【摘 要】
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目前,纳米银材料广泛应用于柔性电子产品。微滴喷射3D打印作为一种增材制造技术,具有成本低、效率高和工艺简单等优点,在成形柔性电子方面具有巨大潜力。但以往制备的导电银墨水存在保存时间短、液滴形貌不稳定及导电性能差等问题,严重影响打印柔性电子的产品质量。纳米电气石具有优良的压电性、热电性和自发电极性等特点。本文将纳米电气石加入导电银墨水中,通过微滴喷射3D打印成形导电银线路,研究纳米电气石对导电银墨水
【基金项目】
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河北省自然科学基金(E2018202200);
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目前,纳米银材料广泛应用于柔性电子产品。微滴喷射3D打印作为一种增材制造技术,具有成本低、效率高和工艺简单等优点,在成形柔性电子方面具有巨大潜力。但以往制备的导电银墨水存在保存时间短、液滴形貌不稳定及导电性能差等问题,严重影响打印柔性电子的产品质量。纳米电气石具有优良的压电性、热电性和自发电极性等特点。本文将纳米电气石加入导电银墨水中,通过微滴喷射3D打印成形导电银线路,研究纳米电气石对导电银墨水的流变学性能、墨滴形貌及银线路导电性能的影响,并深入探讨纳米电气石对银线路导电性能的影响机理。本文的主要工作及创新点如下:(1)研究纳米电气石添加量对导电银墨水的Zeta电位、表面张力及粘度的影响规律。以纳米银颗粒为导电相,纳米电气石为助剂,去离子水为溶剂,聚乙烯吡咯烷酮为分散剂制备出纳米电气石/导电银墨水。实验结果表明:随着纳米电气石含量增加,导电银墨水Zeta电位等电点处的p H值逐渐减小;表面张力先随之降低,当超过0.2 wt%后不再降低而趋于稳定值;粘度也先随之降低,当超过0.2 wt%后反而升高。0.2 wt%电气石的导电银墨水表面张力为31.3 m N/m,粘度为9.7 m Pa·s,该导电银墨水分散稳定性高且保存时间长。(2)研究纳米电气石对墨滴形貌及打印效果的影响。通过优化墨水和打印参数,进行含纳米电气石导电银墨水的打印成形实验。实验结果表明:压电脉冲选取幅值90V的梯形波,调节正负压直到喷嘴处形成半月面,此时导电银墨水可以进行稳定喷射。当使用0.2 wt%电气石的导电银墨水时,卫星墨滴数量减少,拖尾较短并迅速缩回,能更快地形成稳定墨滴,能够打印出高质量导电银线路。(3)研究纳米电气石含量、烧结温度及时间对银线路物相组成、微观形貌、导电性能的影响规律,深入分析纳米电气石对银线路导电性能的影响机理。实验结果表明:当含量达到0.2 wt%时,导电性能和致密性达到最好,继续增加有下降的趋势。使用添加0.2 wt%电气石的导电银墨水打印成导电线路,经过180°C热处理30 min导电性能最好,电阻率最低可达2.9μΩ·cm。通过本文的研究,为微滴喷射3D打印高导电银线路提供理论和实验依据,在柔性电子增材制造方面具有重要的工程实际意义。
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