用商用喷墨打印机打印液态金属墨水制备微型电路的方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种微型电路的制备方法，特别涉及一种用商用喷墨打印机打印液态金属墨水制备微型电路的方法及其应用，属于微型电路的制备技术领域。一种液态金属墨水，包括液态金属、表面活性剂和适量溶剂，液态金属与表面活性剂的重量比为1：0.2

【技术实现步骤摘要】
用商用喷墨打印机打印液态金属墨水制备微型电路的方法及其应用


[0001]本专利技术涉及一种微型电路的制备方法，特别涉及一种用商用喷墨打印机打印液态金属墨水制备微型电路的方法及其应用，属于微型电路的制备


技术介绍

[0002]随着社会的迅速发展，人们对于可适应多种场景的柔性电子设备得的需求大大增加。然而传统的电子设备中，储能系统，控制系统以及功能系统之间通常需要外部导线链接，同时配合焊锡的工艺，这不仅增加了电子设备集成的困难，更加使得电子设备难以柔性化，难以满足多场景使用的需求。近年来，平面柔性器件引发了人们的极大关注，使得柔性电子设备成为可能，然而将多个功能系统连接起来，集成的困难依然阻碍了柔性电子设备的实现。目前制备微型电路的即任意图案的高分辨金属导电层的方法如：光掩模辅助、诱导自组装、光降解，通常涉及复杂的制备步骤以及昂贵的设备要求。因此，一种无需昂贵设备简便制备微型互联电路的方法非常具有意义。
[0003]喷墨打印是一种最直接有效的构图方法，并且喷墨打印机易于购买获得，然而使用喷墨打印的方法构建微型互联电路需要配置稳定、分散性好的功能墨水，否则将堵塞喷头，造成无法连续制备。目前，常见的导电墨水有银纳米颗粒导电墨水、铜导电墨水等，他们的制备工艺复杂，价格昂贵，且墨水纳米颗粒粒径依然难以调控，仍然存在堵塞喷头的问题，需要定制打印机。最重要的是，银墨水在印刷过程之后，需要高温烧结以实现其导电性，这对于柔性电子设备的应用是十分不友好的，因为，柔性电子通常基于不耐高温的高分子基底如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等。
[0004]液态金属是一种不定型、可流动液体的金属，近年来引起了人们广泛的关注。液态金属的金属特性能够提供高的导电性，而液体特性将有利于其制备成为可喷墨打印的墨水，最重要的是，液态金属无需高温等过程即可使其实现高导电性。然而，液态金属大的表面张力使其在溶液体系中倾向于团聚，难以均匀分散。本专利技术重点提出了一种可用于商用喷墨打印机的液态金属墨水制备方法，可在A4纸、尼龙滤膜等柔性材料上构建任意图案的金属层形成微型电路，这将为柔性电子设备的互联和集成方面提供一种新的解决方法。

