一种柔性可拉伸图案化电极及其制备方法

本发明涉及一种电极及制备方法，尤其涉及一种柔性可拉伸图案化电极及其制备方法，属于印刷电子领域。

背景技术：

1、近年来，随着可穿戴电子、物联网等新兴技术的快速发展，人们对能够贴合人体皮肤、承受运动形变且维持正常电学性能的柔性电子器件的需求日益明显。而电子器件的电极，作为影响器件工作性能的重要组成部分，如何按需实现图案化且做到柔性可拉伸，成为一大热点研究问题。

2、传统的电极图案化方法包括光刻法、模板旋涂法、丝网印刷等方法，这些方法往往需要昂贵复杂的设备或者预制特定的模板，这就导致了较高的制造费用，并且容易造成电极原料的浪费、制造周期的延长，极大地增加了制造成本。并且，上述方法制造的图案化电极，根据制作基底不同，一般是刚性或柔性的，不仅难以实现可拉伸性，而且电极往往只是简单地贴合在基底表面，遭受应变时其稳定性受限，从而影响相关电子器件正常工作。因此，开发探索一种简单可靠，价格低廉的电极图案化可拉伸的工艺方法势在必行。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种柔性可拉伸图案化电极的制备方法，通过3d打印结合简单的水洗转印后处理工艺，即可实现无模板、低成本、方便快捷地制备，与基底稳固结合的柔性可拉伸图案化电极；本发明的另一目的是提供一种柔性可拉伸图案化电极。

2、技术方案：本发明的一种柔性可拉伸图案化电极的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤一，制备可用于3d打印直写的银纳米线墨水；

4、步骤二，将步骤一的银纳米线墨水装入3d打印机中，进行图案绘制，得到银纳米线图案化电极；

5、步骤三，将步骤二的银纳米线图案化电极加热烘干，使银纳米线附着在基底上；随后，清洗银纳米线图案化电极，清洗后加热烘干，循环若干次，得到水洗处理后的银纳米线图案化电极；

6、步骤四，将弹性体pdms的主剂与交联剂混合，旋涂在步骤三中得到的银纳米线图案化电极上，加热固化后，撕下弹性体，即可得到嵌入在弹性体表层中的可拉伸图案化电极。

7、作为优选，步骤一中，银纳米线墨水包括水系增稠剂、消泡剂和银纳米线。

8、作为更优选，步骤一中，水系增稠剂为羟丙基甲基纤维素、消泡剂为foamastermo2190；银纳米线墨水的制备方法：将羟丙基甲基纤维素、foamaster mo2190，加入银纳米线水分散液中，搅拌混合，然后离心除去气泡，得到银纳米线墨水。

9、作为优选，银纳米线墨水的制备方法中，羟丙基甲基纤维素的质量为140～180mg，foamaster mo2190的体积为0.5～4μl，1％质量浓度的银纳米线水分散液的体积为1～2ml，搅拌时间为5～15min，离心转速为500～2000rpm，离心时间为2～6min。

10、作为优选，步骤二中，图案绘制的方法为：利用3d打印机的气动挤出、三轴运动可控功能，设定打印路径，调节打印过程中的打印压力、打印速度、打印高度，得到银纳米线图案化电极。

11、作为优选，步骤二中，3d打印机的针头内径为0.06～0.21mm，打印压力为0.06～0.12mpa，打印速度为3～13mm/s，打印高度为0.05～0.3mm。

12、作为优选，步骤三中，加热烘干的温度为100～200℃，时间为10～30min，泡水清洗的时间为5～15min。

13、作为优选，步骤四中，弹性体pdms的主剂为二甲基硅氧烷。

14、作为更优选，步骤四中，二甲基硅氧烷与交联剂的混合比例为(10～15):1，旋涂转速为500～1000rpm，时间为5～10s，固化加热温度为60～150℃，固化时间为30～60min。

