微纳柔性制造与印刷电子材料

微纳加工技术主要应用在光电子和IC领域,随着国际新一轮印刷电子技术的发展,电路线宽越来越细,对印刷电子材料与应用技术提出更高要求,传统印刷术很难实现数微米以下精密电路。针对国际行业研究现状、工艺及最新进展,详细阐述微纳柔性制造技术的原理与特点。基于微纳图形化激光直写光刻技术、卷对卷纳米压印技术及其配套(微纳填充、转印和软压印)技术,以大尺寸透明导电材料的研发为例,微纳柔性制造在106.68 cm幅面上使印刷电路的线宽达到1.5μm。微纳柔性制造方法属于"加法"制造。展望了柔性制造在印刷电子材料产业发展中的前景和需求,指出微纳柔性制造与印刷材料的结合,有可能成为新一轮大尺寸柔性显示与触控、传感器件等产业发展的有力工具和推动性力量。     

等离子体诱导铜油墨低温固化工艺及性能优化

目的 利用低温等离子体诱导铜络合物导电油墨实现在柔性基板上快速固化,制备出高导电柔性铜薄膜,并阐明油墨溶剂质量分数、预热处理时间、等离子体功率、处理时间等参数对铜膜固化结构与导电特性的影响规律。方法 通过调节油墨中的溶剂质量分数以改变油墨的铜含量及印刷铜薄膜的厚度;通过控制变量法优化低温固化工艺,并利用扫描电子显微镜、共聚焦显微镜、电阻率测量等手段表征柔性薄膜的物理特性;通过圆珠笔直写和卷对卷印刷方式测试所制备油墨与工艺在印刷柔性电子领域的适用性。结果 通过对油墨配方和等离子体处理工艺的协同优化,可以制备最薄为40 nm,最低电阻率为3.76 μΩ?cm的柔性铜薄膜。结论 等离子体处理可以实现铜络合物油墨的低温快速固化制备高性能铜薄膜,在印刷柔性电子领域展现出了巨大的应用潜力。     

纳米银导电油墨及其在柔性印刷电子中的应用

目的 探究纳米银导电油墨及其在柔性印刷电子中的应用。方法 通过总结国内外文献,从纳米银颗粒及其导电油墨的制备、印刷工艺、烧结工艺以及在柔性印刷电子技术中的应用几方面总结近年来的研究进展。结果 在油墨制备及使用中,简化制备工艺、降低生产成本、实现绿色环保、低温烧结,同时提高油墨的基材适应性是未来纳米银导电油墨的改进重点。直写技术具有精度高、速度快等优势,正逐渐替代丝网印刷技术成为主流。烧结工艺的研究重点在于实现低温烧结,其中化学烧结工艺简单,但提高导电性是研究重点。其他烧结方式则设备昂贵,环境要求高。结论 作为功能性电子材料,纳米银导电油墨因出色的电性能和印刷适性,正在被广泛应用于柔性印刷电子中。近年来通过对纳米银及其导电油墨的深入研究及技术改进,在纳米银颗粒的制备、低温烧结技术、节能环保加工工艺等方面获得了一定的进展。与此同时,将其作为功能材料应用于制备柔性传感器中,RFID标签天线、柔性电极、超级电容器、太阳能电池等正受到广泛研究与应用。     

小型化柔性印制天线:材料、工艺及应用

柔性天线具有质量轻、尺寸小、厚度薄和易共形等特点,在当前和未来通信、医疗等系统中显示出重要的应用前景。柔性印制电子技术的发展为柔性天线的制作提供了可能性。如何设计和印制出满足无线通信功能和易集成的小型化柔性天线成为了热门研究方向,柔性材料的研发、印刷工艺的巧妙选择和天线形式及结构的特别设计成为了关键。本文综述了柔性印制天线在材料类别和属性、制造技术与特点、小型化/可穿戴结构设计策略及应用方面的最新研究进展,提出了柔性印制天线制作的路线,一是天线设计的考量,涉及柔性衬底、导电材料及天线形式的选择;二是天线的结构设计和实物测试,需要围绕实际应用需求进行规划。本文分析探讨了天线在材料、工艺和设计三个方面的技术难点和需要解决的问题,展望了各自的未来发展方向。综合来看,金属类导电材料、耐热聚合物和可拉伸衬底材料是柔性材料理想的选择;印刷工艺的选择取决于天线的具体应用场景和材料的流体参数;小型化、多功能、多频带是柔性印制天线结构设计的走向。结合通信和医疗等应用,未来柔性天线的设计技术应在引入新材料的基础上做出改进以适用于更多场合。     

