一种全印制低压柔性的高性能图案化加热器件的制备方法与流程

本发明属于加热器件制备领域，涉及三维树枝状纳米银的合成以及导电油墨和丝网印刷低压柔性图案化加热器件的制备。

背景技术：

柔性加热器件可以广泛应用于除雾，除冰玻璃，可穿戴的热疗垫和假体皮肤设备中。目前有许多纳米导电材料应用于加热器件中，例如金属纳米线，碳纳米管，石墨烯，金属网格等。金属纳米线(银纳米线)被证明是制造柔性加热器件的有效材料，其具有优良的导电性之外，由于纳米级别的尺寸效应，还具有优异的透光性、耐曲挠性。因此被视为是最有可能替代传统ito透明电极的材料，但是制造过程相对复杂，产量较低，还需要经过复杂的后处理过程；碳纳米管拥有良好的力学性能，但是其大批量制备比较困难，会导致成本增加，并且电阻较高，制备的加热器件需要施加较高的电压才可以达到预定的温度目标；石墨烯具有优异的机械性能和光电性能，但是也有很多缺点，特别是由其制造的加热器件容易引起局部加热，造成加热不均匀；金属网格具有优异的电学性能，但是造价昂贵，雾度值较高。

技术实现要素：

本发明的目的是为了设计合成一种优异的纳米导电材料用于加热器件，该合成过程简单，易于操作，以三维树枝状纳米银为基材，成功制备出优异的纳米导电油墨，制备的导电油墨可用于制造加热器，导电薄膜等领域。

本发明研究表明三维树枝状纳米银具有更优异的机械性能和电性能。三维树枝状纳米银制备过程简单，通过简单的一步氧化还原反应便可以得到产物，产量高。其制备过程中没有使用任何封端剂，并且三维树枝状纳米银拥有大量的纳米边缘，在较低的烧结温度下便可以相互连接形成一个良好的导电网络，使得其拥有优异的导电性能。目前研究者已经利用三维树枝状纳米银制备出性能优异的保险丝，显示器等。

本发明提供一种优异的导电材料的合成方法以及导电油墨和柔性加热器件的制备，主要包括三维树枝状纳米银的合成，导电油墨的制备与丝网印刷低压柔性加热器件三个部分组成。

具体包括以下步骤：

a)三维树枝状纳米银的制备：取适量的硝酸银溶解到去离子水中，得到溶液a，并取适量的羟胺溶于去离子水中，得到溶液b，然后将溶液a和b以相同的速度滴加到烧瓶中，其中溶液a中硝酸银与溶液b中羟胺的摩尔比小于4:10，以确保硝酸银被完全还原；

b)聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)柔性基底的处理，具体方法为：将柔性基底用去离子水和无水乙醇分别清洗多次，然后放置在烘箱中在50～80℃烘烤30～60min；

c)导电油墨的制备：将一定量的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(sis)溶解于二甲苯中，得到sis溶液，然后将适量的三维树枝状纳米银和sis溶液均匀混合，得到导电油墨；

d)丝网印刷制备柔性加热器件，具体方法为：通过丝网印刷将制备好的导电油墨转移到pet基底上，印制成网状图案，并将制备好的图案化的柔性加热器件在低温下干燥60～120min。

进一步的，步骤a)中三维树枝状纳米银具体制备过程为：取0.51g的硝酸银溶解在50ml的去离子水中，得到溶液a，并取715μl的羟胺溶于50ml的去离子水中，得到溶液b，然后将溶液a和b以相同的速度(每分钟5～10滴)滴加到150ml的三口烧瓶中，硝酸银和羟胺发生氧化还原反应获得三维树枝状纳米银。

进一步的，步骤c)中导电油墨的具体制备过程为：将3g的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(sis)溶解于24ml的二甲苯中，得到sis溶液，然后将0.3g的三维树枝状纳米银和700μl的sis溶液均匀混合，得到导电油墨；其中苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(sis)相当于三维树枝状纳米银导电油墨的粘结剂。

进一步的，步骤d)中柔性加热器件的干燥温度不高于150℃。

一种全印制低压柔性的高性能图案化加热器件，由上述制备方法得到。

进一步的，所述加热器件为蛇形网状图案以节省材料。

进一步的，所述加热器件的方阻为0.83ω/sq，3cm×3cm的加热器件在2v直流电压下的响应时间(即从室温达到稳态温度所需要的时间)为35s，加热器件的稳态温度与加热器件中网状图案的单个线条宽度成正相关关系，且当单个线条宽度达到0.8mm时，加热器件的稳态温度达到最佳。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1、本发明方法通过一步简单的氧化还原方法合成出三维树枝状纳米银，由于其拥有大量的纳米边缘，经过简单的低温烧结过程便可以形成良好的导电网络。

2、通过丝网印刷的方法，可以制备出表面均匀，加热性能优异的加热器件，可以应用于人体可穿戴。

3、三维树枝状纳米银制备的柔性加热器在低温烧结的情况下，其方阻为0.83ω/sq，3cm×3cm的柔性加热器在2v直流电压下其稳态温度为72℃，响应时间(即从室温达到稳态温度所需要的时间)为35s。