技术实现思路

[0005]针对现有的技术缺陷，本专利技术提供一种液态金属墨水，该墨水具有良好的稳定性，小于喷头的粒径，利于喷墨打印的粘度，可用商用喷墨打印机制备微型电路。
[0006]本专利技术还提供一种用商用喷墨打印机打印所述液态金属墨水制备微型电路的方法。
[0007]本专利技术解决其技术问题的技术方案是：
[0008]一种液态金属墨水，包括液态金属、表面活性剂和适量溶剂，液态金属与表面活性剂的重量比为1：0.2
‑
0.6，
[0009]其中，所述的液态金属选自镓铟合金、镓锡合金、镓铟锡合金或镓锌合金中的一种或几种，所述溶剂选自水、乙醇、乙二醇或二甲基甲酰胺(DMF)中的一种或几种，表面活性选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十二烷基苯磺酸钠(SDS)、N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、丝素或丝胶中的一种或几种；
[0010]所述液态金属墨水的制备方法是，液态金属、表面活性剂和溶剂的混合液采用探头超声处理使其分散均匀，探头超声功率为300
‑
600W，处理时间为10
‑
60分钟。
[0011]本专利技术采用探头超声将液态金属打碎变小，然后体系中的表面活性剂将其包覆，从而避免了其再次团聚成大颗粒，避免堵塞喷印喷头，使其可以应用于喷墨打印机进行打印。
[0012]作为优选，液态金属与表面活性剂的重量比为1：0.4。一定范围内表面活性剂越多包覆效果越好，但是粘度也会有所增加，不利于后续的喷墨打印。
[0013]作为优选，液态金属墨水中液态金属微球的粒径≤200nm，液态金属墨水的粘度≤10mPa
·
s。优选为粒径为150
‑
180nm，液态金属墨水的粘度为5
‑
8mPa
·
s。
[0014]作为优选，所述探头超声处理的具体方法是：设定超声程序超声5s，暂停5s，控制温度不超过20℃，超声功率为450W，超声30min后静置12h，取上层清液为液态金属墨水。
[0015]一种所述的液态金属墨水在制备微型电路方面的应用。
[0016]本专利技术使用高分子的表面活性剂，能够与表面氧化的液态金属表面形成化学键，使得由超声降低粒径的液态金属微球表面包覆了一层高分子表面活性剂，使得液态金属墨水能够稳定分散在溶剂中，并且高分子表面活性剂能够使得打印的液态金属图案在室温下容易烧结，获得导电性。形成的液态金属墨水稳定性良好，粘附低，粒径小，能够在商用喷墨打印机上稳定打印。
[0017]本专利技术方法设备要求低，制备步骤简单，墨水粘度、浓度可以调控，高分子表面活性剂与液态金属微球包覆量好，烧结后液态金属图案导电性良好，可利用商用喷墨打印机打印任意形状图案的微型电路，可以作为互连导线连接柔性电子器件中的各个功能体统，对平面、柔性电子设备的进一步发展和生产应用具有重要意义。
[0018]一种用商用喷墨打印机打印液态金属墨水制备微型电路的方法，该方法包括以下步骤：
[0019]S1、制备液态金属墨水
[0020]S2、喷墨打印
[0021]将商用喷墨打印机中残余的墨水吸出，灌入所制备的液态金属墨水，用电脑设计所需的图案，选择合适的打印基底，进行喷墨打印，根据需要打印不同层数；
[0022]S3、机械烧结形成微型电路
[0023]用机械烧结的方式，使打印的图案恢复导电性，形成微型电路。该微型电路依托于柔性基底，具有良好的机械柔性以及高导电性。
[0024]作为优选，步骤S1中采用探头超声处理液态金属墨水使其分散均匀，探头超声时功率为300
‑
600W，处理时间为10
‑
60分钟。
[0025]作为优选，步骤S2中的打印基底选择A4纸、相纸、尼龙滤膜、聚四氟乙烯滤膜或PET中的一种或几种。
[0026]作为优选，步骤S2中打印的层数为2
‑
20层。
[0027]作为优选，步骤S3中，烧结在室温下进行，烧结的方式为用毛刷刮擦、用纸巾刮擦、用玻璃棒辊压中的一种或几种。
[0028]本专利技术首先选择墨水适宜的溶剂和表面活性剂制备出液态金属墨水，通过调节表面活性剂的含量，调整墨水的粘度，然后使用探头超声的方法，调节液态金属微球的粒径，使高分子聚合物包覆在液态金属微球的表面，降低液态金属微球的表面张力，然后通过商用喷墨打印机打印任意设计的微型电路，通过室温机械烧结的方法，使液态金属图案恢复导电性，通过多次对准，重复打印，得到导电性能良好的为新型电路。该制备方法可扩展应用于柔性电子器件、可穿戴电子器件领域，与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：
[0029](1)本专利技术制备的液态金属墨水可使用商用喷墨打印机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液态金属墨水，其特征在于包括液态金属、表面活性剂和适量溶剂，液态金属与表面活性剂的重量比为1：0.2
‑
0.6，其中，所述的液态金属选自镓铟合金、镓锡合金、镓铟锡合金或镓锌合金中的一种或几种，所述溶剂选自水、乙醇、乙二醇或二甲基甲酰胺(DMF)中的一种或几种，表面活性选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十二烷基苯磺酸钠(SDS)、N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、丝素或丝胶中的一种或几种；所述液态金属墨水的制备方法是，液态金属、表面活性剂和溶剂的混合液采用探头超声处理使其分散均匀，探头超声功率为300
‑
600W，处理时间为10
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60分钟。2.根据权利要求1所述的液态金属墨水，其特征在于：液态金属与表面活性剂的重量比为1：0.4。3.根据权利要求1所述的液态金属墨水，其特征在于：液态金属墨水中液态金属微球的粒径≤200nm，液态金属墨水的粘度≤10mPa
·
s。4.根据权利要求1所述的液态金属墨水，其特征在于：所述探头超声处理的具体方法是：设定超声程序超声5s，暂停5s，控制温度不超过20℃，超声功率为450W，超声30min后静置12h，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡毅，王子希，赵智伟，胡柳，
申请(专利权)人：浙江理工大学绍兴柯桥研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：