[發明專利]一種基于液態金屬-微米金屬片的超拉伸材料用導電印刷墨水及其應用

在審

• 申請號: 202111134634.2
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113897096A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 李祎;肖淞;張曉星;唐炬
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: C09D11/52
• 分類號: C09D11/52;C09D11/106;C09D11/30;H01B1/02;H01B1/22
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 李煒

本發明提供一種基于液態金屬?微米金屬片的超拉伸材料用導電印刷墨水及其應用。該印刷墨水包括以下質量百分比的組分：30％?50％鎵銦(GaIn)或鎵銦錫(GaInSn)合金液態金屬、10％?30％苯乙烯?乙烯?丁烯?苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)或苯乙烯?異戊二烯?苯乙烯嵌段共聚物(SIS)凝膠和20％?50％微米銀片；其中SEBS或SIS凝膠為SEBS或SIS溶于甲苯或氯苯形成的凝膠。本發明制備的超拉伸墨水能夠與多種類型的彈性體基底牢固結合，具有良好的抗形變能力和導電性。本發明提供的制備方法簡單易行，能夠滿足絲網印刷、3D打印等諸多加工需求，適合大規模工業化量產。本發明提供的導電印刷墨水主要組成材料均具有良好的生物相容性和安全性，具備構建可穿戴柔性超拉伸電子器件的潛力。

技術領域

本發明屬于柔性電子技術領域，特別涉及一種基于液態金屬-微米金屬片的超拉伸材料用導電可印刷電極。

背景技術

柔性可拉伸電子器件能夠適應多種機械形變，具備構建可穿戴設備等廣泛應用前景。導電電極材料作為柔性電子器件的重要組成部分，不僅連接了器件芯片、傳感單元等核心組件，也擔任著電信號傳輸等重要功能。對于大規模柔性電子器件加工及制造而言，采用印刷或3D打印方式實現導電電極的加工具有高精度、低成本等技術優勢，是一種理想的商業化方案。

目前，針對可印刷導電材料的解決方案多基于金屬銀片、銀納米線、石墨烯、MXene等基材，通過加入一定量的高分子聚合物構建墨水最終實現導電材料的絲網印刷、噴墨打印或3D打印，但印刷電極在機械應變下的電阻/電導率下降明顯，尤其是對于一些需要超拉伸(應變大于100％)應用場景，現有方案無法實現高形變下的優良導電性保持以滿足器件工作需求。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提出了一種基于液態金屬-微米金屬片的超拉伸材料用導電可印刷電極。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

本發明第一方面提供一種基于液態金屬-微米金屬片的超拉伸材料用導電印刷墨水，包括以下質量百分比的組分：20％-50％鎵銦(GaIn)或鎵銦錫(GaInSn)合金液態金屬、10％-30％苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)或苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)凝膠和20％-50％微米銀片；其中SEBS或SIS凝膠為SEBS溶于甲苯或氯苯形成的凝膠。

進一步，所述SEBS凝膠中SEBS質量分數為35％-40％，SIS凝膠中SIS質量分數為35％-40％。

進一步，所述SEBS的分子量(Mn)為70000～90000，其中苯乙烯的質量分數為20％，乙烯-丁烯的質量分數為80％。SIS分子量為80000～90000，其中苯乙烯的質量分數為17％，異戊二烯質量分數為73％

進一步，所述銀片為微米級銀片，直徑為10-15微米。

本發明第二方面提供第一方面所述的超拉伸材料用導電印刷墨水的制備方法，包括以下步驟：

(1)將GaIn或GaInSn合金液態金屬置于甲苯或氯苯中，經超聲后，去除甲苯或氯苯溶劑，得到GaIn或GaInSn合金顆粒；

(2)將SEBS或SIS顆粒溶于甲苯或氯苯中，形成SEBS或SIS凝膠；

(3)將GaIn或GaInSn合金顆粒、微米銀片和SEBS或SIS凝膠混合，充分攪勻后即得印刷墨水。

進一步，所述步驟(1)中超聲處理方法為采用超聲探頭處理。

進一步，所述步驟(2)中SEBS凝膠中SEBS質量分數為35％-40％，SIS凝膠中SIS質量分數為35％-40％。

本發明第三方面提供第一方面所述的超拉伸材料用導電印刷墨水在可拉伸電極印、絲網印刷和3D材料刷中的應用。