[发明专利]柔性电路导电组合物及基于3D打印构建柔性电路的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种柔性电路导电组合物及基于3D打印构建柔性电路的方法。属于高分子材料领域。

背景技术：

随着21世纪计算机产业的飞速发展，电子元器件的更新换代速度也随之加快。电子设备、电子元器件成为交通、国防、通信、航天等领域运行的核心部分。电子设备及其元器件朝着更小、更快、便携、低成本的方向发展。在此背景下，电路的制造工艺及方法也亟需不断改进，以此来适应电子设备更新后所提出的新要求。柔性电路鉴于其便携、低成本的特征，一直以来是新型电路发展的主导方向之一。

柔性电路的制造最常用的是通过印刷的方法实现：将铜层与柔性基底层贴合在一起，层间用胶黏剂粘合在一起。然后用传统刻蚀的方法来获得电路图案。也可将柔性基底层置于两铜层之间，刻蚀后形成双面电路板，两导电层之间通过穿孔连接。专利CN101460020，CN101203095公开了一种制造多层柔性电路版的方法，其主要工艺为单层电路版的层叠，图案化的方法仍然为传统刻蚀。在此阶段，传统刻蚀的方法大大增加了柔性电路板的制造成本，导电主体铜的使用，使得减少设备重量成为问题，因此成为便携的主要障碍。另一方面，此种方法，只有基底材质为柔性材料，导电主体为硬质的金属铜并没有改变，因此没有实现真正意义上的柔性电路。

近几年，丝网印刷和纳米压印技术成为改进传统柔性电路板制造方法的主流技术。此两种方法具有工艺简单、成本低、产品柔性好等优点。但是目前取代铜的导电材料导电率偏低，没有达到导体或者高导体的导电范围，因此其实际应用价值并不可观。专利CN104527247A公开了一种改进后的丝网印刷方法，制造出了导电性能良好、稳定性高的燃料电池微电路，但是由于其导电主体是银浆，其成本已超出了大部分印刷技术成本，因此不具备实际应用价值。

同时，喷墨打印也成为现有的柔性电路制造的主流方法之一。其主要原理为将导电主体溶于或均匀分散于喷墨墨水中，通过调控其溶剂含量及其他添加剂含量来调控其粘度，从而能顺利的从商业打印机中打印到柔性基材上。专利CN103619128A公开了一种基于喷墨打印的柔性电路板的制备方法，制备出了质量较高的柔性电路图案。但是，喷墨打印与实际工业化生产之间有三个主要障碍，第一，喷墨打印的导电主体通常为金属粉末或金属纳米粒子，如金、银、铜、镍的粉末或者其纳米粒子。此种金属产物的造价太高，使得投入实际应用变得不现实。第二，喷墨打印所用的墨水因要适应商业的喷墨打印机，因此在制备过程中要通过各种调配来控制其粘度，其工艺过于复杂，给实际生产带来成本的升高和效率的降低。第三，喷墨打印的导电主体为粉末，因此其打印的柔性电路待溶剂挥发以后，虽粉末之间粘连可形成导电通路，但是外力的轻微拉伸或弯曲都可能使其粘连中断，从而使其断路。力学性能上的缺陷使其难以实现真正意义上的柔性。

导电碳材料，如石墨烯、碳纳米管等因其电导率高、质量小、力学性能优异逐渐被广泛使用。专利CN102212304A公开了一种以改性碳纳米管为导电主体、以丝网印刷为制备方法的柔性电路制备流程。所制备出的柔性电路板不仅导电率高，而且力学性能优异，朝着工业化应用迈出了一大步。但是其制造流程还有待进一步优化，以提高效率。另一方面，该方法只能局限于二维电路，不能实现三维电路或曲面电路的构建。

而最新的柔性电路制备方法为基于石墨烯的激光定向烧结法。专利CN102501701A公开了一种基于石墨烯激光烧刻的柔性电路制备方法，该方法将氧化石墨烯制成薄膜铺在耐高温的基材上或光盘上，用DVD的激光头或者与计算机相连的激光头进行定向烧刻。氧化石墨烯被细束激光扫描过的部分，由于高温，氧化石墨烯被还原，形成高导电的石墨烯，从而形成高导电的图案。此种方法制备的柔性电路虽然电导率高，但是与之前的方法类似，仍然存在一些力学性能上的问题。氧化石墨烯被激光定向还原以后，结构上形成海绵体状态，较易碎。另外，氧化石墨烯薄膜本身力学性能不好，加之没有柔性基材的托衬，变得不牢固。

发明内容：

本发明旨在提供一种柔性电路导电组合物和基于3D打印构建柔性电路的方法，将热塑性基体与导电填料经过溶液预混合，再经过熔融共混，最后经熔融挤出制得柔性电路导电组合物，通过3D打印的方式将柔性电路导电组合物打印至柔性基体上，使得到的柔性电路既保证了整体的高电导率又具有优异的力学性能和较好的柔性。

本发明提供的一种柔性电路导电组合物，由热塑性基体和导电填料组成，热塑性基体与导电填料质量比为：9-200:1，优选为20-50:1。