一种基于树枝状纳米银结构的柔性电极及其制备方法与流程

本发明涉及柔性电子材料
技术领域：
，具体涉及一种基于包埋树枝状纳米银结构的柔性电路的制备方法
背景技术：
：现在的电子设备和电子器件都是基于刚性和脆质材料的，随着智能家居和可穿戴医疗设备的发展，人们逐渐对柔性的电子设备产生了浓厚的兴趣。下一代电子设备正在趋于轻质化，柔性化，弯曲化的方向发展。目前柔性电极材料的研究很多，但是普遍存在着不耐磨，弯曲性差，导电性能不佳等问题。因此，具有超强耐弯曲性，耐磨性，良好导电性的材料是本领域开发研究的热点。关于柔性透明导电薄膜、柔性耐磨电路的开发，本领域才刚刚起步。虽然近年来，人们尝试用纳米粒子、碳纳米管和石墨烯制备柔性电路，但是它们存在着电路制备过程复杂，电路导电性不好和电路不经久耐磨等问题。因此，高性能柔性透明导电薄膜，柔性耐磨电路研发对柔性电子设备的发展至关重要。技术实现要素：为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种兼具优异导电性、良好耐磨性和耐弯曲性的基于包埋树枝状纳米银结构的柔性电路及其制备方法。本发明的发明构思是：先制作出具有电路图案结构的粘贴，然后将粘贴贴到在经过层状交替沉积的氧化铟锡(ito)玻璃上，通过电化学沉积的方法沉积出一层具有电路图案和有树枝状形貌结构的纳米银导电层，并将这层纳米银导电层固化在pdms上，制备出具有树枝状结构纳米银的新型柔性电路。此种柔性电路具有清晰的电路结构，较低的方阻，并且在多次弯曲和胶带粘贴后仍能保持良好的导电性。为实现上述目的，本发明柔性电路制备方法如下：(1)刻印出带有电路图案的粘贴，电路的图案和宽度可以根据需要设计；(2)将ito玻璃层层自组装，在组装好的ito玻璃上贴上粘贴，然后去掉电路图案的粘贴露出ito玻璃，将ito玻璃放到电解液中进行电化学沉积，经过电化学沉积后，白色树枝状纳米银将沉积在ito玻璃的电路上，称其为ito-ag-circuits；(2)将ito-ag-circuits浸入到带固化剂的pdms(聚二甲基硅氧烷)溶液中，加热固化，将固化好的pdms柔性基底从ito-ag-circuits上揭下，具有电路图案的白色树枝状纳米银包埋于pdms中，即得树枝状纳米银柔性电路pdms-ag-circuits。优选的，所述步骤(1)中电解液为agno3和nano3混合溶液，agno3浓度为0.005～0.015mol/l，nano3浓度为0.01～0.12mol/l，参比电极为饱和硫酸亚汞电极，对电极为铂丝，工作电极为组装好的ito玻璃。优选的，所述步骤(1)中自组装层数为4～10层。优选的，所述步骤(1)中电化学沉积时间为1000～5000s，电化学沉积设定的电位范围为(-0.6)～(-0.3)v。优选的，所述步骤(2)中pdms原液与固化剂的体积比为10：1。优选的，所述固化温度为50～100℃，固化时间为2～10小时。所述ito玻璃在贴粘贴和自组装前还包括清洗处理，清洗过程是将ito玻璃分别用去离子水、丙酮和乙醇超声清洗20～40分钟。清洗后放入臭氧清洗机里进行表面羟基化。经过上述清洗处理后再将ito玻璃在pdda(聚二烯丙基二甲基氯化铵)和pss(聚苯乙烯磺酸钠)溶液中进行层层自组装。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)本发明电路制备工艺简单，易实现量产。(2)本发明电路易于设计，导电性能优异、耐磨性能强、弯曲性良好、轻便耐用。(3)本发明制备方法可直接沉积出电路的形状，不需要后期的电路制作，简单易行。(4)本发明的树枝状纳米银，结构有众多的枝叉结构，使得纳米银枝条之间接触面积增大，有利于增加电子传输，进而降低电极电阻，良好的导电性能是制备优良电路的保证。(5)本发明采用的制备枝状纳米银的电化学沉积方法，其最大优势在于简单易行、重复性好，不需要合成制备，克服了传统工艺中合成和分离纳米银中的技术困难，同时能解决纳米银涂布中遇到的难题。附图说明图1是本发明工艺流程图；图2是根据本发明的方法制造的柔性电路表面纳米银导电层的电镜图像；图3是本发明实施例直线型电路亮灯实物图；图4是本发明实施例的弓形电极；图5是树枝状纳米银电路。具体实施方式下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。实施例1设计电路图案，在可去除图案的粘贴上刻印一张具有两条2mm(宽)x6cm(长)的直条。ito玻璃在组装之前需要进行清洗，清洗过程是将ito玻璃分别用去离子水、丙酮和乙醇超声清洗30分钟。清洗后放入臭氧清洗机里进行表面羟基化。然后再将ito玻璃在pdda(聚二烯丙基二甲基氯化铵)、pss(聚苯乙烯磺酸钠)溶液中进行层层自组装，将ito玻璃进行6层自组装，其中pdda的浓度为0.1～10mg/ml，优选1mg/ml；pss溶液浓度为0.1～10mg/ml，优选1mg/ml。将粘贴贴到组装好的ito玻璃上，然后去除电路的两条直条的部分，ito玻璃上只有两条直条部分是裸露的ito，将ito玻璃放入agno3和nano3混合溶液中，以ito玻璃为工作电极，采用的方法为计时电流法，以饱和硫酸亚汞电极为参比电极，以铂丝对电极，沉积时间为1000s，agno3浓度为0.008mol/l，nano3浓度为0.1mol/l，设定电位为-0.3v。