基于磁場圖案化和原位體積加成效應構建柔性導電圖案的研究.pdf

1、柔性電子技術因其巨大的前景受到學術界和工業(yè)界的廣泛關注，柔性導電線路(FPC)作為柔性電子的基礎，由于具有厚度薄、重量輕、柔軟、可彎曲的特點，使得柔性電子產品變得輕便易攜帶;并且在外力作用下，可以經受彎折、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鍵技術，如何方便、高效、綠色的制備是柔性電子領域的重要課題。
　　本課題提出了一種全新的技術制備柔性電子線路，其思路是將物理學的磁場圖案化與化學上的

2、金屬置換反應（具有體積加成特點的置換反應）交叉結合制備柔性電子線路。即先利用磁場驅動構建金屬粒子圖案，再用具有原位體積加成特點的金屬置換反應使粒子融合生長，形成連續(xù)致密的金屬導電圖案。
　　磁場圖案化技術的原理是:將具有圖案化的磁響應特性的材料（磁場模板）置于磁場中，在該圖案化的磁性材料上方，磁場的分布與該磁性材料的圖案一致，形成了一個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模板上，在磁力的驅動下，自動按照既定的磁場分

3、布組裝排列，形成與磁場模板一致的圖案。磁場驅動的圖案化技術具有綠色節(jié)能、操作簡單、高效的特點，在圖案化領域廣受關注。本課題基于該圖案化技術，利用磁場驅動簡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小尺寸的金屬還原低價的大尺寸的金屬離子，使得新形成的金屬從原子數(shù)量和體積上同時增長，并在原位的氧化還原過程中實現(xiàn)金屬的融合，形成聯(lián)系致密的金屬圖案，最終形成導電的金屬圖案。

4、
　　基于以上的研究設想，本研究首先利用仿真模擬軟件COMSOL對磁場進行仿真模擬，結合鐵納米粒子受力分析和運動分析，建立本研究中利用磁場使鐵納米粒子圖案化的理論基礎，證明鐵納米粒子可以很好的在磁場模中實現(xiàn)圖案化。在模擬的理論基礎上，將具有磁響應的鐵納米粒子先形成鐵粒子的金屬圖案，并選擇Fe-Ag的金屬置換反應實現(xiàn)原位體積加成。由于鐵具有最高化學價三價，而銀的最高價是一價，因此一個鐵原子可以還原三個銀離子，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具有無電電鍍的特點，反應過程中自動融合生長，且銀具有很好的導電性能和延展性能從而形成了連續(xù)致密具有高導電率的金屬銀圖案。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電金屬圖案，并且可以同時實現(xiàn)雙面板制備。本研究中在基材上制備的線路寬度為300μm，線路長度為6cm的柔性導電圖案在完全彎曲的條件下仍能達到1.2×106S/m的導電率。研究結果表明將磁場圖案化和原位體積加成相結合制備柔性導電圖案的方