柔性大面积印刷电子新器件及其物联网应用

作为一项新兴技术,物联网通过各种传感器和智能标准通信接口,使得物理世界的"物"与信息网络的"云"无缝链接,从而实现对物品对象的标识和智能管理。由于柔性电子特有的弯曲性和可延展性,使其在与物的结合中发挥出重要的作用,成为桥接"物"与"云"的关键技术。全面综述了国际上柔性大面积印刷电子新器件的最新研究进展,包括柔性薄膜晶体管、存储器、各类传感器等,以及柔性全金属印制的射频设别(RFID)技术和天线、智能包装及可穿戴智慧医疗设备(BioPatch)等物联网应用,并对目前大面积柔性电子器件与系统在材料、器件以及系统集成等方面所面临的诸多挑战和困难展开了讨论。     

凹胶印刷电子油墨铺展过程分析及实验

目的 为清晰直观地认识凹胶印刷电子油墨铺展过程的微观机理。方法 根据油墨铺展运动过程,建立其静态的物理和几何模型,利用幂律流体理论,分析油墨粘度与剪切速率之间的关系,特别是纳米银导电油墨的幂律流体函数模型,最后利用实验验证这一模型的正确性。结果 幂律流体理论表明,纳米银导电油墨的粘度与剪切速率存在 的数量关系,实验结果表明,在印刷压力为49 N,线宽扩大率最大时,印刷速度为21.88 mm/s,验证该条件下的方阻值为5.915 Ω;在印刷速度为45 mm/s,线宽扩大率最大时,印刷压力为49.36 N,验证该条件下的方阻值为5.908 Ω;在印刷压力为49 N,印刷速度为45 mm/s下,线宽扩大率最大时,油墨粘度为0.78 Pa?s,验证该条件下的方阻值为4.8998 Ω;油墨粘度η与印刷速度v之间存在 的函数关系。结论 纳米银导电油墨是一种假塑性流体,其粘度与剪切速率呈负相关变化,剪切速率是影响油墨铺展过程的关键参数。     

氨气传感材料及器件的研究进展

氨气是一种有毒气体,对人体健康具有危害作用,故实时监测其在空气中的浓度非常重要。近年来,出现了众多类型的氨气气敏材料,氨气传感器得到了迅速发展。综述了柔性与非柔性两类不同材料的氨气传感器,并探讨了氨气传感器下一步发展趋势。     

纤维素纳米纸的疏水改性及应用研究

纳米纤维素(NC)是自然界来源丰富的可再生天然高分子材料,不仅具备纤维素的基本性质,还拥有纳米材料的特殊性能.目前,以NC为基本单元成功制备了多种性能优异的结构和功能材料,其中由NC制备的柔性、透明纤维素纳米纸(CNP)材料因具有优异的力学性能、光学性能和热学性能,现已在各种多功能和高端应用上广泛使用.然而由于NC天然的亲水性,导致CNP材料在潮湿环境下的力学性能急剧下降,严重影响了CNP的应用性能.因此,改善CNP的亲水性,保持材料在潮湿环境下也具有增强的力学性能是纤维素应用不容忽视的问题.本文首先介绍了CNP的制备与性质,接着回顾了甲硅烷基化、乙酰化/酯化、聚合物接枝和物理吸附在CNP疏水改性上的研究进展,重点阐述了改性对CNP表面疏水性和应用性能的影响;最后介绍了CNP材料在太阳能电池、超级电容器和有机发光二极管上的应用.     

