基于喷墨打印的纳米银油墨研制及应用研究

摘要

随着现代微纳加工技术与纳米光学的发展，新概念的消费电子产品开始朝着小型化、柔性化的方向发展。在此背景下，基于金属纳米油墨的印刷电子技术，作为纳米技术、印刷技术和电子技术领域的交叉方向，因其快速、便捷、环境友好等诸多优势，得到了广泛关注。其中，喷墨打印作为一种按需打印方法，成为研究的热点问题之一。
　　在喷墨打印技术领域，目前主要的研究问题集中在以下三个方面:1、高浓度金属纳米材料合成及稳定性研究，导电材料性质将直接影响油墨性能，并且，高浓度纳米颗粒制备对于印刷电子的大规模应用也具有重要意义;2、打印图形后处理技术，即实现金属纳米材料在原子层面连接，以及降低烧结温度，以满足柔性电子需求;3、器件应用研究，制造新型光电器件。
　　针对以上热点研究问题，本文在喷墨打印纳米银油墨、后处理及应用方面开展了一系列工作。首先，在高浓度银纳米颗粒合成方面，提出了一种晶种触发的多元醇法，可在高浓度反应条件下实现对产物形貌、尺寸的有效控制。同时，研究了氨水还原法中反应参数对产物的影响，利用各种表征手段系统分析了颗粒尺寸、形貌等特征，讨论生长机制。
　　其次，针对纸上电子技术特点，提出了一种室温多步烧结方法，包括丙酮清洗、LED白光光照、化学镀等三步。通过表面形貌表征，分析了纸上导线的烧结效果，降低电阻率至7.6×10-8Ω·m，提升导电性至银体材料的21.7％。另外，研究了低温光热烧结法，在70℃条件下获得低于120℃热烧结结果36.4％的电阻率。以上两种处理方法均在高效烧结的同时，避免对基材产生热损害，因而可满足纸上电子器件应用需求。
　　最后，研究了纸上电子技术在光电领域的应用。电学方面，研究了纸上导线的电阻各向均匀性和弯折特性，制备了纸上柔性LED电路和RFID标签天线。光学方面，利用喷墨打印的灰度打印功能，制备了不同密度的纸上银膜，并研究其反射特性。这种喷墨打印纳米银油墨技术，可以与彩色打印、三维折纸艺术结合，形成新概念的纸上电子器件，为印刷电子应用提供了新的研究思路。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 印刷电子概念

1．2 国内外研究现状

1．2．1 喷墨打印用导电油墨研究

1．2．2 打印图形后处理技术研究

1．2．3 打印过程控制研究

1．2．4 基于喷墨打印的应用研究

1．3 本课题的研究内容及技术方案

第二章 银纳米颗粒合成及油墨配制

2．1 晶种触发多元醇法制备银纳米颗粒

2．1．1 多元醇法原理

2．1．2 晶种触发多元醇法原理

2．1．3 实验内容

2．1．4 双氧水刻蚀作用研究

2．1．5 银颗粒表征及生长机制研究

2．2 氨水还原法制备银纳米颗粒

2．2．1 氨水还原法原理

2．2．2 实验内容

2．2．3 前驱体溶液滴速对产物的影响

2．2．4 银颗粒表征及生长机制研究

2．3 本章小结

第三章 纸上银导线烧结技术研究

3．1 导电油墨的导电理论

3．2 热烧结特性研究

3．3 室温多步烧结法特性研究

3．4 低温光热烧结法特性研究

3．5 本章小结

第四章 纸上电子器件应用研究

4．1 纸上电子器件应用研究现状

4．2 基于纸上导线的电子器件研究

4．2．1 喷墨打印纸上银导线尺寸特征研究

4．2．2 喷墨打印纸上银导线电学特性研究

4．2．3 基于纸上导线的电子器件

4．3 基于纸上导线的光学特性研究

4．4 本章小结

第五章 结论

致谢

参考文献

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