15、另一方面，本发明提供一种利用上述的制备方法制备所得的柔性可拉伸电极。

16、本发明制备原理：配制具有剪切变稀特性的可用于3d打印的银纳米线墨水，利用3d打印的气压挤出功能、针头的三维可控移动路径功能，来进行银纳米线电极的图案化制造，在水洗转印后处理工艺中，用去离子水除去水系增稠剂以及消泡剂，利用弹性体pdms主剂的液态特点，使其涂覆在银纳米线电极图案上，从而渗入银纳米线之间缝隙，加热固化后，撕下转印即可得到表层嵌有银纳米线的可拉伸图案化电极。

17、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

18、1、对比光刻等工艺，本方法在整个工艺流程中，无需使用有机溶剂，对环境污染毒害小。

19、2、银纳米线墨水挤出直写可以做到无需模板，自定义电极图案，打印过程方便快捷，并且墨水是按需挤出的，避免了导电材料的浪费，降低了制备成本。

20、3、经过水洗后处理并转印嵌入至弹性体pdms表层的银纳米线电极，可以在高拉伸应变下保持较低的方阻，并且与弹性体基底结合紧密，有利于后续柔性电子器件的进一步加工制造。

技术特征：

1.一种柔性可拉伸图案化电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的柔性可拉伸图案化电极的制备方法，其特征在于，步骤一中，银纳米线墨水包括水系增稠剂、消泡剂和银纳米线。

3.根据权利要求2所述的柔性可拉伸图案化电极的制备方法，其特征在于，步骤一中，水系增稠剂为羟丙基甲基纤维素、消泡剂为foamaster mo2190；银纳米线墨水的制备方法：将羟丙基甲基纤维素、foamaster mo2190，加入银纳米线水分散液中，搅拌混合，然后离心除去气泡，得到银纳米线墨水。

4.根据权利要求3所述的柔性可拉伸图案化电极的制备方法，其特征在于，银纳米线墨水的制备方法中，羟丙基甲基纤维素的质量为140～180mg，foamaster mo2190的体积为0.5～4μl，1％质量浓度的银纳米线水分散液的体积为1～2ml，搅拌时间为5～15min，离心转速为500～2000rpm，离心时间为2～6min。

5.根据权利要求1所述的柔性可拉伸图案化电极的制备方法，其特征在于，步骤二中，图案绘制的方法为：利用3d打印机的气动挤出、三轴运动可控功能，设定打印路径，调节打印过程中的打印压力、打印速度、打印高度，得到银纳米线图案化电极。

6.根据权利要求1所述的柔性可拉伸图案化电极的制备方法，其特征在于，步骤二中，3d打印机的针头内径为0.06～0.21mm，打印压力为0.06～0.12mpa，打印速度为3～13mm/s，打印高度为0.05～0.3mm。

7.根据权利要求1所述的柔性可拉伸图案化电极的制备方法，其特征在于，步骤三中，加热烘干的温度为100～200℃，时间为10～30min，泡水清洗的时间为5～15min。

8.根据权利要求1所述的柔性可拉伸图案化电极的制备方法，其特征在于，步骤四中，弹性体pdms的主剂为二甲基硅氧烷。

9.根据权利要求1所述的柔性可拉伸图案化电极的制备方法，其特征在于，步骤四中，二甲基硅氧烷与交联剂的混合比例为(10～15):1，旋涂转速为500～1000rpm，时间为5～10s，固化加热温度为60～150℃，固化时间为30～60min。

10.一种根据权利要求1-9中任一所述的制备方法制备所得的柔性图案化可拉伸电极。

技术总结
本发明属于印刷电子领域，公开了一种柔性可拉伸图案化电极及其制备方法，其包括以下步骤：配制银纳米线墨水；利用3D打印机的气动挤出、三轴运动可控功能，设定打印路径，调节打印过程中的打印压力、打印速度、打印高度，得到银纳米线图案化电极；使用一种水洗转印后处理工艺，除去非导电成分，制备得到低方阻、基底结合紧密、可拉伸的银纳米线图案电极。本发明的方法绿色环保，可以做到无模板、低成本、方便快捷地制备柔性可拉伸图案电极。

技术研发人员：管英士,许星亮,杨洪,李全
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27