[发明专利]一种直接书写式的高柔性有机电极的制备方法

说明书

本发明属于压电薄膜材料制备领域，涉及一种直接书写式的高柔性有机电极的制备方法；具体步骤为：首先创建压电薄膜3D模型并进行切片处理；然后，称取多壁碳纳米管与N‑甲基甲酰胺溶液混合，超声分散均匀，得到前驱体溶液；加入聚苯胺、聚偏氟乙烯和丙酮，进行密封超声至完全溶解，得到书写墨水；最后，设定书写流程与工艺，启动书写程序，得到有机电极；本发明提供的一种有机电极的直接书写制备方法，能够在确保流畅打印的基础上，获得高导电、高柔韧的有机电极；并且，可通过对书写轨迹的灵活设计，直接书写出传统技术无法得到的形状和图案，书写轨迹程序可控，电极尺寸更加精确，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于电极材料制备领域，具体涉及一种直接书写式的高柔性有机电极的制备方法。

背景技术

随着柔性传感器和电容器等在人工智能领域的大量应用，电极作为电信号的传输所必须的部件，也迎来了蓬勃发展。目前制备适合高柔性智能薄膜器件的电极，常用的方法主要有物理气相沉积法如溅射法、蒸发法、化学气相沉积法、溶胶—凝胶旋转涂膜法、水热法以及丝网印刷。

溅射沉积是利用沉积或者吸附的方式，将溅射出的靶材原子在衬底上制备成薄膜电极。蒸发沉积制备过程是将电极材料在一定压力和温度下直接蒸发升华，气态物质逐渐沉积到衬底上形成电极。化学气相沉积法是将气体状态的材料通过一系列化学反应，形成微粒从气相中析出，沉积到基板上，其操作过程复杂，对温度和时间的控制较为严格。

采用离子溅射法、蒸发沉积和化学气相沉积制备电极时，电极的厚度均一，但对实验设备和环境要求较高，操作复杂，且较厚的电极与基体的结合力变差容易导致电极的松落，从而导致器件性能的不稳定。

旋涂法采用不同金属导电液旋涂在薄膜外表面，旋涂的电极厚度不容易控制，重复性不稳定；丝网印刷则是利用导电浆料通过丝网印版上镂空部分，在物体表面印刷出特定的图案。丝网印刷能够制备多种图案的电极，并操作简单。但难保证尺寸的高精度。

以上各种方法均可制备电极，但普遍存在着原材料昂贵，尺寸精度较差，操作复杂等问题。且多数采用金属材料作为导电材料，而金属材料与高分子、无机等薄膜基体材料的相容性较差。在受到外力作用下，基体的变形也会带来电极的变形，即使延展性极好的金属电极，也有可能在电极内部出现微裂纹，增大电阻，影响了导电性，并且随着形变次数的增加微裂纹逐渐增加导致电极最后的松落，影响了电极的稳定性。

直接书写法是3D打印方式中的一种新型高科技打印技术，是3D打印技术的繁衍产物。它具有可设计性，通过书写程序的控制可在基底上直接书写出各种结构的电极，这对制备工艺的要求相对较低而产品尺寸精度却极高；而有机电极高弹性，与基底的相容性好且能随基底的变形而变形，可作为一种理想的柔性传感或驱动器件的电极材料，在构建智能器件领域有着极为广阔的应用前景。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种直接书写式的高柔性有机电极的制备方法，具体步骤如下：

（1）采用Soildworks对所需的电极形状进行3D建模，并且采用Crua软件对电极模型进行切片处理；

（2）配制书写墨水：按比例称取多壁碳纳米管与N-甲基甲酰胺（DMF）溶液混合，超声分散至均匀，得到前驱体溶液；将聚苯胺（PANI）加入前驱体溶液中，超声分散，然后再加入聚偏氟乙烯（PVDF）和丙酮，进行密封超声，得到书写墨水；

（3）设定书写流程与工艺；书写装置包括针管、书写针头、底板、XYZ三轴移动机构和高压直流电源；书写过程中用针管吸取步骤（2）的书写墨水，装配书写针头，将高压直流电源正极与针头相连接，高压直流电源负极与底板下部的铜板相连接；固定好针管，调试针头和底板之间的距离，调节高压直流电源电压，启动书写程序至结束，得到有机电极。

优选的，步骤（1）所述切片的参数为：移动速度为30 mm/s，切片厚度为0.01mm，打印层数为50~100层。