导电水凝胶在柔性可穿戴传感器的应用研究进展

目的 概述导电水凝胶在柔性可穿戴传感器方面的研究情况,挖掘其作为传感器件的应用潜能。方法 查阅大量相关的文献,对导电水凝胶在柔性可穿戴传感领域的最新进展进行归纳与总结。按水凝胶网络分类的4种导电水凝胶,总结归纳其设计、合成、结构和潜在应用。讨论导电水凝胶的导电性、力学性能、黏附性、防冻性能、自愈性能和各式响应性等功能性能的影响因素,总结自黏性、防冻性、自修复和其他多种优秀性能的柔性可穿戴传感器。结论 导电水凝胶是一种具有多功能的独特刺激响应性的功能材料,在柔性可穿戴传感领域进行深入探究具有重大意义。     

微流控纺丝技术及多元结构微流控纤维柔性可穿戴应用

微流控纺丝技术融合了微流控技术和纺丝技术的优点,可设计制备常规纺丝技术难以实现的复杂结构微纤维。通过对微尺度流体流动的精确调控及利用微通道内流体的层流流动特性,微流控纺丝技术制备的多元结构功能微纤维在生物医学、柔性电子、分析化学等领域具有广泛应用。本文系统介绍了微流控纺丝技术的纺丝装置及固化机制,综述了实心/多孔纤维、中空/核壳纤维、Janus/双组分/多组分纤维、纺锤状纤维、螺旋纤维等多元结构纤维的制备方法、结构特点及其在柔性可穿戴中的应用,最后分析了微流控纺丝技术在制备微纤维中的优势与不足,并对微流控纺丝技术的应用前景进行展望。     

精细丝网印刷电子影响因素及实验研究

目的为了分析网版参数、印刷工艺和油墨粘度对丝网印刷过程的影响情况及影响程度。方法以印品线宽、线厚和印刷粗糙度为评价指标,根据精细丝网的印刷过程,采用静态描述法建立油墨向网孔中填墨、油墨从网孔向承印物转移以及油墨在承印物上的流平铺展的物理模型;采用实验方法探究网版参数、印刷工艺和油墨粘度对丝网印刷过程的影响;建立相同印刷条件下,各个影响因子对应的线宽数值,线宽越小,其影响程度就越大的描述模型,以对影响因子进行比较。结果结合最小网点直径与网版目数、线径的数学模型,获知网版的选择与最小网点直径有关,最小网点直径越小,所选网版就越好;在一定范围内,刮刀角度越小,刮刀压力越大,刮刀速度越大,其印品质量就越好,超出这个范围就会影响其印品质量;离网间距不宜过大,也不宜过小,在刮刀角度为60°,刮刀速度为0.08 m/s下的离网间距最佳为2mm;纳米银导电油墨粘度对印刷质量的影响不是同步变化,若追求低厚度和小粗糙度印品,则选择低粘度油墨;若追求低线宽,则选择高粘度油墨。结论精细丝网印刷质量影响程度由高到低排序为网版参数刮刀压力离网间距油墨粘度刮刀角度刮刀速度。     

聚氨酯柔性电子封装胶的研制

以聚醚多元醇、聚丙二醇(PPG)和2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)为原料,通过添加催化剂二月桂酸二丁基锡和扩链剂1,4-丁二醇制备了固化快、强度适中、延展性良好的聚氨酯电子封装胶。利用傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪分析了聚氨酯电子封装胶的结构和热稳定性能,考察了TDI与PPG摩尔比、聚醚多元醇与聚氨酯预聚体质量比、催化剂、扩链剂及其用量对聚氨酯电子封装胶力学性能及固化速率的影响。结果表明:在PPG相对分子质量为1000、n(TDI)∶n(PPG)=2∶1、m(聚醚多元醇)∶m(聚氨酯预聚体)=0.6、扩链剂1,4-丁二醇用量为3%时,聚氨酯电子封装胶的拉伸强度达到5.8MPa,断裂伸长率大于900%;催化剂二月桂酸二丁基锡用量为0.3%,固化时间小于40min时,聚氨酯电子封装胶耐热性能良好。     

