摘要: 便携式电子器件和柔性可穿戴电子设备的发展促使印制电子技术这一新兴电子技术领域受到人们越来越多的关注，已成为电子制造产业发展的新方向。采用印制电子技术制作光电器件具有操作简单、产品轻薄、柔性化、成本低、个性化和绿色环保等特点。纳米导... 展开 便携式电子器件和柔性可穿戴电子设备的发展促使印制电子技术这一新兴电子技术领域受到人们越来越多的关注，已成为电子制造产业发展的新方向。采用印制电子技术制作光电器件具有操作简单、产品轻薄、柔性化、成本低、个性化和绿色环保等特点。纳米导电墨水作为制作导电图案的基础材料是印制电子技术发展的关键，也是制约其发展的瓶颈，其性能决定着工艺的选择和最终产品的品质。本论文首先概述几种印制电子工艺和导电墨水的研究进展；其次优选表面活性和颗粒生长抑制剂，采用普通的液相化学法和多元醇法制备了类球形纳米银颗粒、纳米银片和纳米银线；然后采用自制的不同形貌纳米银分别配制丝网印制技术和喷墨印制技术用的导电墨水，研究纳米银的形貌、墨水的粘度和表面张力等的印制适应性以及对印制导电图形微观结构以及电性能等影响等；最后成功利用喷墨打印制作纸基功能电路。 具体研究内容如下： （1）采用普通的液相还原法制备类球形纳米银颗粒和纳米银片，采用多元醇法制备纳米银线。研究了硝酸银的浓度、表面活性剂浓度、颗粒生长抑制剂等合成不同形貌纳米银的影响，进而获得类球形纳米银颗粒、纳米银片和纳米银线可控结构的制备方法。实验结果表明：在SN5040（丙烯酸钠盐分散剂）与AgNO3用量比例为1∶1时获得平均粒径为7.8nm的类球形纳米银颗粒；在AgNO3浓度为8.50mg·L-1时获得平均厚度为26.34nm和平均直径为111.42nm纳米银片；在Br-∶Cl-的浓度比例为8∶2时获得平均长度为18.91μm和平均直径为43.33nm的纳米银线。 （2）分别以自制的类球形纳米银颗粒、纳米银片和纳米银线为导电填料，通过优选各种助剂配制丝网印刷用导电墨水。采用丝网印制工艺研究不同形貌的纳米银对导电墨水的物化性能以及丝网印刷线路结构和网印图案的电学性能的影响。研究结果表明：以羟乙基纤维素为粘结剂，配制粘度范围为790~890mPa?s的墨水可适用于丝网印刷；相同导体填料用量情况下，纳米银片墨水的粘度较类球形纳米银墨水的粘度略高，但表面张力明显增加，而纳米银线墨水的粘度则较其他两种形貌配制的墨水的粘度明显低，而表面张力明显增加；类球形纳米银颗粒含量为17.27wt%时，网印膜的方阻为5.33Ω?sq-1，RMS为29.9nm；纳米银片含量为25.30wt%时，网印膜的方阻为1.83Ω?sq-1，RMS为181nm；纳米银线含量为10wt%时，网印膜的方阻为2.56Ω?sq-1，RMS为33.6nm。 （3）分别以自制的类球形纳米银颗粒和纳米银线为导电填料配制了喷墨导电墨水。采用喷墨印刷技术研究了不同粘度、不同表面张力对喷墨导电墨水的印刷适应性的影响；研究了打印参数对导电墨水喷印图形的影响；探讨了类球形纳米银墨水和纳米银线墨水喷印图形的电学性能；最后研究了反应型墨水的电学性能。研究结果表明：墨水的粘度范围为2.8~9.1mPa?s，表面张力为33.4mN?m-1可适用于喷印；选择合适喷孔数目（2个）可以改善印刷的精度；打印墨滴间距对印刷图案的精度影响很大，间距太小不利于细小线宽的打印，间距太大容易造成印刷线路断开或者有半圆形凸边；打印速度对印刷的精度影响不大，可以适当的改变打印速度，提高效率；打印次数对细小线路的精度影响比较大，随着次数的增加，误差值越来越大；当AgNPs固含量为6.91wt%时，喷印图形的方阻为2.71Ω?sq-1（打印四层），打印第六层时方阻增至3.19Ω?sq-1；当AgNWs固含量为0.32wt%时，喷印图形的方阻为2857Ω?sq-1，打印层数为8层时喷印图形的其方阻为11.01Ω?sq-1。当反应型墨水浓度为0.13g·mL-1时，膜方阻为4.6Ω?sq-1，打印层数为7层时，膜方阻为5.15Ω?sq-1，当退火温度为130℃时，其方阻为1.35Ω?sq-1；反应型墨水喷印图形有着很好的柔韧性，弯曲3000次后，其电阻基本上不变化。最后用喷墨导电墨水实现简单电路的印制。表明了喷墨印制工艺在印刷电子技术有着很大的优势和潜能。 收起