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柔性电极具有广阔的发展前景,已广泛应用于薄膜开关、传感器、RFID天线、可穿戴设备等多个领域。目前工业上制作柔性电极的方法有很多,但都存在一些问题,例如,蚀刻法和电镀法会对环境造成一定污染,且设备昂贵,真空电镀法制备的柔性电极膜厚较小,应用范围受限,设备昂贵且生产效率不高。低温银浆直接印刷法制备的柔性电极电阻率较高,低温银浆价格较高且不耐存储,不利于降低生产成本。针对这些不足,本文提出了一种利用烧渗性高温导电银浆制备高导电率柔性电极的方法:利用丝网印刷把高温导电银浆印刷在耐高温的基板上,高温烧结后将银电极和基板放入溶液中浸泡,然后利用胶带进行剥离,最后把剥离下来的银电极贴在纸质或聚酰亚胺薄膜等柔性基板上制成柔性电极。
本文分析了高温烧渗型导电银浆的烧结机理,针对不同组分的高温银浆,研究了基板材质和基板表面形态对银电极剥离难易度的影响。主要研究了采用晶体硅为承载基板时,烧结温度、烧结时间、基板表面微观结构以及剥离溶液种类对各类银电极剥离难易程度的影响。同时,基于银浆高温烧结时与基板的结合机理,提出了在基板上形成纳米界面层和银电极共烧结的方法,研究了不同界面层种类及其表面微观结构对银电极剥离难易程度的影响,并通过观测剥离后粘结界面的微观结构和残留元素成分,分析了界面层和银浆共烧结时粘结界面的形成机理及其在银电极剥离时的作用。针对剥离后的银电极,研究了不同烧结条件和银浆组分对银电极电阻率的影响,分析了银电极机械特性以及电极表面微观结构。最后,对该柔性银电极的应用进行了初步探讨。
结果表明,当硅基板表面具有氮化硅界面层时,最有利于银电极的剥离;酸性剥离溶液比碱性剥离溶液更有利于银电极的剥离;含Bi系玻璃粉的银浆比含Pb系玻璃粉的银浆烧结后更容易剥离,但Bi系银浆电性能较差。采用具有70 nm氮化硅界面层的晶体硅基板和Pb系玻璃粉银浆,1 mol/L的HCl作为剥离溶液,成功制备了具有优异电性能和机械性能的柔性电极,其电阻率可低至3 μΩ•cm,优于市场上多数柔性电极的电阻率,具有广阔的发展前景。
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Degree: 工程硕士
Mentor: 张宏
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Year: 2017
Language: Chinese
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