多彩结构色‒柔性光子晶体材料与应用

目的 对柔性光子晶体的性质进行介绍,并对其主流的制备方法进行阐述,总结近几年来柔性光子晶体材料在包装印刷领域的应用。方法 介绍柔性光子晶体材料的主流制备方法,包括胶体粒子自组装法以及纳米压印光刻法;其次根据光子晶体材料的结构色可调性,介绍柔性光子晶体材料在包装印刷领域主要应用和研究价值。结论 目前柔性光子晶体在包装印刷方面的应用主要在于纺织、防伪、体育与健康等方面。柔性光子晶体在绿色印刷和包装领域具有重大潜力,可进一步深度研究拓宽其日常生活领域化应用,进一步推动包装印刷行业的绿色发展。     

柔性储能电池电极的设计、制备与应用EI北大核心CSCD

随着便携式、可穿戴电子器件的迅速发展,柔性储能器件的研究逐渐转向微型化、轻柔化和智能化等方向。同时人们对器件的能量密度、功率密度和力学性能有了更高的要求。电极材料作为柔性储能器件的核心部分,是决定器件性能的关键。柔性储能电子器件的发展,又迫切需要新型电池技术和快速、低成本且可精准控制其微结构的制备方法。因此,柔性锂/钠离子电池、柔性锂硫电池、柔性锌空电池等新型储能器件的研发成为目前学术界研究的热点。本文论述了近年来柔性储能电池电极的研究现状,着重对柔性电极材料的设计(独立柔性电极和柔性基底电极)、不同维度柔性电极材料的制备工艺(一维材料、二维材料和三维材料)和柔性储能电极的应用(柔性锂/钠离子电池、柔性锂硫电池、柔性锌空电池)进行对比分析,并对电极材料的结构特性和电化学性能进行了讨论。最后,指出了柔性储能器件目前所面临的问题,并针对此类问题展望了柔性储能器件未来的重点在于新型固态电解质的研发、器件结构的合理设计及封装技术的不断优化。     

基于微结构的柔性压力传感器设计、制备及性能

随着科技的快速发展,电子皮肤和柔性可穿戴设备由于在人体运动、健康监测、智能机器人等领域具有重要应用而引起了人们广泛的关注。传统的基于贵金属或金属氧化物半导体的压力传感器成本高、柔韧性差,而新型的基于微结构的柔性压力传感器具有灵敏度高、应变范围宽、低成本、低功耗、响应速度快等优势,在电子皮肤和柔性可穿戴设备等方面发挥重要作用,成为当前柔性电子材料与器件主要研究热点之一。本文系统总结了近年来颇受关注的基于金字塔形、微球形、微柱形、仿生结构、褶皱等不同柔性基底微结构和多孔导电聚合物材料的柔性压力传感器在材料选择、结构设计、制备方法、传感性能等方面取得的重要进展,并对柔性压力传感器的未来发展进行了展望。     

全印制柔性应变传感器的原理与智能包装应用

目的随着可穿戴电子技术的快速发展,因具有较高的传感系数,柔性应变传感器在电子皮肤和机器人领域得到了广泛关注,但如何降低其制造成本成为一种挑战。近年来,印刷电子技术的快速发展推动了柔性应变传感器的发展,并逐渐在一些新的领域得到应用,尤其是智能包装领域。方法结合课题组在全印制应变传感器方面的研究进展,对柔性传感器的原理、印刷制造方法和主要应用进行综述。结论大量的研究表明,印刷柔性应变传感器已经开始应用于智能包装中,利用印刷电子技术制造智能包装也有利于降低其制造成本,推动其走向实际应用。     

聚偏氟乙烯/碳纳米管基压电式电子皮肤的制备及应用

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种常见的压电材料。本文通过静电纺丝的方法,制备PVDF/碳纳米管(CNT)基电子皮肤,并对电子皮肤压力感知性能进行研究,测试稳定性和耐久性。实验证明：该电子皮肤可应用于智能机器人和可穿戴设备。