对于导电墨水理化性能的影响,通过调整各组成成分比例得到了满足丝网印刷要求的AgNWs基导电墨水和导电碳浆的配方;(3)通过丝网印刷技术上述导电墨水分别制备成为AgNWs透明导电薄膜和导电碳浆薄膜,对导电薄膜的薄层电阻和透光率等性能进行了表征,研究了导电墨水量、退火温度等因素对于其导电性和透光性的影响,最后观察对被施加多次大规模形变后的导电薄膜性能,对其稳定性做出评估。
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