先進的柔性大面積電子產品（如柔性顯示器和傳感器）的開發將在印刷電子產品的工程功能性墨水配方中蓬勃發展，其中分子的自發排列有助於印刷過程。在這裡，我們報告了一種可印刷的彈性導體，具有738 S cm -1的高初始電導率和182 S cm -1的記錄高電導率當拉伸至215％應變時。彈性導體油墨由Ag薄片，氟橡膠和氟表面活性劑組成。氟表面活性劑構成了引導在印刷的彈性導體中形成表面局部導電網絡的關鍵組分，導致高導電性和拉伸性。我們通過在橡膠伸縮性梯度基板上製造可拉伸的有機晶體管有源矩陣來證明我們的墨水的可行性，當拉伸至110％時具有未受損的功能，並且可穿戴的肌電圖傳感器印刷在紡織服裝上。
由於最近的密集努力，金屬油墨的電阻率已顯著降低，並且在固化溫度超過150時，已證明電阻率為2-3μΩcm，僅比塊狀Ag大25-88％的Ag納米粒子基油墨。 °C（參考文獻8）。儘管煅燒溫度可降低至室溫，但這些油墨的電阻率仍顯著高於塊狀金屬9。降低工藝溫度可以擴大基材的選擇範圍，包括低成本塑料薄膜，橡膠，紡織品甚至紙張。此外，可溶液加工的半導體10，11，12，13表現出的遷移率超過20厘米2 V -1 s -1。該值已經超過非晶矽的值，為許多實際應用打開了大門。
在這裡，我們報告了新型電子功能性墨水的開發，這種墨水同時具有高導電性和機械耐久性，同時可在單個印刷步驟中形成圖案。拉伸前彈性導體的電導率為738 S cm -1（最高，平均值：469±255 S cm -1）（應變為0％），並保持高達182 S cm -1在215％的應變; 比原始長度長三倍以上。通過模版印刷，油墨可以在50μm的分辨率下進行精細圖案化。通過在氟橡膠基質表面上的Ag薄片的自組裝導電網絡實現導電性和拉伸性的組合。自組裝由4-甲基-2-戊酮和水基氟表面活性劑的相分離驅動，通過形成表面定位的Ag層和聚合物基質的塑化來增加拉伸性。兩種應用證明了彈性導體的可行性：（1）在具有可拉伸梯度的橡膠基底上的110％可拉伸有機晶體管集成電路和（2）在傳統紡織基底上的可穿戴肌電圖（EMG）系統。
結果
高彈性導體
通過將Ag薄片（~ 3.4μm）作為導電填料添加到彈性體氟共聚物（DAI-EL G801）中，以4-甲基-2-戊酮為有機溶劑，與水基氟表面活性劑一起製備彈性導體油墨（Zonyl FS-300，以下稱為表面活性劑）（圖1a）。從Sigma Aldrich獲得的Ag薄片的尺寸分佈顯示在補充圖1中。表面活性劑的加入通過改性Ag表面和增塑氟共聚物改善了Ag薄片對含氟聚合物基質的親和力。這在後面的手稿中有更詳細的討論。導電油墨可以通過傳統的印刷技術（如模板印刷或分辨器，高分辨率（50-μm線寬，圖1a））和任意形狀，高度可拉伸的佈線（如圖1b中 260％可拉伸標識）輕鬆進行圖案化。。四種油墨組分的混合比是控制所得彈性導體的電氣和機械性能的關鍵參數。仔細優化Ag薄片之間的質量比：氟橡膠：4-甲基-2-戊酮：表面活性劑至3：1：2：1導致同時最高的導電性和拉伸性。通過模版印刷在150μm厚的聚二甲基矽氧烷（PDMS）基底上圖案化彈性導體油墨以評估它們的電學和機械特性（也參見方法和補充圖2和3）。選擇PDMS作為支撐襯底，因為其易於加工和可調的楊氏模量。比較彈性導體在有單軸拉伸應變的情況下使用和不使用表面活性劑的電導率（圖1c））表明含有表面活性劑的印刷導體的初始電導率（在零應變下）與沒有表面活性劑的參比一樣大，達到738Scm -1。最引人注目的是，向油墨中引入表面活性劑顯著改善了彈性導體的拉伸性（失效前的最大應變），從參考的適度27％到含表面活性劑的配方的200％以上。可伸縮形式的LED閃電和其他高功率電子器件將極大地受益於這種高導電性和可拉伸性，這是眾所周知難以實現的性能的組合。在用於狀態的最先進的溶液處理的拉伸的導體的最大可持續應變電導率15，21，22，23，24，25中被比較圖1d。在補充圖4中還比較了作為應變函數的電導率。我們的印刷導體電導率達到182 S cm -1在215％的應變下，目前報告的可拉伸導體的最高值可以拉伸> 150％。值得注意的是，由於PDMS基板的破裂，不會由於導電性的損失或印刷導體本身的機械故障而導致200％以上的應變下的器件失效。這表明通過使用具有適當模量和與印刷彈性體的良好粘附性的更機械堅固的基材，可以進一步改進。多孔可拉伸基底如聚氨酯泡沫或可用4-甲基-2-戊酮輕微溶解的可拉伸基底是有希望的候選者。
住戶編號:2333357
檢舉原因
心情: 
