柔性印刷电子中的金属导电油墨及器件应用研究

• 作 者: 陈逾璋
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 柔性印刷电子 金属导电油墨 混合油墨 低温烧结 通信器件

印刷电子作为一种增材制造技术,因其不受基底材料限制、可大面积个性化制造、成本低、绿色环保等诸多优点而成为近十年来的研究热点。随着可穿戴电子、物联网等技术革新得到越来越多的关注,柔性印刷电子成为了印刷电子最主要的发展方向。目前国内外主要的研究工作集中在相关的油墨材料、有效的烧结方法和器件的应用方面。本课题围绕以上热点研究问题开展了相关的研究工作,目的是逐步提高印刷线路的性能并探索柔性印刷电子的器件应用,主要包括在前期工作的基础上研究有效的烧结方法、制备小尺寸颗粒油墨、研究混合导电油墨并制造柔性电子器件。首先,为提高大尺寸银颗粒导电油墨印刷导线的电导率,提出一种白光LED辅助的多步低温烧结方法并分析其机理,在不损坏衬底的情况下烧结效果与高温热烧结相当,将材料的电导率提升至银体材料的4.7%。然后,基于纳米颗粒“小尺寸”效应下熔点降低的考虑,制备小尺寸的银纳米球油墨。研究聚合物稳定剂对颗粒生长的尺寸控制,得到20-30 nm的纳米球。制备得到相应的油墨,由于颗粒间存在较多空隙,所以烧结后电导率仅为银体材料的2.87%。接着,为使颗粒间形成更多更复杂的互连通路以提升性能,又引入了银纳米板。用晶种法合成尺寸在70 nm左右的银纳米板,制备得到银纳米球和纳米板的混合油墨,烧结前电导率即为银体材料的5.52%,烧结后高达14.28%。通过实验对比,研究单一形貌的纳米颗粒油墨与不同比例混合油墨在导电性、弯曲稳定性和衬底粘附力方面的差异。最后,探索柔性印刷电子在通信器件方面的应用。设计仿真并制作射频无源器件及电容开关控制电路。探索并优化了更适用于纸上电子、甚至是柔性电子的工艺细节。