[發明專利]一種激光打印撓性電子器件的方法

有效

• 申請號: 201410557921.8
• 申請日: 2014-10-21
• 公開（公告）號: CN105585676B
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 王曉龍;林鵬;葉謙;劉志魯;周峰;劉維民
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C08F292/00
• 分類號: C08F292/00;C08F220/34;C08F120/34;C23C18/31;C08L33/14;C08K3/04;C09C1/48;C09C3/08
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 方曉佳

本發明涉及一種激光打印撓性電子器件的方法，該方法的步驟依次為：用聚電解質對激光打印碳粉顆粒進行表面改性；用激光打印機將聚電解質改性的碳粉打印到柔性基材表面；在激光打印圖案表面采用常溫下貴金屬催化無電沉積制備金屬層。本發明與傳統印刷電路板技術相比，無需銅箔基板，不產生大量蝕刻廢液，操作簡單，易于普及推廣，適用于工業生產。本發明制備的撓性電子器件具有優異導電性能、機械耐久性及柔韌性。

技術領域

本發明涉及一種激光打印撓性電子器件的方法。

背景技術

撓性電子器件在機器人皮膚、大面積可穿著性顯示器、傳感器、太陽能以及用于人類健康監測和疾病治療方面的生物電子器件和驅動器等領域具有非常巨大的潛在應用價值。經過二十多年的發展，大面積撓性電子器件變得越來越輕也越來越薄，目前能夠很方便快捷地懸掛于墻壁上的大面積太陽能和顯示器已經可以達到，而且隨著技術的發展，可彎曲甚至可卷曲的顯示器離實現工業化也指日可待。印刷電子作為撓性電子領域的一個重要分支，可以較簡便的制備低成本多層微電子器件，近年來受到非常大的重視。研究人員開發了各種技術用于制備印刷電子器件，如微接觸印刷、納米壓印、凹版印刷、絲網印刷、噴墨打印等。其中，噴墨打印技術由于其非接觸、低材料消耗、無需掩模、與電腦兼容、靈活且通用等特性，可以在大幅面的基板上以較低的成本制造出特征尺寸更小的撓性電子器件而被業界看好，已成為目前研究最多、應用較廣泛的一種印刷電子制備技術。

然而，噴墨打印本身也有不足之處，如打印設備和導體墨水成本高，且效率較低。為了尋求更高效且成本低廉的方法制備印刷電子，本發明把目光投向了激光打印。盡管激光打印機已廣泛應用，但與噴墨打印相比，采用激光打印技術制備印刷電子方面的報道微乎其微，基于辦公室通常所用的激光打印技術制備印刷電子方面的目前則未見報道。傳統激光打印機技術未能應用于印刷電子制備的主要原因是導電粒子或半導體材料與激光打印技術不兼容：激光打印中需要利用激光進行成像，而打印碳粉中加入導電性物質則會導致成像失敗，因此直接通過激光打印導體性物質制備印刷電子的路線顯然是行不通的。所以激光打印技術制備印刷電子方面首先需要解決的關鍵問題是導電材料與激光打印工作原理不兼容的問題，這也是本發明解決的關鍵技術問題。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明提供了一種激光打印撓性電子器件的方法。

本發明對激光打印碳粉進行聚電解質改性，然后通過打印后貴金屬催化化學鍍的方式得到具有優異導電性能、機械耐久性及良好柔韌性能的撓性電子器件。

一種激光打印撓性電子器件的方法，其特征在于該方法的步驟依次為：

1）用聚電解質對激光打印碳粉顆粒進行表面改性；

2）用激光打印機將步驟1）所得聚電解質改性的碳粉打印到柔性基材表面；

3）在步驟2）所得激光打印圖案表面采用常溫下貴金屬催化無電沉積制備金屬層。

所述步驟1）用聚電解質對碳粉顆粒進行表面改性的方法為下述方法中的任意一種：

方法1：聚電解質和碳粉進行機械物理混合；

方法2：采用表面引發聚合在碳粉顆粒表面接枝聚電解質；所用的引發劑為多巴胺，反應條件為室溫；

方法3：在碳粉粘接劑中加入聚電解質單體進行共聚合。

所述聚電解質與碳粉的質量比為1:1~10:1。

所述聚電解質為聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨。

所述柔性基材為紙、織物、聚酰亞胺薄膜、聚丙烯薄膜或聚酯薄膜。

所述步驟3）無電沉積是在貴金屬催化下進行，貴金屬催化劑采用貴金屬鹽與改性碳粉進行離子交換；所述離子交換是在打印前通過改性碳粉浸泡或打印圖案后浸泡進行；所述貴金屬鹽為氯亞鈀酸銨、氯金酸或氯鉑酸。