基于磁場(chǎng)圖案化和原位體積加成效應(yīng)構(gòu)建柔性導(dǎo)電圖案的研究.pdf

1、柔性電子技術(shù)因其巨大的前景受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，柔性導(dǎo)電線路(FPC)作為柔性電子的基礎(chǔ)，由于具有厚度薄、重量輕、柔軟、可彎曲的特點(diǎn)，使得柔性電子產(chǎn)品變得輕便易攜帶;并且在外力作用下，可以經(jīng)受彎折、卷曲、壓縮或者拉伸等狀況，卻仍能正常的工作。柔性電子線路的制備一直是柔性電子的關(guān)鍵技術(shù)，如何方便、高效、綠色的制備是柔性電子領(lǐng)域的重要課題。
　　本課題提出了一種全新的技術(shù)制備柔性電子線路，其思路是將物理學(xué)的磁場(chǎng)圖案化與化學(xué)上的

2、金屬置換反應(yīng)（具有體積加成特點(diǎn)的置換反應(yīng)）交叉結(jié)合制備柔性電子線路。即先利用磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)構(gòu)建金屬粒子圖案，再用具有原位體積加成特點(diǎn)的金屬置換反應(yīng)使粒子融合生長(zhǎng)，形成連續(xù)致密的金屬導(dǎo)電圖案。
　　磁場(chǎng)圖案化技術(shù)的原理是:將具有圖案化的磁響應(yīng)特性的材料（磁場(chǎng)模板）置于磁場(chǎng)中，在該圖案化的磁性材料上方，磁場(chǎng)的分布與該磁性材料的圖案一致，形成了一個(gè)具有特定梯度分布的磁力分布圖，其他磁性粒子置于該磁場(chǎng)模板上，在磁力的驅(qū)動(dòng)下，自動(dòng)按照既定的磁場(chǎng)分

3、布組裝排列，形成與磁場(chǎng)模板一致的圖案。磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的圖案化技術(shù)具有綠色節(jié)能、操作簡(jiǎn)單、高效的特點(diǎn)，在圖案化領(lǐng)域廣受關(guān)注。本課題基于該圖案化技術(shù)，利用磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)便地制備了鐵納米粒子的圖案。本課題提出了利用金屬原位體積加成融合金屬粒子，形成連續(xù)的金屬線路，其原理是利用具有高價(jià)小尺寸的金屬還原低價(jià)的大尺寸的金屬離子，使得新形成的金屬?gòu)脑訑?shù)量和體積上同時(shí)增長(zhǎng)，并在原位的氧化還原過(guò)程中實(shí)現(xiàn)金屬的融合，形成聯(lián)系致密的金屬圖案，最終形成導(dǎo)電的金屬圖案。

4、
　　基于以上的研究設(shè)想，本研究首先利用仿真模擬軟件COMSOL對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行仿真模擬，結(jié)合鐵納米粒子受力分析和運(yùn)動(dòng)分析，建立本研究中利用磁場(chǎng)使鐵納米粒子圖案化的理論基礎(chǔ)，證明鐵納米粒子可以很好的在磁場(chǎng)模中實(shí)現(xiàn)圖案化。在模擬的理論基礎(chǔ)上，將具有磁響應(yīng)的鐵納米粒子先形成鐵粒子的金屬圖案，并選擇Fe-Ag的金屬置換反應(yīng)實(shí)現(xiàn)原位體積加成。由于鐵具有最高化學(xué)價(jià)三價(jià)，而銀的最高價(jià)是一價(jià)，因此一個(gè)鐵原子可以還原三個(gè)銀離子，且銀的原子尺寸比鐵的原子

5、尺寸大，且原位金屬置換反應(yīng)具有無(wú)電電鍍的特點(diǎn)，反應(yīng)過(guò)程中自動(dòng)融合生長(zhǎng)，且銀具有很好的導(dǎo)電性能和延展性能從而形成了連續(xù)致密具有高導(dǎo)電率的金屬銀圖案。筆者在各種柔性基材上如PET膜，PI膜，紙基等材料上制備了導(dǎo)電金屬圖案，并且可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙面板制備。本研究中在基材上制備的線路寬度為300μm，線路長(zhǎng)度為6cm的柔性導(dǎo)電圖案在完全彎曲的條件下仍能達(dá)到1.2×106S/m的導(dǎo)電率。研究結(jié)果表明將磁場(chǎng)圖案化和原位體積加成相結(jié)合制備柔性導(dǎo)電圖案的方