附图说明

图1为本发明实施例1制备得到的加热器件，(a)为加热时的图像，(b)为印刷图案；

图2为本发明实施例2制备得到的加热器件，(a)为加热时的图像，(b)为印刷图案；

图3为本发明实施例3制备得到的加热器件，(a)为加热时的图像，(b)为印刷图案；

图4为本发明实施例4制备得到的加热器件，(a)为加热时的图像，(b)为印刷图案。

具体实施方式

实施例1：本发明涉及三维树枝状纳米银以及丝网印刷低压柔性加热器件的制备方法。具体如下：1)三维树枝状纳米银的制备：取0.51g的硝酸银溶解在50ml的去离子水中，得到溶液a，并取715μl的羟胺溶于50ml的去离子水中，得到溶液b，然后将溶液a和b以相同的速度(每分钟10滴)滴加到150ml的三口烧瓶中。2)聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)柔性基底的处理，具体方法为：将柔性基底用去离子水和无水乙醇分别清洗几次，然后放置在烘箱中在60℃烘烤60min。3)油墨的制备：将3g的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(sis)溶解于24ml的二甲苯中，得到sis溶液，然后将0.3g的三维树枝状纳米银和700μl的sis溶液均匀混合，得到导电油墨。4)丝网印刷制备柔性加热器件，具体方法为：通过丝网印刷将制备好的导电油墨转移到pet基底上，印制成蛇形网状图案，面积为3cm×3cm，单个线条宽度为0.4mm，并将制备好的图案化的柔性加热器件在低温下干燥60～120min。

本实施例1中，施加2v电压，加热器件稳态温度达到62℃，响应时间为35s。

实施例2：本发明涉及低压柔性加热器件的制备方法。具体如下：1)1)三维树枝状纳米银的制备：取0.51g的硝酸银溶解在50ml的去离子水中，得到溶液a，并取715μl的羟胺溶于50ml的去离子水中，得到溶液b，然后将溶液a和b以相同的速度(每分钟5～10滴)滴加到150ml的三口烧瓶中。2)聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)柔性基底的处理，具体方法为：将柔性基底用去离子水和无水乙醇分别清洗几次，然后放置在烘箱中在50～80℃烘烤30～60min。3)油墨的制备：将3g的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(sis)溶解于24ml的二甲苯中，得到sis溶液，然后将0.3g的三维树枝状纳米银和700μl的sis溶液均匀混合，得到导电油墨。4)丝网印刷制备柔性加热器件，具体方法为：通过丝网印刷将制备好的导电油墨转移到pet基底上，印制成蛇形网状图案，面积为3cm×3cm，单个线条宽度为0.6mm，并将制备好的图案化的柔性加热器件在低温下干燥60～120min。

本实施例2中，施加2v电压，加热器件稳态温度达到68℃，响应时间为35s。

实施例3：本发明涉及低压柔性加热器件的制备方法。具体如下：1)三维树枝状纳米银的制备：取0.51g的硝酸银溶解在50ml的去离子水中，得到溶液a，并取715μl的羟胺溶于50ml的去离子水中，得到溶液b，然后将溶液a和b以相同的速度(每分钟5～10滴)滴加到150ml的三口烧瓶中。2)聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)柔性基底的处理，具体方法为：将柔性基底用去离子水和无水乙醇分别清洗几次，然后放置在烘箱中在50～80℃烘烤30～60min。3)油墨的制备：将3g的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(sis)溶解于24ml的二甲苯中，得到sis溶液，然后将0.3g的三维树枝状纳米银和700μl的sis溶液均匀混合，得到导电油墨。4)丝网印刷制备柔性加热器件，具体方法为：通过丝网印刷将制备好的导电油墨转移到pet基底上，印制成蛇形网状图案，面积为3cm×3cm，单个线条宽度为0.8mm，并将制备好的图案化的柔性加热器件在低温下干燥60～120min。

本实施例3中，施加2v电压，加热器件稳态温度达到72℃，响应时间为35s。

实施例4：本发明涉及低压柔性加热器件的制备方法。具体如下：1)三维树枝状纳米银的制备：取0.51g的硝酸银溶解在50ml的去离子水中，得到溶液a，并取715μl的羟胺溶于50ml的去离子水中，得到溶液b，然后将溶液a和b以相同的速度(每分钟5～10滴)滴加到150ml的三口烧瓶中。2)聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)柔性基底的处理，具体方法为：将柔性基底用去离子水和无水乙醇分别清洗几次，然后放置在烘箱中在50～80℃烘烤30～60min。3)油墨的制备：将3g的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(sis)溶解于24ml的二甲苯中，得到sis溶液，然后将0.3g的三维树枝状纳米银和700μl的sis溶液均匀混合，得到导电油墨。4)丝网印刷制备柔性加热器件，具体方法为：通过丝网印刷将制备好的导电油墨转移到pet基底上，印制成蛇形网状图案，面积为3cm×3cm，单个线条宽度为1mm，并将制备好的图案化的柔性加热器件在低温下干燥60～120min。

本实施例4中，施加2v电压，加热器件稳态温度达到72℃，响应时间为35s。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。