通过电化学沉积，在ito玻璃表面制备出两条白色的纳米银导电层，通过显微镜或扫描电镜可以观察到其树枝状微观形貌结构。轻轻去除粘贴的其它部分，将沉积纳米银后的ito玻璃置入pdms溶液中，放入烘箱中固化，固化温度为70℃，固化时间为5小时。将固化好的pdms从ito玻璃上揭下，树枝状纳米银电路被固定在pdms中，通过电镜可观察到pdms表面纳米银的树枝状结构(如图2所示)。所获得的带有两条直线电路的树枝状结构纳米银的pdms电路即可作为超强耐弯曲性，耐磨性，良好导电性的电极电路。对制备的电极电路进行导电性测试，将电路一端连接led灯泡的两极，另外一端连接电池的两极，如图3所示，透明电路具有超强韧的弯曲性且led灯泡正常发光，说明枝状银直条型电路的导电性良好。实施例2设计电路图案，刻印一张具有一条2mm(宽)的弓形可去除图案的粘贴。将ito玻璃分别用去离子水、丙酮和乙醇超声清洗30分钟。清洗后放入臭氧清洗机里进行表面羟基化。然后再将ito玻璃在pdda和pss溶液中进行层层自组装，将ito玻璃进行6层自组装。将粘贴贴到组装好的ito玻璃上，然后去除电路的弓形的部分，ito玻璃上只有弓形部分是裸露的ito，将ito玻璃放入agno3和nano3混合溶液中，以ito玻璃为工作电极，采用的方法为计时电流法，以饱和硫酸亚汞电极为参比电极，以铂丝对电极，沉积时间为2000s，agno3浓度为0.008mol/l，nano3浓度为0.1mol/l，设定电位为-0.3v。通过电化学沉积，在ito玻璃表面制备出弓形结构的纳米银电路。轻轻去除粘贴的其它部分，将沉积纳米银后的ito玻璃置入pdms溶液中，放入烘箱中固化，固化温度为70℃，固化时间为5小时。将固化好的pdms从ito玻璃上揭下，树枝状纳米银电路被固定在pdms中，所获得的弓形电路(如图4)的树枝状结构纳米银的pdms电路即可作为超强耐弯曲性，耐磨性，良好导电性的弓形电极电路。实施例3设计电路图案，刻印一张具有多条2mm宽，不同长度折线图案电路的集合图案粘贴。将ito玻璃分别用去离子水、丙酮和乙醇超声清洗30分钟。清洗后放入臭氧清洗机里进行表面羟基化。然后再将ito玻璃在pdda和pss溶液中进行层层自组装，将ito玻璃进行6层自组装。将粘贴贴到组装好的ito玻璃上，然后去除电路部分，ito玻璃上只有折线电路是裸露的ito，将ito玻璃放入agno3和nano3混合溶液中，以ito玻璃为工作电极，采用的方法为计时电流法，以饱和硫酸亚汞电极为参比电极，以铂丝对电极，沉积时间为3000s，agno3浓度为0.008mol/l，nano3浓度为0.1mol/l，设定电位为-0.3v。通过电化学沉积，在ito玻璃表面制备出具有各种折线结构的纳米银电路。轻轻去除粘贴的其它部分，将沉积纳米银后的ito玻璃置入pdms溶液中，放入烘箱中固化，固化温度为70℃，固化时间为5小时。将固化好的pdms从ito玻璃上揭下，树枝状纳米银电路被固定在pdms中，所获得的多条折线电路的树枝状结构纳米银的pdms电路即可作为超强耐弯曲性，耐磨性，良好导电性的折线电路集合。实施例4刻印一张具有多条2mm宽，不同弯折角度和半径图案电路的集合图案粘贴。将ito玻璃分别用去离子水、丙酮和乙醇超声清洗40分钟。清洗后放入臭氧清洗机里进行表面羟基化。然后再将ito玻璃在pdda和pss溶液中进行层层自组装，将ito玻璃进行10层自组装。将粘贴贴到组装好的ito玻璃上，然后去除电路部分，ito玻璃上只有折线电路是裸露的ito，将ito玻璃放入agno3和nano3混合溶液中，以ito玻璃为工作电极，采用的方法为计时电流法，以饱和硫酸亚汞电极为参比电极，以铂丝对电极，沉积时间为4800s，agno3浓度为0.005mol/l，nano3浓度为0.0.005mol/l，设定电位为-0.6v。通过电化学沉积，在ito玻璃表面制备出具有各种曲线半径结构的纳米银电路。轻轻去除粘贴的其它部分，将沉积纳米银后的ito玻璃置入pdms溶液中，放入烘箱中固化，固化温度为100℃，固化时间为10小时。将固化好的pdms从ito玻璃上揭下，树枝状纳米银电路被固定在pdms中，所获得的多条曲线电路的树枝状结构纳米银的pdms电路即可作为超强耐弯曲性，耐磨性，良好导电性的曲线电路集合。对实施例1-4得到的样品进行电阻性能测试，我们测试了电路原始的电阻，弯折90度1000次的电阻，用3m胶带粘贴500次的电阻，参数分别如表1所示。表1：柔性电路的导电性能样品实施例1实施例2实施例3实施例4原始方阻(ohm/sq)3.100.990.481.80弯折90度1000次方阻(ohm/sq)5.451.650.762.98用3m胶带粘贴500次方阻(ohm/sq)4.211.240.552.10从表1中数据可知，该柔性电路随着弯折次数的增加电阻逐渐增大，用3m胶带粘贴500次后，方阻才略有上升，整体来看该电路具有较低的方阻，并且在弯曲多次和胶带粘贴多次后仍能保持良好的导电性。以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。当前第1页12